專利名稱：具有提高的抗刺穿和壓潰的安全性的可再充電二次電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
以下描述涉及一種可再充電二次電池，更具體而言，涉及一種具有改進(jìn)的抗刺穿 和壓潰的安全性的可再充電二次電池。
背景技術(shù)：
鋰離子二次電池被廣泛用作例如筆記本電腦和移動(dòng)電話等小型電子設(shè)備的電源。 此外，由于鋰離子二次電池具有高輸出密度、高容量且重量輕，因此鋰離子二次電池也被用 于混合動(dòng)力汽車和電動(dòng)汽車。用作汽車電源的鋰離子二次電池應(yīng)當(dāng)滿足在嚴(yán)苛條件下的安全性和可靠性要求。 在多個(gè)安全性測(cè)試類別中，三個(gè)最極端的測(cè)試類別包括刺穿、壓潰和過充電。刺穿和壓潰測(cè)試的目的是為了評(píng)估在發(fā)生車輛事故的情況下與二次電池相關(guān)的 損壞，因此刺穿和壓潰測(cè)試是非常重要的安全性測(cè)試類別。具體地，在例如釘刺測(cè)試等釘刺 穿測(cè)試以及壓潰測(cè)試中，電池在被刺穿或壓潰之后不應(yīng)該溫度過度增大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實(shí)施例的各方面致力于一種具有提高的抗刺穿和壓潰的安全性的可再 充電二次電池。根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的可再充電電池包括電極組件，該電極組件包括第一 電極、第二電極和位于所述第一電極與所述第二電極之間的隔板?？稍俪潆婋姵乜梢园?容納所述電極組件的殼體和結(jié)合到所述殼體的蓋板?？稍俪潆婋姵乜梢园ǘ搪窐?gòu)件，該 短路構(gòu)件與所述第一和第二電極相分離，并被卷繞在所述電極組件周圍，且被電連接到所 述第一電極和所述第二電極中的至少之一。所述短路構(gòu)件的第一端可以與所述短路構(gòu)件的第二端重疊。所述短路構(gòu)件可以被 在所述電極組件周圍卷繞一至七周?？稍俪潆婋姵乜梢园ǖ诙姌O組件，并且所述短路構(gòu)件可以包括卷繞在所述電 極組件周圍的第一短路構(gòu)件和卷繞在所述第二電極組件周圍的第二短路構(gòu)件?？稍俪潆婋姵乜梢园ǖ诙姌O組件，并且所述短路構(gòu)件可以被整體地卷繞在所 有電極組件周圍?？稍俪潆婋姵乜梢跃哂卸搪窐?gòu)件，該短路構(gòu)件包括第一金屬板、第二金屬板、位于 所述第一金屬板與所述第二金屬板之間的膜。該可再充電電池可以被配置為當(dāng)所述電池被 刺穿或壓潰時(shí)通過電連接所述第一金屬板與所述第二金屬板而使所述電極組件短路。所述第一金屬板可以鄰近所述電極組件，所述第二金屬板可以鄰近所述殼體。所 述短路構(gòu)件可以包括位于所述第二金屬板與所述殼體之間的第二膜。所述短路構(gòu)件的所述第一金屬板可以被電連接到所述第一電極，所述第二金屬板 可以被電連接到所述第二電極。所述第一電極可以包括金屬箔，并且所述第一金屬板和所述第二金屬板可以包括與所述金屬箔相同的材料。所述第一金屬板的電阻率和所述第二金屬板的電阻率都可以低于所述第一電極 的活性物質(zhì)的電阻率或所述第二電極的活性物質(zhì)的電阻率。所述第一金屬板和所述第二金屬板可以由銅形成。所述第一金屬板可以由鋁形成，所述第二金屬板可以由銅形成。所述第一金屬板和所述第二金屬板可以由與所述殼體不同的材料形成。所述第一金屬板和所述第二金屬板每個(gè)都可以具有約100 μ m與約200 μ m之間的 厚度。所述短路構(gòu)件的所述第一金屬板和所述第二金屬板每個(gè)都可以具有單層或多層 結(jié)構(gòu)。所述第一電極可以包括第一金屬箔，所述第二電極可以包括第二金屬箔。所述短 路構(gòu)件的所述第一金屬板和所述第二金屬板各自具有的厚度都可以大于所述第一金屬箔 的厚度或所述第二金屬箔的厚度。所述第一電極可以包括延伸到所述電極組件的第一側(cè)的第一未涂覆區(qū)域，所述第 二電極可以包括延伸到所述電極組件的第二側(cè)的第二未涂覆區(qū)域。所述短路構(gòu)件的所述第 一金屬板可以被電連接到所述第一未涂覆區(qū)域，所述短路構(gòu)件的所述第二金屬板可以被電 連接到所述第二未涂覆區(qū)域。所述第一金屬板與所述第一未涂覆區(qū)域可以被相互焊接，且所述第二金屬板與所 述第二未涂覆區(qū)域可被相互焊接。所述可再充電電池可以包括第一電極端子和第二電極端子，并且所述第一端子、 第一金屬板與所述第一未涂覆區(qū)域可以被相互焊接，所述第二端子、第二金屬板與所述第 二未涂覆區(qū)域可以被相互焊接。


