专利名称：用于电化学电池的集电端子的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电化学电池电池组，并且更具体地，涉及具有用作安全装置的集电端子的电化学电池电池组。
背景技术：
汽车行业数十年来一直在寻求使可行且安全的电动车辆商业化。这种车辆的重要元件是车辆的电池组。电池组不仅必须提供所需水平的能量和合理的自主性以及是耐用的，还必须包括或装备有安全装置以防止过度充电、过度放电、内部及外部短路以及过热。用于电池组的安全装置通常为在检测到问题时切断电池组的电子监视装置的形式，这些电子监视装置监视电池组的电压、电流和温度。这些电子系统在正常情况下表现良好，但在电池组的电化学电池中发生内部短路的情况下可能不能防止对电池的损害。尽管不常发生，但内部短路会使电池组的温度上升到造成对电池的永久损害的危险水平并且还可能会对经历内部短路的电池组的附近的各种部件造成损害。2003年4月15日发布的美国专利N0.6，099，986通过在电化学电池的每个接头与电池组的极之间包括有熔丝而提供了一种关于这种内部短路的潜在问题的解决方案。具有熔丝的该系统将正经历内部短路的特定电化学电池产生的过大的电流与其他电池切断，从而限制了由于内部短路而对特定电化学电池造成的损害。然而，该系统是复杂且笨重的，需要多种焊料来将每个熔丝连接到每个电化学电池并且需要更多的空间来容置多个熔丝。因此，需要这样一种安全装置:该安全装置比现有技术的安全装置简单且轻便并且适于防止正经历内部短路的电池中的损害。
发明内容
本发明的目的是改善现有技术中存在的不便之处中的至少一些。在一个方面，本发明提供了一种电池组，该电池组包括串联或并联连接的多个电化学电池。每个电化学电池均包括一系列初级层压制件，所述一系列初级层压制件各自包括负极、正极、设置在负极与正极之间的电解质、从初级层压制件的一侧延伸的正极集电器以及从初级层压制件的相反侧延伸的负极集电器。每个电化学电池均具有将正极集电器连接在一起的集电端子以及将负极集电器连接在一起的集电端子。集电端子各自具有用于将两个相邻的电化学电池电连接在一起的折叠的延伸臂部，折叠的延伸臂部具有形状记忆特性。电化学电池通过以具有低于180°C的熔化温度Tf的焊接金属焊接在一起的相邻的集电端子的折叠的延伸臂部电连接在一起，由此，如果电化学电池的温度上升到焊接金属的熔化温度Tf以上，则焊接连接熔化并且集电端子的折叠的延伸臂部回弹到折叠的延伸臂部的初始形状，从而切断温度在焊接金属的熔化温度Tf以上的电化学电池与相邻的电化学电池之间的电连接。在另一个方面，电池组还包括偏置装置，该偏置装置定位在两个相邻的集电端子的折叠的延伸臂部之间，该偏置装置沿着折叠的延伸臂部的长度延伸，从而为折叠的延伸臂部的形状记忆特性提供了附加的力，使得回弹力在焊接连接熔化时增大。本发明的实施方式各自具有上面所提到的方面中的至少一个方面，但不必具有所有方面。应当理解的是，本发明的源于试图获得上面提到的目的的某些方面可能不满足这些目的和/或可能满足未在文中具体叙述的其他目的。通过以下描述、附图以及所附权利要求，本发明的实施方式的额外的和/或替代性的特征、方面以及优点将变得明显。
为了更好地理解本发明以及本发明的其他方面及进一步的特征，对下面结合附图使用的描述进行参考，在附图中:图1为与根据本发明的一个实施方式的集电端子一起形成串联连接的电池组的电化学电池的堆组的一部分的示意性立体图；图2为图1中示出的电化学电池的堆组的一部分的示意性正视图；图3为根据本发明的一个实施方式的两个集电端子的示意性立体图；图4为图3中示出的两个集电端子的示意性正视图；图5为图3和图4中示出的两个集电端子的示意性正视图，其中这两个集电端子在被电连接在一起之前卷压到两个相邻的电化学电池的层压制件上；图6为图5的两个集电端子电连接在一起的不意性正视图；图7为图3中示出的两个集电端子的示意性正视图，其中这两个集电端子之间具有弹簧状元件；图8为图7中示出的两个集电端子的示意性正视图，其中这两个集电端子在被电连接在一起之前卷压到两个相邻的电化学电池的层压制件上；以及图9为图8中示出的两个集电端子电连接在一起的示意性正视图。
