CN102017231A - 具有增进安全性的电池组 - Google Patents

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宋彦宁
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Abstract

一种电池组包括电池外壳；第一接线端；第二接线端，其与所述电池外壳电连通且与所述第一接线端电绝缘；电极组合件，其处在所述电池外壳中；电流中断装置(CID)，其与所述第一接线端和所述第一电极或与所述第二接线端和所述第二电极电连通；和绝缘，其中断所述第一电极与所述第二接线端之间或所述第二电极与所述第一接线端之间的潜在电化学连通。所述电极组合件包括与所述第一接线端电连通的第一电极；与所述第二接线端电连通的第二电极；和在所述第一与第二电极之间的电解质。当在充电或过充电条件下时以及当所述CID被启动，由此中断所述第一接线端与所述第一电极之间或所述第二接线端与所述第二电极之间的电连通时，所述绝缘中断所述第一电极与所述第二接线端之间或所述第二电极与所述第一接线端之间的潜在电化学连通。

Description

具有增进安全性的电池组
相关申请案
本申请案主张2008年4月24日申请的美国临时申请案第61/125,327号的权益。上述申请案的完整教示按引用并入本文中。
技术领域
背景技术
可再充电电池组，如锂离子可再充电电池组，被广泛用作多种电池组供电携带型电子装置的电源，例如移动电话、携带型计算机、携带型摄像机、数码相机、PDA等。用于所述携带型电子装置的典型锂离子电池组包采用多个并联和串联配置的电池。例如，锂离子电池组包可以包括数个串联连接的电池块(block)，其中各电池块包括一个或多个并联连接的电池。各电池块通常具有电子控制来监测电池块的电压水平。在一种理想配置中，电池组包中所包括的每一电池都是相同的。然而，当电池老化和循环时，它们往往偏离初始的理想条件，从而产生不平衡的电池组(cell pack)(例如不相同的容量、阻抗、放电和充电速率)。此电池之间的不平衡可能会在可再充电电池组的正常操作过程中引起过充电或过放电，而且随之可能带来安全性问题，如***(即，气体迅速释放和火灾的可能性)。尽管已经设计和采用了各种类型的安全措施，但所属领域中如***等与电池组相关的不幸事故仍有报导。
因此，需要开发具有增进安全性的新电池组。
发明内容
在一个实施例中，本发明针对一种电池组，其包含电池外壳；第一接线端；第二接线端，其与电池外壳电连通且与第一接线端电绝缘；电极组合件，其处在电池外壳中；电流中断装置，其与第一接线端和第一电极或与第二接线端和第二电极电连通；和绝缘，其中断第一电极与第二接线端之间或第二电极与第一接线端之间的潜在电化学连通。所述电极组合件包括与第一接线端电连通的第一电极；与第二接线端电连通的第二电极；和在所述第一与第二电极之间的电解质。电流中断装置包括第一导电组件和第二导电组件，二者彼此电连通，其中当第一与第二导电组件之间的表压在介于约4kg/cm2与约15kg/cm2之间的范围内时，这两个组件之间的电连通被中断。当在充电或过充电条件下时以及当电流中断装置中第一与第二导电组件之间的电连通已经中断，由此中断第一接线端与第一电极之间或第二接线端与第二电极之间的电连通时，所述绝缘中断第一电极与第二接线端之间或第二电极与第一接线端之间的潜在电化学连通。
在另一实施例中，本发明针对一种电池组包，其包含至少一个电池和至少一个对电池充电的充电器。各电池包括电池外壳；第一接线端；第二接线端，其与电池外壳电连通且与第一接线端电绝缘；电极组合件，其处在电池外壳中；电流中断装置，其与第一接线端和第一电极或与第二接线端和第二电极电连通；和绝缘，其中断第一电极与第二接线端之间或第二电极与第一接线端之间的潜在电化学连通。对于本发明的电池组，电极组合件、电流中断装置和绝缘的特征各自独立地如上文所描述。充电器与电池的第一接线端或第二接线端电连通。
在又一实施例中，本发明针对一种使在充电或过充电条件下电池组包中至少一个电池的内压的增加减到最小的方法。所述方法包含：a)用电池组包中与电池的第一接线端或第二接线端电连通的充电器对电池组包中至少一个电池充电，所述第一和第二接线端分别与电池的电极组合件中的第一电极和第二电极电连通；b)由电流中断装置中断电池的第一接线端与第一电极之间或电池的第二接线端与第二电极之间的电连通；和c)利用绝缘中断第一电极与第二接线端之间或第二电极与第一接线端之间的潜在电化学连通。电流中断装置包括第一导电组件和第二导电组件，二者彼此电连通。当电流中断装置中第一与第二组件之间的表压在介于约4kg/cm2与约15kg/cm2之间的范围内时，电池的第一接线端与第一电极之间或电池的第二接线端与第二电极之间的电连通的中断发生。
在又一实施例中，本发明针对形成电池组的方法，其包含形成绝缘作为电池组的组件的步骤。电池组另外包括电流中断装置，其与电池组的第一接线端和第一电极或与第二接线端和第二电极电连通，其中所述电流中断装置包括第一导电组件和第二导电组件，二者彼此电连通，当第一与第二导电组件之间的表压在介于约4kg/cm2与约15kg/cm2之间的范围内时，所述导电组件之间的电连通被中断。当在充电或过充电条件下时以及当电流中断装置中第一与第二组件之间的电连通已经中断，由此中断第一接线端与第一电极之间或第二接线端与第二电极之间的电连通时，所述绝缘中断第一电极与第二接线端之间或第二电极与第一接线端之间的潜在电化学连通。
一般说来，当锂离子电池(或电池组)处于过充电误用(overcharge abuse)条件时，在电池内压达到预先设计的启动压力，如介于约4kg/cm2与约15kg/cm2之间后，电流中断装置(CID)启动。CID通常包括两个导电组件(例如板式)，其中一个组件连接至电池(或电池组)外部的接线端，而另一个连接至电池内部两个电极中的一个。当CID启动时，外部接线端与内部电极之间的电连接被中断。然而，甚至在CID启动后，如果电池仍连接至一直在对电池充电的充电器，那么电流仍能流过电池。不希望受任何特定理论的束缚，相信可以经由电池中的电解质，在CID的导电组件(其连接至外部的电池接线端)与电池的阳极或阴极(其连接至CID的另一导电组件)之间提供电流。此电流可引起电解质分解，而电解质分解甚至在CID启动后又促成电池内压的连续增加，这可引起电池***。
利用本发明，当在充电或过充电条件下时以及当CID被启动，由此中断第一接线端与第一电极之间或第二接线端与第二电极之间的电连通时，上文提到的第一电极与第二接线端之间或第二电极与第一接线端之间的潜在电化学路径被中断。因此，本发明提供了对电池组或包括多个电池组(或电池)的电池组包的增进安全性，以致电池组的内压在CID启动后不会继续增大。
本发明的电池组和电池组包可用于携带型供电装置，如携带型计算机、电动工具、玩具、携带型电话、携带型摄像机、PDA等。在使用电池组的携带型电子装置中，其充电一般设计成4.20V的充电电压。因此，本发明的电池组和电池组包特别适用于这些携带型电子装置。
附图说明
图1是本发明棱柱形电池组的示意图。
图2A显示图1的棱柱形电池组的俯视图。
图2B显示图1的棱柱形电池组的盖子的侧视图。
图3显示本发明圆柱形电池组的示意图。
图4是显示本发明中个别电池当一起布置于本发明电池组包中时如何优选连接的示意性电路图。
图5显示使用温度保险丝的本发明电池组的一个实施例。
图6显示使用温度保险丝的本发明电池组的另一实施例。
图7显示使用无孔非导电性绕线或胶带的本发明电池组的一个实施例。