圖IA為根據(jù)本發(fā)明的第一示例性實(shí)施例的二次電池的透視圖，圖IB為圖IA的剖 視圖，圖IC為根據(jù)本發(fā)明的第一示例性實(shí)施例的電極組件和電極端子的透視圖；圖2A示出在根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的二次電池中短路構(gòu)件被卷繞在電極組 件周圍的過程，圖2B示出圖2A的區(qū)域2的放大圖；圖3示出根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的電極組件、短路構(gòu)件和電極端子被相互焊 接的過程；圖4A為根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的二次電池的電極組件的透視圖，其中短路 構(gòu)件尚未被卷繞在電極組件周圍，圖4B為根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的二次電池的電極 組件和短路構(gòu)件的透視圖，其中電極組件和短路構(gòu)件尚未被卷繞；圖5為根據(jù)本發(fā)明的另一示例性實(shí)施例的二次電池的附加到電極組件上的短路 構(gòu)件的透視圖，其中電極組件和短路構(gòu)件尚未被卷繞；圖6為根據(jù)本發(fā)明的另一示例性實(shí)施例的二次電池的電極組件的透視圖，其中短 路構(gòu)件尚未被卷繞在電極組件周圍；圖7A和圖7B示出具有兩個(gè)電極組件的本發(fā)明的另一示例性實(shí)施例的剖視圖；
圖8A為不具有短路構(gòu)件的二次電池在被刺穿或壓潰后的電壓_溫度特性曲線圖，圖8B為包括短路構(gòu)件的二次電池被刺穿或壓潰后的電壓-溫度特性曲線圖。指示附圖中若干元件的附圖標(biāo)記的說明100 二次電池160a、160b、160c、160d、160e、160f 焊接標(biāo)記
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在將參照附圖對(duì)示例性實(shí)施例進(jìn)行更為完整的描述；然而，這些實(shí)施例可以實(shí) 施為不同形式，并且不應(yīng)被理解為局限于本文所列舉的實(shí)施例。相反，提供這些實(shí)施例的目 的是為了使公開全面且完整，并能夠?qū)⒈景l(fā)明的范圍完全傳達(dá)給本領(lǐng)域技術(shù)人員。在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的可再充電二次電池中，由于短路構(gòu)件位于電極組件與殼 體之間，當(dāng)二次電池被刺穿或壓潰時(shí)該短路構(gòu)件引起短路。由于短路構(gòu)件具有低電阻率，因 而當(dāng)短路構(gòu)件引起短路時(shí)極少的熱被產(chǎn)生，并且大量電流被快速消耗。因此，由于當(dāng)根據(jù)本 發(fā)明實(shí)施例的二次電池被刺穿或壓潰時(shí)產(chǎn)生極少的熱，所以二次電池的安全性與可靠性均 顯者提尚。圖IA為根據(jù)本發(fā)明的第一示例性實(shí)施例的二次電池的透視圖，圖IB為圖IA的二 次電池的剖視圖，圖IC為圖IA的二次電池的電極組件和電極端子的透視圖。圖IA描繪了根據(jù)本發(fā)明的第一示例性實(shí)施例的具有提高的抗刺穿和壓潰的安全 性的二次電池100。該二次電池包括電極組件110、罐120、第一電極端子130、第二電極端 子140、蓋板150和短路構(gòu)件160。在一些實(shí)施例中，罐120被稱作殼體。電極組件110包括第一電極、隔板和第二電極。卷繞的電極組件110具有膠卷形 狀。第一電極可以是正電極，第二電極可以是負(fù)電極。可替代地，第一電極可以是負(fù)電極， 第二電極可以是正電極。第一電極包括第一金屬箔和第一活性物質(zhì)。當(dāng)?shù)谝浑姌O是正電極110電極組件Illa第一金屬箔Illc第一未涂覆區(qū)域112a第二金屬箔112c第二未涂覆區(qū)域120 殼體122a、122b 窄側(cè)面130第一電極端子132第一延伸部134螺栓延伸部140第二電極端子142第一延伸部144螺栓延伸部151a、151b 色緣材料153安全排氣部161第一金屬板163第二金屬板
111第一電極 Illb第一活性物質(zhì) 112第二電極 112b第二活性物質(zhì) 113a、113b 隔板 121a、121b寬側(cè)面 123底面 131焊接區(qū)域 133第二延伸部 135螺母 141焊接區(qū)域 143第二延伸部 150蓋板 152電解液塞 160短路構(gòu)件 162第一膜 164第二膜時(shí)，第一金屬箔可以由鋁形成，第一活性物質(zhì)可以包括鋰基氧化物。第二電極也包括第二金 屬箔和第二活性物質(zhì)。當(dāng)?shù)诙姌O是負(fù)電極時(shí)，第二金屬箔可以由銅形成，第二活性物質(zhì)可 以包括石墨。然而，本發(fā)明的實(shí)施例不限于這些材料。隔板可以由多孔聚乙烯(PE)、聚丙烯 (PE)或其它等價(jià)物形成。隔板可以在第一電極或第二電極的上表面和下表面兩面上。而 且，第一電極可以包括第一未涂覆區(qū)域，在該第一未涂覆區(qū)域中不包含正電極活性物質(zhì)。第 一未涂覆區(qū)域可以延伸超過隔板的一側(cè)。同樣，第二電極可以包括第二未涂覆區(qū)域，在該第 二未涂覆區(qū)域中不包含負(fù)電極活性物質(zhì)。