CN101107730A - 具有绝佳密封效果的二次电池 - Google Patents
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Abstract
这里公开的是一种二次电池,其包括以密封形式设置于电池盒中的电极导线,同时电极导线从电池盒部分突出,以及树脂薄膜设置于电池盒与电极导线之间,其中电极导线在其覆有树脂薄膜的表面的多个预设区域具有不规则部分,藉此增强电极导线及树脂薄膜间的粘合强度。电极导线与树脂薄膜之间具有高粘合强度,且延长了水分或电解液的移动路径,包含于空气中的水分或包含于二次电池中的电解液可沿着该移动路径移动。因此,本发明可将因水分进入二次电池及从二次电池泄漏电解液所造成二次电池使用寿命减低的问题降到最低。此二次电池对于做为中型或大型电池系统的单元电池非常有用,例如混合动力电动车。
Description
技术领域
本发明涉及一种具有极佳的密封能力的二次电池,更具体地,涉及一种高输出,大容量的二次电池,其在覆有树脂薄膜的电极导线的表面的预设区域形成有微小的不规则部分,使得介于电极导线与设置于电池盒与电极导线间的树脂薄膜之间的粘合强度增强,藉此有效预防空气中的水分进入二次电池及电解液从二次电池泄漏,因此,增加了二次电池的使用寿命。
背景技术
最近,一种可充放电的二次电池被广泛的使用在无线行动装置上作为能量源。同时,二次电池作为电动车与混合动力电动车的功率源的情况已引起相当大的注意,其可用来解决使用石油的汽柴油引擎所造成的空气污染问题。
因为中型或大型装置需要高输出与大容量,所以中型或大型装置,例如汽车,需使用多个单元电池彼此电连接的中型或大型电池系统。袋型锂离子聚合物电池广泛地做为中型或大型电池系统的单元电池,其具有大于作为小型装置内部连接电池的尺寸。
图1为一种制造袋形锂聚合物电池的方法的示意图(下文有时是指一种“大容量聚合物电池”),其用于高输出、大容量的电池系统。
参考图1,此大容量聚合物电池100籍由放置电极组件300而制造,其包含阴极、分隔薄膜与阳极于袋型电池盒200中,该电池盒由一种高聚合树脂与铝质薄片制成,且连接电极导线410及420至此电池盒200,同时电极导线410及420从此电池盒200的上端向外突出。从此电极组件300伸出电极接头310与320,其分别连接至电极导线410及420。介于此电池盒200与电极导线410及420间的连接区域设置多个树脂薄膜500,其预防电解液从电池泄漏且预防包含于空气中的水份被导引入电池,同时完成电极导线410及420的电路绝缘。
图2为图1中所示的大容量聚合物电池的电极导线与电池盒连接的局部放大示意图。
参考图2,阴极导线410及阳极导线420电连接至电极组件(图未示),电极组件包含阴极、分隔薄膜与阳极,它们以一种密封形式设置于袋型盒200中,其由铝质薄片制成,同时阴极导线410及阳极导线420从电池盒200的上端向外突出。树脂薄膜500设置于电池盒200与电极导线410及420之间。
当制造电池时,电池盒200的上端组件210与下端组件220在高温高压的情况下彼此互相焊接。然而,空气中包含的水分可能被导引入此电池盒或是电解液可能经由此电池的电极导线410及420与树脂薄膜500间的缝隙泄漏。因此,电池的使用寿命会因时间的经过而减少。
当电池盒200的上端组件210与下端组件220在高温高压的情况下彼此互相焊接以解决上述问题时,树脂薄膜可能会融化,因此,电池的外表面被污染,或此树脂薄膜被损坏,从而加速电池使用寿命的减少。可选地,在电极导线表面上覆有树脂薄膜的预设区域,可涂上铬酸盐。然而,铬酸盐处理会因重金属造成环境污染,因此是不适当的。
因此,迫切需要一种新技术来解决上述问题。
发明内容
因此,本发明的目的为解决上述问题,和其他尚未解决的技术问题。
为了解决上述问题做了各种大量的研究与实验,发明者发现,当多个微小不规则部分在覆有树脂薄膜的电极导线表面的预设区域形成时,在电池盒的焊接条件下(温度及压力),树脂薄膜与电极导线间的粘合强度大幅增加,因此,藉此有效预防空气中的水分进入二次电池及电解液从二次电池泄漏。本发明基于上述发现而完成。
