专利名称：锂二次电池和用于其的盖组件的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种二次电池，更具体地，涉及一种用于锂二次电池的改进的盖组件板，其提供了改善的可靠性和安全特性。
背景技术：
近年来，尺寸紧凑、重量轻的电子器具，如蜂窝电话、笔记本电脑和便携式摄像机，已经得到了积极的开发和生产。这种电子器具配备有电池组，因此即使没有为电子器具配备独立的电源，用户们也可以在不同的地方使用电气/电子器具。该电池组包括至少一个裸电池，该电池能够输出具有预定电平的工作电压，以便操作电子器具一定的时间。
二次电池为可再充电电池，由于它们具有经济的优势，因此在二次电池组中得到了普遍应用。二次电池包括Ni-Cd电池、Ni-MH电池和Li二次电池，例如Li电池或Li-离子电池。
具体地讲，锂二次电池的操作电压约为3.6V，该电压比用于便携式电子器具电源的Ni-Cd电池或Ni-MH电池的电压高三倍。此外，锂离子二次电池每单位重量具有高能量密度，因此它们广泛应用于先进的电子技术领域中。
锂二次电池通常将锂基氧化物用作正极活性物质，将碳用作负极活性物质。通常，根据用于其的电解质的种类将锂电池分为液体电解质电池或聚合物电解质电池。液体电解质电池称为“锂离子电池”，聚合物电解质电池称为“锂聚合物电池”。此外，锂二次电池可以制作成各种形状，例如圆柱型锂二次电池、正方型锂二次电池，或盒型锂二次电池。
典型地，锂离子二次电池包括电极组件、用于在其中容纳电极组件的壳以及在壳中包含的为了使锂离子能够移动的电解质，该电极组件具有涂布正极活性物质的正极板、涂布负极活性物质的负极板以及插置在正极板与负极板之间的隔板，该隔板用于防止短路，同时仅仅允许锂离子移动。
在这种锂离子二次电池中，涂布正极活性物质的正极板与正极分接头(tap)连接、涂布负极活性物质的负极板与负极分接头连接。正极板和负极板和其间的隔板堆叠起来且以果冻卷的形式卷绕，从而形成电极组件。正极活性物质为包括锂(Li)的复合氧化物。典型地，正极活性物质包括LiCoO2，该LiCoO2是通过将碳酸锂与钴氧化物以约1.2∶1的比率混合且在约400到1000℃之间的温度下执行塑造过程(plastic process)获得的。
然后在壳中容纳电极组件，为了防止电极组件与壳分开，将盖组件密封到壳的上端。
在将盖组件密封到壳的上端之后，将电解质注入到盖中，将在盖中形成的电解质注入孔密封，从而提供锂离子二次电池。
如图1A和1B中所示，盖组件包括形成有安全出气口110的常规盖板100，该安全出气口用于防止由电池的高内部压力而引起的锂离子二次电池的意外爆炸，该高内部压力来自于锂二次电池的充电操作过程中产生的气体。当锂离子二次电池的内部压力达到不安全的水平时，安全出气口110折断以允许锂离子二次电池中容纳的气体排放到外部，从而确保电池的安全。
然而，上述的锂离子二次电池的安全出气口110的厚度约为20μm，该厚度显著小于盖板100的厚度(约0.8mm)，因而即使外部压力意外地施加到其上安全出气口110也可以折断，例如，当锂离子二次电池掉落时。
这种由外部压力导致的安全出气口110的破坏可以导致锂离子二次电池中包含的电解质泄漏，从而降低锂离子二次电池的安全性。
发明内容
因此，提供了一种盖组件和引入该盖组件的锂二次电池，其中，改变盖板的安全出气口的形状使得安全出气口即使具有较大的厚度，但在低压力下也容易折断，从而提高锂二次电池的可靠性和安全性。
该盖组件包括具有安全出气口的平面盖组件板，该安全出气口位于该平板中，该安全出气口所具有的安全出口厚度适于在二次电池达到预定内部压力时折断，该安全出气口由至少一个沿第一方向排列的第一弱部(weakcomponent)以及至少一个沿第二方向排列的第二弱部形成，其中该第二弱部连接到第一弱部。
