本申請案主張于2014年09月29日向韓國知識產權局遞交的韓國專利申請No.10-2014-0130182的優(yōu)先權，該申請案的公開在此以引用方式全部并入本文中。

本發(fā)明涉及一種包括增壓部的圓柱形電池及其制造方法。

背景技術：

在化石燃料使用方面的快速增長促進了對替代能源或清潔能源的需求，且已經積極地展開了關于利用電化學發(fā)電和電力存儲的研究。

使用這種電化學能的電化學裝置的一個典型實例是二次電池，其已越來越多地用于各個領域。

基于電池殼體的形狀，二次電池可以分為：圓柱形電池，具有安裝在圓柱形金屬容器中的電極組件；棱柱形電池，具有安裝在棱柱形金屬容器中的電極組件；以及袋形電池，具有安裝在由層壓鋁片制成的袋形殼體中的電極組件。圓柱形電池的優(yōu)點在于圓柱形電池具有大容量且圓柱形電池是結構穩(wěn)定的。

此外，在電池殼體中所安裝的電極組件起到能充放電的發(fā)電元件的作用，所述發(fā)電元件具有正極/隔板/負極的堆疊結構。電極組件可以分為包卷型電極組件或堆疊型電極組件，所述包卷型電極組件構造為具有涂覆有活性材料的長片型正極和長片型負極以隔板配置于該正極和負極之間的狀態(tài)而纏繞的結構，所述堆疊型電極組件構造為具有多個具有預定尺寸的正極和多個具有預定尺寸的負極以隔板配置于該正極和負極之間的狀態(tài)而依次堆疊的結構。包卷型電極組件的優(yōu)點在于非常容易制造包卷型電極組件，且包卷型電極組件具有高的每單位重量的能量密度。

同時，諸如LiCoO₂之類的含鋰的鈷氧化物主要用作鋰二次電池的正極活性材料。此外，諸如具有層狀晶體結構的LiMnO₂和具有尖晶石晶體結構的LiMn₂O₄之類的含鋰的錳氧化物、以及諸如LiNiO₂之類的含鋰的鎳氧化物也被使用。

在正極活性材料中，LiCoO₂由于其優(yōu)異的整體物理性能(例如優(yōu)異的循環(huán)性能)而被廣泛使用。然而，LiCoO₂在安全性方面比較低，并且由于作為其原料的鈷源有限而昂貴。諸如LiNiO₂之類的鋰鎳基氧化物要比LiCoO₂便宜，并在充電至4.25V的電壓時表現(xiàn)出高的放電容量。然而，鋰鎳基氧化物也存在問題，例如高的生產成本、由于在電池中產生的氣體而導致的膨脹、低化學穩(wěn)定性、以及高pH。

此外，因為含有儲量豐富且環(huán)境友好的原料錳，諸如LiMnO₂和LiMn₂O₄之類的鋰錳氧化物是有優(yōu)勢的，且因此作為能夠替代LiCoO₂的正極活性材料而備受關注。特別地，在鋰錳氧化物中，LiMn₂O₄具有諸如相對便宜的價格和高輸出之類的優(yōu)點。另一方面，LiMn₂O₄具有比LiCoO₂和三組分類活性材料更低的能量密度。

為了克服這些缺點，LiMn₂O₄中的一些Mn被Ni取代，因此LiMn₂O₄具有比其原始的工作電位(大約4V)更高的電位(大約4.7V)。由于高電位，具有Li_1+aNi_xMn_2-xO_4-z(0≤a≤0.1,0.4≤x≤0.5,和0≤z≤0.1)組成的尖晶石材料非常適合用作用于需要高能量和高輸出性能的電動車輛(EV)的中型或大型鋰離子電池的正極活性材料。然而，由于Mn在正極活性材料中的溶解和由高的充放電電壓電位所引起的電解液的副反應，電池的壽命特性可能降低。

因此，如上所述，對于在使用含有高含量Mn的正極活性材料的同時能夠提高電池的壽命特性的技術存在很高的需求。

技術實現(xiàn)要素：

技術問題

本發(fā)明是為了解決上述問題和尚待解決的其它技術問題而做出的。

作為解決上述問題的各種廣泛和深入的研究和實驗的結果，本申請的發(fā)明人已經發(fā)現(xiàn)，在使用含有高含量Mn的正極活性材料的圓柱形電池包括有位于安全通氣口和容納部之間的增壓部，所述增壓部用于將預設的壓力施加到該容納部的情形下，將如下所述，可以達到意料不到的優(yōu)異效果?；谶@些發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明得以完成。

