TWI593156B - lithium battery - Google Patents

Description

鋰電池

本發明係有關一種鋰電池，尤指一種在高、低溫環境下能作業穩定，且能適合高倍率大電流之充、放電使用，以確保使用安全者。

一般鋰電池內的電極片之製程大致分為堆疊及捲繞兩種方式，二者方式皆是在正極片及負極片之間夾置隔膜紙之後，再重複堆疊或捲繞而成，而在放進殼體之後，注入電解液，最後打鋼珠封口則可成型一鋰電池。然而，當電池芯處於充、放電狀態、短路或高溫環境下而使得電池液的溫度升高到達大約75~80℃以上的高溫時，由於隔膜紙與電解液均不耐高、低溫，因此，不但容易形成氣脹及漏液的現象，造成電池芯的性能下降，甚至於會產生爆炸現象，而有安全上的疑慮。

再者，目前所使用之鋰電池，主要是在殼體內置放電解質溶液及鋰電池芯，鋰電池芯係由正極片、隔離膜及負極片連續捲繞而成。其中，正極片焊接正極極耳，正極極耳再焊接在殼體內壁上，讓殼體與正極接線柱呈電連接。而負極片焊接負極極耳，負極極耳則向上焊接在殼體的負極接線柱的底部。如此一來，即可經由正極接線柱及負極接線柱頂部之外螺紋分別螺合一螺母後，分別固定不同的接線端子，以分別輸出正、負電。

然而，上述負極極耳係由負極片另外引出，再焊接於負極接 線柱的底部，其加工程序繁雜；而正極極耳焊接於殼體內壁及負極極耳焊接於負極接線柱，其焊接點的品質不易控制，且常為點狀的接觸，因此，容易造成導電及散熱不良的問題，祇適合小電流之儲能用電，而不適合高倍率大電流之充、放電使用。

有鑑於此，為了提供一種有別於習用技術之結構，並改善上述之缺點，發明人積多年的經驗及不斷的研發改進，遂有本發明之產生。

本發明之一目的在提供一種鋰電池，藉由一種使複數個正極電極片及複數個負極電極片交叉堆疊，並在相鄰之正極電極片之正極塗層及負極電極片之負極塗層之間夾置一個片狀之固態分子聚電解質的結構，俾能解決習用鋰電池之隔膜紙與電解液不耐高、低溫，容易產生氣脹、漏液的問題，而能讓性能穩定，並確保使用安全。

本發明之一目的在提供一種鋰電池，藉由在交叉堆疊之複數個正、負極電極片之二側形成負極極耳組及正極極耳組，並使負極導電片及正極導電片分別以大面積方式與負極極耳組及正極極耳組形成電性連接的結構，俾能解決習用鋰電池之焊接點為點狀接觸，其品質不易控制、導電及散熱不良，且僅適合小電流儲能用電之問題，而能有效導電及散熱，並滿足高倍率大電流之充、放電使用需求。

為達上述之目的，本發明所設之鋰電池係包括一外殼，外殼上設有第一接線組件及第二接線組件，外殼內容置複數個正極電極片及複數個負極電極片，正極電極片之正反兩面之大部份區域分別結合一正極塗層，並形成一正極極耳，負極電極片之正反兩面之大部份區域分別結合一 負極塗層，並形成一負極極耳，複數個正極極耳與第一接線組件呈電性連接，複數個負極極耳與第二接線組件呈電性連接，其主要之技術特點在於：複數個正極電極片及複數個負極電極片交叉堆疊，任一個正極電極片與相鄰之一個負極電極片之間夾置一呈片狀之固態分子聚電解質，且片狀之固態分子聚電解質之正反兩面分別貼合相鄰之正極電極片之正極塗層及負極電極片之負極塗層。

實施時，本發明更包括一正極導電片及一負極導電片，該外殼包括一下殼體及蓋合於下殼體頂端之一蓋板，第一接線組件及第二接線組件連結於蓋板上；正極導電片結合於第一接線組件之底部，並以遠離蓋板之方向向下延伸，負極導電片結合於第二接線組件之底部，並以遠離蓋板之方向向下延伸；而複數個正極電極片之複數個正極極耳組成一正極極耳組，複數個負極電極片之複數個負極極耳組成一負極極耳組，正極極耳組及負極極耳組分別呈直立狀排列，且正極極耳組及負極極耳組反向設置於組合後之複數個正極電極片及複數個負極電極片之兩側；正極極耳組與正極導電片呈電性連接，負極極耳組與負極導電片呈電性連接。

實施時，上述正極導電片包括一第一定位部及一第一延伸部，第一定位部結合於第一接線組件之底部使呈電性連接，第一延伸部由第一定位部之一側以概略垂直於第一定位部之方向向下延伸；而負極導電片包括一第二定位部及一第二延伸部，第二定位部結合於第二接線組件之底部使呈電性連接，第二延伸部由第二定位部之一側以概略垂直於第二定位部之方向向下延伸。

