可再充電電池及其模塊的製作方法

2023-04-24 11:46:26 4

專利名稱：可再充電電池及其模塊的製作方法
技術領域：
本發明的各個實施例涉及一種可再充電電池及其模塊，具體而言，涉及能夠防止 或減小過充電的可再充電電池及其模塊。
背景技術：
大容量可再充電電池可用作驅動電動車或混合電動車(HEV)的馬達的電源。大容 量可再充電電池典型地提供有由一些單元電池組成的多個可再充電電池，並通過將所述單 元電池彼此串聯連接而形成。大容量可再充電電池可具有圓形或稜柱形形狀。稜柱形形狀通常比圓形形狀提供 更好的熱輻射性能。因此，稜柱形形狀在阻止過充電的可靠性方面比圓形形狀更有利。因 此，圓形可再充電電池典型地提供有用於在過充電時中斷電流的電流中斷裝置(CID)，而稜 柱形可再充電電池典型地未被提供有CID。然而，近來，由於在HEV、插電式混合電動車(PHEV)和電動車中採用的可再充電電 池要求具有高容量，因而可再充電電池的尺寸會增大。在稜柱形形狀的情況下，由於單元電 池厚度的增大可在該單元電池的內外形成熱輻射的差異，從而可能難以提供可靠的充電。以上在該背景技術部分公開的信息僅用於增強對本發明背景的理解，因此其可包 含對本國本領域技術人員已知但未構成現有技術的信息。

發明內容
本發明的各個實施例提供一種用於防止或減小過充電的可再充電電池及其模塊。本發明的各個實施例提供一種可再充電電池及其模塊，用於在具有增大厚度的稜 柱形可再充電電池中提供防止過充電的穩定性。根據本發明的一個示例性實施例的可再充電電池，包括容納電極組件的殼體； 與所述殼體聯接並密封所述殼體的開口的蓋板；與所述電極組件的第一電極連接並與所述 殼體電連接的第一電極端子；與所述電極組件的第二電極連接並在所述殼體內的壓力小於 閾值壓力時與所述殼體電絕緣的第二電極端子；以及包括與所述第二電極端子相連的短路 構件的短路單元，當所述殼體內的壓力等於或大於所述閾值壓力時，所述短路單元適於通 過使所述殼體的一部分膨脹以接觸所述短路構件而使所述第二電極端子與所述殼體短路。 所述殼體可具有稜柱六面體形狀，並且所述短路單元可位於所述殼體的表面上。所述殼體可包括互相面對並各自均具有基本相同的第一面積的第一表面和第二 表面；互相面對並位於所述第一表面與所述第二表面之間的第三表面和第四表面，所述第 三表面和所述第四表面各自均具有基本相同的比所述第一面積小的第二面積；以及面對所 述開口並具有與所述第三表面和所述第四表面的寬度基本相等的寬度的第五表面。所述短 路單元可位於所述第三表面或所述第四表面上。所述可再充電電池可進一步包括位於所述 殼體的除了之上具有所述短路單元的表面以外的外表面上的絕緣層。所述第一表面或所述第二表面可沿第一方向延伸，並包括沿與所述第一方向相交的第二方向互相隔開的電池屏障，所述電池屏障之間限定用於使傳熱介質從中通過的至少 一個流動通道。所述可再充電電池可進一步包括位於所述電池屏障的外表面上的絕緣層。所述短路單元可包括膨脹誘導單元，該膨脹誘導單元包括所述殼體的所述部分， 所述殼體的所述部分具有的厚度小於所述殼體的圍繞所述部分的其他部分的厚度，並且所 述短路構件可面對並能接觸所述殼體的所述部分的外表面。
所述膨脹誘導單元在所述殼體的所述部分的內表面上可為凹形，並且所述短路構 件可包括安裝到所述第二電極端子上的安裝部分以及面對並能接觸所述膨脹誘導單元的 短路端。所述短路構件可在所述安裝部分與所述短路端之間彎曲，所述安裝部分基本水平， 並且所述短路端基本豎直。所述短路單元可進一步包括與所述殼體連接並支撐所述短路端的支架，以及位於 所述短路端與所述支架之間的絕緣構件。所述第一電極端子可為正電極端子，並且所述第二電極端子可為負電極端子。所述可再充電電池可包括至少在所述蓋板的外表面上的外絕緣體；以及在所述 蓋板的內表面上的內絕緣體，所述外絕緣體和所述內絕緣體可承接穿過其中的所述第一電 極端子和所述第二電極端子的其中一個，並將所述第一電極端子和所述第二電極端子的所 述其中一個與所述蓋板電絕緣。