具有正热系数外层的锂电池的制作方法

专利名称：具有正热系数外层的锂电池的制作方法
具有正热系数外层的锂电池
背景技术：
一种正热系数PTC层典型运用于一种二次电池，诸如锂离子二次电池，以提供对于电池外部的短路的保护，即当供应一过电流或一过电压时而中断电流路径。
典型PTC层包括随着提高温度而提高电阻率的材料。其概括为包括少量的半导体材料于一多晶陶乾中，或具有碳粒嵌入于一片塑料或聚合物。当温度达到一临界点，半导体材料或具有嵌入碳粒的塑料形成对于电流的一障壁，且电阻极为快速升高。发生此举的温度可通过调整PTC材料的组成物而改变。PTC材料的此通-断(on-off)行为有用于设备将由容易定义事件所损坏的情况，诸如电池，其包括二次锂离子电池。举例而言，当暴露于一过电流情况，此正常导电的PTC层加热且相变，使得电阻增大数个量级。 一旦移除短路，PTC层冷却且返回至其导电状态。
典型而言，该PTC层要求其表面积为增大，以提高电池的操作电流额定值。即，针对于电池(尤其是其具有大于约每个电池为3.0安培小时(Ah/ce11)的一容量的电池)的高电流充电率，通常需要具有较大表面积的PTC层。然而，概括而言，于此技艺的整合有PTC层的电池，PTC层已经纳入于电池之内，因而大为限制其表面积，同时占据电池之内的空间，因而亦降4氐电池的容量。
因此，需要一种新颖的电池设计，以顺应具有较大表面积的一 PTC层，使得针对于一种给定电池的PTC层的电流能力为最大化。

发明内容
本发明概括关于一种锂离子电池，其整合了电池的电池壳体的外部的一或多个PTC层，本发明还关于包括多个这种电池的一种电池组，且关于备制这种电池的方法。
于一个实施例，本发明针对一种锂离子电池，其包括 一第一端子，电连
6通于电池的一第一电极； 一第二端子，电连通于电池的一第二电极； 一电池壳体，其包括一封盖，其电连通至电池壳体；及一正热系数PTC层，电连通于第一端子且位于电池壳体的封盖之上。较佳而言，该锂离子电池还包括 一第一导电层与一第二导电层，其中，PTC层位于第一与第二导电层之间。较佳而言，第一导电层的至少一部分为第二端子的至少一构件、或是电连接至第一端子、更佳为第二端子的一构件。
于另一个实施例，本发明针对一种电池组，其包括多个锂离子电池，其中，各个电池包括针对于本发明的 一种锂离子电池的上述特征。
本发明还包括一种制造上述锂离子电池的方法。该方法包括形成一电池壳体，其包括电连接至该电池壳体的一封盖。该电池壳体电绝缘于一第一端子而电连通于一第二端子。电连通于第一端子的一第一电极、与电连通于第二端子的一第二电极配置于电池壳体之内。该方法还包括配置一迭层于该电池壳体之上。该迭层包括于电池壳体之上的一第一导电层、 一第二导电层、及于第一与第二导电层之间的一 PTC层。该迭层电连通于电池的第一端子，且为电绝缘于电池壳体。第一导电层的至少一部分为第一端子的至少一部分，或为电连接至第一端子。
借着本发明，具有较大的表面积(例如大于PTC层为电连通于端子的表面积)的一PTC层可整合至一锂离子电池，而电池高度的增加为最小化。该大表面积为有利的，因为可允许电池的较高电流。即，较高的电流充电率可达成于本发明的电池，尤其是具有大于约3.0 Ah/cell的一容量的电池。此外，借着本发明，其中，一 PTC层配置于电池的电池壳体的外部，额外的空间可利用于电池壳体之内以容纳更多的作用阴极与阳极材料(例如胶状巻(jelly roll))，因而允许4交高的容量。


图1为本发明的一种锂离子电池的一个实施例的分解代表图。图2、为風1的锂离子电池的横截面图。图3为图1的锂离子电池的俯视图。
图4(a)与图4(b)为本发明的锂离子电池的其它实施例的示意横截面图。
7图5为本发明的一种锂离子电池的又一个实施例的示意^f黄截面图。
图6(a)与图6(b)为示意图，其比较不同电池形式因子的不同空间利用，
包括本发明的长椭圆形电池(图6(a))、与包括并联的二个18650电池的商用
电池(图6(b))。
图7为示意电路，其显示于本发明的个别电池当一起配置于一电池组而如 何较佳连接。