第二未涂覆區(qū)域可以延伸超過隔板的另一側(cè)。也 就是，第一未涂覆區(qū)域和第二未涂覆區(qū)域可以沿著相反的方向延伸超過隔板。以下將更加 詳細(xì)地對(duì)該結(jié)構(gòu)進(jìn)行描述。罐120包括兩個(gè)寬側(cè)面121a和121b、兩個(gè)窄側(cè)面122a和122b以及一個(gè)底面123。 另外，罐120具有開口上部。電極組件110與電解液一起被放置到罐120中。在殼體中，電 極組件110的第一未涂覆區(qū)域和第二未涂覆區(qū)域分別朝向窄側(cè)面122a和122b延伸。罐 120可以由例如鋁、銅、鐵、SUS鋼、陶瓷、聚合物或它們的等價(jià)物的材料形成。然而，殼體可 以由任何合適的材料形成。此外，罐120可以被電連接到電極組件110的第一電極和第二 電極之一。也就是，罐120可以具有正極性或負(fù)極性。第一電極端子130和第二電極端子140分別被電連接到電極組件110的第一電極 和第二電極。也就是，第一電極端子130可以被焊接到第一電極，第二電極端子140可以被 焊接到第二電極。第一電極端子130也可以與第一電極的第一未涂覆區(qū)域一起被焊接到短 路構(gòu)件160的第一金屬板161。同樣，第二電極端子140可以與第二電極的第二未涂覆區(qū)域 一起被焊接到短路構(gòu)件160的第二金屬板163。以下將更詳細(xì)地對(duì)該結(jié)構(gòu)進(jìn)行描述。在圖IB中的附圖標(biāo)記160a和160b所表示的標(biāo)記處，短路構(gòu)件160的第一金屬板 161可以被焊接到電極組件110的第一電極的第一未涂覆區(qū)域。在附圖標(biāo)記160c所表示 的標(biāo)記處，短路構(gòu)件160的第一金屬板161和電極組件110的第一電極的第一未涂覆區(qū)域 可以被焊接到第一電極端子130。同樣，在圖IB中的附圖標(biāo)記160d和160e所表示的標(biāo)記 處，短路構(gòu)件160的第二金屬板163可以被焊接到電極組件110的第二電極的第二未涂覆 區(qū)域。在附圖標(biāo)記160f所表示的標(biāo)記處，短路構(gòu)件160的第二金屬板163和電極組件110 的第二電極的第二未涂覆區(qū)域可以被焊接到第二電極端子140。第一電極端子130包括焊接區(qū)域131、第一延伸部132、第二延伸部133和螺栓延 伸部134。焊接區(qū)域131被插入電極組件110的第一電極，即第一未涂覆區(qū)域中。同樣，第 二電極端子140包括焊接區(qū)域141、第一延伸部142、第二延伸部143和螺栓延伸部144。焊 接區(qū)域141被插入電極組件110的第二電極，即第二未涂覆區(qū)域中。另外，第一電極端子 130和第二電極端子140的螺栓延伸部134和144均穿過蓋板150伸到殼體外側(cè)。蓋板150允許第一電極端子130和第二電極端子140伸到殼體外側(cè)，并且還覆蓋 罐120。在此，蓋板150與罐120之間的邊界可以用激光來焊接。此外，第一電極端子130 和第二電極端子140的螺栓延伸部134和144均穿過蓋板150。絕緣材料151a和151b可 以分別被布置在螺栓延伸部134和144的外表面上。由此，第一電極端子130和第二電極端 子140可以與蓋板150電絕緣。在某些情況中，第一電極端子130和第二電極端子140之 一可以直接接觸并穿過蓋板150，而無需絕緣材料151a或151b。例如，如果第一電極端子 130的螺栓延伸部134沒有被絕緣材料151覆蓋，第一電極端子130的螺栓延伸部134可以
7直接接觸蓋板150。在該情況中，蓋板150和罐120具有與第一電極端子130相同的極性。螺母135和145分別被聯(lián)接到第一電極端子130和第二電極端子140的螺栓延伸 部134和144。由此，第一電極端子130和第二電極端子140被牢固地固定到蓋板150。另 外，電解液塞152可以被聯(lián)接到蓋板150。蓋板150上可以包含具有相對(duì)較薄的厚度的安全 排氣部153。蓋板150可以由與罐120相同的材料形成。短路構(gòu)件160位于電極組件110和罐120之間，因此當(dāng)二次電池100被刺穿或壓 潰時(shí)短路構(gòu)件160首先被短路。由于短路構(gòu)件160被電連接到電極組件110，所以短路構(gòu)件 使整個(gè)電極組件短路。短路構(gòu)件160在電極組件110周圍卷繞約一至七周。當(dāng)短路構(gòu)件160在電極組件 110周圍卷繞少于一周時(shí)，由于短路構(gòu)件160沒有覆蓋整個(gè)電極組件110，因此當(dāng)二次電池 100被刺穿或壓潰時(shí)短路構(gòu)件160可能不會(huì)引起短路。換句話說，刺穿或壓潰可能發(fā)生在不 存在短路構(gòu)件的位置上。此外，當(dāng)短路構(gòu)件160在電極組件110周圍卷繞多于七周時(shí)，由于 電極組件110太大，所以電極組件110可能無法被插入罐120中。