根據本發明另一實施例的可再充電電池模塊，包括彼此相鄰的多個單元電池； 以及將所述多個單元電池的各單元電池互相串聯連接的至少一個匯流條，其中所述多個單 元電池的單元電池包括容納電極組件的殼體；與所述殼體聯接並密封所述殼體的開口的 蓋板；與所述電極組件的第一電極連接並與所述殼體電連接的第一電極端子；與所述電極 組件的第二電極連接並在所述殼體內的壓力小於閾值壓力時與所述殼體電絕緣的第二電 極端子；以及包括與所述第二電極端子相連的短路構件的短路單元，當所述殼體內的壓力 等於或大於所述閾值壓力時，所述短路單元適於通過使所述殼體的一部分膨脹以接觸所述 短路構件而使所述第二電極端子與所述殼體短路。這樣，根據本發明的示例性實施例，一絕緣層位於殼體的外表面上，一個電極端子 被電連接到所述殼體，並且一短路單元適於通過使所述殼體膨脹而將另一電極端子與所述 殼體短路，由此防止或減小過充電。也就是，由於充電電流在連續充電而無電流中斷時通過 所述短路而被放電，因而可防止或減小電壓和溫度的增大。


圖1是根據本發明示例性實施例的可再充電電池模塊的透視圖。圖2A是圖1的可再充電電池模塊的單元電池在該可再充電電池模塊的短路單元 工作之前沿線II-II截取的剖面圖。圖2B是圖1的可再充電電池模塊的單元電池在該可再充電電池模塊的短路單元 工作之後沿線II-II截取的剖面圖。圖3是圖1的可再充電電池模塊的俯視圖。圖4A是圖1的可再充電電池模塊的短路單元在工作之前的剖面圖。圖4B是圖1的可再充電電池模塊的短路單元在工作之後的剖面圖。附圖中表示一些元件的附圖標記的說明
10 單元電池100:可再充電電池模塊11、12 正電極端子和負電極端子111、121:螺母13:電極組件14 殼體141、142、143、144、145 殼體的第一至第五表面146:電池屏障147 流動通道15 蓋板151 密封閉合件152 排氣部分153 蓋板上的端子孔16、17 外絕緣體和內絕緣體18 絕緣層19 連接構件20:匯流條21 匯流條上的端子孔31、32 正電極和負電極31a、32a 未塗覆區域33:隔板34 集流構件40 短路單元41 膨脹誘導單元42 短路構件421 安裝部分422:短路端43 支架44 絕緣構件Tl、T2 第一和第二厚度
具體實施例方式下文中，本發明將參照示出本發明的示例性實施例的附圖進行更充分地描述。本領域技術人員應意識到，所描述的實施例可被修改為各種方式，所有這些均不脫離本發明 的精神或範圍。因此，附圖和說明書本質上應被視為示例性而非限制性的。相似的附圖標 記在整個申請文件中表示相似的元件。圖1是根據本發明的示例性實施例的可再充電電池模塊的透視圖。參見圖1，根據 一個示例性實施例的可再充電電池模塊100包括彼此相鄰按序設置的兩個或多個單元電 池10，以及將單元電池10彼此串聯相連的一個或多個匯流條20。
匯流條20將其中一個單元電池10的正電極端子11與另外一個相鄰的單元電池 10的負電極端子12串聯相連，以形成高輸出的可再充電電池模塊100。可再充電電池模塊 100的輸出取決於彼此串聯相連的單元電池10的數量。圖2A是可再充電電池模塊100的其中一個單元電池10在該可再充電電池模塊的 短路單元工作之前沿圖1的線II-II截取的剖面圖，圖2B是可再充電電池模塊100的其中 一個單元電池10在該可再充電電池模塊的短路單元工作之後沿圖1的線II-II截取的剖 面圖。圖3是可再充電電池模塊100的俯視圖。參見圖2A、圖2B和圖3，由單元電池10形 成包括正電極端子11和負電極端子12的可再充電電池模塊100。在一個實施例中，每個單元電池10均包括與正電極端子11和負電極端子12相 連的電極組件13 ；容納電極組件13並經由連接構件19 (示於圖2A中)與正電極端子11電 連接的殼體14 ；覆蓋形成在殼體14 一側的開口的蓋板15 ；安裝在蓋板15的外表面上的外 絕緣體16 ；以及安裝在蓋板15的內表面上的一個或多個內絕緣體17。在一個實施例中，單元電池10進一步包括形成在殼體14的外表面上的絕緣層18。 該絕緣層18可由附有絕緣材料的絕緣片或由塗覆有絕緣材料的絕緣塗覆層形成。單元電 池10進一步包括被配置成通過使殼體14膨脹以將負電極端子12與殼體14短路的短路單 元40，在這種情況下，殼體14的一部分在過充電條件下膨脹。
