具有特殊封裝結構的電池的製作方法
2023-04-24 23:42:11
專利名稱：具有特殊封裝結構的電池的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種具有這樣封裝結構的電池，該結構能提高其電能的儲存容量和輸出，這個電池更為特別的是，電池的上接合部分朝電池殼體的上端摺疊以與接合部分沿著縱向減少的寬度成比例地增加電池殼體和容納在電池殼體中的電極組件的長度，以增加同樣尺寸的電池封裝的電池的電能存儲容量和輸出，優選地，其中對應於上接合部分的內角具有大曲率半徑來提供優質的密封性能，更優選的是，電池殼體的上體和下體是彼此分開的，並且用以容納電極組件的容納部分分別形成在上體和下體中，以更進一步提高電池的電能儲存容量和輸出。
就像圖1到5所表示的那樣，一個鋰離子聚合物電池10包括了一個包含了陽極、陰極以及置於陽極和陰極之間的隔板的電極組件20，電池殼體30，用於容納電極組件20以及指定量的電解液，和密封兩個連接到電極組件20的陽極和陰極的對應引線的電極端子40，這樣這兩個電極端子對外暴露。
電池殼體30包括一個具有用以容納電極組件20和指定量電解液的容納部分30a的下體32，和一個做為殼體蓋子、整體連接到下體32的下端的上體34。沿著下體和上體32和34的兩側和上端都形成有指定寬度的延伸部分，以用於將下體和上體32和34彼此接合。
在下文中，參考圖1到5，將詳細介紹具有上述封裝結構的常規鋰離子聚合物電池10的裝配過程。
首先，電極端子40通過超聲波焊接或者點焊連接到電極組件20的陽極和陰極的相應引線上，電極組件20布置到下體32的容納部分30a，指定量的電解液也被注入到容納部分30a。上體34覆蓋在下體32上面，這樣兩個電極端子40就對外暴露。下體和上體32和34的延伸部分相互接觸並通過熱焊機(未顯示)熱壓(pressingly heated)，從而得到電池殼體30的上接合部分30』和側接合部分30」。
隨後，電池殼體30的下體和上體32和34的側接合部分30」以一個直角折向電池殼體30的相鄰側。保護電路50朝電池殼體的縱向布置到上接合部分30』上，這樣電極端子40可以連接到保護電路50上的相應部分(參考圖5)。
因為具有上述結構的常規電池的長度是有限的，且常規電池電池殼體的上接合部分是沿著電池殼體的縱向延伸的，電池殼體中容納的組件，也就是說電極組件的長度是有限制的，因此減少了電能的儲存容量和電池的輸出。
發明內容
因此，本發明就是針對以上的問題而設計，本發明的目標是提供一個具有封裝結構的電池，在該電池中，電池殼體的容納部分的長度和容納部分中容納的電極組件的長度與電池殼體的上接合部分在電池殼體縱向上佔用的寬度成比例增加，因而增加同樣大小的電池封裝的電能的儲存容量和輸出。
本發明的進一步目標是，提供一種具有封裝結構的電池，在該電池中，電池殼體的上接合部分易於朝電池殼體的上端摺疊，且上接合部分的兩個突出側面是圓形的，這樣可以防止工人在處理電池時被上接合部分的突出側面所傷害。
本發明的另外一個目標是，提供一種具有封裝結構的電池，在該電池中，甚至在切除電池殼體的上接合部分和兩側部分的公共區域，以將上接合部分向電池殼體的上端摺疊之後，通過對應於公共部分的電極組件的內角的極好的密封性能，在電池內維持由真空引起的減壓狀態。
本發明還有一個目標是，提供一種具有封裝結構的電池，在該電池中，電池殼體的上體和下體彼此分開，而用於容納電極組件的容納部分分別形成在上體和下體中，以增加電極組件的厚度和長度，從而最大化電能的儲存容量和其輸出。
根據本發明，上述的以及其他的目標可以通過一種電池實現，其包括電極組件，該電極組件包括陽極板、陰極板和隔板；電池殼體，其兩側接合部分都折向相鄰側面、用以容納電極組件和指定量電解液的電池殼體，以及密封該電極組件，這樣連接到電極組件的陽極和陰極板的對應的電極引線的兩個電極端子對外暴露，其中電池殼體的上接合部分折向電池殼體的上端，所以電極組件的長度可以增加，以提高電池的電能儲存容量和輸出，並且兩個布置到上接合部分的電極端子沿該電極殼體的縱向彎曲。
