专利名称：Pcm模以及包含它的电池的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种保护电路模块(PCM)嵌入注模，其包括其上设置有保护电路的保 护电路板和连接端子和非必须的导线，还涉及一种包含PCM嵌入注模的电池。
背景技术：
通常，电池包含电池单元和PCM。电池单元包括由正极、负极和隔板组成的电极组
件、和容纳电极组件的外壳，该外壳使得电极组件的电极端子从其中引出并在其中容纳预
定量的电解质。所述PCM包含安装在电池单元外部的板并且板上设置有与电池单元的电极
端子电连接的保护电路，以及安装在与电池单元相对的保护线路板的一侧并与外部设备连
接的外部输入/输出端子(例如，无线终端、笔记本电脑或电车)。 以下参照图1、2和3来详细描述制造上述电池的方法的一个例子。 电池1包括PCM 2和电池单元3，其中两者相互一体化。通过下述方式来制造所述
电池通过上模4a的入口 4aa将熔融树脂注入到模具的内部空间5中，该模具包含一对上
模4a和下模4b，并在所述PCM2的保护电路板2a的连接端子2aa和电池单元1的导线3a
连接的条件下进行。 然而，在上述传统方法中，包含电极组件和PCM2的电池单元3位于模具的内部空 间5中，并被熔融树脂固定，由此导致下述问题。 首先，由于在电路工作的时候进行电池的制备，因此当电池单元3和PCM 2相互一 体化时，电池单元3和PCM 2接触模具，由此增加了短路的可能性。 第二，当上模4a和下模4b在电池单元3和PCM 2在模具的内部空间5中相互暂时 连接的情况下连接时，压力施加在电池单元3的外表面上，特别是沿着电池单元3的厚度， 由此引起电池单元3的变形。 第三，当高温和高压状态的熔融树脂注入到模具的内部空间5中时，所注入的熔 融的树脂使电池单元3和PCM2发生移位，由此导致失败。 第四，在模具中的电池单元3由于达到高温，由此改变电池的特性并引起电池的 爆炸。并且，压力施加在模具中的电池单元3的电池外壳上的位置是施加在电池外壳和电 池外壳的上盖帽之间的焊接部位，由此发生在焊接部位的泄露(vent)。
第五，由于在电源施加在电路上的时候进行电池的制备，为防止短路输出端子需 要涂覆，由此给工人造成不便。 因此，由于制造电池的传统方法具有上述诸多问题，强烈需要能解决上述问题的 技术。
发明内容
因此，本发明是在考虑到上述问题而进行的，本发明的一个目的是提供一种保护 电路模块(PCM)嵌入注模以及包含它的电池，其中PCM嵌入注模通过如下方式制备与电池 单元分离的PCM用注入模具的熔融树脂进行嵌入注模，然后与电池单元连接来形成电池。
根据本发明的一个方面，上述和其他目的可通过提供如下方式制备的电池来实 现，其中电池包括电池单元和安装于电池单元顶部的保护电路模块(PCM)嵌入注模将保 护电路模块嵌入到模具的内部空间，该模块包括其上形成有保护电路和外部输入/输出端 子的板、连接端子和非必须的导线，与连接端子和导线暂时连接的保护电路板安装在该模 具中，或者保护电路板、连接端子和导线在没有暂时连接的情况下安装在该模具中的指定 位置；在PCM包含所述导线的情况下将熔融树脂注入到模具的内部空间使得导线部分地暴 露在外部，或在PCM不包含所述导线的情况下使得连接端子部分地暴露在外部。电池单元 包括由正极、负极和隔板组成的电极组件和用于容纳电极组件的外部容器，外部容器使得 电极组件的电极端子从外部容器的顶部伸出，并且有指定量的电解液容纳于外部容器内。