根据本发明的一个方面,完成上述及其它目的提出的一种二次电池包含:以密封形式设置于电池盒中的电极导线,同时这些电极导线从该电池盒部分突出;及设置于该电池盒与这些电极导线间的树脂薄膜,其中这些电极导线在覆有这些树脂薄膜的表面的多个预设区域具有不规则部分,藉此增强这些电极导线及这些树脂薄膜间的粘合强度。
优选地,根据本发明的二次电池为高输出,大容量电池系统的单元电池。此二次电池并无特别限制,只要此二次电池具有这样的结构,即其绝缘树脂薄膜设置于电池盒与电极导线间。优选地,此二次电池的电池盒由一种包含树脂层与金属层的薄板制成。此电池盒的典型范例可为铝质薄板制成的袋型电池盒。
根据本发明的电极组件可以任一种结构设置于此二次电池的电池盒中,举例来说,堆迭形式结构或环绕(环绕形)结构。基于此电极组件的结构或电解液的组成,二次电池一般分为锂离子电池、锂离子聚合物电池或锂聚合物电池。优选地,本发明使用锂离子聚合物电池,因为电池的生产花费低、电解液泄漏的可能性低及电池的组装流程简单。
此锂离子聚合物电池藉由设置电极组件而制成,其包含阴极、分隔薄膜与阳极,它们在由铝质薄板所制的袋型壳体中被浸入电解液,且施以高温与高压至此电池盒的接触区域使得此电池盒的接触区域得以焊接。
各电极的一端位于此电池盒中同时此电极组件的电极接头附接于各电极端,且各电极导线的另一端从此电池盒向外突出。这些电极导线之一,如,阴极导线,一般为铝质的金属片制成,另外的电极导线,如,阳极导线,一般为铜质的金属片制成。这些电极接头一般藉由点焊连接至电极导线。这些电极导线的厚度大约200至500微米。
这些树脂薄膜设置于电池盒与电极导线的接触区域。这些树脂薄膜通常由高聚合树脂制成,如聚丙烯(PP)或聚乙烯(PE)。这些树脂薄膜的厚度为100至300微米。
本发明的特征在于这些电极导线具有预设的表面区域,其上覆有含多个不规则部分的树脂薄膜,当电池盒焊接时,这些电极导线与树脂薄膜间的粘合强度可以增加。
这些微小不规则部分使这些电极导线的表面积增加,藉此这些电极导线与树脂薄膜间的粘合强度可以增加。更进一步,就算当空气中的水分导引入电池盒或电解液经由此电池的阴极导线及阳极导线与树脂薄膜间的缝隙泄漏,水分或电解液的移动路径显著的延长,且因此,最小化水分或电解液的移动。
这些不规则部分可藉由各种方法形成。举例来说,这些不规则部可籍由机械表面处理,如轧制、喷砂、SiC砂纸磨擦、镭射辐射或超音波应用,或可藉由化学表面处理,如藉由化学物质的部份蚀刻。
优选地,按照硬化冷轧流程执行,以在电极导线表面上形成不规则部分。此硬化冷轧流程为一种完成约0.3至3.0%的轻冷轧制流程,以提高回火冷轧制钢板的机械特性与控制回火冷轧制钢板的表面状态。藉由化学物质的部份蚀刻可藉由涂布磷酸、盐酸或硝酸至电极导线而完成,并且,在于这些电极导线的表面形成可见的微小不规则部分需要的时间之后,以蒸馏水清洗这些电极导线。根据现有技术,为了从金属薄片表面移除金属氧化层(举例来说,铝箔),其用于这些电极导线,则在这些树脂薄膜附接于这些电极导线前,硝酸可涂于这些金属薄膜的表面。然而,已经证明籍由硝酸涂布以在金属薄膜的表面形成不规则部分无法如本发明一样有效地增加这些金属薄膜与金属导线间的粘合强度。
如实验结果,本发明的发明者发现这些金属薄膜与电极导线间的粘合强度不仅可藉由完成机械表面处理,如轧制、喷砂、SiC砂纸磨擦、镭射辐射或超音波应用,亦可藉由化学表面处理,如藉由化学物质的部份蚀刻,而大幅增加。为何这些金属薄膜与电极导线间的粘合强度可藉由完成机械表面处理与化学表面处理而大幅增加的理由无法证实。然而,其提出了构成这些形成有各种尺寸的不规则部分的槽,且因此增加了这些金属薄膜与电极导线间的粘合强度。
根据本发明的这些不规则部分的形状与方向并无特别限制。优选地,各不规则部分包含多个槽以0°(水平)至50°的角度形成于该电池盒表面的上端。这些槽增加这些电极导线与树脂薄膜间的接触区域,及延长水分及电解液的移动路径。
这些不规则部分可全部或部分形成于这些电极导线的覆有树指薄膜的表面预设区域。优选地,这些不规则部分全部形成于这些电极导线的表面预设区域。
优选地,形成各不规则部分使得构成对应于不规则部分的这些槽的尺寸(这些槽的深度)介于这些电极导线厚度的1%至4%间。当这些槽的尺寸小于1%时,介于这些电极导线与树脂薄膜间增加的粘合强度与水分及或电解液的移动路径的延长将无法充分完成。当这些槽的尺寸大于4%时,另一方面,这些电极导线的物理特性则会损坏。在此例中这些电极导线的厚度为250微米至450微米,这些槽的尺寸为3至10微米。然而,有可能在上述槽中一起形成有更多微小槽。