图8A显示使用无孔非导电性涂层的本发明电池组的一个实施例。
图8B显示使用无孔非导电性涂层的本发明电池组的另一实施例。
图9显示使用无孔非导电性套筒的本发明电池组的一个实施例。
图10显示使用无孔非导电性袋子的本发明电池组的一个实施例。
具体实施方式
从下文如附图中所说明的本发明例示性实施例的更为详细的描述，将对前述内容显而易见，在不同图式中，相似的组件符号表示相同的部件。各图不必按比例绘制，而是将重点放在说明本发明的实施例。
如本文所使用，本发明电池组的“接线端(terminals)”是指电池组中连接外电路的部件或表面。
本发明的电池组通常包括与第一电极电连通的第一接线端，和与第二电极电连通的第二接线端。所述第一与第二电极被容纳在电池外壳内，如呈“果冻卷(jelly roll)”的形式。第一接线端可以是与电池组的正电极电连通的正接线端，或是与电池组的负电极电连通的负接线端，而对于第二接线端，反之如此。在一个实施例中，第一接线端是与电池组的负电极电连通的负接线端，而第二接线端是与电池组的正电极电连通的正接线端。
如本文所使用，“电连接(electrically connected)”或“电连通(in electrical communication)”或“电接触(electrically contacted)”等词是指某些部件通过电子流过导体而彼此连通，与涉及借助于电解质的离子(如Li+)流动的电化学连通相对。
如本文所使用，“电化学连通(electrochemical communication)”一词是指借助于电解质介质的某些部件之间的连通，且其涉及离子(如Li+)的流动。
在内部表压例如在介于约4kg/cm2与约15kg/cm2之间(例如，介于约4kg/cm2与约10kg/cm2之间、介于约4kg/cm2与约9kg/cm2之间、介于约5kg/cm2与约9kg/cm2之间或介于7kg/cm2与约9kg/cm2之间)的范围内时，可以启动本发明中使用的CID。如本文所使用，CID的“启动(activation)”意味着，电子装置流过CID的电流被中断。在一个具体实施例中，本发明的CID包括第一导电组件和第二导电组件，二者彼此电连通(例如，借助于焊接、压接、铆接等)。在此CID中，CID的“启动”意味着第一与第二导电组件之间的电连通被中断。CID中的第一和第二组件可以呈任何适合的形式，如板式或盘式。
在一些实施例中，CID的第一导电组件与第二导电组件电连通，并与电池组的电池外壳处于电和压力(即，流体，如气体)连通。在一个具体实施例中，第一导电组件包括锥形或拱形部件。在另一具体实施例中，锥形或拱形部件的顶部(或顶盖)的至少一部分基本上是平坦的。在又一具体实施例中，CID中第一与第二导电组件在基本上平坦的顶盖的一部分处彼此直接接触。在又一具体实施例中，第一导电组件包括圆锥台(frustum)，其具有基本上平坦的顶盖，如2007年6月22日申请的美国临时申请案第60/936,825号(其完整教示按引用并入本文中)所述。
本发明中可以使用的CID的一个具体实施例显示于图1中。图2A和2B分别显示图1中电池组10的盖子的俯视图和截面图。如图1所示，电池组10包括第一电极12和第二电极14。第一电极12与馈通(feed-through)装置16电连接，所述馈通装置16包括第一组件18，其靠近第一电极12；和第二组件20，其远离第一电极12。馈通装置16还可以包括导电层26。电极12与14放置在包括电池外壳22和盖子24的电池组壳体21内，即，由电池外壳22与盖子24界定的内部空间27中。电池组10的电池外壳22与盖子24彼此电连通。
CID 28包括第一导电组件30和第二导电组件32，二者彼此电连通(例如借助于焊接、压接、铆接等)。第二导电组件32与第二电极14电连通，而第一导电组件30与电池组壳体21(例如盖子24)电接触。电池组壳体21，即电池外壳22和盖子24，与电池组10的第一接线端(例如导电层26)电绝缘，并且电池组壳体21的至少一部分是电池组10第二接线端的至少一个组件，或与第二接线端电连接。在一个具体实施例中，盖子24或电池外壳22底部的至少一部分充当电池组10的第二接线端，而导电层26充当电池组10的第一接线端。
CID 28可另外在一部分的第一导电组件30与第二导电组件32之间包括绝缘体34(例如绝缘层或绝缘垫片)。
在一个具体实施例中，CID 28中第二导电组件32与绝缘体34中至少一者包括至少一个孔(例如图1中的孔36或38)，通过该孔，电池组10内的气体与第一导电组件30流体连通。
在另一具体实施例中，CID 28另外包括端部组件(例如端板)40，其安置于第一导电组件30的上方，并界定使第一导电组件30与电池组外部的大气流体连通的至少一个孔42。端部组件40(例如端板或端盘)可以是电池组壳体21的一部分，如图1中所示，其中端部组件40是电池组壳体21的盖子24的一部分。或者，端部组件40可以是与电池组壳体21分开的组件，并且被放置在电池组壳体21处，例如在电池组壳体21的盖子24的上方、下方或盖子24处。
图3显示本发明中可以使用的CID组合件的另一实施例。如图3所示，电池组50包括CID 28；电池组壳体21，其包括电池外壳22和盖子24；第一电极12；和第二电极14。第一电极12与电池组的第一接线端(例如导电组件58)电连通，而第二电极14与电池组的第二接线端(例如盖子24)电连通。电池外壳22与盖子24彼此电接触。第一电极12的电极片(图3中未显示)电连接(例如借助于焊接、压接、铆接等)至馈通装置52的第一导电组件54。第二电极14的电极片(图3中未显示)电连接(例如借助于焊接、压接、铆接等)至CID 28的第二导电组件32。馈通装置52包括第一导电组件54，其具有导电性；绝缘体56；和第二导电组件58，其可以是电池组50的第一接线端。
在电池组50中，电池组壳体21，即电池外壳22和盖子24，与电池组50的第一接线端(例如导电组件58)电绝缘，并且电池组壳体21的至少一部分是电池组50第二接线端的至少一个组件，或电连接至第二接线端。在一个具体实施例中，盖子24或电池外壳22底部的至少一部分充当电池组50的第二接线端，而导电组件58充当电池组50的第一接线端。
尽管图1至3中显示了CID 28与第二电极14电连通的CID组合件，但CID(如CID 28)与第一电极12电连通的CID组合件也可用于本发明中。
图4是本发明的示意性电路图，显示了个别电池或电池组(例如图1的电池组10或图3的电池组50)在电池组包中如何一起布置。充电器70用于对电池1、2和3充电。
一般说来，当电池组处于过充电误用条件时，在电池内压达到预先设计的启动压力后，CID(如CID 28)启动。例如，在CID 28中，当电池组内部的表压大于预定值，如介于约4kg/cm2与约15kg/cm2之间时，第二导电组件32与第一导电组件30分离(例如变形分开或脱离)，借此第二电极14与电池组壳体21(其至少一部分是第二接线端的至少一个组件，或电连接至第二接线端)之间的电流中断。因此，在CID启动后，外部接线端与内部电极之间的电连接一般被中断。然而，即使在CID启动后，电流仍能流过电池，尤其是当电池仍连接至一直对电池充电的充电器(例如图4的充电器70)时。所述即使在CID启动后仍流过电池的电流可能是由例如电池外壳22或盖子24(其至少一部分是第二接线端的至少一个组件，或电连接至第二接线端)与第一电极12之间通过电池组的电解质的潜在电化学连通所引起。此电流可引起电解质分解，而电解质分解甚至在CID启动后又促成内部电池压力的连续增加。
