专利名称：用于大功率电池的安全装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种当短路时用于保护电池的安全装置，更具体地说，涉及 一种用于大功率电池发生短路时的安全装置，其中在电池的极耳中集成有正
温度系数(PTC)功能。
背景技术：
随着高科技产品的发展，如数码相机、便携式电话、笔记本电脑和混合 动力车，人们已经对不同于一次性电池的可充放电的二次电池进行了积极的 研发。典型的二次电池包括Ni (镍)-Cd (镉)电池、镍-氢化金属电池、 Ni (镍)-H (氢)电池、锂离子电池等。在这些电池中，锂离子二次电池的 工作电压为3.6V或更高，因而用作便携式电子设备或混合动力车的主电源。 在锂离子二次电池用于混合动力车的情况中，二次电池以将多个锂离子电池 串联起来的形式而加以使用。锂电池所产生的电压是镍-镉电池或镍-氢化金 属电池所产生的电压的三倍，并具有较高的能量密度重量比，因而锂电池的 应用迅速增长。
锂离子二次电池可以制造为多种类型，例如，圆柱型和棱柱型。近年来 极受人瞩目的聚合物锂电池通常制造为具有柔韧性的袋状，因而聚合物锂电 池能够自由地形成为多种形状。由于聚合物锂电池安全性较高且重量较轻， 因而聚合物锂电池有益于应对便携式电子设备的小型化和轻量化的趋势。
在这种锂离子电池中，尽可能地降低电池内阻(cell resistance),以产生 较高的功率。因此，当短路时，由于锂离子电池的内阻较低，因而能够产生 相当大的电流。这会使电池温度上升，导致锂离子电池爆炸。
为了防止短路时发生爆炸，锂离子电池通常包括有正温度系数(PTC)
元件。如果发生短路而且当电流迅速增大时，该PTC元件开始启动，从而 防止爆炸的发生。
PTC元件是一种通过利用随热量的扩展而改变导电性的导电聚合物的 正电阻温度性质，即正温度系数(PTC)来中断导电性的装置。
参考图1描述了一种典型的聚合物PTC。图1为表示根据现有技术的聚 合物PTC的透视图。参考符号101指示导电聚合物，参考符号102和103 指示与导电聚合物101接触的电极，参考符号104和105指示遮盖电极102 和103的绝缘树脂膜。
当从平面方向观察时，导电聚合物101为矩形板形状并具有均匀的厚度。 导电聚合物101为通过捏合聚乙烯和碳黑然后使用放射性射线进行交联从而 制备的聚合物树脂。
导电聚合物101具有碳黑颗粒在室温下相互连接的内部结构，从而形成 有电流流通的多个导电通路。因而，导电聚合物101具有较好的导电性。
然而，如果导电聚合物101由于因例如周围温度的增高或导电通路的过 载电流产生的热量而膨胀，碳黑颗粒之间的距离增大，从而将导电通路切断， 使导电率迅速下降(使内阻增大)。
电极102和103安装在导电聚合物101的各个端部。电极102包括由铜 制成并沿导电聚合物101的第一表面101a安装的电极件102a，与电极件102a 连接并安装在导电聚合物101的一个端部的底部件102b，以及设置在导电聚 合物101和电极件102a之间的镍箔102c。
电极103具有与电极102相同的结构。电极103包括由铜制成并沿导电 聚合物101的第二表面101b安装的电极件103a，与电极件103a连接并安装 在导电聚合物101的另一个端部的底部件103b，以及设置在导电聚合物101 和电极件103a之间的镍箔103c。
电极件102a的宽度与导电聚合物101的宽度相同。具有矩形形状的电
极件102a的端部以如下方式安装在电极件102a和相对的电极103之间形 成有平行的间隙，特别是在电极件102a和电极件103d之间，电极件103d 将在下文进行描述。底部件102b通过利用在覆盖层102e上进行焊接的方法 将导电聚合物101的第一表面上的电极件102a连接于由铜制成并位于导电 聚合物101的相对表面101b (第二表面)上的电极件102d而形成。