根据本发明的另一实施例，该锂二次电池，包括卷型电极组件、壳和盖组件，该电极组件具有第一电极板、第二电极板以及插置在第一与第二电极板之间的隔板；该壳具有用于在其中容纳电极组件的空腔；该盖组件具有形成有安全出气口的盖板，该安全出气口包括至少一个第一定向弱部以及至少一个第二定向弱部，该第二定向弱部与第一定向弱部连接，同时在它们之间形成预定角度。为了密封壳将盖组件与壳组装，并为该盖组件提供电连接到电极组件的端子单元。
根据本发明的示范性实施例，安全出气口具有从H-形、T-形、I-形、II-形或III-形中选取的形状。
第一定向弱部在盖板的长轴方向中排列，第二定向弱部可以在盖板的短轴方向中排列。
安全出气口的第二定向弱部的一端可以与安全出气口的第一定向弱部的中间部分连接。
安全出气口的至少一个第二定向弱部的两端可以与安全出气口的至少两个第一定向弱部的中间部分连接。
第一定向弱部的长度可以比第二定向弱部的长度长。相反，也可能设置第二定向弱部的长度比第一定向弱部的长度长。
在一个示范性实施例中，安全出气口的厚度约为20μm到0.7mm之间。
图1A和1B示出了传统的盖组件的视图；图2为示出根据本发明一实施例的锂二次电池的分解透视图；图3A为示出根据本发明一个实施例的锂二次电池的盖板的透视图；图3B为图3A的盖板的截面图；图4A为示出由于锂二次电池的高内部压力而变形的锂二次电池的透视图；图4B为示出由于锂二次电池的高内部压力而变形的锂二次电池的盖板的截面图；图5A、5B、5C和5D为示出根据本发明一实施例的锂二次电池在盖板中形成的各种安全出气口的透视图。
具体实施例方式
参考图2，根据本发明一实施例的锂二次电池200包括壳210、在壳210中容纳的果冻卷型电极组件300以及组装到壳210的上端的盖组件400。
壳210由金属做成，可以具有上部分开口且用作端子的盒形。电极组件300包括第一电极板310，其配备有用作正极分接头的第一电极分接头315或用作负极分接头的第二电极分接头325；第二电极板320，配备有第一电极分接头315或第二电极分接头325；以及隔板330，插置在第一电极板310与第二电极板320之间。第一电极板310、第二电极板320和隔板330卷绕且容纳在壳210中。为了防止在第一电极分接头315与第二电极分接头325之间的短路，将绝缘胶带340贴附在第一电极分接头315和第二电极分接头325暴露部分的周围。
盖组件400包括形状和尺寸都对应于壳210的开口的形状和尺寸的扁平板型板410。盖板410具有位于中心的端子孔411，在其一侧形成有电解质注入孔412以将电解质注入到壳210中。为了密封电解质注入孔412，将球403插入到电解质注入孔412中。此外，为了确保锂二次电池200的安全性，在盖板410与电解质注入孔412相对的一侧形成安全出气口415。安全出气口415包括至少一个第一定向弱部415a，以及至少一个基本垂直于第一定向弱部415a的第二定向弱部415b。
电极端子420，例如，负极端子插入到端子孔411中。为了将电极端子420与盖板410电绝缘，将管形垫圈430安装在电极端子420的周围。在盖板410下提供绝缘板440且在绝缘板440下提供端子板450。
被垫圈430环绕的电极端子420插入到端子孔411中。电极端子420的下部分穿过绝缘板440电连接到端子板450。
从第一电极板310突出的第一电极分接头315焊接到盖板410的下表面，从第二电极板320突出的第二电极分接头325焊接到电极端子420的下部分。
