專利名稱：電池盒的制作方法
技術領域：
本發明涉及充電鋰電池組成的充電鋰電池組的結構和組裝。
因為充電鋰電池所用的材料，電池必須防止水分和氧氣的進入，避免不良反應。此外，使用液體電解質，包裝必須能防止液體電解質的外流。一般電池密封件體積大且重，超過電池重量和體積的10％。
為滿足不同的儲備容量和電壓規格，一般將多個鋰電池通過適當的電池互連密封在塑料電池盒中。電池盒首先提供了裝納電池的結構。密封電池自身防止氧氣和水分進入以及液體電解質的外流，過去未發現為鋰離子電池提供氣密封電池盒的必要性或有效成本。
在“薄片”盒封裝的鋰電池中，使用聚合物涂覆過的薄片產生了充分確保集電體出來的引線不與薄片材料接觸從而“短路”的需要。沿通常已切成型的薄片蓋的外邊緣，該問題尤其嚴重，從而暴露緊靠近引線的導電薄片，導致需要保護該區中的引線。
本發明的目的是提供用于充電鋰電池的、機械性能強和氣密封性好的電池盒。
本發明的另一目的是提供將充電鋰電池與電池盒結合的方法，無需各個電池的薄片封裝，封裝材料更薄。
第一端和側壁為金屬，其間具有基本上不透水分和氧氣的連接。
第二端是通過接合介質可與側壁接合的金屬塑料疊層，其間形成基本上不透水分和氧氣的連接。第二端具有延伸的電連接器，通過它在充電鋰電池的集電體與電池盒的外側之間形成基本上不透水分和氧氣的連接。
提供將充電鋰電池單元組裝成鋰電池組的方法，充電鋰電池單元具有正極和負極、電解質以及正集電體和負集電體。方法包括步驟在氣密封盒中疊加多個電池單元。
1、在相鄰的電池單元之間以及在電池單元與電池盒之間，提供電絕緣隔板。
2、在所選擇的正集電體與負集電體之間，形成任何所希望的電連接。
3、在所選擇的集電體與電池盒的外部之間，提供電連續。
4、氣密封電池盒。
圖4是按照本發明的電池盒的第二端底部平面圖；圖5是只表示沿圖3的線5-5的截面表面。
優選實施例的描述按照本發明的充電鋰電池組一般由圖2的標號10表示。電池10包括疊加在電池盒14中的充電鋰電池12，電池盒14具有第一端16、第二端18和側壁20。盡管表示3個鋰離子電池，實際數目可根據應用而改變。
圖1表示典型的薄片包裹的鋰電池12。電池包含正極22、負極24、電解質26以及分別裝納在盒32中的正和負“引線”或“集電體”28和30。引線28和30分別在正負極22、24與盒32的外側之間，提供電連接。
充電鋰電池一般包括含有鋰離子的負極，但可用鋰金屬或鋰負極合金(negative alloy)替代。然而，因為該說明書的教導可應用于鋰金屬或含鋰離子的負極，術語“鋰電池”和“鋰電池組”覆蓋這兩種變化。
如上述
背景技術：
所述，必須防止水分和氧氣與鋰電池的內部接觸。過去，通過將每個鋰離子電池封裝在基本上不透水分和氧氣即“氣密封”的殼中，基于逐個電池上可實現此。例如，在圖1的以往技術的鋰電池12的情況下，盒32可以由適當金屬薄片組成，至少在其內表面有塑料疊層涂層，優選兩個表面上有塑料疊層涂層。通常選擇鋁作為金屬薄片，然而，也可利用銅，或可形成適當厚度并具有良好的不透水分和氧氣的任何其它金屬。
然而，薄片盒需要相對厚的薄片，以便充分不透水分和氧氣，所得到的薄片封裝可達到電池重量和體積的10％。此外，如果試圖將鋰電池12塞入緊密裝配的容器中，薄片的角部易于破裂。
按照本發明，電池盒14具有防止水分和氧氣進入的功能，不同于以往技術的基本上起單個密封電池的保持器作用的電池盒。這就可使用更薄和更輕的盒32和非金屬盒32例如聚合物膜。在非液體電解質的情況下，基本上不用封裝，有利于將各個鋰電池12相互之間與電池盒14之間僅僅電絕緣。非金屬盒的優點在于，避免了在集電體或引線28和30與沿盒32邊緣暴露的金屬薄片之間的短路的危險。
