TWI525877B - 使用金屬板製造稜形蓄電池組電池之方法，以及自此方法獲得之蓄電池組電池 - Google Patents

Description

使用金屬板製造稜形蓄電池組電池之方法，以及自此方法獲得之蓄電池組電池

本發明係關於一種製造稜形蓄電池組電池的方法。更特別地，本發明係關於一種製造蓄電池組電池之方法，其含有一包括在該陰極與該陽極之間所設置之間隔件且密封在稜形蓄電池組之匣內的電極組合件，該方法包括彎曲而後熔接具有預定厚度之金屬板以製造稜形物體，其中上部和底部是開放的；製造上部和底部密封構件，其分別對應於該稜形物體之上部和底部的形狀；使該稜形物體之底部與該底部密封構件接觸而後熔接；將該電極組合件設置於蓄電池組之匣中，其底部被密封；及使該蓄電池組之匣的上部與該上部密封構件接觸而後熔接。

近來，人們愈加關心環境問題及天然資源耗竭且確切而言對於作為替代能源而不造成環境污染的太陽能電池正漸長興趣。太陽能電池被分類成矽太陽能電池、薄膜類型化合物太陽能電池、層合類型太陽能電池及類似者。在這些太陽能電池之間，矽半導體太陽能電池最廣受研究。

電極組合件可依照具有陰極/間隔件/陽極之電極組合件的結構，經配製以具有包捲(纏繞)類型結構(其中將長片類型陰極和長片類型陽極纏繞，同時將間隔件設置在該陰極與該陽極之間)，堆疊類型結構(其中將具有預定大小之多個陰極和陽極順序地堆疊，同時將間隔件分別地設置在該等陰極與該等陽極之間)，或堆疊/摺疊類型結構(其中將具有預定大小之多個陰極和陽極順序地堆疊，同時將間隔件分別地設置在該等陰極與該等陽極之間以構成雙電池或全電池，然後將多個雙電池或全電池折疊)。

此外，依照蓄電池組之匣的形狀，將二次蓄電池組分類成包括在圓柱形或長方形金屬罐中之電極組合件的圓柱形或稜形蓄電池組及包括在鋁層合片製成之袋類型匣中的電極組合件的袋類型蓄電池組。

特別地，按照行動電器之小型化及重量減低趨勢，已發展具有相對窄之寬度的稜形蓄電池組。此種稜形蓄電池組可用在與圓柱類型蓄電池組不同的應用中。

通常，稜形蓄電池組係藉由以下方式製造：在設置一些蓄電池組構件於稜形中空匣(其底部係經密封)後，熔接上部之蓋罩組合件且將電解質注入其中，然後將注射埠密封。在此，該具有經密封之底部的稜形中空匣通常藉由依照如圖1中所例示之深牽引(deep drawing)方法處理鋁合金板而製造。深牽引是一種使用平板製造無接點之中空容器之代表性的形成程序，其中設置在剛模30之表面上的待處理之板10係在袋20與剛模30之間移動，同時在周 邊方向上被壓縮而獲得側壁。

因為板可以經由連續深牽引程序製成最終之中空匣，該深牽引方法具有高的效率。然而，該深牽引方法具有如下之一些缺點。

首先，因為該深牽引方法之程序由約10或更多個步驟構成且是精密的，故相關之製造成本是極高的。尤其，為要製造鑄模或類似者，通常需要2至3個月之長時間且因此極依照消費者之多變品味以發展蓄電池組所需的時間被大幅延長。

其次，能依照該深牽引方法被處理之材料極受限制。在該深牽引程序之期間，材料被拉伸且確切而言唯有能進行拉伸之材料可能是使用者。然而，通常難以拉伸具有高強度之材料，且確切而言，難以獲得具有所要特性之蓄電池組之匣。

