专利名称：具有放气安全孔的可再充电电池的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种具有改进的用于排放电池中产生的气体的安全孔的可再充电电池。
背景技术：
与不可再充电电池不同，可再充电电池可以重新充电。具有高能量密度的非水电解质可再充电电池已经发展为大功率可再充电电池。
将单电池(battery cell)制备成电池组(battery pack)的小功率电池可用作如手机、膝上型计算机和录像摄像机之类的各种便携式电子装置的电源。通过连接几个至十几个可再充电的单电池而形成的大型电池组可用于如电动机车之类的电动机驱动装置。
根据可再充电电池的外部形状可将它们分成不同类型，例如袋型、圆柱型和棱柱型。袋型外壳的电池由于其柔性形状和重量轻已被用于细长且重量轻的便携式电子装置中。
与圆柱型或棱柱型可再充电电池的外壳由较厚的金属制成不同，袋型可再充电电池的外壳由薄金属膜和附加在其两侧的绝缘薄膜制成，因此，这种电池呈柔性。袋型外壳具有容纳电极组件的空间和沿空间的边缘用于加热密封的密闭和密封部分。
常规的可再充电电池因过充电导致其内部电压升高时产生的气体可能使其炸裂。明确地说，当液体电解质因过充电而分解时，锂离子电池由于释放诸如二氧化碳、一氧化碳等气体而引起内部压力升高。此外，因过充电或过放电而导致的过电流使电池内部温度升高时电池可能着火。
总之，可再充电电池只有在充电和工作期间温度符合要求时才能安全使用。而当电池在充电或放电时、或者电池在机器或设备中工作期间温度太高时，不合适的外部温度条件将使电池温度升高，导致电池炸裂或燃烧。
所以，可再充电电池在其上市之前，应当经过如涉及高温存储(hightemperature storage)、热冲击、温度存储(temperature storage)等各种安全试验。通过将电池在各种温度条件下放置多个不同的时间段来进行安全试验。电池不应在这些试验过程中炸裂或着火，在极端情况下为了防止炸裂或燃烧电池可以不密封。
为使二次电池更安全，人们已作出了各种尝试。尤其对通过在电池外壳上配备安全孔以消除内部气体的技术付诸了很多努力。据此，在采用棱柱形或圆柱形外壳作为电池外壳的筒型(can-type)电池上设置有安全孔，这种安全孔在盖板或外壳本身上具有内部温度或压力升高时电池不被破坏的结构。然而，与筒型电池不同，由于袋型可再充电电池的外壳由柔性材料制成，其不能安装安全孔。
发明内容
本发明的目的是提供一种袋型可再充电电池，其具有制备简单且安装方便的安全孔。
根据本发明一实施方式，提供一种可再充电电池，其包括含有正电极、负电极和插入它们之间的隔膜的电极组件；具有容纳电极组件的空间的外壳；连接电极组件并被置于外壳的密封区(sealing region)的引线件；以及设置在外壳和每一引线件之间并邻近外壳和每一引线件的密封层，该密封层的一部分具有较低的断裂强度。
外壳可呈袋型，密封层被设于引线件上。密封层可包括至少一个比该密封层的其余部分薄的区域。该密封层可以包括至少一道凹槽。对凹槽的具体形状没有限制，而可形成为凹口。此外，可沿相对方向形成多于两道的凹槽。
密封层可以具有处于外壳和密封层本身之间的至少一个减小的接触区域(contact area)。此时，若密封层紧邻外壳，密封层还可包括至少一个非接触区域。可将密封层和外壳之间的接触区域形成为朝密封层中心的逐渐变尖。可将非接触区域形成为从接触外壳的内侧或外侧处开始从密封层的中心向外逐渐变尖。
可将非接触区域设置成在密封层紧邻外壳的内端或外端的区域处相互对置。
图1为根据本发明一实施方式制备的可再充电电池的透视图；图2的顶视图示意性地示出了根据本发明一实施方式制备的可再充电电池的组装状态；图3的顶视图示意性地示出了根据本发明另一实施方式制备的可再充电电池的组装状态；图4的顶视图示意性地示出了根据本发明又一实施方式制备的可再充电电池；图5的方框图示意性地示出了本发明一实施方式的可再充电电池驱动电动机的情况。
具体实施例方式
如图1所示，袋型可再充电电池10包括电极组件20和用于容纳电极组件20的外壳30，该电极组件是通过在正电极22和负电极23之间插入隔膜24、然后将它们卷绕在一起形成凝胶物卷(jelly-roll)构造而形成的。
参照此图，电极组件20被形成为将隔膜24插入正电极22和负电极23之间后螺旋卷绕的凝胶物卷形，当然其不局限于此。例如，电极组件可通过在正电极22和负电极23之间插入隔膜24而将电极组件形成为堆叠体。这种可供选择的结构可以毫无例外地应用于下面的所有实施方式中。
电极组件20包括分别与引线件25、26连接的正电极22和负电极23。
