专利名称：锂可再充电电池的制作方法
技术领域：
本发明涉及具有功能中心轴的锂可再充电电池。更具体地，本发明涉及具有中心轴的锂可再充电电池，所述中心轴的顶端和底端用热隔绝组合物进行封闭，以在初次过度充电时减少裸电池内的空隙容积。所述热隔绝组合物在约80-约250℃的温度范围内发生融化以防止电池爆炸和起火，并提高了所述电池的热稳定性。
背景技术：
如现有技术通常已知的，圆柱形锂可再充电电池包括具有中心轴的圆柱形电极组件、连接所述电极组件的圆柱形外壳，和连接到所述外壳的顶部开口用于密封所述外壳的电池盖组件。
这种锂可再充电电池通常具有2000-2400mA的容量，并已经广泛用于需要高容量电源的笔记本电脑、数码相机、便携式摄像机等。而且，可将该可再充电电池串联连接或并联连接以提供所需的电压或容量，并可以为具有预定形状并包括安全装置的电池组。
在常规圆柱形锂可再充电电池中，将涂有阳极活性材料的阳极板、隔板和涂有阴极活性材料的阴极板进行堆叠，并且所述堆叠结构的一端连接到条形线圈轴上。然后将所述结构缠绕成圆柱形以形成电极组件。然后，将中心轴连接到所述电极组件上并将所得结构插入到圆柱形外壳中。然后，将电解质注入到所述圆柱形外壳中，并将电池盖组件连接到所述圆柱形外壳的顶部上，从而形成基本上圆柱形的裸电池。
如上所述的圆柱形锂二次电池还包括用于防止所述电池在过度充电时发生爆炸的安全装置。所述安全装置包括安全孔，所述安全孔能够在过度充电所致的电池内部压力增加时发生变形。所述电池还包括电流中断装置(CID)，其通过由于所述安全孔的变形而变形的基质来中断电流。此外，所述电池中包括当温度上升时中断电流的二级保护装置。
这种安全装置如下运作。当锂可再充电电池处于过度充电状态时，所述电池中的电解液从所述电极组件的顶部进行蒸发，从而增加了电阻。另外，所述电极组件的中部区域发生变形而导致了锂的沉淀。另外，由于所述电极组件顶部区域的所述电阻的增加而产生局部放热，导致所述电池的温度快速上升。
在这些条件下，由于所述电解液中的添加剂例如环己基苯(CHB)和联苯(BP)，所述电池的内部压力急速增大。这些添加剂在过度充电时发生分解并产生气体。所述增大的内部压力将所述安全孔(其为所述电池盖组件的一部分)推离其原始位置，使安置在所述安全装置上的所述电流中断装置(CID)破裂，这导致了电流的中断。换句话说，形成于所述CID上的印刷电路板破裂，从而中断了电流。电流中断导致了所述过度充电状态的结束，由此可防止所述电池发生爆炸或起火。而且，如果由于过度充电，导致所述电池的内部压力大于临界压力，安全孔也可打开，通过上部盖板的开口将气体排出到裸电池的外部。
通过缠绕金属板可将所述中心轴制成圆柱形。或者，所述中心轴可最初被成形为完整的圆柱。当所述中心轴包括被缠绕的金属板时，所述金属板包括缝隙，在缝隙处所述金属板的两端彼此连接。因此，电解液或气体可通过所述缝隙进行转移。当所述中心轴为完整的圆柱时，在所述中心轴的内部存在着空隙容积。所述空隙容积导致所述安全孔的变形或断裂的延迟。在最初过度充电时，所述空隙容积必须减少以使得所述安全孔可快速运作，并且当所述电池的内部温度达到80-250℃时，允许所述中心轴作为气体的排放通道。
发明概述本发明解决了上述问题。在本发明一个实施方案中，通过包括中心轴而使锂可再充电电池具有改善的安全性，所述中心轴的顶端和底端填充有用于在初次过度充电时减少空隙容积的热隔绝组合物。所述热隔绝组合物允许安全孔快速运作，并且当所述电池的内部温度达到预定值时所述热隔绝组合物发生融化，由此使得所述中心轴可作为排气口。
在一个实施方案中，这种锂可再充电电池包括具有嵌入在其中部的中心轴的电极组件、用于所述容纳电极组件的外壳和用于密封所述外壳的电池盖组件。在所述中心轴的顶端和底端填充有热隔绝组合物。所述热隔绝组合物的表面可涂覆有聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)和聚酰亚胺(PI)中的任何一种。
根据本发明的一个实施方案，所述热隔绝组合物在约50-约250℃的温度范围时发生熔化或爆炸。在另一实施方案中，所述热隔绝组合物在约80-约150℃的温度范围内时发生熔化或爆炸。因此，在一个实施方案中，所述热隔绝组合物可包括熔点在约80-约150℃的温度范围内的有机化合物。该有机化合物的非限定性实例包括4-羟基-3-甲氧基苯甲醛、1，3-二苯基苯、1，4-二溴苯、三苯基甲烷、4，4′-亚甲基二(苯胺)、二苯基乙二酮、戊二酸、4-羟基苯甲酸正丙基酯、呫吨、3，5-二甲基吡唑、1，3-苯二酚、N-苯基-2-萘胺、N-苯基乙酰胺、9H-芴、二苯甲酸间亚苯基酯和二氢-2，5-呋喃二酮。
