蓄電池單元的製作方法

2023-11-11 11:35:08 1

本發明涉及一種蓄電池單元，更特別涉及一種在發生過度充電時能夠中斷電流流動的袋式蓄電池單元。

背景技術：

隨著可攜式電子產品，諸如攝影機、可攜式電話，以及可攜式PC等逐漸被使用，用作其驅動電源的可充電電池的重要性日益增大。

通常，與不充電的一次電池不同，可用於充電和放電的可充電電池，隨著諸如數位相機、行動電話、膝上型計算機、動力工具、電動自行車、電動車輛、混合動力車輛以及大容量動力存儲設備等高科技領域的發展，已得到積極地研究。

具體來說，與現有的鉛酸蓄電池、鎳鎘蓄電池、鎳氫蓄電池、以及鎳鋅蓄電池等其它二次電池相比，每單位重量具有高能量密度且能夠快速充電的鋰離子蓄電池，已逐漸被使用。

鋰離子蓄電池可具有3.6V或更高的工作電壓，且可用作可攜式電子設備的電源，多個鋰離子蓄電池還可串聯或並聯連接以使用在高功率電動車輛、混合動力車輛、動力工具、電動自行車、動力儲存設備和UPS中。

與鎳鎘蓄電池或鎳-金屬氫化物蓄電池相比，人們通常使用具有工作電壓高出三倍且每特定重量的能量密度優異等特點的鋰離子蓄電池。

利用液體電解質的鋰離子蓄電池，通常被焊接並密封在作為容器的圓形或帶角的金屬罐中。這種使用金屬罐作為容器的罐式可充電電池具有固定形狀，限制使用罐式可充電蓄電池作為電源的電子產品的設計，並在減小罐容量方面具有一定難度。因而，人們已經研發並使用一種袋式(pouch-type)可充電電池，通過將電極組件和電解質封裝在由薄膜形成的袋中，並密封該袋。

然而，鋰離子蓄電池在過熱時可能會具有不利影響，因此確保安全性非常重要。

鋰離子蓄電池可能因各種原因而被過度加熱。其中的一個原因是大於極限值的過載電流在鋰離子蓄電池中流動的情況。當過載電流流動時，鋰離子蓄電池因焦耳熱而被加熱，從而快速增加其內部溫度。此外，溫度的快速增加引起電解質的分解反應，從而引起熱失控，這會導致蓄電池的不利影響。當鋒利的金屬物體穿透鋰離子蓄電池時；當正電極和負電極之間的絕緣，因介於正電極和負電極之間的分離器的收縮而破壞時；或者當由於外連接的充電電路或載荷中發生故障而將衝擊電流施加到蓄電池時，都會產生過載電流。

因此，為了保護鋰離子蓄電池免受諸如產生過載電流等異常情況，鋰離子蓄電池可與保護電路連接，並且保護電路通常具有熔絲元件，當產生過載電流時，該熔絲元件不可逆地切斷充電或放電電流流動的線路。然而，在熔絲元件發生故障的情況下，形成電池模塊和/或電池組的鋰離子蓄電池，即蓄電池單元內的內壓會繼續增加，從而可能產生不利事件。

因此，當蓄電池單元的內壓增大時，需要更可靠地切斷電流的流動，以確保安全。

技術實現要素：

為了在完好地保持現有技術所具有的優點的同時解決現有技術中存在的上述問題，而提出本發明。

本發明的一方面提供一種電極引線，其能夠在蓄電池單元中發生故障(過度充電、過度放電、或者異常高溫)時，自動中斷施加到蓄電池單元的電流。

本發明的另一方面提供一種電極引線，甚至在沒有單獨電源或控制器的情況下，其也能夠通過機械操作來中斷施加到蓄電池單元的電流。

本發明的另一方面通過最大限度地縮短電流在其中流動的路徑來減小阻力。

本發明的技術主題不限於上述內容，並且從下面描述的實施例中， 本領域技術人員會清楚地理解本文中未描述的任何其它技術主題。

根據本發明的一個示例性實施例，蓄電池單元可包括：電極組件；容納電極組件的袋狀殼體；以及具有外引線和內引線的電極引線，外引線的至少一部分從袋狀殼體向外伸出，內引線連接到電極組件和外引線，其中內引線和外引線通過結合部連接，並且當袋狀殼體膨脹時結合部斷裂。