優選地，可將電池殼體的上接合部分和兩側部分的公共區域切除到指定大小。公共部分的切除大小由當上接合部分朝電池殼體的上端摺疊和側接合部分朝電池殼體兩側摺疊時上接合部分和側接合部分的重疊部分的大小決定。因此，當接合部分尺寸大時，要切除的公共部分尺寸也大。
電池殼體的上接合部分和兩側部分的公共部分的切除端可以是圓形的，這能夠防止工人在電池裝配過程中被公共部分的切除端的尖角傷害。
優選地，為了補償由於切除公共部分引起的接合部分寬度的減少，對應於上接合部分的內角可以有大的曲率半徑。因為公共部分的切除，在上接合部分和側接合部分會合處的公共部分的寬度小於上接合部分和側接合部分的寬度，所以該公共部分具有低密封性能。
因為上接合部分摺疊以接觸電池殼體的上端，保護電路被布置在電池殼體的上端，這樣保護電路的背面就和電池殼體的上端接觸。因此，具有安裝在其上的保護電路的電池封裝的外部長度小於圖5中所示的傳統電池封裝的外部長度。
電極組件可以是層疊式的電極組件或者是膠質碾壓式的電極組件。當電池殼體的內角具有上述的大曲率半徑時，電極組件的端部具有對應於該內角的曲率半徑的形狀，以增加電池的容量。
本發明的電池的電池殼體的形狀和大小不受限制，優選地，該電池殼體可以具有從下組中選擇的一種結構，其包括『i』一種結構，其中上體的下端和下體的下端整體形成，且容納部分只形成在下體中；『ii』一種結構，其中上體和下體彼此分離，且容納部分形成在下體中；『iii』一種結構，其中上體和下體彼此分離，且容納部分分別形成在上體和下體中；『iv』一種結構，其中上體的下端和下體的下端整體形成，且容納部分分別形成在上體和下體中。
在結構(ii)和(iii)中，下體和上體是分離的，當在電極組件布置到上體和下體之間的情況下將上體和下體彼此接合時，密封接合部分必須形成在電池殼體的上端和下端。此外，在結構(iv)中，其中上體的下端和下體的下端整體形成，且容納部分分別形成在上體和下體中，接合部分仍然需要形成在電池殼體的下端，以防止容納部分在摺疊上體和下體時發生扭曲。
更優選的，電池可以具有結構(iii)和結構(iv)。在本發明的電池中，電池殼體主要是由鋁質層壓片製成，並通過深衝壓處理在其中形成容納部分。在通過深衝壓處理獲得的容納部分的深度為5～6毫米或更深的情況下，小孔和裂紋就會產生。因此，為了製造具有高電能儲存容量和輸出的電池，電池最好具有大的寬度。這種情況下，電池最好具有結構(iii)或結構(iv)，而更優選地，電池具有結構(iii)，以使電池成型更容易，並提高產品穩定性。
當下接合部分以與上接合部分相同的方式形成在電池殼體的下端上時，該下接合部分可以選擇地或者優選地具有所有這些配置，其中(a)切除電池殼體的下接合部分和兩側部分會合處的公共部分；(b)電池殼體下接合部分和兩側部分的公共部分的切除端是圓形的；(c)對應於該下接合部分的電極組件的內角具有大曲率半徑。
本發明上述的以及其他的目標、特徵和優點可以通過下面結合附圖的詳細描述更為清楚地了解圖1到5是常規電池封裝結構的示意圖；圖6到10是根據本發明的一個實施例的電池封裝結構的示意圖；圖11到13是根據本發明的另一個實施例的電池封裝結構的示意圖；圖14到15是根據本發明的又一個實施例的電池封裝結構的示意圖。
具體實施例方式
現在，本發明的優選實施例將參考附圖進行詳細描述。
圖6到10是根據本發明的一個實施例的電池封裝的結構和裝配過程的示意透視圖和截面圖。
參考圖6到10，該實施例的電池封裝100包括包含陽極板、陰極板和隔板的電極組件200；一個可摺疊的電池殼體300，氣密密封兩個連接到該電極組件200的陽極板和陰極板的對應電極引線的電極端子400，使得對外暴露的電極端子400，它還包括一個下體310和上體320。
