专利名称：电池设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及电池设备。具体地说，本发明涉及一种具有锂离子电池和一保护电路板的电池设备。
现有技术由于包括移动电话的电子设备在体积和重量方面的减少，迫切需要减少电池的体积和重量。为了满足这种需求，已开发出一种可充电电池(下面可称作“锂离子电池”)，它使用能掺杂和/或能去除所掺杂的锂或锂离子的材料作负极。这种输出电压高重量轻且具有抑制自我放电性能的锂离子电池已进入实际使用。
然而，这种类型的可充电电池具有一个特征，即在充电和放电过程中，它的电极零件将经受反复的膨胀和收缩。在这种情况下，已有各种考虑，以便解决由于电极材料的膨胀和收缩而产生的技术问题。
例如，在1996年5月23日公开的日本专利公开号H7-134984[H01M4/02,4/58,10/40]里有一种设想，其中，通过一呈螺旋形的电极体构成一圆柱形的可充电电池，这样，即使在电极材料体积方面的热膨胀达到最大程度，作用在正极和负极之间的压力也可被缓和。同时，1996年8月18日公开的日本专利公开号H7-220754[10/38,10/38]设想，通过由可热收缩的管子捆扎而成的层叠体来构成一电极体，以便吸纳因充电和放电产生的体积膨胀，由此防止层叠体变形。后一个现有技术还包括一在容器和盖子或在容器本身的一波纹部分之间的弹性环，从而使电极体可膨胀和收缩，以维持层叠体的形状。
这里，所提出的各种设想是通过消除电极体的膨胀和收缩的影响的方式来保持电极体的结构的。
同时，上述的锂离子电池常常具有保护电路，以防止电池过度工作。由于要减少上面提到的电子设备的体积和重量，这种保护电路通常直接安装在电池上，如
图1所示，以便节约空间。
图1显示了一现有技术中的电池设备1，它包括一锂离子电池12，该电池具有呈扁平柱状的层叠体(未画出)。该锂离子电池12具有暴露在顶表面上的正极导板14和暴露在底表面上的负极导板16。带有保护电路18的电路板20被安装成与电池12的一侧面接触。电路板20具有与保护电路18电气连接的连接带2和4。连接带2和4是(例如)由镍薄片形成的，并分别与正极导板14和负极导板16电气连接。
在图1所示的电池设备1里，锂离子电池1使用时将导致如上面所述的层叠体(未画出)的反复膨胀和收缩。然而，在电路板20和连接带2和4上没有膨胀和收缩。结果，在这些零件上将出现应力。如果这种应力作用在结构薄弱部分上，诸如将连接带2和4固定在电路板20上的点上，有可能在电路零件上、诸如保护电路18或电路板20上发生断裂。
在这种情况下，已经尝试了各种改进办法，以便增加强度对抗上述应力。然而，这种传统的改进方法包含使用特殊设计的零件或刚性增加的零件，以增加总的强度。但这将产生一个问题，即影响电池设备在体积和重量上的减少，并导致制造成本增加。
本发明的简要说明因此，本发明的一个主要目的是在降低成本的基础上提供一种电池设备，它提高了经受在其上产生的应力的能力。
本发明的另一个目的是提供一种电池设备，它在小尺寸和轻重量的同时提高了经受应力的能力。
一种按照本发明的电池设备，包括一锂离子电池，它具有通过锂离子充电和放电的聚合材料制成的正极和负极；一电路板，安装在锂离子电池一外表面上；一第一连接件，它连接在电路板和正极之间；一第二连接件，它连接在电路板和负极之间；以及一长度变化装置，它与第一连接件和第二连接件中的至少一个有关，以改变在电路板和正极之间的第一连接长度和在电路板和负极之间的第二连接长度中的至少一个。
即使在锂离子电池的正极和负极中的至少一个和电路板之间的连接长度由于锂离子电池的充电或放电而产生的膨胀或收缩而改变，这种连接长度上的变化也可被设置成与第一连接件/第二连接件有关的长度改变装置吸纳。
因此，在本发明里，设置成与第一连接件和第二连接件中的至少一个有关的长度改变装置可使连接件释放作用在其上的应力。从而不需要使用特殊设计的零件或增加零件的刚性，这样，可在不影响减少电池设备的体积和重量的情况下降低成本。
按本发明的另一方面，长度改变装置包括形成在第一连接件和第二连接件的至少一个上的可膨胀/收缩部分。该膨胀/收缩部分包括一容易变形部分。可以设想，该容易变形部分是通过形成于第一连接件和第二连接件中的至少一个上的许多局部切口或弧形部分形成的。
通过下面参考附图对本发明的详细描述，可更清楚地了解本发明的上述目的和其它的目的、特征和优点。