電極組件13可通過將正電極31和負電極32分別設置在隔板33的兩個表面上並 將正電極31、負電極32和隔板33 —同卷繞而形成為膠捲形狀。正電極31和負電極32各自均可包括塗覆區域和未塗覆區域31a和32a，在塗覆區 域由薄金屬箔形成的集流體塗覆有活性物質，而在未塗覆區域31a和32a集流體未塗覆有 活性物質。未塗覆區域31a和32a沿正電極31和負電極32的縱向方向分別形成在正電極31 和負電極32的側端並位於彼此相對的側端。未塗覆區域31a和32a分別通過相應的集流 構件34被連接到正電極端子11和負電極端子12。殼體14形成單元電池10的整個外部，並由諸如鋁、鋁合金或鍍鎳鋼等導電金屬制 成。殼體14形成包容電極組件13的空間。例如，殼體14可具有稜柱六面體形狀。在一個實施例中，殼體14包括一對第一和第二表面141和142 (見圖3)，其中每 一個表面均具有基本相同的面積(例如由殼體14的長度和高度形成的面積)並彼此相對； 一對第三和第四表面143和144，其中每一個表面均具有基本相同且比第一和第二表面141 和142的面積小的面積(例如由殼體14的寬度和高度形成的面積)，並彼此相對位於第一 和第二表面141和142之間的兩側；以及第五表面145，其位於第一和第二表面141和142 之間的另一側，並具有比第一和第二表面141和142的面積小的面積(例如由殼體14的長 度和寬度形成的面積)。第五表面145形成與殼體14的開口相對的殼體14的一側。蓋板15可由薄板形成，且被結合到形成在殼體14 一側的開口上並密封該開口。蓋 板15可具有電解質注入口(未示出)，用於將電解質注入被密封的殼體14的內部。在注入電解質之後電解質注入口由密封閉合件151密封。蓋板15可具有根據內 部壓力設定而切斷的排氣部分152，以防止單元電池10爆炸。蓋板15具有一對端子孔153，每個端子孔153承接貫穿其中的正電極端子11和負 電極端子12的其中一個。正電極端子11和負電極端子12結合到蓋板15上的端子孔153，以被連接到殼體14中的相應的集流構件34，並通過該集流構件34被連接到電極組件13。在一個實施例中，外絕緣體16在蓋板15外部被部分地插入負電極端子12的端子 孔153，以使負電極端子12與蓋板15電絕緣。也就是，外絕緣體16將負電極端子12與蓋 板15的外表面絕緣，同時，將負電極端子12與蓋板15上的端子孔153的內表面絕緣。在 外絕緣體16的示例性實施例中，對應於蓋板15的外表面的部分和對應於端子孔153的內 表面的部分被整體形成，但可替代地可各自單獨形成(未示出)。匯流條20被提供有對應於相鄰的單元電池10的正電極端子11和負電極端子12 的一對端子孔21。匯流條20通過將正電極端子11和負電極端子12插入穿過端子孔21而 被安裝在每個相鄰的單元電池10的外絕緣體16上。螺母111和121分別結合到正電極端 子11和負電極端子12，從而使匯流條20將一對單元電池10中的正電極端子11和負電極 端子12互相串聯連接。在所述實施例中，外絕緣體16支撐匯流條20並位於蓋板15與匯 流條20之間(見圖2A)。
內絕緣體17被提供為對應於端子孔153位於蓋板15內側，並在蓋板15的內表面 上將集流構件34與蓋板15電絕緣。在一個實施例中，一對集流構件34中的每一個將電極 組件13的正電極31和負電極32分別連接到正電極端子11和負電極端子12。在示例性實施例的單元電池10中，正電極端子11通過連接構件19被電連接到殼 體14，但負電極端子12和殼體14為了單元電池10的正常工作而彼此絕緣。連接構件19 可由諸如銅或鋁等導電材料製成。此外，在單元電池10的其他實施例中，負電極端子12可被電連接到殼體14，正電 極端子11和殼體14可彼此絕緣(未示出)。在這些實施例中，在過充電狀態下，短路單元 40可將正電極端子11與殼體14相互短路。當單元電池10過充電(見圖2B和圖4B)並偏離正常工作範圍(見圖2A和圖4A) 時，短路單元40將負電極端子12與殼體14短路。