具体实施例方式
前述为将由本发明以下实施例的更特定说明而为显明，如于伴随图式所 示，其中，类似的参考符号为指不同视图的相同部分。图式未必依比例所绘制， 而是强调示范本发明的实施例。
于本发明， 一或多个PTC层整合至一锂离子电池，且定位于电池的电池 壳体的外部。如运用于本文，"PTC层整合至一锂离子电池"意指的是PTC 层纳入至电池而作为一构件，不同于单独单元的一 PTC层，其为经由导电的 接片(tab)或接线(wire)而连接至一锂离子电池。
如运用于本文，本发明的电池的"端子"意指外部电路连接至电池的部分 或表面。
本发明的锂离子电池典型包括 一第一端子，其电连通于一第一电极；及， 一第二端子，其电连通于一第二电极。第一与第二电极容纳于本发明的一锂离 子电池的电池壳体之内，例如于一 "胶状巻"形式。第一端子可为电连通于 电池的一正电极的一正端子、或电连通于电池的一负电极的一负端子，且反之 亦然为针对于第二端子。较佳而言，第一端子电连通于电池的一负电极的一负 端子，而第二端子电连通于电池的一正电极的一正端子。
如运用于本文，词组"电连接"或"电连通"意指某些部分通过导体的电 子流动而连通于彼此，相对于涉及通过电解质的离子(诸如Li+、 H\与Otr) 流动的电化学连通。
如于图1所示，锂离子电池10包括第一电极12与第二电极14。第一电 极12电连接至馈通元件16，其包括第一构件18 (其为邻近于第一电极12)与 第二构件20 (其为远距于第一电极12)。如运用于本文，术语"馈通(feed-through)"包括任何材料或元件，其连接由一电池的一壳体或一封盖所界 定的一空间内的一电池的一电极与该界定内部空间外部的电池的一构件。较佳 而言，馈通材料或元件延伸通过由电池的一封盖所界定的一通孔。运用该馈通 元件于电池的电连通的益处包括防止于制造期间与制造后的内部短路、及较 容易制造。运用该馈通元件的一个附加益处包括于电池容量的潜在的提高(例 如5-15%)，归因于提高的容积利用，此乃相较于电流承载接片为折迭或弯曲 于电池壳体内且焊接于内部电极的已知的锂电池者。一4责通元件也可通过一电 池的一封盖或一电池壳体而无变形，诸如弯曲、扭曲、及/或折迭，且可提 高电池容量。
电池壳体22与封盖24界定锂离子电池10的内部空间26。电池壳体22 可由于锂离子电池(诸如本发明的锂离子电池)的一给定电压而为电及化学稳 定的任何导电材料所作成。电池壳体22的适合材料的实例包括铝、镍、铜、 钢、与其组合。较佳而言，电池壳体22由铝所作成或包括铝。封盖24的适合 材料的实例如同针对于电池壳体22所列出的类似材料。较佳而言，封盖24 由如同电池壳体22的相同材料所作成。于一个更佳实施例，电池壳体22与封 盖24均为由铝所作成或包括铝。
电池壳体22与封盖24的至少一个电连通于锂离子电池10的第二电极14。 馈通元件16由绝缘衬垫28而电绝缘于封盖24，绝缘衬垫28包括第一绝 缘构件30与第二绝缘构件32。绝缘衬垫由一种适合的绝缘材料所形成，诸如 聚丙烯、聚氟乙烯(PVF)、等等。了解的是任何其它型式的绝缘机构也可运 用以绝缘馈通元件16与封盖24。馈通元件16借着第一导电层34而接触于第 一构件20。第一导电层34典型由镍所形成且具有厚度范围在约0.05毫米与约 0.3毫米之间。第一导电层34可由已知于此技艺的适合方法所形成。第一导电 层34也接触于正热系数层PTC层36。适合的PTC材料为已知于此技艺者。 概括而言，适合的PTC材料为当暴露于超过一设计临限的电流，其导电性随 着升高温度而升高为数个量级(例如104至106或更多)。 一旦电流降低于一适 合的临限之下，概括而言，PTC材料实质返回至初始的电阻率。于一个适合实 施例，PTC材料包括少量的半导体材料于一多晶陶t:，或具有碳粒嵌入的一片 塑料或聚合物。当PTC材料的温度达到一临界点，半导体材料或具有嵌入碳
9粒的塑料或聚合物形成对于电流的一障壁且致使电阻陡峭升高。电阻率为陡峭
