具有正熱係數外層的鋰電池的製作方法

2023-06-21 10:26:16 2

專利名稱：具有正熱係數外層的鋰電池的製作方法
具有正熱係數外層的鋰電池
背景技術：
一種正熱係數PTC層典型運用於一種二次電池，諸如鋰離子二次電池，以提供對於電池外部的短路的保護，即當供應一過電流或一過電壓時而中斷電流路徑。
典型PTC層包括隨著提高溫度而提高電阻率的材料。其概括為包括少量的半導體材料於一多晶陶乾中，或具有碳粒嵌入於一片塑料或聚合物。當溫度達到一臨界點，半導體材料或具有嵌入碳粒的塑料形成對於電流的一障壁，且電阻極為快速升高。發生此舉的溫度可通過調整PTC材料的組成物而改變。PTC材料的此通-斷(on-off)行為有用於設備將由容易定義事件所損壞的情況，諸如電池，其包括二次鋰離子電池。舉例而言，當暴露於一過電流情況，此正常導電的PTC層加熱且相變，使得電阻增大數個量級。 一旦移除短路，PTC層冷卻且返回至其導電狀態。
典型而言，該PTC層要求其表面積為增大，以提高電池的操作電流額定值。即，針對於電池(尤其是其具有大於約每個電池為3.0安培小時(Ah/ce11)的一容量的電池)的高電流充電率，通常需要具有較大表面積的PTC層。然而，概括而言，於此技藝的整合有PTC層的電池，PTC層已經納入於電池之內，因而大為限制其表面積，同時佔據電池之內的空間，因而亦降4氐電池的容量。
因此，需要一種新穎的電池設計，以順應具有較大表面積的一 PTC層，使得針對於一種給定電池的PTC層的電流能力為最大化。

發明內容
本發明概括關於一種鋰離子電池，其整合了電池的電池殼體的外部的一或多個PTC層，本發明還關於包括多個這種電池的一種電池組，且關於備制這種電池的方法。
於一個實施例，本發明針對一種鋰離子電池，其包括 一第一端子，電連
6通於電池的一第一電極； 一第二端子，電連通於電池的一第二電極； 一電池殼體，其包括一封蓋，其電連通至電池殼體；及一正熱係數PTC層，電連通於第一端子且位於電池殼體的封蓋之上。較佳而言，該鋰離子電池還包括 一第一導電層與一第二導電層，其中，PTC層位於第一與第二導電層之間。較佳而言，第一導電層的至少一部分為第二端子的至少一構件、或是電連接至第一端子、更佳為第二端子的一構件。
於另一個實施例，本發明針對一種電池組，其包括多個鋰離子電池，其中，各個電池包括針對於本發明的 一種鋰離子電池的上述特徵。
本發明還包括一種製造上述鋰離子電池的方法。該方法包括形成一電池殼體，其包括電連接至該電池殼體的一封蓋。該電池殼體電絕緣於一第一端子而電連通於一第二端子。電連通於第一端子的一第一電極、與電連通於第二端子的一第二電極配置於電池殼體之內。該方法還包括配置一迭層於該電池殼體之上。該迭層包括於電池殼體之上的一第一導電層、 一第二導電層、及於第一與第二導電層之間的一 PTC層。該迭層電連通於電池的第一端子，且為電絕緣於電池殼體。第一導電層的至少一部分為第一端子的至少一部分，或為電連接至第一端子。
借著本發明，具有較大的表面積(例如大於PTC層為電連通於端子的表面積)的一PTC層可整合至一鋰離子電池，而電池高度的增加為最小化。該大表面積為有利的，因為可允許電池的較高電流。即，較高的電流充電率可達成於本發明的電池，尤其是具有大於約3.0 Ah/cell的一容量的電池。此外，借著本發明，其中，一 PTC層配置於電池的電池殼體的外部，額外的空間可利用於電池殼體之內以容納更多的作用陰極與陽極材料(例如膠狀巻(jelly roll))，因而允許4交高的容量。


圖1為本發明的一種鋰離子電池的一個實施例的分解代表圖。圖2、為風1的鋰離子電池的橫截面圖。圖3為圖1的鋰離子電池的俯視圖。
圖4(a)與圖4(b)為本發明的鋰離子電池的其它實施例的示意橫截面圖。
7圖5為本發明的一種鋰離子電池的又一個實施例的示意^f黃截面圖。
圖6(a)與圖6(b)為示意圖，其比較不同電池形式因子的不同空間利用，
包括本發明的長橢圓形電池(圖6(a))、與包括並聯的二個18650電池的商用
電池(圖6(b))。