电极件103a的宽度与导电聚合物101的宽度相同。电极件103a的端部 具有矩形形状，并以如下方式形成在电极件103a和相对的电极102，特别 是和电极102的电极件102a之间形成有平行的间隙。
底部件103b通过利用在覆盖层103e上进行焊接的方法将电极件103a 连接于由铜制成并位于导电聚合物101的第一表面上的电极件103d而形成。
树脂膜104形成在导电聚合物101的第一表面上以覆盖电极件102a，而 不覆盖底部件102b和电极件102d。树脂膜105形成在导电聚合物101的第 二表面上以覆盖电极件103a，而不覆盖底部件103b和电极件103d。
当周围温度低于导电聚合物膨胀的预定温度时，上述聚合物PTC利用 导电聚合物101的PTC性质使电流通过；当周围温度等于或高于导电聚合 物膨胀的预定温度时，使电流中断。聚合物PTC是将聚合物PTC的周围温 度用作上述聚合物PTC的触发器而起作用的开关。
而且，聚合物PTC能够以如下方式将电流用作触发器当电极102和 103之间出现过载电流时，导电聚合物101通过由于因焦耳热产生的自热而 膨胀来切断导电，但是当过载电流消除时，恢复电极102和103之间的导电 状态。
在上述聚合物PTC中，由于电极件102a叠放在导电聚合物101的一个 表面上，因而电极件102a和镍箔102c的侧部和角部沿纵向方向暴露在导电 聚合物101的一侧上。
同样，由于电极件103a叠放在导电聚合物101的一个表面上，因而电
极件103a和镍箔103c的侧部和角部在导电聚合物101的另一侧暴露。
发明内容
上述聚合物PTC的容量较小并为较小的低功率电子设备开发设计。为 了使PTC用于产生100A或更大电流的大功率锂二次电池，PTC必须具有较 高的容量。然而，问题在于，当PTC具有更高的容量时，PTC的尺寸也增 大。因此，难以将相关的PTC部件实际应用于大功率的锂电池。
因此，考虑到上述问题而提出本发明。为了实现上述目的和优点，根据 本发明的一个方面，提供了一种用于应对大功率电池短路的安全装置，其中， 在用于大功率电池的极耳中集成有PTC功能，以消除PTC元件所需的额外 的空间和连接作业，所述安全装置以较小的空间和较低的成本实现PTC功 能，并在短路时防止爆炸。
根据本发明，通过将PTC功能集成在大功率锂二次电池的极耳中，用 于应对大功率电池短路的所述安全装置具有当电池短路时防止电池爆炸的 优点。
由于PTC功能集成在大功率锂二次电池的极耳中，用于应对大功率电 池短路的所述安全装置不需要用于PTC元件的额外的空间和额外的连接作 业，因而所述安全装置具有以较小的空间和较低的成本实现PTC功能的优 点。
图1为表示根据现有技术的聚合物PTC的透视图； 图2为表示包括有根据本发明一种实施方式的短路安全装置的锂二次电 池的平面图3为沿图2中线I-I截取的截面图4为表示图2中所示的正极极耳的透视图5为表示包括有根据本发明实施方式的安全装置的锂二次电池处于短 路状态的示意图；以及
图6为表示包括有根据本发明实施方式的安全装置的锂二次电池中的短 路而产生的安全极耳断裂的示意图。
图中的附图标记
210:锂二次电池
211:电池部件
212:壳体
213:正极极耳
213a:正极极耳焊接部
214:负极极耳
214a:负极极耳焊接部
216:导电板 217:断裂部
具体实施例方式
为了实现上述目的，提供了一种用于大功率电池的安全装置，该安全装
置包括壳体；电池部件，该电池部件设置在所述壳体内，并包括第一电极
极板、隔离物和第二电极极板；第一极耳，该第一极耳通过第一极耳焊接部 连接于所述第一电极的四个边缘中的一个边缘；和第二极耳，该第二极耳通 过第二极耳焊接部连接于所述第二电极极板的四个边缘中的一个边缘，其 中，当所述第一极耳和第二极耳短路时，所述第一极耳的一部分断裂，从而 防止所述第一电极极板和第二电极极板之间的短路。