實施時，第一定位部及第一延伸部係呈倒L字形，第二定位 部及第二延伸部係呈倒L字形。

為進一步了解本發明，以下舉較佳之實施例，配合圖式、圖號，將本發明之具體構成內容及其所達成的功效詳細說明如下。

1‧‧‧鋰電池

2‧‧‧外殼

21‧‧‧下殼體

22‧‧‧蓋板

221‧‧‧頂板

222‧‧‧絕緣片

3‧‧‧第一接線組件

31、41‧‧‧膠套

4‧‧‧第二接線組件

5‧‧‧正極導電片

51‧‧‧第一定位部

52‧‧‧第一延伸部

6‧‧‧負極導電片

61‧‧‧第二定位部

62‧‧‧第二延伸部

7‧‧‧正極電極片

71‧‧‧正極塗層

72‧‧‧正極極耳

73‧‧‧正極極耳組

8‧‧‧負極電極片

81‧‧‧負極塗層

82‧‧‧負極極耳

83‧‧‧負極極耳組

9‧‧‧固態分子聚電解質

91‧‧‧絕緣膠套

第1圖係為本發明之較佳實施例之正、負極電極片及片狀之固態分子聚電解質交叉堆疊時之元件分解圖。

第2圖係為本發明之較佳實施例之正、負極電極片及片狀之固態分子聚電解質交叉堆疊時之立體外觀圖。

第3圖係為本發明之較佳實施例之部份元件分解圖。

第4圖係為本發明之較佳實施例之元件分解圖。

本發明鋰電池係在一外殼上設有二個接線組件，在外殼內部容置複數個交叉堆疊之正、負極電極片，且任一個正極電極片與相鄰之一個負極電極片之間夾置一個呈片狀之固態分子聚電解質，片狀之固態分子聚電解質之正反兩面分別貼合相鄰之正極電極片之正極塗層及負極電極片之負極塗層。而複數個正極電極片之複數個正極極耳與一接線組件呈電性連接，複數個負極電極片之複數個負極極耳與另一接線組件呈電性連接。

請參閱第1~4圖所示，其為本發明鋰電池1之較佳實施例，係包括一外殼2、一第一接線組件3、一第二接線組件4、一正極導電片5、一負極導電片6、複數個正極電極片7、複數個負極電極片8以及複數個片狀之固態分子聚電解質9。

外殼2包括一下殼體21及一蓋板22，下殼體21係為頂端具有開口的中空長方形體，蓋板22蓋合於下殼體21之頂端以封閉該開口。蓋板22包括一頂板221及一絕緣片222，頂板221及絕緣片222上、下重疊。第一接線組件3及第二接線組件4分別穿過二個膠套(31、41)，以連結於蓋板22上。

正極導電片5係為一平板彎折而成，包括一第一定位部51及一第一延伸部52，第一延伸部52由第一定位部51之一側以概略垂直於第一定位部51之方向向下延伸，以使第一定位部51及第一延伸部52概略呈倒L字形。第一定位部51位於蓋板22之下方，並以鉚接方式向上連結固定第一接線組件3，使第一定位部51及第一接線組件3呈電性連接。

負極導電片6係為一平板彎折而成，包括一第二定位部61及一第二延伸部62，第二延伸部62由第二定位部61之一側以概略垂直於第二定位部61之方向向下延伸，以使第二定位部61及第二延伸部62概略呈倒L字形。第二定位部61位於蓋板22之下方，並以鉚接方式向上連結固定第二接線組件4，使第二定位部61及第二接線組件4呈電性連接。

複數個正極電極片7、複數個負極電極片8及複數個片狀之固態分子聚電解質9係容置於外殼2之下殼體21內。其中，複數個正極電極片7及複數個負極電極片8交叉堆疊，任一正極電極片7之正反兩面之大部份區域分別結合一正極塗層71，並形成一正極極耳72，複數個正極極耳72層疊並加壓成一正極極耳組73；任一負極電極片8之正反兩面之大部份區域分別結合一負極塗層81，並形成一負極極耳82，複數個負極極耳82層疊並加壓成一負極極耳組83。而任一個呈片狀之固態分子聚電解質9係夾置於任一個正極電極片7與相鄰之一個負極電極片8之間，且固態分子聚電解質9之正反兩面 分別貼合相鄰之正極電極片7之正極塗層71及負極電極片8之負極塗層81。實施時，該片狀之固態分子聚電解質9係為耐高、低溫之高分子聚合物，例如：具有由以下通式I表示之重複單元E¹： 其中該重複單元E¹具有兩個與該 重複單元E¹之四個N原子中之兩個鍵結的側基，L¹及L²；L¹及L²獨立地表示基團R¹-SO₃M，R¹表示烴；M表示選自由Li⁺、Na⁺、H⁺及K⁺組成之群的陽離子；R³表示基團H或SO₃M；且x表示大於10之整數。

當複數個正極電極片7、複數個負極電極片8及複數個片狀之固態分子聚電解質9交叉堆疊之後，正極極耳組73及負極極耳組83分別呈直立狀排列，且正極極耳組73及負極極耳組83反向設置於組合後之複數個正極電極片7及複數個負極電極片8之兩側。