根据本发明的另一方面，提供一种电池的制备方法，包括如下步骤直接将PCM嵌 入注模中的连接端子的暴露部分与电池单元相应的电极端子相连接，或将非必须的导线的 暴露部分与电池单元相应的电极端子相连接。 PCM通过如下方式制备在保护电路和电池单元不连接的情况下进行嵌入注模， 即电源不施加到电池上。因此PCM能采用常规的树脂进行模制，并且PCM是电稳定的，无需 进行涂覆步骤来防止短路，并少有电破坏。因此，即使PCM用高温和高压状态的熔融树脂也 用低温和低压状态的熔融树脂进行模制时，很少出现PCM的次品。S卩，根据本发明，低温和 低压状态的模塑树脂例如聚酰胺树脂或聚烯烃树脂、和高温和高压状态的模塑树脂例如聚 乙烯树脂或环氧树脂都能应用到嵌入注模工序中。此外，根据本发明，其他具有电绝缘性能 的常规树脂也能应用到嵌入注模工序中。 而且，当出现PCM次品时，能很容易地将PCM与电池单元分离然后进行修复。由于 电池单元和电路部分分开制备，能改善导电性。此外，由于PCM与电池单元分开进行模制， 因此解决了当电池单元和PCM同时模制时热或物理压力施加到电池单元上而发生的电池 的稳定性问题，也防止了用于固定电池单元而具有预定尺寸的模具由于电池单元尺寸的偏 差而引起的次品。
本发明的上述和其他目的、特征和其他优点从结合附图的下述详细描述中能更清 楚地理解，其中 图1是传统电池的正视图；
图2是图1中传统电池的侧视图； 图3是纵剖图并且还包括截面图的部分放大图，该纵剖图描述如下步骤将PCM和 电池单元定位在模具的内部空间，通过将熔融树脂注入到模具的内部空间进行嵌入注模；
图4是根据本发明一实施方案的电池的分解透视图；
图5是图4中的电池的装配正视图； 图6是根据本发明另一实施方案的电池的分解透视图； 4
图7是图6中的电池在PCM的导线与保护电路板连接的状态下的分解透视图；
图8是图6的电池的PCM嵌入注模的底部的透视图；以及
图9是图7的电池的PCM嵌入注模的顶部的透视图。
具体实施例方式
现在，将参照附图详细描述本发明的优选实施方案。在一些图中，为助于理解和便 于说明，将嵌入注模与其中的保护电路板、连接端子和导线分开。 图4是根据本发明一实施方案的电池的分解透视图。参照图4，电池单元10例如 锂离子二次电池，主要包括阴极端子lla和阳极端子llb和任选的安全阀(未示出)。
阴极端子lla可以是通常由铝制成的电池单元10的外壳本身或由Al-Ni制成的 与外壳连接的复合金属板。另一方面，阳极端子llb是具有突出形状的端子，并通过置于圆 周的绝缘件与外壳电绝缘。当外部压力升高超过预定数值时安全阀破裂，由此将电池单元 10中产生的废气排到外部。 PCM嵌入注模20是在PCM26嵌入其中的情况下形成的。PCM26主要包括其上形成 有保护电路22的保护电路板21、连接端子24a和24b、和任选的安全元件25。
保护电路板21由树脂制成，保护电路22形成在保护电路板21的主表面上，以用 于当电池单元10充电和/或放电时防止电池单元10过度充电和/或过度放电。保护电路 22与连接端子24a和24b电连接。优选地，保护电路板21具有矩形形状，其尺寸近似地对 应于电池单元10的上表面。 外部输入/输出端子23或与连接器连接的连接线形成在与保护电路板21主表面 相对的保护电路板21的另一表面上，在保护电路板21上形成有保护电路22。保护电路22 和外部输入/输出端子23与在厚度方向上透过保护电路板21的孔(未示出)电连接。
当电池充电和/或放电时，为更安全地防止电池过度充电和/或过度放电，除保护 电路22之外，安全元件25可额外地安装在保护电路21上。安全单元25包括例如但不限于 保险丝、双金属器件和PTC等。优选地，可将PTC用作安全单元25，以在温度超过预定范围 时快速地切断电流，并在温度返回相应范围后快速地重新导通电流，并使电池尺寸小型化。