附图的简要说明图1是显示一传统电池结构的视图；图2是显示按照本发明一实施例的电池结构的视图；图3是沿图2中的Ⅲ-Ⅲ线的剖视图；图4是沿图2中的Ⅳ-Ⅳ线的剖视图；图5(A)和(B)是显示图2所示实施例中的连接带的一个例子的平面图；图6是显示图2所示实施例中的连接带的另一个例子的平面图；图7是显示图2所示实施例中的连接带的又一个例子的平面图；图8是显示按照本发明另一实施例的电池结构的视图；图9是显示图8所示实施例中的弧形部分的视图；图10是显示图8所示实施例中的连接带的另一例子的平面图；图11是显示保护电路的一个例子的框图。
实施本发明的较佳方式图2显示了按照本发明一实施例的电池设备10。电池设备10包括一个按照图3和4所示结构制造的锂离子电池12。锂离子电池12具有基本上类似于(例如)上面提到的日本专利公开号H7-134984所述的结构。即，锂离子电池12具有一负极121、一正极122和一分隔物123，其中，负极121是通过将基于含碳材料的负极复合物提供给一带状铜箔的两侧表面形成的，正极122是通过将基于LiCoO2的正极复合物提供给一带状铝箔的两侧表面形成的，而分隔物123是由具有小孔的聚丙烯薄膜形成的。负极121、分隔物123和正极122按序层叠并螺旋形地卷绕成一扁平柱形。在该层叠体的顶表面安装一正极导板14，在其底表面安装一负极导板16，它们分别与正极122和负极121连接。该层叠体由一可弯曲的绝缘片124完全密封，只有正极导板14和负极导板16露出。
在该实施例的电池设备10里，提供一具有保护电路18的电路板20并使其与层叠体的侧表面接触。电路板20上固定着与保护电路18电气连接的连接带22和24。连接带22和24可由镍薄片(带)形成，并分别与正极导板14和负极导板16电气连接。
此外，在该实施例的电池设备10里，连接带22和24具有局部切口221、222、241和242。这些局部切口221、222、241和242构成一长度变化装置，它允许在连接长度上的改变。这里，连接长度是指在电路板20和正极导板14之间延伸的连接带22的长度、或指在负极导板16和电路板20之间延伸的连接带24的长度，其中，连接带22和24无松弛地沿层叠体或锂离子电池12的外形设置。
图5显示在该实施例里的连接带22一部分的平面图，其中应该看到，另一连接带也可用类似的方式形成。
如图5(A)所示，沿横向对着连接带22纵向的方向上形成有许多局部切口221，即，它们是沿宽度方向形成的许多局部切口。在连接带22横向一侧部分上的局部切口221从连接带22的一侧边缘延伸至超过连接带22的中心线22a的一点处，而在连接带22横向另一侧部分上的局部切口222从另一侧边缘延伸至超过连接带22的中心线22a的一点处。即，这些局部切口221和222交替地从各侧边缘延伸至超过中心线22a的一点处。
如果由于层叠体(锂离子电池12)膨胀或其它原因使电池12上的正极导板14和电路板20之间的连接长度增加，局部切口221和222将被打开，使连接带22在长度方向上变长。即，局部切口221和222将根据连接长度的变化而打开或合拢。这将允许连接带22的长度沿长度方向改变，从而吸纳在连接长度上的相应变化量。
在这种情况下，通过确定上述切口221和222形成于超过连接带22中心线22a多长便可确定连接带22在长度方向上的长度变化。在长度方向上的长度变化也可通过增加局部切口221和222的数量来增加。
虽然在图2所示实施例中在各连接带22和24上提供局部切口221、222、241和242，但也可只在一条连接带上提供这种局部切口。
此外，如图6和7所示，局部切口221和222可相对连接带22的长度方向(和宽度方向)倾斜延伸，或成一弧形延伸。即，局部切口221、222、241和242可以任何形状提供，只要它们连续地自各边缘延伸至超过连接带22和24的中心线的一点处。因此，也可以提供开口形状的结构，以代替局部切口。当使用开口时，它们的形状可是任意的，只要该开口延伸至超过连接带22和24中心线的一点处。
此外，局部切口或开口可在连接带22和24形成后通过再冲压处理形成，或在形成连接带22和24同时形成。
图8是从一侧面看去的一电池结构的视图，它显示了本发明的另一实施例。在这个实施例里，也提供沿电池12或层叠体外形延伸的连接带22和24并使它们连接在电路板20和正极导板14或负极导板16之间。连接带22和24分别形成有弧形部分223和243。图9显示了一条连接带24，它也可代表另一条连接带22。连接带24包括沿着电池12的一侧表面延伸的第一部分24a和沿着电池12的背面延伸的第二部分24b，其中，弧形部分243连接在第一部分24a和第二部分24b之间。弧形部分243是这样形成的，即连接带24的一部分在整个宽度上向一个方向(向外)突出，从而形成一弯曲部分。
