專利名稱：鋰充電電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種適于更容易地排放電池內(nèi)部產(chǎn)生的氣體并且提高了電池穩(wěn)定性的鋰充電電池。
背景技術(shù)：
由于便攜式電子設(shè)備趨于更加輕盈和更加緊湊，采用小尺寸高容量電池作為電源已經(jīng)成為日益增長(zhǎng)的需求。因?yàn)殇嚦潆婋姵鼐哂忻繂挝恢亓康母吣芰棵芏群?.6V的工作電壓，所以它們?cè)絹?lái)越多的應(yīng)用在工業(yè)中，其中，3.6V的工作電壓是鎳氫電池或者鎳鎘電池工作電壓的三倍。
鋰充電電池通過(guò)鋰離子在正極和負(fù)極嵌入/和脫嵌過(guò)程中發(fā)生的氧化和還原反應(yīng)來(lái)產(chǎn)生電能。使用能夠使鋰離子經(jīng)歷可逆的嵌入和脫嵌的材料作為鋰充電電池的正極和負(fù)極的活性材料。有機(jī)電解液或者聚合物電解質(zhì)用來(lái)填充正極和負(fù)極之間的空間。
含鋰的金屬氧化物可用作鋰充電電池的正極活性材料。含鋰的金屬氧化物的例子包括鈷酸鋰(LiCoO2)、鎳酸鋰(LiNiO2)和錳酸鋰(LiMnO2)。
鋰或者鋰合金通常用作負(fù)極活性材料。鋰的缺點(diǎn)是由于枝狀晶體生長(zhǎng)導(dǎo)致電池趨于短路和爆炸。為了解決這個(gè)問(wèn)題，鋰已經(jīng)被包括無(wú)定形碳和結(jié)晶碳的碳基材料所代替。鋰充電電池以包括圓柱形、正方形和袋形的各種形狀制造。
圖1是示出傳統(tǒng)鋰充電電池的分解透視圖。
參照?qǐng)D1，通過(guò)將包括第一電極13、第二電極15和隔膜14的電極組件12以及電解液放入罐10中并且用蓋組件70密封罐10的開(kāi)口來(lái)形成鋰充電電池。
蓋組件70包括蓋板71、絕緣板72、接線板73和電極接線端74。蓋組件70被結(jié)合到罐10的開(kāi)口和密封罐10的分離的絕緣殼79。
蓋板71由金屬板制成，它的尺寸和形狀與罐10的開(kāi)口的形狀相對(duì)應(yīng)。蓋板71具有形成在其中心的預(yù)定尺寸的接線端通孔，電極接線端74插入到該通孔中。管形墊圈75結(jié)合到電極接線端74的外表面，以使電極接線端74與蓋板71絕緣。蓋板71具有形成在一側(cè)的預(yù)定尺寸的電解液注入孔76。蓋組件70連接到罐10的頂部開(kāi)口。電解液通過(guò)電解液注入孔76注入，隨后，用塞子77密封電解液注入孔76。
電極接線端74通過(guò)作為第二電極接線端或者第一電極接線端的接線板73電連接到第二電極15的第二電極接頭17或者第一電極13的第一電極接頭16。絕緣帶18圍繞通過(guò)其第一電極接頭16和第二電極接頭17被拉出的電極組件12的部分纏繞，以避免電極13和電極15之間的短路。第一電極13或者第二電極15可作為正極或者負(fù)極。
如果由于電極組件的內(nèi)部或外部短路或者過(guò)充電或過(guò)放電導(dǎo)致電壓驟然上升，則傳統(tǒng)鋰充電電池有破裂的危險(xiǎn)。當(dāng)電池過(guò)充電時(shí)，在正極處發(fā)生鋰的過(guò)度脫嵌，在負(fù)極處發(fā)生鋰的過(guò)度嵌入。這樣導(dǎo)致正極和負(fù)極的熱穩(wěn)定性差并且產(chǎn)生強(qiáng)烈的熱反應(yīng)，該熱反應(yīng)包括電解液的有機(jī)溶劑的分解、負(fù)極活性材料和電解液之間的反應(yīng)以及負(fù)極的固相電解質(zhì)界面(SEI)膜熱分解反應(yīng)。另外，發(fā)生熱逸出現(xiàn)象，從而嚴(yán)重的降低電池的穩(wěn)定性。
鋰充電電池配有安全裝置，例如，正溫度系數(shù)(PTC)熱敏電阻或者安全出口，以防止電池由于異常導(dǎo)致的著火或者爆炸。安全出口形成在蓋板或者罐上，該安全出口適用于在預(yù)定壓力下打開(kāi)以將電池內(nèi)的氣體排放到外部。
