專利名稱：用于鋰離子電池的整合性電流中斷裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明關(guān)于鋰離子電池，尤其關(guān)于用于鋰離子電池的整合性電流中斷裝置。
背景技術(shù)：
攜帶型電子裝置中的鋰離子電池組通?；谄溆猛径?jīng)歷不同的充電、放電及儲存的例行程序。采用鋰離子電池化學(xué)品的電池組在被不當(dāng)充電、短路或暴露于高溫時可產(chǎn)生氣體。此氣體可為可燃的且可損害此種電池組的可靠性及安全性。通常采用一電流中斷裝置(current interrupt device, CID)以利用在電池組內(nèi)部的壓力大于一預(yù)定值時中斷自電池組的電流路徑，而提供防止電池組
中的任何過量內(nèi)部壓力增大的保護(hù)。CID通常包括彼此電連通的第 一及第二導(dǎo)電板。第一及第二導(dǎo)電板又分別與電池組的一電極及一端子電連通。當(dāng)電池組內(nèi)部的壓力大于一預(yù)定值時，第二導(dǎo)電板與CID的第一導(dǎo)電板分離(例如，變形離開第一導(dǎo)電板或與第一導(dǎo)電板脫離)，以中斷在電極與端子之間的電流。
一般而言，然而，已并入至電池組內(nèi)的CID由于在電池組內(nèi)占據(jù)了大量空間而顯著地限制電池組的容量。此外， 一般而言，與電池組的負(fù)極端子電連通的正熱系數(shù)(positive thermal coefficient, PTC )層置放于CID上，且也占據(jù)電池組內(nèi)的空間。通常在電池組中采用PTC層以提供抵抗電池組外部的短路的保護(hù)，即，利用在供應(yīng)過電流或過電壓時中斷電流路徑。
因此，需要一種容納用于保障電池組的安全性的CID且也使CID在電池組內(nèi)所占據(jù)的空間最小化的新電池組設(shè)計。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種電池組，其整合有一與該電池組的一電池組外殼電連通的CID,也關(guān)于一種包括多個此種電池組(或電池)的電池組封裝，且為關(guān)于一種制備此種電池組的方法。
在一實施例中，本發(fā)明針對一種電池組，其包含
a) —第一端子，其與該電池組的一第一電極電連通；
b) —第二端子，其與該電池組的一第二電極電連通；
c) 一電池組外殼，其與該第一端子電絕緣，其中該電池組外殼的至少一部分為該第二端子的至少一組件或電連接至該第二端子；及
d) 至少一個CID,其與該電池組外殼電連通。該電池組外殼包括彼此電連通的一電池套管及一蓋。該CID包括 一第一導(dǎo)電板，其與該第二電極電連通；及一第二導(dǎo)電板，其與該第一導(dǎo)電板電連通。在一實施例中，該第二導(dǎo)電板也與該電池組外殼電連通。該第二導(dǎo)電板在該電池組內(nèi)部的壓力大于一預(yù)定值時與該第一導(dǎo)電板分離，借此中斷在該第二電極與該第二端子之間的電流流動。
在另一實施例中，本發(fā)明針對一種生產(chǎn)一電池組的方法。該方法包含以下步驟a)將一第一電極及一第二電極安置于一包括一電池套管及一蓋的電池組外殼內(nèi)，該電池組外殼與該第二電極電連通；b)形成一與該第一電極電連通且與該電池組外殼電絕緣的第一端子；c)形成一第二端子，其中該電池組外殼的至少一部分為該第二端子的一組件或電連接至該第二端子；及d)形成一與該電池組外殼電連通的CID。該CID包括i)一第一導(dǎo)電板，其與該第二電極電連通；及ii)一第二導(dǎo)電板，其與該第一導(dǎo)電板電連通。該第二導(dǎo)電板在該電池組內(nèi)部的壓力大于一預(yù)定值時與該第一導(dǎo)電板分離，借此中斷在該第二電極與該第二端子之間的電流流動。
在又一實施例中，本發(fā)明針對一種包含多個電池的電池組封裝，該等電池中的每一者具有如上文針對本發(fā)明的電池組所描述的特征。
在本發(fā)明的電池組中，該CID的至少一部分可為該電池組外殼的一部分或在該電池組外殼的外部，因為該CID與該電池組外殼電連通，借此將CID在電池組內(nèi)占據(jù)的空間最小化。另外，在一些實施例中， 一通常與該等電池組的負(fù)極端子電連通的PTC層可獨(dú)立于CID而置放，其中該等電池組的負(fù)極端子與該電池組外殼電絕緣。此設(shè)計允許該電池組外殼內(nèi)有額外可用空間以容納更多活性陰極及陽極材料(例如，糊膠巻(jelly roll)),借此允許電池組有較高容量。電池容量的此增大對含有多個本發(fā)明電池的電池組封裝而言可尤為顯著，且對棱柱形電池尤為顯著。本發(fā)明的電池組例如可用于諸如膝上型計算機(jī)的個人計算機(jī)、行動電話及混合動力車輛。


圖1為本發(fā)明的棱柱形電池組的示意圖；圖2A為本發(fā)明的棱柱形電池組的俯^L圖；圖2B為本發(fā)明的棱柱形電池組的橫截面圖3為本發(fā)明中的個別電池共同配置于本發(fā)明的電池組封裝中時如何較佳連接的示意電路圖4A為本發(fā)明的圓柱形電池組的示意圖4B為圖4A的圓柱形電池組的底部部分的仰^L圖。
具體實施例方式
自附隨圖式中所說明的本發(fā)明的實施例的以下更特定描述，將易于了解上
述內(nèi)容。圖式未必按比例繪制，而是將重點(diǎn)i文在說明本發(fā)明的實施例上。
如本文所使用的，本發(fā)明的電池組的「端子」(terminal)意謂電池組的連接有外部電路的部分或表面。
本發(fā)明的電池組通常包括一與一第一電極電連通的第一端子，及一與一第二電極電連通的第二端子。第一及第二電極包含于本發(fā)明的電池組的電池套管內(nèi)，例如，以r糊膠巻」形式。第一端子可為一與電池組的正電極電連通的正極端子，或為一與電池組的負(fù)電極電連通的負(fù)極端子，且對于第二端子而言反
之也然。較佳地，第一端子為一與電池組的負(fù)電極電連通的負(fù)極端子，且第二端子為一與電池組的正電極電連通的正極端子。
如本文所《吏用的，詞纟且r電連4妄」(electrically connected)或r電連通J (inelectrical communication)意謂某些部分經(jīng)由電子流過導(dǎo)體而彼此連通，與涉及離子(諸如，Li+)流過電解質(zhì)的電化學(xué)連通不同。
圖l展示本發(fā)明的一個實施例的電池組10。圖2A及圖2B分別展示電池組10的俯視圖及橫截面圖。
如圖l所示，電池組10包括第一電極12及第二電極14。第一電極12電連接至饋通裝置16，該饋通裝置16包括接近第一電極12的第一組件18，及遠(yuǎn)離第一電極12的第二組件20。電極12、 14置放于包括電池套管22及蓋24的電池組外殼21內(nèi)部，即，置放于由電池套管22及蓋24界定的內(nèi)部空間27中。電池組10的電池套管22及蓋24彼此電連通。
