專利名稱：具有優(yōu)異散熱性能的電池單元和使用該電池單元的中型或大型電池模塊的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及具有優(yōu)異散熱性能的電池單元，更特別地，涉及以如下結構構造的電 池單元，其中將陰極/隔膜/陽極結構的電極組件安裝在由包含樹脂層和金屬層的層壓片 形成的電池殼中，同時將所述電極組件連接至伸出到所述電池殼外的電極端子，其中所述 電池單元以如下結構構造以加速散熱，其中通過未布置電極端子的電池殼密封部的至少一 部分進行熱傳導。
背景技術：
隨著越來越多地開發(fā)了移動裝置，且這種移動裝置的需求增加，電池單元的需求 也急劇增加。具有高能量密度和工作電壓及優(yōu)異的儲存和使用壽命特性的鋰電池單元 (lithium battery cell)就是其中的一種，所述鋰電池單元已經(jīng)被廣泛用作各種電子產(chǎn)品 以及移動裝置的能源。根據(jù)電池單元的外部和內(nèi)部結構，通常將它們分成圓柱形電池、棱柱形電池和袋 形電池。特別地，能夠以高集成方式堆疊且具有小的寬長比的棱柱形電池和袋形電池已經(jīng) 引起了極大關注。此外，作為電動車輛和混合電動車輛的能源，電池單元已經(jīng)引起了極大關注，已經(jīng) 開發(fā)了電池單元來解決由使用化石燃料的現(xiàn)有汽油和柴油車輛所引起的諸如大氣污染的 問題。結果，由于電池單元的優(yōu)點而增加了使用電池單元的應用領域類型，其后，希望將電 池單元應用于比現(xiàn)在更多的用途和產(chǎn)品中。隨著電池單元可應用的領域和產(chǎn)品種類增多，電池的種類也增多，使得電池能夠 提供相應于各種用途和產(chǎn)品的功率和容量。此外，強烈需要降低應用于相應領域和產(chǎn)品中 電池的尺寸和重量。例如，小型移動裝置如移動電話、個人數(shù)字助理(PDA)、數(shù)字照相機和膝上型計算 機，根據(jù)相應產(chǎn)品的尺寸和重量減少，每種裝置使用一個或幾個小型、輕質(zhì)的電池單元。另 一方面，中型或大型裝置如電動車輛和混合電動車輛，使用具有多個相互電連接的電池單 元的中型或大型電池模塊(battery module)(可以將其稱作“電池包(batterypack) ”)，這 是因為中型或大型裝置需要高功率和大容量。電池模塊的尺寸和重量與相應中型和大型裝 置的接收空間和功率直接相關?；谶@種原因，制造商試圖制造小型、輕質(zhì)的電池模塊。同時，由于在對電池單元進行堆疊的同時，將電池單元相互連接以增大電池模塊 的容量，所以電池單元的散熱問題變得嚴重。在鋰電池單元充放電期間，由鋰電池單元產(chǎn)生 熱。如果未有效地將所述熱移除，則熱量在各個鋰電池單元中聚集，從而導致鋰電池單元劣 化，所述鋰電池單元的安全性大大下降。特別地，對于如在電動車輛和混合電動車輛的電源 中需要具有高速充放電特性的電池來說，在電池瞬間提供高功率的時候，由電池產(chǎn)生大量 熱。此外，廣泛用于電池模塊中的袋形電池的層壓型電池殼涂有具有低熱導率的聚合物材料，從而難以有效降低電池的總體溫度。與此相關，例如日本專利申請公布2005-302502公開了一種承載電池單元的殼， 所述電池單元包含其外表面由層壓膜形成的電池元件，及連接至所述電池元件用于充放電 的陰極端子和陽極端子，所述陰極端子和陽極端子從所述層壓膜伸出，其中具有多個空間 的板形構件構成框架的上部主體，所述板形構件在厚度方向上連接至另一個板形構件，所 述框架上部主體的內(nèi)圓周部充當在所述電池單元周圍承載電池單元四個點的承載部，且所 述框架上部主體的內(nèi)圓周部與所述框架上部主體的外圓周部相通，使得所述空間相互連 接。然而，上述技術的問題在于，需要以復雜的結構制造電池單元殼并將電池單元殼安裝至 電池，這是麻煩的，且當對電池進行堆疊而制造電池模塊時，大大增加了電池模塊的厚度和 體積。因此，迫切需要一種能夠從根本上解決上述問題的技術。