除CID(例如CID 28)外，本发明中还使用绝缘作为另一安全性措施，所述绝缘可中断第一电极(例如第一电极12)与第二接线端(例如盖子24)之间或第二电极(例如第二电极14)与第一接线端(例如图1的组件26或图3的组件58)之间的潜在电化学连通。当在充电或过充电条件下(例如，参看图4)时以及当电流中断装置中第一与第二导电组件之间的电连通被中断，由此中断第一接线端与第一电极之间或第二接线端与第二电极之间的电连通时，所述绝缘中断第一电极与第二接线端之间或第二电极与第一接线端之间的潜在电化学连通。
在一个实施例中，绝缘是电绝缘，其中断从对电池组充电的充电器(例如图4的充电器70)到第一接线端或第二接线端任一者的电流。在一个具体实施例中，电绝缘是所属领域中已知的温度保险丝。如图5中所示，温度保险丝80可处在固持电极组合件84的电池外壳22外表面的一部分处或其上方。或者，如图6所示，温度保险丝80可处在接收来自充电器70的电流的一个接线端处(图6中未显示)。
在另一实施例中，绝缘是处在电极组合件(例如果冻卷)(其包括第一电极(例如第一电极12)、第二电极(例如第二电极14)和电解质)与固持电极组合件的电池外壳(例如电池外壳22)之间的无孔非导电性阻障层。如本文所使用，“无孔(non-porous)”一词是指比电池组工业中使用的常规隔离层的孔少，例如至少低约5％、约10％、约30％或约50％。在一个具体实施例中，本发明中使用的“无孔”阻障层基本上阻挡离子输送(例如Li+)，与允许正电极与负电极之间离子输送的隔离层形成对比。如本文所使用，“非导电性(non-conductive)”一词是指基本上阻挡电子传导。本发明中使用的“无孔”“非导电性”阻障层可基本上阻挡离子(例如Li+)和电子输送。本发明中可以使用的无孔非导电性阻障层的实例包括无孔非导电性涂层、胶带、绕线、套筒和袋子。
在一个具体实施例中，本发明使用无孔非导电性绕线或胶带。图7显示在电极组合件84与电池外壳22(图7中未显示)之间的所述无孔非导电性绕线或胶带90的一个具体实施例。在图7中，无孔非导电性绕线或胶带90安置在活性材料83的末端处，所述活性材料83包括正负电极以及隔离层。活性材料83螺旋卷绕产生电极组合件84，例如所属领域中一般已知的“果冻卷”。无孔非导电性绕线或胶带90从电极组合件84的末端延伸，并缠绕电极组合件的外壁，从而在电极组合件84(例如果冻卷)与电池外壳22(图7中未显示)之间提供无孔非导电性阻障层。
在又一具体实施例中，绝缘是无孔非导电性涂层。如图8A所示，无孔非导电性涂层92涂布电池外壳22内表面93的至少一部分(例如形成经过阳极化处理的电池外壳)。在一个更为具体的实施例中，无孔非导电性涂层92涂布电池外壳22的基本上整个内表面93。如本文所使用，“基本上整个内表面(essentially entire interior surface)”一词是指总体内表面93的至少约90％。本发明中可以使用所属领域中已知的任一适合的无孔非导电性涂层。适合的实例包括Al2O3和/或SiO2涂层。典型实例包括Al2O3。无孔非导电性涂层可以使用所属领域中已知的任一适合的方法，例如通过化学气相沈积法、溅镀法等产生。无孔非导电性涂层的厚度通常在介于约5微米与约50微米之间，例如介于约5微米与约20微米之间，或介于约5微米与约15微米之间的范围内(例如为约10微米)。
无孔非导电性涂层92可任选另外涂布电池外壳22外表面的至少一部分。在一个具体实例中，如图8B所示，电池外壳22外表面95的经涂布部分94并非电池外壳22外表面95的与盖子24接触的部分96。在一个具体实施例中，电池外壳22外表面95的经涂布部分94并非例如通过焊接附接盖子24的电池外壳22的边缘区域。在另一具体实施例中，电池外壳22在形成过程中，例如在最终电池外壳22之前的预成型电池外壳阶段，经无孔非导电性涂层92(例如Al2O3涂层)涂布。在另一具体实施例中，在电池外壳22的最后形成阶段，新切下涂有无孔非导电性涂层92(例如Al2O3涂层)的预成型电池外壳的边缘，产生未涂布有非导电性涂层92的边缘。或者，例如可以使用所属领域中已知的掩模，产生此选择性涂布。
在又一具体实施例中，本发明使用无孔非导电性套筒或袋子。图9显示无孔非导电性套筒94，用于在电极组合件84与电池外壳22之间提供绝缘。图10显示无孔非导电性袋子96，用于在电极组合件84与电池外壳22之间提供绝缘。
本发明中可以使用所属领域中已知的任一适合的无孔非导电性材料用于无孔非导电性阻障层，如90、94和96。适合的无孔非导电性材料的常见具体实例包括聚丙烯类。
再参看图1至3，“馈通(feed-through)”一词包括将在电池外壳22和盖子24所界定的内部空间内的电极12与在所述经界定的内部空间外部的电池组的组件相连接的任一材料或装置。在一个具体实施例中，馈通装置16或52延伸穿过由盖子24所界定的贯通孔(pass-through hole)。馈通装置16或52也可以穿过盖子24而不变形，如弯曲、扭转和/或折迭，并且可以增加电池容量。本发明中还可以使用所属领域中已知的任一其它适合的构件，用于将电极12与在电池组壳体21外部的电池组的组件(例如电池组的接线端)相连接。一般说来，馈通装置16和52例如通过绝缘垫片(图1至图2B未显示，图3中的绝缘体56)与电池组壳体21(例如盖子24)电绝缘。绝缘垫片由适合的绝缘材料形成，如聚丙烯、聚氟乙烯(polyvinylfluoride，PVF)等。馈通装置16的组件18、20和26以及馈通装置52的组件54和58可由所属领域中已知的任一适合的导电材料(如镍)制成。
再参看图1和图3，在一个具体实施例中，当第一导电组件30与第二导电组件32分离时，第一导电组件30不发生破裂，使得电池组10或50内的气体不会穿过第一导电组件30而逸出。当内压保持增加并达到启动排气构件56的预定值时，气体可经由一个或多个排气构件56(例如在电池壁处或在电池外壳22的底部，或在第一导电组件30处)离开电池组10或50。在一些实施例中，启动排气构件56的预定表压值(例如介于约10kg/cm2与约20kg/cm2之间)高于启动CID 28的预定表压值(例如介于约5kg/cm2与约10kg/cm2之间)。此特征有助于防止过早气体渗漏，而气体过早渗漏会损坏邻近正在正常操作的电池组(或电池)。因此，当本发明电池组包中多个电池中的一个损坏时，其它正常的电池不会损坏。应注意，适于启动CID 28的以及适于启动排气构件56的表压值或子范围都是从预定表压范围中选出，以致所选压力值或子范围之间没有重迭。优选启动CID 28的与启动排气构件56的表压值或范围相差至少约2kg/cm2压差，更优选相差至少约4kg/cm2，甚至更优选相差至少约6kg/cm2，例如相差约7kg/cm2。
CID 28中的第一导电组件30、第二导电组件32和端部组件40可以由所属领域中已知用于电池组的任一适合的导电材料制成。适合的材料的实例包括铝、镍和铜，优选铝。在一个具体实施例中，电池组壳体21(例如电池外壳22和盖子24)、第一导电组件30和第二导电组件32由实质上相同的金属制成。如本文所使用，“实质上相同的金属(substantially same metal)”一词是指在给定电压(例如电池组的操作电压)下具有实质上相同的化学和电化学稳定性的金属。更优选电池组壳体21、第一导电组件30和第二导电组件32由相同金属制成，如铝(例如铝3003系列，如铝3003H-14系列和/或铝3003 H-0系列)。