此外，所述热隔绝组合物中可包括至少两种有机化合物的组合。用于此实施方案中的有机化合物的非限定性实例包括2H-1-苯并吡喃-2-酮、4-羟基苯甲酸正丁基酯、苯甲酸苯基酯、邻苯二甲酸二苯基酯、4-羟基-3-甲氧基苯甲醛、1，3-二苯基苯、1，4-二溴苯、三苯基甲烷、4，4′-亚甲基二(苯胺)、二苯基乙二酮、戊二酸、4-羟基苯甲酸正丙基酯、呫吨、3，5-二甲基吡唑、1，3-苯二酚、N-苯基-2-萘胺、N-苯基乙酰胺、9H-芴、二苯甲酸间亚苯基酯、二氢-2，5-呋喃二酮、2，5-吡咯烷二酮、3-吡啶甲酰胺、邻苯二甲酸酐、对甲苯磺酰胺、对苯二甲酸二甲酯、N-(4-甲基苯基)乙酰胺、己二酸、N-苯基苯甲酰胺、4，4′-二溴联苯、甘露醇、4-(1，1-二甲基乙基)苯甲酸、N-(2，6-二甲基苯基)乙酰胺、2，4-二硝基苯胺、7-羟基-4-甲基香豆素、5，5-二乙基-2，4，6(1H，3H，5H)-密啶三酮、1，4-二苯基苯、肌醇、6-苯基-1，3，5-吡嗪-2，4-二胺、3，7-二氢-1，3，7-三甲基-1H-嘌呤-2，6-二酮、1，1′-二-2-萘酚、4-羟基-3-甲氧基苯甲酸、2，3-二甲基蒽醌、2-苯基吲哚、2-甲基苯乙酸、2-苯基苯并咪唑、1，3，5-三甲基-2，4，6-三(3，5-二叔丁基-4-羟基苄基)苯、乙内酰脲、7-羟基香豆素、N-碳酰苯胺、1，5-二氯蒽醌、1，1，1-三(4-羟基苯基)乙烷、1-氨基蒽醌、2，3，5，6-四溴对二甲苯、1，5-二羟基萘、2-喹喔啉醇、2，4-二氨基-6-甲基-1，3，5-三嗪、7-氯-4-羟基喹啉、茜素、蒽醌、2，4-二氨基-6-羟基嘧啶、2-苯基苯并咪唑、2-氨基-4-羟基-6-甲基嘧啶、4-氨基-2，6-二羟基嘧啶、2-氨基-4，6-二羟基嘧啶和尿嘧啶。在一个实施方案中，所述热隔绝组合物是非导电性的。
根据本发明的一个实施方案。所述中心轴包括具有预定长度的主体，其在顶端和底端是开口的。所述中心轴还包括含有热隔绝组合物的封闭剂，所述封闭剂填充在主体的顶端和底端。所述热隔绝组合物在预定温度时发生熔化或爆炸。所述主体可由任意合适的材料，例如钢、不锈钢或铝形成。而且，在所述主体的顶端或底端还具有锥形部分。所述封闭剂可为环绕所述主体的封装成形膜，其包括所述主体的顶端和底端。或者，所述封闭剂可为封闭所述主体的顶端和底端的盖子。所述主体还可另外包括设置在所述主体内部的气体发生剂，其在预定压力范围内分解以产生气体。用于所述气体发生剂的合适材料的非限定性实例包括环己基苯(CHB)和联苯(BP)。此外，所述主体中还可包括阻燃剂，其包括至少一种选自下组的材料氢氧化镁基材料、氢氧化铝基材料和磷酸盐基材料。
在本发明的另一实施方案中，所述锂可再充电电池包括具有嵌入在其中部的中心轴的电极组件、用于容纳所述电极组件的外壳和用于密封所述外壳的电池盖组件。所述封闭轴包括插入到热隔绝组合物中的压缩弹簧、环绕所述压缩弹簧的主体、和用于封闭所述主体顶端和底端的盖子。所述热隔绝组合物的表面可涂覆有任意合适的材料，例如聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)或聚酰亚胺(PI)。所述热隔绝组合物在约50-约250℃的温度范围时发生熔化或爆炸。在另一实施方案中，所述热隔绝组合物在约80-约150℃的温度范围时发生熔化或爆炸。所述热隔绝组合物包括有机化合物。合适的有机化合物的非限定性实例包括4-羟基-3-甲氧基苯甲醛、1，3-二苯基苯、1，4-二溴苯、三苯基甲烷、4，4′-亚甲基二(苯胺)、二苯基乙二酮、戊二酸、4-羟基苯甲酸正丙基酯、呫吨、3，5-二甲基吡唑、1，3-苯二酚、N-苯基-2-萘胺、N-苯基乙酰胺、9H-芴、二苯甲酸间亚苯基酯和二氢-2，5-呋喃二酮。或者，所述热隔绝组合物可包括至少两种有机化合物的组合。用于此实施方案的合适的有机物的非限定性实例包括2H-1-苯并吡喃-2-酮、4-羟基苯甲酸正丁基酯、苯甲酸苯基酯、邻苯二甲酸二苯基酯、4-羟基-3-甲氧基苯甲醛、1，3-二苯基苯、1，4-二溴苯、三苯基甲烷、4，4′-亚甲基二(苯胺)、二苯基乙二酮、戊二酸、4-羟基苯甲酸正丙基酯、呫吨、3，5-二甲基吡唑、1，3-苯二酚、N-苯基-2-萘胺、N-苯基乙酰胺、9H-芴、二苯甲酸间亚苯基酯、二氢-2，5-呋喃二酮、2，5-吡咯烷二酮、3-吡啶甲酰胺、邻苯二甲酸酐、对甲苯磺酰胺、对苯二甲酸二甲酯、N-(4-甲基苯基)乙酰胺、己二酸、N-苯基苯甲酰胺、4，4′-二溴联苯、甘露醇、4-(1，1-二甲基乙基)苯甲酸、N-(2，6-二甲基苯基)乙酰胺、2，4-二硝基苯胺、7-羟基-4-甲基香豆素、5，5-二乙基-2，4，6(1H，3H，5H)-嘧啶三酮、1，4-二苯基苯、肌醇、6-苯基1，3，5-吡嗪-2，4-二胺、3，7-二氢-1，3，7-三甲基-1H-嘌呤-2，6-二酮、1，1′-二-2-萘酚、4-羟基-3-甲氧基苯甲酸、2，3-二甲基蒽醌、2-苯基吲哚、2-甲基苯乙酸、2-苯基苯并咪唑、1，3，5-三甲基-2，4，6-三(3，5-二叔丁基-4-羟基苄基)苯、乙内酰脲、7-羟基香豆素、N-碳酰苯胺、1，5-二氯蒽醌、1，1，1-三(4-羟基苯基)乙烷、1-氨基蒽醌、2，3，5，6-四溴对二甲苯、1，5-二羟基萘、2-喹喔啉醇、2，4-二氨基-6-甲基-1，3，5-三嗪、7-氯4-羟基喹啉、茜素、蒽醌、2，4-二氨基-6-羟基嘧啶、2-苯基苯并咪唑、2-氨基-4-羟基-6-甲基嘧啶、4-氨基-2，6-二羟基嘧啶、2-氨基-4，6-二羟基嘧啶和尿嘧啶。
盖子应具有一定的强度以使得盖子能够通过所述压缩弹簧的回复力而打开或破裂。所述盖子可由聚合物树脂形成。所述主体中可另外包括设置在所述主体中的气体发生剂，其在预定压力范围内分解以产生气体。用于所述气体发生剂的合适材料的非限定性实例包括环己基苯(CHB)和联苯(BP)。此外，所述主体可进一步包括阻燃剂，其包括至少一种选自下组的材料氢氧化镁基材料、氢氧化铝基材料和磷酸盐基材料。
