CN1853290A - 锂离子二次电池 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种薄型大面积锂离子二次电池。该锂离子二次电池具有容器，该容器具有从端子在容器内所处的区域向外延伸的凸缘，并由分别具有优选形状的罐体和盖子构成，其中罐体凸缘在该凸缘的外表面处通过微弧焊而焊接到盖子凸缘的外表面。根据本发明，冷却夹具能容易地安装到容器上，能有效地消除由焊接热量所引起的问题，因此允许应用微弧焊而不发生电池内部被热量破坏。因此，能够实施更加经济和稳定的对焊，从而显著降低了引起电池产品泄漏问题的缺陷发生几率和锂离子二次电池的制造成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种锂离子二次电池，更具体的，涉及一种具有增强的容器密封性的薄型大面积锂离子二次电池。
背景技术
随着便携式电子设备如手机和笔记本电脑等的市场份额的扩张，以及这些设备的种类的多样化，对作为可充电电源的二次电池的需求一直在增加。并且，由于便携式电子设备的小型化、轻量化、高性能化和多功能化，需要不断增加用作电源的二次电池的能量存储密度。近年来，为了满足这些需求，由于与传统基于水溶液的二次电池如镍铬或者镍氢电池相比，锂离子二次电池的重量相对轻、单位体积的能量密度大、以及充放电的生命周期长，所以锂离子二次电池已经成为用于便携式电子设备新型电源的焦点。
锂离子二次电池包括由罐体和盖子构成的密封容器以及***到该容器内的电极组件。电极组件包括阴极板、阳极板和隔膜，其中阴极板含有锂或者锂金属氧化物，阳极板含有碳基阳极活性材料以吸收和释放锂，隔膜用于将所述阴极和阳极彼此间隔开并含有包括由有机溶剂和锂盐组成的电解质。
图1是表示构成传统锂离子二次电池的容器的罐体和盖子的形状及其密封方法的示意图。
参照图1，罐体(can)10具有桶的形状，其内部具有空间，且横截面为多边形；板状的盖子20连接到罐体10，使盖子20的***表面紧密接触罐体10的内侧。这里，通过沿着罐体10与盖子20紧密接触的区域进行激光焊，将盖子20焊接到罐体10上，从而得到密封的容器。
如上所述，当电极***到罐体中且盖子焊接到罐体上时，必须首先考虑的是一定要保证容器的完好密封，以便能很好地防止电解质的泄露以及外部湿气的侵入，同时防止内部的电池元件和电极由于焊接热量而受到破坏或者产生变形。然而，使用图1中所示的容器的形状时，存在一个问题，即很难提供一种有效的冷却夹具来阻挡和散发容器的焊接热量。因此，通常使用产生的焊接热量相对要低的激光焊接法。具体而言，产生离散焊珠(discretewelding bead)的脉冲激光焊较连续激光焊更加优选。然而，这种脉冲激光焊接法的缺点在于，它产生的焊珠尺寸小，焊接质量极易受焊接中心的影响而改变，因此如果电池容器和焊接设备没有精确的机械结构，则很难为容器提供完好的密封。另外，其缺点还在于，只有当如此小尺寸(直径为0.2～0.6mm)的焊珠彼此充分层叠，使大约70％或者更多的焊珠被相邻的焊珠层叠时，才能得到足够可靠的密封。这样，焊接速度相对要慢。因此，在图1(1)所示进行对焊的情况下，如果构件由于污染物或者变形而没有很好地彼此接触，则在局部会产生未焊接部分或者微小裂缝，从而导致电池产品的泄露问题。另外，激光会穿过焊接构件之间的间隙而破坏电极和类似物体。当实施图1(2)所示的搭焊时，能克服上述问题。然而，根据搭焊，由于在下部材料部分熔化时，上部材料必须完全熔化，因此要利用相对较大的能量，因此冷却夹具与其他结构相比要发挥更重要的作用。然而，如上所述，由于与电极之间的干扰，容器上很难安装冷却夹具，所以搭焊不是一种有效的方法。