下面，将描述使用根据本发明的优选实施方案的上述PCM26的嵌入注模20的电池 的制备方法。 首先，将与安全元件25任选地固定的阳极连接端子26b固定到其上形成有保护电 路22的保护电路板21的一个表面的相应的部分，并将阴极镍复合板24a固定到保护电路 板21的另一个表面的相应的部分，由此制备PCM26。将阳极连接端子24b和阴极镍复合板 24a用粘接剂、由指定装置供应的熔融树脂、或凸和凹接合结构或物质通过物理或化学连接 方法固定或者用焊接方法固定到保护电路板21的相应的部分。 然后，与电池单元10分开地将PCM26放置在模具(未示出)的内部空间，在固定 到保护电路21的连接端子24a和24b部分暴露在外部的情况下将熔融树脂注入到模具的 内部空间，由此制造PCM嵌入注模20。 与PCM嵌入注模20的制备分开来制备电池单元10。然后，将电池单元10放置成 使得PCM嵌入注模20的连接端子24a和24b的暴露部分与电池单元10的两个端子lla和 11b相连接，两个连接端子24a和24b中的至少一个通过点焊机(未示出)的焊接尖端被焊接到电池单元10的相应的端子lla和lib上，该焊接尖端通过PCM嵌入注模20的这些连 接端子24a和24b的上表面的开口被插入到模具的内部空间。 在优选实施方案中，连接端子24a和24b中的至少一个通过PCM嵌入注模20和电 池单元10之间的连接而电连接到电池单元10的相应的端子lla和lib上而无需额外的焊 接步骤。 例如，将暴露自模具20的这些连接端子24a和24b中的一个端子如阴极连接端子 24a与电池单元10的相应的端子lla连接，这样另一端子如阳极连接端子24b能通过弹力 与相应的端子lib电连接，这样通过阴极端子24a和相应的端子lla之间的焊接力的方式 也就使模具20能整体固定于电池单元10。更具体地，如图5所示，模具20的阴极镍复合板 24a包覆(wr即s)电池单元10的充当阴极端子的至少一个外表面，以使模具20与电池单 元10电连接，并更稳固地将模具20物理固定到电池单元10上，并且阴极镍复合板24a点 焊到电池单元10的外表面上。结果，模具10和电池单元20不会因非期望的外界撞击而相 互分离。 无需仅通过模具20的连接端子24a和电池单元10之间的焊接来获得模具20和 电池单元10之间的连接。例如，模具20和电池单元10之间的连接可以通过各种各样的方 式获得，例如采用粘接剂结合、采用熔融树脂结合以及采用分别形成在模具20和电池单元 10上的锁闭构件来连接，这些都应解释为包含在本发明的范围内。 图6是根据本发明另 一实施方案的电池的分解透视图，图7是图6中的电池在PCM 的导线与板连接的状态下的分解透视图。图6和7与图4中相同的附图标记代表相同的元 件。 参照图6和7，电池还包括导线28a和28b以助于电池单元10的阴极端子11a、阳 极端子lib和保护电路板21的连接端子27a和27b之间的电连接，并通过焊接也增强了其 间的机械连接。然而，无论如何，连接端子27a、27b和导线28a、28b相互一体化。
导线28a和28b的形状和数量没有限制，只要能通过导线28a和28b将保护电路 板21的连接端子27a和27b电连接到电池单元10相应的端子lla和llb。特别地，包含在 模具20内的连接端子27a、27b和导线28a、28b可以是各种形状，以加强与电池单元10的 阴极端子lla和阳极端子lib之间的连接。 通过表面安装技术(SMT)将连接端子27a和27b安装到保护电路板21上来获得 保护电路的连接端子。优选地，导线28a、28b和连接端子27a、27b、lla、llb之间的连接可 以通过焊接获得，例如点焊或激光焊。然而，如上所述，这些连接不限于此，可通过任意的电 连接方法获得。例如，可以通过电池单元10和模具20之间的物理或化学连接来获得导线 28a、28b和连接端子27a、27b、lla、lib之间的连接。 PCM的连接端子27a、27b和导线28a、28b可由镍或Al-Ni复合金属制成。当连接 端子27a、27b和导线28a、28b直接接触电池单元10的外壳时，由于Al-Ni复合金属具有高 的粘附力，优选连接端子27a、27b和导线28a、28b由Al-Ni复合金属制成。