技術方案

根據(jù)本發(fā)明的一個方面，上述或其它目的可籍由提供一種圓柱形電池來達成，所述圓柱形電池包括：電極組件(包卷型)，包括正極、隔板和負極；圓柱形容器，包括容納部，用于一并容納電極組件和電解液；蓋組件，安裝在圓柱形容器的敞口的上端；安全通氣口，安裝在蓋組件內，該安全通氣口具有構造為通過圓柱形電池中所存在氣體的壓力而可破裂的槽口；以及增壓部，位于安全通氣口和容納部之間，該增壓部與容納部聯(lián)通，該增壓部構造為施加一由氣體所產生的預設壓力到容納部，其中，正極包括由以下式1表示的復合鋰過渡金屬氧化物作為正極活性材料。

Li_1+aNi_bM_cMn_2-(b+c)O_4-z(1)

其中M是選自由Ti、Co、Al、Cu、Fe、Mg、B、Cr、Zr、Zn、以及周期II過渡金屬組成的群組中的至少一個元素，0≤a≤0.1，0.4≤b≤0.5，0≤c≤0.1，和0≤z≤0.1。

在使用由上述式1表示的含有高含量Mn的正極活性材料的情形下，隨著電池反復地充放電，電池容量過度地降低。然而，在設置有增壓部的情形下，電池容量的下降得以抑制，從而提高了電池的壽命特性。

由于各種原因所致，電池容量都可能減小。舉例來說，由于在電池的充電和放電期間由電解液的分解所產生的氣體而形成的氣阱、由電解液中所包含的鋰鹽的分解所形成的氫氟酸(HF)層、在負極表面上不均勻地形成的氟化鋰(LiF)層、以及在正極活性材料中存在的Mn²⁺溶解(dissolution)到電解液中，電池容量都可能會減小。

在使用含有高含量Mn的正極活性材料的情形下，正極活性材料是在高電壓電位下活化或操作。因此，工作電位達到電解液的氧化電位，其結果是，電解液進一步分解，從而增加了氣阱。電解液不能到達氣阱，其結果是，活性材料之間的鋰離子的交換不復可能，因而電池容量按氣阱的體積成比例地減小。

氣體的壓力和體積彼此成反比(Boyle定律)。因此，在如本發(fā)明那樣將壓力施加到電池內部的情形下，即使產生了相同量的氣體，也能夠減少氣阱的體積，由此也能夠抑制電池容量的降低。因此，當通過增壓部將壓力施加到容納部時，可以減小氣阱的體積，從而提高電池的壽命特性。

同時，HF和LiF主要是通過電解液中所包含的諸如LiPF₆之類的鋰鹽的分解而形成。特別地，HF酸化電解液以加速在正極活性材料中Mn的溶解。結果，正極活性材料的晶體結構被破壞，這導致電池容量的降低。

LiF形成于負極的表面上。在LiF是稀薄且均勻的情形下，LiF不會導致巨大的問題。然而，在LiF不均勻且稠厚的情形下，在已形成LiF的部分難以進行鋰離子的交換，這導致電池容量的降低。

本申請的發(fā)明人已經發(fā)現(xiàn)，在電池于低壓下運行且由于氣體的產生的緣故而局部地形成氣阱的情形下，過電位(ovepotential)會在氣阱中產生，由此會發(fā)生強烈的副反應，例如電解液的分解。結果，稠厚的LiF層局部地形成于負極的表面上。

另一方面，在電池于高壓下運行的情形下，在電極的表面上反應均勻地進行，其結果是，稀薄的LiF層均勻地形成于負極的表面上。因此，在如本發(fā)明那樣通過增壓部將壓力施加到電池的內部的情形下，由于電池中的反應的均勻性，可以提高電池的壽命特性。

考慮到電池的結構穩(wěn)定性，增壓部可能更適宜安裝在圓柱形電池中，因為圓柱形電池比袋形電池更為有益，所述圓柱形電池具有優(yōu)良的耐受電池中的壓力的能力，而所述袋形電池因層壓片是熱熔的而耐久性比較低。