因此，當電流充電連續時，短路單元40 通過將殼體14與負電極端子12電連接而釋放電流，由此防止單元電池10的電壓和溫度額 外增大。因此，單元電池10防止過充電的可靠性得到保證。外絕緣體16和內絕緣體17將負電極端子12和殼體14彼此絕緣，短路單元40選 擇性地在過充電狀態下將負電極端子12和殼體14相互短路。這樣，外絕緣體16和內絕緣 體17與短路單元40執行相反功能。在示例性實施例中，短路單元40被形成在殼體14的一個表面上，也就是第三和第 四表面143和144中的任意一個上，絕緣層18被形成在殼體14的未形成短路單元40的另 外的表面上。在一個示例性實施例中，短路單元40被形成在殼體14的第三表面143上，絕 緣層18被形成在第一、第二、第四和第五表面141、142、144和145上。絕緣層18可進一步 被形成在第三表面143的除了對應於短路單元40的部分的一部分上(未示出)。進一步，在一個實施例中，第一和第二表面141和142中的任意一個(例如，如圖 3所示的第一表面141)被提供有電池屏障146，以在電池屏障146之間形成用於使傳熱介 質通過的流動通道147。電池屏障146沿第一方向(例如沿圖3中的ζ軸方向)延伸，並沿 與ζ軸方向相交的第二方向(例如圖3中的χ軸方向)互相隔開預定間隔。也就是，每一個流動通道147被形成為相鄰的電池屏障146之間的空間，而且所述 相鄰的電池屏障146被形成在兩個相鄰的單元電池10的一個單元電池10的第一表面141上和這兩個相鄰的單元電池10的另一個單元電池10的第二表面142上。進一步，形成在第一表面141上的絕緣層18還被形成在形成於第一表面141上的電池屏障146的外表面上。形成在電池屏障146上的絕緣層18可防止相鄰的單元電池10 中的與正電極端子11電連接的殼體14被串聯連接。在示例性實施例中，短路單元40包括形成在殼體14的第三表面143上的膨脹誘 導單元41和短路構件42。膨脹誘導單元41被形成在殼體14上，短路構件42面對膨脹誘 導單元41並被連接到負電極端子12。圖4A和圖4B分別是可再充電電池模塊100的短路單元40在工作前、後(例如由 於過充電狀態)的剖面圖。參見圖4A，膨脹誘導單元41被形成在殼體14的第三表面143 上，並具有比第三表面143 (同樣見圖2A)的周圍部分的第一厚度Tl薄的第二厚度T2。因 此，當殼體14內的內部壓力增大時，第一至第五表面141至145 (包括第三表面143的具有 第一厚度Tl的部分)不會膨脹，但第三表面143的膨脹誘導單元41可以在其他表面之前 膨脹或凸出(見圖2B和圖4B)。例如，膨脹誘導單元41在第三表面143的內表面上為凹 形，並被配置成因內部壓力而在具有第二厚度T2的區域中向外凸出。短路構件42在其一側被電連接到負電極端子12，並在其另一側面對膨脹誘導單 元41的外表面。也就是，在一個實施例中，短路構件42包括安裝在負電極端子12上的安 裝部分421和面對膨脹誘導單元41的短路端422，並且短路構件42在安裝部分421與短路 端422之間彎曲(例如，從安裝部分421的水平方位彎曲到短路端422的豎直方位)。因 此，當膨脹誘導單元41膨脹或凸出時，第三表面143的具有第二厚度T2的部分，即膨脹誘 導單元41，和短路構件42可相互電短路。也就是，當膨脹誘導單元41和短路端422互相電 短路時，負電極端子12、安裝部分421、短路端422和膨脹誘導單元41中的每一個互相電連 接。因此，由於膨脹誘導單元41在殼體14的第三表面143上被電連接到負電極端子12，正 電極端子11和負電極端子12互相短路。相應地，即使在單元電池10中連續充電，由於充 電電流通過短路構件42放電，因此阻止過充電的可靠性得到保證。進一步，短路單元40可包括支架43和絕緣構件44。支架43被連接到殼體14的 第三表面143，以穩定地支撐短路端422，由此防止短路端422不必要地與膨脹誘導單元41 短路。絕緣構件44介於短路端422的穿透支架43的部分與支架43之間，以使短路端422 和支架43互相電絕緣。儘管本發明已結合目前被視為實際可行的示例性實施例進行了描述，但應理解， 本發明不限於所公開的實施例，相反，意欲覆蓋包括在所附權利要求的精神和範圍內的各 種修改和等同設置。