由于上述缺陷在电池封装具有较小厚度以及密封区域具有较大总体长度的情况下会导致非常严重的问题，所以这些缺陷被认为是严重的技术局限，尤其是在实现薄型大面积电池的情况下。因此，有必要改善罐体和盖子的结构，引入有效的冷却机构，以及提供一种新型的密封方法。
发明内容
因此，考虑到上述问题而提出本发明，且本发明的目的是提供一种改进的薄型大面积锂离子二次电池，该二次电池的焊接性能和密封能力得到提高，因此显著降低了其制造成本。
根据本发明的一个方面，上述和其它目的能通过提供这样一种锂离子二次电池而得以实现，该二次电池包括：罐体，该罐体内部具有空间且在其上部敞开，并具有从罐体上端向外延伸的凸缘；盖子，该盖子具有面向罐体凸缘的接触面；以及电极组件，该电极组件***到罐体内，并包括阴极板和阳极板，其中罐体凸缘在凸缘外表面处通过微弧焊(micro-arc welding)焊接到盖子的外表面，从而形成密封容器。
根据本发明的另一方面，提供一种锂离子二次电池，该二次电池包括：盖子，该盖子内部具有空间且在其下部敞开，并具有从盖子的下端向外延伸的凸缘；罐体，该罐体内部具有空间且在其上部敞开，并具有从罐体上端向外延伸的面向盖子凸缘的凸缘，该罐体凸缘具有宽度大于盖子凸缘宽度的预定区域，使得该预定区域的内端位于盖子凸缘内端的内侧；电极组件，该电极组件***到罐体内，并包括阴极板和阳极板；以及突出端子，该突出端子连接到阴极板和阳极板中的一者，同时穿过罐体上宽度大于盖子凸缘宽度的预定区域而突出到外侧，其中罐体凸缘在凸缘外表面处通过微弧焊(micro-arc welding)焊接到盖子凸缘的外表面，从而形成密封容器。
根据本发明的再一方面，提供一种锂离子二次电池，该二次电池包括：罐体，该罐体内部具有空间且在其上部敞开，并具有从罐体上端向外延伸的凸缘，该罐体在其一侧形成有台阶，台阶的形成方式为：罐体具有第一下表面，从该第一下表面向上延伸的第一侧壁，高于第一下表面并从第一侧壁向外延伸的第二下表面，以及从第二下表面向上延伸的第二侧壁；盖子，该盖子具有面向罐体凸缘的接触面；电极组件，该电极组件位于第一下表面上，并包括阴极板和阳极板；以及突出端子，该突出端子连接到阴极板和阳极板中的一者，同时穿过罐体的第二下表面而突出到外侧，其中罐体凸缘在该凸缘的外表面处通过微弧焊(micro-arc welding)而焊接到盖子凸缘的外表面，从而形成密封容器。
从上述说明中可以清楚，根据该锂离子二次电池，容器具有从容器内端子所在的区域向外延伸的凸缘，并且该容器由罐体和盖子构成，罐体和盖子分别具有优选的形状，使得冷却夹具能容易地安装到容器上，以减少焊接缺陷，从而有效地消除由焊接热量所引起的问题，这样可以防止电池内部被热量所破坏，并允许使用微弧焊。因此，能够实施更加经济和稳定的对焊，从而显著降低了导致电池产品泄漏问题的缺陷发生几率，并降低了薄型大面积锂离子二次电池的制造成本。
另外，能实施微弧焊以代替传统的激光焊，并允许连续焊接，从而避免了能导致电池产品泄漏问题的缺陷。因为微弧焊提供了低的焊接火花的直接穿透，并且形成了大的焊接熔池，所以能通过微弧焊实施对焊，从而降低了总体制造成本。
很明显，本发明不限于上述实施方式，并且本领域普通技术人员将会注意到，在不背离本发明的范围和精神的前提下可以对这里所公开的实施方式进行各种各样的改进、改变和替换。
附图说明
通过下面结合附图的详细说明，将更加清楚地理解本发明的上述和其它目的、特征和其它优点。在附图中：
图1是表示罐体和盖子的形状及其密封方法的示意图，该罐体和盖子构成传统锂离子二次电池的容器；以及
图2至4是表示根据本发明的实施方式的锂离子二次电池及其密封方法的示意图。
具体实施方式
下面将参照附图详细说明本发明的优选实施方式。
图2至4是表示根据本发明的实施方式的锂离子二次电池及其密封方法的示意图。
实施方式1