在一具體實例中，增壓部可包含3-25atm壓力的氣體。特別地，增壓部可包含10-25atm壓力的氣體。更特別地，增壓部可包含15-25atm壓力的氣體。

在增壓部可包含小于3atm壓力的氣體的情形下，將壓力施加到容納部以減少氣阱的體積或減少副反應的效果可能不顯著，這并非所愿。另一方面，在增壓部可包含大于25atm壓力的氣體的情形下，電池的安全性可能降低，這也非所愿。

同時，所述氣體可包括在用于電池激活進行充電和放電期間由電解液分解所產生的氣體。在用于電池激活進行充電和放電期間，由于副反應產生大量的氣體。在利用這種氣體在增壓部中產生所需的壓力的情形下，不需要額外的氣體注入步驟，由此可以簡化工藝并降低工藝成本。

在一具體實例中，增壓部可具有相當于容納部的體積的0.1％-20％，特別地0.1％-10％，更特別地0.1％-2％的體積。

在增壓部的體積小于容納部的體積的0.1％的情形下，增壓部中的壓力可能會過度地增加，其結果是，電池的安全性可能會降低，這并非所愿。另一方面，在增壓部的體積大于容納部的體積的20％的情形下，電池中的空間利用率可能會降低，且能量密度也可能會降低，這也非所愿。

在一具體實例中，電解液可能過量地容納于容納部中，使得電極組件完全被電解液浸漬。

在電極組件沒有完全被電解液浸漬的情形下，即，在電極組件部分地被電解液浸漬的情形下，難以將電極組件中所產生的氣體從電極組件排出，因為電解液的流動性相對較低。此外，氣體可以保留在電極組件中，因此形成氣阱的可能性會進一步增加。

另一方面，在電極組件完全被電解液浸漬的情形下，由于電解液的流動性，在電極組件中所產生的氣體可容易地從電極組件排出，其結果是，形成氣阱的可能性會減少。

在一具體實例中，負極可包括：碳，例如非石墨化碳或石墨基碳；復合金屬氧化物，例如Li_xFe₂O₃(0≤x≤1)、Li_xWO₂(0≤x≤1)、Sn_xMe_1-xMe’_yO_z(Me：Mn、Fe、Pb、Ge；Me’：Al、B、P、Si、元素周期表的第I、II、III族元素，鹵族元素；0≤x≤1，1≤y≤3，1≤z≤8)；鋰金屬；鋰合金；硅基合金；錫基合金；金屬氧化物，例如SnO、SnO₂、PbO、PbO₂、Pb₂O₃、Pb₃O₄、Sb₂O₃、Sb₂O₄、Sb₂O₅、GeO、GeO₂、Bi₂O₃、Bi₂O₄、或Bi₂O₅；導電聚合物，例如聚乙炔；Li-Co-Ni基材料；氧化鈦；或由以下式2表示的鋰金屬氧化物作為負極活性材料。

Li_aM'_bO_4-cA_c(2)

其中M'是選自由Ti、Sn、Cu、Pb、Sb、Zn、Fe、In、Al、和Zr組成的群組中的至少一個元素，

0.1≤a≤4和0.2≤b≤4，其中a和b是根據(jù)M'的氧化數(shù)(oxidation number)確定的，

0≤c<0.2，其中c是根據(jù)氧化數(shù)確定的，

以及A是至少一種一價或二價陰離子。

特別地，式2的鋰金屬氧化物可以是由式3表示的鋰鈦氧化物(LTO)。具體地，鋰鈦氧化物可以是Li_0.8Ti_2.2O₄、Li_2.67Ti_1.33O₄、LiTi₂O₄、Li_1.33Ti_1.67O₄、或Li_1.14Ti_1.71O₄。然而，鋰鈦氧化物的組成和種類并沒有特別限制，只要鋰鈦氧化物能夠儲存和釋放鋰離子即可。更特別地，鋰鈦氧化物可以是在充電和放電期間表現(xiàn)出晶體結構的微小變化且具有高的可逆性的尖晶石結構的鋰鈦氧化物，例如Li_1.33Ti_1.67O₄或LiTi₂O₄。

Li_aTi_bO₄(3)

