專利名稱：電池單元的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電池單元，更具體地，涉及包括多個電極組件的電池單元，其中電極組件的電極接頭能夠容易地附接到電池殼，從而制造中等尺寸和大尺寸的電池模塊。
背景技術(shù)：
與不能被重復充電的一次電池不同，二次電池能夠被重復地充電和放電。具有一個單元的低容量二次電池用于小型、便攜的電子設(shè)備，例如手機、筆記本電腦和可攜式攝像機。包括連接成組的多個電池單元的高容量二次電池已經(jīng)受到關(guān)注，用作驅(qū)動諸如混合動力電動車(hybrid electric car)等的電動機的電源。彼此串聯(lián)連接以驅(qū)動(例如，電動車輛等)電動機的高容量二次電池需要高功率， 并可以作為電池模塊使用。因此，高容量電池已經(jīng)被積極地研究。然而，當包括多個小電池的模塊用作高容量二次電池時，重量和成本增加。此外， 在高容量二次電池中，每單位單元的容量增加，這會明顯損害電池的穩(wěn)定性并增加獲得相同水平的性能所需的成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實施例包括具有多個電極組件的二次電池，其中電極組件的電極接頭容易地被焊接(或者以另外的方法附接)到電池殼。該二次電池包括絕緣體，該絕緣體具有用于容納每個電極組件的一部分的容納部。這樣的構(gòu)造使得能夠容易地制造中等尺寸或大尺寸的電池模塊。根據(jù)本發(fā)明的實施例，二次電池包括用于在電池殼(例如罐)中安裝多個電極組件的絕緣體以及用于支撐每個電極組件的一部分的容納部。電極組件可以是果凍卷型電極組件，并且在形狀上可以是圓形或扁柱形。在一些實施例中，容納部從絕緣體的上部突出，并可以大致為杯形，使得每個容納部具有用于容納電極組件的內(nèi)部腔。在一些替代的實施例中，容納部可以是在絕緣體的上表面中的凹陷。當容納部從絕緣體的上部突出時，容納部可以成形為支撐電極組件的下部。電池包括在電極組件的上部或下部處的至少一個絕緣體。然而，根據(jù)一些實施例， 電池包括在電極組件的上部處的第一絕緣體和在電極組件的下部處的第二絕緣體。在包括位于電極組件的上部和下部處的第一絕緣體和第二絕緣體的實施例中，第一絕緣體和第二絕緣體中每個可以是單個體。此外，絕緣體可以具有孔，電極組件的電極接頭穿過該孔。根據(jù)本發(fā)明的實施例，使用具有容納部的獨創(chuàng)性的絕緣體，能夠通過將多個電極組件的電極接頭焊接(或者以另外的方法附接)到電池殼(例如罐)而容易地制造中等尺寸或大尺寸的電池模塊，由此保護具有低機械強度的電池單元，并防止電極組件的變形。此外，該獨創(chuàng)性的絕緣體使得能夠精確定位電極組件、提高電池組件的精確度、簡化電池組件并提高電池的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。此外，總的制造成本能夠降低。而且，當電極組件破裂時，剩余的電極組件不會破裂(即只有一個電極組件破裂)，由此提高穩(wěn)定性。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的實施例的絕緣體和多個電極組件的分解透視圖；圖2是圖1的電極組件和絕緣體的透視圖，其中電極組件安裝在絕緣體中；圖3是根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的安裝在第一絕緣體和第二絕緣體中的多個電極組件的透視圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的二次電池的透視圖；圖5A是沿圖4的線A-A’截取的截面圖，圖示了根據(jù)本發(fā)明的實施例的電極接頭與蓋板的連接；圖5B是沿圖4的線B-B’截取的截面圖，圖示了根據(jù)本發(fā)明的實施例的電極接頭與電池殼的連接；圖6是根據(jù)本發(fā)明又一實施例的二次電池的截面圖；圖7是根據(jù)本發(fā)明又一實施例的安裝在絕緣體中的多個電極組件的透視圖；圖8是根據(jù)本發(fā)明又一實施例的安裝在絕緣體中的多個電極組件的透視圖；圖9是根據(jù)本發(fā)明又一實施例的多個電極組件和第一絕緣體以及第二絕緣體的分解透視圖。