所述压缩弹簧向所述热隔绝组合物中的插入可通过插入注入模塑进行。此外，所述热隔绝组合物的表面可涂覆有任何合适的材料，例如聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)或聚酰亚胺(PI)。
所述中心轴可具有压痕，每个压痕以预定的间距沿着主体的顶端和底端排列。这些压痕能够固定所述封闭剂。在另一实施方案中，所述中心轴可包括具有预定长度的主体、顶端和底端；用于封闭所述主体顶端和底端的盖子；以及在所述盖子与顶端和底端中的一个之间的用来密封所述主体的密封元件。所述密封元件包括可在预定温度时发生熔化或爆炸的热隔绝组合物。
所述盖子可由聚合物树脂形成。所述热隔绝组合物在约50-约250℃的温度范围时发生熔化。在另一实施方案中，所述热隔绝组合物在约80-约150℃的温度范围时发生熔化。
附图简述当结合以下附图进行考虑时，通过参考以下详细说明，本发明的上述和其它目标、特征和优点将更加显而易见，其中
图1为根据本发明一个实施方案的锂可再充电电池的透视图。
图2为图1所述电池沿着线2-2的截面图。
图3a为根据本发明一个实施方案的中心轴的透视图。
图3b为图3a所述中心轴沿着线3b-3b的截面图。
图4a为根据本发明另一实施方案的中心轴的透视图。
图4b为图4a所述中心轴沿着线4b-4b的截面图。
图5为根据本发明再一实施方案的中心轴的截面图。
图6为其中插有压缩弹簧的热隔绝组合物的透视图。
图7为显示图5所述中心轴运行的截面图。
图8a为根据本发明再一实施方案的中心轴的透视图。
图8b为图8a所述中心轴沿着线8b-8b的截面图。
图9a为根据本发明又一实施方案的中心轴的透视图。
图9b为图9a所述中心轴沿着线9b-9b的截面图优选实施方案的详细说明现在将参考以下实施例对本发明的示范性实施方案进行详细说明。
如图1和2中所示，根据本发明一个实施方案的锂可再充电电池100包括具有中心轴120的电极组件200、用于容纳所述电极组件200和电解液的圆柱形外壳300，以及连接到所述圆柱形外壳300的上部以密封所述圆柱形外壳300并使得电极组件200产生的电流流向外部装置的电池盖组件400。所述锂可再充电电池100可为如图1中所示的圆柱形形状。或者，所述锂可再充电电池100可为棱形，或者在尺寸上足够大以用作HEV(混合式电动车)电池。此外，根据本发明一个实施方案的所述热隔绝组合物可在高温条件下发挥作用，能够用作高容量电池、特殊用途电池(高温应用)，或用作船舶集装箱电源。因此，对于所述锂充电电池100的形状或种类并没有特殊限制。
所述电极组件200包括涂有阴极活性材料层的具有阴极电流收集器的阴极板210、涂有阳极活性材料层的具有阳极电流收集器的阳极板220，以及设置在所述阴极板210和所述阳极板220之间的隔板230。所述隔板230用于电学绝缘所述阴极板210和所述阳极板220。所述电极组件缠绕成冻胶-辊形。所述阴极板210包括阴极电流收集器，所述阴极电流收集器包括具有优良电导率的金属板，例如铝(Al)箔。虽然附图中没有显示，但是可将阴极活性材料层涂覆到所述阴极电流收集器的两面上。所述阴极板210在其两端具有未涂覆的部分。所述未涂覆部分没有涂覆阴极活性材料。通常由铝(Al)制成的阴极接头片215以预定长度从电极组件200的顶部突出并连接到所述阴极板210一端的未涂覆部分。
另外，所述阳极板220包括阳极电流收集器，所述阳极电流收集器包括例如铜(Cu)或镍(Ni)箔的薄金属板。将阳极活性材料层涂覆在所述阳极电流收集器的两面上。所述阳极板220在两端具有未涂覆的部分。未涂覆部分没有涂覆阳极活性材料。通常由镍(Ni)制成的阳极接头片225以预定长度从所述电极组件200的顶部突出并连接到所述阳极板一端的未涂覆部分。
所述电极组件200还包括位于所述组件200顶部和底部的绝缘板241和245。所述绝缘板防止所述电极组件200与所述电池盖组件400或所述圆柱形外壳300进行接触。
所述圆柱形外壳300包括圆柱形横向侧板310，其具有预定直径以提供用于容纳所述圆柱形电极组件200的空间。所述外壳300还包括用于所述密封圆柱形横向侧板310的底部的底板320。所述圆柱形横向侧板310在其顶部开口以使得所述电极组件200可插入到所述圆柱形外壳300的内部中。所述电极组件200上的阳极接头片225连接到所述圆柱形外壳300的底板320的中部，以使得所述圆柱形外壳300可作为阳极使用。另外，所述圆柱形外壳300可由铝(Al)、铁(Fe)或其合金形成。此外，所述圆柱形外壳300的顶部具有折边部分330，其向内弯曲压在所述电池盖组件400的顶部，其与顶部开口相连接。所述圆柱形外壳300另外具有沟槽340，其中所述外壳300的一部分向内凹进以压在所述电池盖组件400的底部。所述沟槽340位于折边部分330之下，两者间距离与电池盖组件的厚度相对应。
所述电池盖组件400包括安全孔410、电流中断装置420、二级保护装置480和上部电池盖板490。所述安全孔410为板状并具有向下伸出的突起410a。所述安全孔410设置在所述电池盖组件400的底部。由于在可再充电电池内部产生的压力，所述突起410a可以向上变形。由所述阴极板210或所述阳极板220伸出的电极接头片固定在所述安全孔410底部表面的预定位置上。例如，将由所述阴极板210伸出的所述电极接头片215焊接到所述安全孔410的底部表面上，以将安全孔410电学连接到所述阴极板210上。剩余的电极接头片，例如将由所述阳极板伸出的电极接头片电学连接到外壳300上，例如焊接到外壳的底部表面320上。当所述外壳300的内部压力增加时，所述安全孔410发生变形或破裂，由此中断所述电流中断装置420并中断电流。并且，所述二级保护装置480设置在所述电流中断装置420上并且在过电流状态时中断电流。此外，将导电的所述上部电池盖板490设置在所述二级保护装置480上，以向外部设备提供阴极电压和阳极电压。
