专利名称：二次电池组的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种二次电池组，更详细地讲，涉及一种包括阳极/分离膜/阴极结构的电极组件与电解液一起密封在电池盒内部的电池单元、直接粘接在电池单元的上端面的绝缘性安装构件、以及包裹绝缘性安装构件并与电池单元的上端部结合的绝缘罩，在上述电池盒的上端面形成有连接槽，在上述绝缘罩的下端面，以与上述连接槽对应的形状形成有连接凸起，通过使上述连接凸起插入连接槽，强化绝缘罩对电池单元的结合的二次电池组。
背景技术：
伴随着对移动设备的技术开发和需求的增加，对二次电池的需求也急剧增加，其中，能量密度和工作电压高且保存和寿命特性优异的锂二次电池，作为能量源不仅应用于各种移动设备中，还广泛应用于各种各样的电子产品中。然而，锂二次电池内部含有各种可燃性物质，存在着因过充电、过电流以及其它物理性外部冲击等而引起发热、爆炸等的危险性，在安全方面存在很大的缺陷。因此，在锂二次电池中，以与电池单元连接的状态安装有保护电路模块(PCM)，该保护电路模块(PCM)能够有效地抑制过充电等的非正常状态。通常，对包含PCM在内的安全元件而言，必须在与电极端子保持电连接的同时，与电池单元的其他部分需要保持电绝缘状态。因此，为了实现这样的连接形态，需要绝缘性安装构件，采用在电池单元与绝缘性安装构件之间涂敷粘接剂而进行结合的方式。然而，在这样的结合方式中存在减弱电池组的结合强度的缺陷。这样的结合强度的减弱，在对电池单元施加物理性冲击时，引发短路等，由此会导致着火以及爆炸等安全问题。另外，为了从外部冲击中保护电池单元、且强化对安装在电池单元上端的构件的机械强度的同时保持电绝缘状态，在搭载了安全元件的状态下，以包裹绝缘性安装构件的方式，将绝缘罩与电池单元的上端部结合。此时，主要采用使绝缘罩与电池单元的上端部粘接而结合的方式，而在这种结合方式中，与上述记载的电池单元与绝缘性安装构件的结合方式相同地，也存在减弱电池单元与绝缘罩的结合强度的问题。因此，目前的状况是，非常需要能够确保电池单元与绝缘罩之间的稳定的结合强度的技术。
发明内容
发明要解决的课题本发明的目的在于，一举解决如上所述的现有技术中存在的问题和一直以来想要解决的技术课题。本申请的发明人等，经过深度研究和反复进行各种实验，确认了下述优点，即当采用规定形态的连接结构来结合电池单元与搭载于其上端的绝缘罩之间由此构成二次电池组时，能够大幅简化组装工序，同时能够保持稳定的结合强度。因此，本发明的目的在于，提供以规定的连接结构使电池单元和绝缘罩结合的二次电池组。解决课题的方法为了达成上述目的，本发明的二次电池组包括电池单元，其是阳极/分离膜/阴极结构的电极组件与电解液一起密封在电池盒内部；绝缘性安装构件，其形成有开口部，以露出上述电池单元的多个电极端子，具有安全元件搭载于上部的结构，并直接贴紧在电池单元的上端面；绝缘罩，其在搭载有安全元件的状态下，包裹绝缘性安装构件并与电池单元的上端部结合，而且，在上述电池盒的上端面形成有连接槽，在上述绝缘罩的下端面，以与上述连接槽相对应的形状形成有连接凸起，通过使上述连接凸起插入连接槽中，强化绝缘罩对电池单元的结合。因此，本发明的二次电池组包括内置有电极组件的电池单元、上部搭载有安全元件并贴紧在电池单元的上端面的绝缘性安装构件以及与电池单元的上端部结合的绝缘罩， 而且，通过连接槽和与之对应的连接凸起的相互结合来实现电池单元的上端面和上述绝缘罩之间的结合。通常，如上所述地，绝缘罩对电池盒的结合，实质上是通过粘接方式来实现，而这样的结合方式中存在着减弱电池组的结合强度，并电池组的保修难的问题。