圖7為示意電路，其顯示於本發明的個別電池當一起配置於一電池組而如 何較佳連接。
具體實施例方式
前述為將由本發明以下實施例的更特定說明而為顯明，如於伴隨圖式所 示，其中，類似的參考符號為指不同視圖的相同部分。圖式未必依比例所繪製， 而是強調示範本發明的實施例。
於本發明， 一或多個PTC層整合至一鋰離子電池，且定位於電池的電池 殼體的外部。如運用於本文，"PTC層整合至一鋰離子電池"意指的是PTC 層納入至電池而作為一構件，不同於單獨單元的一 PTC層，其為經由導電的 接片(tab)或接線(wire)而連接至一鋰離子電池。
如運用於本文，本發明的電池的"端子"意指外部電路連接至電池的部分 或表面。
本發明的鋰離子電池典型包括 一第一端子，其電連通於一第一電極；及， 一第二端子，其電連通於一第二電極。第一與第二電極容納於本發明的一鋰離 子電池的電池殼體之內，例如於一 "膠狀巻"形式。第一端子可為電連通於 電池的一正電極的一正端子、或電連通於電池的一負電極的一負端子，且反之 亦然為針對於第二端子。較佳而言，第一端子電連通於電池的一負電極的一負 端子，而第二端子電連通於電池的一正電極的一正端子。
如運用於本文，詞組"電連接"或"電連通"意指某些部分通過導體的電 子流動而連通於彼此，相對於涉及通過電解質的離子(諸如Li+、 H\與Otr) 流動的電化學連通。
如於圖1所示，鋰離子電池10包括第一電極12與第二電極14。第一電 極12電連接至饋通元件16，其包括第一構件18 (其為鄰近於第一電極12)與 第二構件20 (其為遠距於第一電極12)。如運用於本文，術語"饋通(feed-through)"包括任何材料或元件，其連接由一電池的一殼體或一封蓋所界 定的一空間內的一電池的一電極與該界定內部空間外部的電池的一構件。較佳 而言，饋通材料或元件延伸通過由電池的一封蓋所界定的一通孔。運用該饋通 元件於電池的電連通的益處包括防止於製造期間與製造後的內部短路、及較 容易製造。運用該饋通元件的一個附加益處包括於電池容量的潛在的提高(例 如5-15%)，歸因於提高的容積利用，此乃相較於電流承載接片為折迭或彎曲 於電池殼體內且焊接於內部電極的已知的鋰電池者。一4責通元件也可通過一電 池的一封蓋或一電池殼體而無變形，諸如彎曲、扭曲、及/或折迭，且可提 高電池容量。
電池殼體22與封蓋24界定鋰離子電池10的內部空間26。電池殼體22 可由於鋰離子電池(諸如本發明的鋰離子電池)的一給定電壓而為電及化學穩 定的任何導電材料所作成。電池殼體22的適合材料的實例包括鋁、鎳、銅、 鋼、與其組合。較佳而言，電池殼體22由鋁所作成或包括鋁。封蓋24的適合 材料的實例如同針對於電池殼體22所列出的類似材料。較佳而言，封蓋24 由如同電池殼體22的相同材料所作成。於一個更佳實施例，電池殼體22與封 蓋24均為由鋁所作成或包括鋁。
電池殼體22與封蓋24的至少一個電連通於鋰離子電池10的第二電極14。 饋通元件16由絕緣襯墊28而電絕緣於封蓋24，絕緣襯墊28包括第一絕 緣構件30與第二絕緣構件32。絕緣襯墊由一種適合的絕緣材料所形成，諸如 聚丙烯、聚氟乙烯(PVF)、等等。了解的是任何其它型式的絕緣機構也可運 用以絕緣饋通元件16與封蓋24。饋通元件16借著第一導電層34而接觸於第 一構件20。第一導電層34典型由鎳所形成且具有厚度範圍在約0.05毫米與約 0.3毫米之間。第一導電層34可由已知於此技藝的適合方法所形成。第一導電 層34也接觸於正熱係數層PTC層36。適合的PTC材料為已知於此技藝者。 概括而言，適合的PTC材料為當暴露於超過一設計臨限的電流，其導電性隨 著升高溫度而升高為數個量級(例如104至106或更多)。 一旦電流降低於一適 合的臨限之下，概括而言，PTC材料實質返回至初始的電阻率。於一個適合實 施例，PTC材料包括少量的半導體材料於一多晶陶t:，或具有碳粒嵌入的一片 塑料或聚合物。當PTC材料的溫度達到一臨界點，半導體材料或具有嵌入碳
9粒的塑料或聚合物形成對於電流的一障壁且致使電阻陡峭升高。電阻率為陡峭