下體310包含具有與電極組件200外形對應的凹陷形狀的容納部分330，用以容納電極組件200和指定量的電解液。上接合部分311和兩側接合部分312沿著下體310的容納部分330的邊緣形成。
電池殼體300的上接合部分311向電池殼體300的上端摺疊，在下體和上體310和320接合到一起的情況下，造成電極組件200的長度增加，從而增加了電池封裝100的電能儲存容量和輸出。布置在上接合部分311的兩個電極端子400沿電池殼體300的縱向彎曲。
上接合部分311和側接合部分312會合處的公共部分340被切除，這樣上接合部分311就易於摺疊。因此，上接合部分311和側接合部分312的摺疊處理就易於執行。更優選地，公共部分340的切除端是圓形的，從而可以防止工人在處理電池封裝100時不被公共部分340的尖銳切除端傷害。
通過切除上接合部分311和側接合部分312會合處的公共部分340，公共部分340的切除端與上接合部分311和側接合部分312相比具有相對較低的密封性能。在正常狀況下，真空造成的電極組件200的壓力下降集中在公共部分340的切除端。為了解決以上問題，在本發明的優選實施例中，對應於該電池殼體300的上接合部分311的內上角具有大的曲率半徑，從而獲得接合部分的大的厚度。也就是說，由於切除公共部分340引起的接合部分尺寸減小，由內上角314進行補償，從而獲得極好的密封性能。
在這裡，內上角314的曲率半徑大於內下角315的曲率半徑。但是，內上角314的曲率半徑不局限於此，還可以是滿足上述條件任何值。例如，為了在內上角314周圍獲得足夠的接合區域並適當分散施加到電池殼體300的容納部分的壓力，內上角314的曲率半徑至少三倍於內下角315的曲率半徑。內上角314的曲率半徑的上限可以是一個非常大的數值，且內上角314的內表面可以傾斜接近一條直線。
另外一個觀點是，內上角314的曲率半徑要設置為一個合適的值，這樣可以控制電池組件100的穩定性。通常，電池需要一種構造用以解決因為電池內不合適的壓力引發的安全問題。例如在圓柱電池的蓋組件上安裝安全閥，用以圓柱電池內壓達到或大於臨界值時排放壓縮氣體。在另一方面，當具有本發明的上述結構的電池的內部壓力達到或大於臨界值時，本電池的接合部分會拆開，從而由此排放壓縮氣體。因此，當具有本發明的上述結構的電池內部壓力達到或大於臨界值時，壓縮氣體會通過拆開接合部分產生的間隙從電池排放到外部，接合部的外表面斷開。從電池的穩定性來看，通過指定部分排放壓縮氣體的電池構造提供了一種高穩定性電池。因此，例如，內上角314的曲率半徑可以設置在一個指定的範圍內，這樣內上角314在電池的正常工作狀態下具有極好的密封性能，並在產生高內部壓力導致的電池的異常工作狀態下被拆開以由此排放壓縮氣體。
還參考圖6到10，一個安全元件(未顯示)，例如保險絲、雙金屬片或PTC，可以附著於兩個電極端子400上。優選地，該安全元件使用PTC根據溫度對電池的電流進行間歇地控制。為了最小化該電池封裝的外部長度，其中保護電路500布置到摺疊的上接合部分311上以接觸電池殼體300的上端，該保護電路500平行於上接合部分311布置，這樣該保護電路500的背面接觸該上接合部分311的外表面(參考圖10)。
如果在公共部分340沒有完全除去的情況下就將上接合部分311向電池殼體300的上端摺疊，公共部分340的部分可以沿對角線方向被切除或者重疊。
鋁片包含在上接合部分311和側接合部分312以及電池殼體300中，因此，當上接合部分311向電池殼體300的相鄰上端摺疊時，上接合部分311的摺疊狀態可以保持。
該電池封裝300具有如圖6到圖10所示的以上結構，這些結構的作用如下首先，通過將側接合部分312朝電池殼體300的對應側摺疊以及將上接合部分311朝電池殼體300的上端摺疊，能夠與該電池殼體300的上接合部分311在該電池殼體300的縱向上所佔用的寬度成比例地，增加電池殼體300的容納部分330和將要容納在容納部分330中的電極組件200的長度，從而增加相同大小電池封裝的電池的電能的儲存容量和輸出。