CID 28可以利用所属领域中已知的任一适合的方法，如WO 2008/002487和美国临时申请案第60/936,825号(两篇文献的完整教示都按引用并入本文中)中所述的方法制成。可以利用所属领域中已知的任一适合的构件将CID 28附接至电池组壳体21。在一个具体实施例中，经由焊接，更优选通过将第一导电组件30焊接至端部组件40(或盖子24本身)上，来将CID 28附接至电池组壳体21。
电池外壳22可以由任一适合的导电材料制成，所述导电材料在给定电池组(例如本发明的锂离子电池组)电压下基本上电稳定和化学稳定。电池外壳22的适合材料的实例包括金属材料，例如铝、镍、铜、钢、镀镍的铁、不锈钢和其组合。在一个具体实施例中，电池外壳22是铝制的或包括铝。
盖子24的适合材料的实例与关于电池外壳22所列的材料相同。在一个具体实施例中，盖子24由与电池外壳22相同的材料制成。在另一具体实施例中，电池外壳22与盖子24都是铝制的，或包括铝。
盖子24可以通过所属领域中已知的任一适合的方法(例如焊接、压接等)气密密封电池外壳22。在一个具体实施例中，盖子24与电池外壳22彼此焊接。在另一具体实施例中，当盖子24与电池外壳22之间的表压大于约20kg/cm2时，盖子24与电池外壳22的焊接连接破裂。
再参看图1和图3，在一些优选实施例中，电池外壳22包括至少一个排气构件56作为必要时(例如当内部表压在介于约10kg/cm2与约20kg/cm2之间，例如介于约12kg/cm2与约20kg/cm2之间或介于约10kg/cm2与约18kg/cm2之间的范围内时)排出内部气态物质的构件。应了解，任一类适合的排气构件都可以使用，只要所述构件在正常电池组操作条件下提供气密密封即可。各种适合的排气构件的实例描述于2005年9月16日申请的美国临时申请案第60/717,898号中，其完整教示按引用并入本文中。
排气构件的具体实例包括排气划线(vent score)。如本文所使用，“划线(score)”一词是指电池外壳(例如电池外壳104)截面上的局部切痕，其设计成允许在指定内压下释放电池压力和任一内部电池组件。排气构件112优选是排气划线，更优选是定向定位且远离用户/或邻近电池的排气划线。本发明中可以使用一个以上排气划线。在一些实施例中，可以使用图案化的排气划线。排气划线可以与在电池外壳的形状建立期间电池外壳材料的主要伸展(或拉伸)方向平行、垂直、倾斜。还应考虑排气划线的性质，例如深度、形状和长度(尺寸)。
本发明的电池组可另外包括正温度系数(positive thermal coefficient，PTC)层，其与第一接线端或第二接线端电连通，优选与第一接线端电连通。适合的PTC材料是所属领域中已知的PTC材料。一般说来，适合的PTC材料是当暴露于超过设计阈值的电流时导电性随温度的增加而降低数个数量级(例如104至106或更高)的PTC材料。一旦电流降低到适合的阈值以下，PTC材料一般立即实质上恢复初始的电阻率。在一个适合的实施例中，PTC材料包括含少量半导体材料的多晶陶瓷，或一片其中嵌入碳晶粒的塑料或聚合物。当PTC材料的温度达到临界点时，所述半导体材料或所述嵌有碳晶粒的塑料或聚合物形成电流动的阻障层，并引起电阻急剧增加。如所属领域中已知的，通过调整PTC材料的组成，可以改变使电阻率急剧增加的温度。PTC材料的“操作温度(operating temperature)”是使PTC所展现的电阻率大致为其最大与最小电阻之间的半数值的温度。优选本发明中使用的PTC层的操作温度介于约70摄氏度与约150摄氏度之间。
PTC材料的具体实例包括含少量钛酸钡(BaTiO3)的多晶陶瓷，以及其中嵌入碳晶粒的聚烯烃。市售PTC层压板包括PTC层夹于两个导电金属层之间，其实例包括Raychem公司制造的LTP和LR4系列。一般来说，PTC层的厚度在约50微米与约300微米的范围内。
PTC层优选包括导电表面，其总面积是盖子24或者电池组10或50底部总表面积的至少约25％或至少约50％(例如为约48％或约56％)。PTC层的导电表面的总表面积可以是盖子24或者电池组10或50底部总表面积的至少约56％。盖子24或者电池组10或50的多达100％的总表面积可以由PTC层的导电表面所占据。或者，电池组10或50底部全部或一部分可以由PTC层的导电表面所占据。
PTC层可以定位于电池组壳体的外部，例如在电池组壳体的盖子(例如图1和图3的盖子24)上方。
在一个具体实施例中，PTC层是在第一导电层与第二导电层之间，且第二导电层的至少一部分是第一接线端的至少一个组件，或电连接至所述第一接线端。在另一具体实施例中，第一导电层连接至馈通装置。此类夹于第一与第二导电层之间的PTC层的适合的实例描述于WO 2007/149102中，其完整教示按引用并入本文中。
在一些具体实施例中，本发明电池组包括电池组壳体21，其包括电池外壳22和盖子24；至少一个CID，例如上文所述的CID 28，其与电池组的第一或第二电极任一者电连通；和至少一个排气构件56，其处在电池外壳22上。如上文所述，电池组壳体21与第一接线端电绝缘，而所述第一接线端与电池组的第一电极电连通。电池组壳体21的至少一部分是第二接线端的至少一个组件，所述第二接线端与电池组的第二电极电连通。盖子24焊接于电池外壳22上，以致在内部表压大于约20kg/cm2时，焊接的盖子从电池外壳22脱离。CID包括第一导电组件(例如第一导电组件30)和第二导电组件(例如第二导电组件32)，二者彼此电连通，优选通过焊接电连通。在内部表压介于约4kg/cm2与约10kg/cm2之间(例如，介于约5kg/cm2与约9kg/cm2之间，或介于约7kg/cm2与约9kg/cm2之间)时，此电连通被中断。例如，第一与第二导电组件彼此焊接(例如激光焊接)在一起，以致焊接在预定表压下破裂。形成至少一个排气构件56，用以在内部表压在介于约10kg/cm与约20kg/cm2之间或介于约12kg/cm2与约20kg/cm2之间的范围内时，排出内部的气态物质。如上文所述，应注意，适于启动CID 28的以及适于启动排气构件56的表压值或子范围是从预定表压范围中选出，以致所选压力值或子范围之间没有重迭。通常，启动CID 28的与启动排气构件56的表压值或范围相差至少约2kg/cm2压差，更通常相差至少约4kg/cm2，甚至更优选相差至少约6kg/cm2，例如相差约7kg/cm2。还应注意，适于使焊接的盖子24从电池外壳22裂开的以及适于启动排气构件56的表压值或子范围是从预定表压范围中选出，以致所选压力值或子范围之间没有重迭。
一般说来，本发明的电池组是可再充电的。在一个具体实施例中，本发明的电池组是可再充电的锂离子电池组。
在某些实施例中，在正常工作条件下，本发明的电池组(例如锂离子电池组)的内部表压小于或等于约2kg/cm2。对于本发明的这种电池组，活性电极材料可以在电池组壳体的气密密封之前首先启动。
本发明电池组(或电池)可以是圆柱形(例如26650、18650或14500型配置)或棱柱形(堆积或卷绕，例如183665或103450型配置)。其优选为棱柱形，更优选为呈椭圆形的(oblong)棱柱形状。尽管本发明可以使用所有类型的棱柱形电池外壳，但部分因为下文所述的两个特征，优选椭圆形电池外壳。
当与外部体积相同的电池堆相比较时，椭圆形的可用内部体积(例如183665形状因子(form factor))大于两个18650型电池的体积。当组装成电池组包时，椭圆形的电池充分利用更多由电池组包所占据的空间。相对于当今工业中所发现的情形，这能够为内部电池组件带来新颖的设计改变，由此可增加关键的性能特征，而不牺牲电池的容量。由于可用体积变大，人们可以选择使用较薄的电极，其循环寿命和倍率性能(rate capability)相对较高。此外，椭圆形壳体具有较大的挠性。举个例子，椭圆形壳体在拐点(waist point)具有较大挠性，而相比之下，圆柱形壳体因堆积压力在充电时增加而具有较小挠性。此较大的挠性降低了电极的机械疲劳，而机械疲劳的降低又使循环寿命增长。另外，通过使用相对较低的堆积压力，电池组中隔离层的小孔堵塞的情况可以得到改良。