升高處的溫度可由調整PTC材料的組成物而改變，如為熟悉此4支藝者所已知。 PTC材料的一 "操作溫度，，為一溫度，於此處，PTC呈現一電阻率為最高與 最低電阻之間的大約一半。較佳而言，於本發明所運用的PTC層的操作溫度 介於約為攝氏70度與約為攝氏150度之間。
特定的PTC材料的實例包括含有少量的鈦酸鋇(BaTi03)的多晶陶瓷、與 包括碳粒嵌入其中的聚烯烴。商用的PTC迭層(包括一 PTC層為夾設於二個導 電金屬層之間)的實例包括由Raychem公司所製造的LTpW系列。概括而言， PTC層36具有厚度介於約50微米至約300微米的一範圍。較佳而言，PTC 層36包括導電錶面38與40,其各為至少為相同或大於關聯於第一電極12的 鋰離子電池10的一端子的表面積。於特定實例，導電錶面38與40的至少一 個至少為關聯於第一電極12的鋰離子電池10的一端子的表面積的105%、 l腦、或150%。
如可見於圖2, PTC層36接觸第一導電層34於其導電錶面38。絕緣襯墊 28電絕緣該饋通裝置16與PTC層36。 了解的是用於絕緣該々齎通裝置16與 PTC層36的其它適合機構亦可運用於本發明。PTC層36借著第二導電層42 而接觸於導電錶面40。較佳而言，第二導電層42由如同第一導電層34的相 同方法所形成。第二導電層42的適合厚度的實例範圍介於約0.05毫米與約0.3 毫米之間。
用於第一與第二導電層34與42的適合材料包括鋁、鎳、銅、鋼、與其 組合。於一個實施例，第一與第二導電層34與42由相同材料(諸如鎳)所形 成或包括相同材料(諸如鎳)。
選用而言，罩蓋48部分支撐第二導電層42於由罩蓋48所界定的邊緣50。 第二導電層42由位於第二導電層42與封蓋24之間的絕緣層52而也絕緣於封 蓋24。針對於絕緣層52的適合材料包括空氣、塑料、紙張、非導電性的黏 膠、等等。
較佳而言，罩蓋48為一種非導電性的材料。替代而言，罩蓋48可分隔自 第一導電層34、 PCT層36與第二導電層42，諸如由適合的電絕緣膜來為之， 因此，罩蓋48電接觸於電池殼體22或封蓋24且可用以作為一第二端子。至少一個表面44與46代表鋰離子電池10 的一第一端子，且由罩蓋48的開口 54所界定，如於圖3所顯示。開口54提 供通路以針對於第一導電層34與由第一導電層34所界定的至少一個開口 35, 用以於鋰離子電池10的製造期間焊接第一導電層34至4責通元件16。
電池殼體22包括至少一個通風刻槽56,而當必要時，諸如當鋰離子電 池10內的氣體為大於約IO與約20 kg/cn^之間的一值，以作為用於通風於內 部空間26的機構。了解的是任何適合型式的通風機構可運用，只要該機構 於正常電池作業條件下提供密封。通風機構的種種適合的實例描述於公元 2005年9月16日所提出的美國臨時專利申請案序號60/717,898號，其整體揭 示內容以參照方式而納入於本文。
回到圖1,通風機構的特定實例包括通風刻槽，諸如於圖l所顯示的刻 槽56。如運用於本文，術語"刻槽(score)"意指一電池殼體(諸如電池殼體 22)的截面的部分切入，其設計允許電池壓力與任何內部電池構件釋;^文於一定 義的內部壓力(例如介於約10與約20kg/cn^之間)。4交佳而言，通風刻槽56 方向性定位為遠離使用者或相鄰的電池。如圖所示，可運用超過一個通風刻槽。 於一些實施例，可運用圖案化的通風刻槽。通風刻槽56可於電池殼體22的形 狀建立期間而為平行、垂直、對角於電池殼體材料的一主要拉伸(或抽取)方向。 通風刻槽的性質也考慮諸如深度、形狀、與長度(尺寸)。
可運用於本發明的通風機構的其它實例包括一或多個機械支架，其定位於 電池殼體的一內或外壁部以提高電池殼體的機械強度，因此，氣體壓力的釋放 位在不同於機械支架的電池的一部分。該機械支架可作為提高電池殼體的強 度，此乃由定向一機械支架至最大需要面積以防止針對於定義的壓力範圍(並 未超過其將期望以允許通風)的電池變形。於此實施例，氣體壓力的釋放因此 位在不同於機械支架的電池的一部分。於一個較佳實施例，機械支架跨於電池 殼體的內部或外部周邊的一帶件(belt)。機械支架可進而作為相鄰電池的一電 連接。此外，機械支架可進而作為電池的標示。運用於鋰離子電池殼體的任何 標準材料(諸如鋁、鋼與不鏽鋼)可用於機械支架。替代而言，可運用具有高 張力強度的材料諸如鎳，或一非金屬材料諸如聚合材料。亦可運用超過一 種高張力強度材料。當機械支架定位於外部，適合材料的選取無須考慮電化學