升高处的温度可由调整PTC材料的组成物而改变，如为熟悉此4支艺者所已知。 PTC材料的一 "操作温度，，为一温度，于此处，PTC呈现一电阻率为最高与 最低电阻之间的大约一半。较佳而言，于本发明所运用的PTC层的操作温度 介于约为摄氏70度与约为摄氏150度之间。
特定的PTC材料的实例包括含有少量的钛酸钡(BaTi03)的多晶陶瓷、与 包括碳粒嵌入其中的聚烯烃。商用的PTC迭层(包括一 PTC层为夹设于二个导 电金属层之间)的实例包括由Raychem公司所制造的LTpW系列。概括而言， PTC层36具有厚度介于约50微米至约300微米的一范围。较佳而言，PTC 层36包括导电表面38与40,其各为至少为相同或大于关联于第一电极12的 锂离子电池10的一端子的表面积。于特定实例，导电表面38与40的至少一 个至少为关联于第一电极12的锂离子电池10的一端子的表面积的105%、 l腦、或150%。
如可见于图2, PTC层36接触第一导电层34于其导电表面38。绝缘衬垫 28电绝缘该馈通装置16与PTC层36。 了解的是用于绝缘该々赍通装置16与 PTC层36的其它适合机构亦可运用于本发明。PTC层36借着第二导电层42 而接触于导电表面40。较佳而言，第二导电层42由如同第一导电层34的相 同方法所形成。第二导电层42的适合厚度的实例范围介于约0.05毫米与约0.3 毫米之间。
用于第一与第二导电层34与42的适合材料包括铝、镍、铜、钢、与其 组合。于一个实施例，第一与第二导电层34与42由相同材料(诸如镍)所形 成或包括相同材料(诸如镍)。
选用而言，罩盖48部分支撑第二导电层42于由罩盖48所界定的边缘50。 第二导电层42由位于第二导电层42与封盖24之间的绝缘层52而也绝缘于封 盖24。针对于绝缘层52的适合材料包括空气、塑料、纸张、非导电性的黏 胶、等等。
较佳而言，罩盖48为一种非导电性的材料。替代而言，罩盖48可分隔自 第一导电层34、 PCT层36与第二导电层42，诸如由适合的电绝缘膜来为之， 因此，罩盖48电接触于电池壳体22或封盖24且可用以作为一第二端子。至少一个表面44与46代表锂离子电池10 的一第一端子，且由罩盖48的开口 54所界定，如于图3所显示。开口54提 供通路以针对于第一导电层34与由第一导电层34所界定的至少一个开口 35, 用以于锂离子电池10的制造期间焊接第一导电层34至4责通元件16。
电池壳体22包括至少一个通风刻槽56,而当必要时，诸如当锂离子电 池10内的气体为大于约IO与约20 kg/cn^之间的一值，以作为用于通风于内 部空间26的机构。了解的是任何适合型式的通风机构可运用，只要该机构 于正常电池作业条件下提供密封。通风机构的种种适合的实例描述于公元 2005年9月16日所提出的美国临时专利申请案序号60/717,898号，其整体揭 示内容以参照方式而纳入于本文。
回到图1,通风机构的特定实例包括通风刻槽，诸如于图l所显示的刻 槽56。如运用于本文，术语"刻槽(score)"意指一电池壳体(诸如电池壳体 22)的截面的部分切入，其设计允许电池压力与任何内部电池构件释;^文于一定 义的内部压力(例如介于约10与约20kg/cn^之间)。4交佳而言，通风刻槽56 方向性定位为远离使用者或相邻的电池。如图所示，可运用超过一个通风刻槽。 于一些实施例，可运用图案化的通风刻槽。通风刻槽56可于电池壳体22的形 状建立期间而为平行、垂直、对角于电池壳体材料的一主要拉伸(或抽取)方向。 通风刻槽的性质也考虑诸如深度、形状、与长度(尺寸)。
可运用于本发明的通风机构的其它实例包括一或多个机械支架，其定位于 电池壳体的一内或外壁部以提高电池壳体的机械强度，因此，气体压力的释放 位在不同于机械支架的电池的一部分。该机械支架可作为提高电池壳体的强 度，此乃由定向一机械支架至最大需要面积以防止针对于定义的压力范围(并 未超过其将期望以允许通风)的电池变形。于此实施例，气体压力的释放因此 位在不同于机械支架的电池的一部分。于一个较佳实施例，机械支架跨于电池 壳体的内部或外部周边的一带件(belt)。机械支架可进而作为相邻电池的一电 连接。此外，机械支架可进而作为电池的标示。运用于锂离子电池壳体的任何 标准材料(诸如铝、钢与不锈钢)可用于机械支架。替代而言，可运用具有高 张力强度的材料诸如镍，或一非金属材料诸如聚合材料。亦可运用超过一 种高张力强度材料。当机械支架定位于外部，适合材料的选取无须考虑电化学