最後，當稜形蓄電池組之匣係依照深牽引方法被處理且底部之長邊與短邊之厚度比率超出預定比率時，邊緣可發生龜裂且確切而言產品之錯誤率是高的且匣尺寸受限。

因此，迫切需要發展一種能根本解決這些問題之技術。

本發明旨在解決上述相關技藝之問題及達成長久以來所尋求之技術目標。

亦即，本發明旨在提供一種製造稜形蓄電池組電池的方法，其製造成本因簡化之製造程序及經改良之製造程序效率而降低，其係藉由以如下方式建構蓄電池組電池而進行：結合具有開放之上部及底部之稜形物體(其係藉由彎曲而後熔接具有預定厚度之金屬板所得)與上部和下部之密封構件(其形狀分別對應於該稜形物體之上部和下部之形狀)。

本發明亦旨在提供一種容易製造稜形蓄電池組電池同時改良製造率且獲得高產率的方法。

依照本發明之一方面，提供一種製造包含電極組合件之蓄電池組電池的方法，該電極組合件包括在陰極與陽極之間所設置之間隔件，且被密封在稜形蓄電池組之匣內，該方法包括：(a)彎曲而後熔接具有預定厚度之金屬板以製造具有開放的上部和底部的稜形物體；(b)製造上部和底部密封構件，其分別對應於該稜形物體之上部和底部的形狀；(c)使該稜形物體之底部與底部密封構件接觸而後熔接；(d)將該電極組合件設置於該依照步驟(c)所製造之具有經密封之底部的蓄電池組之匣中；及(e)使該蓄電池組之匣與依照步驟(d)所製造之上部密 封構件接觸而後熔接。

因此，依照本發明之製造該蓄電池組電池之方法的製造成本相較於深牽引方法可藉由將分割的匣構件結合在一起而降低。此外，該蓄電池組電池之總製造時間可大幅地縮短。而且，可將該蓄電池組電池製造成多種設計，同時產物之錯誤率可被降低。

在一具體例中，依照步驟(a)所彎曲之該金屬板之經重疊的末部份可被熔接成一種使該末端部份之區域接觸的狀態。在此情況中，視需要，可將該經彎曲之金屬板熔接成一種使該經重疊之二末端部份重疊至預定寬度的狀態。

特別地，該二末端部分之重疊寬度是在0.1至10毫米之範圍。該重疊部分在滾壓後被熔接以致該重疊部分的厚度以金屬板之厚度計係110%至150%。

此一熔接匣構件之方法並不特別限制，只要該匣構件可高強度地結合且密封。例如，該熔接方法可以是雷射熔接方法、電弧熔接方法、電阻熔接方法、氣體熔接方法、超音波熔接方法、或類似者。在這些熔接方法之間，該雷射熔接方法可以是更佳的。

構成依照本發明之稜形蓄電池組電池的金屬板和密封構件的材料並不特別限制，只要該等材料具有適合蓄電池組之匣的性質、可被製成板型且可被用於電池匣之製造程序中。具體而言，該等材料可以是鋁或鋁合金。

此外，該蓄電池組之匣具有預定厚度。例如，該蓄電池組之匣具有0.1至1毫米之厚度。當該蓄電池組之匣太 厚時，蓄電池組之匣成品的總厚度或體積可能被放大。相反地，當該蓄電池組之匣太薄時，該蓄電池組之匣可能不具有所要之機械強度且該稜形蓄電池組電池可能無法防外部震盪。因此，具有在以上範圍以外之厚度的蓄電池組之匣並不較佳。

該上部密封構件和該底部密封構件可例如藉由鍛造、切坯或裁切程序來製造。該上部密封構件可包括用於電解質注入之電解質注入埠。

同時，鋰二次蓄電池組在該鋰二次蓄電池組製造期間進行形成程序。該形成程序是一種在組裝該鋰二次蓄電池組後使該鋰二次蓄電池組充電及放電以活化該鋰二次蓄電池組的程序。在該鋰二次蓄電池組之充電期間，由該鋰二次蓄電池組之陰極所放出之鋰離子移至作為該鋰二次蓄電池組之陽極的碳電極。在此時，在該陽極表面上形成固態電解質介面(SEI)膜。

在該形成程序中，使該鋰二次蓄電池組以在預定範圍內之固定電流或固定電壓重覆充電和放電。為有效地實施該蓄電池組電池之活化程序，至少一部分之該蓄電池組之匣的外表面係以絕緣材料塗覆。