附图说明
本发明的上述及其它目的、特征与其余优势将会从以下结合附属图的详细描述中获得清楚认识,其中:
图1为一种示例性袋形锂聚合物二次电池的示意图,其用于高输出、大容量的电池系统;
图2为图1中所示的电极导线与大容量聚合物电池的电池盒连接的局部放大图;
图3为根据本发明的优选实施例的电极导线与袋形锂离子聚合物二次电池间连接的部份放大图;
图4和图5为根据本发明的各种优选实施例的其表面具有微小不规则部分的各电极导线的透视图;
图6为本发明的实验示例1与示例2的实验结果图。
附图的主要符号说明
100:袋形锂离子聚合物电池
200:电池盒
300:电极组件
410、420:电极导线
430:微小不规则部分
500:树脂薄膜
具体实施方式
现在,本发明的优选的实施例将会参照附图示作详细描述。这里必须注意本发明的范围并不仅限制于此实施例的说明。
图3为根据本发明的优选实施例的电极导线与袋形锂离子聚合物二次电池间连接的部份放大图。
参考图3,阴极导线410与阳极导线420连接至电池盒200,而树脂薄膜500设置于阴极导线410及阳极导线420与电池盒200间。电池盒200包含上端组件210与下端组件220,其如图1中所示在电池盒200的下端铰合连接。尽管电池盒200的上端组件210及下端组件220彼此互相接触,但上端组件210及下端组件220的多接触区域系相互焊接,因此,上端组件210及下端组件220彼此互相稳固的连接。树脂薄膜500包覆阴极导线410及阳极导线420,而树脂薄膜500的上端从电池盒200的上端突出。
阴极导线410及阳极导线420在覆有树脂薄膜500的其表面的预设区域具有微小不规则部分430,其作用已于前文描述。
图4及图5为根据本发明的各种优选实施例的其表面具有微小不规则部分的各电极导线的透视图。
请参考图4,多个电极接头310连接至阴极导线410的下端,阴极导线410是以近似矩形的形状形成的金属板,连接方式是例如焊接。阴极导线410的中间覆有树脂薄膜500。电池盒200焊接至树脂薄膜500,而树脂薄膜500的部份暴露于外。电极导线410在其表面覆有树脂薄膜500的预设区域,具有无方向性的微小不规则部分431。藉由此微小不规则部431的作用,电极导线410与树脂薄膜500间的接触区域增加,因此,电极导线410与树脂薄膜500间的粘合强度增加。当电池盒200热焊接时,一些树脂薄膜500导入构成微小不规则部分431的多个槽。结果,电极导线410与树脂薄膜500间的粘合强度更进一步增加。
参考图5,其非常类似图4,电极导线410具有微小不规则部分432,不规则部432包含多个形成于电池盒200的上端的平行槽。也就是说,此微小不规则部432的槽具有预设方向。结果,电极导线410的表面面积增加,造成电极导线410与树脂薄膜500间的粘合强度增加。另外,延长了水分或电解液的移动路径,通过其包含于空气中的水分或包含于电池中的电解液可能移动,因此,可最小化水分或电解液的移动。在此实施例中,不规则部分432的尺寸略小于电极导线410与树脂薄膜500间的接触区域。
现在,将参考以下示例更详细地描述本发明。但是应注意的是,这些示例仅用于示意目的,不能认为是限制了本发明的范围和精神。
示例1
铝箔(阴极箔片)及铜箔(阳极箔片)的每个表面具有45毫米x30毫米的尺寸且厚度约350微米,以具有800#粗糙度的SiC砂纸以1000至1200rpm的旋转速度磨擦3分钟(SiC砂纸磨擦)。利用透射电子显微镜观察铝箔及铜箔的表面的结果,确认具有平均4至5微米大小的槽形成于铝箔及铜箔的表面。此铝箔及铜箔,其表面如上所述,通过焊接连接于电极组件的电极接头,然后,由聚丙烯制成的树脂薄膜,附接于铝箔及铜箔的上端表面及下端表面。接着,电极组件设置于袋型电池盒中,袋型电池盒由铝质薄板制成,基于碳酸盐的包含1M LiPF6的锂电解液注入袋型电池盒,且热焊接此薄板。依此方式,制造锂离子聚合物电池。
示例2
一种如示例1相同方式所制成的锂离子聚合物电池,除了铝箔及铜箔表面以喷砂处理代替上述SiC砂纸磨擦之外。确认具有平均5至6微米大小的槽通过喷砂形成于铝箔及铜箔的表面。