其中，0.5≤a≤3和1≤b≤2.5。

在使用具有相對高電位的尖晶石復合鋰過渡金屬氧化物作為正極活性材料以及使用具有高電位的LTO作為負極活性材料的情形下，電池的倍率特性可得以提高，并且Li鍍于負極可得以防止。

同時，安全通氣口是一種安全元件，用于當因電池的異常運行或構成電池的部件的劣化而導致在電池中的壓力增加時從電池排放氣體，從而確保電池的安全性。舉例來說，當氣體在電池中產生時，其結果是，電池中的壓力超過臨界值，安全通氣口可能破裂，氣體可以通過在頂蓋中所形成的一個或多個氣體排放孔經由該破裂的安全通氣口而排出。

在本發(fā)明中，安全通氣口可以設定為在高于25atm的壓力時破裂。特別地，安全通氣口可以設定為在高于30atm的壓力時破裂。

在一具體實例中，蓋組件可包括沿著安全通氣口的外周連接的突出頂蓋。此外，蓋組件還可包括安裝到頂蓋的外周的墊圈。正溫度系數(shù)(PTC，positive temperature coefficient element)元件可以插置于所述蓋組件的頂蓋和安全通氣口之間，用于當電池中的溫度增加時通過增加電池的電阻來斷開電流。

此外，用于斷開電池的異常工作電流和降低電池中的溫度的電流阻斷裝置(Current Interruptive Device；CID)可以安裝在所述蓋組件中。

以下，將對圓柱形電池的其它組件進行說明。

例如可以通過將正極活性材料、導電劑和粘合劑的混合物涂布在正極集電器上并將該混合物進行干燥和施壓來制造正極。根據(jù)需要，可以進一步向混合物中添加填料。

通常，正極集電器具有3-500μm的厚度。正極集電器并沒有特別的限制，只要正極集電器表現(xiàn)出高的導電性，同時正極集電器在應用該正極集電器的電池中不會引起任何化學變化即可。舉例來說，正極集電器可由不銹鋼、鋁、鎳、鈦或塑性碳制成?；蛘?，正極集電器可由鋁或不銹鋼制成，其表面用碳、鎳、鈦或銀處理。正極集電器可具有在其表面上形成的微尺度的凹凸圖案，以增加正極活性材料的粘合力。正極集電器可以以諸如膜、片、箔、網(wǎng)、多孔體、泡沫體和無紡布體之類的各種形式構造。

通常添加導電劑，以使得導電劑具有1-30重量％，基于包括正極活性材料在內的化合物的總重量。導電劑并沒有特別的限制，只要導電劑表現(xiàn)出高的導電性，同時導電劑在應用該導電劑的電池中不會引起任何化學變化即可。舉例來說，石墨，例如天然石墨或人造石墨；炭黑，例如炭黑、乙炔黑、Ketjen黑、槽法炭黑、爐法炭黑、燈黑或夏黑；導電纖維，例如碳纖維或金屬纖維；金屬粉末，如氟化碳粉、鋁粉或鎳粉；導電晶須，例如氧化鋅或鈦酸鉀；導電金屬氧化物，例如氧化鈦；或導電材料，例如聚苯撐的衍生物；都可以用作導電劑。

粘合劑是有助于在活性材料和導電劑之間進行結合并且有助于與集電器進行結合的組分。粘合劑通常以基于包括正極活性材料在內的化合物的總重量的1-30重量％的量進行添加。作為粘合劑的實例，可以使用聚偏二氟乙烯、聚乙烯醇、羧甲基纖維素(CMC)、淀粉、羥丙基纖維素、再生纖維素、聚乙烯吡咯烷酮、四氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、乙烯-丙烯-二烯三元共聚物(EPDM)、磺化的EPDM、丁苯橡膠、氟橡膠以及各種共聚物。

填料是用于抑制正極膨脹的任選組分。對填料沒有特別的限制，只要填料在應用該填料的電池中不會引起任何化學變化即可，以及只要填料是由纖維材料制成即可。作為填料的實例，可以使用烯烴聚合物，例如聚乙烯和聚丙烯；以及纖維材料，例如玻璃纖維和碳纖維。