如本文所使用的，術(shù)語「饋通」(feed-through)包括連接電池套管22及蓋24所界定的內(nèi)部空間27內(nèi)的電池組10的電極12與在所界定的內(nèi)部空間的外部的電池組的組件的任何材料或裝置。較佳地，饋通裝置16延伸穿過蓋24所界定的穿透孔。饋通裝置16也可穿透蓋24而不變形(諸如，彎曲、扭曲及/或折迭)，且可增大電池容量。使用此種饋通裝置的一個益處包括與載流舌片折迭或彎曲至電池套管中且與內(nèi)部電極相焊接的現(xiàn)有鋰電池組的電池容量相比較，歸因于增大的體積利用率的電池容量有潛在增大(例如，5-15%)。此項技術(shù)中已知的任何其它適當(dāng)構(gòu)件可用于本發(fā)明中以連接電極12與在電池
ii組外殼21的外部的電池組的組件(例如，電池組的端子)。
電池套管22及蓋24可由在電池組(諸如，本發(fā)明的鋰離子電池組)的給定電壓下基本上電及化學(xué)穩(wěn)定的任何適當(dāng)導(dǎo)電材料制成。電池套管22的適當(dāng)材料的實例包括鋁、鎳、銅、鋼、鍍鎳鐵、不銹鋼及其組合。較佳地，電池套管22具有或包括鋁。蓋24的適當(dāng)材料的實例與針對電池套管22所列舉的彼等材料相同。較佳地，蓋24由與電池套管22相同的材料制成。在一更佳實施例中，電池套管22與蓋24兩者具有或包括鋁。蓋24可利用此項技術(shù)中已知的任何適當(dāng)方法密閉地密封電池套管22。較佳地，蓋24及電池套管22焊接至彼此。又，可在本發(fā)明中釆用此項技術(shù)中已知的將蓋24電連接至電池套管22的其它形式，諸如，巻曲皺折(crimping )。
電池組外殼21 (例如，蓋24)例如利用一絕緣墊片(未圖標(biāo))與饋通裝置16電絕緣。絕緣墊片由適當(dāng)絕緣材料形成，諸如，聚丙烯、聚氟乙烯(PVF)等。
電池組外殼21的電池套管22及蓋24中的至少 一者經(jīng)由CID 28與電池組10的第二電極14電連通。電池組外殼21(即，電池套管22及蓋24)與電池組IO的第一端子電絕緣，且電池組外殼21的至少一部分為電池組IO的第二端子的至少一組件或電連接至第二端子。在較佳實施例中，蓋24的至少一部分或電池套管22的底部用作電池組10的第二端子，且^t赍通裝置16包括頂部導(dǎo)電層26,該頂部導(dǎo)電層26可用作與第一電極12電連通的電池組10的第一端子。第一組件18、第二組件20及頂部導(dǎo)電層26可各自獨(dú)立地由此項技術(shù)中已知的任何適當(dāng)導(dǎo)電材料制成，例如，鎳。
本發(fā)明的電池組10包括CID 28。盡管電池組10中采用了一個CID 28,但本發(fā)明可采用一個以上CID28。 CID28包括彼此電連通(例如，利用焊接、巻曲皺折、鉚接…等)的第一導(dǎo)電板30及第二導(dǎo)電板32。第一導(dǎo)電板30與第二電極14電連通，且第二導(dǎo)電板32與電池組外殼21 (例如，蓋24)電接觸。
在CID28中，在電池組內(nèi)部的表壓大于一 (例如)在約5 kg/cm2與約10 kg/cm2之間的預(yù)定值時，第二導(dǎo)電板32與第一導(dǎo)電板30分離(例如，變形離開第一導(dǎo)電板或與第一導(dǎo)電板脫離)，借此在第二電極14與電池組外殼21之間的電流流動被中斷，其中該電池組外殼21的至少一部分為第二端子的至少一組件或電連接至第二端子。
較佳地，在第二導(dǎo)電板32與第一導(dǎo)電板30分離時，第二導(dǎo)電板32中并未出現(xiàn)斷裂，使得電池組10內(nèi)部的氣體并未經(jīng)由第二導(dǎo)電板32漏出。在內(nèi)部壓力持續(xù)增大且達(dá)到一啟動一或多個排氣構(gòu)件56 (例如，在電池套管22的電池壁或底部部分或在第二導(dǎo)電板32處)的預(yù)定壓力時，氣體可經(jīng)由排氣構(gòu)件56離開電池組10,此將在下文詳細(xì)論述。在一些實施例中，例如在約10kg/cm2與約20 kg/cm2之間的啟動排氣構(gòu)件56的預(yù)定表壓值乃高于例如在約5 kg/cm2與約10 kg/cm2之間的啟動CID28的預(yù)定表壓值。此特征有助于防止過早氣體泄漏，而過早氣體泄漏可損壞正常運(yùn)作的相鄰電池組(或
電池)。因此，在本發(fā)明的電池組封裝中的多個電池中的一者祐:損壞時，其它
完好的電池并未被損壞。應(yīng)注意，適用于CID 28的啟動的表壓值或子范圍及適用于排氣構(gòu)件56的啟動的表壓值或子范圍選自預(yù)定表壓范圍，使得在選定壓力值或子范圍之間并無重迭。較佳地，用于CID28的啟動的表壓的值或范圍及用于排氣構(gòu)件56的啟動的表壓的值或范圍相差至少約2 kg/cm2壓差，更佳相差至少約4 kg/cm2,甚至傘支佳相差至少約6 kg/cm2,諸如，相差約7 kg/cm2 。
在一較佳實施例中，CID 28進(jìn)一步包括在第一導(dǎo)電板30與第二導(dǎo)電板32之間的絕緣體34 (例如，絕緣層或絕緣墊片)。CID 28與電池組的電池套管22電連通。在CID28中，在電池組內(nèi)部的壓力大于一(例如)在約5 kg/cm2與約10 kg/cm2之間的范圍中的內(nèi)部表壓的預(yù)定值時，第二導(dǎo)電板與第一導(dǎo)電板分離(例如，變形離開第一導(dǎo)電板或與第一導(dǎo)電板脫離)，借此中斷在第二電極與第二端子之間的電流流動。
在另一較佳實施例中，CID 28的第一導(dǎo)電板30及絕緣體34中的至少一者包括至少一個孔(例如，圖1中的孔36或38)，電池組10內(nèi)的氣體穿過該至少一個孔與第二導(dǎo)電板32流體連通。
在一具體實施例中，CID 28進(jìn)一步包括安置于第二導(dǎo)電板32上且界定至少一個孔42的端板40，第二導(dǎo)電板32穿過該至少一個孔42與電池組外部的大氣流體連通。在一更具體實施例中，端板40為電池組外殼21的一部分，如圖1所示，其中端板40為電池組外殼21的蓋24的一部分。在另一更具體實 施例中，端板40處于電池組10的電池組外殼21處(例如，在電池組外殼21 的蓋24的上方、下方或蓋24處)且與電池組外殼21電連通。
本發(fā)明中的CID 28置放于電池組外殼21內(nèi)，或者，CID28的一部分在 電池組外殼21內(nèi)且CID28的另一部分在電池組外殼21處或上方。或者，CID 28可利用任何適當(dāng)方法電連接至蓋24，諸如，焊接、巻曲皺折…等。在一具 體實施例中，CID28的至少一個組件，即第一導(dǎo)電板30及第二導(dǎo)電板32、絕 緣體34及端板40定位于電池組外殼21內(nèi)。在另一具體實施例中，CID28的 至少一個組件，例如，第一導(dǎo)電板30及第二導(dǎo)電板32、絕緣體34及端板40 位于電池組外殼21 (例如，蓋24)的凹座內(nèi)。在又一具體實施例中，第一導(dǎo) 電板30及第二導(dǎo)電板32以及端板40中的至少一者為電池組外殼21 (例如， 蓋24)的一組件，或為電池套管22的側(cè)面或底部。在一更具體實施例中，第 一導(dǎo)電板30及第二導(dǎo)電板32以及端板40中的至少一者為電池組外殼21 (例 如，蓋24)的一部分，或為電池套管22的側(cè)面或底部。甚至更具體而言，第 一導(dǎo)電板30及第二導(dǎo)電板32以及端板40中的至少一者壓印或沖壓于蓋24 處，或壓印或沖壓于電池套管22的側(cè)面或底部，較佳在蓋24處。在另一更具 體實施例中，端板40為蓋24的一部分(例如，經(jīng)壓印或沖壓)，且第一導(dǎo)電 板30及第二導(dǎo)電板32置放于電池套管22內(nèi)，如圖1所示。
