專利名稱：罐型二次電池的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及罐型二次電池，更準確地說，涉及當由于外部沖擊而造成二次電池變形時、適于促使二次電池內的金屬之間短路的罐型二次電池。
背景技術：
隨著包括便攜式電話、膝上型計算機和攝像機等便攜式無線設備趨于在結合更多功能的同時降低重量，已經對作為這些設備的驅動源而使用的二次電池進行了大量研究。例如，二次電池包括鎳鎘電池、鎳氫電池、鎳鋅電池以及鋰二次電池。由于鋰二次電池能夠被再充電、能夠被制為具有高容量的緊密尺寸、以及具有高工作電壓和每單位重量的高能量密度，鋰二次電池廣泛應用在尖端電子裝置領域中。
圖1為表示傳統(tǒng)罐型二次電池的分解透視圖。
通過將包括第一、第二電極板115、113以及隔板114的電極組件112與電解液一起放置在罐110中、并且用蓋組件120密封罐110的頂部開口110a，形成罐型二次電池。第一、第二電極板115、113可以分別被形成為負極板和正極板。
蓋組件120包括蓋板140、絕緣板150、端板160以及電極端子130。在被連接到分離的絕緣殼體170之后，蓋組件120被連接到罐110的頂部開口110a且密封該開口。
蓋板140為具有與罐110的頂部開口110a相對應的尺寸和形狀的金屬板。蓋板140具有以預定尺寸形成于其中心的第一端子通孔141，電極端子130被插入到該端子通孔141中。當電極端子130插入到第一端子通孔141中時，墊圈管146連接到該電極端子130的外表面并且被一起插入，以便在電極端子130和蓋板140之間絕緣。蓋板140具有以預定尺寸形成在其另一側的電解液注入孔142。在蓋組件120被組裝到罐110的頂部開口110a上之后，電解液通過電解液注入孔142注入，然后電解液注入孔142被塞子143密封。
電極端子130連接到第一電極板115的第一電極接片117，或者連接到第二電極板113的第二電極接片116，并且充當負端子或者正端子。
絕緣板150由諸如墊圈之類的絕緣物質制成，并且連接到蓋板140的底面。絕緣板150具有形成在與蓋板140的第一端子通孔141相對應的位置處的第二端子通孔151，從而電極端子130可以插入其中。絕緣板150具有形成在其底面、尺寸與端板160相對應的底槽152，從而端板160能夠位于其上。
端板160由Ni金屬或者其合金制成，并且連接到絕緣板150的底面。端板160具有形成在與蓋板140的第一端子通孔141相對應的位置處的第三端子通孔161，從而電極端子130可以插入其中。電極端子130經由蓋板140的第一端子通孔141連接到端板160，并且被墊圈管146所絕緣。同樣地，端板160電連接到電極端子130，并且從蓋板140電絕緣。
為了將電極端子130連接到蓋板140、絕緣板150和端板160，電極端子130在被施加恒力時旋轉，并被插入第一端子通孔141中。在穿過第一端子通孔141之后，電極端子130連續(xù)穿過第二和第三端子通孔151和161，上述端子通孔分別形成在與蓋板140的底面相連接的絕緣板150和蓋板160之上。形成在絕緣板150上的第二端子通孔151的內直徑，等于或者略微大于插入的電極端子130的外直徑，從而電極端子130壓配合地進入第二端子通孔151，而電極端子130的外表面被固定在該處。
當鋰離子二次電池的電極組件中發(fā)生內短路或者外短路時，或者當該電池遭受充電/過放電時，電池的電壓急劇升高并且電池處于破裂的危險之中。為了防止二次電池內部的短路，絕緣接片附加到易于遭受短路的部分，包括電極接片和電極組件的第一、第二電極板的末端之間的焊接部分。另外，該二次電池與包括正溫度系數(shù)(PTC)熱元件、熱熔絲以及保護電路的安全裝置電連接，以便當電池的電壓或溫度突然升高時切斷電流，并且防止電池破裂。