使用液體電解質26，盒32僅僅基本上不透電解質，其要求比防止氧氣或水分進入所需要滿足的要求更低。因此，當“scrunched”20進入緊密盒，與典型薄片盒的情況相比，盒32可以更薄，也不易泄漏。為簡化起見，應理解為“水分”，在此主要表示水，尤其是氣相形式的水。
電池盒10具有第一端16和金屬材料例如錫的側壁20。第一端16與側壁20整體形成，然而，利用任何合適的方法例如焊接或聚合物膠粘劑，組件具有可與側壁20相連的單獨第一端16更為方便。
所示的側壁20一般是長方形結構。這不是技術規格，但僅僅適合所示的鋰電池12的形狀。可按所需要的選擇其它形狀。
按需要通過互連引線34串聯或并聯鋰電池12。主要輸出引線36將第一和最后電池12上的相反極性的非互連集電體與經電池盒14的第二端18延伸的電連接器40相互連接。另外的輸出引線38將連接引線34與經第二端18通過的另外電連接器40相互連接。無需使所有電池在內部互連接，用于充電或放電目的的單獨電連接器40分別用于正集電體28和負集電體30，然后按需要，外部形成電池互連。
電池盒14的第二端18必須與側壁20密封連接，在電連接器40處使得單獨電連接經過盒的外側。
鑒于不透氧氣和水分的觀點，優選金屬第二端18，然而需要適當絕緣密封結構，提供獨立的電連接器40。發現在如下所述的電連接器40范圍中，從適當改型的銅/熱固/銅印刷電路板能實現適當程度的不透氧氣和水分性能。
參考圖3、4和5，詳細描述第二端18。圖3描述具有內薄片層44的內表面42，一般是銅，層疊在基本上剛性的非導電基底46例如典型熱固塑料印刷電路板基底上。內薄片層42基本上在整個內表面42上延伸，除沿電連接器40周圍延伸的圓形缺口48之外，形成獨立的電絕緣連接器區50。
絕緣涂層52例如塑料疊層在內薄片層44上延伸，留下暴露的邊緣54，邊緣54沿內表面42的圓周延伸，暴露區起電連接器40的作用。暴露邊緣54在第二端18與側壁20之間形成焊接連接。
為避免氧氣和水分經基底46在缺口48遷移，在缺口48上放置基本上不透水分和氧氣的蓋層56。蓋層56可以是膠粘劑薄片，可具有面向電池盒14的非導電聚合物涂層。每個蓋層56具有圓形開口58，圓形開口經其延伸并與相關的電連接器40隔開，從而暴露接點40，避免其間的導電性。
電連接器40可以是在內薄片層44與外薄片層64的相鄰部分之間經基底46的電鍍通孔。電連接器40在導電層內部與電池盒14的外側之間提供電連續(continuity)。如此，對電連接器40直接進行任何所希望的電連接。然而，一般證實沿帶邊緣提供電端子更為方便，例如圖3和5中的也是電鍍通孔的電池端子60。通過導電帶62電池端子60電連接到各個電連接器40。通過蝕刻外薄片層64的部分并留下獨立的導電帶62，在第二端18的外表面上的外薄片層64中形成導電帶62。
外絕緣涂層66例如塑料疊層可涂覆在外薄片層64上，避免與外薄片層64的不希望的電接觸。
電池盒14可含有與鋰電池12相連的電路，例如圖2的標號68所示，以監控電池充電和放電過程。另一方面，電路68可與電池端子60外部相連，而不必是電池10的一部分。
提供密封口70，以便能抽真空并用適當密封材料密封或再填充(整體或部分)。密封口70可以是由與電連接器40焊接而密封的電鍍通孔。