参照图2，根据本发明第一实施方式的锂离子二次电池包括由罐体110和盖子120构成的密封容器，位于该容器内且包括阴极板和阳极板的电极组件(未图示)，以及分别连接到阴极板和阳极板的端子。所述端子包括连接到阳极板的阳极端子和连接到阴极板的阴极端子。通常，阳极端子和阴极端子中的一者是通过将罐体和盖子中的一者连接到阳极板和阴极板中的一者而形成，另一者则通过使用附加的连接件而暴露到外侧。下面，通过使用附加连接件暴露到外侧的端子将被称为突出端子130。
罐体110的内部具有空间且在其上部敞开，并具有从罐体110的上端向外延伸的凸缘。这时候，凸缘的宽度为0.3mm或者更宽，为电池长边长度的5％或者更大的范围内。如果凸缘的延伸宽度太小，则在焊接盖子120时安装冷却夹具和焊接操作会变的困难；反之，如果凸缘的延伸宽度太宽，则会降低锂离子二次电池的单位体积的能量密度。
盖子120具有面向罐体110的凸缘的接触面。盖子120可以根据盖子的效用而具有多种形状。例如，盖子120可以具有***与罐体110凸缘的***相同的平板形状，还可以具有这样的结构，盖子120在内部具有空间且在其下部敞开，并具有***与罐体110凸缘的***相同的凸缘。
电极组件***在罐体110的空间内。
突出端子130连接到构成电极组件的阴极板或者阳极板，并穿过罐体110的一个侧壁或者穿过盖子120而突出到外侧。
根据本发明，为了形成容器，罐体110在凸缘的外表面处通过微弧焊、优选通过微等离子焊而焊接到盖子120的外表面。当本发明的微弧焊与在现有技术中用于焊接罐体和盖子的激光焊相比较时，本发明的微弧焊能实现连续焊接，从而具有能防止导致电池产品泄漏问题的缺陷的优点，而用于锂离子二次电池的传统激光焊是一种脉冲焊，会增加焊接缺陷如针孔(pin hole)的发生几率，这会导致电池产品的泄漏问题。另外，因为微弧焊提供了较低的焊接火花直接穿透(straight penetration)，且形成大的焊接熔池，所以能够对罐体的外表面和盖子的外表面实施对焊来替代搭焊。此外，由于弧焊设备比激光焊接设备具有更低的价格，所以能够降低电池的总体制造成本。
如上所述，由于容器具有凸缘，且该凸缘向外延伸到比突出端子130处在容器内的区域更远的位置，所以冷却夹具140能够安装到容器而与之接触，使得只有罐体110的外表面和盖子120的外表面暴露到外侧，从而解决了由焊接热量所引起的问题。
实施方式2
参照图3，与第一实施方式相同，根据本发明第二实施方式的锂离子二次电池包括罐体210、盖子220、电极组件(未图示)和突出端子230。罐体210和盖子220通过微弧焊彼此焊接在一起而构成密封容器。第二实施方式的结构类似于第一实施方式的结构，除了罐体和盖子的形状以及突出端子的安装位置以外，其中突出端子的安装位置考虑到焊接性和冷却夹具的安装方便性。因此，在描述第二实施方式时，为了清楚的目的而省略了重复说明。
盖子220的内部具有空间且在其下部敞开，并具有从其下端向外延伸的凸缘。这时候，该凸缘的宽度与第一实施方式中的宽度相同。
罐体210内部具有空间且在空间的上部敞开，并具有从罐体210的上端向外突出并面向盖子220凸缘的凸缘。这时候，罐体210的凸综具有宽度大于盖子220凸缘宽度的预定区域，使得该预定区域的内端位于盖子220的凸缘的内端之内。
突出端子230穿过罐体210上的、宽度大于盖子220凸缘宽度的所述预定区域而突出到外侧。
由此，虽然突出端子230是穿过罐体210的凸缘而突出，但突出端子230是穿过宽度大于其它区域宽度的预定区域而突出到外侧，所以能容易安装冷却夹具240，该冷却夹具240与容器接触。
实施方式3
参照图4，与第二实施方式相同，本发明的第三实施方式也提供一种类似于第一实施方式的结构，除了罐体和盖子的形状以及突出端子的安装位置以外，其中突出端子的安装位置考虑到焊接性和冷却夹具的安装方便性。因此，在描述第三实施方式时，为了清楚的目的而省略了重复说明。