相反，通過將負極活性材料涂布、干燥和施壓在負極集電器上來制造負極。上述各組分，例如導電劑、粘合劑和填料，可以根據(jù)需要選擇性地添加到負極活性材料中。

通常，負極集電器具有3-500μm的厚度。對負極集電器沒有特別的限制，只要負極集電器表現(xiàn)出高的導電性，同時負極集電器在應用該負極集電器的電池中不會引起任何化學變化即可。舉例來說，負極集電器可以由銅、不銹鋼、鋁、鎳、鈦或塑性碳制成?；蛘?，負極集電器可以由銅或不銹鋼制成，其表面用碳、鎳、鈦、或銀或鋁鎘合金處理。以與正極集電器中相同的方式，負極集電器可具有在其表面上形成的微尺度的凹凸圖案，以增加負極活性材料的粘合力。負極集電器可以以諸如膜、片、箔、網(wǎng)、多孔體、泡沫體和無紡布體之類的各種形式構造。

隔板插置于正極和負極之間。舉例來說，作為隔板，可以使用表現(xiàn)出高離子滲透性和高機械強度的絕緣薄膜。隔板通常具有0.01-10μm的孔徑和5-300μm的厚度。舉例來說，作為隔板的材料，使用由表現(xiàn)出耐化學性和疏水性的烯烴聚合物(例如聚丙烯)所制成的片或無紡布、玻璃纖維或聚乙烯。在將諸如聚合物之類的固體電解質用作電解質的情形下，固體電解質也可以起到隔板的作用。

電解液包含鋰鹽。非水有機溶劑、有機固體電解質、或無機固體電解質可用作電解液。但是，本發(fā)明并不限于此。

作為非水有機溶劑的實例，可以提及由非質子有機溶劑，例如N-甲基-2-吡咯烷酮、碳酸亞丙酯、碳酸亞乙酯、碳酸亞丁酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、γ-丁內酯、1,2-二甲氧基乙烷、四氫呋喃、2-甲基四氫呋喃、二甲亞砜、1,3-二氧戊烷、甲酰胺、二甲基甲酰胺、二氧戊烷、乙腈、硝基甲烷、甲酸甲酯、乙酸甲酯、磷酸三酯、三甲氧基甲烷、二氧戊烷衍生物、環(huán)丁砜、甲基環(huán)丁砜、1,3-二甲基-2-咪唑啉酮、碳酸亞丙酯衍生物、四氫呋喃衍生物、醚、丙酸甲酯和丙酸乙酯組成。

作為有機固體電解質的實例，可以提及由聚乙烯衍生物、聚環(huán)氧乙烷衍生物、聚環(huán)氧丙烷衍生物、磷酸酯聚合物、多聚賴氨酸(poly agitation lysine)、聚酯硫化物、聚乙烯醇、聚偏二氟乙烯和含離子解離基團的聚合物組成。

作為無機固體電解質的實例，可以提及由諸如Li₃N、LiI、Li₅NI₂、Li₃N-LiI-LiOH、LiSiO₄、LiSiO₄-LiI-LiOH、Li₂SiS₃、Li₄SiO₄、Li₄SiO₄-LiI-LiOH、和Li₃PO₄-Li₂S-SiS₂之類的鋰(Li)的氮化物、鹵化物和硫酸鹽組成。

鋰鹽是易溶于上述非水電解質中的一種材料，可以包括例如LiCl、LiBr、LiI、LiClO₄、LiBF₄、LiB₁₀Cl₁₀、LiPF₆、LiCF₃SO₃、LiCF₃CO₂、LiAsF₆、LiSbF₆、LiAlCl₄、CH₃SO₃Li、(CF₃SO₂)₂NLi、氯硼烷鋰、低級脂族羧酸鋰、四苯基硼酸鋰和酰亞胺。

根據(jù)情況，為了改善充電特性和放電特性以及阻燃性，舉例來說，可以向電解液中加入吡啶、亞磷酸三乙酯、三乙醇胺、環(huán)醚、乙二胺、正甘醇二甲醚(glyme)、六磷酰三胺、硝基苯衍生物、硫、醌亞胺染料、N-取代的惡唑烷酮、N,N-取代的咪唑烷、乙二醇二烷基醚、銨鹽、吡咯、2-甲氧基乙醇、三氯化鋁等等。此外，根據(jù)情況，為了賦予不燃性，非水電解液可進一步包括含鹵溶劑，例如四氯化碳和三氟乙烯。而且，為了提高高溫保持特性，電解液可進一步包括二氧化碳氣體。此外，還可包括氟代碳酸乙烯酯(FEC，F(xiàn)luoro-Ethylene Carbonate)和丙烯基磺內酯(PRS，Propene sultone)。

