專利名稱：用于電化學電池的集電端子的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種電化學電池電池組，并且更具體地，涉及具有用作安全裝置的集電端子的電化學電池電池組。
背景技術：
汽車行業數十年來一直在尋求使可行且安全的電動車輛商業化。這種車輛的重要元件是車輛的電池組。電池組不僅必須提供所需水平的能量和合理的自主性以及是耐用的，還必須包括或裝備有安全裝置以防止過度充電、過度放電、內部及外部短路以及過熱。用于電池組的安全裝置通常為在檢測到問題時切斷電池組的電子監視裝置的形式，這些電子監視裝置監視電池組的電壓、電流和溫度。這些電子系統在正常情況下表現良好，但在電池組的電化學電池中發生內部短路的情況下可能不能防止對電池的損害。盡管不常發生，但內部短路會使電池組的溫度上升到造成對電池的永久損害的危險水平并且還可能會對經歷內部短路的電池組的附近的各種部件造成損害。2003年4月15日發布的美國專利N0.6，099，986通過在電化學電池的每個接頭與電池組的極之間包括有熔絲而提供了一種關于這種內部短路的潛在問題的解決方案。具有熔絲的該系統將正經歷內部短路的特定電化學電池產生的過大的電流與其他電池切斷，從而限制了由于內部短路而對特定電化學電池造成的損害。然而，該系統是復雜且笨重的，需要多種焊料來將每個熔絲連接到每個電化學電池并且需要更多的空間來容置多個熔絲。因此，需要這樣一種安全裝置:該安全裝置比現有技術的安全裝置簡單且輕便并且適于防止正經歷內部短路的電池中的損害。
發明內容
本發明的目的是改善現有技術中存在的不便之處中的至少一些。在一個方面，本發明提供了一種電池組，該電池組包括串聯或并聯連接的多個電化學電池。每個電化學電池均包括一系列初級層壓制件，所述一系列初級層壓制件各自包括負極、正極、設置在負極與正極之間的電解質、從初級層壓制件的一側延伸的正極集電器以及從初級層壓制件的相反側延伸的負極集電器。每個電化學電池均具有將正極集電器連接在一起的集電端子以及將負極集電器連接在一起的集電端子。集電端子各自具有用于將兩個相鄰的電化學電池電連接在一起的折疊的延伸臂部，折疊的延伸臂部具有形狀記憶特性。電化學電池通過以具有低于180°C的熔化溫度Tf的焊接金屬焊接在一起的相鄰的集電端子的折疊的延伸臂部電連接在一起，由此，如果電化學電池的溫度上升到焊接金屬的熔化溫度Tf以上，則焊接連接熔化并且集電端子的折疊的延伸臂部回彈到折疊的延伸臂部的初始形狀，從而切斷溫度在焊接金屬的熔化溫度Tf以上的電化學電池與相鄰的電化學電池之間的電連接。在另一個方面，電池組還包括偏置裝置，該偏置裝置定位在兩個相鄰的集電端子的折疊的延伸臂部之間，該偏置裝置沿著折疊的延伸臂部的長度延伸，從而為折疊的延伸臂部的形狀記憶特性提供了附加的力，使得回彈力在焊接連接熔化時增大。本發明的實施方式各自具有上面所提到的方面中的至少一個方面，但不必具有所有方面。應當理解的是，本發明的源于試圖獲得上面提到的目的的某些方面可能不滿足這些目的和/或可能滿足未在文中具體敘述的其他目的。通過以下描述、附圖以及所附權利要求，本發明的實施方式的額外的和/或替代性的特征、方面以及優點將變得明顯。
為了更好地理解本發明以及本發明的其他方面及進一步的特征，對下面結合附圖使用的描述進行參考，在附圖中:圖1為與根據本發明的一個實施方式的集電端子一起形成串聯連接的電池組的電化學電池的堆組的一部分的示意性立體圖；圖2為圖1中示出的電化學電池的堆組的一部分的示意性正視圖；圖3為根據本發明的一個實施方式的兩個集電端子的示意性立體圖；圖4為圖3中示出的兩個集電端子的示意性正視圖；圖5為圖3和圖4中示出的兩個集電端子的示意性正視圖，其中這兩個集電端子在被電連接在一起之前卷壓到兩個相鄰的電化學電池的層壓制件上；圖6為圖5的兩個集電端子電連接在一起的不意性正視圖；圖7為圖3中示出的兩個集電端子的示意性正視圖，其中這兩個集電端子之間具有彈簧狀元件；圖8為圖7中示出的兩個集電端子的示意性正視圖，其中這兩個集電端子在被電連接在一起之前卷壓到兩個相鄰的電化學電池的層壓制件上；以及圖9為圖8中示出的兩個集電端子電連接在一起的示意性正視圖。