与此不同地，本发明的二次电池组中，通过电池盒的连接槽和绝缘罩的连接凸起的相互机械的结合来实现绝缘罩对电池盒的结合，因此，制造工序简单，从而具有可减少制造成本，且保修容易的优点。另外，由细长形状的槽构成的电池盒上端面的连接槽和绝缘罩的连接凸起，可提高相互之间的接触界面，从而能够进一步强化相互之间的结合力。上述连接槽可形成为在与电池盒的上端外周面平行的状态下具有规定的间隔，例如，连接槽在除了位于电池单元上端的凸出电极端子、电解液注入口、金属包覆件(metal clad)的部分，形成于电池盒上端面的部分长度或全长上。对上述结构中的规定的间隔而言，如上所述地，可在与位于电池单元上端的凸出电极端子、电解液注入口、金属包覆件不干涉的部位，例如形成为电池单元上端面宽度的 2% 10%的大小。上述连接槽在平面上可形成为浅显且细长的一字形或二字形的形状，例如，当为线状的二字形时，与绝缘罩的连接凸起的结合界面比一字形增加，因而优选。对上述连接槽而言，只要是具有能够容易地与绝缘罩的连接凸起相结合的深度而形成于电池盒的上端面的结构即可，没有特别的限定。但是，例如，优选以电池盒厚度的 10% 70%的深度形成于电池盒的上端面。当连接槽的深度小于电池盒厚度的10%时，难以确保所期望的电池盒与绝缘罩的结合力，当连接槽的深度超过电池盒厚度的70%时，会减弱电池盒的机械强度，因而不优选。上述连接凸起具有对应于连接槽深度的大小而形成于绝缘罩的下端面，以能够贴紧在连接槽的下端。要求上述电池盒具有加工容易性和规定水平以上的机械强度，因此，电池盒可以为金属材料的容器，优选为铝制容器。上述绝缘性安装构件是安全元件搭载于上部的结构，由直接贴紧在电池单元上端面的绝缘性材料来构成。作为本发明的一实施例，上述绝缘性安装构件具有小于电池单元上端面的大小，其中央形成有用于露出电池单元的第一电极端子的第一开口，在离上述第一开口规定距离的部分，形成有用于露出电池单元盒上端面的一部分(第二电极端子)的第二开口。另外，上述绝缘性安装构件的两侧端部的结构可为以规定的高度向上凸出的结构，以确保安全元件的安装空间。S卩，由于绝缘性安装构件的尺寸小于电池单元的上端面，因此，在将绝缘性安装构件安装在电池单元的上端面的状态下，绝缘罩包裹绝缘性安装构件并容易地与电池单元的上端面结合。上述安全元件包括具有用于抑制电池的过充电、过放电和过电流的保护电路的模块(PCM=Protection Circuit Module)；以及与安装在长方形模块的下端的与保护电路电连接的一对连接构件，优选为由PTC元件，熔丝(保险丝)和保护电路基板所组成的组中选出的一个或两个以上。根据需要，上述安全元件为PTC元件和保护电路基板，将PTC元件的一侧端部与电池单元的第一电极端子连接后，将另一侧端子与保护电路基板连接，将电池单元的第二电极端子连接在保护电路基板上。例如，上述PTC元件与保护电路基板的电连接(a)以及电池单元的第二电极端子与保护电路基板的电连接(b)，可由可变性的连接构件来实施。特别是，在上述保护电路基板上分别连接用于实现电连接(a)的连接构件和用于实现电连接(b)的连接构件，之后使上述连接构件分别与电池单元的电极端子相结合。上述连接构件只要是可变性的导电性材料即可，未作特别的限定，其中优选为镍板(Nickel Plate)。在将上述保护电路基板以大约90度以上的角度位于电池单元的上端面的状态下使连接构件与电池单元的电极端子结合，之后弯曲可变性连接构件，并以弯曲部位朝向同一侧面的方式使上述连接构件与保护电路基板结合，以使保护电路基板与电池单元的上端面平行地搭载于绝缘性安装构件上。