第一導(dǎo)電板30及第二導(dǎo)電板32可由此項技術(shù)中已知的用于電池組的任何 適當(dāng)導(dǎo)電材料制成。適當(dāng)材料的實例包括鋁、鎳及銅，較佳為鋁。較佳地，電 池組外殼21(例如，電池套管22及蓋24)、第一導(dǎo)電板30及第二導(dǎo)電板32 由實質(zhì)上相同的金屬制成。如本文所使用的，術(shù)語「實質(zhì)上相同的金屬J (substantially the same metals)意謂在給定電壓(例如，電池組的運(yùn)作電壓)下 具有實質(zhì)上相同的化學(xué)及電化學(xué)穩(wěn)定性的金屬。更佳地，電池組外殼21、第 一導(dǎo)電板30及第二導(dǎo)電板32由相同金屬制成，諸如，鋁。
電池套管22 (例如，電池壁或底部部分)包括作為必要時(諸如，在鋰 離子電池組10內(nèi)的表壓大于一在約10 kg/cm2與約20 kg/cm2之間的值 時)用于對內(nèi)部空間27進(jìn)行排氣的構(gòu)件的至少一個排氣構(gòu)件56。在一些實施 例中，第二導(dǎo)電板32包括至少一個排氣構(gòu)件56 (未圖示)。應(yīng)了解，可采用任何適當(dāng)類型的排氣構(gòu)件，只要該等構(gòu)件在正常電池組運(yùn)作條件下提供密閉密
封便可。排氣構(gòu)件的多種適當(dāng)實例描述于2005年9月16日提出申請的美國臨 時申請案第60/717,898號，其完整教示以引用方式并入本文中。
排氣構(gòu)件56的具體實例包括排氣劃痕。如本文所使用的，術(shù)語「劃痕」 (score)意謂電池套管(諸如，電池套管22)的區(qū)段的部分切口，其經(jīng)設(shè)計以允 許電池壓力及任何內(nèi)部電池組件在一界定的內(nèi)部表壓(例如，在約10 kg/cm2 與約20 kg/cm2之間)下被放泄。較佳地，排氣劃痕經(jīng)定向地定位以遠(yuǎn)離使 用者和/或鄰近電池。如圖所示，可采用一個以上排氣劃痕。在一些實施例中， 可采用圖案排氣劃痕。排氣劃痕可與電池套管22的形狀產(chǎn)生期間的電池套管 材料的主要拉伸(或抽拉)方向平行、垂直、成對角線。也慮及排氣劃痕性質(zhì)， 諸如，深度、形狀及長度(尺寸)。
本發(fā)明的電池組可進(jìn)一步包括一與第一端子或第二端子電連通、較佳與第 一端子電連通的正熱系數(shù)層(PTC)。適當(dāng)PTC材料為此項技術(shù)中已知的彼等 材料。 一般而言，適當(dāng)PTC材料為在暴露于超過設(shè)計臨限的電流時電導(dǎo)率隨 著溫度升高而降低若干數(shù)量級(例如，104至106或更大)的材料。 一旦電 流降低至低于一適當(dāng)臨限， 一般而言，PTC材料實質(zhì)上返回至其初始電阻率。 在一適當(dāng)實施例中，PTC材料包括多晶陶資中的少量半導(dǎo)體材料，或嵌有碳粒 的塑料或聚合片。當(dāng)PTC材料的溫度達(dá)到一臨界點(diǎn)時，半導(dǎo)體材料或具有嵌 入碳粒的塑料或聚合物形成一電流障壁且使得電阻急速增大。電阻率急速增大 時的溫度可利用調(diào)整PTC材料的組份而改變，如此項技術(shù)中已知。PTC材料 的r運(yùn)作溫度j為PTC展現(xiàn)出約在其最高電阻與最低電阻之間的中間處的電 阻率時的溫度。較佳地，本發(fā)明中所采用的PTC層的運(yùn)作溫度在約70。C與約 15(TC之間。
具體PTC材料的實例包括含有少量鈦酸鋇(BaTi03)的多晶陶瓷，及包 括碳粒嵌入于其中的聚烯烴?？少彽玫陌ㄒ粖A置于兩個導(dǎo)電金屬層之間的 PTC層的PTC迭層的實例包括Raychem公司所制造的LTP及LR4系列。一 般而言，PTC層具有在約50 至約300 |im的范圍內(nèi)的厚度。
較佳地，PTC層包括導(dǎo)電表面，其總面積為電池組10的蓋24或底部的總 表面積的至少約25%或至少約50% (例如，約48%或約56°/。 )。 PTC層的導(dǎo)電表面的總表面積可為電池組10的蓋24或底部的總表面積的至少約56%。電池 組10的蓋24的總表面積的高達(dá)100。/?？捎蒔TC層的導(dǎo)電表面占據(jù)?；蛘?，電 池組10的底部的整體或部分可由PTC層的導(dǎo)電表面占據(jù)。
PTC層可定位于電池外殼(例如，電池套管22的蓋24或底部部分)的內(nèi) 部或外部，較佳定位于電池外殼的外部，例如，在電池外殼的蓋24上方。
在一較佳實施例中，PTC層位于第一導(dǎo)電層與第二導(dǎo)電層之間，且第二導(dǎo) 電層的至少一部分為第一端子的至少一組件或電連接至第一端子。在一更佳實 施例中，第一導(dǎo)電層連接至饋通裝置。夾置于第一導(dǎo)電層與第二導(dǎo)電層之間的 此種PTC層的適當(dāng)實例描述于2006年6月23日提出申請的美國專利申請案 第11/474,081號，其完整教示以引用方式并入本文中。
較佳地，本發(fā)明的電池組的電池為可再充電的，諸如，可再充電的鋰離子 電池或電、池纟且。
本發(fā)明的電池或電池組可為任何適當(dāng)形狀，例如，圓柱形或棱柱形。在一 些實施例中，本發(fā)明的電池組的電池為圓柱形的(例如，26650、 18650或14500 組態(tài))，如圖4A及圖4B所示。圖4B展示圖4A的電池組10A的電池套管22 的底部部分。在此等實施例中，較佳地，與第一電極12電連通的饋通裝置16 處的導(dǎo)電層26置放于電池套管22的底部部分，如圖4B所示。導(dǎo)電層26可 用作電池組10A的第一端子。在此等實施例中，較佳地，至少一個排氣構(gòu)件 56置放于電池套管22的底部部分處(參見圖4B)。或者，排氣構(gòu)件56可置 放于第二導(dǎo)電板32 (未圖示)處。包括較佳特征的圓柱形電池組10A的每一 組件的特征如上文針對電池組10所描述。
在一些其它實施例中，本發(fā)明的電池或電池組為棱柱形的，如圖1所示(堆
?；蚶p繞，例如，183665或103450組態(tài))。4交佳^>,本發(fā)明的電池或電池組 為長橢圓的棱柱形形狀。盡管本發(fā)明可使用所有類型的棱柱形電池套管，但部 分歸因于下文所描述的兩個特征，長橢圓的電池套管較佳。
在比較相同外部體積的堆棧時，長橢圓形狀(諸如，183665形狀因子) 的可用內(nèi)部體積大于兩個18650電池的體積。在組裝至電池組封裝中時，長橢 圓電池可更充分利用電池組封裝所占據(jù)的空間。此使得能夠達(dá)成可增大關(guān)鍵效 能特征而并不相對于當(dāng)前工業(yè)所達(dá)到的電池容量而損失電池容量的對內(nèi)部電