罐体310内部具有空间且在空间的上部敞开。罐体310具有形成于其一个侧壁上的两级台阶，形成方式为，罐体310具有第一下表面，从第一下表面向上延伸的第一侧壁，高于第一下表面并从第一侧壁向外延伸的第二下表面，以及从第二下表面向上延伸的第二侧壁。罐体310具有从罐体310的上端向外延伸的凸缘。这时候，该凸缘的宽度于第一实施方式中的宽度相同。
盖子320具有面向罐体310的凸缘的接触面。盖子320根据盖子320的效用可以具有多种形状。例如，盖子320可以具有***与罐体310凸缘的***相同的平板形状，且具有的结构形成为，盖子320内部具有空间且在该空间的下部敞开，并具有***与罐体310凸缘的***相同的凸缘。
突出端子330穿过罐体310的第二下表面而突出到外侧，并与罐体310电绝缘。这时候，只要突出端子330与罐体310之间能保持绝缘状态，则突出端子330可以尽可能地接近罐体310的第一侧壁，在此处在罐体310上形成两级台阶。这种结构是为了在焊接罐体310和盖子320时能容易操作。
由此，两级台阶形成于在罐体310上设置突出端子330之处，冷却夹具340能安装并连接到容器，使得只有罐体110的外表面和盖子120的外表面能暴露到外侧，从而解决了由焊接热量所导致的问题。
Claims (8)
1、一种锂离子二次电池，包括：
罐体，该罐体内部具有空间且在其上部敞开，并具有从罐体的上端向外延伸的凸缘；
盖子，该盖子具有面向罐体凸缘的接触面；以及
电极组件，该电极组件***在罐体内，且包括阴极板和阳极板，
其中盖子的凸缘在该凸缘的外表面处通过微弧焊而焊接到盖子的外表面，从而形成密封容器。
2、如权利要求1所述的电池，还包括端子，该端子连接到阴极板和阳极板中的一者，同时穿过盖子或者罐体的一个侧壁而突出到外侧。
3、一种锂离子二次电池，包括：
盖子，该盖子内部具有空间且在其下部敞开，并具有从盖子的下端向外延伸的凸缘；
罐体，该罐体内部具有空间且在罐体的上部敞开，并具有从罐体上端向外延伸的并面向盖子凸缘的凸缘，该罐体凸缘具有宽度大于盖子凸缘宽度的预定区域，使得该预定区域的内端位于盖子凸缘内端的内侧；
电极组件，该电极组件***到罐体内，并包括阴极板和阳极板；以及
突出端子，该突出端子连接到阴极板和阳极板中的一者，同时穿过罐体上宽度大于盖子凸缘宽度的预定区域而突出到外侧，
其中罐体凸缘在凸缘外表面处通过微弧焊而焊接到盖子凸缘的外表面，从而形成密封容器。
4、一种锂离子二次电池，包括：
罐体，该罐体内部具有空间且在其上部敞开，并具有从罐体上端向外延伸的凸缘，该罐体在其一侧形成有台阶，台阶的形成方式为罐体具有第一下表面，从该第一下表面向上延伸的第一侧壁，高于第一下表面并从第一侧壁向外延伸的第二下表面，以及从第二下表面向上延伸的第二侧壁；
盖子，该盖子具有面向罐体凸缘的接触面；
电极组件，该电极组件位于第一下表面上，并包括阴极板和阳极板；以及
突出端子，该突出端子连接到阴极板和阳极板中的一者，同时穿过罐体的第二下表面而突出到外侧，
其中罐体凸缘在该凸缘的外表面处通过微弧焊而焊接到盖子凸缘的外表面，从而形成密封容器。
5、如权利要求1或者4所述的电池，其中盖子具有平板形状。
6、如权利要求1或者4所述的电池，其中盖子具有面向罐体凸缘的凸缘，并且在内部具有空间且在该空间的下部敞开。
7、如权利要求1、3或者4所述的电池，其中凸缘的宽度为0.3mm或者更高，为电池长边长度的5％或者更大。
8、如权利要求1、3或者4所述的电池，其中微弧焊为微等离子焊。
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| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |