專利名稱：鋰二次電池和用于其的蓋組件的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種二次電池，更具體地，涉及一種用于鋰二次電池的改進的蓋組件板，其提供了改善的可靠性和安全特性。
背景技術：
近年來，尺寸緊湊、重量輕的電子器具，如蜂窩電話、筆記本電腦和便攜式攝像機，已經得到了積極的開發和生產。這種電子器具配備有電池組，因此即使沒有為電子器具配備獨立的電源，用戶們也可以在不同的地方使用電氣/電子器具。該電池組包括至少一個裸電池，該電池能夠輸出具有預定電平的工作電壓，以便操作電子器具一定的時間。
二次電池為可再充電電池，由于它們具有經濟的優勢，因此在二次電池組中得到了普遍應用。二次電池包括Ni-Cd電池、Ni-MH電池和Li二次電池，例如Li電池或Li-離子電池。
具體地講，鋰二次電池的操作電壓約為3.6V，該電壓比用于便攜式電子器具電源的Ni-Cd電池或Ni-MH電池的電壓高三倍。此外，鋰離子二次電池每單位重量具有高能量密度，因此它們廣泛應用于先進的電子技術領域中。
鋰二次電池通常將鋰基氧化物用作正極活性物質，將碳用作負極活性物質。通常，根據用于其的電解質的種類將鋰電池分為液體電解質電池或聚合物電解質電池。液體電解質電池稱為“鋰離子電池”，聚合物電解質電池稱為“鋰聚合物電池”。此外，鋰二次電池可以制作成各種形狀，例如圓柱型鋰二次電池、正方型鋰二次電池，或盒型鋰二次電池。
典型地，鋰離子二次電池包括電極組件、用于在其中容納電極組件的殼以及在殼中包含的為了使鋰離子能夠移動的電解質，該電極組件具有涂布正極活性物質的正極板、涂布負極活性物質的負極板以及插置在正極板與負極板之間的隔板，該隔板用于防止短路，同時僅僅允許鋰離子移動。
在這種鋰離子二次電池中，涂布正極活性物質的正極板與正極分接頭(tap)連接、涂布負極活性物質的負極板與負極分接頭連接。正極板和負極板和其間的隔板堆疊起來且以果凍卷的形式卷繞，從而形成電極組件。正極活性物質為包括鋰(Li)的復合氧化物。典型地，正極活性物質包括LiCoO2，該LiCoO2是通過將碳酸鋰與鈷氧化物以約1.2∶1的比率混合且在約400到1000℃之間的溫度下執行塑造過程(plastic process)獲得的。
然后在殼中容納電極組件，為了防止電極組件與殼分開，將蓋組件密封到殼的上端。
在將蓋組件密封到殼的上端之后，將電解質注入到蓋中，將在蓋中形成的電解質注入孔密封，從而提供鋰離子二次電池。
如圖1A和1B中所示，蓋組件包括形成有安全出氣口110的常規蓋板100，該安全出氣口用于防止由電池的高內部壓力而引起的鋰離子二次電池的意外爆炸，該高內部壓力來自于鋰二次電池的充電操作過程中產生的氣體。當鋰離子二次電池的內部壓力達到不安全的水平時，安全出氣口110折斷以允許鋰離子二次電池中容納的氣體排放到外部，從而確保電池的安全。
然而，上述的鋰離子二次電池的安全出氣口110的厚度約為20μm，該厚度顯著小于蓋板100的厚度(約0.8mm)，因而即使外部壓力意外地施加到其上安全出氣口110也可以折斷，例如，當鋰離子二次電池掉落時。
這種由外部壓力導致的安全出氣口110的破壞可以導致鋰離子二次電池中包含的電解質泄漏，從而降低鋰離子二次電池的安全性。
發明內容
因此，提供了一種蓋組件和引入該蓋組件的鋰二次電池，其中，改變蓋板的安全出氣口的形狀使得安全出氣口即使具有較大的厚度，但在低壓力下也容易折斷，從而提高鋰二次電池的可靠性和安全性。
該蓋組件包括具有安全出氣口的平面蓋組件板，該安全出氣口位于該平板中，該安全出氣口所具有的安全出口厚度適于在二次電池達到預定內部壓力時折斷，該安全出氣口由至少一個沿第一方向排列的第一弱部(weakcomponent)以及至少一個沿第二方向排列的第二弱部形成，其中該第二弱部連接到第一弱部。
