專利名稱：二次電池組模塊的元電池阻擋和二次電池組模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的方面涉及可再充電電池模塊及包括其的可再充電電池模塊。更具體而言，本發(fā)明涉及一種元電池阻擋，其具有改善的絕緣性質(zhì)和冷卻性能、以及比如抗腐蝕、抗磨損、硬度等增加的機(jī)械性質(zhì)等。本發(fā)明的方面還涉及包括該元電池阻擋的可再充電電池模塊，和可再充電電池或可再充電電池模塊的單元電池部件。
背景技術(shù)：
最近，研究者已經(jīng)利用具有高能量密度的非水電解質(zhì)開發(fā)了高功率可再充電電池。這樣的高功率可再充電電池由彼此串聯(lián)連接的多個電池單元形成，從而被用作驅(qū)動比如電動車輛的需要高功率的裝置中的馬達(dá)的電源。
可再充電電池(其后，方便起見稱為單元電池)可以被制造為各種形狀例如圓柱、棱柱等。單元電池通常被串聯(lián)耦接以形成由多個單元電池組成的模塊。
每個單元電池包括包括正電極和負(fù)電極且隔離物夾置在其之間的電極組件；具有容納該電極組件的空間的殼體；與該殼體組合以氣密方式密封該殼體的蓋組件；和從蓋組件突起并分別電耦接到正和負(fù)電極的正端子和負(fù)端子。
通常，殼體由能夠有效地耗散從單元電池產(chǎn)生的熱的金屬形成。因此，金屬應(yīng)具有出色的導(dǎo)電性以及出色的導(dǎo)熱性。
通過將連接器安裝在有螺紋的正和負(fù)端子之間且然后用螺母將連接器緊錮到端子而彼此電耦接單元電池。
在可再充電電池模塊中，對于熱傳導(dǎo)的元電池阻擋夾置在單元電池之間，從而空氣流過元電池阻擋以冷卻單元電池。
以上在背景技術(shù)部分所披露的信息僅旨在提高本發(fā)明的背景技術(shù)的理解。因此，背景技術(shù)部分可以包含不構(gòu)成本國家中對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的現(xiàn)有技術(shù)的信息。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個實(shí)施方式提供了用于可再充電電池模塊的元電池阻擋，其中元電池阻擋具有出色的冷卻性質(zhì)和絕緣性能，以及高的機(jī)械性質(zhì)。
本發(fā)明的另一實(shí)施方式提供了包括用于可再充電電池模塊的元電池阻擋的可再充電電池模塊。
根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方式，用于可再充電電池模塊的元電池阻擋包括金屬體和形成于金屬體表面上的絕緣層。元電池阻擋夾置在單元電池之間以在相鄰的單元電池之間電絕緣。絕緣層選自由樹脂層、無機(jī)氧化物層、陽極化層和其復(fù)合層組成的組。
根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方式，元電池阻擋通過沿金屬體和絕緣層提供用于熱傳導(dǎo)介質(zhì)通過的通道而提供了進(jìn)一步的絕緣。通道可以通過將元電池阻擋形成為波狀形狀而提供，盡管通道也可以通過其他形狀和結(jié)構(gòu)來產(chǎn)生。
根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方式，單元電池提供了電力的產(chǎn)生。單元電池包含電極組件，電極組件包括正電極、負(fù)電極和將電極彼此絕緣的分隔物。單元電池還包括用于容納電極組件的殼體；連接到殼體的蓋板，在殼體中密封電極組件；和分別連接到正和負(fù)電極并通過蓋板突起的正和負(fù)電極端子。以上的元電池阻擋沿單元電池的一側(cè)設(shè)置，或如上述，設(shè)置在單元電池之間，以提供冷卻和絕緣。
根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方式，可再充電電池模塊包括彼此電耦接的多個單元電池，而且在單元電池之間保留一定的空間。以上的元電池阻擋設(shè)置于單元電池之間。
本發(fā)明的其他方面和/或優(yōu)點(diǎn)將部分在隨后的說明書中闡述，且部分地將從說明書明顯，或通過本發(fā)明的實(shí)踐來習(xí)之。


結(jié)合附圖，從實(shí)施方式的以下描述，本發(fā)明的這些和/或其它方面和優(yōu)點(diǎn)將變得明顯易懂，在附圖中圖1是顯示根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施方式的可再充電電池模塊的元電池阻擋的透視圖；圖2是顯示根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方式的單元電池的剖面圖；