因此，為了插入包括在電 極組件110周圍卷繞多于七周的短路構(gòu)件160的電極組件110，需要減小電極組件110的尺 寸，從而導(dǎo)致二次電池100的容量減小。此外，短路構(gòu)件160包括第一金屬板161、第一膜、第二金屬板163和第二膜164。 第一金屬板161的一部分延伸超過第一膜的一端，并被電連接到電極組件110的第一電極 的第一未涂覆區(qū)域。同樣，第二金屬板163的一部分暴露超過第二膜的另一端，并被電連接 到電極組件110的第二電極的第二未涂覆區(qū)域。也就是，第一金屬板161與第二金屬板163 沿著相反的方向延伸。如上所述，第一金屬板161通過第一電極的第一未涂覆區(qū)域被電連 接到第一電極端子130，第二金屬板163通過第二電極的第二未涂覆區(qū)域被電連接到第二 電極端子140。第一膜未在圖IB和圖IC中示出。以下將更具體地對(duì)短路構(gòu)件160與電極組件 110之間的聯(lián)接關(guān)系進(jìn)行描述。圖2A示出在二次電池中短路構(gòu)件被卷繞在電極組件周圍的過程，圖2B示出圖2A 的區(qū)域2的放大圖。參見圖2A，單獨(dú)的短路構(gòu)件160可以被提供，并被卷繞在電極組件110周圍。也 就是，短路構(gòu)件160可以使用不同于制造電極組件110的過程的制造過程來提供，并被單獨(dú) 地卷繞在電極組件110周圍。換句話說，短路構(gòu)件160不從電極組件110延伸，也不與電極 組件110成一體。此外，在短路構(gòu)件160被卷繞之后，密封帶165被貼附，以防止短路構(gòu)件 160從電極組件110上松脫。參見圖2B，短路構(gòu)件160包括附接到電極組件110的第一金屬板161、附接到第一 金屬板161的第一膜162、附接到第一膜162的第二金屬板163和附接到第二金屬板163的 第二膜164。第一金屬板161和第二金屬板163可以由與第一金屬箔Illa和第二金屬箔112a 相同的材料制成。也就是，第一金屬板161和第二金屬板163分別均可以包括鋁箔。第一 金屬板161和第二金屬板163分別均可以包括銅箔。第一金屬板161可以包括鋁箔，第二 金屬板163可以包括銅箔。第一金屬板161可以包括銅箔，第二金屬板163可以包括鋁箔。 在本發(fā)明的實(shí)施例中，第一金屬板161和第二金屬板163可以由與罐120不同的材料制成。例如，當(dāng)罐120由鋁形成時(shí)，第一金屬板161和第二金屬板163可以由銅材料形成，反之亦 然。當(dāng)?shù)谝唤饘侔?61和第二金屬板163由銅形成時(shí)，由于銅具有的電阻率低于鋁，因此短 路構(gòu)件160具有良好的短路性能。 第一金屬板161和第二金屬板163各自具有的厚度可以相對(duì)大于第一金屬箔11 Ia 或第二金屬箔112a的厚度。例如，第一金屬板161和第二金屬板163可以具有從約100 μ m 到約200 μ m的厚度范圍。當(dāng)?shù)谝唤饘侔?61和第二金屬板163具有的厚度小于100 μ m時(shí)， 短路特性在二次電池100被刺穿或壓潰時(shí)可能較弱。此外，當(dāng)?shù)谝唤饘侔?61和第二金屬 板163具有的厚度大于200 μ m時(shí)，由于電極組件在尺寸上需要被減小以配合到殼體中，因 此二次電池100的容量減小。第一金屬板161和第二金屬板163可以均包括單一片或若干 層疊片。例如，第一金屬箔Illa或第二金屬箔112a可以被層疊以形成第一金屬板161或 第二金屬板163。然而，這不意味第一金屬板161或第二金屬板163從第一電極111或第二 電極112延伸。相反，第一金屬板161和第二金屬板163與第一電極111和第二電極112 相分離。第一膜162和第二膜164可以由多孔PE或PP形成，但是也可以由任何合適的材 料形成。第一膜162和第二膜164可以由與隔板相同的材料形成。如圖2B所示，例如，電極組件110包括第一電極111，第一電極111包括第一金屬 箔11 Ia (例如，鋁箔)和第一活性物質(zhì)11 Ib (例如，鋰基氧化物)。此外，電極組件110包括 第二電極112，第二電極112包括第二金屬箔112a (例如，銅箔)和第二活性物質(zhì)112b (例 如，石墨)。由PP或PE形成的隔板113a和113b被分別布置在第一電極111的上、下表面 兩面上。同樣，隔板113a和113b可以位于第二電極112的上、下表面兩面上。由此，隔板 113b位于布置在電極組件110最外圍的第二電極112與短路構(gòu)件160的第一金屬板161之 間。也就是，第一金屬板161與第二電極112電絕緣。根據(jù)具有上述結(jié)構(gòu)的二次電池100，當(dāng)二次電池100被刺穿或壓潰時(shí)，短路構(gòu)件 160的第一膜162可以被撕裂以使第一金屬板161與第二金屬板163短路。因此，由于第一 金屬板161被電連接到第一電極111，第二金屬板163被電連接到第二電極112，因此二次 電池100被短路。另外，由于短路構(gòu)件160的第一金屬板161和第二金屬板163具有低電 阻率或被形成為不包括非導(dǎo)電活性物質(zhì)，因此第一金屬板161和第二金屬板163幾乎不產(chǎn) 生熱并消耗大量電流。