根據本發明的另一實施例，該鋰二次電池，包括卷型電極組件、殼和蓋組件，該電極組件具有第一電極板、第二電極板以及插置在第一與第二電極板之間的隔板；該殼具有用于在其中容納電極組件的空腔；該蓋組件具有形成有安全出氣口的蓋板，該安全出氣口包括至少一個第一定向弱部以及至少一個第二定向弱部，該第二定向弱部與第一定向弱部連接，同時在它們之間形成預定角度。為了密封殼將蓋組件與殼組裝，并為該蓋組件提供電連接到電極組件的端子單元。
根據本發明的示范性實施例，安全出氣口具有從H-形、T-形、I-形、II-形或III-形中選取的形狀。
第一定向弱部在蓋板的長軸方向中排列，第二定向弱部可以在蓋板的短軸方向中排列。
安全出氣口的第二定向弱部的一端可以與安全出氣口的第一定向弱部的中間部分連接。
安全出氣口的至少一個第二定向弱部的兩端可以與安全出氣口的至少兩個第一定向弱部的中間部分連接。
第一定向弱部的長度可以比第二定向弱部的長度長。相反，也可能設置第二定向弱部的長度比第一定向弱部的長度長。
在一個示范性實施例中，安全出氣口的厚度約為20μm到0.7mm之間。
圖1A和1B示出了傳統的蓋組件的視圖；圖2為示出根據本發明一實施例的鋰二次電池的分解透視圖；圖3A為示出根據本發明一個實施例的鋰二次電池的蓋板的透視圖；圖3B為圖3A的蓋板的截面圖；圖4A為示出由于鋰二次電池的高內部壓力而變形的鋰二次電池的透視圖；圖4B為示出由于鋰二次電池的高內部壓力而變形的鋰二次電池的蓋板的截面圖；圖5A、5B、5C和5D為示出根據本發明一實施例的鋰二次電池在蓋板中形成的各種安全出氣口的透視圖。
具體實施例方式
參考圖2，根據本發明一實施例的鋰二次電池200包括殼210、在殼210中容納的果凍卷型電極組件300以及組裝到殼210的上端的蓋組件400。
殼210由金屬做成，可以具有上部分開口且用作端子的盒形。電極組件300包括第一電極板310，其配備有用作正極分接頭的第一電極分接頭315或用作負極分接頭的第二電極分接頭325；第二電極板320，配備有第一電極分接頭315或第二電極分接頭325；以及隔板330，插置在第一電極板310與第二電極板320之間。第一電極板310、第二電極板320和隔板330卷繞且容納在殼210中。為了防止在第一電極分接頭315與第二電極分接頭325之間的短路，將絕緣膠帶340貼附在第一電極分接頭315和第二電極分接頭325暴露部分的周圍。
蓋組件400包括形狀和尺寸都對應于殼210的開口的形狀和尺寸的扁平板型板410。蓋板410具有位于中心的端子孔411，在其一側形成有電解質注入孔412以將電解質注入到殼210中。為了密封電解質注入孔412，將球403插入到電解質注入孔412中。此外，為了確保鋰二次電池200的安全性，在蓋板410與電解質注入孔412相對的一側形成安全出氣口415。安全出氣口415包括至少一個第一定向弱部415a，以及至少一個基本垂直于第一定向弱部415a的第二定向弱部415b。
電極端子420，例如，負極端子插入到端子孔411中。為了將電極端子420與蓋板410電絕緣，將管形墊圈430安裝在電極端子420的周圍。在蓋板410下提供絕緣板440且在絕緣板440下提供端子板450。
被墊圈430環繞的電極端子420插入到端子孔411中。電極端子420的下部分穿過絕緣板440電連接到端子板450。
從第一電極板310突出的第一電極分接頭315焊接到蓋板410的下表面，從第二電極板320突出的第二電極分接頭325焊接到電極端子420的下部分。