ii穩定度，其針對於電池瓶罐材料而典型所需。
的低強度區域。預定的低強度區域相較於電池的至少一個其它區域而具有較弱 的機械強度，且低強度區域為致使氣體壓力釋放於電池的一位置，此位置無關 於電池之內的氣體來源。該低強度區域相較於電池殼體的至少一個其它區域而 具有較弱的機械強度。
圖4(a)與圖4(b)系代表本發明的鋰離子電池的其它實施例。如圖所示，鋰 離子電池60包括電池殼體62與封蓋64，饋通元件66延伸通過封蓋64且由 絕緣襯墊68所電絕緣於封蓋64。第一導電層70電接觸於饋通元件66。於饋 通元件66與第一導電層70之間的電接觸可由導電橋72 (諸如焊接或導電黏 著層)所形成。第一導電層70由絕緣層74所電絕緣於封蓋64。
饋通元件66電接觸於鋰離子電池60的第一電極80。鋰離子電池60的第 二電極82電接觸於電池殼體62或封蓋64。
正熱係數層76由第一導電層70所支撐。於一個實施例，第一導電層70 具有大於PTC層76的表面積。第二導電層78由PTC層76所支撐，且可選 用為具有如同PTC層76的實質相同的表面積。於圖4(a)與圖4(b)所示的構件 的材料與厚度相同於關於第1至3圖所述的構件。
於由圖5所代表的又一個實施例，饋通元件66於電池殼體62的封蓋64, 由絕緣襯墊68而為電絕緣於封蓋64且由導電橋72而電連接至第一導電層70。
電池殼體22與62可為任何適合的形狀。較佳而言，電池殼體22與62 各具有一稜柱形的橫截面。
本發明的鋰離子電池可進而包括至少 一個電流中斷裝置(CID, current-interrupt device),其電連通於電池的第一端子或第二端子。電流中斷裝 置典型包括電連通於彼此的一第一導電板與 一第二導電板。於電流中斷裝置， 當電池內的壓力大於一預定值(諸如介於約5與約10 kg/cr^之間)，第二導 電板分離自(例如變形遠離或為解開自)第一導電板，因此，於第二電極與第 二端子之間的一電流為中斷。 一絕緣件(例如絕緣層或絕緣襯墊)可進而納入 於第一導電板的一部分與第二導電板的一部分之間。較佳而言，電流中斷裝置 的第一導電板與絕緣件的至少一個包括至少一個孔，通過此孔，於電池內的氣體流體連通於第二導電板。可運用於本發明的電流中斷裝置的適合實例可見於
例如美國專利第4,943,497、 5，418，082、與6,900,616號，其整體揭示內容以參 照方式而納入於本文。
於一個特定實施例，本發明的鋰離子電池包括該電流中斷裝置，其電連通 於第二端子。
本發明的電池可為圓柱或稜柱形(堆棧或纏繞)，較佳為稜柱形，且更佳為 長橢圓形的一稜柱形狀。雖然本發明可運用所有型式的稜柱形的電池殼體，一 長橢圓形的電池殼體部分歸因於下述的二個特點而為較佳。
如於圖6(a)與6(b)所示，具有長橢圓形的電池殼體的本發明的一種電池的 一個優點在於配置於該長橢圓形狀的電池殼體之上的一 PTC層可具有表面 積相較於二個圓柱形的電池(諸如18650電池)而大出約16%，此乃當相較於 相同外部體積的堆棧而言，這是由於圖6(b)所指出的浪費空間可完全利用於如 圖6(a)所示的一長橢圓形狀的電池。
此外， 一長橢圓形狀(諸如183665形式因子)的可用內部空間大於二個 18650電池的容積，此乃當相較於相同外部體積的堆棧而言。當組裝成為一電 池組，長橢圓形的電池完全利用由電池組所佔有的較多空間。此舉致使能有新 穎的設計變化於內部電池構件，相對於現今產業所得知者，其可提高關鍵性能 特徵而未犧牲電池容量。因此可利用諸如混合於較高安全性且相對較低容量的 構件而仍然實現高容量於電池組階層的設計特徵。此外，同樣歸因於較大的可 用容積，可選取運用具有相對較高循環壽命的較薄電極。較薄電極也具有較高 速率能力。並且，長橢圓形(或稜柱形)可具有較大的可撓性。舉例而言，相較 於圓柱形狀，長橢圓形狀於腰部點可彎曲較多，其隨著堆棧壓力增大於充電時 而允許較少的可撓性。提高的可撓性減小電極上的機械疲勞，其接著致使有較 高的循環壽命。此外，分離件的氣孔阻塞由相對較低的堆棧壓力而有改良。