具體實施例方式此后，將參考附圖描述根據(jù)本發(fā)明的實施例的二次電池。圖1是根據(jù)本發(fā)明的實施例的絕緣體和多個電極組件(例如果凍卷型組件)的分解透視圖。圖2是圖1的電極組件和絕緣體的透視圖，其中電極組件安裝在絕緣體的容納部中。參考圖1和圖2，根據(jù)本發(fā)明的實施例的中等尺寸或大尺寸二次電池包括絕緣體20， 在該絕緣體20上可以安置多個電極組件(例如圓形果凍卷型組件)10。絕緣體20包括用于每個電極組件的容納部21，并且容納部支撐電極組件10的下部。在一些實施例中，容納部21從絕緣體20的上部突出并可以具有內(nèi)部腔，電極組件10的下部插入到該內(nèi)部腔中。 此外，容納部21以間隔分隔開，使得多個電極組件10能以間隔布置且固定。容納部21可以從絕緣體的上部突出任意合適的長度，并且突出的長度沒有特別限制，而是可以延伸適合于牢固地固定電極組件10的任何長度。每個電極組件10具有從組件的上部延伸的第一電極接頭11和從組件的下部延伸的第二電極接頭12。為了方便，從上部延伸的第一電極接頭11被稱作陽極接頭11，從下部延伸的第二電極接頭被稱作陰極接頭12。用于將陰極接頭12暴露到外部的孔22形成在絕緣體中與容納部21的位置相應的位置。通過將電極組件10插入容納部21時，陰極接頭12穿過絕緣體20的孔22而暴露到外部。多個陰極接頭12通過孔22被暴露并被排列(aligned)，然后多個陰極接頭12能夠容易地被焊接到電池殼(例如罐)。包括容納部21的絕緣體20插入到電池殼32中，其中電極組件10安裝到該容納部21中，如圖4所示。通過將絕緣體組件插入到電池殼，陰極接頭12可以焊接(或者以另外的方式附接)到電池殼，如圖4和圖5B所示。下面參考圖4至圖5B描述陽極接頭11和陰極接頭12分別連接到蓋板31和電池殼32。而且，雖然圖4圖示了在電極組件的上部和下部上的第一絕緣體20a和第二絕緣體20b，但根據(jù)本發(fā)明的實施例的電池可以包括僅位于多個電極組件10的上部處或僅位于多個電極組件10的下部處的單個絕緣體20。對絕緣體20的容納部的數(shù)量沒有限制，并且絕緣體20可以容納任何數(shù)量的電極組件，例如兩個或更多個電極組件10。此外，絕緣體20可以由任何合適的材料制成，例如聚丙烯、聚乙烯、聚酰亞胺等。電極組件10包括具有涂覆在陽極集電器表面上的陽極活性材料層的陽極板、具有涂覆在陰極集電器表面上的陰極活性材料層的陰極板、和位于陽極板與陰極板之間的隔板。電極組件10被卷繞使得隔板將陽極板和陰極板電絕緣。陽極板包括具有良好導電性的薄金屬板。例如，陽極板可以包括由鋁(Al)箔制成的陽極集電器，且陽極活性材料層可以涂敷在箔的兩側(cè)上。陽極板的每一端包括陽極非涂敷區(qū)，在該陽極非涂敷區(qū)中，陽極活性材料層未涂敷在集電器上。陽極非涂敷區(qū)的一端接合到陽極接頭11，且陽極接頭11通常由鋁(Al)材料制成并從電極組件10的上部突出一長度。陰極板包括由例如銅(Cu)箔或鎳(Ni)箔的薄金屬板制成的陰極集電器，且陰極活性材料層涂敷在箔的兩側(cè)上。陰極板的每一端包括陰極非涂敷區(qū)，在該陰極非涂敷區(qū)中， 陰極活性材料層未涂敷在集電器上。陰極非涂敷區(qū)的一端接合到陰極接頭12，且陰極接頭 12通常由鎳(Ni)材料制成并從電極組件10的下部突出一長度。圖3是根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的安裝在第一絕緣體和第二絕緣體中的多個電極組件的透視圖。圖4是根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的二次電池的透視圖。參考圖3和圖4，在一些實施例中，絕緣體20可以包括位于多個電極組件10的上部上的第一絕緣體 20a和位于多個電極組件10的下部上的第二絕緣體20b。這樣的構(gòu)造使得能夠容易排列 (alignment)和定位從電極組件10的上部突出的陽極接頭11以及從電極組件10的下部突出的陰極接頭12。如圖3和圖4所示，第一絕緣體20a包括第一容納部21a，多個電極組件10的上部插入該第一容納部21a中。同樣，第二絕緣體20b包括第二容納部21b，多個電極組件10 的下部插入該第二容納部21b中。第一容納部21a和第二容納部21b分別從第一絕緣體 20a和第二絕緣體20b突出，并且每個容納部可以具有內(nèi)部腔，其相應的電極組件能夠插入該內(nèi)部腔中。第一容納部21a和第二容納部21b可以分別對稱地定位。S卩，第一容納部21a 在第一絕緣體20a上的位置可以相應于第二絕緣體20b上的第二容納部21b的位置，如圖 3和圖4所示。