盡管配有這種安全裝置，如果氣體不能適當(dāng)?shù)貜碾姌O組件中排出，則該安全裝置仍然存在未能及時(shí)避免破裂的危險(xiǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種鋰充電電池，該鋰充電電池包括設(shè)有用于適當(dāng)排放由電極組件產(chǎn)生的氣體的孔的絕緣殼，從而提高了電池的穩(wěn)定性。
在下面的描述中，將提到本發(fā)明的其它特征，部分將從描述中清楚，或者可從本發(fā)明的實(shí)踐中獲知。
本發(fā)明公開(kāi)了一種鋰充電電池，包括電極組件，具有第一電極、第二電極，所述第一電極和第二電極與插入它們之間的隔膜一起纏繞；絕緣殼，位于電極組件的頂部上；罐，容納電極組件和絕緣殼，其中，絕緣殼具有電解液注入孔、電極接頭拉伸孔中的至少一個(gè)和至少一個(gè)其它孔。
應(yīng)該理解，前面的概括描述和下面的詳細(xì)描述都是示例性和解釋性的，并且意圖提供如權(quán)利要求的本發(fā)明的進(jìn)一步的解釋。


所包含的附圖提供了本發(fā)明的進(jìn)一步理解并且被包含于此構(gòu)成本說(shuō)明書(shū)的一部分，與描述部分一起示出了本發(fā)明的實(shí)施例，來(lái)解釋本發(fā)明的原理。
圖1示出了傳統(tǒng)鋰充電電池的分解透視圖；圖2a示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的絕緣殼的透視圖；圖2b示出了圖2a中示出的絕緣殼的俯視圖；圖3a示出了根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的絕緣殼的透視圖；圖3b示出了圖3a中示出的絕緣殼的俯視圖；圖4a示出了根據(jù)本發(fā)明又一個(gè)實(shí)施例的絕緣殼的透視圖；圖4b示出了圖4a中示出的絕緣殼的俯視圖；圖5a示出了根據(jù)本發(fā)明又一個(gè)實(shí)施例的絕緣殼的透視圖；圖5b示出了圖5a中示出的絕緣殼的俯視圖；圖6示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的鋰充電電池的剖視圖。
具體實(shí)施例方式
根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，鋰充電電池包括具有孔的絕緣殼，使用該孔更加容易地排出由于過(guò)充電或者短路產(chǎn)生的氣體。氣體的排出提高了電池的穩(wěn)定性。
下面，參照附圖來(lái)更加充分地描述本發(fā)明，其中示出了本發(fā)明的實(shí)施例。然而，本發(fā)明可以以許多不同的形式被實(shí)施，而不應(yīng)該限于這里提到的實(shí)施例來(lái)構(gòu)建。然而，提供這些實(shí)施例以使本公開(kāi)完全，并且將本發(fā)明的范圍充分地傳達(dá)給本領(lǐng)域的技術(shù)人員。在圖中，為了清晰，夸大了層和區(qū)域的尺寸和相對(duì)尺寸。
應(yīng)該理解，當(dāng)元件例如層、膜、區(qū)域或者基板被表示為在另一個(gè)元件之上時(shí)，它可直接在另一元件之上或者也可存在中間元件。相反，當(dāng)元件被表示為直接在另一個(gè)元件之上時(shí)，則不能存在中間元件。
參照?qǐng)D2a和圖2b，根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的鋰充電電池的絕緣殼179包括主體181、形成在主體181上的至少一個(gè)孔190a、短支撐物183和184以及長(zhǎng)支撐物185和186。形成主體181，以使它能插入鋰充電電池的罐中。
主體181具有形成在其短側(cè)上的圓孔190a。孔190a作為排放通道，以將電池短路或者過(guò)充電時(shí)產(chǎn)生的氣體移動(dòng)到安全出口，從而氣體可更加容易地逸出。當(dāng)電池的內(nèi)部壓力增加時(shí)，通過(guò)容易地啟動(dòng)安全出口，孔190a防止了電極組件膨脹，并且提高了電池的穩(wěn)定性。