相較於稜柱形的電池，允許相對較高安全性的一個特別期望的特點可用於 長橢圓形狀的電池。長橢圓形狀提供對於膠狀巻的一適貼配合，使得針對於電 池所需要的電解質的量為最小。相對較低量的電解質造成於一誤用情況期間的 較少可用的反應材料且因此為較高的安全性。此外，成本歸因於較低量的電解 質而為較低。於具有一種堆棧電極結構的稜柱形瓶罐的情形，其橫截面為矩形的形狀，可能完全利用容積而無不必要的電解質，但此型式的瓶罐設計較為困 難且因此由製造的觀點而言為較高成本。
參考圖7，於本發明的一些實施例，本發明的多個鋰離子電池(例如2至 5個電池)可連接於一電池組，其中，各個電池彼此為串聯、並聯、或串並聯連 接。於一些實施例，於本發明的電池組的電池之間並夫存在並聯連接。
較佳而言，納入於本發明的電池組的諸個電池的至少一個電池具有一稜柱 形的電池殼體，更佳為長橢圓形的電池殼體，如於圖l所示。較佳而言，於電 池組的電池的容量典型為等於或大於約3.0Ah,更佳為等於或大於約4.0Ah。 電池的內部的阻抗較佳為小於約50毫歐姆，更佳為小於約30毫歐姆。
本發明的鋰離子電池與電池組可運用於可攜式電源裝置，諸如可攜式計 算機、動力工具、玩具、可攜式電話、攝錄像機、PDA、與類似物。於運用鋰 離子電池的可攜式電子裝置，其充電通常設計為針對於4.20 V充電電壓。因 此，本發明的鋰離子電池與電池組特別有用於此類可攜式電子裝置。
本發明還包括用於產生如上所述的一種鋰離子電池的方法。該方法包括 形成如上所述的一電池殼體；及，配置一第一電極與一第二電極於電池殼體內。 用於鋰離子電池的如上所述的一 PTC迭層配置於電池殼體的封蓋之上。於一 個實施例，如圖l所示，PTC迭層(例如導電層34、 42與PTC層36)及用於 電池的罩蓋(例如罩蓋48)分離自含有電池電極的電池殼體而組裝，且接著配 置於電池殼體的封蓋(例如封蓋24)之上。較佳而言，於此實施例，PTC迭層 的第一導電層34通過開口 35與54且經由焊接而接觸饋通元件16。
用於本發明的鋰離子電池的正與負電極及電解質可由已知於此技藝的適 合方法所形成。
針對於負電極的適合負活性材料的實例包括任何的材料，其允許鋰以摻雜 或未摻雜進入或離開該材料。該材料的實例包括碳質材料，例如非石墨碳、 人造碳、人造石墨、天然石墨、熱解碳、焦炭(諸如瀝青焦炭、針狀焦炭、 石油焦炭)、石墨、玻璃態碳、或熱處理的有機聚合化合物(其由碳化酚樹脂、 呋喃樹脂、或類似而得到)、碳纖維、與活性碳。另外，金屬鋰、鋰合金、與 其合金或化合物可運用作為負活性材料。尤其是，允許形成具有鋰的一合金或 化合物的金屬元素或半導體元素可為一第四族(group IV)的金屬元素或半導體元素，諸如而不限於矽(Si)或錫(Sn)。尤其是，非晶性錫(其摻雜具有諸如鈷 或鐵/鎳的過渡金屬)具有針對於此型式電池的陽極材料的高度指望的 一種金 屬。允許鋰為於相對基本電位而摻雜或未摻雜進出於氧化物的氧化物(諸如 氧化鐵、氧化釕、氧化鉬、氧化鴒、氧化鈦、與氧化錫)與氮化物可類似運用 作為負活性材料。
針對於正電極的適合的正活性材料包括於此技藝所已知的任何材料，例 如鎳酸鋰(例如LiNiM，02)、鈷酸鋰(例如LiCo02)、橄欖石型式化合物(例 如LiFeP04)、 4孟酸鹽尖晶石(例如Li1+xMn2-x04或L^xXMnp^A，y2)2-x2Ozl)、 與其組合。適合的正活性材料的種種實例可見於公元2005年12月23日所提 出的國際專利申請案序號PCT/US2005/047383、與同日所提出作為本申請案的 代理人案號3853.1001-006號的標題為"鋰離子二次電池，，的美國專利申請案， 其整體的揭示內容以參照方式而納入於本文。