所述中心轴120插入到所述电极组件200的中部。所述中心轴120具有多个功能。首先，在所述锂离子电池的反复充/放电周期期间所述电极组件200发生膨胀，然而外壳的边缘防止这种膨胀在外壳侧边附近发生。因此，所述电极组件200在其中部附近膨胀，导致所述电极板发生变形并短路。所述中心轴120防止了所述电极板的这种变形。而且，当所述电池由于过度充电等原因达到高内部温度时，在电池内部产生了大量气体。所述中心轴120作为排放气体的通道。通常地，所述中心轴120通过缠绕薄金属板而形成。考虑到材料的制造成本和气体排放效率，所述金属板可为任何合适的材料。在所述金属板的末端具有裂缝。或者，所述中心轴120以没有裂缝的圆筒的形式原始形成。
根据本发明的一个实施方案，所述热隔绝组合物用作所述中心轴120的隔绝材料。所述中心轴120连接到所述电极组件200的中心附近，并且在所述电池的充/放电循环期间抑制了所述电极组件的变形。此外，由于所述中心轴120在其顶端和底端被封闭，所述外壳300内部的空隙容积变小。相反，根据现有技术的中心轴的顶端和底端是开口的，并由此中心轴的内部构成了空隙容积。
所述热隔绝组合物包括在预定温度或其它特定条件下发生溶解或变形的材料。因此，所述热隔绝组合物可以改变热绝缘结构的操作条件。特别地，与单个有机化合物相比，只要化合物互相混合或相互组合，则含有至少两种具有已知熔点的有机化合物的混合物可改善热性能和品质。由至少两种有机化合物的组合得到的产品具有比其中任何一种有机化合物更低的熔点。混合前的化合物和混合后的产品的熔点差为约5℃或更高。换句话说，所得的所述热隔绝组合物具有比任何单个有机化合物至少低5℃的熔点。这种在熔点上的降低与化合物组合的方式无关，化合物组合的方式包括混合、共沉淀、共结晶等。除了降低熔点外，所述热隔绝组合物还显示出良好的化学和热稳定性。并且，所述热隔绝组合物在熔化前后都不导电。为了防止由外部撞击等导致的内部短路，包括所述热隔绝组合物的封闭剂是不导电的。所述封闭剂还可包括环绕所述中心轴120的薄膜，或封闭所述中心轴120顶端和底端的盖子。
除了至少两种有机化合物的组合外，熔点在约80-约150℃的有机化合物参数值或多个参数值。通常将参数索引号及其对应的数据表项信息共同存储于索引表中。索引表中设置的内容通常如表1所示
表1步骤202当操作人员要检索函数所包含参数的参数值时，向设备输入该参数的参数名。设备收到参数名后根据预先建立的参数名与参数索引号之间的对应关系，在保存的参数索引号中查找接收到的参数名所对应的参数索引号。
步骤203设备查找到参数索引号后根据预先建立的参数索引号与数据表项信息之间的关系，在索引表中查找该参数索引号对应的数据表项信息，即数据索引号以及取值数目。
步骤204设备查找到数据索引号以及取值数目后，在数据表中查找该数据索引号以及取值数目所对应的参数值。具体的查找方法为设备在数据表中查找以所述数据索引号为下标的参数值，即在所述数据表中查找与所述数据索引号相同的参数值下标所对应的参数值。找到该参数值后，设备以该参数值为起点，按照数据表地址顺序连续读取与所述取值数目相吻合的参数值。如设备查找到的数据索引号为100、取值数目为20，设备则在数据表中查找以100为下标的参数值。找到该参数值后，设备以该参数值为起点，按照数据表地址顺序连续读取20个参数值。
之所以按照上述方法读取参数值，是因为每个参数的参数值通常按照地址顺序连续存储于所述数据表中。如参数名为E.i的参数所包含的参数值分别为1、2、3、4、5。在这种情况下，就需要应用上述方式连续将1至5这五个参数值读出。
3.3.1本技术方案，提供了英文字母的字母表数值的两维编码的技术方法，和用汉字虚拟笔画反映英文字母在计算机键盘键位的方法的两维编码的技术方法，两者压缩了英文字母的编码元，减小了英文字母的键位布置，各可单独输入英文文字，采用双编码元的输入方法，在第一个编码元的点击前两个键位作业中已经形成了英文字母的输入心理影像，在第二个编码元的点击后两个键位的作业中通过编码关系的改变，提高了英文字母输入的难度，换句话说通过英文字母输入的延时效应，达到词汇在各个心理层面的把握，<p>在一个实施方案中，将14-16重量％的7-羟基-4-甲基香豆素与N-苯基乙酰胺在高速研磨和辗轮式混合机中混合5分钟以得到至少两种有机化合物的混合物。通过用差示扫描量热计(DSC)分析所得组合物后，组合物显示出约102℃的熔点。
在另一实施例中，将14-16重量％的N-(4-甲基苯基)乙酰胺与4-羟基-3-甲氧基苯甲醛在高速研磨和辗轮式混合机中混合5分钟以得到至少两种有机化合物的混合物。通过差示扫描量热计分析所得组合物后，组合物显示出约72℃的熔点。