第二，因為電池殼體300的上接合部分311和側接合部分312的公共部分340被切除，當上接合部分311向電池殼體300的上端摺疊時，上接合部分311不會妨礙側接合部分312，因此變得容易摺疊。
第三，通過切除公共部分340得到的上接合部分311和側接合部分312的切除部分是圓形的，因此可以防止工人被切除部分的尖端傷害。
第四，因為電池殼體300的內上角的曲率半徑314大於內下角315的曲率半徑，電池組件在電池殼體300的內上角314周圍可以得到足夠尺寸的接合部分，因此可以因為內部壓力的均衡分布而提供高密封性能。此外，內上角314的曲率半徑可以設置在一個合適的範圍，使得壓縮氣體可以從內部壓力超過臨界值的位置排出，從而保持高安全性能。
圖11到13為根據本發明的另外一個實施例的電池封裝結構的示意圖。
參考圖11到13，電池殼體300包括彼此分離的下體310和上體320，以及分別形成在下體310和上體320中用以容納電極組件200的容納部分331和332。延伸部分316和326從下體310和上體320的下端延伸。當在電極組件200裝入容納部分331和332的情況下，下體310和上體320的四個延伸部分熱融合，形成了上接合部分311，側接合部分312和下接合部分317(參考圖3B)，且上接合部分311，側接合部分312和下接合部分317分別向電池殼體300的上端、側面和下端摺疊(如圖13)。
採用與上公共部分相同的方式，切除下接合部分317和側接合部分312交會處的下公共部分340。公共部分340的切除可以在製造下體310和上體320的最初階段進行，也可以如圖12所示在接合部分311、312和317的熱熔合之後的階段進行。
對應於下接合部分317的下體310和上體320的內下角315和325具有和內上角313和323一樣的大曲率半徑。電極組件200的兩個下端205擁有和內下角315和325的形狀對應的形狀。
如上所述，當電池殼體300通過深衝壓製造時，難以形成具有5～6毫米或更大的深度且沒有缺陷的容納部分331和332。如果容納部分331和332如圖11所示分別形成在下體310和上體320內，則可以使用具有大的厚度的電池組件400。下體310的容納部分331的深度不必與上體320的容納部分332相同。為了便利電池裝配過程，例如容易地容納電解液，下體310的容納部分331的深度應當大於上體320的容納部分332的深度。
圖14和15為根據本發明的又一實施例的電池封裝結構的示意圖。
參考圖14和15，本實施例的電池殼體300與在圖6中所述前一實施例的電池殼體300相同，其下體310的下端和上體320的下端是整體形成的。然而本實施例的電池殼體300不同於圖6所示前一實施例的電池殼體300，其容納部分331和332分別在下體310和上體320中形成，並且其延伸部分316和326從下體310和上體320的下端延伸。該容納部分331和332可形成在不具有下延伸部分316和326的下體310和上體320內。然而，在這種情況下，該下體310和上體320的下端可能在深衝壓期間被損害。因此，為了安全地執行深衝壓，優選地需要下延伸部分316和326。
圖15描述了將電極組件密封在電池殼體300內之前的電池殼體300的俯視圖和側視圖。這裡，布置於電池殼體300的上端和下端的兩側的公共部分已經被切除。
本發明的電池封裝不局限於圖6到圖15所示的上述結構，而可以具有其他多種結構。
從上述描述可以明顯地看到，本發明提供一種電池封裝的結構，其中該電池殼體的容納部分和布置在該容納部分中的電極組件的長度與該電池殼體的上接合部分在電池殼體的縱向上所佔有的寬度成比例地增加，從而增加同樣尺寸的電池封裝的電能存儲容量和輸出。這樣當容納部分分別形成在電池殼體的上體和下體中時，該電池最大化其能量存儲容量和輸出。