發(fā)明內(nèi)容
技術問題因此，完成了本發(fā)明以解決上述問題和尚未解決的其它技術問題。作為對切割框架進行的各種廣泛和深入研究和實驗的結果，本發(fā)明的發(fā)明人已經(jīng) 開發(fā)了一種以通過未布置電極端子的電池殼密封部的至少一部分進行熱傳導來加速散熱 的結構構造的電池單元，發(fā)現(xiàn)可以有效提高散熱效率而不增加電池單元的厚度。本發(fā)明人 根據(jù)這些發(fā)現(xiàn)而完成了本發(fā)明。技術方案根據(jù)本發(fā)明的一個方面，通過提供一種以如下結構構造的電池單元能夠完成上述 和其它目的，其中將陰極/隔膜/陽極結構的電極組件安裝在由包含樹脂層和金屬層的層 壓片形成的電池殼中，同時將所述電極組件連接至伸出到所述電池殼外的電極端子，其中 所述電池單元以通過未布置電極端子的電池殼密封部的至少一部分的熱傳導加速散熱的 結構構造。即，本發(fā)明的電池單元以通過未布置電極端子的電池殼密封部加速散熱的結構構 造，由此可以容易地將在電池單元充放電期間所產(chǎn)生的熱釋放至外部，因此可以將電池單 元的散熱效率最大化。在優(yōu)選實施方案中，所述通過密封部來加速散熱的結構是如下結構，其中所述密 封部的至少一部分延伸使得所述密封部的所述至少一部分比其余密封部長，或者其中導熱 構件聯(lián)接至所述密封部。如上所述，在具有延伸密封部的結構中或其中導熱構件聯(lián)接至密封部的結構中， 通過所述延伸密封部或聯(lián)接至密封部的導熱構件，將在電池單元充放電期間因在陰極活性 材料和陽極活性材料之間的離子吸留/脫吸反應(ion occlusion/deocclusion reaction) 而由電池單元所產(chǎn)生的熱吸收，然后將吸收的熱有效釋放至電池單元外部。更優(yōu)選地，將如上所述的電池單元用于電池模塊的結構中，所述電池模塊包含堆 疊的多個電池單元。即，當電池單元以電池單元彼此緊密接觸的結構、或者以電池單元彼此 相鄰的結構進行堆疊而構造電池模塊時，由于電池單元相互靠近的結構，所以難以將電池 單元所產(chǎn)生的熱釋放至外部。然而，即使在堆疊結構中，各個電池單元的密封部也不相互緊密接觸。根據(jù)本發(fā)明，通過各個電池單元的密封部，可以有效地將電池單元所產(chǎn)生的熱釋放 至外部。此外，具有延伸密封部的結構或?qū)針嫾?lián)接至密封部的結構，具有高散熱性能， 同時因簡單的結構特性而不降低電池單元的產(chǎn)率。根據(jù)本發(fā)明，未對電池單元進行特殊限制，只要所述電池單元為能夠進行充放電 的二次電池即可。例如，可以將鋰二次電池、鎳-金屬氫化物(Ni-MH) 二次電池或鎳-鎘 (Ni-Cd) 二次電池用作電池單元。優(yōu)選地，將所述鋰二次電池用作電池單元，這是因為所述 鋰二次電池提供了高的功率/重量比。根據(jù)其形狀，可以將鋰二次電池分成圓柱形電池、棱柱形電池或袋形電池。將本發(fā) 明的電池單元應用于在外圓周端部區(qū)域熱焊接有密封部的電池。