適合的非水性電解質的實例包括 一非水性的電解溶液，由溶解一電解質 鹽類於一非水性的溶劑而備制； 一固體電解質(其含有一電解質鹽類的無機電 解質或聚合物電解質)；及， 一固體或凝膠狀的電解質，由混合或溶解電解質 於聚合物化合物或類似物而備制。
非水性的電解溶液典型為由溶解一鹽類於一有機溶劑而備制。有機溶劑可 包括已經概括運用於此型式的電池的任何適合型式。該有機溶劑的實例包括 碳酸丙酯、碳酸乙酯、碳酸二乙酯、碳酸二曱酯、1,2-二甲氧基乙烷、1,2-二 乙氧基乙烷、Y-丁內酯、四氫呋喃、2-曱基四氫呋喃、1，3-二惡茂烷、4-曱基-1，3-二惡茂烷、二乙基醚、環丁碸、曱基環丁碸、乙腈、丙腈、苯曱醚、乙酸酯、 丁酸酯、丙酸酯與類似物。運用環狀碳酸酯(諸如碳酸丙酯)、或鏈狀碳酸酯 (諸如碳酸二曱酯與碳酸二乙酯)為較佳。此有機溶劑可單獨或是於二或多個 型式的一組合而運用。
添加劑或穩定劑可存在於電解質，諸如碳酸乙烯(VC)、碳酸乙酯乙烯 (VEC)、乙酸乙酯(EA)、磷酸三苯酯(TPP)、膦溱、聯苯(BP)、雙草酸硼酸鋰 (LiBoB)、硫酸乙酯(ES)與硫酸丙酯(PS)。此添加劑作為陽極與陰極的穩定劑或 阻燃劑，其可使得電池以形成、循環效率、安全性與壽命而言為較高的性能。
固體的電解質可包括一無機電解質、 一聚合物電解質、與類似物，只要該材料具有鋰離子的傳導性即可。舉例而言，無機電解質可包括氮化鋰、硤化 鋰、與類似物。聚合物電解質由一電解質鹽類與一聚合物化合物所構成，電解 質鹽類溶解於聚合物化合物。運用於聚合物電解質的聚合物化合物的實例包 括諸如聚乙烯氧化物與交聯的聚乙烯氧化物的醚基聚合物、聚曱基丙烯酸酯 基聚合物、丙烯酸酯基聚合物、及類似物。此聚合物可單獨運用或於二或多個 種類的一混合物或一共聚合物的形式來運用。
凝膠電解質的基質可為任何的聚合物，只要聚合物由吸收上述的非水的電 解溶液所膠化即可。運用於凝膠電解質的聚合物的實例包括氟,灰聚合物，諸如 聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚亞乙烯-共-六氟丙烯(PVDF-HFP)、與類似物。
運用於凝膠電解質的聚合物的實例也包括聚丙烯腈與聚丙烯腈的共聚合 物。運用於共聚合的單體(乙烯基的單體)的實例包括醋酸乙烯酯、甲基丙烯 酸曱酯、曱基丙烯酸丁酯、丙烯酸曱酯、丙烯酸丁酯、亞曱基丁二酸、氫化丙 烯酸甲酯、氫化丙烯酸乙酯、丙烯醯胺、氯乙烯、偏二氟乙烯、與偏二氯乙烯。 運用於凝膠電解質的聚合物的實例還包括丙烯腈-丁二烯共聚物橡膠、丙烯 腈-丁二烯-苯乙烯共聚物樹脂、丙烯腈-氯化聚乙烯-丙二烯-苯乙烯共聚物樹 脂、丙烯腈-氯乙烯共聚物樹脂、丙烯腈-曱基丙烯酸樹脂、與丙烯腈-丙烯酸酯 共聚物樹脂。
運用於凝膠電解質的聚合物的實例包括醚基聚合物，諸如聚乙烯氧化 物、聚乙烯氧化物的共聚物、與交聯的聚乙烯氧化物。運用於共聚合化的單體 的實例包括聚丙烯氧化物、甲基丙烯酸曱酯、曱基丙烯酸丁酯、丙烯酸曱酯、 與丙烯酸丁酯。
特定而言，依據氧化-還原的穩定度的觀點，氟碳聚合物較佳為運用於凝 膠電解質的基質。
運用於電解質的電解質鹽類可為適用於此種型式的電池的任何電解質鹽 類。電解質鹽類的實例包括LiC104、 LiAsF6、 LiPF6、 LiBF4、 LiB(C6H5)4、 LiB(C204)2、 CH3S03Li、 CF3S03Li、 LiCl、 LiBr、與類似物。概括而言， 一分 離件分開電池的正電極與負電極。分離件可包括已經概括運用以形成此種型式 的非水性電解質二次電池的分離件的任何薄膜狀材料，例如由聚丙烯、聚乙 烯、或該二者的一層狀組合所作成的一微孔性聚合物薄膜。此外，若運用一固體電解質或凝膠電解質作為該電池的電解質，無須設置分離件。玻璃纖維或纖 維素材料所作成的 一微孔性分離件亦可運用於某些情形。分離件厚度典型為介
於9與25微米之間。