与棱柱形电池组相比较，椭圆形电池组可以获得一个特别理想的特征，即允许相对较高的安全性。椭圆形状为果冻卷提供滑合座(snug fit)，其使电池组所需电解质的量减到最少。相对较少量的电解质使误用情形(misuse scenario)期间可用的反应性材料减少，因此具有较高安全性。此外，因电解质的用量减少，成本也变低。在具有堆积电极结构的棱柱形壳体(其截面呈矩形)情况下，可能利用基本上全部体积而不用不必要的电解质，但此类壳体设计比较困难，因此从制造的观点看，成本较高。
再参看图4，在本发明一些实施例中，多个本发明的锂离子电池组(例如2到5个电池)可以连接于电池组包中，其中各电池组(电池)彼此以串联、并联或串联加并联连接。在本发明的一些电池组包中，各电池组之间没有并联连接。
优选至少一个电池具有棱柱形电池外壳，更优选具有椭圆形电池外壳，如图1所示。电池组包中电池的容量优选通常等于或大于约3.0Ah，更优选等于或大于约4.0Ah。电池的内阻抗优选小于约50毫欧(milli-ohm)，更优选小于30毫欧。
本发明还包括制造上述电池组(如可再充电锂离子电池组)的方法。所述方法包括形成绝缘作为电池组的组件。包括绝缘的特定特征在内的特征如上文所述。
本发明锂离子电池组(或电池)的正负电极以及电解质可以通过所属领域中已知的适当方法形成。
适用于负电极的负极活性材料的实例包括允许锂掺杂于其中或从其中去掺杂的任一材料。此类材料的实例包括含碳材料，例如非石墨质碳(non-graphitic carbon)、人造碳、人造石墨、天然石墨、热解碳、焦炭(如沥青焦炭、针形焦炭、石油焦炭)、石墨、玻璃碳，或通过碳化酚系树脂、呋喃树脂或类似物等获得的经过热处理的有机聚合化合物、碳纤维以及活性碳。此外，金属锂、锂合金以及其合金或化合物都可用作负极活性材料。特别地，能够与锂形成合金或化合物的金属元素或半导体元素可以是第IV族金属元素或半导体元素，例如(但不限于)硅或锡。允许锂掺杂于其中或从其中去掺杂的电势相对较低的氧化物，例如氧化铁、氧化钌、氧化钼、氧化钨、氧化钛和氧化锡，以及类似地氮化物，都可用作负极活性材料。在一个具体实施例中，本发明使用任选掺杂有如钴或铁/镍等过渡金属的非晶形锡。
适用于正电极的正极活性材料包括所属领域中已知的任一材料，例如镍酸锂、钴酸锂、橄榄石型化合物和尖晶石型锰酸盐(manganate spinel)化合物，以及其混合物。适合的正极活性材料的各种实例可见于WO 2006/071972、WO2008/002486以及2008年4月24日申请的美国临时申请案第61/125,285号中，所有所述申请案的完整教示都按引用并入本文中。
在一个具体实施例中，用于本发明的正电极的正极活性材料包括钴酸锂，如Li(1+x8)CoOz8。更具体地说，约60-90重量％(例如约80重量％)钴酸锂(如Li(1+x8)CoOz8)与约40-10重量％(例如约20重量％)尖晶石型锰酸盐(如Li(1+x1)Mn2O21)的混合物用于本发明中。值x1等于或大于0且等于或小于0.3(例如0.05≤x1≤0.2或0.05≤x1≤0.15)。值z1等于或大于3.9且等于或大于4.2。值x8等于或大于0且等于或小于0.2。值z8等于或大于1.9且等于或大于2.1。
在另一具体实施例中，用于本发明的正极活性材料包括含有钴酸锂(如Li(1+x8)CoOz8)与由经验式Li(1+x1)(Mn1-y1A′y2)2-x2Oz1表示的尖晶石型锰酸盐的混合物。值x1和x2各独立地等于或大于0.01且等于或小于0.3。值y1和y2各独立地等于或大于0.0且等于或小于0.3。值z1等于或大于3.9且等于或小于4.2。A′是由以下组成的群组的至少一个成员：镁、铝、钴、镍和铬。更具体地说，钴酸锂与尖晶石型锰酸盐的重量比为钴酸锂∶尖晶石型锰酸盐介于约0.95∶0.05与约0.6∶0.4之间。或者，钴酸锂与尖晶石型锰酸盐的重量比为钴酸锂∶尖晶石型锰酸盐介于约0.90∶0.10与约0.75∶0.25之间。
在又一具体实施例中，用于本发明的正极活性材料包括含有100％钴酸锂(如Li(1+x8)CoOz8)的混合物。
在又一具体实施例中，用于本发明的正极活性材料包括至少一种选自由以下组成的群组的氧化锂：a)钴酸锂；b)镍酸锂；c)由经验式Li(1+x1)(Mn1-y1A′y2)2-x2Oz1表示的尖晶石型锰酸盐；d)由经验式Li(1+x1)Mn2Oz1或Li1+x9Mn2-y9O4表示的尖晶石型锰酸盐；和e)由经验式Li(1-x10)A″x10MPO4表示的橄榄石型化合物。值x1、z1、x9和y9如上文所述。值x2等于或大于0.01且等于或小于0.3。值y1和y2各独立地等于或大于0.0且等于或小于0.3。A′是由以下组成的群组的至少一个成员：镁、铝、钴、镍和铬。值x10等于或大于0.05且等于或小于0.2，或值x10等于或大于0.0且等于或小于0.1。M是由以下组成的群组的至少一个成员：铁、锰、钴和镁。A″是由以下组成的群组的至少一个成员：钠、镁、钙、钾、镍和铌。
可用于本发明中的镍酸锂包括Li原子或Ni原子任一者或二者的至少一种修饰剂。如本文所使用，“修饰剂(modifier)”是指在LiNiO2的晶体结构中占据Li原子或Ni原子或二者的位点的取代基原子。在一个实施例中，镍酸锂只包括Li原子的修饰剂或取代基(“Li修饰剂”)。在另一实施例中，镍酸锂只包括Ni原子的修饰剂或取代基(“Ni修饰剂”)。在又一实施例中，镍酸锂包括Li和Ni修饰剂。Li修饰剂的实例包括钡(Ba)、镁(Mg)、钙(Ca)和锶(Sr)。Ni修饰剂的实例除包括Li的修饰剂外，还包括铝(Al)、锰(Mn)和硼(B)。Ni修饰剂的其它实例包括钴(Co)和钛(Ti)。镍酸锂优选涂布有LiCoO2。涂布可以是例如梯度涂布或逐点涂布。
可用于本发明中的一种特定类型的镍酸锂以经验式Lix3Ni1-z3M′z3O2表示，其中0.05＜x3＜1.2且0＜z3＜0.5，且M′是一种或多种选自由以下组成的群组的元素：钴、锰、铝、硼、钛、镁、钙和锶。M′优选是一种或多种选自由以下组成的群组的元素：锰、铝、硼、钛、镁、钙和锶。
可用于本发明中的另一特定类型的镍酸锂以经验式Lix4A*x5Ni(1-y4-z4)Coy4QZ4Oa表示，其中x4等于或大于约0.1且等于或小于约1.3；x5等于或大于0.0且等于或小于约0.2；y4等于或大于0.0且等于或小于约0.2；z4等于或大于0.0且等于或小于约0.2；a大于约1.5且小于约2.1；A*是由以下组成的群组的至少一个成员：钡(Ba)、镁(Mg)和钙(Ca)；且Q是由以下组成的群组的至少一个成员：铝(Al)、锰(Mn)和硼(B)。y4优选大于0。在一个优选实施例中，x5等于0，且z4大于0.0且等于或小于约0.2。在另一实施例中，z4等于0，且x5大于0.0且等于或小于约0.2。在又一实施例中，x5和z4各独立地大于0.0且等于或小于约0.2。在另一实施例中，x5、y4和z4各独立地大于0.0且等于或小于约0.2。x5、y4和z4各独立地大于0.0且等于或小于约0.2的镍酸锂的各种实例可见于美国专利第6,855,461号和第6,921,609号(其完整教示按引用并入本文中)中。