圖3是顯示根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方式的可再充電電池包括的透視圖；圖4是示出根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的可再充電電池模塊如何與馬達(dá)連接的示意方框圖；圖5是顯示根據(jù)示例1的作為元電池阻擋的陽極化的層的厚度的函數(shù)的擊穿電壓的曲線圖；圖6是顯示根據(jù)示例2和3的作為元電池阻擋的厚度的函數(shù)的擊穿電壓的曲線圖。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)將詳細(xì)參考本發(fā)明的目前實(shí)施方式，其示例在附圖中示出，其中通篇相似的參考標(biāo)號指示相似的元件。所述實(shí)施方式通過參考附圖在以下描述以解釋本發(fā)明的方面。
在可再充電電池模塊中，單元電池在重復(fù)充電和放電過程中內(nèi)部產(chǎn)生大量的熱。當(dāng)從單元電池產(chǎn)生的熱沒有被耗散時，單元電池的性能可能退化。
因此，元電池阻擋必須具有充分的冷卻性能以有效地耗散熱。積極地對于具有改善的冷卻性能的元電池阻擋的結(jié)構(gòu)和材料進(jìn)行了研究。
另外，單元電池應(yīng)僅經(jīng)由連接器電耦接，因?yàn)槿绻麊卧姵仉婑罱拥较噜弳卧姵氐臍んw，則存在可能導(dǎo)致短路的擔(dān)心。
方便地，絕緣層夾置在單元電池之間，用于該目的。然而，這樣的常規(guī)結(jié)構(gòu)導(dǎo)致的問題在于，需要過度的絕緣層，而且因?yàn)榻^緣材料的低的導(dǎo)熱率而難于經(jīng)由元電池阻擋而耗散熱。
根據(jù)本發(fā)明的方面的元電池阻擋安裝于單元電池中以改善元電池阻擋的冷卻性能和絕緣性質(zhì)。其夾置在單元電池之間以提供從單元電池到另一介質(zhì)的熱傳導(dǎo)的通道。元電池阻擋包括金屬體和形成于金屬體的表面上的絕緣層。絕緣層可以選自樹脂層、無機(jī)氧化物層、陽極化層、和其復(fù)合層的組。
金屬體可以包括鋁和/或鋁合金。鋁是理想的，因?yàn)槠淙菀壮尚?、切割和加工。其也具有高的熱?dǎo)率，其如上所述對于元電池阻擋是必須的。鋁合金具有出色的機(jī)械強(qiáng)度且因此是出色的元電池阻擋材料。適當(dāng)?shù)暮辖鸢ㄅc比如鉻(Cr)、鎂(Mg)、鈦(Ti)、銅(Cu)、鐵(Fe)、錳(Mn)、硅(Si)、和鋅(Zn)的金屬的鋁合金，但不限于此。鋁合金還包括可商業(yè)獲得的Al30系列(96.7到99wt％的Al、0.05到0.2wt％的Cu、1到1.5wt％的Mn和余下的雜質(zhì))、Al50系列(97wt％的Al、0.5到1.1wt％的Mg、0.2wt％的Mn和余下的雜質(zhì))、Al60系列(95.8到98.6wt％的Al、0.04到0.35wt％的Cr、0.15％到0.4wt％的Cu、0.8到1.2wt％的Mg和余下的雜質(zhì))，等等。
然而，因?yàn)殇X具有好的導(dǎo)電性，根據(jù)本發(fā)明的方面的可再充電電池模塊的元電池阻擋包括絕緣層以改善絕緣性能，所述絕緣層選自由樹脂層、無機(jī)氧化物層、陽極化層、和其復(fù)合層的組。樹脂層可以包括，但不限于氟化樹脂、環(huán)氧樹脂、或其混合物。無機(jī)氧化物可以包括氧化鋁等。
陽極化層可以通過陽極化由鋁或鋁合金組成的元電池阻擋的金屬體來制成。當(dāng)金屬體為鋁時，通過陽極化處理在金屬體上的鋁的表面上形成氧化鋁。這樣的氧化鋁具有比鋁金屬更好的絕緣性能和機(jī)械性質(zhì)(比如表面硬度、抗腐蝕性、抗磨損性等)，且因此作為適當(dāng)?shù)慕^緣層。
陽極化可以根據(jù)通常已知的陽極化方法來進(jìn)行。通過將正和負(fù)電極浸入包含酸電解質(zhì)的電解浴中，且隨后進(jìn)行電解，從而在正電極上形成陽極化層。正電極可以為鋁，而負(fù)電極可以是具有比鋁低的氧化電位的金屬。具有比鋁低的氧化電位的金屬可以為Zn、Fe、鎳(Ni)、Cu、鉛(Pb)等。
酸電解質(zhì)溶液可以為硫酸溶液、草酸溶液、或其混合的酸溶液。
另外，根據(jù)本發(fā)明，兩層或更多層的絕緣層可以被層疊以提供復(fù)合層，所述絕緣層選自由樹脂層、無機(jī)氧化物層、陽極化層組成的組。例如，比如氧化鋁的無機(jī)氧化物層通過陽極化形成，且然后可以在其上層疊絕緣樹脂層以產(chǎn)生元電池阻擋。
