專利名稱：二次電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及二次電池(secondary battery)，特別涉及包括裸電池和通過涂敷成型樹脂到裸電池而與其電連接的保護(hù)電路模塊的二次電池組，其中裸電池具有電極組件、殼和蓋組件。
背景技術(shù)：
二次電池是可再充電的電池，可以制成小尺寸大容量。由于二次電池的這些特點(diǎn)，目前已進(jìn)行了研究和調(diào)查以提升二次電池。在二次電池中，最近已研制并使用了Ni-MH(Nickel Metal Hydride)電池、Li電池和Li離子電池。
通常，二次電池的裸電池可按照如下步驟制作將具有陽極、陰極和隔板的電極組件放在由鋁或鋁合金制成的殼內(nèi)，通過使用蓋組件密封殼，并向殼內(nèi)注入電解質(zhì)。盡管可使用鐵材料制作殼，但也可以使用鋁或鋁合金制作殼，因?yàn)殇X或鋁合金能使二次電池質(zhì)量輕，而且即使在高電壓下長期使用二次電池也不會導(dǎo)致殼消蝕。
密封的裸電池與安全裝置(如PTC(正溫度系數(shù))元件、熱熔絲和PCM(保護(hù)電路模塊))或電池元件連接，并獨(dú)立為一組。另外，當(dāng)裸電池與PCM和電池元件連接時，將成型樹脂填充到在裸電池和PCM或電池元件之間形成的間隙內(nèi)，從而裸電池與PCM和電池元件形成為整體，這樣就形成了電池組。
安全裝置通過稱為“導(dǎo)線板”的導(dǎo)電結(jié)構(gòu)連接到裸電池的陽極端子和陰極端子。當(dāng)電池電壓由于電池的高溫或電池的過充電/過放電而突然升高時，安全裝置切斷施加于電池的電流，從而防止電池被損壞。
圖1為常規(guī)鋰電池組在涂敷成型樹脂前的展開透視圖，圖2為用成型樹脂裝配的常規(guī)鋰電池組的透視圖。
參考圖1和2，保護(hù)電路模塊30與鋰電池組的裸電池10平行排列形成有陽極和陰極端子11、12。另外，成型樹脂被填充到在裸電池10和保護(hù)電路模塊30之間形成的間隙內(nèi)。盡管在間隙中填充成型樹脂時可將成型樹脂涂敷到保護(hù)電路模塊30的外表面上，但電池的外部輸入/輸出端子31、32必須暴露在外面。
陽極端子11和陰極端子12排列在與保護(hù)電路模塊30平行的裸電池10的一個表面上。陽極端子11可形成為由鋁或鋁合金制成的蓋板13的一部分，或形成為與蓋板13耦合在一起的含鎳金屬板。陰極端子12從蓋板13突出，并通過環(huán)繞陰極端子12排列的絕緣墊圈與蓋板13絕緣。
保護(hù)電路模塊30包括由樹脂制成的面板和在面板上形成的電路。外部輸入/輸出端子31、32在保護(hù)電路模塊30的外表面上形成。保護(hù)電路模塊30具有與裸電池10的形成蓋板13的相應(yīng)表面相同的形狀和尺寸。
在保護(hù)電路模塊30的內(nèi)表面裝有電路段35和連接端子36、37。電路段35包括用于防止電池過充電或過放電的保護(hù)電路。電路段35通過穿過保護(hù)電路模塊30延伸的導(dǎo)電結(jié)構(gòu)與外部輸入/輸出端子31、32電連接。
連接引線41、42和絕緣板43排列在裸電池10和保護(hù)電路模塊30之間。連接引線41、42通常由鎳制成，并與蓋板13和保護(hù)電路模塊30的連接端子36、37電連接。連接引線41、42具有L形或平面結(jié)構(gòu)。另外，連接引線41、42可通過電阻點(diǎn)焊連接到端子11、12、36、37上。在圖1和2中，還在保護(hù)電路模塊和陰極端子之間提供的連接引線42上裝有斷路器。在這種情況下，斷路器不在保護(hù)電路模塊的電路段35上形成。提供絕緣板43以便在與陰極端子12連接的連接引線42和用作陽極的蓋板之間絕緣。
但是，當(dāng)通過使用成型樹脂裝配裸電池10與保護(hù)電路模塊30和電池元件制作電池組1時，如果向用于將保護(hù)電路模塊30和電池元件與裸電池10固定耦合一起的成型樹脂區(qū)20施加外力，因?yàn)橛刹煌诼汶姵?0包括蓋板13和金屬質(zhì)殼的軟質(zhì)材料制成的成型樹脂區(qū)20只與裸電池10的一小部分接觸，則其可能容易地扭曲或彎曲。
圖3為由于施加到常規(guī)電池組的外力而從裸電池扭曲的成型區(qū)20的透視圖。