ii稳定度，其针对于电池瓶罐材料而典型所需。
的低强度区域。预定的低强度区域相较于电池的至少一个其它区域而具有较弱 的机械强度，且低强度区域为致使气体压力释放于电池的一位置，此位置无关 于电池之内的气体来源。该低强度区域相较于电池壳体的至少一个其它区域而 具有较弱的机械强度。
图4(a)与图4(b)系代表本发明的锂离子电池的其它实施例。如图所示，锂 离子电池60包括电池壳体62与封盖64，馈通元件66延伸通过封盖64且由 绝缘衬垫68所电绝缘于封盖64。第一导电层70电接触于馈通元件66。于馈 通元件66与第一导电层70之间的电接触可由导电桥72 (诸如焊接或导电黏 着层)所形成。第一导电层70由绝缘层74所电绝缘于封盖64。
馈通元件66电接触于锂离子电池60的第一电极80。锂离子电池60的第 二电极82电接触于电池壳体62或封盖64。
正热系数层76由第一导电层70所支撑。于一个实施例，第一导电层70 具有大于PTC层76的表面积。第二导电层78由PTC层76所支撑，且可选 用为具有如同PTC层76的实质相同的表面积。于图4(a)与图4(b)所示的构件 的材料与厚度相同于关于第1至3图所述的构件。
于由图5所代表的又一个实施例，馈通元件66于电池壳体62的封盖64, 由绝缘衬垫68而为电绝缘于封盖64且由导电桥72而电连接至第一导电层70。
电池壳体22与62可为任何适合的形状。较佳而言，电池壳体22与62 各具有一棱柱形的横截面。
本发明的锂离子电池可进而包括至少 一个电流中断装置(CID, current-interrupt device),其电连通于电池的第一端子或第二端子。电流中断装 置典型包括电连通于彼此的一第一导电板与 一第二导电板。于电流中断装置， 当电池内的压力大于一预定值(诸如介于约5与约10 kg/cr^之间)，第二导 电板分离自(例如变形远离或为解开自)第一导电板，因此，于第二电极与第 二端子之间的一电流为中断。 一绝缘件(例如绝缘层或绝缘衬垫)可进而纳入 于第一导电板的一部分与第二导电板的一部分之间。较佳而言，电流中断装置 的第一导电板与绝缘件的至少一个包括至少一个孔，通过此孔，于电池内的气体流体连通于第二导电板。可运用于本发明的电流中断装置的适合实例可见于
例如美国专利第4,943,497、 5，418，082、与6,900,616号，其整体揭示内容以参 照方式而纳入于本文。
于一个特定实施例，本发明的锂离子电池包括该电流中断装置，其电连通 于第二端子。
本发明的电池可为圆柱或棱柱形(堆栈或缠绕)，较佳为棱柱形，且更佳为 长椭圆形的一棱柱形状。虽然本发明可运用所有型式的棱柱形的电池壳体，一 长椭圆形的电池壳体部分归因于下述的二个特点而为较佳。
如于图6(a)与6(b)所示，具有长椭圓形的电池壳体的本发明的一种电池的 一个优点在于配置于该长椭圆形状的电池壳体之上的一 PTC层可具有表面 积相较于二个圆柱形的电池(诸如18650电池)而大出约16%，此乃当相较于 相同外部体积的堆栈而言，这是由于图6(b)所指出的浪费空间可完全利用于如 图6(a)所示的一长椭圓形状的电池。
此外， 一长椭圆形状(诸如183665形式因子)的可用内部空间大于二个 18650电池的容积，此乃当相较于相同外部体积的堆栈而言。当组装成为一电 池组，长椭圆形的电池完全利用由电池组所占有的较多空间。此举致使能有新 颖的设计变化于内部电池构件，相对于现今产业所得知者，其可提高关键性能 特征而未牺牲电池容量。因此可利用诸如混合于较高安全性且相对较低容量的 构件而仍然实现高容量于电池组阶层的设计特征。此外，同样归因于较大的可 用容积，可选取运用具有相对较高循环寿命的较薄电极。较薄电极也具有较高 速率能力。并且，长椭圆形(或棱柱形)可具有较大的可挠性。举例而言，相较 于圆柱形状，长椭圆形状于腰部点可弯曲较多，其随着堆栈压力增大于充电时 而允许较少的可挠性。提高的可挠性减小电极上的机械疲劳，其接着致使有较 高的循环寿命。此外，分离件的气孔阻塞由相对较低的堆栈压力而有改良。