第一容納部21a容納電極組件10的上部，并且每個容納部21a包括用于將陽極接頭11暴露到外部的第一孔22a。第二容納部21b容納電極組件10的下部，并且每個容納部 21b包括用于將陰極接頭12暴露到外部的第二孔22b。結(jié)果，電極組件10的上部上的陽極接頭11穿過第一絕緣體20a中的第一孔22a，電極組件10的下部上的陰極接頭12穿過第二絕緣體20b中的第二孔22b。然后，絕緣體組件(包括安裝在第一絕緣體20a和第二絕緣體20b中的多個電極組件10)被插入到電池殼(例如罐)32中，而且蓋板31被放置在絕緣體組件的上部上以密封電池。通過將絕緣體組件插入到電池殼32中并附接蓋板31，穿過第一孔2 延伸的陽極接頭11被焊接(或者以另外的方法附接)到形成于蓋板31中的陽極引線33，穿過第二孔22b延伸的陰極接頭12被焊接(或者以另外的方法附接)到電池殼 32的內(nèi)部。如圖5A所示，在一些實施例中，陽極接頭11經(jīng)由陽極引線33連接到蓋板。蓋板 31可以經(jīng)由墊圈34與陽極引線33絕緣。為了將陽極接頭11連接到陽極引線33，第一孔 2 設(shè)置在第一絕緣體中以在位置上相應于蓋板中的陽極引線33的位置。該構(gòu)造使得能夠容易地將陽極接頭11連接(例如焊接)到陽極引線33。雖然電池殼32和蓋板31已經(jīng)被描述為具有正極性，電池殼和蓋板也可以具有相反的極性。多個電極組件10可以設(shè)置在絕緣體上，使得陽極接頭11和陰極接頭12精確地定位在附接(例如焊接)到電池殼32或蓋板31的位置處。S卩，絕緣體20a和20b上的容納部21a和21b被定位使得它們相應的電極組件10精確地位于電池殼32中，從而每個陽極接頭11和陰極接頭12能夠容易且精確地連接(例如焊接)到電池殼32或蓋板31。通過多個電極組件的這種精確的定位，電池組件能夠被簡化，使得容易制造電池單元并提高模塊的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。此外，這種構(gòu)造保護電極組件10(其具有低的機械強度)并有助于防止電極組件10的變形。圖5A是沿圖4的線A-A’截取的截面圖，并圖示了陽極接頭11與蓋板31中的陽極引線33的連接。參考圖5A，陽極接頭11 (其從安裝在第一容納部21a中的電極組件10 的上部突出)穿過第一絕緣體20a的第一孔2 延伸。被暴露的陽極接頭11以彎曲的構(gòu)造被焊接(或者以另外的方式附接)到陽極引線33，使得不接觸蓋板31。陽極引線33可以通過墊圈34與蓋板31絕緣。墊圈34具有通常在其中心的插入孔35，陽極引線33能插入該插入孔35使得陽極引線33能夠接觸陽極接頭11。如圖5A所示，第一絕緣體20a中的第一孔22a引導陽極接頭11的位置，使得能夠容易地連接(例如焊接)陽極引線33和陽極接頭11。圖5B是沿圖4的線B-B’所截取的截面圖，并圖示了陰極接頭12與電池殼32的連接。參考圖5B，陰極接頭12(其從安裝在第二容納部21b中的電極組件10的下部突出) 穿過第二絕緣體20b的第二孔22b延伸。由于罐32本身具有正極性，穿過第二孔22b延伸的陰極接頭12以彎曲的構(gòu)造被焊接(或者以另外的方式附接)到罐32的內(nèi)部。圖6是根據(jù)本發(fā)明的又一實施例的電池模塊的透視圖。參考圖6，陰極接頭12通過與圖4中的電池模塊相同的方式附接到電池殼32。然而，陽極接頭11到蓋板的附接與圖 4不同。如圖6所示，蓋板31包括單個陽極引線33’，陽極接頭11附接到該陽極引線33’。 從第一絕緣體20a的上部突出的陽極接頭11每個被焊接(或者以另外的方式連接)到電極引線連接體36，該電極引線連接體36電連接到插入到墊圈34’的插入孔35中的單個陽極引線33’。根據(jù)該構(gòu)造，蓋板31僅包括一個陽極引線33’，使得電池模塊能夠具有更簡單的結(jié)構(gòu)。墊圈34’定位在蓋板31中，以將陽極引線33’與蓋板31絕緣。蓋板還可以包括位于電極引線連接體36與蓋板31之間的絕緣板37，使得具有負極性的電極引線連接體36 和具有正極性的蓋板31能夠彼此絕緣。圖7是根據(jù)本發(fā)明的又一實施例的安裝在絕緣體中的多個電極組件的透視圖。參考圖7，可以使用其中插入有多個電極組件10的絕緣體20制造中等尺寸和大尺寸的電池模塊。絕緣體20包括用于支撐多個電極組件10的下部的容納部21’。如圖7所示，容納部 21’是在絕緣體20的表面中的凹陷，并且電極組件10的下部能夠被插入到該凹陷中。該凹陷可以具有能支撐電極組件10的任何合適的深度。