參考圖1至3，如果成型區(qū)20從裸電池10扭曲超過一定的角度，則通過裸電池10的陽極和陰極端子11、12、連接引線41、42以及保護(hù)電路板30的輸入/輸出端子31、32形成的電連接線路可能出現(xiàn)問題，并且電池的安全裝置變得不起作用，即使成型樹脂區(qū)20未被完全地破壞。
與由施加到電池組的外力引起的電池組在圖3中箭頭所示方向上的扭曲相比，如果連接引線41、42具有平面結(jié)構(gòu)，則常規(guī)的電池組沒有垂直于蓋板表面突出的任何突起以便在成型樹脂區(qū)20相對于裸電池10扭曲或滑移時防止電池組變形。另外，即使連接引線41、42與連接端子36、37具有L形結(jié)構(gòu)從而連接引線41、42與連接端子36、37的焊接部位可能從蓋板表面突出，但由于突出蓋板表面的焊接部位不是用于加強(qiáng)電池組的機(jī)械強(qiáng)度，而是僅僅在蓋板表面的一定部位上用于電連接，因此焊接部位不能用作抵抗導(dǎo)致電池組扭曲或彎曲的外力的支持物。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個實(shí)施例提供一種二次電池，其具有能在通過向電池組涂敷成型樹脂制作電池組時防止裸電池和成型樹脂區(qū)因電池組彎曲或扭曲而損壞或變形的結(jié)構(gòu)。
所述的二次電池，包括裸電池、與裸電池連接的電池元件、填充在裸電池和電池元件之間形成的間隙內(nèi)以將裸電池與電池元件固定地耦合一起的成型樹脂區(qū)、和裝在裸電池上并從裸電池與成型樹脂區(qū)間的邊界面向成型樹脂區(qū)突出的突起。在一個實(shí)施例中，突起與支架耦合。其中裸電池包括具有陽極、陰極和隔板的電極組件、用于容納電極組件和電解質(zhì)的容器型殼、和用于蓋住殼開口部分的蓋組件。
另外，突起與蓋組件可以形成為整體，以增強(qiáng)突起和蓋組件間的耦合強(qiáng)度。如果突起和蓋組件間的耦合強(qiáng)度被增強(qiáng)，則當(dāng)外部扭曲力或外部彎曲力施加到電池組上時，突起可對成型樹脂區(qū)變形呈現(xiàn)較大的抵抗力。
由于蓋板作為蓋組件的主體形成，突起與蓋板形成為整體，這樣，蓋通過成型工序形成。
根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，將支架與形成在電池組裸電池上的突起耦合在一起或焊接到其上。當(dāng)支架與突起耦合在一起時，支架具有比突起厚度更大的厚度，從而蓋組件的端部可具有比突起厚度更大的高度。
在與連接到裸電池的連接導(dǎo)線相對的部位形成突起用于裸電池和保護(hù)電路模塊間的電連接，并且連接導(dǎo)線的至少一部分垂直于邊界面排列。
殼由鐵材料或金屬材料制成。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，殼由鋁或鋁合金制成。


圖1為常規(guī)鋰電池組在用成型樹脂裝配電池組前的部分展開透視圖；圖2為用成型樹脂裝配的常規(guī)鋰電池組的透視圖；圖3為由于施加其上的外力而扭曲的常規(guī)電池組的透視圖；圖4為根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施方式的鋰電池組的展開透視圖，其中支架耦合到裸電池的突起上并省略了成型樹脂區(qū)；圖5為根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施方式的二次電池在保護(hù)電路模塊連接到裸電池前的展開透視圖；和圖6a和6b為根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施方式的二次電池的部分透視圖，顯示了突起和與突起耦合的支架。
具體實(shí)施例方式
參考圖4，鋰電池組包括裸電池，該裸電池包括殼211、放在殼中的電極組件212、和耦合到殼開口上端以密封殼上端的蓋組件。
電極組件212包括薄板或薄膜形式的陽極213、隔板214和陰極215，它們以螺旋形式卷繞。
陽極213包括由具有優(yōu)良導(dǎo)電性的薄金屬板如鋁箔制成的陽極集電極和具有鋰類氧化物作為主要成分并涂敷到陽極兩側(cè)的陽極活性材料。陽極導(dǎo)線216與陽極213的陽極集電極的未形成陽極活性材料的預(yù)定區(qū)域電連接。
