用于二次电池的安全配套元件

摘要

本发明公开一种薄片形安全配套元件，其附接到用于二次电池的电极组件的相对主表面。所述安全配套元件包括：一组金属片，其电连接到电极组件的阴极终端；另一组金属片，其附接到电极组件的阴极终端；和绝缘片，其设置在这两个金属片组之间。金属片组中一组的金属片在金属片的下端处彼此互连，将金属片的下端进行互连的下端互连部分的宽度小于金属片的宽度，并且互连的金属片的下端边角大于未彼此互连的金属片的下端边角。

权利要求

1.一种薄片形安全配套元件，其附接到用于二次电池的电极组件的相对主表面，包括：一组金属片，其电连接到所述电极组件的阴极终端；另一组金属片，其电连接到所述电极组件的阳极终端；和绝缘片，其设置在这两个金属片组之间，其中所述金属片组中的一组的金属片在所述金属片的下端处彼此互连，将所述金属片的下端互连的下端互连部分的宽度小于所述金属片的宽度，并且互连的金属片的下端边角从未彼此互连的金属片的下端边角伸出预定长度。

2.根据权利要求1所述的安全配套元件，其中

所述电连接到所述电极组件的阴极终端的薄片由未施加活性材料的铝箔制成，并且所述电连接到所述电极组件的阳极终端的薄片由未施加活性材料的铜箔制成。

3.根据权利要求2所述的安全配套元件，其中所述电连接到所述电极组件的阳极终端的薄片的下端彼此互连。

4.根据权利要求1所述的安全配套元件，其中所述金属片的下端边角被倒圆角。

5.根据权利要求3所述的安全配套元件，其中所述电连接到所述电极组件的阳极终端的薄片的下端边角被构造成圆角结构，其半径小于所述电连接到所述电极组件的阴极终端的薄片的下端边角的半径。

6.根据权利要求1所述的安全配套元件，其中所述下端互连部分的宽度为所述金属片的宽度的60-90％。

7.根据权利要求5所述的安全配套元件，其中所述电连接到所述电极组件的阳极终端的薄片的下端边角从所述电连接到所述电极组件的阴极终端的薄片的下端边角伸出1mm到6mm。

8.根据权利要求1所述的安全配套元件，其中所述绝缘片由无孔材料制成，该无孔材料的热收缩性小于所述电极组件的分隔部的热收缩性。

9.根据权利要求1所述的安全配套元件，进一步包括：

具有预定尺寸的第二绝缘片，其沿着所述安全配套元件的纵向方向在下端互连部分接触所述电极组件的下端互连部分表面处附接到所述下端互连部分。

10.根据权利要求9所述的安全配套元件，其中所述第二绝缘片由与设置在所述两个金属片组之间的绝缘片相同的材料制成。

11.一种锂二次电池，其包括以密封状态安装在电池壳中的电极组件，同时所述电极组件被根据权利要求1-10中任一项所述的安全配套元件覆盖。

12.根据权利要求11所述的锂二次电池，其中

所述电极组件为堆叠型或堆叠/折叠型电极组件，以及

所述安全配套元件的金属片分别连接到电极引线，所述电极组件的电极头连接到所述电极引线。

13.根据权利要求11所述的锂二次电池，其中，所述电池壳为由包含金属层和树脂层的层压薄片制成的袋形壳。

14.根据权利要求11所述的锂二次电池，其中所述安全配套元件覆盖所述电极组件，使在下端处彼此互连的所述金属片暴露于外。

说明书

用于二次电池的安全配套元件

技术领域

[0001] 本发明涉及一种用于二次电池的安全配套元件，更具体地，涉及一种附接到用于二次电池的电极组件的相对主表面的薄片形安全配套元件，所述安全配套元件包括：一组金属片，其电连接到所述电极组件的阴极终端；另一组金属片，其电连接到电极组件的阴极终端；和绝缘片，其设置在这两个金属片组之间，其中，金属片组中的一组的金属片在金属片的下端处彼此互连，将金属片的下端互连的下端互连部分的宽度小于金属片的宽度，互连的金属片的下端边角大于未彼此互连的金属片的下端边角。

背景技术

[0002] 随着移动设备已经日益发展并且此类移动设备的需求逐渐增大，作为用于移动设备的能源，电池的需求也已经急剧增大。另外，已经对满足各种不同需求的电池进行了大量研究。

[0003] 就电池形状而言，对薄得足以应用于诸如移动电话等产品的棱柱形二次电池或袋形二次电池的需求非常高。就电池材料而言，对诸如锂离子电池和锂离子聚合物电池等具有高能量密度、高放电电压以及高输出稳定性的锂二次电池的需求非常高。