16池組件的新穎設(shè)計變化。歸因于較大可用體積，吾人可選擇使用具有相對較高 循環(huán)壽命及較高速率能力的較薄電極。此外，長橢圓可具有較大可撓性。舉例 而言，長橢圓形狀外殼與圓柱形外殼相比較在「腰部J處更具可撓性，而在當(dāng) 充電時堆棧壓力增大時圓柱形外殼僅允許較小可撓性。增大的可撓性降低電極 的機(jī)械疲勞，以此方式又引起較高循環(huán)壽命。而且，電池組中分離器的孔隙的 阻塞可由相對低的堆棧壓力來改良。
與棱柱形電池相比較，長橢圓形電池可具有一允許相對較高安全性的尤其 需要的特征。長橢圓形狀提供糊膠巻能適貼配合，此使電池組所必需的電解質(zhì) 的量最小化。相對較少量的電解質(zhì)在誤用情形期間引起較少的可用反應(yīng)材料及 因此引起較高安全性。另外，歸因于較少量的電解質(zhì)，成本降低了。在具有堆 棧式電極結(jié)構(gòu)(其橫截面為長方形)的棱柱形外殼的情況下，可能充分利用體 積而并不需要不必要的電解質(zhì)，但此類外殼設(shè)計較難且因此就制造觀點(diǎn)而言成 本較高。
參看圖3,在本發(fā)明的一些實施例中，本發(fā)明的多個鋰離子電池組(例如， 2至5個電池)可連接于電池組封裝中，其中電池組(電池)中的每一者彼此 串聯(lián)、并聯(lián)或串聯(lián)及并聯(lián)連接。在本發(fā)明的一些電池組封裝中，電池組之間并 無并聯(lián)連接。
較佳地，至少一個電池具有一棱柱形電池套管，且更佳地，具有一長橢圓 形電池套管，如圖l所示。更佳地，至少一個電池具有183665組態(tài)。較佳地， 電池組封裝中電池的容量通常等于或大于約3.0Ah,更佳等于或大于約4.0Ah。 電池的內(nèi)部阻抗較佳小于約50毫奧姆(milliohm)，且更佳小于30毫奧姆。
本發(fā)明的鋰離子電池組及電池組封裝可用于攜帶型功率裝置，諸如，攜帶 型計算機(jī)、動力工具、玩具、攜帶型電話、攝錄機(jī)、PDA…等。在使用鋰離子 電池組的攜帶型電子裝置中，其充電一般而言設(shè)計為4.20V充電電壓。因此， 本發(fā)明的鋰離子電池組及電池組封裝尤其可用于此等攜帶型電子裝置。
本發(fā)明也包括產(chǎn)生一如上文所描述的電池組(諸如，鋰離子電池組)的方 法。該方法包括形成一如上文所描述的電池套管，且將第一電極及第二電極安 置于該電池套管內(nèi)。形成一如上文所描述的電流中斷裝置(例如，電流中斷裝 置28)且將其與該電池套管電連接。用于本發(fā)明的鋰離子電池組的正電極及負(fù)電極及電解質(zhì)可由此項技術(shù)中 已知的適當(dāng)方法形成。
雜的任何材料。此種材料的實例包括含碳材料，例如，非石墨碳、人造碳、人 造石墨、天然石墨、熱解碳、諸如瀝青焦炭、針狀焦炭、石油焦炭的焦炭、石 墨、玻化碳、或利用將酚樹脂、呋喃樹脂...等碳化而獲得的經(jīng)熱處理的有機(jī)聚 合化合物、碳纖維，及活性碳。此外，金屬鋰、鋰合金及其合金或化合物可用 作負(fù)極活性材料。特定而言，可與鋰形成合金或化合物的金屬元素或半導(dǎo)體元
素可為IV族金屬元素或半導(dǎo)體元素，諸如(但不限于)硅或錫。特定而言，
摻雜有過渡金屬(諸如，鈷或鐵/鎳)的非晶錫為適合用作此等類型的電池組 中的陽極材料的金屬。允許以相對基本的位能將鋰摻雜于其中或從其中解除摻 雜的氧化物(諸如，氧化鐵、氧化釕、氧化鉬、氧化鎢、氧化鈦及氧化錫)及 類似氮化物可用作負(fù)極活性材料。
用于正電極的適當(dāng)正極活性材料包括此項技術(shù)中已知的任何材料，例如，
鎳酸鋰(例如，Li1 + xNiM'02)、鈷酸鋰(例如，Li1 + xCo02)、橄欖石 型化合物(例如，Li1+xFeP04)、錳尖晶石(例如，Li1 + x9Mn2.y904 ( x9 及y9 各自獨(dú)立地大于等于零且小于等于0.3 ),或 Li1 + xl(Mn2-ylA'y2)2.x2Ozl ( xl及x2各自獨(dú)立地大于等于0.01且小于 等于0.3; yl及y2各自獨(dú)立地大于等于O.O且小于等于0.3; zl大于等 于3.9且小于等于4.1)，及其混合物。適當(dāng)正極活性材料的多種實例可在2005 年12月23日提出申請的國際申請案第PCT/US2005/047383號、2006年7月 12曰提出申請的美國專利申請案第11/485,068號、及2007年6月22日提出 申請、代理人案號為3853.1001-015的發(fā)明名稱為「 Lithium-Ion Secondary Battery」的國際申請案，其完整教示以引用方式并入本文中。
在一具體實施例中，用于本發(fā)明的正電極的正極活性材料包括鈷酸鋰，諸
如，Li(1+x8)CoOz8。 更具體而言，本發(fā)明可采用約60-90重量％ (例如， 約80重量％)的鈷酸鋰(諸如，Li(1+x8)CoOz8 )及約40-10重量％ (例 如，約20重量％)的錳尖晶石(例如，具有約100-115 mAh/g)(諸如， Li ( 1+xl) Mn2Ozl，較佳為Li ( 1+xl) Mn204 )的混合物。值xl大于等于零且小于等于0.3(例如，0.05 Sxl ^ 0.15 )。值zl大于等于3.9且大于等于4.2。 值x8大于等于零且小于等于0.2。值z8大于等于1.9且小于等于2.1。
在另 一具體實施例中，用于本發(fā)明的正極活性材料包括一包括鈷酸鋰(諸 如,Li(1 + x8) CoOz8 )及由經(jīng)驗公式Lid+xD(MrM.^A'y2)2.x20z,表示的錳 尖晶石的混合物。值xl及x2各自獨(dú)立地大于等于0.01且小于等于0.3。值yl 及y2各自獨(dú)立地大于等于0.0且小于等于0.3。值zl大于等于3.9且小于等于 4.2。 A'為由鎂、鋁、鈷、鎳及鉻組成的群中的至少一種。更具體而言，鈷酸 鋰及錳尖晶石之間的鈷酸鋰:錳尖晶石的重量比率在約0.95:0.05與約0.9:0.1至 約0.6:0.4之間。
在又一具體實施例中，用于本發(fā)明的正極活性材料包括一包括100。/()的鈷 酸鋰(諸如，Li(1+x8)CoOz8 )的混合物。
在又一實施例中，用于本發(fā)明的正極活性材料包括選自由以下各者組成的 群的至少一種鋰氧化物a)鈷酸鋰；b)鎳酸鋰；c)由經(jīng)驗公式 Lid+d)(MnL^A'y2)2-x20z,表示的錳尖晶石；d)由經(jīng)驗公式 Li(1+xUMn2Ozl或Li1 + x9Mn2.y904表示的錳尖晶石；及e)由經(jīng)驗公式 Lid.xio)A"uoMP04表示的橄欖石型化合物。xl、 zl、 x9及y9的值為如上 文所描述。值x2大于等于0.01且小于等于0.3。 yl及y2的值各自獨(dú)立地大于 等于0.0且小于等于0.3。 A'為由鎂、鋁、鈷、鎳及鉻組成的群中的至少一種。 值x10大于等于0.05且小于等于0.2，或值x10大于等于0.0且小于等于0.1。 M為由鐵、錳、鈷及鎂組成的群中的至少一種。A"為由鈉、鎂、鈣、鉀、鎳 及鈮組成的群中的至少 一種。