在具體實施方式以及附圖中，示出各個實施例的細節。

附圖說明

通過下面的詳細描述，並結合附圖，本發明的上述和其它目的、特徵和優點將更會更加顯而易見，其中：

圖1是根據本發明示例性實施例的蓄電池單元的平面圖；

圖2是沿圖1的C-C線截取的橫截面圖；

圖3是根據本發明示例性實施例的電極端子的分解立體圖；

圖4是當電極端子因蓄電池單元中產生氣體而分離時，沿著圖1的C-C線截取的橫截面圖。

圖中每個元件的附圖標記：

11：電極組件

14：袋狀殼體

100：電極引線

101：外引線

103：內引線

105：結合部

107：階梯部

110：袋狀粘合層

111：上粘合層

113：下粘合層

120：階梯粘結部

140：粘結部件

150：保護層。

具體實施方式

通過下文給出的詳細描述，並參考附圖，用於實現本發明的優點和特徵的優點、特徵和方法將會更加顯而易見。

然而，應該理解，詳細的描述和具體實施例僅通過說明的方式給出，因為通過這些詳細描述，本發明的精神和範圍內的各種變化和修改對於本領域技術人員顯而易見。在本說明書中，類似的附圖標記指代相同或類似的元件。

在下文中，參考附圖詳細描述根據本發明的示例性實施例的蓄電池單元。

圖1是根據本發明的示例性實施例的蓄電池單元的平面圖。

參考圖1，蓄電池單元10可包括電極組件11、一對電極引線100、袋狀粘合層110以及袋狀殼體14。

電極組件11可包括正電極板、負電極板、分離器，以及電極分接頭(electrode tap)。電極組件11可以是通過在堆疊的正電極板和負電極板之間插入分離器而形成的堆疊的電極組件。

而且，電極組件11可形成為果凍卷型電極組件。

正電極板可通過在由鋁(Al)形成的電流集電片上塗覆正電極活性材料而形成。負電極板可通過在由銅(Cu)形成的電流集電片上塗覆負電極活性材料而形成。

電極分接頭可以與正電極板或負電極板整體形成，且可以與正電極板或負電極板上未塗覆電極活性材料的未塗覆區域相對應。即，電極分接頭可包括正電極分接頭和負電極分接頭，該正電極分接頭與正電極板上未塗覆正電極活性材料的區域相對應，該負電極分接頭與負電極板上未塗覆負電極活性材料的區域相對應。

電極引線100，薄板狀金屬，可附接到電極分接頭上，並沿電極組件11的向外方向延伸。電極引線100可包括附接到正電極分接頭的正電極引線和附接到負電極分接頭的負電極引線。根據正電極分接頭和負電極分接頭的形成位置，正電極引線和負電極引線可沿相同的方向或相反的方向延伸。

電極引線100可用於電連接蓄電池單元10的內部和外部，可以由具有導電性的金屬形成，例如銅、鎳或鋁，並且可具有鍍層以防止腐 蝕。

袋狀粘合層110可沿寬度方向附接到電極引線100的周邊，並插入在電極引線100與袋狀殼體14的內表面之間。袋狀粘合層110可由具有電絕緣性能和熱粘結性的薄膜形成。袋狀粘合層110可由選自例如聚醯亞胺(PI)、聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)和聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)中的一個或多個材料層(單層薄膜或多層薄膜)形成。

袋狀粘合層110可防止電極引線100和袋狀殼體14的金屬層之間發生短路。此外，袋狀粘合層110可用於加強袋狀殼體14在電極引線100被引出的區域的密封力。

即，在由金屬形成的電極引線100和袋狀殼體14的內表面沒有適當粘接的情況下，即使袋狀殼體14的邊緣區域被熱粘結從而被密封的情況下，電極引線100被引出區域的密封特性也會劣化。此外，當電極引線100的表面塗覆鎳(Ni)時，密封特性的劣化會更加嚴重。

因此，通過在電極引線100與袋狀殼體14之間插入袋狀粘合層110，可提高蓄電池單元10的密封特性。

袋狀殼體14可具有上殼體14a和下殼體14b，具體地，當其中上殼體14a和下殼體14b彼此接觸的邊緣區域與其中容納的電極組件11熱粘結，以使得電極引線100被引到外面時，袋狀殼體14可被密封。

袋狀殼體14可具有多層結構，以便確保剛性和絕緣性能，從而保持優異的熱粘結性和形狀，並保護電極組件11。例如，袋狀殼體14可具有多層結構，其包括布置在最內側以面向電極組件11的第一層、布置在最外側並直接暴露於外部環境的第二層、以及介於第一層與第二層之間的第三層。

在這種情況下，例如，第一層可以由相對於電解質具有抗腐蝕性、電絕緣性能，和熱粘結性的材料，例如聚丙烯(PP)形成；第二層可以由具有剛性和電絕緣性能以保持形狀的材料，例如聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)形成；第三層可由金屬，例如鋁(Al)形成。

在蓄電池單元10中發生短路或者蓄電池單元10過度充電的異常情況下，在電池內會產生氣體。在此，袋狀殼體14會因為氣體而膨脹，如果異常情況沒有得到解決，則袋狀殼體14會受到不利的影響。