示例3
一种如示例1相同方式所制成的锂离子聚合物电池,除了铝箔及铜箔表面以喷砂处理然后在进行磷酸处理之外。确认具有平均5至6微米大小的槽通过上述表面处理形成于铝箔及铜箔的表面。
比较示例1
一种如示例1相同方式所制成的锂离子聚合物电池,除了铝箔及铜箔表面未做处理之外。
比较示例2
一种如示例1相同方式所制成的锂离子聚合物电池,除了铝箔及铜箔表面通过使用1M盐酸DC蚀刻,从铝箔及铜箔表面移除金属氧化层之外。
实验示例1
根据示例1-3与比较例1和2,在制造二次电池时,为了测量金属薄片与树脂薄膜间的粘合强度,执行180度剥离测试。结果示于图6。
如图6所示,可发现示例1-3的粘合强度高于比较例1,比较例1未完成表面处理,及比较例2,比较例1的铝箔及铜箔表面的处理仅藉由使用盐酸蚀刻从铝箔及铜箔表面移除金属氧化层。尤其,可以观察到示例3中,其机械表面处理及化学表面处理均完成,具有较高的粘合强度。
实验示例2
根据示例1-3与比较例1和2,所制造的二次电池处于高温与高湿度情况下约四周移出后,然后拆开此二次电池。接着,以HF滴定法使用酸基滴定测量存在于电解液中HF的浓度。
一般来说,包含于电解液中的LiPF6与水反应产生HF,其对电池有害。结果,降低电池的效能与使用寿命。因此,藉由测量存在电解液中的HF可确认经由电极导线与树脂薄膜间的缝隙导入电池盒水分的数量。
根据示例1-3所制造的电池中,测量的结果显示HF的产生数量远小于根据比较例1和2所制造的电池,但尤其是,根据示例3所制造的电池,HF的产生数量最少。
工业应用
如上述说明,电极导线与树脂薄膜之间具有高粘合强度。且延长了水分或电解液的移动路径,通过其包含于空气中的水分或包含于二次电池中的电解液可能移动。因此,本发明可将因水分进入二次电池及从二次电池泄漏电解液所造成二次电池使用寿命减低的问题降到最低。本发明的二次电池对于做为中型或大型电池系统的单元电池非常有用,例如混合动力电动车。
本发明在上文中已以示意目的公开优选实施例,然而本领域的技术人员应理解的是,可以进行各种修改、增加和替换,只要不背离附加权利要求公开的本发明的精神和范围。
Claims (10)
1.一种二次电池,包含:
电极导线,以密封形式设置于电池盒中,而所述电极导线从电池盒部分突出;及
树脂薄膜,设置于所述电池盒与所述电极导线间,
其中所述电极导线在覆有所述树脂薄膜的表面的预定区域具有不规则部分,藉此增强所述电极导线及所述树脂薄膜之间的粘合强度。
2.如权利要求1所述的二次电池,其中所述二次电池是用于高输出、大容量的电池系统的单元电池。
3.如权利要求1所述的二次电池,其中电池盒由包含树脂层与金属层的薄板制成。
4.如权利要求3所述的二次电池,其中电池盒是由铝质薄板制成的袋型壳体。
5.如权利要求1所述的二次电池,其中所述二次电池是袋型锂离子聚合物电池。
6.如权利要求1所述的二次电池,其中所述不规则部分可藉由机械表面处理,如轧制、喷砂、SiC砂纸磨擦、镭射辐射或超音波应用,或可藉由化学表面处理,如化学物质的部份蚀刻。
7.如权利要求6所述的二次电池,其中根据硬化冷轧流程执行轧制。
8.如权利要求6所述的二次电池,其中所述不规则部分可籍由机械表面处理及化学表面处理而形成。
9.如权利要求1所述的二次电池,其中每个所述不规则部分包含多个以0°(水平)至50°之角度形成于该电池盒上端表面的槽。
10.如权利要求1所述的二次电池,其中形成每个所述不规则部,使得构成对应于所述不规则部分的槽的尺寸(槽的深度)介于所述电极导线厚度的1%至4%之间。
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KR20130093517A (ko) | 에너지 저장 셀 |
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Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C12 | Rejection of a patent application after its publication | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20080116 |