例如，在将板状的保护电路模块(PCM)垂直位于电池单元上端面的状态下，通过点焊使镍板与电极端子结合后，弯曲上述镍板，以使保护电路模块与电池单元的上端面平行地搭载于绝缘性安装构件上。上述连接槽与连接凸起的结合是在电池单元的长度方向上实现，因此，与电池单元的垂直方向上的冲击相比，长度方向上的张力相对脆弱。因此，在向上述连接槽注入粘接剂的状态下结合上述连接凸起，从而能够弥补上述脆弱点。根据需要，为了加强连接构件的结合力，当然可在电池单元的上端面或绝缘罩的下端面追加粘接剂。上述绝缘罩可以为向下延长规定长度的结构，以能够在安装于电池单元的状态下，其中的至少一部分能够包裹电池单元上端部的外侧面。例如，上述绝缘罩的向下延长部，可以用粘接方式或机械连接方式与电池单元上端部的外侧面结合。
除了在电池单元的上端部结合绝缘罩以外，在下端部也可以结合其他的绝缘罩 (下端罩)，还可以为在上述电池单元的电池盒外面粘接有外包装膜的结构。由此，可从外部冲击中保护电池单元，能够保持电绝缘状态。优选上述外包装膜是包裹绝缘罩的向下延长部的结构。本发明的二次电池组可广泛地应用，无需考虑电池单元的种类和外形，优选为各种锂二次电池单元。本发明还提供电池盒与绝缘性安装构件之间的结合力得以提高的二次电池组。具体地讲，上述二次电池组包括电池单元，其是阳极/分离膜/阴极结构的电极组件与电解液一起密封在电池盒内部；绝缘性安装构件，其形成有开口以使上述电池单元的电极端子露出，并具有安全元件搭载于上部的结构，且直接贴紧在电池单元的上端面；以及绝缘罩， 其在搭载了安全元件的状态下包裹绝缘性安装构件并与电池单元的上端部结合，在上述电池盒的上端面至少形成有一个连接槽，在上述绝缘性安装构件的下端面，以与上述连接槽对应的形状形成有连接凸起，通过使上述连接凸起插入连接槽中，实现绝缘性安装构件对电池单元的结合。因此，随着电池盒上端面的连接槽与绝缘性安装构件的连接凸起的相互接触界面增加，从而更能够进一步强化相互之间的结合力。在上述结构中，连接槽只要是能够强化与绝缘性安装构件的连接凸起的结合的结构即可，没有特别的限定，例如，可在平面上形成为一字形、十字形或椭圆形，从而进一步增加相互之间的结合界面。此时，上述连接槽可形成在从电池盒的上端面向上露出的电极端子的上端面上， 具体地讲，可形成于与位于电池盒上端面的凸出电极端子、电解液注入口、金属包覆件互相不干涉的部位。根据需要，用于绝缘罩的结合的连接槽和用于绝缘性安装构件的结合的连接槽可同时形成于电池盒的上端面。
图1是本发明一实施例的二次电池组的分解立体图。图2是图1的电池单元上端的局部立体图。图3是搭载于图1的电池单元上端部的绝缘性安装构件的立体图。图4是本发明另一实施例的电池单元上端的局部立体图。图5是表示在图4的电池单元上端安装绝缘罩的状态的局部示意图。图6是表示在图4的电池单元上端安装图5的绝缘罩的状态的立体图。图7是表示在本发明变形例的电池单元上端安装绝缘罩的状态的局部示意图。图8是本发明又一实施例的电池单元上端的局部立体图。图9是安装在图7的电池单元上端的绝缘性安装构件的立体图。图10是通过图5的实施例完成的二次电池组的立体图。图11是表示本发明实验例1的实验过程的照片。图12是表示本发明实验例2的实验过程的照片。