陰極215包括由具有優(yōu)良導(dǎo)電性的薄金屬板如銅箔制成的陰極集電極和具有碳類材料作為主要成分并涂敷到陰極215兩側(cè)的陰極活性材料。陰極導(dǎo)線217與陰極215的陰極集電極的未形成陰極活性材料的預(yù)定區(qū)域電連接。
陽極213和陰極215可具有分別與陽極導(dǎo)線216和陰極導(dǎo)線217的極性相反的極性。另外，在對應(yīng)于電極組件212端部的陽極導(dǎo)線216和陰極導(dǎo)線217的周圍纏繞絕緣帶218，以防止陽極213和陰極215之間發(fā)生短路。
隔板214由聚乙烯、聚丙烯或聚乙烯和聚丙烯的共聚物制成。隔板214具有比陽極213或陰極215的寬度大的寬度以防止陽極和陰極之間發(fā)生短路。
通過使用鋁或鋁合金以六面體形狀制作方形殼211。通過殼的開口上端將電極組件212放在殼211中。也就是說，殼211用作容納電極組件212和電解質(zhì)的容器。殼211可用作端子。但是，根據(jù)本實(shí)施例，蓋組件的蓋板110可取代殼211用作陽極端子。
蓋組件具有尺寸和形狀與殼211開口上端的尺寸和形狀相對應(yīng)的平面蓋板110。蓋板110在其中心部分形成有穿孔111，于是電極端子130可穿過穿孔111。在穿過蓋板110中心部分的電極端子130的外部裝有管狀墊圈120以使電極端子130與蓋板110電絕緣。絕緣板140位于蓋板110的下面，在形成于蓋板110中心部分的穿孔111附近。端子板150安裝在絕緣板140的下面。
電極端子130穿過墊圈120被插入到穿孔111內(nèi)。電極端子130的下部與端子板150通過在中間插入絕緣板140電連接。
將折疊成斜線狀的從陽極213引出的陽極導(dǎo)線216焊接到蓋板110的下底面上和折疊成斜線狀的從陰極215引出的陰極導(dǎo)線217焊接到電極端子130的下底面上。
電極組件212在其上頂面上具有絕緣盒190用于在蓋住電極組件212上端的同時使電極組件212同蓋組件絕緣。絕緣盒190由具有優(yōu)良絕緣性能的高聚物樹脂如聚丙烯制成。絕緣盒190在其中心形成有導(dǎo)線孔191，于是形成于電極組件212中心部分的陰極導(dǎo)線217能穿過導(dǎo)線孔191。另外，在絕緣盒190的一側(cè)形成電解質(zhì)孔192。根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方式，不能在絕緣盒190中形成電解質(zhì)孔192，可在導(dǎo)線孔191旁邊形成陽極導(dǎo)線216用的第二個導(dǎo)線孔。
在蓋板110的一側(cè)形成電解質(zhì)注入孔112。在電解質(zhì)注入孔112中安裝塞子160以在電解質(zhì)被注入到殼內(nèi)后密封電解質(zhì)注入孔112。塞子160包括由鋁或鋁合金制成并能被相配地機(jī)械壓入到電解質(zhì)注入孔112中的球形元件。在這種狀態(tài)下，為了密封電解質(zhì)注入孔112將塞子160焊接到蓋板110上。為了使塞子160被容易地焊接到蓋板110上，塞子160由與蓋板110的材料相同的材料制成。
為了將蓋組件與殼211固定地耦合，蓋板110的外圍部分被焊接到殼211的側(cè)壁上。在將蓋組件與殼211耦合到一起后，形成開口的殼211的上端向內(nèi)彎曲，從而在蓋板110上面形成凸緣。
在圖4中，430代表絕緣板，311和321代表輸入/輸出端子。
參考圖4和5，導(dǎo)線板410裝在蓋板110的上部，并具有彼此平行排列的側(cè)壁和使側(cè)壁下部彼此連接的底板。導(dǎo)線板410形成有與塞子160相對應(yīng)的孔或者凹槽，并被焊接到塞子160的外圍部分。盡管導(dǎo)線板410用于電連接，但導(dǎo)線板的側(cè)壁被卡到在導(dǎo)線板410和成型樹脂區(qū)之間邊界處的成型樹脂區(qū)中，從而將成型樹脂區(qū)固定地緊固到裸電池上。導(dǎo)線板410具有“[”形側(cè)壁或“L”形側(cè)壁。