如在图3b和4b中所示，所述中心轴110或120包括具有预定长度的主体111或121，其在顶端和底端具有开口。含有热隔绝组合物的封闭剂113或123封闭了所述主体的顶端或底端，并且所述热隔绝组合物在特定温度下发生熔化或爆炸。由于所述热隔绝组合物可包括能够溶于电解液中的材料，所述热隔绝组合物的表面可涂覆有不溶于电解液的材料。用于涂覆所述热隔绝组合物的合适材料的非限定性实例包括聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)和聚酰亚胺(PI)。所述涂层可为具有足以防止所述热隔绝组合物与电解液直接接触的厚度的非常薄涂层。
所述主体111或121具有足以防止所述电极组件200发生变形的强度。用于所述主体的合适材料的非限定性实例包括钢、不锈钢和铝。另外，所述中心轴110或120可在其顶端和底端具有锥体112或122。当所述中心轴110或120由于外部撞击发生变形时，所述中心轴的顶端和底端比中部更容易变形。具有直径比中部直径小的所述锥体112或122使这种变形最小化。
参考图3a和3b，所述封闭剂113可包括基本上环绕所述主体111(包括顶端和底端)的膜。所述封闭剂113包括在特定温度下发生熔化或爆炸的材料。根据本发明的一个实施方案，所述热隔绝组合物用于控制熔点。更具体地，当所述电池达到约80-约150℃的内部温度范围时，所述封闭剂113发生熔化或爆炸，由此形成所述中心轴110的主体111的顶端和底端被打开。结果，由于顶端和底端在过度充电的初始阶段的封闭，根据本发明这个实施方案的所述中心轴110具有显著减小的空隙溶容积。这保证了所述安全孔410的快速运作。然而，当所述电池的内部温度达到约80-约150℃时，这里存在所述电池发生爆炸或起火的危险。在这种情况下，所述被封闭的中心轴110提供了最小的减压。在该情况下，所述中心轴将作为烟囱的功能，使得在电解液内含有的环己基苯(CHB)、联苯(BP)等分解产生的气体在沿着所述中心轴110的主体111的安全孔410集中。
所述主体111可进一步包括设置于所述主体内的气体发生剂114。所述气体发生剂114在预定电压范围内发生分解以产生气体。当所述电池处于过度充电状态时，即当所述电池的电压为约4-4.5V或更大时，所述气体发生剂114通常发生分解并产生气体。用于所述气体发生剂的合适材料的非限定性实例包括环己基苯(CHB)、联苯(BP)等，这些材料也在电解液中使用。包含在所述电解液中的环己基苯(CHB)、联苯(BP)等可以不利地影响所述电池的使用寿命。然而，由于在正常状态时在所述中心轴110内部形成的所述气体发生剂114并不与所述电解液发生反应，所述气体发生剂中可含有这些材料。换句话说，如果所述安全孔410发生变形，则所述电池就不再可用。因此，对于形成所述气体发生剂114的材料没有特别地限定，只要材料能够产生大量的气体便可。
除了所述气体发生剂114外，所述主体111中还可进一步包括阻燃剂115。所述阻燃剂115与所述气体发生剂114进行混合，然后与所述气体发生剂一起被插入到主体中。或者，所述阻燃剂115可在高压下被单独装填到所述主体中。所述阻燃剂115显著地降低了电池起火的危险。用作所述阻燃剂115的合适材料的非限定性实例包括氢氧化镁基材料、氢氧化铝基材料和磷酸盐基材料等。
参考图4a和4b，所述封闭剂123可包括封闭所述主体121的顶端和底端的盖子。换句话说，将盖子形状的封闭剂连接到所述主体121的顶端和底端上。同样地，所述主体121可包括如上所述的气体发生剂124和阻燃剂。当所述电池达到约80-约150℃的内部温度时，所述封闭剂123发生熔融或爆炸，并且将所述气体发生器124和阻燃剂125转移到所述电解液和所述电极组件200中，由此使得所述安全孔能够快速运行，中断了过度充电状态并防止电池起火。
通过参考图5、6和7，现在将描述根据本发明一个实施方案的中心轴。
参考图5，所述锂可再充电电池包括具有嵌入在其中部的中心轴的电极组件200、用于容纳所述电极组件200的外壳300和用于密封所述外壳300的电池盖组件。所述中心轴130可包括插入到所述热隔绝组合物133中的压缩弹簧137、环绕所述压缩弹簧137的主体131和用于封闭所述主体131的顶端和底端的盖子。所述热隔绝组合物133的表面可涂覆有不溶于所述电解液的材料。该合适材料的非限定性实例包括聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)和聚酰亚胺(PI)。
特别地，盖子138可以包括聚合物树脂，所述树脂的强度应当足以使得盖子能够通过所述压缩弹簧137的回复力而被打开或破裂。如果所述盖子138太弱，则它们不能封闭所述中心轴130的顶端或底端。如果所述盖子138太强，则即便是在电池的内部温度达到约80-约150℃并且所述热隔绝组合物发生熔化后，所述压缩弹簧发生膨胀时，盖子138也不能被打开或破裂。因此当所述盖子太强或太弱时，所述安全孔410都不能在预定时间发生变形。
所述热隔绝组合物133应具有约80-约150℃的熔点。所述热隔绝组合物可包括例如单独的表1中所述的有机化合物或以其组合。
象所述中心轴120那样，所述中心轴130也可包括气体发生剂134和阻燃剂135。将具有压缩弹簧137的所述热隔绝组合物插入到所述中心轴137的中部。图6为具有所述压缩弹簧137的所述热隔绝组合物133的透视图。将所述压缩弹簧137通过插入注入模塑插入到所述热隔绝组合物133中，其中将所述压缩弹簧137引入到模具中，并使用注射器将所述热隔绝组合物在熔融次态下注入到所述模具中。所述压缩弹簧137以其压缩状态被插入到所述热隔绝组合物133中。所述压缩弹簧137的弹性模量应当具有上限值，在该上限值时环绕所述处于压缩状态的压缩弹簧137的热隔绝组合物133不会破裂。另外，当所述压缩弹簧137在所述热隔绝组合物由于电池内部温度上升熔化而回复时，所述压缩弹簧137的弹性模量还应当具有足以打开或破裂所述盖子138的下限值。