在一具體實例中，可以將諸如LiPF₆、LiClO₄、LiBF₄或LiN(SO₂CF₃)₂之類的鋰鹽添加到環(huán)狀碳酸酯(例如EC或PC，其為高介電溶劑)和線性碳酸酯(例如DEC、DMC或EMC，其為低粘度溶劑)的混合溶劑中，以制造包含鋰鹽的非水電解質。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種包括圓柱形電池的裝置。

這種裝置的具體實例可以是諸如計算機、移動電話和電動工具(power tool)之類的小型裝置，以及中型或大型裝置，例如通過電池類發(fā)動機所驅動的電動工具(power tool)、包括電動車輛(Electric Vehicle，EV)、混合電動車輛(Hybrid Electric Vehicle,HEV)和插電式混合電動車輛(Plug-in Hybrid Electric Vehicle,PHEV)在內的電動汽車、包括電動自行車(E-bike)和電動滑板車(E-scooter)在內的電動兩輪車輛、電動高爾夫球車、以及電力存儲系統(tǒng)。但是，本發(fā)明不限于此。

上述裝置在本發(fā)明所屬的領域中是眾所周知的，因此將省略其詳細描述。

根據(jù)本發(fā)明的再一方面，提供一種制造圓柱形電池的方法，所述方法包括：(a)將包括正極、隔板和負極的電極組件(包卷型)置于圓柱形容器的容納部中；

(b)調節(jié)注入到該容納部中的電解液的量，以調節(jié)該容納部和在安全通氣口和容納部之間所形成的增壓部的相對體積；以及

(c)將蓋組件安裝到圓柱形容器的敞口的上端。

在一具體實例中，所述方法可進一步包括：

(d)為了活化該圓柱形電池而將圓柱形電池進行充電和放電，并且收集在圓柱形電池的充電和放電期間所產生的氣體于增壓部中以產生一預定的壓力，步驟(d)在步驟(c)之后進行。

容納部和增壓部可以彼此連通。在電池中所產生的氣體可被收集在增壓部中以產生一預定的壓力。因此，增壓部中的壓力可以基于容納部和增壓部的相對體積來設定。

取決于電池的具體構造和所期望的性能，增壓部中的壓力可以改變?？梢哉{節(jié)注入的電解液的量以調節(jié)容納部和增壓部的相對體積，從而獲得所期望的壓力。

在一具體實例中，步驟(b)可包括對容納部和增壓部的相對體積進行調節(jié)，以使得增壓部的體積為容納部體積的0.1％-20％，特別地0.1％-10％，更特別地0.1％-2％。

在步驟(d)中，預定壓力可為3-25atm，特別地10-25atm，更特別地15-25atm。

附圖說明

圖1是示出普通的圓柱形電池的縱剖透視圖；

圖2是示出根據(jù)本發(fā)明的一實施方式的圓柱形電池的局部剖視圖；

圖3是示出根據(jù)本發(fā)明的另一實施方式的圓柱形電池的局部剖視圖，在被注入的電解液的量方面，該圓柱形電池不同于圖2的圓柱形電池；

圖4-圖6是示出在根據(jù)本發(fā)明再一實施方式的圓柱形電池中，籍由安全通氣口和電流阻斷裝置(CID)的操作，電流被阻斷且高壓氣體被排出的一系列過程的縱剖視圖；

圖7是示出圓柱形電池中所使用的安全通氣口的透視圖；

圖8是示出本發(fā)明實施例1和比較實施例1之間的壽命特性比較的圖；以及

圖9是示出本發(fā)明的實施例1和實施例2之間的壽命特性比較的圖。

具體實施方式

現(xiàn)在，將參照附圖詳細描述本發(fā)明的優(yōu)選實施方式。然而，應當注意的是，本發(fā)明的范圍不限于所例示的各實施方式。

圖1是概略地示出普通的圓柱形電池的縱剖透視圖；圖2和圖3是概略地示出根據(jù)本發(fā)明實施方式的圓柱形電池的局部剖視圖。

首先參照圖1和圖2，通過將包卷型(即，纏繞型)電極組件110置于圓柱形容器200的容納部230中，將電解液注入到容納部230中以使得電極組件110完全地浸漬在圓柱形容器200的電解液中，和將蓋組件300安裝到圓柱形容器200的敞口的上端，來制造圓柱形電池100。