[0004] 图1是代表性地图示了传统的袋形二次电池的大致结构的分解立体图。

[0005] 参照图1，袋形二次电池100包括电极组件300、从电极组件300伸出的电极头310和320、焊接到电极头310和320的电极引线410和420、以及用于容纳电极组件300的电池壳200。

[0006] 电极组件300为产生电的元件，其包括一个在另一个上接连堆叠的阴极和阳极，同时分隔板设置在各个阴极和阳极之间。电极组件300被构造成堆叠结构或堆叠/折叠结构。电极头310和320从电极组件300的对应电极板伸出。电极引线410和420(例如通过焊接)电连接到从电极组件300的相应电极板伸出的多个电极头310和320。电极引线410和420局部暴露于电池壳200的外部。绝缘薄膜430局部附接到电极引线410和420的上和下表面，绝缘薄膜430用于改进电池壳200与电极引线410和420之间的密封性，同时用于实现电池壳200与电极引线410和420之间的电绝缘。

[0007] 电池壳200由铝层压薄片制成。电池壳200具有用于容纳电极组件300的空间。电池壳200大致形成为袋形。在电极组件300为如图1所示的堆叠型电极组件的情况下，电池壳200的内上端与电极组件300分隔开，从而使多个阳极头310和多个阴极头320能够分别耦合到电极引线410和420。

[0008] 在具有上述构造的袋形二次电池100中，电极组件300安装在具有低机械强度的电池壳中。结果，非常有可能的是，当外部冲击施加到电池时或者当电池下落时，袋形二次电池100易于变形，并且当电池变形时，在电池内部发生短路。特别是，电池壳200的下端边角是脆弱的，因此，当强冲击施加于电池壳200的下端边角时或者当电池下落且电池壳200的任一下端边角向下时，进一步增大了在电池内部发生短路的可能性。

[0009] 因此，对于防止由于针形体刺入电池(这经常发生)以及电池的下落和振动而引起的电池内部短路所导致的电流的突然流动以及电池的着火或爆炸，并更高效地确保电池的安全性的需求非常高。

发明内容

[0010] 因此，本发明致力于解决上述问题以及其他仍未解决的技术问题。

[0011] 具体而言，本发明的一个目标在于提供一种安全配套元件，其能够防止由电池下落而引起的电池内短路以及由针形体压靠电池或者针形体刺入电池而引起的电池内短路，从而改进电池的安全性。

[0012] 本发明的另一目标在于提供一种安全配套元件，其能够进一步改进电池安全性，甚至当电池下落且电池的任一边角朝下时。

[0013] 本发明的又一目标在于提供一种包含上述安全配套元件的锂二次电池。

[0014] 根据本发明的一方面，可以通过提供一种薄片形安全配套元件来实现上述和其他目标，所述薄片形安全配套元件附接到用于二次电池的电极组件的相对主表面，所述薄片形安全配套元件包括：一组金属片(薄片A)，其电连接到电极组件的阴极终端；另一组金属片(薄片B)，其电连接到电极组件的阴极终端；和绝缘片，其设置在这两个金属片组之间，其中金属片组中一组的金属片(薄片A或薄片B)在金属片的下端处彼此互连，将金属片的下端互连的下端互连部分的宽度小于金属片的宽度，并且被互连的金属片(薄片A或薄片B)的下端边角大于未彼此互连的金属片(薄片B或薄片A)的下端边角。

[0015] 尽管二次电池具有优良的性能，但二次电池存在安全方面的问题。例如，当诸如针形体的外部物体压靠或刺入电池时，电池的阴极与电池的阳极形成接触，从而在电池中发生短路。当在电池中发生短路时，电池温度由于电极活性材料的反应而突然升高。特别是，当在电池中发生短路时，诸如锂过渡金属氧化物等具有低导电性的阴极活性材料产生大量的热。结果，电池可能着火或爆炸。

[0016] 另一方面，在根据本发明的安全配套元件附接到电极组件的相对主表面的情况下，当针形体压靠或刺入电池时，安全配套元件的金属片首先形成彼此接触；因此，由于实现了电导通，在电池中发生短路。然而，没有电极活性材料施加到安全配套元件的金属片。因此，由于短路而产生的热量较小，因此改进了电池安全性。

[0017] 为了发生如上所述的此类在前短路，安全配套元件的未施加电极活性材料的两组金属片连接到电池的阴极和阳极终端，同时绝缘片设置在这两组金属片之间。

[0018] 因此，根据本发明的安全配套元件覆盖电极组件的相对主表面，同时这两组金属片分别连接到电极组件的阴极和阳极，因此，当针形体刺入电池时，安全配套元件在电池中引起瞬间短路，从而防止电池着火或爆炸。

