專利名稱：改進(jìn)熱傳遞的鋰蓄電池結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到一種鋰蓄電池的結(jié)構(gòu)。
這些電池用作攜帶式電子設(shè)備，如膝上型計(jì)算機(jī)、蜂窩電話等的現(xiàn)代化的電源。雖然這些電池具有出色的安全記錄，仍需繼續(xù)提高其安全性能。
關(guān)心到安全，例如起因于熱破劇變情況引起的電池單元斷裂。電池單元的部件、電解液和鋰電極，都被封裝在密封的金屬罐內(nèi)。在熱劇變時(shí)，在電池單元內(nèi)產(chǎn)生熱，使電解液和鋰電極的溫度升高到其引燃溫度之上?？蓞⒁奌atchard，T.D.等人著的“在熱異常過程中，鋰離子電池內(nèi)輻射熱傳遞的重要性”，電化學(xué)和固態(tài)通訊第3卷第7號(hào)笫305-308頁(2000年)。
熱劇變可能起因于各種不同的情況，但這里有關(guān)系的是起因于“異常”(或“熱量異?！?。用幾種標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)來考核是否異常，包括“釘穿透試驗(yàn)”、“擠壓試驗(yàn)”和“短路試驗(yàn)”。例如，可參見UL1642-鋰蓄電池標(biāo)準(zhǔn)(Underwriters Laboratories Inc.，第一版10/1985和第二版11/1992)；及日本蓄電池學(xué)會(huì)的“鋰蓄電池安全測(cè)定導(dǎo)則”，日本東京(1995年)。在提到的前兩個(gè)試驗(yàn)中，電池單元受到物理性的破壞，繼而又引起陽極和陰極的接觸(短路)，這就導(dǎo)致了熱劇變。在現(xiàn)今的試驗(yàn)中，是將陽極和陰極在外部電器連接(短路)，如此就造成熱劇變。
在短路的蓄電池中，在電池單元內(nèi)開始形成局部熱區(qū)。這些熱量會(huì)加速電池內(nèi)持續(xù)進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)(經(jīng)過電解液在陽極和陰極之間)。這就會(huì)使生成的熱量逐步增加(生成熱量如在幾秒內(nèi)上升)。因?yàn)檫@種潛在的不利后果，這種情況是應(yīng)該避免的。這種潛在的不利的情況和電池的熱傳遞的重要性是公知的。請(qǐng)參見Hatchard，Ibid。在Hatchard的著作中，在外殼(罐)的外表的標(biāo)牌(1abel)被用來改善來自罐的熱傳遞。用該標(biāo)牌來調(diào)節(jié)罐的內(nèi)部溫度。
在傳統(tǒng)的鋰蓄電池中(圓柱或棱柱形)，在陽極和陰極之間的多微孔的分離器隔板，在把它插入外殼(罐)內(nèi)前，圍繞著卷繞的陽極、陰極、分離器的外部卷繞幾次。分離器這些附加的卷繞用作一個(gè)絕緣體(熱的和電的)。電極包括一個(gè)電極活性混合物(active mix)和一個(gè)集電器。用于負(fù)電極(陽極)的集電器是一塊銅箔。用于正電極(陰極)的集電器是一塊鋁箔。該罐由鐵基材料(例如鋼)或鋁制成。在傳統(tǒng)的圓柱形電池單元中，例如，18650(直徑18毫米和長度65毫米)中，最接近罐的內(nèi)表面的電極是負(fù)電極(陽極)，該電極有一個(gè)銅箔集電器。罐體由鐵基材料制成，是蓄電池的負(fù)端，而罐的蓋子是正端。在傳統(tǒng)的棱柱形電池中，要識(shí)別兩種結(jié)構(gòu)。第一種，負(fù)電極(即銅集電器)最接近罐的內(nèi)表面(即鐵基材料)。第二種，正電極(即鋁集電器)最接近罐的內(nèi)表面(即鋁)。


圖1現(xiàn)有技術(shù)電池的剖面圖。
圖2是根據(jù)本發(fā)明制造的電池單元的剖面圖。
圖3是根據(jù)本發(fā)明制造的電池單元的部件分解圖。
圖4是說明現(xiàn)有技術(shù)和本發(fā)明電池單元時(shí)間函數(shù)特性(電壓和溫度)的曲線圖。
為方便起見，本發(fā)明公開的是圓柱形電池，但不限于此，還可應(yīng)用到棱柱形電池。
參考附圖，這里，相同的標(biāo)號(hào)表示相同的元件。如圖1中所示，一個(gè)現(xiàn)有技術(shù)電池單元10包括一個(gè)由蓋14封閉的罐12。一個(gè)分離器16圍繞著“膠輥(jelly roll)”卷繞，并與罐12的內(nèi)表面接觸。分離器16在纏繞蓄電池時(shí)由于本身搭接而形成一個(gè)結(jié)合處18。該接合處由一條傳統(tǒng)的膠帶(tape)20固定住。