在一個實(shí)施例中，導(dǎo)線板410由鎳、鎳合金或涂鎳的不銹鋼制成。通常，導(dǎo)線板410具有約0.05至0.5mm的厚度。導(dǎo)線板410的厚度與殼211的厚度和焊接工作有關(guān)。如果導(dǎo)線板410很厚，則通過將樹脂填充到保護(hù)電路模塊300和用蓋組件密封的殼211之間形成的間隙內(nèi)而制作的電池組則表現(xiàn)出對導(dǎo)致電池組扭曲或彎曲的外力的良好抵抗力。
由于蓋板110由具有優(yōu)良的熱導(dǎo)率和低電阻的鋁或鋁合金制成，因此對蓋板110進(jìn)行激光焊接來取代電阻焊接。以這樣的方式將導(dǎo)線板410焊接到蓋板110上，即在導(dǎo)線板和蓋板之間形成厚度為約0.1至0.5mm的焊接部分，并與蓋板的厚度和材料以及導(dǎo)線板410的材料相匹配。但是，如果蓋板110和導(dǎo)線板410很厚，則可增加焊接部分的厚度以便增強(qiáng)導(dǎo)線板410和蓋板110之間的焊接強(qiáng)度。
焊接部分可以形成各種形狀，這取決于要焊接板的形狀和面積。例如，焊接部分具有直線結(jié)構(gòu)、圓形結(jié)構(gòu)、具有多條彼此平行的線的線性結(jié)構(gòu)、“”形結(jié)構(gòu)或“[”形結(jié)構(gòu)。
圖6a和6b為根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施方式的二次電池的部分透視圖，顯示了突起310和與突起耦合的支架320。
參考圖4至6，為本發(fā)明主要元件的突起310形成在電極端子130周圍與導(dǎo)線板410相對的蓋板110的上表面上。突起310具有矩形柱形狀。必須增強(qiáng)突起310和蓋板110間的耦合強(qiáng)度以便使突起310用作抵抗外力的支持物。因此，突起310由與蓋板110的材料基本相似或者相同的材料制成并與蓋板110形成整體。如果與蓋板110分開制作突起310，則突起310可由能使突起310以足夠焊接強(qiáng)度焊接到蓋板110上的材料制成。
支架320與突起310耦合。支架320在其中心部分形成有突起310能被相配地壓入的孔。因此，即使向支架320的側(cè)部施加外力，支架320也不會容易地與突起310分離?？赏ㄟ^施加力到支架320上使支架320與突起310耦合。但是，為了增強(qiáng)突起310和支架320之間的耦合力，可以將支架320焊接到突起310上。如果將支架320焊接到突起310上，則可以用與突起310的材料相同或基本相似的材料制作支架320。
支撐孔或者凹槽可只在支架320的底面上形成。但是，如果支架320具有如圖5所示的貫穿孔，則可在支架320的貫穿孔中填充成型樹脂，從而可提高支架320和裸電池10間的機(jī)械耦合力。支架320具有比形成于蓋板110上的突起310的厚度更大的厚度。在這種情況下，即使由于蓋板110的結(jié)構(gòu)問題而突起310制作薄了，由于支架310安裝在蓋板110上，結(jié)構(gòu)的高度也不會降低。因此，當(dāng)外部扭曲力施加到電池組上時，能阻止成型樹脂區(qū)沿著薄突起310滑動，不會輕易地同裸電池分離。
類似于突起310和支架320之間的關(guān)系，排列在蓋組件中心并從蓋板110突出的電極端子130可裝有接頭(未示出)。接頭將具有較高的導(dǎo)電性。由于接頭位于蓋板110的中心，因此接頭可用作抵抗外部彎曲力的支持物，即使接頭具有對外部扭曲力的低抵抗力。
在電池上焊接有導(dǎo)線板410的電池中安裝獨(dú)立制作的斷路器420、裝備有保護(hù)電路的保護(hù)電路模塊300和電池元件。此時，導(dǎo)線板410連接到作為陽極的保護(hù)電路模塊300的陽極連接端子360上，電極端子130或通過與電極端子130連接的斷路器420的一端連接到作為陰極的保護(hù)電路模塊300的陽極連接端子370。電極結(jié)構(gòu)或極性可依據(jù)實(shí)施方式而改變。具有保護(hù)電路模塊300和電池元件的電池可被容納在獨(dú)立的外殼(未示出)內(nèi)。另外，可通過熱熔工序?qū)⒌蜏爻尚蜆渲畛湓诒Ｗo(hù)電路模塊300和蓋板110之間形成的間隙內(nèi)，另外，實(shí)施樹脂涂敷工序以制作電池組。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，當(dāng)通過使用成型樹脂制作電池組時，能防止電池組因施加到電池組上的外部扭曲力或外部彎曲力而變形。