引线件25、26应当足够长以从外壳30中引出，并可将它们设置成在与外壳30接触的区域处紧邻密封层27。
密封层27由绝缘树脂形成，用于防止外壳30和每一引线件25、26之间短路并使其间密封。根据本发明一实施方式，密封层27可具有安全孔的功能，这在下面将详细描述。
如图1所示，电极组件20容纳在具有空间33的外壳30中。外壳30包括壳体31，该壳体由空间33和密封空间33的盖32形成。盖32从壳体31的一端延伸以与围绕空间33的边缘接合，从而形成如图2所示的密封区34。
外壳30的形状不限于上面提到的形状，尽管没有示出，还可将其形成为一端具有开口以容纳电极组件并被密封的袋形。
外壳30可以由具有金属和树脂的混合物的薄板构成。该薄板由包括内部热粘合层和外部树脂、然后将它们压制在一起而制成的复合体构成，所述内部热粘合层例如包括改性的聚丙烯之类的聚合物树脂，所述外部树脂如为尼龙或聚对苯二甲酸乙二醇酯。
据此，将壳体31的热粘合层和盖32彼此面对设置时，可以通过热压使外壳30密封。
通过沿壳体31的边缘形成密封区34来密封外壳30。该密封区是在将电极组件20插入外壳30后通过热粘合壳体31和盖32而形成的。密封区34具有两个从其中伸出的引线件25、26，这些引线件与电极组件20的正电极22和负电极23连接。附加于每一引线件25、26的密封层27被设置成与部分密封区34接触。密封层27与外壳30的密封区34结合，当外壳为非加压密封时，该密封层维持外壳30和引线件25、26之间的气密性。
如图2所示，密封层27被设置成密封层的两端沿引线件25、26的长度方向从密封区34向外暴露。否则，密封层27的两端的长度不足以从密封区34延伸出来。
根据本发明的实施方式，密封层27可以包括至少一个与外壳30接触、具有比密封区34的其余部位的抗破裂性低的区域，例如区域“A”。该有较低的抗破裂性的区域可以起安全孔的作用，当电池的内部压力升高时该区域被击穿，以确保电池安全。
所述具有较低的抗破裂性的区域可以通过调整密封层27的厚度或调整密封层27与外壳30相邻的面积而形成。
根据本发明一实施方式，密封层27可以具有至少一道处于接触区域“A”中朝向外壳30的中心的凹槽，在该接触区域中密封层27与外壳30形成了部分密封区34。
密封层27具有在凹槽处与外壳30接触的表面积比在其它区域接触的表面积小的表面积，因此，其在凹槽处具有较低的抗破裂性。当电池的内部压力升高时，该区域破裂以释放外壳30内侧的气体。在这种情况下，根据凹槽的深度密封层27可以具有不同破裂压力，但对凹槽的深度没有具体限制。
密封层27可以包括两个基本相同的、在外壳30的内粘合侧和外粘合侧上相互对置的凹槽。
对凹槽的形状没有具体限定，但它可以形成为凹口28。凹口28示出了密封层27的宽度沿引线件25、26的长度方向急剧减小的位置。根据本发明此实施方式，凹口28可以形成为尖端指向密封层中心象字母“V”一样的形状。
如图2所示，密封层27在与外壳30的密封层形成部分密封区34的接触区域“A”处具有凹口28，因此具有由于凹口28而减小的宽度。据此，密封层27在凹口28处的抗破裂性比其余区域低。
当设置有具有凹口28的密封层27的可再充电电池10因过充电/过放电或高温使用内部产生气体时，电池的内部压力升高，外壳30膨胀。然后随着内压升高，由于应力集中，密封层27在凹口28处击穿。然后通过被击穿的凹口28释放电池的内部气体，而防止电池炸裂或燃烧。
根据本发明另一实施方式，凹槽可以形成为如图3所示的圆弧28。在图3中，与图2中相同的附图标记表示与图2中相同的部件。
图4示意性地示出了根据本发明又一实施方式制备的可再充电电池10。与前述参照图1描述的可再充电电池类似，可再充电电池10包括具有正电极和负电极以及插入它们之间的隔膜的电极组件20；分别电连接正电极和负电极的引线件25、26；具有容纳电极组件20的空间的外壳30。外壳30与向外暴露的引线件25、26密封在一起，密封层29可确保引线件25、26与外壳30相邻。密封层29可包括至少一个在与外壳30接触的区域“A”处的非接触区域“N”。如图4所示，可将非接触区域“N”形成于外壳30的内侧或外侧。
非接触区域“N”被形成在密封层29和外壳30的密封区34之间。可将非接触区域“N”形成为在外壳30的内侧朝向密封层29中心的凹口。凹口形非接触区域“N”可以具有“V”形。
此外，可将非接触区域“N”形成为从外壳30的内侧和外侧朝向密封层29的中心。它们可以相互面对并且具有基本上相同的尺寸。
因为非接触区域“N”，密封层29与外壳30的接触面积比密封区34的其它接触面积小，由于在非接触区域“N”处电池的内压升高导致的集中应力，密封层29可能击穿。