为了将电极组件300与盖组件400电绝缘，同时覆盖电组件300的上端部分，在电极组件300的上表面提供绝缘壳。绝缘壳形成有对准盖板410的电解质注入孔412的电解质通路孔462以允许将电解质引入到壳210中。绝缘壳由具有优良绝缘特性的聚合物树脂做成，例如聚丙烯。然而，本发明是不限制用于绝缘壳的材料的。
参考图3A和图3B，根据本发明一实施例的盖板500包括端子孔510、电解质注入孔520和安全出气口530。
安全出气口具有至少一个沿盖板500的纵向排列的第一定向弱部531，至少一个沿盖板500的横向排列且与第一定向弱部531连接的第二定向弱部535。通过将第一定向弱部与第二定向弱部组合，可以形成不同形状的安全出气口530。此外，安全出气口530的第一和第二定向弱部可以通过在形成盖板时压制(pressing)工艺或冲孔(tapping)工艺而形成。
例如，根据本实施例，提供了两个第一定向弱部531和一个第二定向弱部535，其中，第二定向弱部535的两端与两个第一定向弱部531的中间部分连接。因此，安全出气口530为“H”形。
此外，安全出气口530的厚度可以等于或小于0.7mm。例如，安全出气口530的厚度可以在约20μm到0.7mm之间的范围内。
表1给出了根据安全出气口的形状盖板的形变量。
表1 参考图4A和4B，锂二次电池600由于其内部压力的上升而变形。如果锂二次电池600的内部压力上升到一定水平，盖板620的对应于安全出气口621的预定部分可能会显著地变形。压力增大的结果是盖板620的安全出气口621折断，从而防止锂二次电池600的意外爆炸。
此外，参考表1，盖板的最大形变量可能随着盖板620的安全出气口621的形状而改变。具有H-形安全出气口620的盖板的最大形变量比具有矩形安全出气口的盖板的最大形变量大。这样，如果安全出气口620为H-形，该安全出气口可以在锂二次电池600较低的内部压力下折断。
参考图5A到5D，在根据本发明一实施例锂二次电池的盖板700中形成的安全出气口730包括至少一个沿盖板700的纵向排列的第一定向弱部731，以及至少一个沿盖板700的横向排列的第二定向弱部735。通过将第一定向弱部731与第二定向弱部735组合，可以形成具有不同形状的安全出气口730。即，安全出气口730可以为H-形、T-形、I-形、II-形或III-形。
例如，如图5B中所示，安全出气口730可以包括两个第一定向弱部731及一个第二定向弱部735，其中，两个第一定向弱部731相互平行排列，且第二定向弱部735垂直于第一定向弱部731排列。
如果第一定向弱部731的长度比第二定向弱部735的长度长，就形成了H-形的安全出气口730。相反，如果第二定向弱部735的长度比第一定向弱部731的长度长，就形成了I-形安全出气口730。
此外，如图5C中所示，安全出气口730可以包括两个第一定向弱部731及两个第二定向弱部735，其中，两个第二定向弱部735的两端与两个第一定向弱部731的部分连接。在这种情况下，形成了II-形安全出气口730。
此外，如图5D中所示，安全出气口730可以包括两个第一定向弱部731及三个第二定向弱部735，其中，三个第二定向弱部735的两端与两个第一定向弱部731的部分连接。在这种情况下，形成了III-形安全出气口730。
如上所述，根据本发明的锂二次电池的盖板可以具有安全出气口，该安全出气口包括至少一个沿盖板的纵向排列的第一定向弱部，以及至少一个沿盖板横向排列的第二定向弱部。此外，第二定向弱部连接到第一定向弱部，因此当锂二次电池的内部压力突然上升时，可以容易地折断安全出气口。
由于安全出气口可以在锂二次电池较低的内部压力下折断，因此提高了锂二次电池的安全性。