另外，由于在蓋板上形成突起和支架與突起耦合，因此能防止電池組因施加到電池組上的外力而扭曲或彎曲。
權(quán)利要求
1.一種二次電池，包括裸電池，該裸電池包括具有陽極、陰極和隔板的電極組件、用于容納電極組件和電解質(zhì)的容器型殼、和用于蓋住殼開口部分的蓋組件；與裸電池連接的電池元件；填充在裸電池和電池元件之間形成的間隙內(nèi)以將裸電池與電池元件固定耦合在一起的成型樹脂區(qū)；和裝在裸電池上并從裸電池與成型樹脂區(qū)間的邊界面向成型樹脂區(qū)突出的突起。
2.如權(quán)利要求1所述的二次電池，其特征在于，該突起與該蓋組件形成為整體。
3.如權(quán)利要求2所述的二次電池，其特征在于，通過成型工序使突起與蓋組件形成為整體。
4.如權(quán)利要求1所述的二次電池，其特征在于，還包括與突起耦合的支架。
5.如權(quán)利要求4所述的二次電池，其特征在于，支架被焊接到突起上。
6.如權(quán)利要求4所述的二次電池，其特征在于，支架由與突起的材料相同的材料制成。
7.如權(quán)利要求4所述的二次電池，其特征在于，在蓋組件的一端提供從蓋組件和成型樹脂區(qū)之間的邊界面向成型樹脂區(qū)突出的導(dǎo)線板用于電連接，并在導(dǎo)線板的另一端部形成突起。
8.如權(quán)利要求1所述的二次電池，其特征在于，在形成于蓋組件中心的電極端子上連接導(dǎo)電接頭。
9.如權(quán)利要求1所述的二次電池，其特征在于，殼由鋁合金制成。
10.一種二次電池組，包括一電極組件，包括陽極、陰極和隔板，安裝在具有電解質(zhì)的容器型殼內(nèi)；一保護(hù)電路模塊，具有一連接到正極的外部陽極和一連接到負(fù)極的外部陰極；一蓋組件，位于該保護(hù)電路模塊和該電極組件之間，用于蓋住容器型殼的開口部分，該蓋組件具有一形成于該蓋組件與該保護(hù)電路模塊之間的突起；其中，成型樹脂填充在該蓋組件與該保護(hù)電路模塊之間形成的間隙內(nèi)，以包圍該突起，從而阻止該保護(hù)電路模塊和該殼之間的扭曲變形。
11.如權(quán)利要求10所述的二次電池組，其特征在于，該突起與該蓋組件形成為整體。
12.如權(quán)利要求10所述的二次電池組，其特征在于，該正極、負(fù)極和該隔板為以螺旋形式卷繞的薄板或者薄膜。
13.如權(quán)利要求10所述的二次電池組，其特征在于，該陽極通過耦合到該蓋組件的該導(dǎo)線板連接到外部正極，以及，該陰極通過一電絕緣穿過該蓋組件的電極端子連接到外部負(fù)極。
14.如權(quán)利要求10所述的二次電池組，其特征在于，該蓋組件包括一電解質(zhì)注入孔，用于向殼內(nèi)注入電解質(zhì)。
15.如權(quán)利要求13所述的二次電池組，其特征在于，該導(dǎo)線板具有彼此平行排列的側(cè)壁，該導(dǎo)線板的該側(cè)壁侵沒在成型樹脂中，用于阻止該保護(hù)電路模塊和該殼之間的扭曲變形。
全文摘要
本發(fā)明提供一種二次電池組。該二次電池組包括裸電池、與裸電池連接的電池元件、填充在裸電池和電池元件之間形成的間隙內(nèi)以將裸電池與電池元件固定地耦合在一起的成型樹脂區(qū)、和裝在裸電池上并從裸電池與成型樹脂區(qū)間的邊界面向成型樹脂區(qū)突出的突起，突起與支架耦合。其中裸電池包括具有陽極、陰極和隔板的電極組件、用于容納電極組件和電解質(zhì)的容器型殼、和用于蓋住殼開口部分的蓋組件。當(dāng)通過使用成型樹脂制作電池組時，能防止電池組因施加到電池組上的外部扭曲力或外部彎曲力而變形。由于在蓋板上形成突起和支架與突起耦合，因此能防止電池組因施加到電池組上的外力而扭曲或彎曲。
文檔編號H01M10/00GK1612400SQ200410083860
公開日2005年5月4日 申請日期2004年10月20日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月24日
發(fā)明者尹喜相 申請人:三星Sdi株式會社