图7为所述压缩弹簧137回复时所述中心轴130的截面图。当所述电池的内部温度由于过度充电而增加到约80-约150℃时，在所述中心轴130内的所述热隔绝组合物133发生熔化，并且所述压缩弹簧137不能再保持在其压缩状态。因此，所述压缩弹簧137恢复，并且封闭所述中心轴130顶部和底部的盖子138由于所述压缩弹簧的弹性模量而打开或破裂。将所述中心轴130中的所述气体发生剂134和阻燃剂135转移到所述电极组件400上，导致了所述安全孔410的变形或破裂。在图7中，粗箭头表示所述气体发生剂134和阻燃剂135向所述中心轴130外部的排放。合适气体发生剂组分的非限定性实例包括环己基苯(CHB)、联苯(BP)等。所述阻燃剂135的非限定性实例包括氢氧化镁基材料、氢氧化铝基材料和磷酸盐基材料。
在另一实施方案中，所述中心轴具有一定的结构，其中所述压缩弹簧的两端都连接到固定杆上，并且所述主体的顶端和底端用盖子进行了封闭。在这种实施方案中，当环绕所述压缩弹簧的所述热隔绝组合物发生熔化时，所述压缩弹簧恢复并且连接到所述压缩弹簧两端的固定杆撞击盖子，由此打开中心轴。
参考图8a和8b，现在将描述根据本发明又一实施方案的中心轴。
如图8a和8b中所示，根据本发明又一实施方案的所述中心轴140包括主体141和封闭剂143。所述封闭剂143包括热隔绝组合物。所述中心轴140可进一步包括气体发生剂144和阳燃剂145。所述主体141在接近其顶端和底端处具有凹槽142。所述凹槽将所述封闭剂143固定就位。所述凹槽142可包括所述主体141外圆周表面的凹进部分和主体内圆周表面的凸起部分。此外，如图8a中所示，所述凹槽142可基本上为环形的。虽然图中没有显示，但所述凹槽142可为任意其他的合适形状，例如为多个点。在所述主体141的顶端和底端用封闭剂143封闭后，可通过挤压形成所述凹槽142。由于所述封闭剂143被通过所述凹槽142固定在所述主体141的顶端和底端，可在较低温度下紧紧密封所述中心轴140。当所述电池的内部温度达到约80-约150℃时，所述封闭剂143发生熔化并且所述中心轴140打开。所述中心轴140可进一步包括气体发生剂144和阻燃剂145。
再通过参考图9a和9b，现在将描述根据本发明的另一实施方案的中心轴。
如在图9a和9b中所示，根据本发明的再一个实施方案的所述中心轴150包括具有预定长度和开口的顶端及底端的主体151、盖子158和用于封闭所述主体151的顶端和底端的密封元件153。此外，所述中心轴150可进一步包括气体发生剂154和阻燃剂155。
所述主体151的顶端和底端被所述盖子158和所述密封元件153所封闭。所述盖子158可包括聚合物树脂并通常具有T形截面。每个盖子158的一部分具有小于所述主体151内径的外径，以留出分离密封元件153的空间，设置所述密封元件153使其位于所述盖子158与所述主体151连接的地方。换句话说，所述密封元件153位于所述盖子158的外径和所述主体151的内径之间所形成的空间中。如图9b中所示，所述密封元件153可位于所述主体151的顶端和底端，并可部分地位于所述主体151的上部和下部的内圆周表面中。换句话说，所述密封元件153可位于所述盖子158与所述主体151相接触的位置。虽然图中没有显示，但是所述封闭剂153可部分地形成在所述主体151上部和下部的内圆周表面上。
用于所述盖子158的合适材料的非限定性实例包括聚合物树脂，例如聚乙烯(PT)、聚丙烯(PP)和聚酰亚胺(PI)。所述密封元件153包括在特定温度范围内的温度下发生熔化的热隔绝组合物。因此，当所述电池的内部温度达到约80-约150℃时，所述密封元件153发生熔化并且所述盖子158松开，产生所述中心轴150顶端和底端的开口。
现在将描述根据本发明一个实施方案的锂可再充电电池。
参考图3b，当所述电池由于过度充电而达到约80-约150℃或更高(约250℃)的内部温度时，所述封闭剂113(其包括所述热隔绝组合物)发生熔化或爆炸。因此，所述气体发生剂114被转移到所述中心轴110的外部，即气体发生剂转移到电解液或电极组件中。一旦发生转移，由于所述气体发生剂在约4-约4.5V或更高的电压下发生快速分解，气体发生剂产生大量气体。所产生的气体导致所述安全孔410更加快速地变形或破裂，并使得所述电流中断装置420断开以中断电流，并防止所述电池的内部温度上升。
并且，当所述电池的内部温度达到约80-约150℃时，含有所述热隔绝组合物的所述封闭剂113发生熔化或爆炸，并且所述阻燃剂115被转移到所述中心轴110的外部。所述阻燃剂115的这种转移显著降低了电池起火的危险。上述描述也适用于图4b中所示的实施方案。
参考图5和7，当所述电池的内部温度达到约80-约150℃时，环绕所述压缩弹簧137的所述热隔绝组合物133发生熔化，并且所述压缩弹簧由于回复力而伸长。所述回复力导致所述弹簧137撞击盖子138，由此打开或破坏所述盖子138。由于增大的内部压力，通过所述中心轴130中含有的所述气体发生剂的分解而产生的气体和由所述电解液产生的气体使得所述安全孔410变形或断裂，由此中断了所述电流中断装置420，其随后中断电流并阻止了所述电池的内部温度上升。