参考图2至图6，对根据本发明实施方式的用于大功率电池的安全装置 进行描述。
图2为表示包括有根据本发明的安全装置的袋型锂二次电池的透视图。
参考图2，包括有根据本发明的安全装置的袋型锂二次电池210具有电 池部件211和壳体212，该壳体212用于提供容纳电池部件211的空间212a。
电池部件211包括顺序排列的正极电极、隔离物和负极电极。电池部件 211沿一个方向缠绕起来。电池部件211还可以具有多个正极电极、多个隔 离物和多个负极电极层叠的结构。每个电极分别通过正极极耳焊接部213a 和负极极耳焊接部214a而电连接于正极极耳213和负极极耳214。
正极极耳213和负极极耳214从壳体212的密封表面212b伸出，并暴 露在外部。伸出的正极极耳213的端部与正极极耳焊接部213a连接。该正 极极耳焊接部213a用作正极极耳213和正极电极之间的连接装置，正极极 耳焊接部213a的各个端部分别连接于正极极耳213和正极电极。此外，伸 出的负极极耳214的端部连接于负极极耳焊接部214a。该负极极耳焊接部 214a用作负极极耳214和负极电极之间的连接装置，而且该负极极耳焊接部 214a的各个端部分别连接于负极极耳214和负极电极。
在正极极耳213、负极极耳214、正极极耳焊接部213a和负极极耳焊接 部214a的外表面上，缠绕有密封带215，用于防止壳体212、极耳213和214 以及正极极耳焊接部213a和负极极耳焊接部214a之间在密封表面212b、极 耳213和214以及焊接部213a和214a相互接触的接触部分出现短路。
而且，如图5所示，正极极耳213以如下方式设计为安全极耳即使正 极极耳213和负极极耳214通过导电件216而短路，正极极耳213的一部分 217通过如图6所示的断裂而断开。由于该安全极耳，当电流急剧增大时， 能够防止电池内部部件2U爆炸。设计为安全极耳的正极极耳213和负极极 耳214构成用于短路的安全装置。
壳体212为袋型壳体，包括由金属箔制成的中间层以及由绝缘膜制成的 外层和内层，该外层和内层分别连接于中间层的各个表面。该袋型壳体212 与罐型壳体不同，如圆柱型或棱柱型壳体，罐型壳体通常由注塑方法制造并 由金制成。袋型壳体具有较好的可成形性，因而袋型壳体能够自由弯曲。壳 体212具有用于在其中容纳电池部件211的空间212a，并具有设置在通过沿 所述空间212a的边缘熔融壳体212而形成的表面上的密封表面212b。
图3为表示沿图2所示的线I-I截取的锂二次电池的截面放大示意图。
参考附图，壳体212为复合膜，该复合膜包括由金属箔(如铝箔)制成 的金属层212c以及由绝缘膜制成的内层212d和外层212e，该内层212d和 外层212e分别与中间层212c的内表面和外表面连接，以保护中间层212c。
在壳体212中形成的空间212a中，设置有包括顺序排列的正极电极 211a、隔离物211c和负极电极211b的电池部件211。正极极耳213和负极 极耳214分别从正极电极211a和负极电极211b延伸，如图2所示。
正极极耳213的端部连接于正极极耳焊接部213a。该正极极耳焊接部 213a用作连接正极极耳213和正极电极211a，并具有连接于正极极耳213 和正极电极211a的各个端部。
密封带215围绕正极极耳213和正极极耳焊接部213a的外表面缠绕， 以防止壳体212和极耳213之间或者壳体212和正极极耳焊接部213a之间 在正极极耳213和正极极耳焊接部213a与密封表面212b相接触的接触部分 出现短路。
具有上述结构的袋型锂二次电池210通过如下方法制造利用正极极耳 焊接部213a和负极极耳焊接部214a使正极极耳213和负极极耳214电连接 于正极极板211a和负极极板211b，然后通过顺序排列正极极板211a、隔离 物211c和负极极板211b，并沿一个方向缠绕所述极板211a、 211c和隔离物 211b的组合结构而形成电池部件211。