相较于棱柱形的电池，允许相对较高安全性的一个特别期望的特点可用于 长椭圆形状的电池。长椭圆形状提供对于胶状巻的一适贴配合，使得针对于电 池所需要的电解质的量为最小。相对较低量的电解质造成于一误用情况期间的 较少可用的反应材料且因此为较高的安全性。此外，成本归因于较低量的电解 质而为较低。于具有一种堆栈电极结构的棱柱形瓶罐的情形，其横截面为矩形的形状，可能完全利用容积而无不必要的电解质，但此型式的瓶罐设计较为困 难且因此由制造的观点而言为较高成本。
参考图7，于本发明的一些实施例，本发明的多个锂离子电池(例如2至 5个电池)可连接于一电池組，其中，各个电池彼此为串联、并联、或串并联连 接。于一些实施例，于本发明的电池组的电池之间并夫存在并联连接。
较佳而言，纳入于本发明的电池组的诸个电池的至少一个电池具有一棱柱 形的电池壳体，更佳为长椭圓形的电池壳体，如于图l所示。较佳而言，于电 池组的电池的容量典型为等于或大于约3.0Ah,更佳为等于或大于约4.0Ah。 电池的内部的阻抗较佳为小于约50毫欧姆，更佳为小于约30毫欧姆。
本发明的锂离子电池与电池组可运用于可携式电源装置，诸如可携式计 算机、动力工具、玩具、可携式电话、摄录像机、PDA、与类似物。于运用锂 离子电池的可携式电子装置，其充电通常设计为针对于4.20 V充电电压。因 此，本发明的锂离子电池与电池组特别有用于此类可携式电子装置。
本发明还包括用于产生如上所述的一种锂离子电池的方法。该方法包括 形成如上所述的一电池壳体；及，配置一第一电极与一第二电极于电池壳体内。 用于锂离子电池的如上所述的一 PTC迭层配置于电池壳体的封盖之上。于一 个实施例，如图l所示，PTC迭层(例如导电层34、 42与PTC层36)及用于 电池的罩盖(例如罩盖48)分离自含有电池电极的电池壳体而组装，且接着配 置于电池壳体的封盖(例如封盖24)之上。较佳而言，于此实施例，PTC迭层 的第一导电层34通过开口 35与54且经由焊接而接触馈通元件16。
用于本发明的锂离子电池的正与负电极及电解质可由已知于此技艺的适 合方法所形成。
针对于负电极的适合负活性材料的实例包括任何的材料，其允许锂以掺杂 或未掺杂进入或离开该材料。该材料的实例包括碳质材料，例如非石墨碳、 人造碳、人造石墨、天然石墨、热解碳、焦炭(诸如沥青焦炭、针状焦炭、 石油焦炭)、石墨、玻璃态碳、或热处理的有机聚合化合物(其由碳化酚树脂、 呋喃树脂、或类似而得到)、碳纤维、与活性碳。另外，金属锂、锂合金、与 其合金或化合物可运用作为负活性材料。尤其是，允许形成具有锂的一合金或 化合物的金属元素或半导体元素可为一第四族(group IV)的金属元素或半导体元素，诸如而不限于硅(Si)或锡(Sn)。尤其是，非晶性锡(其掺杂具有诸如钴 或铁/镍的过渡金属)具有针对于此型式电池的阳极材料的高度指望的 一种金 属。允许锂为于相对基本电位而掺杂或未掺杂进出于氧化物的氧化物(诸如 氧化铁、氧化钌、氧化钼、氧化鴒、氧化钛、与氧化锡)与氮化物可类似运用 作为负活性材料。
针对于正电极的适合的正活性材料包括于此技艺所已知的任何材料，例 如镍酸锂(例如LiNiM，02)、钴酸锂(例如LiCo02)、橄榄石型式化合物(例 如LiFeP04)、 4孟酸盐尖晶石(例如Li1+xMn2-x04或L^xXMnp^A，y2)2-x2Ozl)、 与其组合。适合的正活性材料的种种实例可见于公元2005年12月23日所提 出的国际专利申请案序号PCT/US2005/047383、与同日所提出作为本申请案的 代理人案号3853.1001-006号的标题为"锂离子二次电池，，的美国专利申请案， 其整体的揭示内容以参照方式而纳入于本文。