權利要求
一種可再充電電池，包括容納電極組件的殼體；與所述殼體聯接並密封所述殼體的開口的蓋板；與所述電極組件的第一電極連接並與所述殼體電連接的第一電極端子；與所述電極組件的第二電極連接並在所述殼體內的壓力小於閾值壓力時與所述殼體電絕緣的第二電極端子；以及包括與所述第二電極端子相連的短路構件的短路單元，當所述殼體內的壓力等於或大於所述閾值壓力時，所述短路單元適於通過使所述殼體的一部分膨脹以接觸所述短路構件而使所述第二電極端子與所述殼體短路。
2.如權利要求1所述的可再充電電池，其中所述殼體具有稜柱六面體形狀，並且所述 短路單元位於所述殼體的表面上。
3.如權利要求1所述的可再充電電池，其中所述殼體包括互相面對並各自均具有相同的第一面積的第一表面和第二表面；互相面對並位於所述第一表面與所述第二表面之間的第三表面和第四表面，所述第三 表面和所述第四表面各自均具有相同的比所述第一面積小的第二面積；以及面對所述開口並具有與所述第三表面和所述第四表面的寬度相等的寬度的第五表面。
4.如權利要求3所述的可再充電電池，其中所述短路單元位於所述第三表面或所述第 四表面上。
5 如權利要求4所述的可再充電電池，進一步包括位於所述殼體的除了之上具有所述 短路單元的表面以外的其他表面上的絕緣層。
6.如權利要求3所述的可再充電電池，其中所述第一表面或所述第二表面沿第一方向 延伸，並包括沿與所述第一方向相交的第二方向互相隔開的電池屏障，所述電池屏障之間 限定用於使傳熱介質從中通過的至少一個流動通道。
7.如權利要求6所述的可再充電電池，進一步包括位於所述電池屏障的外表面上的絕 緣層。
8.如權利要求1所述的可再充電電池，其中所述短路單元進一步包括膨脹誘導單元， 該膨脹誘導單元包括所述殼體的所述部分，所述殼體的所述部分具有的厚度小於所述殼體 的圍繞所述部分的其他部分的厚度，並且，其中所述短路構件面對並能接觸所述殼體的所 述部分的外表面。
9.如權利要求8所述的可再充電電池，其中所述膨脹誘導單元在所述殼體的所述部分 的內表面上為凹形，並且，其中所述短路構件包括安裝到所述第二電極端子的安裝部分以 及面對並能接觸所述膨脹誘導單元的短路端。
10.如權利要求9所述的可再充電電池，其中所述短路構件在所述安裝部分與所述短 路端之間彎曲，所述安裝部分水平，並且所述短路端豎直。
11.如權利要求9所述的可再充電電池，其中所述短路單元進一步包括與所述殼體連 接並支撐所述短路端的支架，以及在所述短路端與所述支架之間的絕緣構件。
12.如權利要求1所述的可再充電電池，其中所述第一電極端子為正電極端子，並且所 述第二電極端子為負電極端子。
13.如權利要求1所述的可再充電電池，進一步包括至少在所述蓋板的外表面上的外絕緣體；以及 在所述蓋板的內表面上的內絕緣體，其中所述外絕緣體和所述內絕緣體承接穿過其中的所述第一電極端子和所述第二電 極端子的其中一個，並將所述第一電極端子和所述第二電極端子的所述其中一個與所述蓋 板電絕緣。
14. 一種可再充電電池模塊，包括 彼此相鄰的多個單元電池；以及將所述多個單元電池的各單元電池互相串聯連接的至少一個匯流條，其中所述多個單元電池的單元電池為如權利要求1至13中任一項所述的可再充電電池。
全文摘要
一種適於防止或減小過充電的可再充電電池及其模塊。該可再充電電池包括容納電極組件的殼體；與所述殼體聯接並密封所述殼體的開口的蓋板；與所述電極組件的第一電極連接並與所述殼體電連接的第一電極端子；與所述電極組件的第二電極連接並在所述殼體內的壓力小於閾值壓力時與所述殼體電絕緣的第二電極端子；以及包括與所述第二電極端子相連的短路構件的短路單元，當所述殼體內的壓力等於或大於所述閾值壓力時，所述短路單元適於通過使所述殼體的一部分膨脹以接觸所述短路構件而使所述第二電極端子與所述殼體短路。
文檔編號H01M2/34GK101826611SQ20101012861
公開日2010年9月8日 申請日期2010年3月3日 優先權日2009年3月4日
發明者卞相轅, 安柄圭, 金容三, 金成培, 韓大元 申請人:Sb鋰摩託有限公司