此外，通過切除電池殼體的上接合部分和兩側部分的公共部分，該電池殼體的上接合部分可容易地向電池殼體的上端摺疊。另外，因為上接合部分的兩突起側是圓形的，本發明的電池可防止工人在處理電池時被上接合部分的突起側傷害。
此外，因為對應於電池殼體的上接合部分(或下接合部分)與兩側部分交會處的公共部分的內角具有大的曲率半徑，甚至在為了易於將上接合部分折向該電池殼體的上端而切除公共部分之後，該內角提供預定密封性能來維持電池的內部壓力，從而具有預定的密封尺寸和能夠經受該電池的內部壓力。
雖然本發明的優選實施例為描述的目的被公開，本領域技術人員將認識到多種修改、添加和替換是可能的，而不會偏離所附的權利要求中公開的本發明的範圍和精神。
權利要求
1.一種電池，包括電極組件，包括陽極板、陰極板和隔板；以及電池殼體，其兩側接合部分都向其鄰接側摺疊，用於容納電極組件和指定量的電解液以及密封該電極組件，這樣兩個連接到該電極組件的陽極板和陰極板的對應電極引線的電極端子對外暴露，其中該電池殼體的上接合部分朝該電池殼體的上端摺疊，這樣可增加該電極組件的長度以改進該電池的電能存儲容量和輸出，並且布置在該上接合部分的兩個電極端子向該電池殼體的縱向進行彎曲。
2.根據權利要求1所述的電池，其中該電池殼體的上接合部分和兩側部分的公共部分被切除。
3.根據權利要求2所述的電池，其中該電池殼體的上接合部分和兩側部分的公共部分的切除端是圓形的。
4.根據權利要求2或3所述的電池，其中為了補償因為切除公共部分而減少的接合部分的寬度，對應於該上接合部分的內角具有大的曲率半徑。
5.根據權利要求1所述的電池，其中保護電路布置在該電池殼體的上端，而該上接合部分向該上端摺疊，這樣該保護電路的背面接觸該上端。
6.根據權利要求1所述的電池，其中該電極組件為層壓式電極組件或膠質碾壓式電極組件。
7.根據權利要求4所述的電池，其中該電極組件的端部具有對應該內角的曲率半徑的形狀。
8.根據權利要求1所述的電池，其中該電池殼體具有從下述組中選擇的一種結構，該組包括(i)一種結構，其中上體的下端與下體的下端整體形成，並且容納部分只形成在下體中；(ii)一種結構，其中上體和下體彼此分離，並且容納部分形成在下體中；(iii)一種結構，其中上體和下體彼此分離，並且容納部分分別形成在該上體和下體中；以及(iv)一種結構，其中上體的下端與下體的下端整體形成，並且容納部分分別形成在該上體和下體中。
9.根據權利要求8所述的電池，其中在該電極組件布置在具有從包括(ii)、(iii)和(iv)的組中選擇的一種結構的電池殼體的上體和下體中的情況下，所述上體和下體與彼此接合，密封接合部分形成在通過接合上體和下體獲得的電池殼體的下端上。
10.根據權利要求8所述的電池，其中所述電池殼體具有從包括(iii)和(iv)的組中選擇的一種結構。
11.根據權利要求10所述的電池，其中所述電池殼體具有(iii)的結構。
全文摘要
本發明提供了一種具有增加電能存儲容量和其輸出的結構的電池。根據本發明，在電池中包括具有陽極板、陰極板和隔板的電極組件；和電池殼體，其兩側接合部分向其鄰接側摺疊，以容納電極組件和指定量的電解液並密封該電極組件，這樣兩個連接到該電極組件的陽極板和陰極板的對應的電極引線的電極端子對外暴露，該電池殼體的上接合部分向該電極殼體的上端摺疊，和/或該電池殼體的上接合部分和兩側部分的公共部分被切除，和/或對應於上接合部分的內角具有大的曲率半徑，和/或用於容納電極組件的容納部分分別地形成在該電池殼體的上體和下體中。具有以上結構的電池在同樣的電池封裝尺寸下具有高能量存儲容量和輸出，以及高密封性能和安全性能。
文檔編號H01M2/02GK1906779SQ200480040925
公開日2007年1月31日 申請日期2004年12月16日 優先權日2004年1月30日
發明者姜熙京, 李香穆, 玄旿瑛, 安昶笵, 黃成敏 申請人:株式會社Lg化學