當二次電池由于沖擊或者壓力而變形時，然而，無論保護電路還是保護裝置都不能防止電極板之間的短路。根據(jù)縱向壓力估計方法，該方法是估計罐型二次電池安全性的方法之一，罐型二次電池內的電極板之間的短路是個問題。在縱向壓力測試中，該測試是估計罐型二次電池安全性的項目之一，使用壓縮夾具在與罐型二次電池的縱向方向相正交的方向上，壓縮罐型二次電池的兩個橫向表面。在壓縮過程中，壓縮夾具的壓縮表面與罐型二次電池的兩個橫向表面保持平行，壓力為13kN。隨著根據(jù)該縱向壓力估計方法而壓縮罐型二次電池，第一和第二電極板相互短路，電流急劇地從第二電極板流向第一電極板。結果，由于第一、第二電極板自身的電阻而產生了過量的熱量。該過量的熱量可能導致二次電池爆炸。

發(fā)明內容
因此，本發(fā)明的實施例提供了一種罐型二次電池，適于當由于外部沖擊力或者壓力而引起該二次電池變形時，促使該二次電池內的金屬之間短路。
提供的罐型二次電池包括具有第一和第二電極板的電極組件；用于容納電極組件和電解液的罐；以及具有蓋板、絕緣板、電極端子和端板的蓋組件，該蓋組件安裝到罐的頂部開口，以密封該頂部開口，其中端子通孔周圍的絕緣板的至少一側，與安裝在該絕緣板底面的端板具有相對應的尺寸，電極端子插入到該端子通孔中，從而當由于縱向壓縮引起罐變形時，端板與罐的內表面相接觸。第一和第二電極板可以分別被形成為負極板和正極板。
絕緣板可以具有在端子通孔周圍的、形成為與端板具有相對應的尺寸的一側，以及以預定寬度延伸的另一側，從而第一電極板的第一電極接片能夠焊接到與絕緣板底面相連接的端板上。
絕緣板可以具有與端板相連接的底板，以及從底板的每個側端和側面向下突出的側壁，并且側壁的側端壁和側面壁可以從端子通孔周圍的絕緣板的至少一側上除去，從而該側具有對應于端板的尺寸。
被從絕緣板的一側除去的側端壁可以保持預定的寬度。
留在絕緣板一側的側端壁的寬度可以等于或者小于絕緣板寬度的50％。
側壁的高度可以等于或者大于端板的高度。
絕緣板可以具有形成于側面壁上的焊接槽，該焊接槽形成于端子通孔周圍的另一側的側面上，位于與端板的電極接片被焊接之處相對應的位置。


圖1是表示傳統(tǒng)罐型二次電池的分解透視圖。
圖2是表示根據(jù)本發(fā)明實施例的罐型二次電池的分解透視圖。
圖3是表示根據(jù)本發(fā)明實施例的罐型二次電池的局部截面圖。
圖4a表示根據(jù)本發(fā)明實施例的絕緣板的仰視圖。
圖4b為圖4a所示絕緣板的側視圖。
圖5a為表示根據(jù)本發(fā)明另一實施例的絕緣板的仰視圖。
圖5b為圖5a所示絕緣板的側視圖。
圖6為根據(jù)本發(fā)明另一實施例的絕緣板的仰視圖。
圖7為沿圖3中線A-A’的仰視截面圖。
圖8為表示與圖7相同的部分承受縱向壓縮和變形時的仰視截面圖。
具體實施例方式
參照圖2和圖3，罐210包括容納在該罐210中的電極組件212、以及用于密封該罐210的頂部開口210a的蓋組件220。蓋組件具有絕緣板250，當二次電池由于外力而變形時，絕緣板250使得構成蓋組件的端板260為短路。
罐210為近似盒形的金屬元件，并且可由輕、易延展的鋁或鋁合金制成，但是材料并且局限于此。容器210可以具有形成在其表面的開口(例如，頂部開口210a)，電極組件212通過該開口被放置到罐210中。
電極組件212包括第一、第二電極板215、213和隔板214。第一、第二電極板215、213與置入其間的隔板214一起層疊，并且卷繞成膠卷結構。第二電極板213具有與其焊接的第二電極接片216，第二電極接片216的一端從電極組件212的頂部突出。第一電極板215具有與其焊接的第一電極接片217，第一電極接片217的一端從電極組件212的頂部突出。第一、第二電極板215、213通常被分別形成為負、正極板，但是在必要時可以轉換。