絕緣層的厚度可以在賦予期望的功能的范圍內(nèi)，通常從10到60μm。當(dāng)絕緣層的厚度小于10μm時，難于賦予足夠的絕緣性質(zhì)。當(dāng)厚度大于60μm時，阻擋的成本過高且阻擋被熱變形。而且，當(dāng)陽極化層被形成為大于60μm的厚度時，需要陽極化層的形成過程中的過電流，且過度延長了該持續(xù)時間。根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方式，厚度范圍可以從20到50μm。根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方式，厚度范圍可以從30到45μm。
絕緣層的擊穿電壓是另一重要的絕緣性質(zhì)，且范圍可以從100V到1500V。當(dāng)擊穿電壓小于100V時，絕緣性質(zhì)對于滿意的元電池阻擋是不足的。當(dāng)擊穿電壓大于1500V時，絕緣層的厚度應(yīng)被過度地增加以到1500V的擊穿電壓。根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施方式，絕緣層的擊穿電壓范圍可以從500V到1200V。根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施方式，絕緣層的擊穿電壓范圍可以從800V到1200V。
圖1是顯示根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例的元電池阻擋26的透視圖。
根據(jù)附圖，元電池阻擋26具有比如間隙和空間、突起和凹陷、或通道的結(jié)構(gòu)。為了循環(huán)熱傳導(dǎo)介質(zhì)，所述結(jié)構(gòu)形成了在遠(yuǎn)離電極端子側(cè)通過單元電池的通道(見如下討論的圖3)。元電池阻擋26可以形成為各種形狀。圖1所示的元電池阻擋26的形狀為一示例，且本發(fā)明不限于此。
如上所述，元電池阻擋26可以由鋁或鋁合金制成。
絕緣層263形成于元電池阻擋26的一個表面262上以提高電絕緣性質(zhì)，從而單元電池僅通過連接器相互電連接。絕緣層263選自由樹脂層、無機(jī)氧化物層、陽極化層和其復(fù)合層組成的組。
本發(fā)明的方面還提供了包括用于可再充電電池模塊的元電池阻擋的可再充電電池模塊。根據(jù)本發(fā)明的方面的可再充電電池模塊包括多個設(shè)置留下一定空間的單元電池、電連接安裝在單元電池中的電極端子的連接器、和設(shè)置于單元電池之間的元電池以提供熱傳導(dǎo)介質(zhì)的通道。元電池阻擋包括絕緣層和選自由鋁和鋁合金組成的組的至少一種金屬。
單元電池包括電極組件，該電極組件包括分隔物和分別設(shè)置于分隔物兩側(cè)的正和負(fù)電極；具有容納該電極組件的空間的殼體；與殼體組合且由此封閉和密封電極組件的蓋板；以及電連接到電極組件的正和負(fù)端子。
圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施方式的單元電池10的剖面圖，且圖3是顯示根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施方式的可再充電電池模塊100的透視圖。
參考附圖，具有大容量的電池模塊100的每個單元電池10包括電極組件15，包括正和負(fù)電極11和12以及夾置在電極11和12之間的分隔物13；具有容納該電極組件15的空間的殼體14；與殼體14組合且由此封閉和密封單元電池的蓋板17；以及電連接到正和負(fù)電極11和12并從蓋板17向外突起的正和負(fù)端子21和22。
這里，正電極11包括正電流集流器，其由例如鋁箔等的薄金屬箔和涂布在其至少一側(cè)上的正活性材料形成。正活性材料通常為鋰基氧化物。
負(fù)電極12包括負(fù)電流集流器，其由例如銅箔等的薄金屬箔和涂布在其至少一側(cè)上的負(fù)活性材料形成。負(fù)活性材料通常為碳材料。
另外，正和負(fù)電極11和12均包括其中用活性材料涂布電流集流器的涂布的區(qū)域和其中未用活性材料涂布電流集流器的未涂布區(qū)域11a和12a。
當(dāng)它們被應(yīng)用于具有高功率的可再充電電池時，未涂布區(qū)域11a和12a在長度方向上形成于正和負(fù)電極11和12的邊上。然后，作為絕緣物的分隔物13夾置在正和負(fù)電極11和12之間，且其后，它們?nèi)欢询B并螺旋纏繞在一起成為果凍卷形狀電極組件15。電極組件15可以被壓得足夠平以被容納在殼體14中。