[0019] 进一步，安全配套元件连接到电极组件的电极终端，同时安全配套元件覆盖电极组件的下端。因此，在外部冲击施加于电池时，可以抑制由于电极组件的电极板的运动而在电池内部引起的电阻增加，从而防止电池性能变差以及电池寿命缩短。另外，可以容易地在电池组装期间处理电极组件，从而进一步提高电池的生产率。

[0020] 另外，甚至当电池下落且边角向下(这经常发生)时，可以防止在电池内部发生短路，从而确保电池抵抗外部冲击的安全性。

[0021] 在优选实施方案中，安全配套元件的这两组金属薄片可由与构成电极组件的阴极和阳极的集电器相同的材料制成。例如，薄片A可由未施加活性材料的铝箔制成，薄片B可由未施加活性材料的铜箔制成。铜具有比铝更高的柔软度。因此，安全配套元件的铜片B被构造为一体结构，其中，铜片在铜片的下端处彼此一体连接，而铝片A被构造为分离结构，其中，铝片彼此分隔。

[0022] 安全配套元件的这两组金属片均可构造为一体结构，其中，各组金属片彼此一体连接。然而，在这种情况下，难于弯曲这两组金属片，而这种弯曲对于覆盖电极组件的外表面而言是必要的，当这两组金属片被弯曲时，由于在这两组金属片的弯曲部分处变形尺寸不同，金属片可能与绝缘片分离。因此，该结构并不优选。

[0023] 在根据本发明的安全配套元件中，金属片的下端边角可被倒圆角，从而在电池下落且边角向下时防止由于电池形状的变化而发生短路。例如，当薄片B的下端如在上述优选实施方案中彼此互连时，薄片B的下端边角被构造成圆角结构，并且薄片A的下端边角也在对应于薄片B的下段边角的位置处被构造成圆角结构。

[0024] 在该实施例中，薄片B的下端边角可被构造成圆角结构，该圆角结构的半径小于薄片A的下端边角的半径。具体而言，薄片B的下端边角被构造成具有相对小半径的圆角结构，而薄片A的下端边角被构造成具有相对大半径的缓圆角结构。因此，当在薄片A前方观察具有上述结构的安全配套元件时，安全配套元件的下端边角具有如下结构，其中，薄片B的边角从薄片A的边角伸出预定长度。另一方面，在安全配套元件的下端边角被构造为薄片A的下端边角大于薄片B的下端边角的情况下，当电池由于施加到电池的外部冲击而变形时，薄片B的下端边角可弯曲。结果，薄片B的弯曲下端边角可刺穿绝缘片，因此，薄片B可与薄片A形成接触。为此原因，优选将根据上述实施例的边角结构应用于安全配套元件。

[0025] 在根据本发明的安全配套元件中，下端互连部分的宽度可为金属片宽度的10％-95％。下端互连部分为当安全配套元件附接到电极组件时弯曲的区域。因此，当下端互连部分的宽度过小时，很可能的是，在下端互连部分弯曲期间，或者当外部冲击施加于下端互连部分时，下端互连部分受损或者破裂。另一方面，当下端互连部分的宽度过大时，很可能的是，当电池下落且边角向下时，或者当外部冲击施加于电池时，安全配套元件发生短路。下端互连部分的优选宽度为金属片宽度的60％-90％。

[0026] 优选地，薄片B的下端边角比薄片A的下端边角大出约1mm到6mm。当薄片B的下端边角过小时，很可能的是，当电池下落且边角向下时，或者当外部冲击施加于电池时，在薄片B的下端边角处发生短路。另一方面，当薄片B的下端边角过大时，很可能的是，当针形体压靠或刺入电池时，在对应区域处不发生上述短路，从而难于确保电池的安全性。

[0027] 在优选实施方案中，安全配套元件可进一步包括具有预定尺寸的另一绝缘片，该绝缘片在下端互连部分接触电极组件的下端互连部分表面处附接到下端互连部分。在本说明书中，设置在薄片A和薄片B之间的绝缘片也称为第一绝缘片，附接到下端互连部分的绝缘片也称为第二绝缘片。

[0028] 当安全配套元件附接到电极组件的外表面时，第二绝缘片用于防止在安全配套元件的内金属片和在安全配套元件的弯曲区域处的电极组件的最外电极之间发生短路。因此，第二绝缘片的预定尺寸可使尺寸足以局部覆盖分离的金属片的下端。