外部输入/输出端子23a和23b形成在保护电路板21的另一表面上，并通过在厚 度方向上透过保护电路板21的孔与保护电路电连接。 除了图6中的保护模块嵌入注模中包含导线28a和28b夕卜，制备图6中的保护模 块嵌入注模的方法与图4中的相同，更特别地，PCM包括依次连接的其上形成有保护电路的保护电路板21、连接端子27a和27b、导线28a和28b，并嵌入到模具(未示出)的内部空 间，然后将熔融树脂注入到内部空间，并使导线28a和28b部分暴露在外部。然后，通过注 入模制形成保护模块嵌入注模。这里，通过焊接(例如，点焊)与连接端子27a、27b和导线 28a、28b暂时连接的保护电路板21可以安装在模具中，或者保护电路板21、连接端子27a、 27b和导线28a、28b在没有暂时连接的情况下可以安装在模具中的指定位置。将其上形成 有保护电路的保护电路板21、连接端子27a、27b和导线28a、28b固定并通过使熔融树脂凝 固来封装。 当通过嵌入注模来形成模具20时，部分导线28a、28b和至少部分外部输入/输出 端子23a和23b在模具的内部空间中与熔融树脂相隔离，由此不被熔融树脂涂覆。
图8和9分别是通过上述方法制得的PCM嵌入注模的底部和顶部的透视图。如 图8所示，部分导线28a、28b从模具20的底部暴露使得电池单元的阴极和阳极端子与导线 28a、28b的暴露部分连接。另一方面，在没有导线28a、28b的结构中，部分连接端子(图6 和7中的27a和27b)从模具20的底部暴露。 再次参照图6和7，通过将PCM嵌入注模20连接到包含阴极端子lla即由铝制成 的外壳和阳极端子lib即突出形状的端子的电池单元IO制成本发明的电池。关于制备电 池的上述方法将描述如下。 首先，将由Al-Ni制成的阴极复合金属板12和绝缘构件13(例如，绝缘双面胶带 或绝缘粘接剂)连接到外壳。 然后，将作为安全元件的包含双金属14的双金属模块15安装到绝缘构件13上， 并与阳极端子lib电连接。双金属模块15用作将阳极端子lib与其他元件电绝缘，并将阳 极端子llb与双金属14电连接，同时也用作在精确位置上固定电池单元10和注模20的中 间连接器。然后，将导线16a连到阴极复合金属板12上，将导线16b连到双金属14的相应 的暴露部分。 接着，将PCM嵌入注模20 (图8)放置在指定位置。将导线28a和28b从模具20暴 露的部分通过焊接与相应的导线16a和16b电连接。例如，PCM的导线28a和28b具有倒L 形，使得导线28a和28b倒L形的垂直弯曲部分暴露在外面。导线28a和28b倒L形的垂 直弯曲部分和电池单元的导线16a和16b倒L形的垂直弯曲部分相互表面接触然后焊接。 由于导线28a和28b倒L形的垂直弯曲部分和导线16a和16b倒L形的垂直弯曲部分之间 的接触部分通过模具20(图8)的侧开口 20a而暴露在外面，因此通过插入到该侧开口 20a 的焊接尖端(未示出)将连接部分焊接，然后用其中的嵌入侧盖帽31a和31b将该侧开口 20a封闭。 将底盖32连到电池单元10上，用标签33包住电池单元10。最后，将测试点标签 34连到部分29上，该部分29将保护电路板21的测试点23c暴露在外面。由此，完成本发 明的电池制造。 