孔190a可具有包括圓形、橢圓形、半圓形、正方形、三角形、菱形及其任意組合的任何形狀，但是不限于此?？?90a可形成在主體181的包括長(zhǎng)側(cè)、短側(cè)或者中間部分的任何位置上。當(dāng)孔190a位于主體181的一側(cè)時(shí)，尤其位于短側(cè)時(shí)，最好保持主體181的結(jié)構(gòu)整體性。孔190a也可形成為切掉主體181的邊緣的槽。
孔190a可靠近安全出口設(shè)置，例如在安全出口下方或者直接在安全出口之下。當(dāng)孔190a直接位于安全出口的下面時(shí)，孔190a最容易啟動(dòng)罐或者蓋板上的安全出口。
選擇孔190a的尺寸和形狀，以避免降低主體181的結(jié)構(gòu)整體性。否則，當(dāng)電池遇到物理碰撞，例如，在下落測(cè)試過(guò)程中，主體181可變形并導(dǎo)致電池短路。
主體181具有形成在其短側(cè)上的短側(cè)支撐物183和184。短側(cè)支撐物183和184向上延伸至預(yù)定高度。短側(cè)支撐物183和184支撐主體181，并且提高主體和罐的內(nèi)壁的粘合度，以防止當(dāng)絕緣殼179放入罐中時(shí)，絕緣殼179漂移。
主體181可具有形成在其長(zhǎng)側(cè)上的至少一個(gè)長(zhǎng)側(cè)支撐物185和186。長(zhǎng)側(cè)支撐物185和186向上延伸至預(yù)定高度。長(zhǎng)側(cè)支撐物185和186的高度可與短側(cè)支撐物183和184的高度相等。長(zhǎng)側(cè)支撐物185和186放置在主體181的長(zhǎng)側(cè)上的預(yù)定位置。長(zhǎng)側(cè)支撐物185和186加強(qiáng)了主體181的長(zhǎng)側(cè)的強(qiáng)度，并且防止當(dāng)電池遇到物理碰撞時(shí)主體181變形，其中，長(zhǎng)側(cè)的強(qiáng)度比短側(cè)的強(qiáng)度弱。
例如，短側(cè)支撐物183、184和長(zhǎng)側(cè)支撐物185、186可在注入成型過(guò)程中與主體181一體地形成。
主體181具有形成在一側(cè)上的電極接頭拉伸孔187和形成在另一側(cè)上的電解液注入孔188，其中，通過(guò)電極接頭拉伸孔187可拉出電極接頭，電解液可通過(guò)電解液注入孔188流入電極組件12?？蛇x地，可省略電解液注入孔188。主體181具有形成在其長(zhǎng)側(cè)中的一個(gè)上的具有預(yù)定寬度的槽189，通過(guò)該槽可拉出另一個(gè)電極接頭。
參照?qǐng)D3a和圖3b，根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的鋰充電電池的絕緣殼179具有以菱形形狀形成在主體181的長(zhǎng)側(cè)上的排氣孔190b。
參照?qǐng)D4a和圖4b，根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的鋰充電電池的絕緣殼179具有以半圓形形狀形成在主體181的中間部分上的排氣孔190c。
參照?qǐng)D5a和圖5b，根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的鋰充電電池的絕緣殼179具有分別以圓形和橢圓形形狀形成在主體181的兩個(gè)短側(cè)上的排氣孔190d和190e。
如圖2a、圖3a、圖4a和圖5a中所示，形成在絕緣殼上的排氣孔可具有各種形狀和位置?？椎某叽?、形狀、數(shù)量和位置的附加結(jié)合是可能的。
圖6是示出根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的鋰充電電池的剖視圖。
參照?qǐng)D6，鋰充電電池包括罐210；電極組件212，容納在罐210中；蓋組件220，結(jié)合到罐210的頂部。