[0029] 第一绝缘片和第二绝缘片可由相同材料制成。用于第一绝缘片和第二绝缘片的材料并不特别限制，只要第一绝缘片和第二绝缘片由绝缘材料制成即可。优选地，绝缘片由热收缩性小于电极组件的分隔板的无孔材料制成。这就防止了绝缘片因电池充电和放电或者运行期间所产生的热而收缩。

[0030] 根据本发明的另一方面，提供一种锂二次电池，包括以密封状态安装在电池壳中的电极组件，同时该电极组件被具有上述构造的安全配套元件所覆盖。

[0031] 电极组件不被特别限制，只要在电极组件的结构中多个电极头彼此互连从而构成电极组件的阴极和阳极即可。优选地，电极组件可为堆叠型或堆叠/折叠型电极组件。堆叠型电极组件在本发明所属的技术领域中众所周知，因此将不给出其详细描述。堆叠/折叠型电极组件的细节公开于韩国未审查专利公布No.2001-0082058、No.2001-0082059和No.2001-0082060中，这些专利公布以本专利申请的申请人的名义提交。上述专利公布的公开内容在此通过引用被纳入，如同在此进行全文阐述。

[0032] 优选地，安全配套元件的金属片分别连接到电极引线，电极组件的电极头连接到该电极引线。在这种情况下，电极头可采用各种不同方式连接到对应的电极引线。优选地，电极头可通过焊接更稳定地连接到对应的电极引线。

[0033] 安全配套元件的金属片连接到电极引线，该电极组件的电极头连接到该电极引线，同时金属片覆盖电极组件的外表面。在这种情况下，电极头可采用各种不同方式连接到对应的电极引线。优选地，电极引线可通过焊接更稳定地连接到对应的电极引线。另外，从金属片突出的接头可通过焊接连接到电极头或电极引线。

[0034] 优选地，本发明可应用于袋形电池，其具有安装在袋形壳中的电极组件，该袋形壳由诸如铝层压薄片等的包含金属层和树脂层的层压薄片制成。

[0035] 优选地，安全配套元件覆盖电极组件，使在下端彼此互连的一体型金属片暴露于外。具体而言，安全配套元件构造为如下结构，其中，第二绝缘片、分离型金属片、第一绝缘片和一体型金属片沿安全配套元件与电极组件接触的方向一个在另一个上连续堆叠。

[0036] 在本发明中，当安全配套元件附接到电极组件时，金属片的上端和下端指分别对应于电极组件的电极头从其上突出的上端以及电极组件下端的区域。

附图说明

[0037] 本发明的上述和其他目标、特征和其他优点将从下面结合附图的详细描述中得到更清晰的理解，其中：

[0038] 图1是图示传统袋形二次电池的总体结构的分解立体图；

[0039] 图2是图示根据本发明优选实施方案的安全配套元件的分解立体图；

[0040] 图3是图2的前视图；

[0041] 图4是图3的局部放大图；以及

[0042] 图5是图示了图2的安全配套元件附接到其上的电极组件的立体图。

具体实施方式

[0043] 现在将参照附图详细描述本发明的优选实施方案。然而，应该理解的是，本发明的范围不受图示的实施方案限制。

[0044] 图2是代表性地图示了根据本发明的优选实施方案的安全配套元件的分解立体图。为便于描述，构成安全配套元件的金属片的、有电极头从其上突出的端部将在下文中称为“上端”。

[0045] 参照图2，安全配套元件500包括铜片510、铝片520、和两个绝缘片530和540。铜片510构造成一体结构，其中，铜片510通过下端互连部分511彼此一体相连。铝片520构造成分离结构，其中，铝片520彼此分离。铜片510和铝片520在其下端的相对侧边角512和522处被倒圆角。圆角边角512和522的数量对于各个金属片510和520而言为4个。边角512和522的圆角结构更为详细地示于图3和4，图3和4分别为图示图2的安全配套元件的前视图和局部放大图。

[0046] 参照这些附图，铜片510的边角512大于铝片520的边角522。因此，当如图3所示在铝片520前方观察安全配套元件500时，铜片510的边角521被局部暴露于外。另外，将铜片510互连的互连部分511为在安全配套元件500被附接到电极组件(未示出)时被弯曲的区域。互连部分511宽度w小于其他区域的宽度。

[0047] 返回参照图2，安全配套元件500的两个绝缘片包括介于铜片510和铝片520之间的第一绝缘片530以及覆盖各个铝片520的下端的第二绝缘片540。

[0048] 第一绝缘片530的尺寸大于铜片510和铝片520的尺寸，从而防止铜片510和铝片520之间的接触。第二绝缘片540的尺寸足以局部覆盖电极组件(未示出)的下端，从而防止在安全配套元件500接触电极组件时可能引起的短路的发生。绝缘片530和540的结构还更详细地示于图3和4。