具体实施例方式以下，参照本发明实施例的附图，对本发明进行详细的说明，但这只是为了更容易地理解本发明，本发明的范畴并不限定于此。图1表示本发明一实施例的二次电池组的示意性分解立体图，图2表示图1的电池单元上端的示意性局部立体图，图3表示搭载于图1的电池单元上端部的绝缘性安装构件的示意性立体图。参照这些图可知，二次电池组500包括电池单元100 ；绝缘性安装构件200 ；作为安全元件的保护电路基板310 ；PTC元件320 ；绝缘性上/下端罩400、410以及外包装膜 140。电池单元100是阳极/分离膜/阴极结构的电极组件与电解液一起密封在棱柱形金属容器内部的结构，在电池单元100的上端面形成有用于与绝缘性安装构件200结合的凹状的多个一字形连接槽110。绝缘性安装构件200中形成有开口，以使电池单元100的电极端子120、130露出。 绝缘性安装构件200的两侧端部以规定的高度向上凸出，以使作为安全元件的保护电路基板310和PTC元件320能够稳定地搭载于其上部。该绝缘性安装构件200以直接贴紧在电池单元100的上端面的方式被安装。另外，在绝缘性安装构件200的下端面形成有与电池单元100的上端面的连接槽110所对应的多个一字形连接凸起210。绝缘罩400在搭载有安全元件的状态下，包裹绝缘性安装构件200并与电池单元 100的上端部结合，且以规定的长度向下延伸，以能够包裹电池单元100上端部的外侧面， 另外，在上端面的一侧粘贴A/S标签420。通过粘接性下端罩粘接带411，将下端罩410安装在电池单元100的下端，通过绝缘性外包装膜140包裹电池单元100的外周部。下面，通过图2和图3更详细地说明图1的电池单元上端部和安装在该上端部的绝缘性安装构件。根据图2，在电池单元100的上端面中央，形成有作为凸出端子的阴极端子120，电池盒自身形成阳极，阴极端子120是通过绝缘性构件121实现电绝缘。在规定的部位粘贴镍包覆件(Nickel clad)，以形成阳极端子130，在电池单元的上端面形成有多个连接槽110， 以能够与绝缘性安装构件(图1的200)的多个连接凸起(图3的210)结合。根据图3，绝缘性安装构件200具有小于电池单元100的上端面的大小，在其中央形成有用于露出电池单元100的阴极端子(图2 120)的第一开口 201，在离第一开口 201 规定间隔距离的部分形成有用于露出电池单元100上端面的一部分(阳极端子；图2的 130)的第二开口 202。两侧端部220以规定的高度向上凸出，以确保搭载安全元件的空间。另外，在绝缘性安装构件200的下端，形成有与形成在电池单元100上端的多个连接槽(图2 110)相对应的多个连接凸起210，这些多个连接凸起210与电池单元100上端面的多个连接槽110相结合，实现机械的连接结构。图4表示本发明另一实施例的电池单元上端的示意性局部立体图。根据图4，在电池盒IlOa的上端面形成有细长形状的连接槽150，该连接槽150的宽度w为电池单元上端面宽度W的2 %，在与电池盒1 IOa的上端外周面平行的状态下，该连接槽150以整体呈线路形状的方式形成于电池盒IlOa的上端面。
另外，连接槽150以凹陷形状形成在与位于电池盒上端面的阴极端子120、镍包覆件的阳极端子130和电解液注入口 122相互不干涉的部位。图5表示在图4的电池单元上端安装绝缘罩的状态的局部示意图，图6表示在图 4的电池单元上端设置图5的绝缘罩的状态的示意性立体图。根据图5，在绝缘罩400a的下端面，以与图4的连接槽150相对应的形状，并沿着电池单元上端面的长度方向L，形成有二字形的连接凸起406。另外，连接槽404以电池盒厚度D的约50%的深度d，形成于电池盒的上端面。根据图6和图5，绝缘罩400a的连接凸起406在搭载有安全元件(未图示)的状态下，包裹绝缘性安装构件(图1 :200)并与形成于电池单元IOOa的上端面的连接槽404 结合，从而构成相互机械的连接。