在優(yōu)選實施方案中，本發(fā) 明的電池單元為以其中將電極組件安裝在電池殼中的結構構造的輕質(zhì)袋形電池，所述電池 殼由包含內(nèi)部樹脂層、隔離金屬層和外部樹脂層的層壓片形成，所述內(nèi)部樹脂層是可熱焊 接的，所述外部樹脂層具有優(yōu)異的耐久性。優(yōu)選適當將延伸密封部的尺寸調(diào)節(jié)在一定范圍內(nèi)，其中使電池單元的散熱效率最 大化，同時不增加電池單元的總體積。因此，例如所述延伸密封部的延伸長度可以等于其余 密封部寬度的150 400%。此外，延伸密封部可以為其中形成延伸密封部的電池單元的密封部長度的大于 50%，優(yōu)選大于70%。所述延伸密封部可以在密封部的縱向上以單調(diào)連續(xù)的結構或以兩個 以上不連續(xù)的結構延伸?？梢詫針嫾?lián)接至全體密封部或上述延伸密封部。更優(yōu)選后者的聯(lián)接結構。在優(yōu)選實施方案中，將導熱構件的至少一部分結合至所述密封部的外表面上。在這種結構中，例如所述導熱構件可以由尺寸大于密封部寬度的板形構件形成。 當導熱構件的寬度比密封部的寬度大時，可以因散熱表面積大而具有高散熱性能?？梢砸愿鞣N方式將導熱構件聯(lián)接至密封部。例如，可以以機械聯(lián)接方式、以粘合劑 方式或以熱焊接方式將導熱構件聯(lián)接至所述密封部。當以粘合劑方式將導熱構件聯(lián)接至密封部時，可以將粘合劑施加至導熱構件的一 個主面或與所述導熱構件的一個主面相對應的密封部，然后將導熱構件壓在密封部上，使 得導熱構件附接至密封部。在此情況下，可以將任意一般的粘結劑用作粘合劑。根據(jù)情況， 可以向粘合劑中添加添加劑以增大熱導率。當以熱焊接方式將導熱構件聯(lián)接至密封部時，通過熱焊接將薄板形導熱構件聯(lián)接 至密封部的外表面上。這種聯(lián)接結構幾乎不增加電池單元的總厚度，因此當通過堆疊多個 電池單元而制造緊湊電池模塊時特別優(yōu)選這種聯(lián)接結構。在另一個優(yōu)選實施方案中，導熱構件為尺寸大于密封部寬度的板形構件，且將所 述導熱構件的至少一部分熱焊接至層壓片，同時置于所述層壓片的上部和下部之間。通常，通過在由層壓片形成的電池殼中放置電極組件并熱焊接電池殼的外圓周， 制造電池單元。在熱焊接電池殼之前，在未布置電極端子的電池殼外圓周處，在上層壓片和 下層壓片之間插入所述導熱構件，然后，進行熱焊接使得導熱構件聯(lián)接至上層壓片和下層 壓片上。結果，不需要其它工藝，可以容易地制造聯(lián)接有導熱構件的電池單元。因此，通過 這種聯(lián)接結構，可以更穩(wěn)定地將導熱構件連接至電池殼，而不會將電池制造工藝復雜化。
同時，導熱構件可以適當?shù)卣{(diào)整成增大散熱效率的結構，并聯(lián)接至密封部。優(yōu)選 地，導熱構件具有熱焊接至密封部的外圓周末端，并且所述導熱構件的外圓周末端以水平 面上的凹凸結構構造，由此增大導熱構件與層壓片之間的聯(lián)接力，同時確保在層壓片的上 部和下部之間大的熱焊接面積。未對在導熱構件外圓周末端處形成的凹凸結構進行特殊限制，只要所述凹凸結構 能夠增大導熱片與密封部之間的聯(lián)接力即可。例如，所述凹凸結構可以為鋸齒形凹凸結構 或波浪形凹凸結構。在另一個實例中，導熱構件可以具有熱焊接至密封部的外圓周末端，并且所述導 熱構件的外圓周末端可以以垂直截面上的凹凸結構構造，由此增大導熱構件和層壓片之間 的聯(lián)接力。在水平面上的凹凸結構或垂直截面上的凹凸結構增大了導熱構件和密封部之間 的聯(lián)接力，并還大大增加了所述導熱構件與所述密封部之間的接觸界面。因此，可以進一步 提高電池的散熱效率。