如上所述，根据本发明的所述锂可再充电电池具有其顶端和底端被热隔绝组合物封闭的中心轴。因此，裸电池内的空隙容积在初始过度充电时降低，从而所述安全孔能够快速地运行。并且，所述热隔绝组合物在特定温度范围内的温度时发生熔化，从而所述组合物在电池内部温度增加时发生熔化。这使得所述中心轴可作为气体排放通道。在气体排放时所述安全孔变形，导致所述电流中断装置断开。因此，本发明的锂可再充电电池具有改善的安全性。
本发明的示范性实施例仅仅用于说明性的目的。本领域技术人员可意识到在不脱离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围内，可对所描述的举例说明性的实施方案进行多种改变、添加和代替。
权利要求
1.一种包括具有中心轴的电极组件的锂可再充电电池，所述中心轴包括用于封闭所述中心轴的顶端和底端的热隔绝组合物。
2.如权利要求1中所述的所述锂可再充电电池，其进一步包括用于容纳所述电极组件的外壳，和用于密封所述外壳的电池盖组件。
3.如权利要求1中所述的锂可再充电电池，其中所述热隔绝组合物的表面涂覆有选自聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)和聚酰亚胺(PI)的材料。
4.如权利要求1中所述的锂可再充电电池，其中所述热隔绝组合物在约50-约250℃的温度时发生熔化或爆炸。
5.如权利要求4中所述的锂可再充电电池，其中所述热隔绝组合物在约80-约150℃的温度时发生熔化或爆炸。
6.如权利要求1中所述的锂可再充电电池，其中所述热隔绝组合物包括选自下组的化合物4-羟基-3-甲氧基苯甲醛、1，3-二苯基苯、1，4-二溴苯、三苯基甲烷、4，4′-亚甲基二(苯胺)、二苯基乙二酮、戊二酸、4-羟基苯甲酸正丙基酯、呫吨、3，5-二甲基吡唑、1，3-苯二酚、N-苯基-2-萘胺、N-苯基乙酰胺、9H-芴、间亚苯基二苯甲酸酯和二氢-2，5-呋喃二酮。
7.如权利要求1中所述的所述锂可再充电电池，其中所述热隔绝组合物包括至少两种有机化合物的组合。
8.如权利要求7中所述的锂可再充电电池，其中所述有机化合物选自2H-1-苯并吡喃-2-酮、4-羟基苯甲酸正丁基酯、苯甲酸苯基酯、邻苯二甲酸二苯基酯、4-羟基-3-甲氧基苯甲醛、1，3-二苯基苯、1，4-二溴苯、三苯基甲烷、4，4′-亚甲基二(苯胺)、二苯基乙二酮、戊二酸、4-羟基苯甲酸正丙基酯、呫吨、3，5-二甲基吡唑、1，3-苯二酚、N-苯基-2-萘胺、N-苯基乙酰胺、9H-芴、二苯甲酸间亚苯基酯、二氢-2，5-呋喃二酮、2，5-吡咯烷二酮、3-吡啶甲酰胺、邻苯二甲酸酐、对甲苯磺酰胺、对苯二甲酸二甲酯、N-(4-甲基苯基)乙酰胺、己二酸、N-苯基苯甲酰胺、4，4′-二溴联苯、甘露醇、4-(1，1-二甲基乙基)苯甲酸、N-(2，6-二甲基苯基)乙酰胺、2，4-二硝基苯胺、7-羟基-4-甲基香豆素、5，5-二乙基-2，4，6(1H，3H，5H)-嘧啶三酮、1，4-二苯基苯、肌醇、6-苯基-1，3，5-吡嗪-2，4-二胺、3，7-二氢-1，3，7-三甲基-1H-嘌呤-2，6-二酮、1，1′-二-2-萘酚、4-羟基-3-甲氧基苯甲酸、2，3-二甲基蒽醌、2-苯基吲哚、2-甲基苯乙酸、2-苯基苯并咪唑、1，3，5-三甲基-2，4，6-三(3，5-二叔丁基-4-羟基苄基)苯、乙内酰脲、7-羟基香豆素、N-碳酰苯胺、1，5-二氯蒽醌、1，1，1-三(4-羟基苯基)乙烷、1-氨基蒽醌、2，3，5，6-四溴对二甲苯、1，5-二羟基萘、2-喹喔啉醇、2，4-二氨基-6-甲基-1，3，5-三嗪、7-氯-4-羟基喹啉、茜素、蒽醌、2，4-二氨基-6-羟基嘧啶、2-苯基苯并咪唑、2-氨基-4-羟基-6-甲基嘧啶、4-氨基-2，6-二羟基嘧啶、2-氨基-4，6-二羟基嘧啶和尿嘧啶。
9.如权利要求1中所述的锂可再充电电池，其中所述热隔绝组合物不导电。
10.如权利要求1中所述的锂可再充电电池，其中所述中心轴包括具有开口的顶端和底端的主体；和封闭所述主体的所述开口顶端和底端的封闭剂，所述封闭剂包括热隔绝组合物。
11.如权利要求10中所述的锂可再充电电池，其中所述主体包括选自钢、不锈钢和铝的材料。
12.如权利要求10中所述的锂可再充电电池，其中所述主体的所述顶端和底端为锥形的。
13.如权利要求10中所述的锂可再充电电池，其中所述封闭剂包括基本上环绕所述主体的薄膜。
14.如权利要求10中所述的锂可再充电电池，其中所述封闭剂包括封闭所述主体的顶端的顶盖和封闭所述主体的底端的底盖。
15.如权利要求10中所述的锂可再充电电池，其中所述主体另外包括气体发生剂，其中所述气体发生剂在预定的电压范围内分解而产生气体。
16.如权利要求15中所述的锂可再充电电池，其中所述气体发生剂包括环己基苯(CHB)。
17.如权利要求10中所述的锂可再充电电池，其中所述主体另外包括阻燃剂。
18.如权利要求17中所述的锂可再充电电池，其中所述阻燃剂包括选自下组的材料氢氧化镁基材料、氢氧化铝基材料和磷酸盐基材料。