為了將電極組件300與蓋組件400電絕緣，同時覆蓋電組件300的上端部分，在電極組件300的上表面提供絕緣殼。絕緣殼形成有對準蓋板410的電解質注入孔412的電解質通路孔462以允許將電解質引入到殼210中。絕緣殼由具有優良絕緣特性的聚合物樹脂做成，例如聚丙烯。然而，本發明是不限制用于絕緣殼的材料的。
參考圖3A和圖3B，根據本發明一實施例的蓋板500包括端子孔510、電解質注入孔520和安全出氣口530。
安全出氣口具有至少一個沿蓋板500的縱向排列的第一定向弱部531，至少一個沿蓋板500的橫向排列且與第一定向弱部531連接的第二定向弱部535。通過將第一定向弱部與第二定向弱部組合，可以形成不同形狀的安全出氣口530。此外，安全出氣口530的第一和第二定向弱部可以通過在形成蓋板時壓制(pressing)工藝或沖孔(tapping)工藝而形成。
例如，根據本實施例，提供了兩個第一定向弱部531和一個第二定向弱部535，其中，第二定向弱部535的兩端與兩個第一定向弱部531的中間部分連接。因此，安全出氣口530為“H”形。
此外，安全出氣口530的厚度可以等于或小于0.7mm。例如，安全出氣口530的厚度可以在約20μm到0.7mm之間的范圍內。
表1給出了根據安全出氣口的形狀蓋板的形變量。
表1 參考圖4A和4B，鋰二次電池600由于其內部壓力的上升而變形。如果鋰二次電池600的內部壓力上升到一定水平，蓋板620的對應于安全出氣口621的預定部分可能會顯著地變形。壓力增大的結果是蓋板620的安全出氣口621折斷，從而防止鋰二次電池600的意外爆炸。
此外，參考表1，蓋板的最大形變量可能隨著蓋板620的安全出氣口621的形狀而改變。具有H-形安全出氣口620的蓋板的最大形變量比具有矩形安全出氣口的蓋板的最大形變量大。這樣，如果安全出氣口620為H-形，該安全出氣口可以在鋰二次電池600較低的內部壓力下折斷。
參考圖5A到5D，在根據本發明一實施例鋰二次電池的蓋板700中形成的安全出氣口730包括至少一個沿蓋板700的縱向排列的第一定向弱部731，以及至少一個沿蓋板700的橫向排列的第二定向弱部735。通過將第一定向弱部731與第二定向弱部735組合，可以形成具有不同形狀的安全出氣口730。即，安全出氣口730可以為H-形、T-形、I-形、II-形或III-形。
例如，如圖5B中所示，安全出氣口730可以包括兩個第一定向弱部731及一個第二定向弱部735，其中，兩個第一定向弱部731相互平行排列，且第二定向弱部735垂直于第一定向弱部731排列。
如果第一定向弱部731的長度比第二定向弱部735的長度長，就形成了H-形的安全出氣口730。相反，如果第二定向弱部735的長度比第一定向弱部731的長度長，就形成了I-形安全出氣口730。
此外，如圖5C中所示，安全出氣口730可以包括兩個第一定向弱部731及兩個第二定向弱部735，其中，兩個第二定向弱部735的兩端與兩個第一定向弱部731的部分連接。在這種情況下，形成了II-形安全出氣口730。
此外，如圖5D中所示，安全出氣口730可以包括兩個第一定向弱部731及三個第二定向弱部735，其中，三個第二定向弱部735的兩端與兩個第一定向弱部731的部分連接。在這種情況下，形成了III-形安全出氣口730。
如上所述，根據本發明的鋰二次電池的蓋板可以具有安全出氣口，該安全出氣口包括至少一個沿蓋板的縱向排列的第一定向弱部，以及至少一個沿蓋板橫向排列的第二定向弱部。此外，第二定向弱部連接到第一定向弱部，因此當鋰二次電池的內部壓力突然上升時，可以容易地折斷安全出氣口。
由于安全出氣口可以在鋰二次電池較低的內部壓力下折斷，因此提高了鋰二次電池的安全性。