在圖2中示出了本發(fā)明。電池30包括一個(gè)由蓋14密封的罐12。金屬板32，典型地為一塊銅箔(即集電器)，其上有負(fù)電極材料或電極活性混合物(傳統(tǒng)的，未示出)，它以傳統(tǒng)的方式鋪開。該金屬板32與罐12的內(nèi)表面為熱接觸(例如，直接的物理接觸)。
參考圖3，在部件分解圖中示出了本發(fā)明的電池單元30。膠輥36制作成傳統(tǒng)的樣式，但負(fù)電極38比分離器40或正電極42長。因此，當(dāng)膠輥36被卷繞完時(shí)，負(fù)電極38的銅集電器32是看得見的。膠輥36被插入到罐12中，從而電極38的集電器32與罐12的內(nèi)表面為熱接觸。接頭片44可用已知的方式焊接到罐12上，從而提供良好的電氣接觸。就象接頭片46可以焊接到蓋14上以提供良好的電氣接觸一樣。在棱柱形電池單元中，銅集電器與罐接觸，或鋁集電器與罐接觸。
集電器32是一個(gè)良好的導(dǎo)熱體，所以在膠輥36的內(nèi)部產(chǎn)生的熱量可以被有效地傳遞到金屬罐12的外表面。
參考圖4，可以清楚地理解熱傳遞的改善。在圖4中，示出了現(xiàn)有技術(shù)和本發(fā)明電池單元的特性(電壓和溫度)。該圖表示左邊垂直軸的電壓(伏特)對(duì)時(shí)間(水平軸，秒)的函數(shù)關(guān)系，及右邊垂直軸的溫度(攝氏)對(duì)時(shí)間(水平軸，秒)的函數(shù)關(guān)系。
現(xiàn)有技術(shù)電池單元的特性由線50、52和54表示。線50表示在電池單元經(jīng)受釘穿透(例如UL1642試驗(yàn)方法)后，電壓對(duì)時(shí)間的函數(shù)關(guān)系。線52表示在膠輥中心處的溫度對(duì)時(shí)間的函數(shù)關(guān)系。線54表示在罐的外表面處的溫度對(duì)時(shí)間的函數(shù)關(guān)系。請(qǐng)注意，當(dāng)電壓50降落時(shí)，兩個(gè)溫度線上升，但是內(nèi)部溫度52比外部溫度54上升得要快。線52和54之間的區(qū)別表明，電池單元的熱耗散不佳?；貞泩D1，分離器16，是一個(gè)塑料絕緣體，它與罐12接觸。
本發(fā)明電池的特性由線60、62和64來表示。線60是電壓，線52是內(nèi)部溫度，線64是外部溫度。請(qǐng)注意，在線62和64之間的差別小于現(xiàn)有技術(shù)電池單元所示的差別。本發(fā)明電池單元的溫度差別小，表明當(dāng)集電器與罐為熱聯(lián)接觸時(shí)，電池單元的熱耗散較好。
本發(fā)明還可體現(xiàn)為其他的具體形式，而不脫離其特征。因此，本發(fā)明涉及的是未決的權(quán)利要求，而不是其前面指出發(fā)明范圍的說明書。
權(quán)利要求
1.一種鋰蓄電池，它包括一個(gè)負(fù)電極；一個(gè)正電極；一個(gè)夾在所述兩個(gè)電極之間的分離器；一種注入所述分離器且與所述電極為液體聯(lián)系的電解液；一個(gè)用于容納所述電極、所述分離器和所述電解液的金屬外殼；以及一個(gè)與所述外殼為熱接觸的所述電極。
2.一個(gè)可充電的鋰蓄電池，它包括一個(gè)負(fù)電極，一個(gè)正電極，一個(gè)夾在所述兩個(gè)電極之間的分離器，一種注入所述分離器且與所述電極為液體聯(lián)系的電解液，一個(gè)用于容納所述電極、所述分離器和所述電解液的金屬外殼；其中的改進(jìn)包括一個(gè)與所述外殼為熱接觸的所述電極。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種鋰蓄電池。該電池包括一個(gè)負(fù)電極、一個(gè)正電極、一個(gè)夾在這兩個(gè)電極之間的分離器、一種注入所述分離器且與所述電極為液體聯(lián)系的電解液、一個(gè)用于容納該電極、分離器和電解液的金屬外殼。一個(gè)電極與該外殼為熱接觸。
文檔編號(hào)H01M6/10GK1356739SQ0114246
公開日2002年7月3日 申請(qǐng)日期2001年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2000年11月30日
發(fā)明者張正銘, 潘卡·埃羅拉 申請(qǐng)人:思凱德公司