图7表示在本发明变形例的在电池单元上端安装绝缘罩的状态的局部示意图。根据图7和图5，形成于电池盒上端面的连接槽152的宽度大于图5的连接槽404 的宽度。图8表示本发明的另一实施例的电池单元上端的示意性局部立体图，图9表示安装在图7的电池单元上端的绝缘性安装构件的示意性立体图。首先，根据图8，两个一字形连接槽164和一个十字形连接槽162，以凹陷形状形成于电池盒IlOb的上端面的与阴极端子120、作为镍包覆件的阳极端子130以及电解液注入口 122相互不干涉的部位上。根据图9，在绝缘性安装构件200a的下端面，以与图8的多个连接槽162、164相对应的形状，形成有两个一字形连接凸起和一个十字形连接凸起。图10表示通过图5的实施例完成的二次电池组的示意性立体图。根据图10，二次电池组500a在电池单元的上端部搭载安全元件、绝缘性安装构件的状态下，除了外部输入、输出端子部的其他部分，通过绝缘罩400a、外包装膜140以及下端罩(未图示)，实现与外部的电绝缘状态。另外，对上述电池单元上端面的连接槽和与之对应的连接凸起的形状、位置和数量而言，基于上述内容，在本发明的范畴内，可进行各种各样的应用和变形。下面，通过实施例更详细地说明本发明，但下述实施例只是用于例示本发明，本发明的范畴并不限定于此。实施例1阳极的组成为通常所知的组成，即通过将锂钴氧化物、PVdF和导电材料的浆料涂覆在铝集电体上而制造。阴极的组成为通常所知的组成，即通过将石墨、PVdF和导电材料的浆料涂覆在铜集电体而制造。在上述阳极和阴极之间夹入分离膜(分离膜的大小剪裁为稍大于该阳极和阴极的大小)，从而制作电极组件后，将上述电极组件安装于各种铝电池容器内部，盖上电池容器盖，通过注入口注入电解液，从而制作电池单元。在如图4所示结构的电池单元的上端面安装绝缘性安装构件后，在绝缘性安装构件上连接保护元件。然后，在向形成于电池盒上端面的连接槽上注入粘结剂的状态下，使绝缘罩下端面的连接凸起与上述连接槽结合，从而搭载了绝缘罩。然后，使绝缘性下端罩与电池单元的下端结合，并通过外包装膜包裹电池单元的外周面，从而完成了如图10所示的二次电池组。比较例1在上述电池单元的上端面和绝缘罩的下端面不形成连接槽和连接凸起的状态下， 仅涂覆粘接剂，从而使电池单元和绝缘罩结合，除此之外，采用与上述实施例1相同的方法，完成了二次电池组。实验例1对分别通过上述实施例1和比较例1制造的20个电池组，分别进行弯曲试验 (bending test)，测定电池单元与所搭载的绝缘罩之间的结合强度(参照图11)。S卩，在固定电池组的绝缘性上端罩和下端罩部分的状态下，阶段性地增加施加于电池组中间部的负重，将电池组破裂时的负重大小示于下述表1中。表 权利要求
1.一种二次电池组，其特征在于，包括电池单元，其是阳极/分离膜/阴极结构的电极组件与电解液一起密封在电池盒内部；绝缘性安装构件，其形成有开口，以露出上述电池单元的电极端子，具有安全元件搭载于上部的结构，并直接贴紧在电池单元的上端面；以及绝缘罩，其在搭载有安全元件的状态下，包裹绝缘性安装构件并与电池单元的上端部结合，而且，在上述电池盒的上端面形成有连接槽，在上述绝缘罩的下端面，以与上述连接槽相对应的形状形成有连接凸起， 通过使上述连接凸起插入连接槽中，强化绝缘罩对电池单元的结合。
2.如权利要求1所述的二次电池组，其特征在于，上述连接槽在与电池盒的上端外周面平行的状态下具有规定的间隔而形成。
3.如权利要求2所述的二次电池组，其特征在于，上述间隔为电池单元上端面宽度的 2% 10%。