具体实施例方式参照图1，示出了形成电池组的电化学电池20的堆组的示例。每个电化学电池20均包括一系列初级层压制件，所述一系列初级层压制件各自包括片状负极、片状正极以及设置在负极与正极之间的电解质膜。另外，片状集电器支承通常为片材形式的糊状材料的正极。在本示例中，负极为用作阳离子源并用作集电器的锂或锂合金金属片或箔。然而，负极也可以包括与活性负极材料不同的集电器片。例如，负极也可以是包括有优选地由铜、聚合物、导电填料以及插置材料制成的集电器片的复合材料。本领域的技术人员已知的任何插置材料均可以被使用，并且特别是可以从由碳、活性碳、石墨、石油焦、锂合金、镍粉、钛酸锂等构成的组中进行选择。至于正极片，该正极片通常包括聚合物、锂盐以及电化学活性材料的化合物。合适的电化学活性材料的示例包括 LixVy0z、LiCOO2, LixMnyOz, LiNiO2, LiFePO4, VxOy、MnyOz,Fe (PO4)3以及LixTiy0z。在优选实施方式中，阴极24优选包括LiFeP04。至于电解质膜，该电解质膜优选为固体并且由混合有锂盐的聚合物制成，该电解质物理地分离负极与正极并且还用作离子输送隔膜。用于在电极的活性材料与电池组(未图示)的端子之间传导电子流的基本功能的集电器片通常由铜、镍或铝的片构成。在优选实施方式中，正极的集电器包括涂覆有薄保护层的铝片或铝箔。该保护层在其与正极材料接触时防止了集电器片的劣化。电化学电池20的每个层压制件均设计成使得正极的集电器片在电化学电池20的一侧上延伸，而用作负极的集电器的锂金属箔在电化学电池20的相反侧上延伸。如图1中所示，电化学电池20的所有正极的集电器的延伸部通过与2009年6月2日发布的美国专利N0.7，541，112中所描述的集电端子类似的集电端子22而组装并卷压在一起，以将电化学电池20的所有正极的所有集电器电连接在一起，该美国专利的全部公开内容通过引用并入文中。电化学电池20的所有负极的锂金属箔的延伸部通过集电端子23类似地组装并卷压在一起，以将电化学电池20的所有负极的锂金属箔的所有延伸部电连接在一起。如图1中所示，集电端子22和集电端子23沿着电化学电池20的整个长度延伸并且分别电连接正极的集电器的大表面积和负极的锂箔的延伸部，使得集电端子22和23的电气连接能够容纳高电流。参照图2，其以正视图示出了图1中示出的电化学电池20的堆组的前部，电化学电池20通过集电端子22和23串联电连接在一起，其中，负集电端子23连接到正集电端子22，从而通过每个串联连接的增加的电化学电池而增大了电化学电池20的堆组的电压。集电端子22和23具有折叠的延伸臂部26，该折叠的延伸臂部26在电化学电池20的堆组被组装并电连接在一起时如由深黑色迹线28示出地焊接在一起。如图1中所示，折叠的延伸臂部沿着它们的整个长度焊接在一起。折叠的延伸臂部26弯曲成使得当串联或并联连接电化学电池20的堆组时，两个相邻的集电端子22和23的折叠臂部26并排地定位并且焊接或锡焊在一起以确保良好的电气接触。两个相邻的集电端子22和23的折叠的延伸臂部26被沿着它们的整个长度焊接，从而在相邻的集电端子22与23之间提供大的表面接触面积以容纳高电流载荷。如图2中所示，所述堆组中的各个电化学电池20通过由诸如聚丙烯之类的塑性材料30制成的绝缘膜而分隔，以防止各个电化学电池20之间的直接接触以及可能的短路。参照图3和图4，集电端子22和23包括一对间隔开的臂部32和34，所述一对间隔开的臂部32和34彼此分开以在其间形成凹部38。