可用于本發(fā)明的鎳酸鋰包括Li原子或Ni原子或兩者的至少一種改質(zhì)劑。 如本文所使用的，r改質(zhì)劑」(modifier)意謂占據(jù)LiNi02的晶體結(jié)構(gòu)中Li原 子或Ni原子或兩者的位置的取代原子。在一實施例中，鎳酸鋰僅包括一種Li 原子的改質(zhì)劑或Li原子的取代物(「Li改質(zhì)劑」)。在另一實施例中，鎳酸鋰僅 包括一種Ni原子的改質(zhì)劑或Ni原子的取代物(「Ni改質(zhì)劑J)。在又一實施例 中，鎳酸鋰包括Li改質(zhì)劑及Ni改質(zhì)劑兩者。Li改質(zhì)劑的實例包括鋇(Ba)、 鎂(Mg)、釣(Ca)及鍶(Sr)。 Ni改質(zhì)劑的實例包括用于Li的彼等改質(zhì)劑， 以及鋁(Al)、錳(Mn)及硼(B)。 Ni改質(zhì)劑的其它實例包括鈷(Co)及鈥(Ti)。較佳地，鎳酸鋰涂布有LiCo02。涂布可例如為梯度涂布或按點(diǎn)涂布。 可用于本發(fā)明中的 一 種特定類型的鎳酸鋰由經(jīng)驗通式 Lix3Ni卜z3M'z302表示，其中0.05 < x3 <1.2且0 <z3 <0.5,且M' 為選自由Co、 Mn、 Al、 B、 Ti、 Mg、 Ca及Sr組成的群的一或多種 元素。較佳地，M'為選自由Mn、 Al、 B、 Ti、 Mg、 Ca及Sr組成的群 的一或多種元素。
可用于本發(fā)明中的另 一 特定類型的鎳酸鋰由經(jīng)驗通式 Lix4A*x5Ni(1.y4.z4)Coy4QZ4Oa表示，其中x4大于等于約0.1且小于等于 約1.3; x5大于等于0.0且小于等于約0.2; y4大于等于0.0且小于等于約0.2; z4大于等于約0.0且小于等于約0.2; a大于約1.5且小于約2.1; A*為由鋇(Ba )、 鎂(Mg)及鈣(Ca)組成的群中的至少一者；及Q為由鋁(Al)、錳(Mn) 及硼(B)組成的群中的至少一者。較佳地，y4大于零。在一較佳實施例中， x5等于零，且z4大于O.O且小于等于約0.2。在另一實施例中，z4等于零， 且x5大于O.O且小于等于約0.2。在又一實施例中，x5及z4各自獨(dú)立地大于 O.O且小于等于約0.2。在又一實施例中，x5、 y4及z4各自獨(dú)立地大于O.O且 小于等于約0.2。 x5、 y4及z4各自獨(dú)立地大于0.0且小于等于約0.2的鎳酸鋰 的各種實施例可在美國專利第6，855，461號及第6,921,609號中找到(其完整教 示以引用方式并入本文中)。
鎳酸鋰的一具體實例為LiNi。.8Co。.i5Alo.o502。一較佳具體實例為涂布
有LiCo02的LiNio.8Coo.^A1().0502。在按點(diǎn)涂布式陰極中，LiCo02未 完全涂布鎳酸鹽核心粒子。涂布有LiCo02的LiNio.8Co()」5A1().()502的組 份可自然地稍偏離于在Ni:Co:Al之間0.8:0.15:0.05的重量比率的組份。 該偏離對于Ni可在約10-15%、對于Co為5-10%及對于Al為2-4%。
鎳酸鋰的另一具體實例為Li。.97Mgo.()3Ni().9COu02。 一較佳具體實例為涂
布有 LiCo02 的Lio.97Mgo.03Nio.9Coo.iO2 。'凃布有 LiCo02 的 Lio.97Mgo.03Nio.9Coo.iO2的組份可自然地稍偏離于在Mg:Ni:Co之間的 0.03:0.9:0.1的重量比率的組份。該偏離對于Mg可在約2-4Q/o、對于Ni為10-15% 及對于Co為5-10% 。 可用于本發(fā)明的另一較佳鎳酸鹽為 Li(Ni1/3Co1/3Mn1/3)02,其也被稱為r 333型鎳酸鹽J。此333型鎳酸鹽視情況可涂布有LiCo02,如上文所描述。
可用于本發(fā)明的鈷酸鋰的適當(dāng)實例包括由Li或Co原子中的至少一種改質(zhì) 的Li"^Co02。 U改質(zhì)劑的實例如上文針對鎳酸鋰的Li所描述。Co改質(zhì)劑 的實例包括用于Li的改質(zhì)劑及鋁(Al)、錳(Mn)及硼(B)。其它實例包括
鎳(Ni)及鈦(Ti)，且特定而言由經(jīng)驗通式Lix6MV-y6)C0(Lz6)M"z602
表達(dá)的鈷酸鋰可用于本發(fā)明中，其中x6大于0.05且小于1.2; y6大于等于0 且小于0.1; z6大于等于0且小于0.5; M'為錳(Mn)及鈉(Na)中的至少一 者，且M"為由錳(Mn)、鋁(Al)、硼(B)、鈦(Ti)、鎂(Mg)、鈣(Ca) 及鍶(Sr)組成的群中的至少一者?？捎糜诒景l(fā)明中的鈷酸鋰的另一實例為未 經(jīng) 文質(zhì)的Lh+xsCo02,諸如，LiCo02。在一具體實施例中，鈷酸鋰(例如， LiCo02)摻雜有Mg ^/或涂布有折射性氧化物或磷酸鹽，諸如，Zr02或 A1(P04)。
尤其較佳的是，所采用的氧化鋰化合物具有球狀形態(tài)，因為咸信此改良了 封裝及其它與產(chǎn)生有關(guān)的特征。
較佳地，鈷酸鋰及鎳酸鋰中的每一者的晶體結(jié)構(gòu)獨(dú)立地為R-3m型空間群 (菱形六面體，包括變形的菱形六面體)?；蛘哝囁徜嚨木w結(jié)構(gòu)可為單斜空 間群(例如，P2/m或C2/m)。在R-3m型空間群中，鋰離子占據(jù)「3a」位 置(x=0、 y=0及z=0)且過渡金屬離子(即，鎳酸鋰中的Ni及鈷酸鋰中的Co) 占據(jù)「3bJ位置(x=0、 y=0、 z=0.5)。氧定位于「 6a J位置(x=0、 y=0、 z=z0， 其中z0取決于金屬離子(包括其 文質(zhì)劑)的本質(zhì)而變化)。
適用于本發(fā)明中的橄欖石型化合物的實例通常由通式Li卜x2A"x2MP04
表示，其中x2大于等于0.05，或x2大于等于0.0且小于等于0.1; M為選自 由Fe、 Mn、 Co或Mg組成的群的一或多種元素；及A"選自由Na、 Mg、 Ca、 K、Ni、Nb組成的群。較佳地，M為Fe或Mn。更佳地，LiFeP04或LiMnP04 或兩者用于本發(fā)明。在一較佳實施例中，橄欖石型化合物涂布有具有相對較高 電導(dǎo)率的材料，諸如，碳。在一更佳實施例中，涂布有碳的LiFeP04或涂布 有碳的LiMnP04用于本發(fā)明中。橄欖石型化合物的多種實例(其中M為Fe 或Mn)可在美國專利第5,910,382號中找到(其完整教示以引用方式并入本 文中)。
21橄欖石型化合物的晶體結(jié)構(gòu)通常在充電/放電后具有較小變化，此通常使 得橄欖石型化合物就循環(huán)特征而言較優(yōu)良。又，安全性通常較高，甚至在電池
組暴露于高溫度環(huán)境時也如此。橄欖石型化合物(例如，LiFeP04及 LiMnP04)的另一優(yōu)勢在于其成本相對較低。
錳尖晶石化合物具有錳基，諸如，LiMn204。雖然錳尖晶石化合物通常 具有相對低的比容量(例如，在約110至115 mAh/g的范圍內(nèi))，其在調(diào)配至 電極中時具有相對高的功率傳送率，且通常在較高溫度下就化學(xué)反應(yīng)性而言為 安全的。錳尖晶石化合物的另一優(yōu)勢在于成本相對較低。