镍酸锂的具体实例是LiNi0.8Co0.15Al0.05O2。优选的具体实例是涂布有LiCoO2的LiNi0.8Co0.15Al0.05O2。在逐点涂布的阴极中，LiCoO2不完全涂布镍酸盐核心粒子。涂布有LiCoO2的LiNi0.8Co0.15Al0.05O2的组成自然会略偏离Ni∶Co∶Al的重量比为0.8∶0.15∶0.05的组成。对于Ni，所述偏离范围可为约10-15％，对于Co为5-10％，且对于Al为2-4％。镍酸锂的另一具体实例是Li0.97Mg0.03Ni0.9Co0.1O2。优选的具体实例是涂布有LiCoO2的Li0.97Mg0.03Ni0.9Co0.1O2。涂布有LiCoO2的Li0.97Mg0.03Ni0.9Co0.1O2的组成可略微偏离Mg∶Ni∶Co的重量比为0.03∶0.9∶0.1的组成。对于Mg，所述偏离范围可为约2-4％，对于Ni为10-15％，且对于Co为5-10％。可用于本发明中的另一优选的镍酸盐是Li(Ni1/3Co1/3Mn1/3)O2，也称为“333型镍酸盐”。此333型镍酸盐可任选涂布有LiCoO2，如上文所述。
可用于本发明中的钴酸锂的适当实例包括Li或Co原子中至少一者经修饰的Li1+x8CoO2。Li修饰剂的实例如上文关于镍酸锂的Li所述。Co修饰剂的实例包括Li的修饰剂以及铝(Al)、锰(Mn)和硼(B)。其它实例包括镍(Ni)和钛(Ti)，且特别地，本发明中可以使用以经验式Lix6M′y6Co(1-z6)M″z6O2表示的钴酸锂，其中x6大于0.05且小于1.2；y6大于0且小于0.1，z6等于或大于0且小于0.5；M’是镁(Mg)和钠(Na)中至少一个成员，且M″是由以下组成的群组的至少一个成员：锰(Mn)、铝(Al)、硼(B)、钛(Ti)、镁(Mg)、钙(Ca)和锶(Sr)。可用于本发明中的钴酸锂的另一实例是未经修饰的Li1+x8CoO2，例如LiCoO2。在一个具体实施例中，钴酸锂(例如LiCoO2)掺杂有Mg和/或涂布有折射性氧化物或磷酸盐(例如ZrO2或Al(PO4))。
特别优选所用氧化锂化合物具有类球形形态，因为相信这能改良包装以及其它与制造相关的特性。
优选钴酸锂和镍酸锂的晶体结构各独立地为R-3m型空间群(space group)(菱面体，包括扭曲的菱面体)。或者，镍酸锂的晶体结构可以呈单斜空间群(例如P2/m或C2/m)。在R-3m型空间群中，锂离子占据“3a”位点(x＝0，y＝0且z＝0)，而过渡金属离子(即镍酸锂中的Ni和钴酸锂中的Co)占据“3b”位点(x＝0，y＝0，z＝0.5)。氧位于“6a”位点(x＝0，y＝0，z＝z0，其中z0视金属离子(包括其修饰剂)的性质而变化)。
适用于本发明中的橄榄石型化合物的实例一般以通式Li1-x2A″x2MPO4表示，其中x2等于或大于0.05，或x2等于或大于0.0且等于或大于0.1；M是一种或多种选自由以下组成的群组的元素：铁、锰、钴或镁；且A″选自由以下组成的群组：钠、镁、钙、钾、镍、铌。优选M是铁或锰。更优选在本发明中使用LiFePO4或LiMnPO4，或二者。在一个优选实施例中，橄榄石型化合物涂布有导电性相对较高的材料，例如碳。在一个更优选的实施例中，将涂布碳的LiFePO4或涂布碳的LiMnPO4用于本发明中。M是铁或锰的橄榄石型化合物的各种实例可见于美国专利第5,910,382号(其完整教示按引用并入本文中)中。
在充电/放电时，橄榄石型化合物的晶体结构通常具有较小改变，这一般使橄榄石型化合物的循环特性优良。另外，安全性一般较高，甚至是在电池组暴露于高温环境时。橄榄石型化合物(例如LiFePO4和LiMnPO4)的另一优势是其成本相对较低。
尖晶石型锰酸盐化合物具有锰基，例如LiMn2O4。尽管尖晶石型锰酸盐化合物通常具有相对较低的比容量(例如在约110到115mAh/g的范围内)，但当其调配成电极时具有相对较高的电力输送，而且在较高温度下，其化学反应性通常较安全。尖晶石型锰酸盐化合物的另一优势是其成本相对较低。
可用于本发明中的一类尖晶石型锰酸盐化合物以经验式Li(1+x1)(Mn1-y1A′y2)2-x2Oz1表示，其中A′是镁、铝、钴、镍和铬中一者或多者；x1和x2各独立地等于或大于0.01且等于或小于0.3；y1和y2各独立地等于或大于0.0且等于或小于0.3；z1等于或大于3.9且等于或小于4.1。优选A′包括M3+离子，例如铝3+、钴3+、镍3+和铬3+，更优选铝3+。与LiMn2O4相比较，Li(1+x1)(Mn1-y1A′y2)2-x2Oz1所示的尖晶石型锰酸盐化合物可具有增进的循环性能和电力。可用于本发明中的另一类尖晶石型锰酸盐化合物以经验式Li(1+x1)Mn2Oz1表示，其中x1和z1各独立地与上文所述相同。或者，本发明的尖晶石型锰酸盐包括以经验式Li1+x9Mn2-y9Oz9表示的化合物，其中x9和y9各独立地等于或大于0.0且等于或小于0.3(例如0.05≤x9，y9≤0.15)；且z9等于或大于3.9且等于或小于4.2。可用于本发明中的尖晶石型锰酸盐的具体实例包括LiMn1.9Al0.1O4、Li1+x1Mn2O4、Li1+x7Mn2-y7O4，以及其具有Al和Mg修饰剂的变体。Li(1+x1)(Mn1-y1A′y2)2-x2Oz1型尖晶石型锰酸盐化合物的各种其它实例可见于美国专利第4,366,215号、第5,196,270号和第5,316,877号(其完整教示按引用并入本文中)中。
应注意，本文所述的适合的阴极材料是以在制造将其并入其中的锂离子电池组时存在的经验式来表征。应了解，此后其具体组成依照其在使用(例如充电和放电)期间发生的电化学反应而发生变化。
适合的非水性电解质的实例包括通过将电解质盐溶解于非水性溶剂中所制备的非水性电解质溶液、固体电解质(无机电解质或含有电解质盐的聚合物电解质)，以及通过将电解质混入或溶解于聚合物化合物中所制备的固体或凝胶状电解质或诸如此类。
非水性电解质溶液通常是通过将盐溶解于有机溶剂中而制成。有机溶剂可以包括一般用于此类电池组中的任一适合类型。所述有机溶剂的实例包括碳酸亚丙酯(PC)、碳酸亚乙酯(EC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸二甲酯(DMC)、1，2-二甲氧基乙烷、1，2-二乙氧基乙烷、γ-丁内酯、四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃、1，3-二氧杂环戊烷、4-甲基-1，3-二氧杂环戊烷、***、环丁砜、甲基环丁砜、乙腈、丙腈、苯甲醚、乙酸酯、丁酸酯、丙酸酯等。优选使用环状碳酸酯，例如碳酸亚丙酯；或链状碳酸酯，例如碳酸二甲酯和碳酸二乙酯。这些有机溶剂可单独使用或者两类或两类以上组合使用。
添加剂或稳定剂也可存在于电解质中，例如VC(碳酸乙烯酯)、VEC(碳酸乙烯亚乙酯)、EA(乙酸亚乙酯)、TPP(磷酸三苯酯)、膦腈、联苯(BP)、环己基苯(CHB)、2，2-二苯基丙烷(DP)、双(草酸根)硼酸锂(LiBoB)、硫酸亚乙酯(ES)和硫酸亚丙酯。这些添加剂用作阳极和阴极稳定剂、阻燃剂或气体释放剂，其可使电池组在形成、循环效率、安全性和寿命方面具有较高性能。
固体电解质可包括无机电解质、聚合物电解质等，只要所述材料具有锂离子传导性即可。无机电解质可包括例如氮化锂、碘化锂等。聚合物电解质由电解质盐以及溶解有电解质盐的聚合物化合物构成。用于聚合物电解质的聚合物化合物的实例包括基于醚的聚合物，例如聚氧化乙烯和交联聚氧化乙烯；基于聚甲基丙烯酸酯的聚合物；基于丙烯酸酯的聚合物等。这些聚合物可单独使用，或以两类或两类以上的混合物或共聚物形式使用。