适合的非水性电解质的实例包括 一非水性的电解溶液，由溶解一电解质 盐类于一非水性的溶剂而备制； 一固体电解质(其含有一电解质盐类的无机电 解质或聚合物电解质)；及， 一固体或凝胶状的电解质，由混合或溶解电解质 于聚合物化合物或类似物而备制。
非水性的电解溶液典型为由溶解一盐类于一有机溶剂而备制。有机溶剂可 包括已经概括运用于此型式的电池的任何适合型式。该有机溶剂的实例包括 碳酸丙酯、碳酸乙酯、碳酸二乙酯、碳酸二曱酯、1,2-二甲氧基乙烷、1,2-二 乙氧基乙烷、Y-丁内酯、四氢呋喃、2-曱基四氢呋喃、1，3-二恶茂烷、4-曱基-1，3-二恶茂烷、二乙基醚、环丁砜、曱基环丁砜、乙腈、丙腈、苯曱醚、乙酸酯、 丁酸酯、丙酸酯与类似物。运用环状碳酸酯(诸如碳酸丙酯)、或链状碳酸酯 (诸如碳酸二曱酯与碳酸二乙酯)为较佳。此有机溶剂可单独或是于二或多个 型式的一组合而运用。
添加剂或稳定剂可存在于电解质，诸如碳酸乙烯(VC)、碳酸乙酯乙烯 (VEC)、乙酸乙酯(EA)、磷酸三苯酯(TPP)、膦溱、联苯(BP)、双草酸硼酸锂 (LiBoB)、硫酸乙酯(ES)与硫酸丙酯(PS)。此添加剂作为阳极与阴极的稳定剂或 阻燃剂，其可使得电池以形成、循环效率、安全性与寿命而言为较高的性能。
固体的电解质可包括一无机电解质、 一聚合物电解质、与类似物，只要该材料具有锂离子的传导性即可。举例而言，无机电解质可包括氮化锂、硤化 锂、与类似物。聚合物电解质由一电解质盐类与一聚合物化合物所构成，电解 质盐类溶解于聚合物化合物。运用于聚合物电解质的聚合物化合物的实例包 括诸如聚乙烯氧化物与交联的聚乙烯氧化物的醚基聚合物、聚曱基丙烯酸酯 基聚合物、丙烯酸酯基聚合物、及类似物。此聚合物可单独运用或于二或多个 种类的一混合物或一共聚合物的形式来运用。
凝胶电解质的基质可为任何的聚合物，只要聚合物由吸收上述的非水的电 解溶液所胶化即可。运用于凝胶电解质的聚合物的实例包括氟,灰聚合物，诸如 聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚亚乙烯-共-六氟丙烯(PVDF-HFP)、与类似物。
运用于凝胶电解质的聚合物的实例也包括聚丙烯腈与聚丙烯腈的共聚合 物。运用于共聚合的单体(乙烯基的单体)的实例包括醋酸乙烯酯、甲基丙烯 酸曱酯、曱基丙烯酸丁酯、丙烯酸曱酯、丙烯酸丁酯、亚曱基丁二酸、氢化丙 烯酸甲酯、氢化丙烯酸乙酯、丙烯酰胺、氯乙烯、偏二氟乙烯、与偏二氯乙烯。 运用于凝胶电解质的聚合物的实例还包括丙烯腈-丁二烯共聚物橡胶、丙烯 腈-丁二烯-苯乙烯共聚物树脂、丙烯腈-氯化聚乙烯-丙二烯-苯乙烯共聚物树 脂、丙烯腈-氯乙烯共聚物树脂、丙烯腈-曱基丙烯酸树脂、与丙烯腈-丙烯酸酯 共聚物树脂。
运用于凝胶电解质的聚合物的实例包括醚基聚合物，诸如聚乙烯氧化 物、聚乙烯氧化物的共聚物、与交联的聚乙烯氧化物。运用于共聚合化的单体 的实例包括聚丙烯氧化物、甲基丙烯酸曱酯、曱基丙烯酸丁酯、丙烯酸曱酯、 与丙烯酸丁酯。
特定而言，依据氧化-还原的稳定度的观点，氟碳聚合物较佳为运用于凝 胶电解质的基质。
运用于电解质的电解质盐类可为适用于此种型式的电池的任何电解质盐 类。电解质盐类的实例包括LiC104、 LiAsF6、 LiPF6、 LiBF4、 LiB(C6H5)4、 LiB(C204)2、 CH3S03Li、 CF3S03Li、 LiCl、 LiBr、与类似物。概括而言， 一分 离件分开电池的正电极与负电极。分离件可包括已经概括运用以形成此种型式 的非水性电解质二次电池的分离件的任何薄膜状材料，例如由聚丙烯、聚乙 烯、或该二者的一层状组合所作成的一微孔性聚合物薄膜。此外，若运用一固体电解质或凝胶电解质作为该电池的电解质，无须设置分离件。玻璃纤维或纤 维素材料所作成的 一微孔性分离件亦可运用于某些情形。分离件厚度典型为介
于9与25微米之间。