蓋組件220包括蓋板240、絕緣板250、端板260以及電極端子230。在被連接到分離的絕緣殼體270之后，蓋組件220被連接到罐210的頂部開口210a，并且密封該開口。
蓋板240為尺寸和形狀與罐210的頂部開口210a相對應的金屬板，可由質輕的鋁或鋁合金制成。蓋板240具有以預定尺寸形成在其中心的第四端子通孔241，以及形成在其一側的電解液注入孔242。電極端子230被插入第四端子通孔241，并且墊圈管246被組裝到該第四端子通孔241的內表面，以使電極端子230和蓋板240之間絕緣。
電解液注入孔242以預定尺寸形成在蓋板240的一側。在蓋組件220被組裝到罐210的頂部開口210a之后，電解液通過電解液注入孔242被注入，然后該電解液注入孔242被塞子243所密封。
絕緣板250由諸如墊圈之類的絕緣材料制成，并且包括底板252、從底板252的每一側面以及側端向下延伸的側壁253。絕緣板250具有在預定位置形成的第五端子通孔251。絕緣板250被連接到蓋板240的底板252的下表面，并且底板252的面積與端板260的面積相對應。絕緣板250的側壁253的高度可以大于端板260的厚度。
可以對第五端子通孔251進行定位，以便當絕緣板250和蓋板240相互連接時，第五端子通孔251與蓋板240的第四端子通孔241相對應。電極端子230被插入第五端子通孔251中。第五端子通孔251可以與絕緣板250的中心相隔開。
參照圖4a和4b，在絕緣板250中，當形成側壁253以便只呈現(xiàn)出底板252時，第五端子通孔251周圍的至少一側部分地除去側端壁和側面壁。同樣地，從絕緣板252移開側壁253的一側具有與端板260相對應的尺寸，并且絕緣板250的側端和側面與端板260的側端和側面相對應。
可選地，可以配置絕緣板250，以便在絕緣板250上沒有形成側壁253，底板252大于端板260，并且第五端子通孔251周圍的絕緣板250的一側具有對應于端板260的尺寸。
端板260可由金屬鎳或者鎳合金制成，并且連接到絕緣板250的底板253的下表面。端板260具有形成在與蓋板240的第四端子通孔241相對應的位置處的第六端子通孔261，從而電極端子230可以被插入其中。
電極端子230被插入蓋板240的第四端子通孔241、第五端子通孔251和第六端子通孔261中，同時被墊圈管246絕緣，并且連接到端板260上。同樣地，端板260在蓋組件220中電連接到電極端子230，同時與蓋板240電絕緣。
絕緣殼體270包括第一、第二電極接片孔272、271，并且連接蓋組件220的底部，以將蓋組件220與電極組件212電絕緣。第二電極接片216穿過第二電極接片孔271而延伸，并且連接蓋板240。第一電極接片217穿過第一電極接片孔272而延伸，并且連接端板260。
圖5a為表示根據(jù)本發(fā)明另一實施例的絕緣板的俯視圖，圖5b為圖5a所示絕緣板的側視圖。
根據(jù)本發(fā)明另一實施例的絕緣板250a，由諸如墊圈之類的絕緣材料制成，并且包括底板252a和從該底板252的每一側面和側端突出的側壁253a。絕緣板250a具有在預定位置形成的第五端子通孔251a。
在絕緣板250a中，側壁253a被從第五端子通孔251a周圍的一側部分地除去。側端壁254a以預定寬度形成在沒有側壁253a的該側上。側端壁254a的寬度可以等于或者少于絕緣板250a寬度的50％。如果側端壁254a的寬度過大，連接到絕緣板底面的端板260，在旋轉時可能無法接觸內壁。側端壁254a的高度可以等于側壁253a的高度，并且還可以大于端板260的厚度。