此外，由于安全出氣口可以在鋰二次電池較低的內部壓力下被折斷，因此有可能獲得具有較大厚度的安全出氣口。在這種情況下，鋰二次電池對外部沖擊(例如，當鋰二次電池掉落時)表現出優異的耐受力，因此可以進一步提高鋰二次電池的安全性和可靠性。
根據本發明，修改蓋板的安全出氣口的形狀，使得安全出氣口即使具有較大的厚度，但在低破壞壓力下也可以容易地折斷，從而提高蓋組件和具有其的鋰二次電池的可靠性和安全性。
盡管出于例舉的目的對本發明的示范性實施例進行了說明，但是本領域的技術人員應當理解的是，可以在不背離本發明權利要求中公開的范圍和精神的情況下，對其進行各種修改、添加和替換。
本申請要求享有于2004年9月24日向韓國知識產權局提交的韓國專利申請No.2004-0077235的優先權，在此引入其全部內容以作參考。
權利要求
1.一種用于二次電池的蓋組件，包括平板，該平板具有位于所述平板之中的安全出氣口，所述安全出氣口所具有的安全出口厚度適于在所述二次電池達到預定內部壓力時折斷，所述安全出氣口由至少一個沿第一方向排列的第一弱部以及至少一個沿第二方向排列的第二弱部形成，其中該第二弱部連接到第一弱部。
2.如權利要求1所述的蓋組件，其中所述安全出氣口具有從H-形、T-形、I-形、II-形和III-形中選擇的形狀。
3.如權利要求1所述的蓋組件，其中所述至少一個第一弱部沿所述蓋板的縱向排列，所述至少一個第二弱部沿所述蓋板的橫向排列。
4.如權利要求1所述的蓋組件，其中所述安全出氣口的所述至少一個第二弱部的一端與所述安全出氣口的所述至少一個第一弱部的中間部分連接。
5.如權利要求1所述的蓋組件，其中所述至少一個第二弱部的兩端與所述安全出氣口的至少兩個第一弱部的中間部分連接。
6.如權利要求5所述的蓋組件，其中所述至少一個第一弱部的長度比所述至少一個第二弱部的長度長。
7.如權利要求5所述的蓋組件，其中所述至少一個第二弱部的長度比所述至少一個第一弱部的長度長。
8.如權利要求1所述的蓋組件，其中所述安全出氣口的厚度在約20μm到0.7mm之間。
9.一種鋰二次電池，包括卷型電極組件，包括第一電極板、第二電極板及插置在所述第一電極板與第二電極板之間的隔板；具有用于容納所述電極組件的空腔的殼；以及具有蓋板的蓋組件，所述蓋板形成有安全出氣口，所述安全出氣口所具有的安全出口厚度適于在所述二次電池達到預定內部壓力時折斷，所述安全出氣口包括至少一個沿第一方向排列的第一弱部以及至少一個沿第二方向排列的第二弱部，所述第二弱部連接到第一弱部，其中為了密封所述殼將所述蓋組件與所述殼組裝，同時為端子單元提供通路，以電連接到所述電極組件。
10.如權利要求9所述的鋰二次電池，其中所述安全出氣口具有從H-形、T-形、I-形、II-形和III-形中選擇的形狀。
11.如權利要求9所述的鋰二次電池，其中所述至少一個第一弱部沿所述蓋板的縱向排列，所述至少一個第二弱部沿所述蓋板的橫向排列。
12.如權利要求11所述的鋰二次電池，其中所述至少一個第一弱部的長度比所述至少一個第二弱部的長度長。
13.如權利要求10所述的鋰二次電池，其中所述安全出氣口的厚度在約20μm到0.7mm之間。
全文摘要
一種蓋組件和具有其的鋰二次電池，其中，安全出氣口的形狀是這樣的，使得安全出氣口即使具有較大的厚度，但在低壓力下也容易折斷，從而提高鋰二次電池的可靠性和安全性。蓋組件包括具有安全出氣口的蓋組件板，該安全出氣口包括至少一個第一定向弱部以及至少一個第二定向弱部，該第二定向弱部與第一定向弱部連接。
文檔編號H01M2/12GK1753208SQ20051010686
公開日2006年3月29日 申請日期2005年9月26日 優先權日2004年9月24日
發明者金世潤, 鄭湘錫 申請人:三星Sdi株式會社