该凹部38的形状形成为使得其能够在被卷压到电化学电池20的正极的所有集电器或负极的锂箔的所有延伸部上之前将集电器或锂箔的延伸部紧贴地容纳在其中。如所示出的，集电端子22和23的折叠的延伸臂部26朝向臂部34向后弯曲，使得当被并排定位时，集电端子22和23的折叠的臂部26远离彼此延伸。如图3和图4中示出地，折叠的延伸臂部26特意向后弯曲以引起折叠的臂部26的形状记忆特性，使得当折叠的臂部26没有机械连接在一起时，以及更重要地，万一该机械连接断开时，折叠的臂部26将趋于远离彼此移动。参照图5，集电端子22的所述一对臂部32和34卷压到第一电化学电池20的所有正极的所有集电器上，并且集电端子23的所述一对臂部32和34卷压到与第一电化学电池20相邻的第二电化学电池20的所有负极的锂金属箔的所有延伸部上。折叠的延伸臂部26由于它们的初始形状而保持向后弯曲并间隔开。参照图6，相邻的集电端子22和23的折叠的延伸臂部26结合在一起并且它们的边缘如由深黑色迹线28所示地焊接在一起。如图1中所示，延伸臂部26的边缘被沿着它们的整个长度焊接。折叠的延伸臂部26通过诸如铋(Bi)或铋-锡(B1-Sn)之类的具有180°C或低于180°C的熔化温度Tf的特定金属或金属合金来焊接，以实现集电端子22与第一电化学电池20之间以及集电端子23与第二电化学电池20之间的电气连接。在具有多个电化学电池20的电池组中发生内部短路的情况下，电池组的温度、特别是正经历内部短路的一个或多个电化学电池20的温度将迅速上升到不安全水平。当电化学电池20中的一个电化学电池的温度达到焊接金属的熔化温度Tf(180°C或低于180°C )时，该焊接金属将熔化，从而导致折叠的延伸臂部26如图5中的带点的箭头S所示地回弹至IJ它们的初始形状并且分离，从而断开相邻的电化学电池之间的电气连接以及切断短路并防止在短路没有被切断的情况下理论上将发生的温度迅速上升。折叠的延伸臂部26的形状记忆与用于焊接两个相邻的集电端子22和23的金属的熔化温度Tf的组合为电池组提供了增加的安全特征，该安全特征使得在发生内部短路的情况下一个或多个电化学电池20能够被电隔离。图7示出了本发明的第二实施方式，其中，相同的集电端子22和23补充有偏置装置40，偏置装置40为由不导电橡胶、不导电塑料或不导电聚合物制成的弹性绳、弹性管或弹性棒的形式，该偏置装置40定位在两个相邻的集电端子22和23的折叠的延伸臂部26之间并且该偏置装置40沿着集电端子22和23的长度延伸。如前所述，折叠的延伸臂部26向后弯曲并且具有形状记忆特性，使得当折叠的延伸臂部26没有机械连接在一起时其趋于远离彼此移动。偏置装置40为折叠的延伸臂部26的形状记忆特性提供了附加的力，使得回弹力在焊接金属熔化时增大。偏置装置40还确保了相邻的集电端子22和23的折叠的延伸臂部26在分离时不会重新连接。如图8中所示，集电端子22的所述一对臂部32和34卷压到第一电化学电池20的所有正极的所有集电器上，并且所述集电端子23的所述一对臂部32和34卷压到与第一电化学电池20相邻的第二电化学电池20的所有负极的锂金属箔的所有延伸部上。折叠的延伸臂部26由于其初始形状而保持向后弯曲并间隔开。橡胶绳形式的偏置装置40如图所示地被插入在所述两个相邻的折叠的延伸臂部26之间的空间中。参照图9，相邻的集电端子22和23的折叠的延伸臂部26结合在一起并且它们的边缘如由深黑色迹线28所示地焊接在一起。如图1中所示，延伸臂部26的边缘被沿着整个长度焊接。如图9中所示，折叠的延伸臂部26结合在一起并且它们的边缘如由深黑色迹线28所示地焊接在一起。折叠的延伸臂部26通过诸如铋(Bi)或铋-锡合金(B1-Sn)之类的具有180°C或低于180°C的熔化温度Tf的特定金属或金属合金来焊接，以实现集电端子22与第一电化学电池20之间以及集电端子23与第二电化学电池20之间的电气连接并且偏置装置40被挤压并阻拦在所焊接的延伸臂部26之间。