例如，該凹陷可以具有適合于圍繞電極組件10的下部的深度。在絕緣體中的孔22 (電極組件10的陰極接頭12穿過其延伸)定位在絕緣體的容納部21’中，使得當電極組件10插入到容納部21’中時，陰極接頭12穿過絕緣體20的孔 22延伸。因此，孔22用于對準多個陰極接頭12，由此使得能夠容易地附接(例如通過焊接)接頭12到電池殼。絕緣體20 (具有安裝在容納部21’中的多個電極組件10)被插入到電池殼中，因此使得能夠在電池殼內(nèi)精確定位電極組件10。圖8是根據(jù)本發(fā)明又一實施例的安裝在絕緣體中的多個電極組件的透視圖。參考圖8，絕緣體20的每個容納部21”支撐其相應的電極組件10的下部的外圍的至少一部分。 如所示出的，容納部21”從絕緣體20的上表面突出，并且每個容納部21”包括具有至少一個開口的外部外圍壁。換言之，以獲得對于電極組件10的最小量的支撐的任何方式構(gòu)造容納部21”。例如，在一個示范性實施例中，容納部21”的外部外圍壁可以包括超過一個的開口，并且壁中的開口可以以任何合適的間隔重復。圖9是根據(jù)本發(fā)明又一實施例的安裝在第一絕緣體和第二絕緣體中的多個電極組件的分解透視圖。參考圖9，能通過將裝配有多個扁柱形電極組件10(即不是圓形組件) 的絕緣體20插入到電池殼(未示出)而制造中等尺寸和大尺寸的電池模塊。如圖9所示， 絕緣體20包括定位在電極組件10的頂部上的第一絕緣體20a和定位在電極組件10的底部上的第二絕緣體20b。第一容納部21a支撐電極組件10的上部并形成在第一絕緣體20a 上。第二容納部21b支撐電極組件10的下部并形成在第二絕緣體20b上。如圖9所示，第一容納部21a和第二容納部21b分別從第一絕緣體20a和第二絕緣體20b突出，并分隔開以限定用于插入電極組件10的位置。雖然容納部21a和21b在圖 9中示出為圍繞電極組件的頂部或底部，但是容納部21a和21b可以具有任何合適的形狀， 包括上述參考圖1-8論述的任何形狀。例如，容納部21a和21b可以被成形為部分地支撐電極組件10的頂部或底部，如圖8所示。由于扁柱形電極組件10具有均沿相同方向突出的陽極接頭11和陰極接頭12，第一絕緣體20a包括第一孔23a和第二孔23b，陽極接頭11穿過該第一孔23a延伸，陰極接頭穿過該第二孔2 延伸。第一孔23a和第二孔2 分別形成在第一絕緣體20a的容納部 21a中，其位置分別相應于陽極接頭11和陰極接頭12的位置。穿過第一孔23a延伸的陽極接頭11和穿過第二孔2 延伸的陰極接頭12與它們附接到電池殼的位置對準，由此使得能夠容易地將接頭附接(例如通過焊接)到殼。雖然第一容納部21a和第二容納部21b在圖9中圖示為分別從第一絕緣體20a和第二絕緣體20b突出，可替代地，它們可以是在第一絕緣體20a和第二絕緣體20b的表面中的凹陷，如圖7所示。此外，由于陽極接頭11和陰極接頭12沿相同的方向從電極組件10 突出，所以絕緣體可以包括設(shè)置在電極組件的延伸出接頭的部分(例如上部)上方的單個絕緣體。
為了形成扁柱形電極組件10，隔板定位在陽極板與陰極板之間，并且該結(jié)構(gòu)被卷繞以形成果凍卷型電極組件。陽極接頭11被連接到陽極板并從電極組件10的頂部突出。 陰極接頭12被連接到陰極板并也從電極組件10的頂部突出。陽極接頭11和陰極接頭12 彼此分隔開并電連接到電極組件10。此外，疊層帶(lamination tape) 13可以圍繞陽極接頭11和陰極接頭12連接到電極組件10的部分卷繞。疊層帶13阻擋從陽極接頭11或陰極接頭12產(chǎn)生的熱并防止陽極接頭11或陰極接頭12的邊緣擠壓電極組件10。雖然在上述實施例中，孔形成在絕緣體中以暴露電極接頭，但是也可以形成用于排出電極組件所產(chǎn)生的熱的通孔。雖然已經(jīng)參考某些示范性實施例圖示并描述了本發(fā)明，本領(lǐng)域技術(shù)人員應理解， 可以對所描述的實施例進行各種修改和變化而不脫離由權(quán)利要求限定的本發(fā)明的精神和范圍。本申請要求于2010年4月12日在美國專利商標局提交的美國臨時申請No. 61/323，274和2010年10月四日在美國專利商標局提交的美國非臨時申請 No. 12/916，339的優(yōu)先權(quán)和權(quán)益，其全部內(nèi)容通過引用結(jié)合于此。
權(quán)利要求