如果由于层叠体膨胀或其它原因使电池12上的电路板20与正极导板14或负极导板16之间的连接长度增加，连接带22和24将经受沿长度方向的拉力。此时，弧形部分223和243将沿长度方向伸展，对应连接长度的增加而增加连接带22和24的长度。
为了将连接带22和24固定在电池12的外表面上，必须以沿着电池12的外形延伸的方式使它们弯曲。如果预先在连接带22和24的弯曲部分上形成如图8和9所示的弧形部分223和243，那将有助于连接带沿电池12的外表面弯曲延伸。
此外，如果如图10所示在连接带22上形成弧形部分223的一部分上提供宽度缩小的部分，该宽度缩小部分将具有减小的强度。因此，当一拉力施加在连接带22上时，弧形部分223将较容易伸展。这将减少传递给除了连接带22的弧形部分223外的其它部分的负载。在图10所示的实施例中，虽然在弧形部分223处的宽度是窄的，但也可以通过减少连接带22(24)弧形部分223(243)处的厚度来降低弧形部分223(243)的强度。这也可使弧形部分223(243)变形。
这样，如果在至少一条连接带22和24上形成可伸展或可变形的切口或开口或弧形部分，上述所有实施例都能吸纳在电路板20和正极导板14或负极导板16之间的连接长度的变化。因此，可缓和由于电池12(层叠体)膨胀和收缩产生的应力。
顺便说一下，这样制成的电池设备10具有如图11所示的电路排布。即，该电池设备10具有通过一电池组端子将锂离子电池12的能量传送给一电池驱动装置(未画出)的功能。锂离子电池12的正极和负极通过连接带22和24与电路板连接。电路板上形成有保护电路，该保护电路18包括控制IC(集成电路)18a(诸如由罗姆股份有限公司制造的BA31153FV)和开关18b。控制IC 18a监视锂离子电池12的电压和/或电流。在放电过程中，控制IC根据电压/电流情况，即当有过电流或电压降低至一给定值时关掉开关18b。这样，通过电池组端子传送的能量被切断。同样地，在充电过程中，控制IC 18a根据电压/电流情况，即当有过电流或电压增加到一给定值时关掉开关18b。因此，通过电池组端子对锂离子电池12进行的充电被切断。
虽然详细地描述和显示了本发明，但应该明白，这只是为了描述和示范，并不是用来限制本发明，本发明的精神和范围仅由附后的权利要求书的范围限定。
权利要求
1．一种电池设备，包括一锂离子电池，它具有通过锂离子充电和放电的聚合材料制成的正极和负极；一电路板，安装在所述锂离子电池的一外表面上；一第一连接件，它连接在所述电路板和所述正极之间；一第二连接件，它连接在所述电路板和所述负极之间；其特征在于，还包括一长度变化装置，它被设置成与所述第一连接件和所述第二连接件中的至少一个有关，以改变在所述电路板和所述正极之间的第一连接长度和在所述电路板和所述负极之间的第二连接长度中的至少一个。
2．如权利要求1所述的电池设备，其特征在于，所述长度改变装置包括形成在所述第一连接件和所述第二连接件的至少一个上的可膨胀/收缩部分。
3．如权利要求2所述的电池设备，其特征在于，所述可膨胀/收缩部分包括一容易变形部分。
4．如权利要求3所述的电池设备，其特征在于，所述第一连接件和第二连接件中的至少一个是一具有预定宽度的带状件，而所述容易变形部分包括自所述带状件的一侧边缘沿宽度方向延伸形成的许多局部切口。
5．如权利要求4所述的电池设备，其特征在于，所述许多局部切口从所述一侧边缘延伸至超过所述带状件的横向中心线的一点处。
6．如权利要求4或5所述的电池设备，其特征在于，所述许多局部切口包括分别在所述带状件的两侧部分上形成的第一局部切口和第二局部切口。
7．如权利要求6所述的电池设备，其特征在于，所述第一局部切口和所述第二局部切口是相对所述带状件的长度方向交替形成的。
8．如权利要求3所述的电池设备，其特征在于，所述可变形部分包括形成于所述第一连接件和所述第二连接件的至少一个上的弧形部分。
9．如权利要求8所述的电池设备，其特征在于，所述第一连接件和所述第二连接件中的至少一个包括一弯曲部分，其上的弯曲是通过沿所述锂离子电池的外表面延伸的方式形成的，且所述弧形部分形成于所述弯曲部分处。
全文摘要
一电池设备包括一具有扁平柱状的锂离子电池和一安装在该电池一侧表面上的电路板。第一连接件连接在电路板和一正极之间,而第二连接件连接在电路板和一负极之间。第一连接件和第二连接件均是带状件。该带状件形成有许多自带状件的侧边缘沿横向延伸的局部切口。当电路板和正极/负极之间的连接长度有变化时,许多局部切口打开或合拢,从而通过第一连接件和第二连接件吸纳连接长度的变化。
文档编号H01M10/04GK1217825SQ98800188
公开日1999年5月26日 申请日期1998年2月18日 优先权日1997年2月26日
发明者菅井健二 申请人:罗姆股份有限公司