具體實施例方式參照圖1，示出了形成電池組的電化學電池20的堆組的示例。每個電化學電池20均包括一系列初級層壓制件，所述一系列初級層壓制件各自包括片狀負極、片狀正極以及設置在負極與正極之間的電解質膜。另外，片狀集電器支承通常為片材形式的糊狀材料的正極。在本示例中，負極為用作陽離子源并用作集電器的鋰或鋰合金金屬片或箔。然而，負極也可以包括與活性負極材料不同的集電器片。例如，負極也可以是包括有優選地由銅、聚合物、導電填料以及插置材料制成的集電器片的復合材料。本領域的技術人員已知的任何插置材料均可以被使用，并且特別是可以從由碳、活性碳、石墨、石油焦、鋰合金、鎳粉、鈦酸鋰等構成的組中進行選擇。至于正極片，該正極片通常包括聚合物、鋰鹽以及電化學活性材料的化合物。合適的電化學活性材料的示例包括 LixVy0z、LiCOO2, LixMnyOz, LiNiO2, LiFePO4, VxOy、MnyOz,Fe (PO4)3以及LixTiy0z。在優選實施方式中，陰極24優選包括LiFeP04。至于電解質膜，該電解質膜優選為固體并且由混合有鋰鹽的聚合物制成，該電解質物理地分離負極與正極并且還用作離子輸送隔膜。用于在電極的活性材料與電池組(未圖示)的端子之間傳導電子流的基本功能的集電器片通常由銅、鎳或鋁的片構成。在優選實施方式中，正極的集電器包括涂覆有薄保護層的鋁片或鋁箔。該保護層在其與正極材料接觸時防止了集電器片的劣化。電化學電池20的每個層壓制件均設計成使得正極的集電器片在電化學電池20的一側上延伸，而用作負極的集電器的鋰金屬箔在電化學電池20的相反側上延伸。如圖1中所示，電化學電池20的所有正極的集電器的延伸部通過與2009年6月2日發布的美國專利N0.7，541，112中所描述的集電端子類似的集電端子22而組裝并卷壓在一起，以將電化學電池20的所有正極的所有集電器電連接在一起，該美國專利的全部公開內容通過引用并入文中。電化學電池20的所有負極的鋰金屬箔的延伸部通過集電端子23類似地組裝并卷壓在一起，以將電化學電池20的所有負極的鋰金屬箔的所有延伸部電連接在一起。如圖1中所示，集電端子22和集電端子23沿著電化學電池20的整個長度延伸并且分別電連接正極的集電器的大表面積和負極的鋰箔的延伸部，使得集電端子22和23的電氣連接能夠容納高電流。參照圖2，其以正視圖示出了圖1中示出的電化學電池20的堆組的前部，電化學電池20通過集電端子22和23串聯電連接在一起，其中，負集電端子23連接到正集電端子22，從而通過每個串聯連接的增加的電化學電池而增大了電化學電池20的堆組的電壓。集電端子22和23具有折疊的延伸臂部26，該折疊的延伸臂部26在電化學電池20的堆組被組裝并電連接在一起時如由深黑色跡線28示出地焊接在一起。如圖1中所示，折疊的延伸臂部沿著它們的整個長度焊接在一起。折疊的延伸臂部26彎曲成使得當串聯或并聯連接電化學電池20的堆組時，兩個相鄰的集電端子22和23的折疊臂部26并排地定位并且焊接或錫焊在一起以確保良好的電氣接觸。兩個相鄰的集電端子22和23的折疊的延伸臂部26被沿著它們的整個長度焊接，從而在相鄰的集電端子22與23之間提供大的表面接觸面積以容納高電流載荷。如圖2中所示，所述堆組中的各個電化學電池20通過由諸如聚丙烯之類的塑性材料30制成的絕緣膜而分隔，以防止各個電化學電池20之間的直接接觸以及可能的短路。參照圖3和圖4，集電端子22和23包括一對間隔開的臂部32和34，所述一對間隔開的臂部32和34彼此分開以在其間形成凹部38。該凹部38的形狀形成為使得其能夠在被卷壓到電化學電池20的正極的所有集電器或負極的鋰箔的所有延伸部上之前將集電器或鋰箔的延伸部緊貼地容納在其中。如所示出的，集電端子22和23的折疊的延伸臂部26朝向臂部34向后彎曲，使得當被并排定位時，集電端子22和23的折疊的臂部26遠離彼此延伸。如圖3和圖4中示出地，折疊的延伸臂部26特意向后彎曲以引起折疊的臂部26的形狀記憶特性，使得當折疊的臂部26沒有機械連接在一起時，以及更重要地，萬一該機械連接斷開時，折疊的臂部26將趨于遠離彼此移動。參照圖5，集電端子22的所述一對臂部32和34卷壓到第一電化學電池20的所有正極的所有集電器上，并且集電端子23的所述一對臂部32和34卷壓到與第一電化學電池20相鄰的第二電化學電池20的所有負極的鋰金屬箔的所有延伸部上。折疊的延伸臂部26由于它們的初始形狀而保持向后彎曲并間隔開。參照圖6，相鄰的集電端子22和23的折疊的延伸臂部26結合在一起并且它們的邊緣如由深黑色跡線28所示地焊接在一起。如圖1中所示，延伸臂部26的邊緣被沿著它們的整個長度焊接。折疊的延伸臂部26通過諸如鉍(Bi)或鉍-錫(B1-Sn)之類的具有180°C或低于180°C的熔化溫度Tf的特定金屬或金屬合金來焊接，以實現集電端子22與第一電化學電池20之間以及集電端子23與第二電化學電池20之間的電氣連接。在具有多個電化學電池20的電池組中發生內部短路的情況下，電池組的溫度、特別是正經歷內部短路的一個或多個電化學電池20的溫度將迅速上升到不安全水平。當電化學電池20中的一個電化學電池的溫度達到焊接金屬的熔化溫度Tf(180°C或低于180°C )時，該焊接金屬將熔化，從而導致折疊的延伸臂部26如圖5中的帶點的箭頭S所示地回彈至IJ它們的初始形狀并且分離，從而斷開相鄰的電化學電池之間的電氣連接以及切斷短路并防止在短路沒有被切斷的情況下理論上將發生的溫度迅速上升。折疊的延伸臂部26的形狀記憶與用于焊接兩個相鄰的集電端子22和23的金屬的熔化溫度Tf的組合為電池組提供了增加的安全特征，該安全特征使得在發生內部短路的情況下一個或多個電化學電池20能夠被電隔離。圖7示出了本發明的第二實施方式，其中，相同的集電端子22和23補充有偏置裝置40，偏置裝置40為由不導電橡膠、不導電塑料或不導電聚合物制成的彈性繩、彈性管或彈性棒的形式，該偏置裝置40定位在兩個相鄰的集電端子22和23的折疊的延伸臂部26之間并且該偏置裝置40沿著集電端子22和23的長度延伸。如前所述，折疊的延伸臂部26向后彎曲并且具有形狀記憶特性，使得當折疊的延伸臂部26沒有機械連接在一起時其趨于遠離彼此移動。偏置裝置40為折疊的延伸臂部26的形狀記憶特性提供了附加的力，使得回彈力在焊接金屬熔化時增大。偏置裝置40還確保了相鄰的集電端子22和23的折疊的延伸臂部26在分離時不會重新連接。如圖8中所示，集電端子22的所述一對臂部32和34卷壓到第一電化學電池20的所有正極的所有集電器上，并且所述集電端子23的所述一對臂部32和34卷壓到與第一電化學電池20相鄰的第二電化學電池20的所有負極的鋰金屬箔的所有延伸部上。折疊的延伸臂部26由于其初始形狀而保持向后彎曲并間隔開。橡膠繩形式的偏置裝置40如圖所示地被插入在所述兩個相鄰的折疊的延伸臂部26之間的空間中。參照圖9，相鄰的集電端子22和23的折疊的延伸臂部26結合在一起并且它們的邊緣如由深黑色跡線28所示地焊接在一起。如圖1中所示，延伸臂部26的邊緣被沿著整個長度焊接。如圖9中所示，折疊的延伸臂部26結合在一起并且它們的邊緣如由深黑色跡線28所示地焊接在一起。折疊的延伸臂部26通過諸如鉍(Bi)或鉍-錫合金(B1-Sn)之類的具有180°C或低于180°C的熔化溫度Tf的特定金屬或金屬合金來焊接，以實現集電端子22與第一電化學電池20之間以及集電端子23與第二電化學電池20之間的電氣連接并且偏置裝置40被擠壓并阻攔在所焊接的延伸臂部26之間。在具有多個電化學電池20的電池組中發生內部短路的情況下，電池組的溫度、特別是正經歷內部短路的一個或多個電化學電池20的溫度將迅速上升到不安全水平。當電化學電池20中的一個電化學電池的溫度達到焊接金屬的熔化溫度Tf(180°C或低于180°C )時，該焊接金屬熔化并且折疊的延伸臂部26被折疊的延伸臂部26的形狀記憶特性以及被擠壓在張回到其初始形狀的折疊的延伸臂部26之間的偏置裝置40的力迫使向外如圖8中的帶點的箭頭S所示地回彈到它們的初始形狀。折疊的延伸臂部26分離，從而切斷相鄰的電化學電池之間的電氣連接和短路，并防止在電氣連接沒有被切斷的情況下理論上將發生的溫度迅速上升。偏置裝置40提供了附加的力，從而一旦焊接金屬熔化便使折疊的延伸臂部26分離。焊接金屬的熔化溫度Tf、折疊的延伸臂部26的形狀記憶以及偏置裝置40的組合為電池組提供了附加的安全特征，該安全特征使得在發生內部短路的情況下一個或多個電化學電池20能夠被電隔離。對本領域的普通技術人員而言，本發明的上述實施方式的改型和改進會變得明顯。前面的描述意在為示例性的而非限制性的。因此，本發明的范圍意在僅由所附權利要求的范圍來限制。
權利要求
1.一種電池組，包括串聯或并聯連接的多個電化學電池， 每個電化學電池均包括一系列初級層壓制件，所述一系列初級層壓制件各自包括負極、正極、設置在所述負極與所述正極之間的電解質、從所述初級層壓制件的一側延伸的正極集電器以及從所述初級層壓制件的相反側延伸的負極集電器， 每個電化學電池均具有將所述正極集電器連接在一起的集電端子以及將所述負極集電器連接在一起的集電端子， 所述集電端子各自具有用于將兩個相鄰的電化學電池電連接在一起的折疊的延伸臂部，所述折疊的延伸臂部具有形狀記憶特性， 所述電化學電池通過以具有低于180°c的熔化溫度Tf的焊接金屬焊接在一起的相鄰的集電端子的所述折疊的延伸臂部電連接在一起，由此，如果電化學電池的溫度上升到所述焊接金屬的所述熔化溫度Tf以上，則焊接連接熔化并且所述集電端子的所述折疊的延伸臂部回彈到所述折疊的延伸臂部的初始形狀，從而切斷溫度在所述焊接金屬的所述熔化溫度Tf以上的電化學電池與相鄰的電化學電池之間的電連接。
2.根據權利要求1所述的電池組，其中，所述負極由用作所述負極和所述負極的所述集電器兩者的鋰金屬箔構成。
3.根據權利要求1所述的電池組，其中，所述集電端子的所述折疊的延伸臂部最初被向后彎曲，以引起所述折疊的延伸臂部的所述形狀記憶特性。
4.根據權利要求1所述的電池組，其中，所述焊接金屬從鉍和鉍基合金的組中選擇。
5.根據權利要求1所述的電池組，還包括偏置裝置，所述偏置裝置定位在兩個相鄰的集電端子的所述折疊的延伸臂部之間，所述偏置裝置沿著所述折疊的延伸臂部的長度延伸，從而為所述折疊的延伸臂部的所述形狀記憶特性提供了附加的力，使得回彈力在焊接連接熔化時增大。
6.根據權利要求5所述的電池組，其中，所述偏置裝置從彈性繩、彈性管和彈性棒的組中選擇。
7.根據權利要求6所述的電池組，其中，所述偏置裝置由不導電材料制成。
全文摘要
公開了一種電化學電池電池組，其具有用作安全裝置的集電端子。該電池組包括串聯或并聯連接的多個電化學電池。每個電化學電池均具有將正極集電器連接在一起的集電端子以及將負極集電器連接在一起的集電端子。集電端子各自具有用于將兩個相鄰的電化學電池連接在一起的折疊的延伸臂部。所述折疊的延伸臂部具有形狀記憶特性并且通過具有低于180℃的熔化溫度Tf的焊接金屬電連接在一起，由此，如果電化學電池的溫度上升到焊接金屬的熔化溫度Tf以上，則焊接連接熔化并且集電端子的折疊的延伸臂部回彈到它們的初始形狀，從而切斷電化學電池之間的電連接。
文檔編號H01M2/34GK103081178SQ201180042613
公開日2013年5月1日 申請日期2011年9月2日 優先權日2010年9月2日
發明者克勞德·卡里戈南 申請人:加拿大巴斯姆有限公司