也就是，二次電池100在被刺穿或壓潰時(shí)產(chǎn)生極少的熱并快速移除 電能。例如，根據(jù)實(shí)施例的二次電池100不僅被維持在從約50°C到約70°C的溫度范圍，而 且當(dāng)二次電池100被刺穿或壓潰時(shí)也不超出該溫度范圍。此外，當(dāng)二次電池100被刺穿或 壓潰時(shí)，短路構(gòu)件160的第二膜164可以被撕裂以使第二金屬板163與罐120短路。在此， 當(dāng)罐120具有導(dǎo)電性且極性與第二金屬板163的極性相反時(shí)，短路效果被最大化。另外，由 于罐120可以由具有低電阻率的金屬形成，二次電池100產(chǎn)生的熱具有相對(duì)較低的溫度，并 且二次電池100的電能被快速移除。圖3示出在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的二次電池中電極組件、短路構(gòu)件和電極端子被 相互焊接的過程的視圖。參見圖3，電極組件110和單獨(dú)地卷繞在電極組件110表面上的短路構(gòu)件160可以 在多個(gè)區(qū)域中被相互焊接。焊接工藝可以包括電阻焊接工藝、超聲焊接工藝和激光焊接工 藝，然而任何合適的焊接工藝均可以被使用。圖3的箭頭170a和170b表示電極組件110與短路構(gòu)件160之間的焊接點(diǎn)。接下來，電極端子130被聯(lián)接到電極組件110。也就是，電極端子130的焊接區(qū)域 131被聯(lián)接到電極組件110。更具體地，第一電極端子130的焊接區(qū)域131被聯(lián)接到限定在 電極組件110的第一未涂覆區(qū)域中的間隙，第二電極端子140的焊接區(qū)域141被聯(lián)接到限 定在電極組件110的第二未涂覆區(qū)域中的間隙。圖3中僅示出第一電極端子130。焊接區(qū)域131、電極組件110和短路構(gòu)件160可以被相互焊接。也就是，在電極組 件110和短路構(gòu)件160被附接到電極端子130的焊接區(qū)域131之后，使用常規(guī)的電阻焊接、 超聲焊接、或激光焊接將焊接區(qū)域131、電極組件110和短路構(gòu)件160相互焊接。然而，可以 使用任何合適的焊接方法。圖3的附圖標(biāo)記170c表示電極端子130的焊接區(qū)域131、電極 組件110與短路構(gòu)件160之間的焊接點(diǎn)。圖4A為根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的二次電池的電極組件的透視圖，其中短路 構(gòu)件尚未被卷繞在電極組件周圍，圖4B為根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的二次電池的電極 組件和短路構(gòu)件的透視圖，其中電極組件和短路構(gòu)件尚未被卷繞。參見圖4A，在完成的電極組件110中，第一電極111的第一未涂覆區(qū)域Illc伸出 超過隔板113b的一側(cè)。同樣，第二電極112的第二未涂覆區(qū)域112c伸出超過隔板113b的 另一側(cè)。也就是，第一未涂覆區(qū)域Illc沿著與第二未涂覆區(qū)域112c相反的方向伸出。隔 板113b可以位于電極組件110的最外圍。短路構(gòu)件160包括第一金屬板161、第一膜162、第二金屬板163和第二膜164。在 此，第一金屬板161具有與第一電極111相似或相同的寬度。并且，第一金屬板161與第一 電極111重疊。由此，第一金屬板161的一區(qū)域被連接到第一電極111的第一未涂覆區(qū)域 111c。第一金屬板161不被連接到第二電極112的第二未涂覆區(qū)域112c。第一膜162具 有的寬度小于第一金屬板161的寬度。也就是，第一膜162具有與隔板113b相同的寬度。 而且，第一膜162與隔板113b重疊。由此，上述第一金屬板161的一區(qū)域伸出超過第一膜 162的一端。第二金屬板163具有與第二電極112相似或相同的寬度。并且，第二金屬板163 與第二電極112重疊。由此，第二金屬板163的一區(qū)域被連接到第二電極112的第二未涂 覆區(qū)域112c。第二金屬板163不被連接到第一電極111的第一未涂覆區(qū)域111c。第二膜 164具有的寬度小于第二金屬板163的寬度。也就是，第二膜164具有與隔板113b相同的 寬度。而且，第二膜164與隔板113b重疊。由此，上述第二金屬板163的一區(qū)域伸出超過 第二膜164的一端。具有上述結(jié)構(gòu)的短路構(gòu)件160幾乎或完全覆蓋電極組件110的表面。也就是，短 路構(gòu)件160在電極組件110周圍卷繞至少一至七周。由此，短路構(gòu)件160的第一金屬板161 被平穩(wěn)地連接到電極組件110的第一電極111的第一未涂覆區(qū)域111c，第二金屬板163被 平穩(wěn)地連接到電極組件110的第二電極112的第二未涂覆區(qū)域112c。在別處未被描述的附圖標(biāo)記161a、162a和163a指示粘合劑。