該絕緣材料並不特別限制，只要該絕緣材料被塗在該稜形罐之外表面以使該稜形罐之外表面與外部隔絕。例如，以該絕緣材料塗覆該稜形罐可以藉由以下方式達成：將在該稜形罐外表面上之氧化鋁陽極化，將該絕緣材料噴灑在該稜形罐之外表面上或展開絕緣薄膜標籤於該稜形罐 之外表面上。

該電極組合件(其並不特別受限)較佳是一種摺疊類型之電極組合件、堆疊類型之電極組合件及堆疊/摺疊類型之電極組合件。在一具體例中，由電極組合件所延伸之分接頭(tap)與電極引線結合。由於該電極引線，形成一平面類型的電極終端。

韓國專利申請案公告2001-0082058、2001-0082059及2001-0082060特別揭示關於該堆疊/摺疊類型之電極組合件。該等申請案被結合以作為本發明之引證資料。

依照本發明之蓄電池組包裝件可被應用於鋰離子二次蓄電池組(其中電極組合件以含鋰之電解質浸漬)、鋰離子聚合物蓄電池組(其中電極組合件以凝膠類型之含鋰的電解質浸漬)、及類似者。

通常，鋰二次蓄電池組包括陰極、陽極、間隔件及含鋰鹽之非水性電解質。

該陰極可藉由例如以下方式製造：將陰極活性材料、傳導劑及黏合劑的混合物塗覆在陰極電流收集器上且乾燥該經塗覆之陰極電流收集器。該混合物可視需要另包括填料。

陰極活性材料之實例包括但不限於層合化合物諸如鋰鈷氧化物(LiCoO₂)及鋰鎳氧化物(LiNiO₂)或經一或多個過渡金屬取代之化合物；由Li_1+xMn_2-xO₄所示之鋰錳氧化物，其中0x0.33，諸如LiMnO₃、LiMn₂O₃及LiMnO₂；鋰銅氧化物(Li₂CuO₂)；釩氧化物諸如LiV₃O₈、LiV₃O₄、 V₂O₅、及Cu₂V₂O₇；式LiNi_1-xM_xO₂(其中M=Co、Mn、Al、Cu、Fe、Mg、B、或Ga，且0.01x0.3)之Ni位址類型之鋰鎳氧化物；式LiMn_2-xM_xO₂(其中M=Co、Ni、Fe、Cr、Zn、或Ta，且0.01x0.1)或式Li₂Mn₃MO₈(其中M=Fe、Co、Ni、Cu、或Zn)之鋰錳複合型氧化物；LiMn₂O₄，其中一些Li原子係經鹼土金屬離子取代；二硫化物；及Fe₂(MoO₄)₃。

傳導材料之一般添加量以包括陰極活性材料之混合物的總重量計是1至30重量%。對該傳導材料並無特別限制，只要彼不在所製造之蓄電池組中引起化學改變且具有傳導性。傳導材料之實例包括但不限於石墨諸如天然或人造石墨；碳黑諸如碳黑、乙炔黑、開特真(Ketjen)黑、槽黑、爐黑、燈黑及熱碳黑；傳導纖維諸如碳纖維及金屬纖維；金屬粉末諸如氟化碳粉末、鋁粉末、及鎳粉末；傳導鬚狀物諸如氧化鋅及鈦酸鉀；傳導金屬氧化物諸如氧化鈦；及聚苯衍生物。

該黏合劑是一種輔助活性材料與傳導材料之間的黏合且輔助該活性材料黏至電流收集器的化合物。該黏合劑一般添加量以包括陰極活性材料之混合物的總重量計可以是1至50重量%。黏合劑之實例包括但不限於聚偏二氟乙烯、聚乙烯醇、羧甲基纖維素(CMC)、澱粉、羥丙基纖維素、再生纖維素、聚乙烯基吡咯酮、四氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、乙烯-丙烯-二烯三元聚合物(EPDM)、磺酸化EPDM、苯乙烯-丁二烯橡膠、氟橡膠、及多種共聚物。

隨意地使用該填料以作為抑制陰極膨脹的成分。該填料不特別受限制，只要彼是一種不在所製造之二次蓄電池組中引起化學改變的纖維材料。該填料之實例包括以烯烴為底質之聚合物諸如聚乙烯和聚丙烯；及纖維材料諸如玻璃纖維和碳纖維。