于一些特定实施例， 一正电极可由混合一特定比值的阴极粉末而制造。重 量卯％的此混合物接着混合连同作为导电剂的重量5 %的乙炔黑、与作为黏合 剂的重量5%的PVDF。混合物分散于作为溶剂的N-曱基-2-吡咯烷酮(NMP), 以备制浆料。此浆料接着施加至典型厚度约为20微米的铝集电器箔的二个表 面，且干燥于约摄氏IOO至150度。干燥的电极接着由一滚压机所压制，以得 到一压缩后的正电极。当单独运用LiCo02作为正电极，典型运用重量94%的 LiCo02、重量3%的乙炔黑、与重量3%的PVDF的一混合物。 一负电极可由 混合作为负活性材料的重量93%的石墨、重量3%的乙炔黑、与作为一黏合剂 的重量4°/。的PVDF而备制。负混合物亦分散于作为一溶剂的N-曱基-2-吡咯烷 酮(NMP),以备制浆料。该负混合物浆料均匀施加于典型厚度约为IO微米的 条状铜负集电器箔。干燥的电极接着由一滚压机所压制，以得到一致密的负电 极。
负与正电极及厚度25微米的具有微孔的聚乙烯薄膜所形成的一分离件概 括为迭合且螺旋缠绕以产生 一螺旋式电极元件。
于一些实施例，例如由铝所作成的一或多个正引线条片附接至正电流电 极，且接着电连接至本发明的电池的正端子。例如由镍金属所作成的一负引线 连接负电极，且接着附接至一馈通元件，诸如馈通元件16与66。例如具有 1MLiPF6的EC:DMC:DEC的电解质真空填入于本发明的一种锂离子电池的电 池壳体，其中，电池壳体具有螺旋绕制的"胶状巻(jellyroll)"。
尽管本发明已经关于其较佳实施例而为特定显示及描述，将为熟悉此技艺 人士所了解的是可作成形式与细节的种种的变化而未脱离由随附申请专利范 围所涵盖的本发明的范畴。
权利要求
1. 一种锂离子电池，包含(a)一第一端子，电连通于该电池的一第一电极；(b)一第二端子，电连通于该电池的一第二电极；(c)一电池壳体，其包括一封盖，其中，该封盖电连通于该电池壳体，且该电池壳体电绝缘于第一端子而电连通于第二端子；及(d)一正热系数层，电连通于该电池的第一端子且位于该电池壳体的封盖之上。
2. 如权利要求1所述的锂离子电池，还包括(i) 一第一导电层，位于该电池壳体的封盖之上；及(ii) 一第二导电层，其中，第二导电层的至少一部分为第一端子的至少一 构件、或是电连接至第一端子；其中，该正热系数层位于第一与第二导电层之间。
3. 如权利要求1所述的锂离子电池，还包括 一馈通元件，其电蜂接该电 池的第一电极至第一端子。
4. 如权利要求3所述的锂离子电池，其中，第一导电层连接至该馈通元件， 且位于该馈通元件之上。
5. 如权利要求4所述的锂离子电池，其中，该电池壳体的封盖、第二导电 层、与正热系数层的各个界定一贯通孔，通过该贯通孔，该馈通元件连接至第 一导电层。
6. 如权利要求5所述的锂离子电池，其中，该馈通元件电绝缘于该电池壳 体的封盖、第二导电层、与正热系数层的各个贯通孔，而该馈通元件经由第一 导电层表面接触该正热系数层的一部分、且经由第二导电层表面接触该正热系 数层的一部分而电连通于第二导电层。
7. 如权利要求6所述的锂离子电池，其中，该正热系数层覆盖第二导电层 表面的一部分，因此，并未由该正热系数层所覆盖的第二导电层表面的一部分 作为第一端子。
8. 如权利要求1所述的锂离子电池，还包括 一绝缘层，位于该电池壳体的封盖与第二导电层的至少 一 部分之间。
9. 如权利要求8所述的锂离子电池，其中，该绝缘层为一空气层。
10. 如权利要求1所述的锂离子电池，其中，该电池壳体界定至少一个通 风机构，通过该通风才几构，当该电池内侧的压力大于一预定值，该电池之内的 气体可释放。
11. 如权利要求1所述的锂离子电池，还包含 一电流中断元件，电连通 于电池的第一端子或第二端子，该电流中断元件包括一第一导电板与一第二导 电板，第一与第二导电板彼此电连通，其中，当该电池内侧的压力大于一预定 值，第二导电板与第一导电板分离，因此中断于第二电极与第二端子之间的电 流。
12. 如权利要求11所述的锂离子电池. 二端子。
13. 如权利要求1所述的锂离子电池， 大于该电池的第 一端子的表面积。
14. 如权利要求1所述的锂离子电池， 个电池约3.3安培小时。