根據(jù)情況，所述導熱構件可以具有熱焊接至密封部的外圓周末端，并且可以在所 述導熱構件的外圓周末端中形成一個或多個通孔，使得所述層壓片的上部和下部通過所述 通孔彼此部分地熱焊接。未對導熱構件進行特殊限制，只要所述導熱構件由具有優(yōu)異熱導率的材料制成且 形成為薄的形狀即可。優(yōu)選地，所述導熱構件由金屬板或碳板形成，其熱導率比其它材料 高，或者所述導熱構件由含有金屬粉末或碳粉末的聚合物片形成，其熱導率比其它材料高。當導熱構件的厚度太大時，在對電池單元進行堆疊而制造電池模塊期間，電池模 塊的體積和重量可能增加。另一方面，當導熱構件厚度太小時，難以預期所需的散熱效果， 且難以處理導熱構件。因此，例如所述導熱構件的厚度可以等于或大于所述層壓片的厚度。同時，對多個電池單元進行堆疊以構造中型或大型電池模塊，使得所述中型或大 型電池模塊提供高功率和大容量。用作電池模塊單位電池的電池單元需要具有高散熱效 率，這是確保電池模塊的安全性及操作性能所必需的。因此，所述導熱構件可以以接觸換熱介質(zhì)的結構構造。例如，接觸換熱介質(zhì)的結構 可以為其中具有供換熱介質(zhì)(例如冷卻劑)流過的通道的換熱構件與導熱構件相接觸的結 構。即，換熱構件與導熱構件不包括聯(lián)接至密封部的換熱構件末端的特定區(qū)域接觸， 因此，可以進一步加速電池單元的散熱而不增加電池單元的厚度。優(yōu)選地，導熱構件被彎曲，從而在導熱構件與聯(lián)接至密封部的導熱構件區(qū)域相對 的末端處部分包裹換熱構件。由于導熱構件被彎曲，從而在導熱構件與聯(lián)接至密封部的導熱構件區(qū)域相對的末 端處部分包裹換熱構件，所以進一步容易地實現(xiàn)通過所述導熱構件和所述換熱構件對電池 單元進行散熱。因此，上述結構可更有效地應用于通過堆疊多個電池單元而制得的中型或 大型電池模塊。根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了具有高功率和大容量的中型或大型電池模塊， 其中所述電池模塊包含上述電池單元作為單位電池。可以將所述中型或大型電池模塊用作需要高功率和大容量電力并向其施加外力如振動和沖擊的裝置的電源。優(yōu)選地，將中型或大型電池模塊用作電動車輛或混合電動車 輛的電源。中型或大型電池模塊的結構和制造所述中型或大型電池模塊的方法在本發(fā)明所 屬領域內(nèi)是熟知的，因此，未給出其詳細說明。


參考附圖，通過下列詳細說明，將更加清楚地理解本發(fā)明的上述和其它目的、特征 和其它優(yōu)點，其中圖1為典型顯示本發(fā)明優(yōu)選實施方案的電池單元的俯視圖；圖2為典型顯示本發(fā)明另一個優(yōu)選實施方案位于導熱構件和電池殼的密封部之 間的聯(lián)接區(qū)域的俯視圖；圖3 5為典型顯示本發(fā)明其它優(yōu)選實施方案位于導熱構件和電池殼的密封部之 間的聯(lián)接區(qū)域的垂直截面圖；圖6典型顯示了本發(fā)明各個優(yōu)選實施方案的電池單元的各種結構；及圖7為顯示以如下結構構造的電池單元的透視圖，其中將換熱構件進一步聯(lián)接至 圖1的電池單元。