該粘合劑防止當(dāng)短路 構(gòu)件160被卷繞在電極組件110周圍時(shí)構(gòu)成短路構(gòu)件160的多個(gè)部件相互分離。也就是， 粘合劑防止當(dāng)短路構(gòu)件160被卷繞在電極組件110周圍時(shí)第一金屬板161、第一膜162、第 二金屬板163和第二膜164相互分離。在本發(fā)明的實(shí)施例中，活性物質(zhì)不存在于第一金屬板161和第二金屬板163上是很重要的。這樣，當(dāng)二次電池100被刺穿或壓潰時(shí)，第一膜162可以被撕裂以在寬廣區(qū)域上 使第一金屬板161與第二金屬板163短路。另外，第二膜164可以被撕裂以在寬廣區(qū)域上 使第二金屬板163與罐120短路。由此，二次電池100的電壓快速下降到約0V，并且儲(chǔ)存在 二次電池100中的能量被快速消耗。參見圖4B，電極組件110包括第一電極111、第二電極112、第一隔板113a和第二 隔板113b。第一電極111包括第一金屬箔111a、第一活性物質(zhì)Illb (例如，鋰基氧化物) 和第一未涂覆區(qū)域111c。第二電極112包括第二金屬箔112a、第二活性物質(zhì)112b (例如， 石墨)和第二未涂覆區(qū)域112c。另外，第一電極111、第一隔板113a、第二電極112和第二 隔板113b被層疊以形成層疊結(jié)構(gòu)。層疊結(jié)構(gòu)的一端被聯(lián)接到卷繞軸201并被卷繞若干周 以形成膠卷型電極組件110。再次參見圖4B，由于第一電極111和第二電極112具有的寬度大于第一隔板113a 和第二隔板113b的寬度，因此第一未涂覆區(qū)域Illc延伸超過第一隔板113a的一側(cè)，第二 未涂覆區(qū)域112c延伸超過第二隔板113b的另一側(cè)。如上所述，短路構(gòu)件160的第一金屬板 161接觸第一未涂覆區(qū)域111c，短路構(gòu)件160的第二金屬板163接觸第二未涂覆區(qū)域112c。由于構(gòu)成短路構(gòu)件160的第一金屬板161和第二金屬板163均具有一個(gè)金屬片， 因此第一金屬板161和第二金屬板163可以具有大于電極組件110的至少第一電極111或 第二電極112的厚度。為了便于理解，附圖中示出的第一電極111、第一隔板113a、第二電極112和隔板 113b具有的長(zhǎng)度小于它們的實(shí)際長(zhǎng)度。圖5為根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)示例性實(shí)施例的二次電池的附加到電極組件上的短 路構(gòu)件的透視圖，其中電極組件和短路構(gòu)件尚未被卷繞。參見圖5，短路構(gòu)件260可以分別接觸、被連接到或被焊接到第一電極111和第二 電極112中的每一個(gè)的在縱向上的一端。也就是，短路構(gòu)件260的第一金屬板261可以被 連接到第一電極111的一端llld，在該端Illd上沒有設(shè)置第一活性物質(zhì)111b，第二金屬板 263可以被連接到第二電極112的一端112d，在該端112d上沒有設(shè)置第二活性物質(zhì)112b。 同樣，第一膜262可以接觸或被連接到第一隔板113a的在縱向上的一端，第二膜264可以 接觸或被連接到第二隔板113b的在縱向上的一端。由此，第一金屬板261和第二金屬板263分別被電連接到第一電極111和第二電 極112的第一未涂覆區(qū)域Illc和第二未涂覆區(qū)域112c以及端部11 Id和112d。因此，短路 構(gòu)件260與電極組件110之間的電連接可靠性可以被進(jìn)一步提高。圖6為根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)示例性實(shí)施例的二次電池的電極組件的透視圖，其中 短路構(gòu)件尚未被卷繞在電極組件周圍。參見圖6，短路構(gòu)件360包括多層第一金屬板361和多層第二金屬板363。例如， 多個(gè)第一金屬箔片Illa被層疊以形成第一金屬板361。同樣，多個(gè)第二金屬箔片112a被層 疊以形成第二金屬板363。這樣，短路構(gòu)件360可被更容易地制造。也就是，原因在于通常 用于電極組件110的第一金屬箔Illa和第二金屬箔112a可以被用來替代單獨(dú)的、較厚的 第一和第二金屬板。在此，活性物質(zhì)沒有設(shè)置在第一金屬板361和第二金屬板363上。圖7A和圖7B示出具有兩個(gè)電極組件的本發(fā)明的另一示例性實(shí)施例的剖視圖。參見圖7A，電極組件210可以被提供為一對(duì)電極組件110。另外，短路構(gòu)件160可以被獨(dú)立地卷繞在各個(gè)電極組件110周圍。各個(gè)電極組件110均被電連接到電極端子230。 在此，電極端子230包括兩個(gè)焊接區(qū)域231、第一延伸部232、第二延伸部233和螺栓延伸部 234。而且，焊接區(qū)域231被插入每個(gè)電極組件110中。