15. 如4又利要求1所述的锂离子电池， 面形状。
16. 如权利要求15所述的锂离子电池 横截面形状。
17. —种电池组，包含多个锂离子电池，各个电池包括(a) —第一端子，电连通于该电池的一第一电极；(b) —第二端子，电连通于该电池的一第二电极；(c) 一电池壳体，其包括一封盖，其中，该封盖电连通于该电池壳体，且该 电池壳体电绝缘于第一端子而电连通于第二端子；及(d) —正热系数层，电连通于该电池的第一端子且位于该电池壳体的封盖 之上。
18. 如权利要求17所述的电池组，还包括 (i)一第一导电层，位于该电池壳体的封盖之上；及,其中，该电流中断元件电连通于第 其中，该正热系数层具有的表面积 其中，该电池的容量等于或大于每 其中，该电池壳体具有棱形的横截，其中，该电池壳体具有长椭圆形的(ii)一第二导电层，其中，第二导电层的至少一部分为第一端子的至少一构件、或是电连接至第一端子；其中，该正热系数层位于第一与第二导电层之间。
19. 如权利要求17所述的电池组，还包括 一々赍通元件，其连接该电池的 第一电极至第一端子。
20. 如权利要求19所述的电池组，其中，第一导电层连接至该馈通元件， 且位于该々贵通元件之上。
21. 如权利要求17所述的电池组，其中，至少一个电池具有棱形的横截面 形状。
22. 如权利要求21所述的电池组，其中，至少一个电池具有长椭圓形的横 截面形状。
23. 如权利要求17所述的电池组，其中，各个电池的容量等于或大于每个 电池约3.3安培小时。
24. 如权利要求17所述的电池组，其中，各个电池的内部阻抗小于约50 毫欧姆。
25. 如权利要求17所述的电池组，其中，所述电池串联而并无电池并联连接。
26. —种制造锂离子电池的方法，包含以下步骤(a) 形成一电池壳体，其包括电连接至该电池壳体的一封盖，该电池壳体电 绝缘于一第一端子而电连通于一第二端子；(b) 配置一第一电极与一第二电极于该电池壳体之内，第一与第二电极分 别电连通于该电池的第一端子与第二端子；及(c) 配置一正热系数层于该电池壳体的封盖之上，该正热系数层电连通于该 电池的第一端子。
27. 如权利要求26所述的方法，还包括以下步骤配置一第一导电层与一 第二导电层于该电池壳体的封盖之上，其中，该正热系数层于第一与第二导电 层之间，且第二导电层的至少一部分为第一端子的至少一构件、或为电连接至 第一端子。
28. 如权利要求26所述的方法，还包括以下步骤形成一馈通元件，其电连接该电池的第一电极至第一端子。
29. 如权利要求28所述的方法，其中，第一导电层连接至该馈通元件，且 位于该4赍通元件之上。
30. 如权利要求29所述的方法，其中，该电池壳体的封盖、第二导电层、 与正热系数层的各个界定一贯通孔，通过该贯通孔，该馈通元件连接至第一导 电层。
31. 如权利要求30所述的方法，其中，该馈通元件形成以电绝缘于该电池 壳体的封盖、第二导电层、与正热系数层的各个贯通孔，而该馈通元件经由第 一导电层表面接触该正热系数层的一部分、且经由第二导电层表面接触该正热 系数层的一部分而电连通于第二导电层。
32. 如权利要求31所述的方法，其中，该正热系数层覆盖第二导电层表面 的一部分，因此，并未由该正热系数层所覆盖的第一导电层表面的一部分作为 第一端子。
33. 如权利要求26所述的方法，还包括以下步骤形成至少一个通风机构 于该电池壳体上，通过该通风机构，当该电池内侧的压力大于一预定值，该电 池之内的气体可释》史。
全文摘要
一种锂离子电池包括一第一端子，电连通于电池的一第一电极；一第二端子，电连通于电池的一第二电极；一电池壳体，包括电连接至电池壳体的一封盖；及一正热系数PTC层，电连通于第一端子且位于电池壳体的封盖之上。一种电池组包括多个如上所述的锂离子电池。
文档编号H01M10/38GK101501882SQ200680055431
公开日2009年8月5日 申请日期2006年6月23日 优先权日2006年6月23日
发明者宋彦宁, 菲利普·E.·帕汀 申请人:波士顿电力公司