在具有多个电化学电池20的电池组中发生内部短路的情况下，电池组的温度、特别是正经历内部短路的一个或多个电化学电池20的温度将迅速上升到不安全水平。当电化学电池20中的一个电化学电池的温度达到焊接金属的熔化温度Tf(180°C或低于180°C )时，该焊接金属熔化并且折叠的延伸臂部26被折叠的延伸臂部26的形状记忆特性以及被挤压在张回到其初始形状的折叠的延伸臂部26之间的偏置装置40的力迫使向外如图8中的带点的箭头S所示地回弹到它们的初始形状。折叠的延伸臂部26分离，从而切断相邻的电化学电池之间的电气连接和短路，并防止在电气连接没有被切断的情况下理论上将发生的温度迅速上升。偏置装置40提供了附加的力，从而一旦焊接金属熔化便使折叠的延伸臂部26分离。焊接金属的熔化温度Tf、折叠的延伸臂部26的形状记忆以及偏置装置40的组合为电池组提供了附加的安全特征，该安全特征使得在发生内部短路的情况下一个或多个电化学电池20能够被电隔离。对本领域的普通技术人员而言，本发明的上述实施方式的改型和改进会变得明显。前面的描述意在为示例性的而非限制性的。因此，本发明的范围意在仅由所附权利要求的范围来限制。
权利要求
1.一种电池组，包括串联或并联连接的多个电化学电池， 每个电化学电池均包括一系列初级层压制件，所述一系列初级层压制件各自包括负极、正极、设置在所述负极与所述正极之间的电解质、从所述初级层压制件的一侧延伸的正极集电器以及从所述初级层压制件的相反侧延伸的负极集电器， 每个电化学电池均具有将所述正极集电器连接在一起的集电端子以及将所述负极集电器连接在一起的集电端子， 所述集电端子各自具有用于将两个相邻的电化学电池电连接在一起的折叠的延伸臂部，所述折叠的延伸臂部具有形状记忆特性， 所述电化学电池通过以具有低于180°c的熔化温度Tf的焊接金属焊接在一起的相邻的集电端子的所述折叠的延伸臂部电连接在一起，由此，如果电化学电池的温度上升到所述焊接金属的所述熔化温度Tf以上，则焊接连接熔化并且所述集电端子的所述折叠的延伸臂部回弹到所述折叠的延伸臂部的初始形状，从而切断温度在所述焊接金属的所述熔化温度Tf以上的电化学电池与相邻的电化学电池之间的电连接。
2.根据权利要求1所述的电池组，其中，所述负极由用作所述负极和所述负极的所述集电器两者的锂金属箔构成。
3.根据权利要求1所述的电池组，其中，所述集电端子的所述折叠的延伸臂部最初被向后弯曲，以引起所述折叠的延伸臂部的所述形状记忆特性。
4.根据权利要求1所述的电池组，其中，所述焊接金属从铋和铋基合金的组中选择。
5.根据权利要求1所述的电池组，还包括偏置装置，所述偏置装置定位在两个相邻的集电端子的所述折叠的延伸臂部之间，所述偏置装置沿着所述折叠的延伸臂部的长度延伸，从而为所述折叠的延伸臂部的所述形状记忆特性提供了附加的力，使得回弹力在焊接连接熔化时增大。
6.根据权利要求5所述的电池组，其中，所述偏置装置从弹性绳、弹性管和弹性棒的组中选择。
7.根据权利要求6所述的电池组，其中，所述偏置装置由不导电材料制成。
全文摘要
公开了一种电化学电池电池组，其具有用作安全装置的集电端子。该电池组包括串联或并联连接的多个电化学电池。每个电化学电池均具有将正极集电器连接在一起的集电端子以及将负极集电器连接在一起的集电端子。集电端子各自具有用于将两个相邻的电化学电池连接在一起的折叠的延伸臂部。所述折叠的延伸臂部具有形状记忆特性并且通过具有低于180℃的熔化温度Tf的焊接金属电连接在一起，由此，如果电化学电池的温度上升到焊接金属的熔化温度Tf以上，则焊接连接熔化并且集电端子的折叠的延伸臂部回弹到它们的初始形状，从而切断电化学电池之间的电连接。
文档编号H01M2/34GK103081178SQ201180042613
公开日2013年5月1日 申请日期2011年9月2日 优先权日2010年9月2日
发明者克劳德·卡里戈南 申请人:加拿大巴斯姆有限公司