根据在密封层29中形成的非接触区域“N”，密封层可以具有不同的击穿压力，当然对其面积没有具体限制。
可将非接触区域“N”形成于密封层29和外壳30的密封区34之间的接触区域“A”上。例如，在形成对密封层29和外壳的密封区34进行热压的压力以形成与非接触区域“N”相对应的凹槽形之后，可在密封层与外壳30不紧邻之处将非接触区域“N”形成为凹槽形状。当然，根据本发明的总构思，可以除上述实例之外的多种方式形成非接触区域。
本发明提供了一种设置于引线件25、26上的改进的密封层27、29，使密封层27、29可起安全孔的作用，以便当电池过压时能释放电池内部的气体。
这种可再充电电池可用作驱动燃油电力两用车(HEV)、电动机车(EV)、无线吸尘器、摩托车、小型摩托车等以及小型电子设备中的电动机的电源。
可将多个可再充电电池相互串联或并联以构成电池模块。图5的框图示意地示出了用于驱动电动机50的、包括如图1-4所讨论的可再充电电池的电池模块1。
这样，根据本发明所制备的可再充电电池可通过适当地释放内部气体来防止热失控或者燃烧和炸裂，借此可确保电池安全、可靠。
尽管已通过目前所考虑到的实际示例性实施方式对本发明进行了描述，但应理解，本发明不局限于所公开的实施方式，而应涵盖所附权利要求的构思和范围内的各种变型和等同配置。
权利要求
1.一种可再充电电池，包括具有正电极、负电极和插入所述正电极和负电极之间的隔膜的电极组件；具有容纳所述电极组件的空间的外壳；多个与所述电极组件连接并且在所述外壳的密封区上从所述外壳伸出的引线件；及设置在所述密封区的所述外壳和每一引线件之间并邻近于所述外壳和每一引线件的密封层，该密封层具有抗破裂性较低的区域。
2.如权利要求1所述的可再充电电池，其中，所述外壳呈袋型。
3.如权利要求1所述的可再充电电池，其中，所述密封层具有至少一道沿所述多个引线件的长度方向形成的凹槽。
4.如权利要求3所述的可再充电电池，其中，至少一道凹槽被形成为凹口形状。
5.如权利要求3所述的可再充电电池，其中，至少两道凹槽被形成为相互面对。
6.如权利要求1所述的可再充电电池，其中，所述密封层包括至少一个在用于密封所述密封层和外壳的密封区内的宽度减小的接触区域。
7.如权利要求6所述的可再充电电池，其中，所述密封层包括至少一个与所述接触区域相邻的非接触区域。
8.如权利要求6所述的可再充电电池，其中，所述接触区域的宽度朝所述密封层的中心减小。
9.如权利要求7所述的可再充电电池，其中，所述非接触区域被形成为圆弧形。
10.如权利要求7所述的可再充电电池，其中，所述非接触区域具有朝向所述密封层的内端的尖端。
11.如权利要求1所述的可再充电电池，其中，该可再充电电池驱动电动机。
12.一种用于可再充电电池的安全放气方法，该可再充电电池具有设于外壳中的电极组件，所述外壳具有在密封区密封的上部和下部，所述密封区域位于上部和下部的周边上及在它们之间，该方法包括在所述外壳中安装所述电极组件，使所述电极组件的电极从所述密封区域处的所述外壳中伸出；及在所述密封区处的所述电极上设置密封层，该密封层具有当可再充电电池的内部压力达到预定的击穿压力时可被击穿的区域。
13.如权利要求12所述的方法，其中，通过多个朝所述密封层内部渐尖的凹槽形成所述击穿区域。
14.如权利要求12所述的方法，其中，所述外壳呈袋型。
15.一种可再充电电池，包括具有多个伸出的电极的电极组件；具有上部和下部的外壳，所述下部具有安装所述电极组件的空间，该外壳具有在所述上部和下部的各边缘上及在它们之间的密封区；及位于所述密封区的所述伸出的电极上的密封层，该密封层具有当所述上部和下部在密封区处被密封时以及在电池内的内压达到预定击穿压力时可被击穿的区域。
16.如权利要求15所述的可再充电电池，其中，所述可击穿区域是通过多个朝所述密封层内部渐尖的凹槽而形成的。
17.如权利要求15所述的可再充电电池，其中，所述外壳呈袋型。
全文摘要
本发明公开了一种可再充电电池，其包括含有正电极、负电极和插入它们之间的隔膜的电极组件；具有容纳电极组件的空间的外壳；与电极组件连接并被设置在外壳的密封区的引线件，以及设置在外壳和引线件之间并邻近外壳和引线件的密封层，该密封层包括抗破裂性较低的区域。根据本发明所制备的可再充电电池可以通过适当地释放内部气体来防止热失控或者燃烧和炸裂，借此可确保电池安全、可靠。
文档编号H01M10/40GK1855600SQ20061007704
公开日2006年11月1日 申请日期2006年4月26日 优先权日2005年4月26日
发明者全相垠, 金载炅, 尹蕙嫄, 刘锡润 申请人:三星Sdi株式会社