因此，絕緣板250a的側端壁254a防止端板260的側端短路到電極接片。更具體地，從電極組件212的頂部向外突出的第二或第一電極接片216、217為薄金屬板，分別被焊接到蓋板240以及端板260上，并且被彎曲。當?shù)诙姌O接片216彎曲或者當蓋組件230被組裝到罐210時，第二電極接片216和端板260可能短路。同樣地，側端壁254a防止第二電極接片216和端板短路。
圖6為表示根據(jù)本發(fā)明另一示范性實施例的絕緣板的俯視圖。絕緣板250b可以由諸如墊圈之類的絕緣材料制成，并且包括底板252b和從底板252b的每一側面和一側端突出的側壁253b。絕緣板250b具有在預定位置形成的第五端子通孔251b。
在絕緣板250b中，當側壁253b被形成為只呈現(xiàn)出底板252b時，側端壁和側面壁從第五端子通孔251b周圍的至少一側被部分地除去。同樣地，從絕緣板250b除去側壁253b的一側具有與端板260相對應的尺寸，并且絕緣板250b的側端和側面與端板260的側端和側面相對應。
側壁253b具有在第一電極接片217焊接到端板260的位置處、形成在其側面的焊接槽255b，端板260連接到端子通孔251b周圍的絕緣板250b的另一側。側壁253b的高度可以大于端板的高度，并且當?shù)谝浑姌O接片217焊接到端板260時，難以在第一電極接片217和端板260的底面之間保持完全接觸。因此，焊接槽255b使得第一電極接片217固定到端板260的底面，以方便焊接。
下面描述根據(jù)本發(fā)明示范性實施例的二次電池的操作。
參照圖7，蓋組件220具有焊接到其底面的第一和第二電極接片217、216，并且連接到罐210的頂部開口210a。端板260與罐210的內壁隔開預定距離，并且與其電絕緣。因此，第一和第二電極端子217、216相互電絕緣。
當罐210發(fā)生變形時，例如由施加到該罐型二次電池上的外部沖擊力或者壓力而造成的縱向壓縮，在隔板214被損壞后，位于在罐210內的電極組件212中的第一和第二電極板215和213可能短路。結果，電流在第一和第二電極板215、213之間流過，并且由于第一和第二電極板的內部電阻而產生熱量。
如果罐210發(fā)生如圖8所示的變形，端板260的拐角在一點處(標示為a)接觸罐210的內表面，并且發(fā)生短路。由于罐210被連接到蓋板240以及第二電極接片216上，并且端板260被連接到第一電極接片217上，二次電池的第一和第二電極板短路。罐210和端板260由具有低電阻的金屬制成，如果在它們之間發(fā)生短路，電流急劇流過而產生的熱量減少。
下面的表1表示根據(jù)電極和罐之間短路的類型，測量電阻和熱量產生程度的結果。
表1

在表1中，短路類型是指電極組件和罐元件中的元件對，短路發(fā)生在該元件對之間；電阻是指根據(jù)每一類型，短路發(fā)生后在正、負極接片之間所測得的電阻值；短路部分的溫度是指短路發(fā)生后，與由電阻所產生的熱量相關的溫度。下面描述測量每一元件之間的電阻和短路部分的溫度的方法，該描述參照在負、正電極板之間發(fā)生的短路的實例正、負電極被切割為預定尺寸并且被布置成在兩片滑動玻璃之間相互接觸；電流施加到兩端并且電阻被測量；電流從被安全充電的實際電池中放出，以模擬單元電池的最大放電電流；熱電偶被附加到所述滑動玻璃的外部，以測量短路部分的溫度。
如表1所示，當在正或負電極板和其它任意元件之間發(fā)生短路時，電阻和電阻熱增加，并且短路部分的溫度升高。然而，當金屬之間發(fā)生短路時，比如罐和正極接片或者正、負極接片之間，電阻熱和溫度升高較少。
當本發(fā)明的二次電池由于縱向壓縮而變形時，因此，在蓋組件中的端板和罐之間的每一金屬發(fā)生短路，并且電阻熱的產生和電池內部溫度的升高都被最小化。