4.如权利要求1所述的二次电池组，其特征在于，上述连接槽在平面上形成为浅显且细长的一字形或二字形。
5.如权利要求1所述的二次电池组，其特征在于，上述连接槽的深度为电池盒厚度的 2 0Z0 50%，并形成于电池盒的上端面。
6.如权利要求1所述的二次电池组，其特征在于，上述连接凸起具有与连接槽的深度对应的大小，并形成于绝缘罩的下端面。
7.如权利要求1所述的二次电池组，其特征在于，上述电池盒为金属容器。
8.如权利要求1所述的二次电池组，其特征在于，上述绝缘性安装构件的尺寸小于电池单元的上端面的尺寸，在中央形成有用于露出第一电极端子的第一开口，在离上述第一开口规定距离的部分形成有用于露出电池单元盒上端面的一部分即第二电极端子的第二开口。
9.如权利要求8所述的二次电池组，其特征在于，上述绝缘性安装构件的两侧端部以规定的高度向上凸出。
10.如权利要求1所述的二次电池组，其特征在于，上述安全元件为由PTC元件、熔丝和保护电路基板所组成的组中选出的一个或两个以上。
11.如权利要求1或10所述的二次电池组，其特征在于，上述安全元件为PTC元件和保护电路基板，将PTC元件的一侧端部连接在电池单元的第一电极端子后，将另一侧端子连接在保护电路基板上，将电池单元的第二电极端子连接在保护电路基板上。
12.如权利要求1所述的二次电池组，其特征在于，在插入上述连接凸起之前，向上述连接槽注入粘接剂。
13.如权利要求1所述的二次电池组，其特征在于，上述绝缘罩向下延长有规定的长度，以在安装于电池单元的状态下，该绝缘罩的至少一部分能够包裹电池单元的上端部外侧面。
14.如权利要求1所述的二次电池组，其特征在于，在上述电池盒的外面粘接有外包装膜。
15.如权利要求14所述的二次电池组，其特征在于，上述外包装膜包裹绝缘罩的向下延长部。
16.如权利要求1所述的二次电池组，其特征在于，上述电池单元为棱柱形锂二次电池单元。
17.一种二次电池组，其特征在于，包括电池单元，其是阳极/分离膜/阴极结构的电极组件与电解液一起密封在电池盒内部；绝缘性安装构件，其形成有开口，以露出上述电池单元的电极端子，具有安全元件搭载于上部的结构，并直接贴紧在电池单元的上端面；以及，绝缘罩，其在搭载有安全元件的状态下，包裹绝缘性安装构件并与电池单元的上端部纟口 I=I，在上述电池盒的上端面至少形成有一个连接槽，在上述绝缘性安装构件的下端面，以与上述连接槽对应的形状形成有连接凸起，通过使上述连接凸起插入连接槽中，实现绝缘性安装构件对电池单元的结合。
18.如权利要求17所述的二次电池组，其特征在于，上述连接槽在平面上形成为一字形、二字形或椭圆形的形状。
19.如权利要求18所述的二次电池组，其特征在于，上述连接槽形成于从电池盒的上端面向上露出的电极端子的上端面。
全文摘要
本发明提供二次电池组，该二次电池组包括电池单元，其是阳极/分离膜/阴极结构的电极组件与电解液一起密封在电池盒内部；绝缘性安装构件，其形成有开口，以露出上述电池单元的电极端子，具有安全元件搭载于上部的结构，并直接贴紧在电池单元的上端面；以及绝缘罩，其在搭载有安全元件的状态下，包裹绝缘性安装构件并与电池单元的上端部结合，而且，在上述电池盒的上端面形成有连接槽，在上述绝缘罩的下端面，以与上述连接槽相对应的形状形成有连接凸起，通过使上述连接凸起插入连接槽中，强化绝缘罩对电池单元的结合。
文档编号H01M2/04GK102171854SQ200980139706
公开日2011年8月31日 申请日期2009年10月13日 优先权日2008年10月14日
发明者尹锡珍, 文基业, 金祯焕 申请人:株式会社Lg化学