罐210為近似正方形并且具有開(kāi)口的頂部，并且由金屬材料制成，該金屬材料可為鋁、鋁合金或者不銹鋼，但是不限于此。罐210本身可作為接線端。
電極組件212包括第一電極213、第二電極215和隔膜214。第一電極213和第二電極215可與位于它們之間并以凝膠卷形狀纏繞的隔膜214一起彼此以薄片層疊。第一電極213和第二電極215具有分別附于在它們上面的第一電極接頭216和第二電極接頭217。第一電極接頭216和第二電極217向上延伸。
第一電極213和第二電極215具有相反的極性，可作為正極或者負(fù)極。第一電極213和第二電極215的每個(gè)包括集電器和應(yīng)用到集電器的至少一個(gè)表面的正極活性材料或者負(fù)極活性材料。
正極集電器可由不銹鋼、鎳、鋁、鈦或者其合金制成，或者可由用碳、鎳、鈦或銀表面處理過(guò)的鋁或者不銹鋼制成。示例性實(shí)施例使用鋁或者鋁合金。負(fù)極集電器可由不銹鋼、鎳、銅、鈦或者其合金制成，或者可由用碳、鎳、鈦或者銀表面處理過(guò)的銅或者不銹鋼制成。示例性實(shí)施例使用銅或者銅合金。
正極活性材料可為含鋰的過(guò)度金屬氧化物或者鋰的硫族化合物。含鋰的過(guò)度金屬氧化物的例子包括LiCoO2、LiNiO2、LiMnO2、LiMn2O4或者LiNi1-x-yCoxMyO2，其中，0≤x≤1，0≤y≤1，0≤x+y≤1，M是金屬，例如Al、Sr、Mg或者La。負(fù)極活性材料可為結(jié)晶碳或者無(wú)定形碳、碳復(fù)合材料例如熱分解碳、焦碳或者石墨、焦化的有機(jī)聚合化合物、碳纖維、錫氧化物、鋰金屬或者鋰合金。
隔膜214防止第一電極213和第二電極215之間的短路，并對(duì)鋰離子提供運(yùn)動(dòng)通道。隔膜214可為由高分子聚烯烴，例如，聚丙烯或者聚乙烯制成的膜。所述膜可為多層膜、多微孔膜、機(jī)織布或者非機(jī)織布。
結(jié)合到罐210的頂部的蓋組件220包括蓋板240、絕緣板250、接線板260和電極接線端230。蓋板240由金屬板制成，并且在尺寸上對(duì)應(yīng)于罐210的開(kāi)口。蓋板240具有形成在其中心處的預(yù)定尺寸的接線端通孔241、形成在一側(cè)的電解液注入孔242、形成在另一側(cè)上的安全出口244。安全出口244可位于任何位置，只要它不影響接線端通孔241和電解液注入孔242。例如，安全出口244可形成在罐210上，而不是蓋板240上。在本實(shí)施例中，安全出口244通過(guò)減小蓋板240的橫截面厚度來(lái)一體地形成。電解液注入孔242由塞子243密封。
電極接線端230插入接線端通孔241中，管狀墊片246使電極接線端230與蓋板240絕緣。絕緣板250位于蓋板240的下表面上。接線板260位于絕緣板250的下表面上。電極接線端230的底部電連接到接線板260，絕緣板250插入電極接線端230和接線板260之間。
第一電極接頭216或者第二電極接頭217可焊接到蓋板240的下表面上，另一個(gè)接頭可焊接到接線板260。在本實(shí)施例中，例如，第一電極接頭216焊接到蓋板240的下表面，第二電極接頭焊接到接線板260。
電極組件212具有位于其頂部的絕緣殼270，以使電極組件212和蓋組件220電絕緣，并且固定電極組件212和第一電極216、第二電極217的位置。絕緣殼270具有電極接頭拉伸孔273，也具有形成在蓋板240上的安全出口244下面的排氣孔272。電極組件212產(chǎn)生的氣體通過(guò)絕緣殼270上的排氣孔272被容易地排出。這樣提高了電池的穩(wěn)定性并且防止電極組件212膨脹。