該陽極係藉由將陽極活性材料塗覆在陽極電流收集器且將之乾燥而製造。在此情況中，上述之成分可視需要另外選擇性地被包括。

該陽極活性材料之實例包括例如碳諸如硬碳及以石墨為底質之碳；金屬複合型氧化物諸如Li_xFe₂O₃(其中0x1)、Li_xWO₂(其中0x1)、Sn_xMe_1-xMe'_yO_z(其中Me：Mn、Fe、Pb、或Ge；Me'：Al、B、P、Si、I、II和III族元素、或鹵素；0<x1；1y3；及1z8)；鋰金屬；鋰合金；以矽為底質之合金；以錫為底質之合金；金屬氧化物諸如SnO、SnO₂、PbO、PbO₂、Pb₂O₃、Pb₃O₄、Sb₂O₃、Sb₂O₄、Sb₂O₅、GeO、GeO₂、Bi₂O₃、Bi₂O₄、及Bi₂O₅；傳導聚合物諸如聚乙炔；及以Li-Co-Ni為底質之材料。

該間隔件係設置於該陰極與該陽極之間且使用具有高離子滲透性及高機械強度之絕緣薄膜作為該間隔件。該間隔件通常具有0.01至10微米之孔徑及5至300微米之厚度。使用例如烯烴聚合物(諸如聚丙烯)製成之片或非織織物；或具有耐化學性及疏水性之玻璃纖維或聚乙烯作為間隔件。當使用固態電解質諸如聚合物或類似者作為電解質 時，該固態電解質也可充作間隔件。

含鋰鹽之非水性電解質係由極性有機電解質和鋰鹽構成。該電解質可以是非水性液態電解質、有機固態電解質、無機固態電解質、或類似者。

該非水性液態電解質之實例包括非質子有機溶劑諸如N-甲基-2-吡咯啶酮、碳酸丙二酯、碳酸乙二酯、碳酸丁二酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、γ-丁內酯、1,2-二甲氧基乙烷、四氫呋喃、2-甲基四氫呋喃、二甲基亞碸、1,3-二草酸酯、甲醯胺、二甲基甲醯胺、二草酸酯、乙腈、硝基甲烷、甲酸甲酯、乙酸甲酯、磷酸三酯、三甲氧基甲烷、二草酸酯衍生物、環丁碸、甲基環丁碸、1,3-二甲基-2-咪唑啶酮、碳酸丙二酯衍生物、四氫呋喃衍生物、醚、丙酸甲酯、及丙酸乙酯。

該有機固態電解質之實例包括聚乙烯衍生物、聚氧化乙烯衍生物、聚氧化丙烯衍生物、磷酸酯聚合物、多重攪拌(poly agitation)離胺酸、聚酯亞碸、聚乙烯醇、聚偏二氟乙烯、及含離子解離基之聚合物。

該無機固態電解質之實例包括但不限於鋰(Li)之氮化物、鹵化物及硫酸鹽諸如Li₃N、LiI、Li₅NI₂、Li₃N-LiI-LiOH、LiSiO₄、LiSiO₄-LiI-LiOH、Li₂SiS₃、Li₄SiO₄、Li₄SiO₄-LiI-LiOH、及Li₃PO₄-Li₂S-SiS₂。

該鋰鹽是一種易溶於該非水性電解質中且其實例包括但不限於LiCl、LiBr、LiI、LiClO₄、LiBF₄、LiB₁₀Cl₁₀、LiPF₆、LiCF₃SO₃、LiCF₃CO₂、LiAsF₆、LiSbF₆、 LiAlCl₄、CH₃SO₃Li、CF₃SO₃Li、(CF₃SO₂)₂NLi、氯硼烷鋰、低碳脂族羧酸鋰、硼酸四苯酯鈉、及醯亞胺。