19.如权利要求10中所述的锂可再充电电池，其中所述中心轴包括靠近所述主体顶端的第一凹槽和靠近所述主体底端的第二凹槽，其中所述封闭剂通过第一和第二凹槽而被固定就位。
20.如权利要求1中所述的锂可再充电电池，其中所述中心轴包括具有开口的顶端和底端的主体；封闭所述主体的开口顶端的顶盖；封闭所述主体的开口底端的底盖；在所述顶盖和所述主体顶端之间的第一密封元件；和在所述底盖和所述主体底端之间的第二密封元件；其中所述第一和第二密封元件中都含有在预定温度发生熔化或爆炸的热隔绝组合物。
21.如权利要求20中所述的锂可再充电电池，其中所述顶盖和底盖各自都含有聚合物树脂。
22.如权利要求20中所述的锂可再充电电池，其中所述热隔绝组合物在约50-约250℃的温度时发生熔化或爆炸。
23.如权利要求22中所述的所述锂可再充电电池，其中所述热隔绝组合物在约80-约150℃的温度时发生熔化或爆炸。
24.一种锂可再充电电池，其包括具有中心轴的电极组件，其中所述中心轴包括位于热隔绝组合物中的压缩弹簧，环绕所述压缩弹簧的主体，封闭所述主体顶端的顶盖，和封闭所述主体底端的底盖。
25.如权利要求24中所述的锂可再充电电池，其中所述热隔绝组合物在约50-约250℃的温度时发生熔化或爆炸。
26.如权利要求25中所述的锂可再充电电池，其中所述热隔绝组合物在约80-约150℃的温度时发生熔化或爆炸。
27.如权利要求24中所述的锂可再充电电池，其中所述热隔绝组合物包括选自下组的化合物4-羟基-3-甲氧基苯甲醛、1，3-二苯基苯、1，4-二溴苯、三苯基甲烷、4，4′-亚甲基二(苯胺)、二苯基乙二酮、戊二酸、4-羟基苯甲酸正丙基酯、呫吨、3，5-二甲基吡唑、1，3-苯二酚、N-苯基-2-萘胺、N-苯基乙酰胺、9H-芴、二苯甲酸间亚苯基酯和二氢-2，5-呋喃二酮。
28.如权利要求24中所述的锂可再充电电池，其中所述热隔绝组合物包括至少两种有机化合物的组合。
29.如权利要求28中所述的锂可再充电电池，其中所述有机化合物选自2H-1-苯并吡喃-2-酮、4-羟基苯甲酸正丁基酯、苯甲酸苯基酯、邻苯二甲酸二苯基酯、4-羟基-3-甲氧基苯甲醛、1，3-二苯基苯、1，4-二溴苯、三苯基甲烷、4，4′-亚甲基二(苯胺)、二苯基乙二酮、戊二酸、4-羟基苯甲酸正丙基酯、呫吨、3，5-二甲基吡唑、1，3-苯二酚、N-苯基-2-萘胺、N-苯基乙酰胺、9H-芴、二苯甲酸间亚苯基酯、二氢-2，5-呋喃二酮、2，5-吡咯烷二酮、3-吡啶甲酰胺、邻苯二甲酸酐、对甲苯磺酰胺、对苯二甲酸二甲酯、N-(4-甲基苯基)乙酰胺、己二酸、N-苯基苯甲酰胺、4，4′-二溴联苯、甘露醇、4-(1，1-二甲基乙基)苯甲酸、N-(2，6-二甲基苯基)乙酰胺、2，4-二硝基苯胺、7-羟基-4-甲基香豆素、5，5-二乙基-2，4，6(1H，3H，5H)-嘧啶三酮、1，4-二苯基苯、肌醇、6-苯基-1，3，5-吡嗪-2，4-二胺、3，7-二氢-1，3，7-三甲基-1H-嘌呤-2，6-二酮、1，1′-二-2-萘酚、4-羟基-3-甲氧基苯甲酸、2，3-二甲基蒽醌、2-苯基吲哚、2-甲基苯乙酸、2-苯基苯并咪唑、1，3，5-三甲基-2，4，6-三(3，5-二叔丁基-4-羟基苄基)苯、乙内酰脲、7-羟基香豆素、N-碳酰苯胺、1，5-二氯蒽醌、1，1，1-三(4-羟基苯基)乙烷、1-氨基蒽醌、2，3，5，6-四溴对二甲苯、1，5-二羟基萘、2-喹喔啉醇、2，4-二氨基-6-甲基-1，3，5-三嗪、7-氯-4-羟基喹啉、茜素、蒽醌、2，4-二氨基-6-羟基嘧啶、2-苯基苯并咪唑、2-氨基-4-羟基-6-甲基嘧啶、4-氨基-2，6-二羟基嘧啶、2-氨基-4，6-二羟基嘧啶和尿嘧啶。
30.如权利要求24中所述的锂充电电池，其中所述顶盖和底盖可通过所述压缩弹簧的回复力而打开或破裂。
31.如权利要求24中所述的锂可再充电电池，其中所述顶盖和底盖各自都含有聚合物树脂。
32.如权利要求24中所述的锂可再充电电池，其中所述主体另外包括气体发生剂，其中所述气体发生剂在预定的电压范围内分解而产生气体。
33.如权利要求32中所述的锂可再充电电池，其中所述气体发生剂包括环己基苯(CHB)。
34.如权利要求24中所述的锂可再充电电池，其中所述主体包括阻燃剂。
35.如权利要求34中所述的锂可再充电电池，其中所述阻燃剂包括选自下组的材料氢氧化镁基材料、氢氧化铝基材料和磷酸盐基材料。
36.如权利要求24中所述的锂可再充电电池，其中所述压缩弹簧是通过插入注入模塑而被插入到所述热隔绝组合物中的。
37.如权利要求24中所述的锂可再充电电池，其中所述热隔绝组合物的表面涂覆有选自聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)和聚酰亚胺(PI)的材料。
全文摘要
本发明提供了具有功能中心轴的锂可再充电电池。锂可再充电电池具有中心轴，所述中心轴的顶端和底端通过热隔绝组合物进行封闭，以在初次过度充电时减少裸电池内的空隙容积。所述热隔绝组合物在例如约80－约250℃的特定温度范围内的温度下发生融化。这防止了所述电池发生爆炸和起火。因此，本发明的锂可再充电电池具有改善的热稳定性。
文档编号H01M2/08GK1858931SQ200610084018
公开日2006年11月8日 申请日期2006年4月30日 优先权日2005年5月3日
发明者张锡均, 邢有业, 金重锡, 尹暎恩 申请人:三星Sdi株式会社