上述描述只是示意，而非限定性的說明。對相關技術領域的技術人員而言，可對所述特定部件和技術進行改變是顯而易見的。就這些變形而論，仍在如下權利要求的精神和范圍內，認為被這些所涵蓋。
權利要求
1.防水分和氧氣進入以及電解質外流的密封電池盒，所述電池盒包括第一端、與所述第一端相對的第二端以及所述第一端與所述第二端之間延伸的側壁，從而圍成用于裝納多個充電鋰電池的腔；所述第一端和所述側壁為金屬，其間具有基本上不透水分和氧氣的連接；所述第二端通過接合介質可與所述側壁接合，其間形成基本上不透水分和氧氣的連接；所述第二端具有沿此延伸的電連接器，它在所述充電鋰電池的集電體與所述電池盒的外側之間形成基本上不透水分和氧氣的連接；所述第二端還具有在基本上剛性、非導電基底上疊加的基本上不透水分和氧氣的金屬內薄片層，所述內薄片層基本上覆蓋所述所有基底，但具有多個獨立的連接器區，通過所述內薄片層的各個缺口，連接器區與所述內薄片層的剩余部分電絕緣；絕緣涂層在內薄片層上延伸，使薄片的暴露邊緣在用于固定到所述側壁的所述第二端周圍延伸；所述電連接器在所述獨立的連接器區與所述電池盒的所述外側之間延伸；基本上不透氧氣和水分的蓋層覆蓋所述每個缺口并具有在所述電連接器周圍延伸并與之隔開的通孔。
2.按權利要求1所述的電池盒，其中所述第二端由薄片/塑料/薄片印刷電路板制成；在所述薄片上的所述絕緣涂層是塑料疊層；所述缺口是在應用所述絕緣涂層之前，蝕刻所述內薄片層而成；所述連接器是電鍍通孔；所述第二端在沿所述內薄片層的所述基底的相對側上具有外薄片層；所述外薄片層通過其中合適的縫隙分成多個相互電絕緣的獨立的導電帶，所述每個導電帶與所述各個連接器電連接，在各個電池端子上端接；和所述第一端和第二端通過焊接與所述側壁接合，其間形成基本上不透水分和氧氣的所述連接。
3.按權利要求3所述的電池盒，還具有用于對所述電池盒抽真空的可密封口。
4.充電鋰電池組，包括氣密封在按權利要求1、2或3所述的電池盒中的多個充電鋰電池。
5.按權利要求4所述的充電鋰電池組，其中所述每個充電鋰電池，包括正極和負極、電解質以及正集電體和負集電體；所述充電鋰電池層疊在所述電池盒中，絕緣介質插在相鄰的所述電池單元以及所述電池單元與所述電池盒之間；所述集電體串聯連接，并與所述連接器相連。
6.按權利要求5所述的充電鋰電池組，其中所述電解質為液體；所述每個充電鋰電池封裝在不透非導電電解質的盒中；各個引線經所述盒以不透電解質的方式從所述每個正集電體和負集電體延伸引出。
7.按權利要求5所述的充電鋰電池組，其中所述電池盒填充密封材料。
8.按權利要求6所述的充電鋰電池組，其中所述電池盒填充密封材料。
9.按權利要求6所述的充電鋰電池組，在所述盒的內部還具有與所述充電鋰電池相連的電路，以監控充電和放電。
全文摘要
本發明的密封電池盒(14)可防止水分和氧氣進入以及電解質外流。電池盒包括第一端(16)、與第一端相對的第二端(18)以及第一端與第二端之間延伸的側壁(20),從而圍成用于裝納一些充電鋰電池的腔。第一端和側壁為金屬,其間具有基本上不透水分和氧氣的連接。第二端通過接合介質可與所述側壁接合的金屬塑料疊層,其間形成基本上不透水分和氧氣的連接。第二端具有沿此延伸的電連接器(40),在充電鋰電池的集電體與電池盒的外側之間形成基本上不透水分和氧氣的連接。
文檔編號H01M2/22GK1376321SQ00813309
公開日2002年10月23日 申請日期2000年9月22日 優先權日1999年9月24日
發明者詹姆士·K·雅各布斯, 桑卡爾·達斯古普塔 申請人:電力燃料公司