此外，為要改良充電/放電特性和阻燃性，可將例如吡啶、亞磷酸三乙酯、三乙醇胺、環醚、乙二胺、n-格來美(glyme)、六磷三醯胺、硝基苯衍生物、硫、醌亞胺染料、N-經取代之唑啶酮、N,N-經取代之咪唑啶、乙二醇二烷基醚、銨鹽、吡咯、2-甲氧基乙醇、三氯化鋁或類似者添加至該非水性電解質。若需要，為要賦予不可燃性，該非水性電解質可另包括含鹵素之溶劑諸如四氯化碳及三氟化乙烯。另外，為要改良高溫貯存特性，該非水性電解質可另包括二氧化碳氣體。

本發明也提供一種依照以上方法所製造之蓄電池組電池。

此外，本發明提供一種包括至少一個稜形蓄電池組電池之蓄電池組包裝件及使用該蓄電池組包裝件作為電源之裝置。該裝置具體而言可以是筆記型電腦、手機、PDP、PMP、MP3播放機、數位相機(DSC)、DVR、智慧型手機、GPS系統、攝錄影機、電動車、油電混合電動車、及插電式油電混合電動車、電力貯存裝置、及類似者。

蓄電池組包裝件及裝置之結構及製造方法在此技藝中是公開已知的。因此，省略該結構和製造方法之詳細說明。

如由以上說明所顯明的，藉由使用依照本發明之製造該稜形蓄電池組電池的方法，蓄電池組之匣係經構成以使分別對應於稜形物體之上部和底部之形狀的上部和底部密封構件與互相結合，該稜形物體具有藉由彎曲而後熔接具有預定厚度之金屬板而開放之上部和底部。結果，使該稜形蓄電池組電池之製造方法簡化且使製造程序效率改良且因此使製造成本降低且使非使用深牽引方法製造之稜形蓄電池組電池可被製造。

10‧‧‧待處理之板

20‧‧‧袋

30‧‧‧剛模

100‧‧‧稜形蓄電池組電池

110‧‧‧電極組合件

120‧‧‧稜形物體

130‧‧‧上部密封構件

140‧‧‧底部密封構件

150‧‧‧熔接邊

200,300‧‧‧稜形物體

210,310‧‧‧金屬板

220,230,320,330‧‧‧末端部份

由以下詳細說明連同附圖，可更清楚了解本發明之以上及其他目的、特徵和其他優點，其中：圖1是說明使用深牽引方法製造稜形蓄電池組之匣之程序的一部分的概略視圖；圖2是依照本發明之一實例的稜形蓄電池組電池之分解透視圖；圖3是說明依照本發明之一實例的製造稜形物體的方法的概略視圖；圖4是說明依照本發明之另一實例的製造稜形物體的方法的概略視圖。

現在，將引用以下實例更詳細說明本發明。這些實例僅供說明本發明且不應理解為限制本發明之範圍及精神。

圖2說明依照本發明之一實例的稜形蓄電池組電池之分解透視圖。

引用圖2，依照本發明之稜形蓄電池組電池100包括包埋在稜形蓄電池組之匣中的電極組合件110，其包括設置在陰極與陽極之間的間隔件。

分別製造具有上部和底部(其藉由彎曲而後熔接具有預定厚度之金屬板而開放)之稜形物體120、分別對應於該稜形物體120之上部和底部之形狀的上部密封構件130和底部密封構件140。在將該電極組合件110設置於該蓄電池組之匣中之後，該上部密封構件130和該底部密封構件140與該稜形物體120接觸，然後被熔接，完成稜形蓄電池組電池100之製造。

具有此一結構之稜形蓄電池組電池100包括熔接邊150，其中在該稜形蓄電池組電池100之一邊上的金屬板之末端部分被熔接，因為構成該稜形蓄電池組電池100之該稜形物體120係藉由彎曲而後熔接金屬板而製造。

圖3是說明依照本發明之一實例的稜形物體製造方法的概略視圖。圖4是說明依照本發明之另一實例的稜形物體製造方法的概略視圖。

首先，鋁合金製成且具有約0.3毫米厚度之金屬板210被彎曲成如圖3中所說明之蓄電池組之匣的形狀。該彎曲之金屬板210之二末端部分220和230重疊接觸且同時藉由雷射熔接使該二末端部分220和230結合，獲得具有開放的上部和底部的稜形物體200。