增壓部500位于在蓋組件300中安裝的安全通氣口320和圓柱形容器200的容納部230之間。增壓部500與容納部230連通。增壓部500向容納部230施加由氣體產生的預定壓力。

電極組件110構造為具有如下結構：以隔板插置于正極和負極之間的狀態(tài)，將正極和負極纏繞成圓形。圓柱形中心銷120插置在電極組件110的中心內。中心銷通常由金屬材料制得，以使得中心銷表現(xiàn)出一預定的強度。籍由將金屬片卷起來，中心銷構造為具有中空的圓柱形結構。根據(jù)情況，在將電極組件110的電極焊接到圓柱形容器200或蓋組件300之后，可以移除中心銷120。

蓋組件300構造為具有這樣的結構：頂蓋310和用于降低圓柱形電池的內部壓力的安全通氣口320設置在圓柱形容器200的壓接部202和卷邊部210的上內表面處所安裝的墊圈400中，用于頂蓋310和安全通氣口320以彼此緊密接觸狀態(tài)而保持氣密性。頂蓋310的中部向上突出，以使得頂蓋310在頂蓋310連接到外部電路時起到正極端子的作用，沿著頂蓋310的突出部的圓周形成多個通孔310，通過這些通孔，存在于容器200中的氣體排放出去。

安全通氣口320是電流在其中流動的薄膜結構。安全通氣口320設置為在其中心處具有凹進去的凹入中心部322，以及具有不同深度的兩個槽口324和326形成于該凹入中心部322的上、下彎曲區(qū)域處。

為了防止由于電極組件110和電極引線600之間的接觸而引起的在電池中的短路的發(fā)生，用于防止電極組件110和電極引線600之間的接觸的絕緣板220安裝到電極組件110的上端。

同時，槽口324、326中形成于較上方的第一槽口324形成閉合曲線，形成于較下方的第二槽口326為具有其中一側是開口的開放曲線結構。在一實例中，第二槽口326比第一槽口324形成得更深，以使得第二槽口326的耦合力小于第一槽口324的耦合力。

因此，當容器200的內部壓力超過臨界壓力時，安全通氣口320的第二槽口326破裂，其結果是，氣體經由頂蓋310的通孔312從容器200排出。

增壓部500的體積和容納部230的容積彼此相關。增壓部500和容納部230的相對體積可以基于注入到容納部230中的電解液的量來進行調節(jié)。注入電解液一直到圓柱形電池100的絕緣板220。增壓部500的體積是與h1成比例，容納部230的體積是與H1成比例。

參照圖3，為了與圖2相比較，與圓柱形電池100相比，更多量的電解液注入到圓柱形電池100a中，以使得注入電解液超過絕緣板220。在這種情形下，容納部230延伸到電解液注入超出絕緣板220的部分。因此，在圓柱形電池100a中，容納部230的體積大于圓柱形電池100的體積。容納部230的體積是與H2成比例。隨著容納部230的體積增加，增壓部500的體積是減小的。增壓部500的體積是與h2成比例。

圖4-圖6示出了在根據(jù)本發(fā)明再一實施方式的圓柱形電池中操作安全通氣口和電流阻斷裝置(CID)的一系列過程，圖7是概略地示出安全通氣口的透視圖。

參照這些圖，頂蓋310突出以形成正極。排氣孔形成于頂蓋310中。在頂蓋310的下方依次設置有：正溫度系數(shù)(PTC)元件700，用于在電池的內部溫度升高時通過電池電阻的顯著增加來阻斷電流；安全通氣口320，構造為具有在正常狀態(tài)下向下突出的形狀，以及構造為當電池的內部壓力增加時而向上突出并且破裂以排出氣體；以及電流阻斷裝置800，在其上端的一側連接到安全通氣口320，和在其下端的一側連接到電極組件110的正極。增壓部500位于安全通氣口320和電極組件110之間。此外，用于固定電流阻斷裝置800的墊圈810圍繞著電流阻斷裝置800的外表面。

因此，在正常操作條件下，電極組件110的正極是經由電極引線600、電流阻斷裝置800、安全通氣口320和PTC元件700而電連接到頂蓋310，從而實現(xiàn)電的傳導。