可用于本發(fā)明中的 一 類錳尖晶石化合物由經(jīng)驗通式 Li(1+xl)(Mni.ylA'y2)2.x2Ozl表示，其中A'為Mg、 Al、 Co、 Ni及Cr中的 一或多者；xl及x2各自獨(dú)立地大于等于0.01且小于等于0.3; yl及y2各自 獨(dú)立地大于等于0.0且小于等于0.3; zl大于等于3.9且小于等于4.1。較佳地， A'包括M3+離子，諸如，Al3+、 Co3+、 N" +及Cr3+,更佳為Al3 + 。 Li("xD(Mn"y！A'y2)2.x2Ozl的錳尖晶石化合物可具有相較于LiMn204的 增強(qiáng)的循環(huán)能力及功率。可用于本發(fā)明中的另一類錳尖晶石化合物由經(jīng)驗通 式Lid+d)Mn20d表示，其中xl及zl各自獨(dú)立地與上文描述相同?；蛘?， 用于本發(fā)明的錳尖晶石包括由經(jīng)驗通式Li"x9Mn2-y90z9表示的化合物，其 中x9及y9各自獨(dú)立地大于等于0.0且小于等于0.3(例如，0.05^x9, y9^0.15); 且z9大于等于3.9且小于等于4.2?？捎糜诒景l(fā)明中的錳尖晶石的具體實例包 括LiMni.9AI0.iO4、 Lii+xiMn204、 Li1+X7 Mn2-y704,及其具有Al及 Mg改質(zhì)劑的變體。Li(1+xl)(Mni.ylA'y2)2.x2Ozl類的錳尖晶石化合物的多 種其它實例可在美國專利第4，366，215號、第5,196,270號及第5,316,877號中 找到(其完整教示以引用方式并入本文中)。
應(yīng)注意，本文中所描述的適當(dāng)陰極材料的特征為存在于并入有該等陰極材 料的鋰離子電池組的制造過程中的經(jīng)驗通式。應(yīng)了解，其下文的具體組份依據(jù) 使用(例如，充電及放電)期間所發(fā)生的電化學(xué)反應(yīng)而受到變化。
適當(dāng)非水溶性電解質(zhì)的實例包括利用將電解質(zhì)鹽溶解于非水性溶劑中而 制備的非水溶性電解質(zhì)溶液、固體電解質(zhì)(含有電解質(zhì)鹽的無機(jī)電解質(zhì)或聚合 物電解質(zhì))，及利用將電解質(zhì)混合或溶解于聚合物化合物中而制備的固體或凝膠狀電解質(zhì)...等。
通常利用將鹽溶解于有機(jī)溶劑中而制備非水溶性電解質(zhì)溶液。有機(jī)溶劑可 包括通常已用于此類電池組中的任何適當(dāng)類型。此等有機(jī)溶劑的實例包括碳酸
丙二酯(PC)、碳酸乙二酯(EC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸二曱酯(DMC)、 1，2-二曱氧乙烷、1,2-二乙氧乙烷、，丁內(nèi)酯，四氫呋喃、2-曱基四氫呋喃、1,3-二氧戊環(huán)、4-甲基-l，3-二氧戊環(huán)、二乙醚、環(huán)丁砜、曱基環(huán)丁砜、乙腈、丙腈、 苯甲醚、醋酸酯、丁酸酯、丙酸酯...等。較佳地，使用諸如碳酸丙二酯的環(huán)狀 碳酸酯，或諸如碳酸二曱酯及碳酸二乙酯的鏈狀碳酸酯?？蓡蝹€地使用此等有 機(jī)溶劑或使用兩種或更多類型的有機(jī)溶劑的組合。
添加劑或穩(wěn)定劑也可用于電解質(zhì)中，諸如，VC(碳酸乙烯酯)、VEC(碳 酸乙烯基伸乙酯)、EA (乙酸伸乙酯)、TPP (磷酸三苯酯)、磷氮烯、聯(lián)二苯 (BP)、環(huán)己基苯(CHB)、 2，2-二苯基丙烷(DP)、雙草酸硼酸鋰(LiBoB)、 硫酸乙二酯(ES)及硫酸丙二酯。此等添加劑用作陽極及陰極穩(wěn)定劑、阻燃 劑或氣體釋放劑，其可使得電池組就形成、循環(huán)效率、安全性及壽命而言具有 較高效能。
固體電解質(zhì)可包括無機(jī)電解質(zhì)、聚合物電解質(zhì)...等，只要材料具有鋰離子 傳導(dǎo)率便可。無機(jī)電解質(zhì)可包括(例如)氮化鋰、碘化鋰…等。聚合物電解質(zhì) 包含電解質(zhì)鹽及用于溶解電解質(zhì)鹽的聚合化合物。用于聚合物電解質(zhì)的聚合化 合物的實例包括基于乙醚的聚合物(諸如，聚氧化乙烯、交聯(lián)聚氧化乙烯)、以 聚甲基丙烯酸酯為主的聚合物、以丙烯酸酯為主的聚合物…等?？蓡蝹€地使用 此等聚合物或以兩種或更多類型的此等聚合物的混合物或共聚物的形式使用 此等聚合物。
凝膠電解質(zhì)的基質(zhì)可為任何聚合物，只要該聚合物利用吸收上文所描迷的 非水溶性電解質(zhì)溶液而成為凝膠體便可。用于凝膠電解質(zhì)的聚合物的實例包括 碳氟聚合物，諸如，聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚偏二氟乙烯-共-六氟丙烯 (PVDF畫HFP)…等。
于共聚作用的單體(以乙烯為主的單體)的實例包括乙酸乙烯酯、曱基丙烯酸 曱酯、甲基丙烯酸丁酯、丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、衣康酸、氫化丙烯酸曱酉旨、氫化丙烯酸乙酯、丙烯酰胺、氯乙烯、偏二氟乙烯及偏二氯乙烯。用于凝膠電 解質(zhì)的聚合物的實例進(jìn)一步包括丙烯腈-丁二烯共聚物橡膠、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物樹脂、丙烯腈-氯化聚乙烯-丙烯二烯-苯乙烯共聚物樹脂、丙烯腈 -氯乙烯共聚物樹脂、丙烯腈-曱基丙烯酸酯樹脂及丙烯腈-丙烯酸酯共聚物樹 脂。
用于凝膠電解質(zhì)的聚合物的實例包括以醚為主的聚合物，諸如，聚氧化乙 烯、聚氧化乙烯的共聚物及交聯(lián)聚氧化乙烯。用于共聚作用的單體的實例包括 聚氧化丙烯、曱基丙烯酸曱酯、曱基丙烯酸丁酯、丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯。
特定而言，自氧化還原穩(wěn)定性的觀點(diǎn)來看，碳氟聚合物較佳用于凝膠電解 質(zhì)的基質(zhì)。
用于電解質(zhì)的電解質(zhì)鹽可為適用于此類電池組的任何電解質(zhì)鹽。電解質(zhì)鹽
的實例包括LiC104、 LiAsF6、 LiPF6 、 LiBF4 、 LiB(C6H5)4 、 LiB(C204)2、 CH3S03Li、 CF3S03Li、 LiCl、 LiBr…等。 一般而言， 分離器分離電池組的正電極與負(fù)電極。分離器可包括通常已用于形成此類非水 溶性電解質(zhì)二次電池的分離器的任何薄膜狀材料，例如，由聚丙烯、聚乙烯或 該兩者的分層組合制成的微孔聚合膜。另外，若固體電解質(zhì)或凝膠電解質(zhì)用作 電池組的電解質(zhì)，則未必需要提供分離器。也可在某些情況下使用由玻璃纖維 或纖維素材料制成的微孔分離器。分離器厚度通常在9 Mm與25 Mm之間。