图4为表示袋型锂二次电池的正极极耳213和正极极耳焊接部213a的 透视图。当从锂二次电池的平面观察时，正极极耳和正极极耳焊接部具有相 同厚度的矩形板形状，并由铝和铝合金制成。
正极极耳213的厚度为0.1至0.4毫米，更优选为0.2毫米。在正极极耳 中，与壳体211平行的边缘的长度(宽度)约为20至200毫米，而且与壳 体垂直的边缘的长度为18至50毫米。
优选地，正极极耳213的表面面积为2至80mm2，并且其电阻范围为 2.36X10-4Q至1.64X1。-5Q。
优选地，正极极耳焊接部213a的面积为40至800mm2。
在上述实施方式中，正极极耳213应用为安全极耳，但本发明并不限定 于此。负极极耳也可以应用为安全极耳。
虽然为了描述的目的而公开了本发明的优选实施方式，但本领域普通技 术人员应该理解的是，在不脱离由附属权利要求所限定的本发明的范围和实 质的前提下，各种修改、添加和替换都是可能的。
权利要求
1. 一种用于大功率电池短路的安全装置，该安全装置包括壳体；电池部件，该电池部件包括顺序排列且设置在所述壳体内的第一电极极板、隔离物和第二电极极板；第一极耳，该第一极耳从所述壳体中伸出，并通过第一极耳焊接部连接于所述第一电极极板的四个边缘中的一个边缘；和第二极耳，该第二极耳从所述壳体中伸出，并通过第二极耳焊接部连接于所述第二电极极板的四个边缘中的一个边缘，其中，当所述第一极耳和第二极耳短路时，所述第一极耳的一部分断裂，从而防止所述第一电极极板和第二电极极板之间发生短路。
2. 根据权利要求l所述的安全装置，其中，所述第一极耳的电阻范围为2.36X1(T4Q至1.64X10—5Q。
3. 根据权利要求1或2所述的安全装置， 其中，所述第一极耳为正极极耳。
4. 根据权利要求1或2所述的安全装置， 其中，所述第一极耳为负极极耳。
5. 根据权利要求1或2所述的安全装置， 其中，所述第一极耳由铝或铝合金制成。
6. 根据权利要求1或2所述的安全装置， 其中，所述第一极耳为板状形状。
7. 根据权利要求6所述的安全装置，其中，所述第一极耳的厚度约为0.1至0.4毫米。
8.根据权利要求1或2所述的安全装置，其中，在所述第一极耳中，与所述壳体平行的边缘的长度约为20至200 毫米，与所述壳体垂直的边缘的长度约为18至50毫米。
9. 根据权利要求1或2所述的安全装置， 其中，所述第一极耳的面积为2至80mm2。
10. 根据权利要求1或2所述的安全装置，其中，所述第一极耳焊接部的面积为40至800mm2。
全文摘要
公开了一种用于应对电池短路的安全装置，更具体地说，涉及一种用于大功率电池短路时的安全装置，其中，在大功率电池的极耳中集成有PTC功能。用于应对大功率电池短路的所述安全装置包括壳体(212)；电池部件(211)，该电池部件包括顺序排列并设置在所述壳体内的第一电极极板(211a)、隔离物(211c)和第二电极极板(211b)；第一极耳(213)，该第一极耳从所述壳体(212)中伸出并通过第一极耳焊接部(213a)连接于所述第一电极极板(211a)的四个边缘中的一个边缘；和第二极耳(214)，该第二极耳从所述壳体(212)中伸出并通过第二极耳焊接部(214a)连接于所述第二电极极板(211b)的四个边缘中的一个边缘，其中，当所述第一极耳(213)和第二极耳(214)短路时，所述第一极耳(213)的一部分断裂，从而防止所述第一电极极板(211a)和第二电极极板(211b)之间的短路。
文档编号H01M2/34GK101385162SQ200680053266
公开日2009年3月11日 申请日期2006年12月21日 优先权日2006年2月23日
发明者吴全根, 李宰明, 梁晟模, 都宥林 申请人:Sk能源株式会社