於一些特定實施例， 一正電極可由混合一特定比值的陰極粉末而製造。重 量卯％的此混合物接著混合連同作為導電劑的重量5 %的乙炔黑、與作為黏合 劑的重量5%的PVDF。混合物分散於作為溶劑的N-曱基-2-吡咯烷酮(NMP), 以備製漿料。此漿料接著施加至典型厚度約為20微米的鋁集電器箔的二個表 面，且乾燥於約攝氏IOO至150度。乾燥的電極接著由一滾壓機所壓制，以得 到一壓縮後的正電極。當單獨運用LiCo02作為正電極，典型運用重量94%的 LiCo02、重量3%的乙炔黑、與重量3%的PVDF的一混合物。 一負電極可由 混合作為負活性材料的重量93%的石墨、重量3%的乙炔黑、與作為一黏合劑 的重量4°/。的PVDF而備制。負混合物亦分散於作為一溶劑的N-曱基-2-吡咯烷 酮(NMP),以備製漿料。該負混合物漿料均勻施加於典型厚度約為IO微米的 條狀銅負集電器箔。乾燥的電極接著由一滾壓機所壓制，以得到一緻密的負電 極。
負與正電極及厚度25微米的具有微孔的聚乙烯薄膜所形成的一分離件概 括為迭合且螺旋纏繞以產生 一螺旋式電極元件。
於一些實施例，例如由鋁所作成的一或多個正引線條片附接至正電流電 極，且接著電連接至本發明的電池的正端子。例如由鎳金屬所作成的一負引線 連接負電極，且接著附接至一饋通元件，諸如饋通元件16與66。例如具有 1MLiPF6的EC:DMC:DEC的電解質真空填入於本發明的一種鋰離子電池的電 池殼體，其中，電池殼體具有螺旋繞制的"膠狀巻(jellyroll)"。
儘管本發明已經關於其較佳實施例而為特定顯示及描述，將為熟悉此技藝 人士所了解的是可作成形式與細節的種種的變化而未脫離由隨附申請專利範 圍所涵蓋的本發明的範疇。
權利要求
1. 一種鋰離子電池，包含(a)一第一端子，電連通於該電池的一第一電極；(b)一第二端子，電連通於該電池的一第二電極；(c)一電池殼體，其包括一封蓋，其中，該封蓋電連通於該電池殼體，且該電池殼體電絕緣於第一端子而電連通於第二端子；及(d)一正熱係數層，電連通於該電池的第一端子且位於該電池殼體的封蓋之上。
2. 如權利要求1所述的鋰離子電池，還包括(i) 一第一導電層，位於該電池殼體的封蓋之上；及(ii) 一第二導電層，其中，第二導電層的至少一部分為第一端子的至少一 構件、或是電連接至第一端子；其中，該正熱係數層位於第一與第二導電層之間。
3. 如權利要求1所述的鋰離子電池，還包括 一饋通元件，其電蜂接該電 池的第一電極至第一端子。
4. 如權利要求3所述的鋰離子電池，其中，第一導電層連接至該饋通元件， 且位於該饋通元件之上。
5. 如權利要求4所述的鋰離子電池，其中，該電池殼體的封蓋、第二導電 層、與正熱係數層的各個界定一貫通孔，通過該貫通孔，該饋通元件連接至第 一導電層。
6. 如權利要求5所述的鋰離子電池，其中，該饋通元件電絕緣於該電池殼 體的封蓋、第二導電層、與正熱係數層的各個貫通孔，而該饋通元件經由第一 導電層表面接觸該正熱係數層的一部分、且經由第二導電層表面接觸該正熱系 數層的一部分而電連通於第二導電層。
7. 如權利要求6所述的鋰離子電池，其中，該正熱係數層覆蓋第二導電層 表面的一部分，因此，並未由該正熱係數層所覆蓋的第二導電層表面的一部分 作為第一端子。
8. 如權利要求1所述的鋰離子電池，還包括 一絕緣層，位於該電池殼體的封蓋與第二導電層的至少 一 部分之間。
9. 如權利要求8所述的鋰離子電池，其中，該絕緣層為一空氣層。
10. 如權利要求1所述的鋰離子電池，其中，該電池殼體界定至少一個通 風機構，通過該通風才幾構，當該電池內側的壓力大於一預定值，該電池之內的 氣體可釋放。
11. 如權利要求1所述的鋰離子電池，還包含 一電流中斷元件，電連通 於電池的第一端子或第二端子，該電流中斷元件包括一第一導電板與一第二導 電板，第一與第二導電板彼此電連通，其中，當該電池內側的壓力大於一預定 值，第二導電板與第一導電板分離，因此中斷於第二電極與第二端子之間的電 流。
12. 如權利要求11所述的鋰離子電池. 二端子。
13. 如權利要求1所述的鋰離子電池， 大於該電池的第 一端子的表面積。
14. 如權利要求1所述的鋰離子電池， 個電池約3.3安培小時。