在一些具體實施例中，可利用以特定比率混合陰極粉末來產(chǎn)生正電極。隨 后將90重量％的此摻合物與5重量％的作為導(dǎo)電劑的乙炔黑及5重量％的作 為l占合劑的PVDF混合在一起。將此混合物分散于作為溶劑的N-曱基-2-吡咯 烷酮(NMP)中，以制備漿料。隨后將此漿料涂覆至鋁集電器箔的兩個表面， 使其具有約20pm的一般厚度，且在約100-150。C下干燥。隨后將經(jīng)干燥的電 極利用一輥式壓制機(jī)壓延，以獲得經(jīng)壓縮的正電極。當(dāng)僅LiCo02用作正電 極時，通常使用94重量％ LiCo02、 3%乙炔黑及3°/。 PVDF的混合物。 可利用混合93重量％的作為負(fù)極活性材料的石墨、3重量％乙炔黑及4重量％ 的作為l占合劑的PVDF而制備負(fù)電極。也將負(fù)極混合物^t于作為溶劑的N-曱基-2-吡咯烷酮中，以制備漿料。隨后將此負(fù)極混合物漿料均勻地涂覆至條 狀銅負(fù)極集電器箔的兩個表面，使其具有約10^im的一般厚度。隨后將經(jīng)干燥的電極利用一輥式壓制機(jī)壓延以獲得致密的負(fù)電極。
一般而言，負(fù)電極及正電極以及由厚度為25 pm的具有微孔的聚乙烯薄膜 形成的分離器經(jīng)層壓及螺旋地纏繞以產(chǎn)生螺旋型電極組件。
在一些實施例中，由(例如)鋁制成的一或多個正極引線條附著至正電極， 且隨后電連接至本發(fā)明的電池組的正極端子。由(例如，鎳金屬)制成的負(fù)極 引線連接負(fù)電極，且隨后附著至饋通裝置，諸如，饋通裝置16。將例如具有
1M LiPF6的EC:DMC:DEC的電解質(zhì)真空填充入本發(fā)明的鋰離子電池組 的電池套管中，其中電池套管具有螺旋狀纏繞的r糊膠巻J。 等效物
盡管已參考本發(fā)明的較佳實施例特定展示及描述本發(fā)明，但彼等熟習(xí)此項 技術(shù)者將了解，可在不偏離附隨申請專利范圍所涵蓋的本發(fā)明的范疇的情況下 對本文的內(nèi)容進(jìn)^f亍形式及細(xì)節(jié)上的修改。
權(quán)利要求
1. 一種電池組，其包含a)一第一端子，其與所述電池組的一第一電極電連通；b)一第二端子，其與所述電池組的一第二電極電連通；c)一電池組外殼，其與所述第一端子電絕緣，其中所述電池組外殼的至少一部分為所述第二端子的至少一組件或電連接至所述第二端子，所述電池組外殼包括彼此電連通的一電池套管及一蓋；及d)至少一個電流中斷裝置，其與所述電池組外殼電連通，所述電流中斷裝置包括i)一第一導(dǎo)電板，其與所述第二電極電連通；及ii)一第二導(dǎo)電板，其與所述第一導(dǎo)電板電連通，其中所述第二導(dǎo)電板在所述電池組內(nèi)部的壓力大于一預(yù)定值時與所述第一導(dǎo)電板分離，借此中斷一在所述第二電極與所述第二端子之間的電流流動。
2. 如權(quán)利要求1所述的電池組，其中所述第一端子為一負(fù)極端子，且所述第二端子為一正極端子。
3. 如權(quán)利要求1所述的電池組，其中所述第二導(dǎo)電板與所述電池組外部的大氣流體連通。
4. 如權(quán)利要求3所述的電池組，其進(jìn)一步包括一安置于所述第二導(dǎo)電板上且界定至少一個孔的端板，所述第二導(dǎo)電板穿過所述至少一個孔與所述電池組外部的所述大氣連通。
5. 如權(quán)利要求4所述的電池組，其中所述端板為所述電池組外殼的 一部分，且其中所述第 一導(dǎo)電板及所述第二導(dǎo)電板在所述電池組外殼內(nèi)。
6. 如權(quán)利要求4所述的電池組，其中所述端板位于所述電池組外殼處。
7. 如權(quán)利要求4所述的電池組，其中所述電流中斷裝置的至少一部分位于一在所述電池組外殼的所述蓋處的凹座內(nèi)。
8. 如權(quán)利要求1所述的電池組，其中所述電流中斷裝置的至少一部分為所述電池組外殼的 一組件。
9. 如權(quán)利要求1所述的電池組，其中所述電流中斷裝置的至少一部分為所述電池組外殼的一部分。
10. 如權(quán)利要求1所述的電池組，其中所述電流中斷裝置的至少一部分壓印或沖壓于所述電池組外殼處。
11. 如權(quán)利要求1所述的電池組，其中所述第一端子在所述電池組外殼的所述蓋處或在所述電池套管的底部處。
12. 如權(quán)利要求11所述的電池組，其中所述電流中斷裝置在所述電池組外殼的所述蓋處。
13. 如權(quán)利要求12所述的電池組，其進(jìn)一步包括一安置于所述第二導(dǎo)電板上且界定至少一個孔的端板，所述第二導(dǎo)電板穿過所述至少一個孔與所述電池組外部的大氣流體連通。
14. 如權(quán)利要求13所迷的電池組，其中所述端板為所述電池組外殼的所述蓋的一部分，且其中所述第一導(dǎo)電板及所述第二導(dǎo)電板在所述電池組外殼內(nèi)。
15. 如權(quán)利要求1所述的電池組，其中所述第一導(dǎo)電板及所述第二導(dǎo)電板中的至少一者具有至少一個突出部，所述第 一導(dǎo)電板及所述第二導(dǎo)電板在所述至少一個突出部處4皮此電連通。
16. 如權(quán)利要求1所迷的電池組，其中所述電流中斷裝置進(jìn)一步包括一在所述第 一導(dǎo)電板的 一部分與所述第二導(dǎo)電板的一部分之間的絕緣體。
17. 如權(quán)利要求1所迷的電池組，其中所述第一導(dǎo)電板及所述絕緣體中的至少一者包括至少一個孔，所述電池組內(nèi)的氣體穿過所述至少一個孔與所述第二導(dǎo)電板流體連通。
18. 如權(quán)利要求1所迷的電池組，其中所述第一導(dǎo)電板及所述第二導(dǎo)電板經(jīng)由至少一個焊接或型鍛連接而彼此連接。
19. 如權(quán)利要求1所述的電池組，其中所述電池套管包括至少一個排氣構(gòu)件，所述電池內(nèi)的氣體可在所述電池組內(nèi)部的壓力大于一預(yù)定值時穿過所述至少一個排氣構(gòu)件而放泄。
20. 如權(quán)利要求1所述的電池組，其中所述電池組外殼包括鋁。
21. 如權(quán)利要求1所述的電池組，其中所述第一導(dǎo)電板及所述第二導(dǎo)電板中的至少一者包括選自由鋁、鎳及銅組成的群的至少一種金屬。
22. 如權(quán)利要求21所述的電池組，其中所述電流中斷裝置的所述第一導(dǎo)電板及所述第二導(dǎo)電板中的每一者包括鋁。
23. 如權(quán)利要求1所述的電池組，其中所述電池組外殼、所述第一導(dǎo)電板及所述第二導(dǎo)電板由實質(zhì)上相同的金屬制成。
24. 如權(quán)利要求23所述的電池組，其中所述電池組外殼、所述第一導(dǎo)電板及所述第二導(dǎo)電板由相同金屬制成。
25. 如權(quán)利要求24所述的電池組，其中所述相同金屬為鋁。
26. 如權(quán)利要求1所述的電池組，其中所述電池組外殼的所述電池套管具有一棱柱形橫截面形狀。
27. 如權(quán)利要求1所述的電池組，其中所述電池組的容量等于或大于約3.3Ah/cel1。
28. 如權(quán)利要求1所述的電池組，其中所述電池組為可再充電的。