使用典型的焊接方法短路構(gòu)件160 和電極組件110被焊接到焊接區(qū)域231。因此，二次電池的容量增加，并且當(dāng)二次電池被刺 穿或壓潰時(shí)二次電池可被快速且強(qiáng)迫短路。參見圖7B，電極組件310可以被提供為一對(duì)電極組件110。而且，一個(gè)短路構(gòu)件 360可以被整體地卷繞在一對(duì)電極組件110周圍。也就是，一個(gè)短路構(gòu)件360完全覆蓋一對(duì) 電極組件110。由此，每單位體積的二次電池容量增加，并且二次電池可以被快速且強(qiáng)迫短 路。此外，由于電極組件310被一個(gè)短路構(gòu)件360完全覆蓋，因此易于對(duì)電極組件310進(jìn)行處理。圖8A為不具有短路構(gòu)件的二次電池在刺穿或壓潰后的電壓_溫度特性曲線圖，圖 8B為當(dāng)包括短路構(gòu)件的二次電池被刺穿或壓潰后的電壓-溫度特性曲線圖。在圖8A和圖8B中，X軸表示經(jīng)過的時(shí)間(單位為分鐘)。左邊的Y軸表示電壓 (V)，右邊的Y軸表示溫度(°C)。此外，測(cè)試在以下條件下進(jìn)行開路電壓約為4. IV，并且 具有約3mm直徑的釘子以約80mm/sec的速度刺入二次電池中。參見圖8A，在二次電池中沒有設(shè)置短路構(gòu)件的情況下，在刺穿開始之后，二次電池 的電壓幾乎立即下降到約0V。而且，安全排氣部和第一電極端子(正端子)的溫度超過約 200°C，然后下降。之后，第一電極端子和第二電極端子(負(fù)端子)在記錄時(shí)間的剩余時(shí)間 中被維持在約150°C至約190°C的高溫。并且，安全排氣部在記錄時(shí)間的剩余時(shí)間中被維持 在約70°C至約90°C的溫度。因此，在二次電池中沒有設(shè)置短路構(gòu)件的情況下，由于當(dāng)二次 電池被刺穿和壓潰時(shí)二次電池的溫度超過約200°C，因此二次電池的穩(wěn)定性和可靠性均較 差。參見圖8B，在二次電池中設(shè)置有短路構(gòu)件的情況下，在刺穿之后，二次電池的電壓 幾乎立即下降到約0V。然而，安全排氣部、第一電極端子(正端子)和第二電極端子(負(fù)端 子)的溫度沒有超過約50°c至約70°C。因此，在二次電池中設(shè)置有短路構(gòu)件的情況下，由 于當(dāng)二次電池被刺穿和壓潰時(shí)二次電池的溫度幾乎沒有上升，因此二次電池的穩(wěn)定性和可 靠性均優(yōu)于沒有短路構(gòu)件的電池的穩(wěn)定性和可靠性。如上所述，在二次電池中沒有設(shè)置短路構(gòu)件的情況下，由于活性物質(zhì)具有高電阻 率或活性物質(zhì)是非導(dǎo)電的，所以可以發(fā)現(xiàn)溫度因活性物質(zhì)的強(qiáng)迫短路而過度上升。也就是， 當(dāng)電流流入具有高電阻率的材料時(shí)，產(chǎn)生大量的熱。例如，用作負(fù)極活性物質(zhì)的石墨具有的 電阻率為約7Χ10_6Ω ·πι至約12Χ10_6Ω · m，用作正極活性物質(zhì)的鋰基氧化物則幾乎是非 導(dǎo)電的。另一方面，在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的短路構(gòu)件中，銅具有的電阻率約為 1.72Χ10_8Ω ·πι，鋁具有的電阻率約為2.75Χ10_8Ω · m。也就是，當(dāng)與石墨和鋰基氧化物 的電阻率比較時(shí)銅和鋁具有顯著較低的電阻率。由此，當(dāng)由銅或鋁材料形成的短路構(gòu)件被 短路時(shí)，大量電流被消耗，且極少的熱產(chǎn)生。盡管結(jié)合目前被認(rèn)為是可行的示例性實(shí)施例對(duì)本公開進(jìn)行了描述，應(yīng)該理解的 是，本發(fā)明不限于所公開的實(shí)施例，相反，本發(fā)明致力于覆蓋包含在所附權(quán)利要求的精神和 范圍中的各種修改和等同裝置。
權(quán)利要求
1.一種可再充電電池，包括電極組件，包括第一電極、第二電極和位于所述第一電極與所述第二電極之間的隔板；容納所述電極組件的殼體； 聯(lián)接到所述殼體的蓋板；和短路構(gòu)件，所述短路構(gòu)件與所述第一電極和所述第二電極相分離，并被卷繞在所述電 極組件周圍，該短路構(gòu)件被電連接到所述第一電極和所述第二電極中的至少之一。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可再充電電池，其中所述短路構(gòu)件的第一端與所述短路構(gòu)件的第二 端重疊。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可再充電電池，其中所述短路構(gòu)件在所述電極組件周圍卷繞一至七周。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可再充電電池，進(jìn)一步包括位于所述殼體內(nèi)的另一電極組 件，其中所述短路構(gòu)件包括卷繞在所述電極組件周圍的第一短路構(gòu)件和卷繞在所述另一電 極組件周圍的第二短路構(gòu)件。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可再充電電池，進(jìn)一步包括位于所述殼體內(nèi)的第二電極組 件，其中所述短路構(gòu)件被整體地卷繞在所有電極組件周圍。