根據(jù)本發(fā)明的罐型二次電池，當二次電池由于外部沖擊而變形時，引起二次電池內部金屬之間的短路，以減少熱量產生，并且改進二次電池的安全性。
盡管以上以說明為目的對示范性實施例進行了描述，但熟悉本領域的人員可以理解，在不背離本發(fā)明權利要求所提出的范圍和思路的情況下，本發(fā)明可以有各種改變、添加和替換。
權利要求
1.一種罐型二次電池，包括電池組件，具有第一電極板、第二電極板以及隔板；罐，用于容納該電極組件和電解液；以及蓋組件，具有蓋板、絕緣板、電極端子和端板，該蓋組件被連接到該罐的頂部開口，以密封該頂部開口，其中具有供電極端子通過的端子通孔的該絕緣板的至少一側，形成與安裝在該絕緣板底面上的端板相對應的尺寸，使得出現(xiàn)由于施加到該罐型二次電池的縱向壓縮引起的罐變形時，該端板與該罐的內表面是可接觸的。
2.如權利要求1所述的罐型二次電池，其中該絕緣板具有在該端子通孔周圍的第一側，該第一側形成與該端板相對應的尺寸，并且其中該絕緣板具有延伸預定寬度的第二側，從而該第一電極板的第一電極接片可焊接到該端板上。
3.如權利要求1所述的罐型二次電池，其中該絕緣板具有底板，該底板具有側端、側面以及從每個側端和側面突出的側壁，并且其中該側壁被從該端子通孔周圍的絕緣板的至少一部分上去除。
4.如權利要求1所述的罐型二次電池，其中該絕緣板具有底板，該底板具有帶有預定寬度的側端壁。
5.如權利要求4所述的罐型二次電池，其中該側端壁的寬度等于或者小于該絕緣板寬度的50％。
6.如權利要求3所述的罐型二次電池，其中該側壁的高度等于或者大于該端板的高度。
7.如權利要求3所述的罐型二次電池，其中該絕緣板具有形成在該側壁上、位于該第一電極接片可焊接處的焊接槽。
8.如權利要求1所述的罐型二次電池，其中該第一電極板和該第二電極板分別被形成為負極板和正極板。
9.一種用于罐型二次電池的蓋組件，該二次電池包括電解液以及具有第一電極板、第二電極板和隔板的電極組件，該蓋組件包括蓋板；電極端子，穿過該蓋板可被插入；以及絕緣板，具有用于電極端子通過的端子通孔；其中該絕緣板的至少一側形成與可安裝在該絕緣板底面上的端板相對應的尺寸，使得出現(xiàn)由于施加到該罐型電池的縱向壓縮引起的罐變形時，該端板與該罐的內表面是可接觸的。
10.如權利要求9所述的蓋組件，其中該絕緣板具有在該端子通孔周圍的第一側，該第一側形成與該端板相對應的尺寸，并且其中該絕緣板具有延伸預定寬度的第二側，從而該第一電極板的第一電極接片可焊接到該端板上。
11.如權利要求9所述的蓋組件，其中該絕緣板具有底板，該底板具有側端、側面以及從每個側端和側面突出的側壁，并且其中該側壁被從該端子通孔周圍的絕緣板的至少一部分上去除。
12.如權利要求9所述的蓋組件，其中該絕緣板具有底板，該底板具有帶有預定寬度的側端壁。
13.如權利要求12所述的蓋組件，其中該側端壁的寬度等于或者小于該絕緣板寬度的50％。
14.如權利要求11所述的蓋組件，其中該側壁的高度等于或者大于該端板的高度。
15.如權利要求11所述的蓋組件，其中該絕緣板具有形成在該側壁上、位于該第一電極接片可焊接處的焊接槽。
16.如權利要求9所述的蓋組件，其中該第一電極板和該第二電極板分別被形成為負極板和正極板。
全文摘要
一種罐型二次電池適于當出現(xiàn)由于外部沖擊力引起的該二次電池變形時，促使該二次電池內的金屬之間短路，以便減少熱量產生并改進二次電池的安全性。
文檔編號H01M2/04GK1728415SQ20051008888
公開日2006年2月1日 申請日期2005年7月29日 優(yōu)先權日2004年7月30日
發(fā)明者金昌燮 申請人:三星Sdi株式會社