29. 如權(quán)利要求1所述的電池組，其進(jìn)一步包括一正熱系數(shù)層，所述正熱系數(shù)層與所述第一端子或所述第二端子電連通。
30. 如權(quán)利要求29所述的電池組，其中所述正熱系數(shù)層與所述第一端子電連通。
31. 如權(quán)利要求30所述的電池組，其中所述正熱系數(shù)層在一第一導(dǎo)電層與一第二導(dǎo)電層之間，且其中所述第二導(dǎo)電層的至少一部分為所述第一端子的至少 一組件或電連接至所述第 一端子。
32. 如;f又利要求31所述的電池組，其中所述正熱系數(shù)層定位于所述電池組外殼的外部。
33. 如權(quán)利要求31所述的電池組，其中所述正熱系數(shù)層位于所述電池組外殼的所述蓋上方。
34. 如權(quán)利要求33所述的電池組，其中所述電流中斷裝置位于所述電池組外殼的所述蓋處。
35. 如權(quán)利要求33所述的電池組，其進(jìn)一步包括一饋通裝置，所述饋通裝置將所述電池組的所述第一電極電連接至所述第一端子。
36. 如權(quán)利要求35所述的電池組，其中所述第一導(dǎo)電層連接至所述饋通裝置，且位于所述^t責(zé)通裝置上方。
37. 如權(quán)利要求36所述的電池組，其中所述電池組外殼的所述蓋、所述第二導(dǎo)電層及所述正熱系數(shù)層中的每一者界定一穿透孔，所述饋通裝置穿過所述穿透孔連接至所述第一導(dǎo)電層。
38. 如權(quán)利要求37所述的電池組，其中所述饋通裝置與所述蓋、所述第二導(dǎo)電層及所述正熱系數(shù)層的每一穿透孔電絕緣，同時所述饋通裝置經(jīng)由所述第一導(dǎo)電層的一表面的一接觸所述正熱系數(shù)層的部分及經(jīng)由所述第二導(dǎo)電層的一表面的一接觸所述正熱系數(shù)層的部分而與所述第二導(dǎo)電層電連通。
39. 如權(quán)利要求38所述的電池組，其中所述正熱系數(shù)層覆蓋所述第二導(dǎo)電層的一表面的一部分，借此未被所述正熱系數(shù)層覆蓋的所述第二導(dǎo)電層的一表面的一部分用作所述第一端子。
40. —種包含多個電池的電池組封裝，所述等電池中的每一者包括a) —第一端子，其與所述電池組的一第一電極電連通；b) —第二端子，其與所述電池組的一第二電^^及電連通；c) 一電池組外殼，其與所述第一端子電絕緣，其中所述電池組外殼的至少一部分為所述第二端子的至少一組件或電連接至所述第二端子，所述電池組外殼包括彼此電連通的一電池套管及一蓋；及d) 至少一個電流中斷裝置，其與所述電池組外殼電連通，所述電流中斷裝置包括i) 一第一導(dǎo)電板，其與所述第二電極電連通；及ii) 一第二導(dǎo)電板，其與所述第一導(dǎo)電板電連通，其中所述第二導(dǎo)電板在所述電池組內(nèi)部的壓力大于一預(yù)定值時與所述第一導(dǎo)電板分離，借此中斷一在所述第二電極與所述第二端子之間的電流流動。
41. 如權(quán)利要求40所述的電池組封裝，其中每一電池的容量等于或大于約3.3 Ah/cel1。
42. 如權(quán)利要求40所述的電池組封裝，其中每一電池的內(nèi)部阻抗小于約50
43. 如權(quán)利要求40所述的電池組封裝，其中所述等電池為串聯(lián)連接的且并無電池并聯(lián)連接。
44. 如權(quán)利要求40所述的電池組封裝，其中至少一個電池包括一具有一棱柱形橫截面形狀的電池套管。
45. —種生產(chǎn)一電池組的方法，其包含以下步驟a) 將一第一電極及一第二電極安置于一包括彼此電連通的一電池套管及 一蓋的電池組外殼內(nèi)，所述電池組外殼與所述第二電極電連通；b) 形成一與所述第一電極電連通且與所述電池組外殼電絕緣的第一端子；c) 形成一第二端子，其中所述電池組外殼的至少一部分為所述第二端子 的一組件或電連接至所述第二端子；及d) 形成一與所迷電池組外殼電連通的電流中斷裝置，所迷電流中斷裝置 包括i) 一第一導(dǎo)電板，其與所述第二電極電連通；及ii) 一第二導(dǎo)電板，其與所述第一導(dǎo)電板電連通，所述第二導(dǎo)電板在所述 電池組內(nèi)部的壓力大于一預(yù)定值時與所述第一導(dǎo)電板分離，借此中斷一在所述 第二電極與所述第二端子之間的電流流動。
46. 如權(quán)利要求45所述的方法，其中所述電流中斷裝置進(jìn)一步包括一在所 述第一導(dǎo)電板的一部分與所述第二導(dǎo)電板的一部分之間的絕緣體。
47. 如權(quán)利要求45所述的方法，其中所述電流中斷裝置進(jìn)一步包括一界定 至少一個孔的端板，所述導(dǎo)電蓋與所述第二導(dǎo)電板電連通。
48. 如權(quán)利要求45所述的方法，其中所述第一端子形成于所述電池組外殼 的所述蓋處或所述電池組外殼的所述電池套管的底部處。
49. 如權(quán)利要求45所述的方法，其中所述電流中斷裝置形成于所述電池組 外殼的所述蓋處。
50. 如權(quán)利要求45所述的方法，其中所述第一端子為一負(fù)極端子，且所述 第二端子為一正極端子。
51. 如權(quán)利要求45所述的方法，其中所述第二導(dǎo)電板與所述電池組外部的 大氣連通。
52. 如權(quán)利要求51所述的方法，其進(jìn)一步包括一安置于所述第二導(dǎo)電板上 且界定至少一個孔的端板，所述第二導(dǎo)電板穿過所述至少一個孔與所述電池組 外部的所述大氣連通。
53. 如權(quán)利要求51所述的方法，其中所述端板為所述電池組外殼的一部分， 且其中所述第 一導(dǎo)電板及所述第二導(dǎo)電板在所述電池組外殼內(nèi)。
54.如權(quán)利要求45所述的方法，其進(jìn)一步包括將一正熱系數(shù)層安置于所述 電池組外殼上方的步驟，所述正熱系數(shù)層與所述第一端子或所述第二端子電連 通。
全文摘要
一種電池組(10)包含一第一端子(26)，其與所述電池組的一第一電極(12)電連通；一第二端子(21)，其與所述電池組的一第二電極(14)電連通；一電池組外殼，其與所述第一端子電絕緣；及至少一個電流中斷裝置，其與所述電池組外殼電連通。所述電池組外殼包括彼此電連通的一電池套管(22)及一蓋(24)。所述電池組外殼的至少一部分為所述第二端子的至少一組件或電連接至所述第二端子。所述電流中斷裝置包括一第一導(dǎo)電板(30)，其與所述第二電極電連通；及一第二導(dǎo)電板(32)，其與所述第一導(dǎo)電板電連通。所述第二導(dǎo)電板在所述電池組內(nèi)部的壓力大于一預(yù)定值時與所述第一導(dǎo)電板分離，借此中斷在所述第二電極與所述第二端子之間的電流流動。
文檔編號H01M2/34GK101479865SQ200780024144
公開日2009年7月8日 申請日期2007年6月22日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月27日
發(fā)明者宋彥寧, 普爾·歐娜魯?shù)? 菲利普·E.·帕爾提, 薛曼·H.·曾, 里查·V.·香柏蘭二世 申請人:波士頓電力公司