圖2是沿圖1的C-C線截取的橫截面圖。圖3是根據本發明的示 例性實施例的電極端子的分解透視圖。圖4是當電極端子因蓄電池單元內產生氣體而分離時，沿圖1的C-C線截取的橫截面圖。

參考圖2和圖3，根據本發明的各個示例性實施例，電極引線100可包括外引線101和內引線103，外引線101的至少一部分從袋狀殼體14向外伸出，內引線103連接於外引線101和電極組件11。

外引線101的一端101b可從袋狀殼體14向外伸出，且外引線101的另一端101a可通過焊接結合到袋狀殼體14內的內引線103的另一端103a。

內引線103可布置在袋狀殼體14中，內引線103的一端103b可連接到袋狀殼體14內的電極組件11，且內引線103的另一端103a可通過焊接結合到外引線101的另一端101a。

即，當外引線101的另一端101a和內引線103的另一端103a通過焊接而結合時，可形成結合部105，並且外引線101和內引線103可通過結合部105電連接並物理連接。

結合部105可被配置成，在袋狀殼體14在蓄電池單元10內發生短路或故障(過度充電、過度放電，或異常高溫)的情況下向內膨脹時，容易斷裂。當結合部105斷裂時(見圖4)，外引線101和內引線103可分離以中斷電流，從而確保安全。

內引線103的另一端103a和外引線101的另一端101a可以以階梯結構結合，從而形成階梯部107。因此，當蓄電池單元10膨脹時，結合部105容易斷裂。

根據本發明的各個示例性實施例，結合部105可具有「局部焊接」結構，其中外引線101的另一端101a和內引線103的另一端103a可通過點焊或凸焊進行局部焊接。為了進行局部焊接，可以在外引線101的另一端101a上或內引線103的另一端103a上設置具有各種形狀的突起，由此可以不同地調節焊接結構。以這種方式，由於結合部105具有局部焊接結構，因此可以為結合部105提供適當的斷裂壓力。

袋狀粘合層110可包括設置在電極引線100上面的上粘合層111和設置在電極引線100下面的下粘合層113。

上粘合層111可以介於電極引線100的上表面與上殼體14a之間，下粘合層113可以介於電極引線100的下表面與下殼體14b之間。

上粘合層111和電極組件11之間的距離，與下粘合層113和電極組件11之間的距離可以不同，並且上粘合層111與下粘合層113之間的距離差進一步加速結合部105中發生的斷裂。

上粘合層111和下粘合層113密封袋狀殼體14，以阻止環境空氣流入。

下粘合層113可具有階梯粘結部120，其被形成為階梯狀以便與內引線103和外引線101的階梯部107相對應。

根據本發明的各個示例性實施例，結合部105還可包括介於外引線101的另一端101a與內引線103的另一端103a之間的粘結部件140。

粘結部件140可介於內引線103的另一端103a與外引線101的另一端101a之間以進行壓縮。粘結部件140可使內引線103與外引線101之間的接觸面積最大，以使電阻最小。而且，粘結部件140可用於調整結合部105的裂壓，並且可主要由具有低電阻和延伸性的金、鋁、或銅製成。

根據示例性實施例，粘結部件140由具有低電阻和延伸性的金屬箔形成。金屬箔可以使導電體之間的接觸面積最大，從而使電阻最小。

而且，粘結部件140可由具有低熔點的合金材料，例如錫基合金等形成，以便在蓄電池單元的溫度增大時支持增加可操作性的功能。

粘結部件140可以由熔點低於電極引線100的材料製成。

結合部105還可包括至少一個保護層150，保護結合部105免受在製造組件或電池期間不希望出現的外力。參考圖3，兩個保護層150可介於外引線101的另一端101a與內引線103的另一端103a之間。

保護層150可由諸如PP、PE、PET或特氟隆(Teflon)等聚合物形成。因此，保護層150可防止電池內剩餘的電解質滲透到結合部105的內部，從而防止結合部105受到腐蝕。

本發明具有以下優點：

第一，提供一種電極引線，其在蓄電池單元中發生故障(過度充電、過度放電，或異常高溫)時，自動切斷施加到蓄電池單元的電流；

第二，甚至在沒有單獨電源或控制器的情況下，該電極引線也可被機械地操作，以切斷施加到蓄電池單元的電流；

第三，最大限度地縮短電流流動的路徑，以減小阻力。

本發明可能獲得的效果不限於上述效果，並且通過本發明的教導，本領域技術人員可容易地理解本文未提及的任何其他技術效果。

如上所述，儘管已參考示例性實施例和附圖對本發明進行描述，然而，本發明並不限於此，在不偏離所附權利要求所要求的本發明的精神和範圍的情況下，本發明所屬領域的技術人員還可進行各種修改和變化。