1.一種電池單元，包括至少兩個電極組件，每個電極組件包括陽極、陰極、在所述陽極和陰極之間的隔板以及從所述陽極或所述陰極延伸的電極接頭；至少一個絕緣板，具有至少一個開口，所述電極接頭中的至少一個穿過所述至少一個開口，并且所述至少一個絕緣板包括用于每個電極組件的容納部，每個容納部配置為容納其相應的電極組件的至少一部分。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池單元，其中所述絕緣板包括表面，其中每個容納部包括超越所述表面而突出的至少一個壁。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池單元，其中所述至少一個絕緣板包括第一絕緣板和第二絕緣板。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電池單元，其中每個電極組件的每個電極接頭包括從所述電極組件的第一端延伸的第一電極接頭和從所述電極組件的第二端延伸的第二電極接頭，所述至少一個絕緣板中的所述至少一個開口包括在所述第一絕緣板中的第一開口和在所述第二絕緣板中的第二開口，其中所述第一電極接頭穿過所述第一絕緣板中的所述第一開口延伸，且所述第二電極接頭穿過所述第二絕緣板中的所述第二開口延伸。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電池單元，還包括圍繞所述至少一個絕緣板和所述至少兩個電極組件的電池殼和蓋板組件，其中每個電極組件的所述第一電極接頭穿過所述第一絕緣板中的所述第一開口延伸并接觸所述電池殼，且每個電極組件的所述第二電極接頭穿過所述第二絕緣板中的所述第二開口延伸并接觸所述蓋板組件。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電池單元，其中所述蓋板組件包括 蓋板；和用于每個電極組件的電極引線，其中每個電極組件的所述第二電極接頭接觸其相應的電極引線。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電池單元，其中所述蓋板還包括墊圈，所述墊圈配置為將所述電極引線與所述蓋板絕緣。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電池單元，其中所述蓋板組件包括 蓋板；電極引線連接體，其中每個電極組件的所述第二電極接頭接觸所述電極引線連接體；和電極引線，連接到所述電極弓I線連接體。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的電池單元，其中所述蓋板組件還包括絕緣件。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池單元，其中每個電極組件的所述電極接頭包括均從第一端延伸的第一電極接頭和第二電極接頭，所述絕緣板包括用于每個電極組件的第一開口和第二開口，其中所述第一電極接頭穿過所述第一開口延伸，且所述第二電極接頭穿過所述第二開口延伸。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池單元，其中每個容納部配置為容納其相應的電極組件的第一端的外圍的至少一部分。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的電池單元，其中每個容納部包括具有至少一個開口的外壁。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的電池單元，其中每個容納部包括外部外圍壁。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池單元，其中每個容納部包括在所述絕緣板的表面中的凹陷。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種電池單元，具有多個電極組件，其中電極組件的電極接頭通過公共絕緣體容易地附接到電池殼，該公共絕緣體包括用于容納電極組件的容納部。這些配置使得能夠容易地制造具有多個電極組件的中等尺寸和大尺寸的電池模塊。在一些實施例中，電池單元包括能夠安裝多個電極組件的絕緣體以及在該絕緣體中用于容納每個電極組件的一部分的容納部。
文檔編號H01M2/00GK102214806SQ201110086060
公開日2011年10月12日 申請日期2011年4月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月12日
發(fā)明者樸伸英 申請人:三星Sdi株式會社