具體實施例方式現(xiàn)在，參考附圖，對本發(fā)明的優(yōu)選實施方案進行詳細描述。然而，應當理解，本發(fā)明 的范圍不限于所示的實施方案。圖1為典型顯示本發(fā)明優(yōu)選實施方案的電池單元的俯視圖。參考圖1，電池單元100包含陰極/隔膜/陽極結構的電極組件120，伸出電池殼 130外的電極端子140和142，及聯(lián)接至未布置電極端子140和142的電池殼130密封部 110的導熱構件150，所述電極組件120安裝在由層壓片形成的電池殼130中。導熱構件150的寬度W比密封部110的寬度w大，從而可以確保大的散熱表面積。 因此，通過密封部110和導熱構件150，將電極組件120充放電期間所產(chǎn)生的熱釋放至外部， 所述導熱構件150形成為板形。圖2為典型顯示本發(fā)明另一個優(yōu)選實施方案位于導熱構件和電池殼的密封部之 間的聯(lián)接區(qū)域的俯視圖。參考圖2，位于電池殼密封部110和導熱構件150之間的聯(lián)接區(qū)域以水平面上的鋸 齒形凹凸結構152構造。因此，當將導熱構件150插入電池殼的上部層壓片和下部層壓片 (未示出)之間，然后將導熱構件150焊接至上部層壓片和下部層壓片時，在上部和下部層 壓片之間以及在導熱構件150和各個層壓片之間的接觸界面151增大，因此可以增強導熱 構件150與層壓片之間的聯(lián)接力，同時確保了各個層壓片之間大的熱焊接面積。圖3 5為典型顯示本發(fā)明其它優(yōu)選實施方案位于導熱構件和電池殼的密封部之 間的聯(lián)接區(qū)域的垂直截面圖。首先參考圖3，將導熱構件150的末端154熱焊接至電池殼密封部的上部層壓片 112和下部層壓片114，同時將所述導熱構件150的末端154置于所述上部層壓片112和所 述下部層壓片114之間。
7
參考圖4，將導熱構件150的末端154以垂直截面上的凹凸結構156構造。因此， 在將導熱構件150的末端154焊接至上部層壓片112和下部層壓片114時，可以因大的聯(lián) 接界面而在導熱構件與層壓片之間提供高聯(lián)接力。參考圖5，在導熱構件150的末端154中形成一個或多個通孔158。因此，通過通 孔158直接將上部層壓片112的一部分和下部層壓片114的一部分彼此熱焊接，由此進一 步增大導熱構件和層壓片之間的聯(lián)接力。圖6典型顯示了本發(fā)明各個優(yōu)選實施方案電池單元的各種結構。參考圖6，可以將未布置電極端子240的電池單元200的密封部210以三種不同的 結構構造，從而加速散熱。在第一種結構中，一側的密封部211延伸，使得一側的密封部211比另一側的密封 部216長。在第二種結構中，將導熱構件220聯(lián)接至密封部210的底部。在第三種結構中， 將導熱構件220的末端熱焊接至密封部210的上部層壓片212和下部層壓片214上，同時 將所述導熱構件220的末端置于所述上部層壓片212和下部層壓片214之間。圖7為顯示以如下結構構造的電池單元的透視圖，其中將換熱構件進一步聯(lián)接至 圖1的電池單元。參考圖7，將板形導熱構件150聯(lián)接至電池單元300密封部110的特定區(qū)域。將導 熱構件150的末端彎曲，從而部分包裹具有供冷卻劑流過的通道312的換熱構件310。因 此，在這種結構中，可以進一步加速電池單元300的散熱而不增加電池單元300的厚度。因 此，可有效地將這種結構的電池單元應用于中型或大型電池模塊(未示出)。工業(yè)實用性從上述說明顯而易見，本發(fā)明的電池單元以通過未布置電極端子的電池殼密封部 的至少一部分的熱傳導加速散熱的結構構造。因此，可以有效提高散熱效率而不增加電池 單元的厚度。此外，可以以簡單的結構制造散熱效率得到提高的電池單元。在這種情況下，可以 均勻控制電池單元的內(nèi)部溫度。因此，可以大大提高電池單元的使用壽命和安全性。盡管出于示例性目的而公開了本發(fā)明的優(yōu)選實施方案，但是本領域技術人員應當 理解，各種修改、添加和替換是可能的，而不背離所附權利要求書中所公開的本發(fā)明的范圍 和主旨。