在另一实施方案中，可使用粘接剂以增强PCM嵌入注模和电池单元之间的物理连 接，或者可使连接端子或导线的形状变形，以增加端子或导线的尺寸。 本发明可应用于各种类型的电池，并优选应用于锂离子二次电池或锂离子聚合物 电池。 工业应用性描述可得知，本发明提供一种保护电路模块(PCM)嵌入注模及包含它的电 池，其中PCM通过如下方式制备在保护电路和电池单元不连接即电源不施加到电池上的 情况下进行嵌入注模，因此PCM能采用常规的树脂进行模制，并且PCM是电稳定的，无需进 行涂覆步骤来防止短路，并少有电破坏。并且，当出现PCM次品时，PCM能容易地从电池分离 然后进行修复。电池单元和电路部分分开制备，因此能提高生产率。并且，由于将PCM与电 池单元分开模制，因此能解决在电池单元和PCM同时模制时当热或物理压力施加到电池单 元上而产生的电池的稳定性问题，并避免用于固定电池单元而具有预定尺寸的模具由于电 池单元尺寸的偏差而引起的次品。 尽管出于说明目的而描述了本发明的优选实施方案，本领域技术人员能意识到在 不脱离附加权利要求所描述的本发明的范围和精神的前提下，各种修改、增加和替代是可 能的。
权利要求
一种电池，包括电池单元和安装于电池单元顶部的保护电路模块(PCM)嵌入注模，其中，电池单元包括由正极、负极和隔板组成的电极组件和用于容纳电极组件的外部容器，外部容器使得电极组件的电极端子从外部容器的顶部伸出，并且有指定量的电解液容纳于外部容器内，并且PCM嵌入注模通过如下制备而得将PCM嵌入到模具的内部空间，该PCM包括其上形成有保护电路和外部输入/输出端子的板、连接端子和非必须的导线，与连接端子和导线暂时连接的保护电路板安装在该模具中，或者保护电路板、连接端子和导线在没有暂时连接的情况下安装在该模具中的指定位置；在PCM包含所述导线的情况下将熔融树脂注入到模具的内部空间使得导线部分地暴露在外部，或在PCM不包含所述导线的情况下使得连接端子部分地暴露在外部。
2. 根据权利要求1的电池，其中两个连接端子中的一个包覆在电池单元的至少一个外表面使得PCM嵌入注模与电池单元电连接，并且也能更稳固地将模具固定到电池单元上，当模具与电池单元连接时，所述连接端子与电池单元的外表面物理连接。
3. 根据权利要求2的电池，其中PCM嵌入注模和电池单元之间通过焊接、使用粘接剂结合、采用熔融树脂结合或锁闭构件来获得物理连接。
4. 根据权利要求l的电池，其中连接端子或导线由复合金属板制成。
5. 制备根据权利要求1的电池的制备方法，包括如下步骤直接将连接端子的暴露部分与电池单元的相应的电极端子连接，或者通过导线将连接端子与电池单元的相应的电极端子连接，该导线部分地从PCM嵌入注模的底部暴露出来。
6. 根据权利要求l的电池，其中所述电池是锂离子二次电池或锂离子聚合物二次电池。
全文摘要
本发明提供一种PCM模以及包含它的电池。该保护电路模块(PCM)嵌入注模通过如下制备而得将PCM嵌入到模具的内部空间，该PCM包括其上形成有保护电路的板、连接端子和非必须的导线，并且保护电路板、连接端子和导线电连接；在PCM包含所述导线的情况下将熔融树脂注入到模具的内部空间使得导线部分地暴露在外部，或在PCM不包含所述导线的情况下使得连接端子部分地暴露在外部。由于PCM在保护电路和电池单元不连接的情况下进行嵌入注模，即电源不施加到电池上，因此PCM能采用常规的树脂进行模制，并且PCM是电稳定的，无需进行涂覆步骤来防止短路，并少有电破坏。
文档编号H01M10/38GK101694887SQ20091020631
公开日2010年4月14日 申请日期2004年11月9日 优先权日2003年12月8日
发明者文基业 申请人:株式会社Lg化学;