15. 如4又利要求1所述的鋰離子電池， 面形狀。
16. 如權利要求15所述的鋰離子電池 橫截面形狀。
17. —種電池組，包含多個鋰離子電池，各個電池包括(a) —第一端子，電連通於該電池的一第一電極；(b) —第二端子，電連通於該電池的一第二電極；(c) 一電池殼體，其包括一封蓋，其中，該封蓋電連通於該電池殼體，且該 電池殼體電絕緣於第一端子而電連通於第二端子；及(d) —正熱係數層，電連通於該電池的第一端子且位於該電池殼體的封蓋 之上。
18. 如權利要求17所述的電池組，還包括 (i)一第一導電層，位於該電池殼體的封蓋之上；及,其中，該電流中斷元件電連通於第 其中，該正熱係數層具有的表面積 其中，該電池的容量等於或大於每 其中，該電池殼體具有稜形的橫截，其中，該電池殼體具有長橢圓形的(ii)一第二導電層，其中，第二導電層的至少一部分為第一端子的至少一構件、或是電連接至第一端子；其中，該正熱係數層位於第一與第二導電層之間。
19. 如權利要求17所述的電池組，還包括 一々齎通元件，其連接該電池的 第一電極至第一端子。
20. 如權利要求19所述的電池組，其中，第一導電層連接至該饋通元件， 且位於該々貴通元件之上。
21. 如權利要求17所述的電池組，其中，至少一個電池具有稜形的橫截面 形狀。
22. 如權利要求21所述的電池組，其中，至少一個電池具有長橢圓形的橫 截面形狀。
23. 如權利要求17所述的電池組，其中，各個電池的容量等於或大於每個 電池約3.3安培小時。
24. 如權利要求17所述的電池組，其中，各個電池的內部阻抗小於約50 毫歐姆。
25. 如權利要求17所述的電池組，其中，所述電池串聯而並無電池並聯連接。
26. —種製造鋰離子電池的方法，包含以下步驟(a) 形成一電池殼體，其包括電連接至該電池殼體的一封蓋，該電池殼體電 絕緣於一第一端子而電連通於一第二端子；(b) 配置一第一電極與一第二電極於該電池殼體之內，第一與第二電極分 別電連通於該電池的第一端子與第二端子；及(c) 配置一正熱係數層於該電池殼體的封蓋之上，該正熱係數層電連通於該 電池的第一端子。
27. 如權利要求26所述的方法，還包括以下步驟配置一第一導電層與一 第二導電層於該電池殼體的封蓋之上，其中，該正熱係數層於第一與第二導電 層之間，且第二導電層的至少一部分為第一端子的至少一構件、或為電連接至 第一端子。
28. 如權利要求26所述的方法，還包括以下步驟形成一饋通元件，其電連接該電池的第一電極至第一端子。
29. 如權利要求28所述的方法，其中，第一導電層連接至該饋通元件，且 位於該4齎通元件之上。
30. 如權利要求29所述的方法，其中，該電池殼體的封蓋、第二導電層、 與正熱係數層的各個界定一貫通孔，通過該貫通孔，該饋通元件連接至第一導 電層。
31. 如權利要求30所述的方法，其中，該饋通元件形成以電絕緣於該電池 殼體的封蓋、第二導電層、與正熱係數層的各個貫通孔，而該饋通元件經由第 一導電層表面接觸該正熱係數層的一部分、且經由第二導電層表面接觸該正熱 係數層的一部分而電連通於第二導電層。
32. 如權利要求31所述的方法，其中，該正熱係數層覆蓋第二導電層表面 的一部分，因此，並未由該正熱係數層所覆蓋的第一導電層表面的一部分作為 第一端子。
33. 如權利要求26所述的方法，還包括以下步驟形成至少一個通風機構 於該電池殼體上，通過該通風機構，當該電池內側的壓力大於一預定值，該電 池之內的氣體可釋》史。
全文摘要
一種鋰離子電池包括一第一端子，電連通於電池的一第一電極；一第二端子，電連通於電池的一第二電極；一電池殼體，包括電連接至電池殼體的一封蓋；及一正熱係數PTC層，電連通於第一端子且位於電池殼體的封蓋之上。一種電池組包括多個如上所述的鋰離子電池。
文檔編號H01M10/38GK101501882SQ200680055431
公開日2009年8月5日 申請日期2006年6月23日 優先權日2006年6月23日
發明者宋彥寧, 菲利普·E.·帕汀 申請人:波士頓電力公司