[0049] 铜片510和铝片520具有从其上端突出的接头513、514、523和524。突出接头513、514、523和524连接到电极组件的电极头(未示出)。将参照图5详细描述其中安全配套元件附接到电极组件的结构。

[0050] 安全配套元件500被构造为覆盖电极组件300的相对主表面和下端表面的形状。安全配套元件500在将铜片510互连的互连部分511处弯曲，从而安全配套元件500能够附接到电极组件300的外表面。多个阳极头310和阴极头320从电极组件300的上端突出。阳极头310和阴极头320分别连接到铜片510的突出接头513和514以及铝片520的突出接头523和524。铜片510的突出接头513和514分别连接到阳极头310的上下端表面。铝片520的突出接头523和524分别连接到阳极头310的上下端表面。

[0051] 将铜片510互连的互连部分511，其作为安全配套元件500的弯曲部分，位于电极组件300的下端处。因此，当安全配套元件500附接到电极组件300时，电极组件300的频繁发生短路之处的下端被设置在互连部分511之处的第二绝缘片540覆盖。另外，由于将铜片510互连的互连部分511具有相对小宽度w的结构，以及铜片510和铝片520的圆角下端边角512和522的结构，电极组件300的下端边角仅仅被第一绝缘片530覆盖。

[0052] 下文中，将详细描述本发明的实施例。然而，应该注意，本发明的范围不受图示的实施例限制。

[0053] 【实施例1】

[0054] 在安全配套元件如图2所示被制造之后，安全配套元件附接到电极组件，从而使电极组件的外表面如图5所示被安全配套元件覆盖，并且具有与其相附接的安全配套元件的电极组件被安装在袋形电池壳中。随后，将电解液注入到电池壳中，然后将电池壳密封。这样，完成电池的制造。

[0055] 【对比实施例1】

[0056] 电池以与实施例1相同的方式制造，不同之处在于，没有安全配套元件附接到电极组件的外表面。

[0057] 【对比实施例2】

[0058] 电池以与实施例1相同的方式制造，不同之处在于，下端互连部分的宽度等于金属片宽度的安全配套元件附接到电极组件的外表面。

[0059] 【试验性实施例1】

[0060] 测试如实施例1以及对比实施例1和2中所述而制造的电池。具体而言，电池下落同时电池的边角向下，并且针形体刺入电池中。测试结果在表1中示出。测试针对20个电池重复执行。具体而言，执行在边角向下之时使电池下落的测试，从而使各个电池的六面和四边下落10次，并且各个电池的边角下落20次。在针形体的直径为2mm且针形体的刺入速度为1米/分钟的条件下，执行使针形体刺入电池的测试。

[0061] <表1>

[0062]在电池下落后发生短 在针形体刺入电池后
路的电池的数量 着火的电池的数量
实施例1 0 0
对比实施例1 3 15
对比实施例2 6 0

[0063] 如表1可见，当电池下落且边角向下时，在根据本发明的实施例1的所有电池中，不发生短路。具体而言，覆盖电极组件的安全配套元件的下端互连部分的宽度小于金属片的宽度，因此，当电池下落时在电池中并不发生短路。当针形体刺入电池时，安全配套元件的这两组金属片在电池中引起上述短路的发生，因此，有效地防止电池温度的升高。因此，所有电池，即20个电池，并不着火。

[0064] 在对比实施例1的电池的情况中，大量电池短路并且着火。另一方面，在对比实施例2的电池的情况中，当针形体刺入电池时，电池并不着火，但当电池下落且边角向下时。安全配套元件的对应金属片形成彼此接触，从而在电池中发生短路。然而，与在对比实施例
1的电池中引起的短路相比，在对比实施例2的电池中引起的短路产生的热量相对较少。

[0065] 工业实用性

[0066] 从上面描述可以明了的是，根据本发明的安全配套元件具有如下效果，即，防止由于电池下落而在电池中发生短路，并且防止由于针形体压靠或者刺入电池而在电池中发生短路。进一步，根据本发明的安全配套元件具有如下效果，即，即使在电池下落且电池的任一边角向下时，也进一步改进了电池的安全性。

[0067] 尽管本发明的优选实施方案已经出于示例性目的而公开，但本领域技术人员应理解，可以进行各种不同的改造、添加和替换，而不偏离所附权利要求书所公开的本发明的范围和精神。