可選擇地，如圖4中所說明的，面對彎曲之金屬板310的二末端部分320和330可藉由雷射熔接而結合以致該末端部分320和330有約0.4毫米重疊，獲得具有開放的上部和底部的稜形物體300。具體而言，該金屬板310之末端部分320和330被滾壓且熔接以致該末端部分320和330之厚度以該金屬板310之厚度計為110至150%。

如圖2至4中所說明的，依照本發明之蓄電池組電池係藉由結合每一分割的匣組件而製造且因此可使製造成本降低，該蓄電池組電池之總製造時間可大幅縮短，可製造多種設計之該蓄電池組電池且同時可使產品之錯誤率降低。

精於此技藝之人士將了解在不偏離如附圖中所揭示之本發明的範圍和精神下，不同的改良、添加及取代是可能的。

100‧‧‧稜形蓄電池組電池

110‧‧‧電極組合件

120‧‧‧稜形物體

130‧‧‧上部密封構件

140‧‧‧底部密封構件

150‧‧‧熔接邊

Claims (19)

1. 一種製造密封於稜形蓄電池組之匣內的蓄電池組電池之方法，含有一包括陰極、陽極和在該陰極與該陽極之間所設置之間隔件的電極組合件，該方法包含：彎曲而後熔接具有預定厚度之金屬板以製造具有開放的上部和底部的稜形物體；製造上部和底部密封構件，其分別對應於該稜形物體之上部和底部的形狀；使該底部密封構件與該稜形物體之底部接觸而後熔接；將該電極組合件設置於依照該接觸而後熔接所製造之該具有經密封之底部的蓄電池組之匣中；及使該上部密封構件與依照該設置所製造之蓄電池組之匣的上部接觸而後熔接。
2. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該電極組合件是摺疊類型之電極組合件、堆疊類型之電極組合件或堆疊/摺疊類型之電極組合件。
3. 如申請專利範圍第1項之方法，其中依照該彎曲所彎曲之該金屬板的經重疊的二末端部分被熔接成一種使該經重疊之二末端部分的邊接觸的狀態。
4. 如申請專利範圍第1項之方法，其中依照該彎曲所彎曲之該金屬板的經重疊的二末端部分被熔接成一種使該經重疊之二末端部分有預定寬度被重疊的狀態。
5. 如申請專利範圍第4項之方法，其中該二末端部 分重疊寬度是在0.1至10毫米之範圍。
6. 如申請專利範圍第4項之方法，其中該二末端部分之重疊區的厚度以金屬板之厚度計係110%至150%。
7. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該熔接係藉由雷射熔接方法進行。
8. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該上部密封構件包含用於電解質注入之電解質注入埠。
9. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該金屬板和該密封構件之每一者係鋁或鋁合金製成。
10. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該金屬板和密封構件具有0.1至1毫米之厚度。
11. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該上部密封構件及底部密封構件係藉由鍛造程序、切坯程序或裁切程序製造。
12. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該稜形蓄電池組之匣的外側的至少一部份係以絕緣材料塗覆。
13. 如申請專利範圍第12項之方法，其中該塗覆係藉由氧化鋁之陽極化進行。
14. 如申請專利範圍第12項之方法，其中該塗覆係藉由噴灑絕緣材料進行。
15. 如申請專利範圍第12項之方法，其中該塗覆係藉由展開絕緣薄膜標籤進行。
16. 一種蓄電池組電池，其藉由如申請專利範圍第1至15項中任一項之方法製造。
17. 一種蓄電池組電池，其藉由如申請專利範圍第1至15項中任一項之方法製造，該蓄電池組電池係用於包含在蓄電池組包裝件中。
18. 一種蓄電池組電池，其藉由如申請專利範圍第1至15項中任一項之方法製造，該蓄電池組電池係包含在蓄電池組包裝件中，進而包含在裝置中。
19. 如申請專利範圍第18項之蓄電池組電池，其中該裝置係選自由筆記型電腦、手機、PDP、PMP、MP3播放機、數位相機(DSC)、DVR、智慧型手機、GPS系統、攝錄影機、電動車、油電混合電動車、及插電式油電混合電動車及電力貯存裝置所組成之群組。