凝胶电解质的基质可以是任一聚合物，只要所述聚合物通过吸收上述非水性电解质溶液而胶凝即可。用于凝胶电解质的聚合物的实例包括氟碳聚合物，例如聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚偏二氟乙烯-共-六氟丙烯(PVDF-HFP)等。
用于凝胶电解质的聚合物的实例还包括聚丙烯腈和聚丙烯腈共聚物。用于共聚合的单体(基于乙烯基的单体)的实例包括乙酸乙烯酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸丁酯、丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、衣康酸(itaconic acid)、氢化丙烯酸甲酯、氢化丙烯酸乙酯、丙烯酰胺、氯乙烯、偏二氟乙烯和偏二氯乙烯。用于凝胶电解质的聚合物的实例还包括丙烯腈-丁二烯共聚物橡胶、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物树脂、丙烯腈-氯化聚乙烯-丙烯二烯-苯乙烯共聚物树脂、丙烯腈-氯乙烯共聚物树脂、丙烯腈-甲基丙烯酸酯树脂及丙烯腈-丙烯酸酯共聚物树脂。
用于凝胶电解质的聚合物的实例包括基于醚的聚合物，例如聚氧化乙烯、聚氧化乙烯的共聚物和交联聚氧化乙烯。用于共聚合的单体的实例包括聚氧化丙稀、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸丁酯、丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯。
特别地，从氧化-还原稳定性的角度看，优选将氟碳聚合物用于凝胶电解质的基质。
用于电解质中的电解质盐可以是适于此类电池组的任一电解质盐。电解质盐的实例包括LiClO4、LiAsF6、LiPF6、LiBF4、LiB(C6H5)4、LiB(C2O4)2、CH3SO3Li、CF3SO3Li、LiCl、LiBr等。一般说来，隔离层将电池组的正电极与负电极分开。隔离层可包括一般用于形成此类非水性电解质二次电池组的隔离层的任一膜状材料，例如由聚丙烯、聚乙烯或二者的层状组合制成的微孔聚合物膜。此外，如果将固体电解质或凝胶电解质用作电池组的电解质，那么未必需要提供隔离层。在某些情况下，也可使用由玻璃纤维或纤维素材料制成的微孔隔离层。隔离层的厚度通常介于约9与约25μm之间。
在一些具体实施例中，可以通过以特定比例混合阴极粉末制成本发明电池组(或电池)的正电极。随后将约90重量％此掺合物与约5重量％作为导电剂的乙炔黑和约5重量％作为粘合剂的PVDF混合在一起。将混合物分散于N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)溶剂中，以制备浆液。接着，将此浆液涂覆于铝箔集流器的两个表面上，典型厚度为约20μm，并在约100-150℃下干燥。随后，利用滚压机将干燥的电极压光，获得经过压缩的正电极。当只使用LiCoO2作为正电极时，通常使用一种混合物，该混合物使用约94重量％LiCoO2、约3％乙炔黑和约3％PVDF。本发明电池组(或电池)的负电极可以通过将约93重量％作为负极活性材料的石墨、约3重量％乙炔黑与约4重量％作为粘合剂的PVDF混合制成。同样将负极混合物分散于N-甲基-2-吡咯烷酮溶剂中，以制备浆液。将负极混合物浆液均匀涂覆于带状铜箔负极集流器的两个表面上，典型厚度为约10μm。随后，利用滚压机将干燥的电极压光，获得致密的负电极。
通常将负电极与正电极以及由例如具有微孔的聚乙烯膜形成的隔离层(例如约25μm厚)层迭，并螺旋缠绕，产生螺旋形电极组件。
在一些实施例中，将一个或多个由例如铝制成的正极导线附接至正电流电极，随后电连接至本发明电池组的正极接线端。由例如镍金属制成的负极导线连接负电极，随后附接至馈通装置。在本发明锂离子电池组的电池外壳中真空填入具有含1 M LiPF6的例如EC:DMC:DEC的电解质，其中所述电池外壳具有螺旋缠绕的“果冻卷”。
按引用并入
WO 2006/071972；WO 2007/011661；WO 2007/149102；WO 2008/002486；WO 2008/002487；2005年9月16日申请的美国临时申请案第60/717,898号；2007年6月22日申请的美国临时申请案第60/936,825号；2008年4月24日申请的美国临时申请案第61/125,285号；和2008年4月24日申请的美国临时申请案第61/125,281号的全文都按引用并入本文中。
等效内容
尽管已经参照例示性实施例特别显示和描述了本发明，但所属领域技术人员应了解，在不背离随附权利要求书所涵盖的本发明范围的情况下，可以对形式和细节进行各种修改。

Claims (54)

1.一种电池组，其包含：
a)电池外壳；
b)第一接线端；
c)第二接线端，其与所述电池外壳电连通且与所述第一接线端电绝缘；
d)电极组合件，其处在所述电池外壳中，所述电极组合件包括与所述第一接线端电连通的第一电极、与所述第二接线端电连通的第二电极，和在所述第一与第二电极之间的电解质；
e)电流中断装置，其与所述第一接线端和所述第一电极或与所述第二接线端和所述第二电极电连通，所述电流中断装置包括第一导电组件和第二导电组件，二者彼此电连通，其中当所述第一与第二导电组件之间的表压在介于约4kg/cm2与约15kg/cm2之间的范围内时，所述两个组件之间的电连通中断；和
f)绝缘，当在充电或过充电条件下时以及当所述电流中断装置中所述第一与第二导电组件之间的电连通已经中断，由此中断所述第一接线端与所述第一电极之间或所述第二接线端与所述第二电极之间的电连通时，所述绝缘中断所述第一电极与所述第二接线端之间或所述第二电极与所述第一接线端之间的潜在电化学连通。
2.根据权利要求1所述的电池组，其中所述绝缘是以下至少一者：
i)无孔非导电性阻障层，处在所述电极组合件与所述电池外壳之间；和
ii)电绝缘，其中断从对所述电池组充电的充电器到所述第一接线端或所述第二接线端任一者的电流。
3.根据权利要求2所述的电池组，其中所述绝缘是中断从对所述电池组充电的充电器到所述第一接线端或所述第二接线端任一者的电流的电绝缘。
4.根据权利要求3所述的电池组，其中所述电绝缘是温度保险丝。
5.根据权利要求4所述的电池组，其中所述温度保险丝处在i)所述电池外壳外表面一部分处或其上方；或ii)接收来自所述充电器的电流的一个所述接线端处。
6.根据权利要求2所述的电池组，其中所述绝缘是处在所述电极组合件与所述电池外壳之间的无孔非导电性阻障层。
7.根据权利要求6所述的电池组，其中所述无孔非导电性阻障层是无孔非导电性涂层、胶带、绕线、套筒或袋子。
8.根据权利要求7所述的电池组，其中所述无孔非导电性阻障层是无孔非导电性涂层，且其中所述无孔非导电性涂层涂布所述电池外壳内表面的至少一部分。
9.根据权利要求8所述的电池组，其中所述无孔非导电性涂层包括Al2O3和/或SiO2。
10.根据权利要求9所述的电池组，其中所述无孔非导电性涂层包括Al2O3。
11.根据权利要求10所述的电池组，其中所述Al2O3涂层的厚度在介于约5微米与约50微米之间的范围内。
12.根据权利要求11所述的电池组，其中所述Al2O3涂层的厚度在介于约5微米与约15微米之间的范围内。
13.根据权利要求9所述的电池组，其中所述无孔非导电性涂层另外涂布所述电池外壳外表面的至少一部分。
14.根据权利要求13所述的电池组，其另外包含一个在所述电池外壳上方的盖子，且其中所述电池外壳外表面的涂布有所述无孔非导电性涂层的部分并非与所述盖子接触的一部分。