權利要求
一種電池單元，其以如下結構構造，其中將陰極/隔膜/陽極結構的電極組件安裝在電池殼中，同時將所述電極組件連接至伸出到所述電池殼外的電極端子，所述電池殼由包含樹脂層和金屬層的層壓片形成，其中所述電池單元以通過未布置電極端子的電池殼密封部的至少一部分進行熱傳導來加速散熱的結構構造。
2.如權利要求1所述的電池單元，其中所述通過密封部來加速散熱的結構是如下結 構，其中所述密封部的至少一部分延伸使得所述密封部的所述至少一部分比其余密封部 長，或者是如下結構，其中將導熱構件聯(lián)接至所述密封部。
3.如權利要求1所述的電池單元，其中所述層壓片包含內(nèi)部樹脂層、隔離金屬層和外 部樹脂層，所述內(nèi)部樹脂層是可熱焊接的，所述外部樹脂層具有優(yōu)異的耐久性。
4.如權利要求2所述的電池單元，其中將所述導熱構件的至少一部分結合至所述密封部。
5.如權利要求2所述的電池單元，其中所述導熱構件為尺寸比所述密封部的寬度大的 板形構件，所述導熱構件的至少一部分熱焊接至所述層壓片，同時置于所述層壓片的上部 和下部之間。
6.如權利要求5所述的電池單元，其中所述導熱構件具有熱焊接至所述密封部的外圓 周末端，所述導熱構件的外圓周末端以水平面上的凹凸結構構造，由此增大所述導熱構件 與所述層壓片之間的聯(lián)接力，同時確保所述層壓片的上部和下部之間大的熱焊接面積。
7.如權利要求5所述的電池單元，其中所述導熱構件具有熱焊接至所述密封部的外圓 周末端，所述導熱構件的外圓周末端以垂直截面上的凹凸結構構造，由此增大所述導熱構 件與所述層壓片之間的聯(lián)接力。
8.如權利要求5所述的電池單元，其中所述導熱構件具有熱焊接至所述密封部的外圓 周末端，在所述導熱構件的外圓周末端中形成有一個或多個通孔，使得所述層壓片的上部 和下部通過所述通孔部分地彼此熱焊接。
9.如權利要求2所述的電池單元，其中所述導熱構件由金屬板或碳板，或者含有金屬 粉末或碳粉末的聚合物片形成。
10.如權利要求2所述的電池單元，其中所述導熱構件以接觸換熱介質(zhì)的結構構造。
11.如權利要求10所述的電池單元，其中所述接觸換熱介質(zhì)的結構是如下結構，其中 具有供換熱介質(zhì)流過的通道的換熱構件與所述導熱構件接觸。
12.如權利要求11所述的電池單元，其中所述導熱構件是彎曲的，以在與聯(lián)接至所述 密封部的所述導熱構件區(qū)域相對的導熱構件末端處部分地包裹所述換熱構件。
13.一種具有高功率和大容量的中型或大型電池模塊，其中所述電池模塊包含權利要 求1 12中任一項的電池單元作為單位電池。
14.如權利要求13所述的中型或大型電池模塊，其中所述電池模塊用作電動車輛或混 合電動車輛的電源。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種以如下結構構造的電池單元，其中將陰極/隔膜/陽極結構的電極組件安裝在電池殼中，同時將所述電極組件連接至伸出到所述電池殼外的電極端子上，所述電池殼由包含樹脂層和金屬層的層壓片形成，其中所述電池單元以通過未布置電極端子的電池殼密封部的至少一部分進行熱傳導以加速散熱的結構構造。
文檔編號H01M2/10GK101861665SQ200880116534
公開日2010年10月13日 申請日期2008年10月30日 優(yōu)先權日2007年11月21日
發(fā)明者地主伸一, 姜達模, 尹熙琇, 尹種文, 李珍圭 申請人:株式會社Lg化學