此外，由于安全出气口可以在锂二次电池较低的内部压力下被折断，因此有可能获得具有较大厚度的安全出气口。在这种情况下，锂二次电池对外部冲击(例如，当锂二次电池掉落时)表现出优异的耐受力，因此可以进一步提高锂二次电池的安全性和可靠性。
根据本发明，修改盖板的安全出气口的形状，使得安全出气口即使具有较大的厚度，但在低破坏压力下也可以容易地折断，从而提高盖组件和具有其的锂二次电池的可靠性和安全性。
尽管出于例举的目的对本发明的示范性实施例进行了说明，但是本领域的技术人员应当理解的是，可以在不背离本发明权利要求中公开的范围和精神的情况下，对其进行各种修改、添加和替换。
本申请要求享有于2004年9月24日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.2004-0077235的优先权，在此引入其全部内容以作参考。
权利要求
1.一种用于二次电池的盖组件，包括平板，该平板具有位于所述平板之中的安全出气口，所述安全出气口所具有的安全出口厚度适于在所述二次电池达到预定内部压力时折断，所述安全出气口由至少一个沿第一方向排列的第一弱部以及至少一个沿第二方向排列的第二弱部形成，其中该第二弱部连接到第一弱部。
2.如权利要求1所述的盖组件，其中所述安全出气口具有从H-形、T-形、I-形、II-形和III-形中选择的形状。
3.如权利要求1所述的盖组件，其中所述至少一个第一弱部沿所述盖板的纵向排列，所述至少一个第二弱部沿所述盖板的横向排列。
4.如权利要求1所述的盖组件，其中所述安全出气口的所述至少一个第二弱部的一端与所述安全出气口的所述至少一个第一弱部的中间部分连接。
5.如权利要求1所述的盖组件，其中所述至少一个第二弱部的两端与所述安全出气口的至少两个第一弱部的中间部分连接。
6.如权利要求5所述的盖组件，其中所述至少一个第一弱部的长度比所述至少一个第二弱部的长度长。
7.如权利要求5所述的盖组件，其中所述至少一个第二弱部的长度比所述至少一个第一弱部的长度长。
8.如权利要求1所述的盖组件，其中所述安全出气口的厚度在约20μm到0.7mm之间。
9.一种锂二次电池，包括卷型电极组件，包括第一电极板、第二电极板及插置在所述第一电极板与第二电极板之间的隔板；具有用于容纳所述电极组件的空腔的壳；以及具有盖板的盖组件，所述盖板形成有安全出气口，所述安全出气口所具有的安全出口厚度适于在所述二次电池达到预定内部压力时折断，所述安全出气口包括至少一个沿第一方向排列的第一弱部以及至少一个沿第二方向排列的第二弱部，所述第二弱部连接到第一弱部，其中为了密封所述壳将所述盖组件与所述壳组装，同时为端子单元提供通路，以电连接到所述电极组件。
10.如权利要求9所述的锂二次电池，其中所述安全出气口具有从H-形、T-形、I-形、II-形和III-形中选择的形状。
11.如权利要求9所述的锂二次电池，其中所述至少一个第一弱部沿所述盖板的纵向排列，所述至少一个第二弱部沿所述盖板的横向排列。
12.如权利要求11所述的锂二次电池，其中所述至少一个第一弱部的长度比所述至少一个第二弱部的长度长。
13.如权利要求10所述的锂二次电池，其中所述安全出气口的厚度在约20μm到0.7mm之间。
全文摘要
一种盖组件和具有其的锂二次电池，其中，安全出气口的形状是这样的，使得安全出气口即使具有较大的厚度，但在低压力下也容易折断，从而提高锂二次电池的可靠性和安全性。盖组件包括具有安全出气口的盖组件板，该安全出气口包括至少一个第一定向弱部以及至少一个第二定向弱部，该第二定向弱部与第一定向弱部连接。
文档编号H01M2/12GK1753208SQ20051010686
公开日2006年3月29日 申请日期2005年9月26日 优先权日2004年9月24日
发明者金世润, 郑湘锡 申请人:三星Sdi株式会社