15.根据权利要求14所述的电池组，其中所述盖子的至少一部分与所述第二接线端电连通。
16.根据权利要求7所述的电池组，其中所述无孔非导电性阻障层是无孔非导电性胶带或绕线。
17.根据权利要求16所述的电池组，其中所述电极组合件是果冻卷式配置。
18.根据权利要求17所述的电池组，其中所述无孔非导电性胶带或绕线从所述果冻卷的末端延伸，并缠绕所述果冻卷的外壁。
19.根据权利要求7所述的电池组，其中所述无孔非导电性阻障层是容纳所述电极组合件的无孔非导电性套筒或袋子。
20.根据权利要求1所述的电池组，其另外包括在所述电池外壳上方的盖子，其中所述盖子由导电材料制成。
21.根据权利要求20所述的电池组，其中所述导电材料是金属。
22.根据权利要求21所述的电池组，其中所述电池外壳和所述盖子由金属制成，所述金属包括铝。
23.根据权利要求1至22中任一权利要求所述的电池组，其中所述电流中断装置与所述第二接线端和所述第二电极电连通。
24.根据权利要求23所述的电池组，其中所述盖子与所述第二接线端电连通。
25.根据权利要求24所述的电池组，其中所述电流中断装置处在所述盖子处。
26.一种电池组包，其包含至少一个电池以及至少一个对所述电池充电的充电器，其中各电池包括：
a)电池外壳；
b)第一接线端；
c)第二接线端，其与所述电池外壳电连通且与所述第一接线端电绝缘；
d)电极组合件，其处在所述电池外壳中，所述电极组合件包括与所述第一接线端电连通的第一电极、与所述第二接线端电连通的第二电极，和在所述第一与第二电极之间的电解质；
e)电流中断装置，其与所述第一接线端和所述第一电极或与所述第二接线端和所述第二电极电连通，所述电流中断装置包括第一导电组件和第二导电组件，二者彼此电连通，其中当所述第一与第二导电组件之间的表压在介于约4kg/cm2与约15kg/cm2之间的范围内时，所述两个组件之间的电连通中断；和
f)绝缘，当在充电或过充电条件下时以及当所述电流中断装置中所述第一与第二导电组件之间的电连通已经中断，由此中断所述第一接线端与所述第一电极之间或所述第二接线端与所述第二电极之间的电连通时，所述绝缘中断所述第一电极与所述第二接线端之间或所述第二电极与所述第一接线端之间的潜在电化学连通，
且其中所述充电器与所述电池的所述第一接线端或所述第二接线端电连通。
27.根据权利要求26所述的电池组包，其中所述绝缘是：
i)无孔非导电性阻障层，处在所述电极组合件与所述电池外壳之间；和/或
ii)电绝缘，其中断从对所述电池组充电的充电器到所述第一接线端或所述第二接线端任一者的电流。
28.根据权利要求27所述的电池组包，其中所述绝缘是中断从对所述电池组充电的充电器到所述第一接线端或所述第二接线端任一者的电流的电绝缘。
29.根据权利要求28所述的电池组包，其中所述电绝缘是温度保险丝。
30.根据权利要求29所述的电池组包，其中所述温度保险丝处在i)所述电池外壳外表面的一部分处或其上方；或ii)接收来自所述充电器的电流的一个所述接线端处。
31.根据权利要求26所述的电池组包，其中所述绝缘是在所述电极组合件与所述电池外壳之间的无孔非导电性阻障层。
32.根据权利要求31所述的电池组包，其中所述无孔非导电性阻障层是无孔非导电性涂层、胶带、绕线、套筒或袋子。
33.根据权利要求32所述的电池组包，其中所述无孔非导电性阻障层是无孔非导电性涂层，且其中所述无孔非导电性涂层涂布所述电池外壳内表面的至少一部分。
34.根据权利要求33所述的电池组包，其中所述无孔非导电性涂层包括Al2O3和/或SiO2。
35.根据权利要求34所述的电池组包，其中所述无孔非导电性涂层包括Al2O3。
36.根据权利要求35所述的电池组包，其中所述Al2O3涂层的厚度在介于约5微米与约50微米之间的范围内。
37.根据权利要求36所述的电池组包，其中所述Al2O3涂层的厚度在介于约5微米与约15微米之间的范围内。
38.根据权利要求34所述的电池组包，其中所述无孔非导电性涂层另外涂布所述电池外壳外表面的至少一部分。
39.根据权利要求38所述的电池组包，其另外包含一个在所述电池外壳上方的盖子，且其中所述电池外壳外表面的涂布有所述无孔非导电性涂层的部分并非与所述盖子接触的一部分。
40.根据权利要求39所述的电池组包，其中所述盖子的至少一部分与所述第二接线端电连通。
41.根据权利要求32所述的电池组包，其中所述无孔非导电性阻障层是无孔非导电性胶带或绕线。
42.根据权利要求31所述的电池组包，其中所述电极组合件是果冻卷式配置。
43.根据权利要求42所述的电池组包，其中所述无孔非导电性胶带或绕线从所述果冻卷的末端延伸，并缠绕所述果冻卷的外壁。
44.根据权利要求32所述的电池组包，其中所述无孔非导电性阻障层是容纳所述电极组合件的无孔非导电性套筒或袋子。
45.根据权利要求26所述的电池组包，其另外包含在所述电池外壳上方的盖子，且其中所述盖子由导电材料制成。
46.根据权利要求45所述的电池组包，其中所述导电材料是金属。
47.根据权利要求46所述的电池组包，其中所述电池外壳和所述盖子由金属制成，所述金属包括铝。
48.根据权利要求26至47中任一权利要求所述的电池组包，其中所述电流中断装置与所述第二接线端和所述第二电极电连通。
49.根据权利要求48所述的电池组包，其中所述盖子与所述第二接线端电连通。
50.根据权利要求49所述的电池组包，其中所述电流中断装置处在所述盖子处。
51.一种使在充电或过充电条件下电池组包中至少一个电池的内压的增加减到最小的方法，其包含：
a)用所述电池组包中与所述电池的第一接线端或第二接线端电连通的充电器对所述电池组包中至少一个电池充电，所述第一和所述第二接线端分别与所述电池的电极组合件中的第一电极和第二电极电连通；
b)由包括彼此电连通的第一导电组件和第二导电组件的电流中断装置，当所述组件之间的表压在介于约4kg/cm2与约15kg/cm2之间的范围内时，中断所述电池的所述第一接线端与所述第一电极之间或所述电池的所述第二接线端与所述第二电极之间的电连通；和
c)利用绝缘中断所述第一电极与所述第二接线端之间或所述第二电极与所述第一接线端之间的潜在电化学连通。
52.根据权利要求51所述的方法，其中所述绝缘是以下至少一者：
i)无孔非导电性阻障层，处在所述电极组合件与所述电池外壳之间；和
ii)电绝缘，其中断从对所述电池组充电的充电器到所述第一接线端或所述第二接线端任一者的电流。
53.一种形成电池组的方法，其包含形成绝缘作为所述电池组的组件的步骤，
其中所述电池组另外包括电流中断装置，其与所述电池组中的第一接线端和第一电极或与第二接线端和第二电极电连通，所述电流中断装置包括第一导电组件和第二导电组件，二者彼此电连通，当所述第一与第二导电组件之间的表压在介于约4kg/cm2与约15kg/cm2之间的范围内时，所述两个组件之间的电连通中断，
且其中当在充电或过充电条件下时以及当所述电流中断装置中所述第一与所述第二组件之间的电连通中断，由此中断所述第一接线端与所述第一电极之间或所述第二接线端与所述第二电极之间的电连通时，所述绝缘中断所述电池组的第一电极与所述第二接线端之间或所述第二电极与所述第一接线端之间的潜在电化学连通。
54.根据权利要求53所述的方法，其中所述绝缘是以下至少一者：
i)无孔非导电性阻障层，处在所述电极组合件与所述电池外壳之间；和
ii)电绝缘，其中断从对所述电池组充电的充电器到所述第一接线端或所述第二接线端的电流。
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