6.一種可再充電電池，包括電極組件，包括第一電極、第二電極和位于所述第一電極與所述第二電極之間的隔板；容納所述電極組件的殼體； 聯(lián)接到所述殼體的蓋板；和短路構(gòu)件，所述短路構(gòu)件被卷繞在所述電極組件周圍并被電連接到所述電極組件，該 短路構(gòu)件包括第一金屬板、第二金屬板和位于所述第一金屬板與所述第二金屬板之間的第一膜。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的可再充電電池，其中所述短路構(gòu)件被配置為當(dāng)所述可再充電 電池被刺穿或壓潰時(shí)通過電連接所述第一金屬板與所述第二金屬板而使所述電極組件短路。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的可再充電電池，其中所述第一金屬板鄰近所述電極組件，所 述第二金屬板鄰近所述殼體，并且所述短路構(gòu)件進(jìn)一步包括位于所述第二金屬板與所述殼 體之間的第二膜。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的可再充電電池，其中所述第一金屬板被電連接到所述第一電 極，所述第二金屬板被電連接到所述第二電極。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的可再充電電池，其中所述第一電極包括金屬箔，并且其中所 述第一金屬板和所述第二金屬板包括與所述金屬箔相同的材料。
11.根據(jù)權(quán)利要求6所述的可再充電電池，其中所述第一金屬板的電阻率和所述第二 金屬板的電阻率都低于所述第一電極的活性物質(zhì)的電阻率或所述第二電極的活性物質(zhì)的 電阻率。
12.根據(jù)權(quán)利要求6所述的可再充電電池，其中所述第一金屬板和所述第二金屬板包 括銅。 2
13.根據(jù)權(quán)利要求6所述的可再充電電池，其中所述第一金屬板包括鋁，所述第二金屬 板包括銅。
14.根據(jù)權(quán)利要求6所述的可再充電電池，其中所述第一金屬板和所述第二金屬板包 括與所述殼體不同的材料。
15.根據(jù)權(quán)利要求6所述的可再充電電池，其中所述第一金屬板和所述第二金屬板每 個(gè)都具有l(wèi)OOiim與200iim之間的厚度。
16.根據(jù)權(quán)利要求6所述的可再充電電池，其中所述第一金屬板和所述第二金屬板每 個(gè)都具有多層結(jié)構(gòu)。
17.根據(jù)權(quán)利要求6所述的可再充電電池，其中所述第一電極包括第一金屬箔，所述第 二電極包括第二金屬箔，并且所述第一金屬板和所述第二金屬板各自具有的厚度都大于所 述第一金屬箔的厚度或所述第二金屬箔的厚度。
18.根據(jù)權(quán)利要求6所述的可再充電電池，其中所述第一電極包括延伸到所述電極組 件的第一側(cè)的第一未涂覆區(qū)域，所述第二電極包括延伸到所述電極組件的第二側(cè)的第二未 涂覆區(qū)域，所述第一金屬板被電連接到所述第一未涂覆區(qū)域，所述第二金屬板被電連接到 所述第二未涂覆區(qū)域。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的可再充電電池，其中所述第一金屬板與所述第一未涂覆區(qū) 域被相互焊接，所述第二金屬板與所述第二未涂覆區(qū)域被相互焊接。
20.根據(jù)權(quán)利要求6所述的可再充電電池，進(jìn)一步包括第一電極端子和第二電極端子， 其中所述第一電極包括延伸到所述電極組件的第一側(cè)的第一未涂覆區(qū)域，其中所述第二電 極包括延伸到所述電極組件的第二側(cè)的第二未涂覆區(qū)域，其中所述第一金屬板、所述第一 未涂覆區(qū)域與所述第一電極端子被電連接，并且其中所述第二金屬板、所述第二未涂覆區(qū) 域與所述第二電極端子被電連接。
全文摘要
公開了一種具有提高的抗刺穿和壓潰的安全性的可再充電二次電池，其包括電極組件、殼體、第一電極端子和第二電極端子、蓋板以及短路構(gòu)件。所述電極組件包括第一電極、隔板和第二電極。所述殼體容納所述電極組件。所述第一電極端子和所述第二電極端子分別被電連接到所述第一電極和所述第二電極。所述短路構(gòu)件位于所述電極組件和所述殼體之間，并在所述二次電池被刺穿或壓潰時(shí)使所述二次電池短路。
文檔編號(hào)H01M2/26GK102005598SQ20101025314
公開日2011年4月6日 申請(qǐng)日期2010年8月11日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月27日
發(fā)明者吳正元, 李東炫, 沈興擇, 郭潤(rùn)泰 申請(qǐng)人:Sb鋰摩托有限公司