另外，殼體14由比如鋁、鋁合金、或鍍鎳鋼的導(dǎo)電金屬形成，且被成形為四棱柱或具有容納電極組件15的空間的其他形狀。如上所述，適當(dāng)?shù)暮辖鸢ㄅc比如鉻(Cr)、鎂(Mg)、鈦(Ti)、銅(Cu)、鐵(Fe)、錳(Mn)、硅(Si)、和鋅(Zn)的金屬的鋁合金，但不限于此。鋁合金還可以包括可商業(yè)獲得的Al30系列、Al50系列、Al60系列等等。
多個單元電池10被結(jié)合在一起以提供可再充電電池模塊100。可再充電模塊100包括多個單元電池10，設(shè)置得在每個單元電池之間留下空間；元電池阻擋26，設(shè)置于單元電池10之間的空間中以提供用于熱傳導(dǎo)介質(zhì)的通道；和連接器24，電連接于安裝于單元電池10中的正和負(fù)端子21和22。
元電池阻擋26具有足以有效地冷卻每個單元電池10的出色的熱導(dǎo)率，且還具有絕緣性質(zhì)，從而單元電池10僅經(jīng)由連接器24相互連接。
可再充電電池模塊可以被用作電源，用于驅(qū)動比如混合電力汽車(HEV)、電動車輛(EV)、無繩吸塵器、摩托車、電動踏板車(scooter)等等的各種電動裝置的馬達(dá)。圖4是示出根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例的可再充電電池模塊如何與馬達(dá)連接的示意方框圖。如圖4所示，可再充電電池模塊100可以連接到馬達(dá)50且由此被用作電動裝置的馬達(dá)的電源。
以下的示例更詳細(xì)地示出了本發(fā)明。然而，可以理解本發(fā)明不被這些示例所限制。
示例1如圖1所示制造波紋鋁元電池阻擋，且然后去除比如氧化物的雜質(zhì)。隨后，鋁元電池阻擋被引入于用17wt％的硫酸水溶液填充的電解浴中的正電極，且銅被用作負(fù)電極。然后，進(jìn)行電解以在鋁元電池阻擋上形成陽極化層。根據(jù)電解的時間，陽極化層形成為29μm、32μm、46μm(兩次)、49μm、50μm、61μm(兩次)和72.5μm。
示例2制造了如圖1所示的波紋鋁元電池阻擋且其經(jīng)歷了如下的工藝，其中去除了比如氧化物的雜質(zhì)。然后，在元電池阻擋上形成鋁氧化物涂層，厚度為28μm、34μm和41μm。
示例3制造了如圖1所示的波紋鋁元電池阻擋且其經(jīng)歷了如下的工藝，其中去除了比如氧化物的雜質(zhì)。然后，在元電池阻擋上涂布TEFLON(聚四氟乙烯)溶液，且將其干燥以提供TEFLON(聚四氟乙烯)樹脂涂層，厚度為45μm、50μm和61μm。
為了決定具有根據(jù)示例1到3的絕緣層的元電池阻擋的絕緣性質(zhì)，電壓在100mA的電流下被增加以測量擊穿電壓。擊穿電壓被認(rèn)為當(dāng)發(fā)生表面短路或表面絕緣層被損傷時發(fā)生。結(jié)果如圖5和6所示。
圖5是示出根據(jù)示例1的涂布有陽極化層的元電池阻擋的擊穿電壓的曲線圖?？梢钥闯鰮舸╇妷弘S著陽極化層的厚度增加而增加。當(dāng)陽極化層具有50μm時，擊穿電壓發(fā)生在1200V。從該示例，預(yù)計當(dāng)厚度增加到40μm或更多時，擊穿電壓將發(fā)生在1000V或更多。
圖6是顯示根據(jù)示例2和3的元電池阻擋的擊穿電壓的曲線圖。當(dāng)示例2的無機(jī)氧化物涂層具有34μm的厚度時，擊穿電壓是1000V，且當(dāng)涂層為41μm時，擊穿電壓為1200V。
對于根據(jù)示例3的涂布有TEFLON(聚四氟乙烯)的元電池阻擋，可以具有至少61μm的厚度。當(dāng)厚度為61μm時，擊穿電壓為900V。
因此證明根據(jù)示例1到示例3的所有元電池阻擋具有出色的絕緣性能。具體而言，根據(jù)示例1的涂布有陽極化層的元電池阻擋具有優(yōu)于示例2和3的絕緣性質(zhì)。
用于可再充電電池模塊的元電池阻擋由于好的導(dǎo)熱率而具有出色的冷卻性能，且其包括絕緣層，具有出色的絕緣性質(zhì)。因此，元電池阻擋可以防止單元電池之間的短路。元電池阻擋還具有比如硬度、抗腐蝕性、抗磨損性等的出色的機(jī)械性質(zhì)。
雖然結(jié)合被認(rèn)為是實(shí)際示范性實(shí)施方式描述了本發(fā)明，然而本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員可以理解在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下本發(fā)明不限于所披露的實(shí)施方式，而是相反，旨在覆蓋包括在權(quán)利要求和其等同物的精神和范圍內(nèi)的各種修改和等同設(shè)置。