絕緣殼270可由絕緣高分子樹(shù)脂，例如，聚丙烯(PP)、聚苯硫(PPS)、聚醚砜(PES)或者改性的聚苯醚(PPO)制成。PPS具有優(yōu)良的耐熱性、空間穩(wěn)定性、耐化學(xué)性、低吸收性和不易燃性。PPS的電性質(zhì)隨著溫度變化改變很小。PES是具有高達(dá)200℃耐熱性的無(wú)定形芳香塑料樹(shù)脂，它也具有優(yōu)良的空間穩(wěn)定性、防水性、透明度、高玻璃轉(zhuǎn)化溫度(Tg223℃)、低膨脹率(CTE2.3×10-5/℃)和優(yōu)良的機(jī)械強(qiáng)度。改性的PPO是具有優(yōu)良機(jī)械性質(zhì)和耐熱性的不易燃樹(shù)脂。PPO的物理性質(zhì)在低溫下有微小的下降并且在成型過(guò)程中收縮很小。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該清楚，在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，可對(duì)本發(fā)明作各種修改和變型。因此，本發(fā)明意圖覆蓋落入權(quán)利要求及其等同物的范圍內(nèi)的本發(fā)明的修改和變型。
本申要求2004年10月18日在韓國(guó)知識(shí)產(chǎn)權(quán)局提交的題目為“鋰充電電池”、第10-2004-0083268號(hào)的優(yōu)先權(quán)和權(quán)益，其由于所有的目的通過(guò)參考被包含于此，就像在此被完整地提出一樣。
權(quán)利要求
1.一種鋰充電電池，包括電極組件，包括第一電極和第二電極，所述第一電極和所述第二電極與插入它們之間的隔膜一起纏繞；絕緣殼，位于所述電極組件的頂部上，罐，容納所述電極組件和所述絕緣殼。其中，所述絕緣殼具有電解液注入孔和電極接頭拉伸孔中的至少一個(gè)，其中，所述絕緣殼具有至少一個(gè)其它孔。
2.如權(quán)利要求1所述的鋰充電電池，其中，所述其它孔是排氣孔。
3.如權(quán)利要求1所述的鋰充電電池，其中，所述其它孔具有從由圓形、橢圓形、半圓形、正方形、三角形和菱形組成的組中選擇的形狀。
4如權(quán)利要求1所述的鋰充電電池，其中，所述其它孔形成在所述絕緣殼的長(zhǎng)側(cè)上。
5.如權(quán)利要求1所述的鋰充電電池，其中，所述其它孔形成在所述絕緣殼的中心部分上。
6.如權(quán)利要求1所述的鋰充電電池，其中，所述其它孔形成在所述絕緣殼的短側(cè)上。
7.如權(quán)利要求1所述的鋰充電電池，其中，所述其它孔接觸所述絕緣殼的邊緣。
8.如權(quán)利要求1所述的鋰充電電池，其中，蓋板被結(jié)合到所述罐的所述頂部；安全出口形成在所述蓋板或者所述罐上；所述其它孔靠近所述安全出口形成。
9.如權(quán)利要求8所述的鋰充電電池，其中，所述其它孔位于所述安全出口的下方。
10.如權(quán)利要求9所述的鋰充電電池，其中，所述其它孔直接位于所述安全出口的下面。
11.如權(quán)利要求1所述的鋰充電電池，其中，所述絕緣殼由高分子樹(shù)脂制成。
12.如權(quán)利要求11所述的鋰充電電池，其中，所述高分子樹(shù)脂是聚丙烯、聚苯硫、聚醚砜和改性的聚醚砜之一。
13.如權(quán)利要求1所述的鋰充電電池，其中，所述絕緣殼具有形成在其側(cè)面上的至少一個(gè)支撐物。
14.如權(quán)利要求13所述的鋰充電電池，其中，所述至少一個(gè)支撐物向上延伸。
15.如權(quán)利要求13所述的鋰充電電池，其中，所述至少一個(gè)支撐物與所述絕緣殼一體。
16.如權(quán)利要求13所述的鋰充電電池，其中，所述絕緣殼具有形成在其四個(gè)側(cè)面的每個(gè)上的一個(gè)支撐物。
17.如權(quán)利要求13所述的鋰充電電池，其中，所述絕緣殼具有多個(gè)其它孔。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種鋰充電電池，其包括位于電極組件的頂部的絕緣殼，其中，絕緣殼具有至少一個(gè)孔，以通過(guò)排放電極組件產(chǎn)生的氣體來(lái)提高電池的穩(wěn)定性。
文檔編號(hào)H01M2/02GK1763992SQ20051010940
公開(kāi)日2006年4月26日 申請(qǐng)日期2005年10月18日 優(yōu)先權(quán)日2004年10月18日
發(fā)明者鄭湘錫, 金世潤(rùn) 申請(qǐng)人:三星Sdi株式會(huì)社