然而，當由電池的過度充電所致而產生氣體，其結果是增壓部500中的壓力增加時，安全通氣口320的形狀被反轉，即，向上突出，如圖5所示。此時，安全通氣口320與電流阻斷裝置800分離開來，從而電流被阻斷。結果，電池不再進一步過度充電，從而電池的安全性得以確保。不過，如果內部壓力持續(xù)增加，則安全通氣口320破裂，并且受壓的氣體經由已破裂的安全通氣口通過頂蓋310的排氣孔而排出，如圖6所示。因此，電池得以防止爆炸。

現(xiàn)在，將參考以下各實施例更詳細地描述本發(fā)明。提供這些實施例僅用于說明本發(fā)明，而不應解釋為限制本發(fā)明的范圍。

<實施例1>

將90重量％作為正極活性材料的LiNi_0.5Mn_1.5O₄、5重量％的導電劑(Super-P)和5重量％的粘合劑(PVdF)與N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)混合，以制備正極混合物。隨后，在具有20μm厚度的鋁箔上，將該正極混合物涂布、壓制并干燥以制造正極。

將90重量％的負極活性材料(Li_1.33Ti_1.67O₄)、5重量％的導電劑(Super-P)和5重量％的粘合劑(PVdF)與NMP混合，以制備負極混合物。隨后，在具有20μm厚度的銅箔上，將該負極混合物涂布、壓制并干燥以制造負極。

將具有20μm厚度的隔板插置到如上所述制造的正極和負極之間，以制造電極組件。隨后，將電極組件容納于圓柱形容器中，將4.2g包含碳酸亞乙酯(EC)、碳酸二甲酯(DMC)和碳酸甲乙酯(EMC)且以1:1:1的體積比混合的電解液，以及作為鋰鹽的、具有1M濃度的LiPF₆注入到圓柱形容器中，并將蓋組件以密封狀態(tài)安裝到圓柱形容器的敞口的上端，以制造圓柱形電池。此時，增壓部的體積為容納部的體積的2％。

<實施例2>

除了將3.5g電解液注入到圓柱形容器中之外，以與實施例1中相同的方式制造圓柱形電池。此時，增壓部的體積為容納部的體積的2.5％。

<比較實施例1>

除了將電極組件和電解液容納于袋形電池殼體中而不是圓柱形容器中之外，以與實施例1中相同的方式制造袋形電池，然后將袋形電池殼體熱熔以制造該袋形電池。

<實驗實施例1>

將根據(jù)實施例1、實施例2和比較實施例1制造的電池在溫度為25℃的室中于1C下進行充電和放電，以測量電池的容量保持率。該結果示于圖8和圖9。

參照圖8，根據(jù)比較實施例1制造的袋形電池的容量隨著袋形電池反復地充電和放電而突然降低，而根據(jù)實施例1制造的圓柱形電池即便在100次循環(huán)之后也表現(xiàn)出高的容量保持率。

這些結果表明，相較于在沒有包括增壓部的袋形電池中使用含有高含量Mn的正極活性材料的情形，在包括增壓部的圓柱形電池中使用含有高含量Mn的正極活性材料的情形下，電池的壽命特性得以顯著地改善。

參照圖9，在約40次循環(huán)之后，根據(jù)實施例2制造的圓柱形電池的容量保持率降低至約95％，而根據(jù)實施例1制造的圓柱形電池的容量保持率即便在120次循環(huán)之后仍為約97％。

根據(jù)實施例1制造的圓柱形電池(其增壓部的體積小于根據(jù)實施例2制造的圓柱形電池的增壓部的體積)的增壓部的壓力是高于根據(jù)實施例2制造的圓柱形電池的增壓部的壓力?？梢钥闯觯捎趬毫Φ牟顒e所致，電池的壽命特性得以進一步提高。

盡管出于說明目的已公開多個本發(fā)明的示例性實施方式，但是本領域技術人員將理解，在不背離如所附權利要求書中所公開的本發(fā)明的范圍和精神的情況下，各種修改、添加和替換是可能的。

工業(yè)實用性

從以上描述可以明顯看出，在根據(jù)本發(fā)明的圓柱形電池及其制造方法中，設置增壓部，其施加一預定壓力到容納部，從而可以減少氣阱的體積和減少副反應，因而改善了電池的壽命特性。