權(quán)利要求
1.一種用于可再充電電池模塊的元電池阻擋，包括金屬體；設(shè)置于金屬體表面上的絕緣層，其中元電池阻擋夾置在單元電池之間以電絕緣每個單元電池，且其中絕緣層選自由樹脂層、無機(jī)氧化物層、陽極化層和其復(fù)合層組成的組。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的元電池阻擋，其中樹脂層選自由氟化樹脂、環(huán)氧樹脂、和其組合組成的組。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的元電池阻擋，其中金屬體包括選自由鋁、鋁合金和其組合組成的組的至少一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的元電池阻擋，其中無機(jī)氧化物是氧化鋁。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的元電池阻擋，其中絕緣層具有范圍從10到60μm的厚度。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的元電池阻擋，其中絕緣層具有范圍從20到50μm的厚度。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的元電池阻擋，其中絕緣層具有范圍從30到45μm的厚度。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的元電池阻擋，其中陽極化層通過在包括酸電解質(zhì)溶液的電解浴中的電解形成。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的元電池阻擋，其中酸電解質(zhì)溶液選自由硫酸溶液和草酸溶液組成的組。
10.一種用于可再充電電池模塊的元電池阻擋，包括金屬體；包括設(shè)置于金屬體表面上的無機(jī)氧化物層和樹脂層的絕緣層，且其中元電池阻擋夾置在單元電池之間以電絕緣每個單元電池。
11.一種可再充電電池模塊，包括多個單元電池，彼此電耦接，具有預(yù)定的間隔；元電池阻擋，夾置在單元電池之間以電絕緣每個單元電池；其中元電池阻擋包括金屬體；設(shè)置于金屬體表面上的絕緣層，其中元電池阻擋夾置在單元電池之間以電絕緣每個單元電池，且其中絕緣層選自由樹脂層、無機(jī)氧化物層、陽極化層和其復(fù)合層組成的組。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的可再充電電池模塊，其中樹脂層選自由氟化樹脂、環(huán)氧樹脂、和其組合組成的組。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的可再充電電池模塊，其中金屬體包括選自由鋁、鋁合金和其組合組成的組的至少一種。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的可再充電電池模塊，其中無機(jī)氧化物是氧化鋁。
15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的可再充電電池模塊，其中絕緣層具有范圍從10到60μm的厚度。
16.根據(jù)權(quán)利要求11所述的可再充電電池模塊，其中每個單元電池包括電極組件，包括正電極、負(fù)電極和夾置在正和負(fù)電極之間的絕緣分隔物；具有容納電極組件的空間的殼體；連接到殼體的蓋板，以在殼體中封閉并密封電極組件；電連接到正電極并從蓋板向外突起的正端子；和電連接到負(fù)電極并從蓋板向外突起的負(fù)端子。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于可再充電電池模塊的元電池阻擋及可再充電電池模塊。所述元電池阻擋包括金屬體；設(shè)置于金屬體表面上的絕緣層。元電池阻擋夾置在單元電池之間以在單元電池之間電絕緣。絕緣層選自由樹脂層、無機(jī)氧化物層、陽極化層和其復(fù)合層組成的組。元電池阻擋還具有通道以提供通過熱傳導(dǎo)介質(zhì)的附加的冷卻。單個單元電池也可以與沿單元電池設(shè)置的元電池阻擋使用，元電池阻擋用于絕緣和冷卻。
文檔編號H01M2/10GK101013748SQ20071000794
公開日2007年8月8日 申請日期2007年2月1日 優(yōu)先權(quán)日2006年2月2日
發(fā)明者金泰容, 全倫哲, 李建求, 崔水石 申請人:三星Sdi株式會社