實施時，正極導電片5之第一延伸部52係以遠離蓋板22之方向向下延伸，第一延伸部52之垂直長度較佳係為正極極耳組73之垂直高度之1/3以上；負極導電片6之第二延伸部62係以遠離蓋板22之方向向下延伸，第二延伸部62之垂直長度較佳係為負極極耳組83之垂直高度之1/3以上。當第一延伸部52以焊接方式連結正極極耳組73時，正極極耳組73與第一接線組件3呈電性連接，而第二延伸部62以焊接方式連結負極極耳組83時，負極極耳組83與第二接線組件4呈電性連接。

另，正極導電片5、負極導電片6、複數個正極電極片7、複數個負極電極片8及複數個片狀之固態分子聚電解質9之外周圍係以一絕緣膠套91套合，以防止短路。而當上述各元件容納於金屬材料之下殼體21之內部，並將下殼體21及蓋板22之間的縫隙接合之後，在外殼2之外周緣增加包覆一絕緣膜，即可組成一電池1。

因此，本發明具有以下之優點：

1、本發明係以片狀之固態分子聚電解質夾置於正、負極電極片之間，以同時取代隔膜紙與電解液，因此，不但可以在高溫時防止產生氣脹、漏液的問題，以確保使用安全，且可以在低溫環境中仍能正常運作，以有效提高作業效率，降低製造及組裝成本。

2、本發明之正、負極導電片分別以大面積方式與正極極耳組及負極極耳組形成電性連接，因此，不但可讓導電之電壓及電流穩定，滿足高倍率大電流之充、放電使用需求，且可有效散熱，以增加產品使用壽命，並確保使用安全。

綜上所述，依上文所揭示之內容，本發明確可達到預期之目的，提供一種不但能讓電池之性能穩定、能滿足高倍率大電流之充、放電使用需求，以提升導電及散熱效果，且可確保使用安全之鋰電池，極具產業上利用之價值，爰依法提出發明專利申請。

22‧‧‧蓋板

221‧‧‧頂板

222‧‧‧絕緣片

3‧‧‧第一接線組件

31、41‧‧‧膠套

4‧‧‧第二接線組件

5‧‧‧正極導電片

51‧‧‧第一定位部

52‧‧‧第一延伸部

6‧‧‧負極導電片

61‧‧‧第二定位部

62‧‧‧第二延伸部

7‧‧‧正極電極片

71‧‧‧正極塗層

72‧‧‧正極極耳

73‧‧‧正極極耳組

8‧‧‧負極電極片

82‧‧‧負極極耳

83‧‧‧負極極耳組

9‧‧‧固態分子聚電解質

Claims (3)

1. 一種鋰電池，係包括一外殼，該外殼上設有一第一接線組件及一第二接線組件，該外殼內容置複數個正極電極片及複數個負極電極片，該正極電極片之正反兩面之大部份區域分別結合一正極塗層，並形成一正極極耳，該負極電極片之正反兩面之大部份區域分別結合一負極塗層，並形成一負極極耳，該複數個正極極耳與該第一接線組件呈電性連接，該複數個負極極耳與該第二接線組件呈電性連接，其改良在於：該複數個正極電極片及該複數個負極電極片交叉堆疊，任一個該正極電極片與相鄰之一個該負極電極片之間夾置一呈片狀之固態分子聚電解質，且該片狀之固態分子聚電解質之正反兩面分別貼合相鄰之該正極電極片之該正極塗層及該負極電極片之該負極塗層；其更包括一正極導電片及一負極導電片，該外殼包括一下殼體及蓋合於該下殼體頂端之一蓋板，該第一接線組件及該第二接線組件連結於該蓋板上；而該複數個正極電極片之該複數個正極極耳組成一正極極耳組，該複數個負極電極片之該複數個負極極耳組成一負極極耳組，該正極極耳組及該負極極耳組分別呈直立狀排列，且該正極極耳組及該負極極耳組反向設置於組合後之該複數個正極電極片及該複數個負極電極片之兩側；該正極極耳組與該正極導電片呈電性連接，該負極極耳組與該負極導電片呈電性連接；該正極導電片包括一第一定位部及一第一延伸部，該第一定位部結合於該第一接線組件之底部使呈電性連接，該第一延伸部由該第一定位部之一側以概略垂直於該第一定位部之方向向下延伸；而該負極導電片包括一第二定位部及一第二延伸部，該第二定位部結合於該第二接線組件之底部使呈電性連接，該第二延伸部由該第二定位部之一側以概略垂直 於該第二定位部之方向向下延伸。
2. 如申請專利範圍第1項所述之鋰電池，其中，該第一定位部及該第一延伸部係呈倒L字形，該第二定位部及該第二延伸部係呈倒L字形。
3. 如申請專利範圍第1或2項所述之鋰電池，其更包括一絕緣膠套，該絕緣膠套係套合於該複數個正極電極片、該複數個負極電極片、該複數個片狀之固態分子聚電解質、該正極導電片及該負極導電片之外周圍。