專利名稱：二次電池及蓄能裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種二次電池與蓄能裝置，更具體地，本發(fā)明涉及諸如鋰(離子或者化合物)二次電池、電容器、燃料電池等蓄能裝置。
背景技術：
一般來說，由于數(shù)碼相機、攝像機、便攜式電話、手持電腦等便攜式電子產品構造的輕量化和高技能化，作為電子產品電源的電池已經被廣泛地進行研究。此類電池通過充/放電可被連續(xù)使用。通常，可反復充/放電的電池，即二次電池可分為鎳鎘電池、鎳鎘氫電池、鎳鋅電池、鋰二次電池等，其中考慮到壽命和容量等因素，鋰二次電池被更廣泛地使用。上述鋰二次電池，根據(jù)電解質的種類，可分為利用液化電解液的鋰金屬電池、鋰離子電池以及使用高分子固體電解質的鋰聚合物電池。鋰聚合物電池根據(jù)高分子固體電解質的種類可分為完全不含有機電解質的完全固體型鋰聚合物電池，利用含有有機電解液的膠型高分子電解質的鋰離子聚合物電池。與現(xiàn)有的二次電池產品相比，鋰離子二次電池具有良好的能量密度和較長的反復使用壽命等特性，由于這些優(yōu)點，鋰離子二次電池的需求和使用范圍都在不斷增加。但是由于鋰離子二次電池具有高能密度，更要具有在外部環(huán)境變化和危險要素中保持穩(wěn)定性的性能，在上述情況中，為了避免電池的內容物流到殼外從而使其安全性受到侵害，需要在產品的設計上引入安全裝置。作為可以滿足這一要求的一個方面，環(huán)繞電極組件的金屬材質的外裝材料(例如外殼或外膜)從很久前就開始被使用，并以各種不同形態(tài)和大小存在。但是，與形態(tài)無關地，現(xiàn)有的金屬外裝材料，大致來說，是由收容了電池內容物的容器和其覆蓋其的蓋子構成。鐵、不銹鋼、鋁和其他金屬或者其他合金全都可以作為材料。通常，作為電池外裝材料，為了使得容器和帽部接合，或者為了使容器和帽部的接觸部密封所使用了許多方法，例如，壓榨或者收縮等類似的物理固定、焊接等類似熱加工固定法。特別是，焊接方式是母材(容器和帽部)在接合部被熔融混合后凝固，形成永久性結合，從而保證了電池的穩(wěn)定密封性。這種金屬外裝材料的焊接一直以來使用的是，例如，激光熔接、電弧熔接、等離子體熔接等技術。與此相關聯(lián)的現(xiàn)有技術，可參考本申請人申請完成的各個專利(韓國專利申請第2000-0021513號；韓國專利申請第2000-0014318號；韓國專利申請第2000-0044179號；韓國專利申請第2003-0065237號)。通過焊接永久地接合及/或者密封的金屬外裝材料不僅提供了電池使用的可靠性，還從壓力及機械性沖擊、溫度、濕度變化等外部環(huán)境因素保護電池內容物，同時有效地防止電池內部的有害化學物質泄漏。但是，適用于金屬材質的外裝材料，如根據(jù)熔接的方式熔接電池容器和其帽部的傳統(tǒng)的密封方式存在著以下問題。第一、因為母材(外裝材料)必須被直接熔融，所以需要很高溫度(鐵和不銹鋼的熔融溫度為1500°C，鋁的熔融溫度為660°C以上)。第二、由于在密封過程中對外裝材料直接加高溫，因此可能會給不耐熱的電池構成部分(如隔離器和電解液等)帶來致命的損傷。第三、熔接條件的優(yōu)化很困難，而且為焊接所消耗的時間和費用都大。第四、由于焊接過程中發(fā)生的母材變形及/或者變性，在融合部位上，例如，有類似銷孔(Pin hold)等的細小缺陷發(fā)生的憂慮。第五、因為控制接合(或者熔接)面積很困難，所以對于熔接強度的調節(jié)是有限度的。特別是，具有高容量/高功率特性的薄型寬面積電池的情況，隨著接合距離和接合面積的增大對熔接時所需大量的時間和費用的需求會變的更大。另一方面，與此類關于電池穩(wěn)定的密封要求相反，電池的誤/濫用或者根據(jù)其它原因在電池內部的壓力和溫度上升的情況下，因為會使電池的密封狀態(tài)快速崩潰，所以有使電池內部的高溫和壓力向常溫及常壓穩(wěn)定化的必要。因此，大部分的二次電池(特別是使用了金屬外裝材料的二次電池的情況下)具有壓力釋放機制(例如，排氣(vent))，而且， 此壓力釋放機制是在電池的異常條件下，通過電池的內部或外部物理的鏈接可以使電池穩(wěn)定。但是，使用金屬材質外裝材料的傳統(tǒng)電池，因為是根據(jù)各個電池的型號、尺寸、容量、使用形狀的不同而具有不同的設計的壓力釋放機制，所以有電池制造費用及工藝增加， 產品單價提高的問題。

發(fā)明內容
本發(fā)明是作為為改善如上所述的傳統(tǒng)技術的問題而作出的，在比母材熔點低的溫度(如，熔度為140°C上下可自由選擇)下，利用異種金屬融材進行接合，使得作為電池內部傳達的熱量最小化，并可對接合部位的形狀等沒有制約地簡便且快速地進行密封，并且母材無變形。通過調節(jié)異種金屬融材的涂抹量，使得接合面積可被控制，從而達到提供改善了金屬外裝材料密封構造的二次電池。特別是，本發(fā)明的目的在于，改善了作為如上所述現(xiàn)有技術的其他問題的、需要排氣(vent)機制設計的要求條件，根據(jù)適當?shù)漠惙N金屬融材的材質選擇，在特定的溫度下提供一種二次電池，其中與電池的密封及/或接合部是一體化的。為了達到此目的，著眼于容易對金屬融材的涂抹量及接合面積進行控制這一點，使得一體型密封設計的二次電池的實現(xiàn)成為可能，所述二次電池可實現(xiàn)壓力耐久性控制。課題的解決手段根據(jù)本發(fā)明的二次電池包括一個金屬容器，其包括收納部和開放部，上述收納部同時收納有電極組件和電解液；金屬帽部，其為了密封上述容器，從而設置于上述開放部； 以及，熔融接合部材料，其具有比上述容器和上述帽部低的熔融點，并處于夾在上述容器和上述帽部接合部之間的狀態(tài)下，以及/或者處于環(huán)繞在上述接觸部周圍的狀態(tài)下，進行熔
融接合。優(yōu)選地，上述容器和上述帽之間的接合或者密封狀態(tài)是通過上述熔融接合部材料的熔點來控制。優(yōu)選地，通過夾在上述容器和上述帽之間的熔融接合部材料的面積，調節(jié)上述容器和上述帽之間的密封或者接合強度。優(yōu)選地，上述熔融接合部材料為了能夠實現(xiàn)上述二次電池的壓力耐久性控制，在預定的溫度下，兼有解除接合或者密封狀態(tài)的排氣(vent)機制。優(yōu)選地，上述熔融接合部材料形成為與上述接合部接觸而熔融后，為了能夠凝固，按照預定的形象進行預成型(pre-formed)。優(yōu)選地，上述熔融接合部材料是涂抹在上述接合部周邊的液態(tài)物質。優(yōu)選地，上述熔融接合部材料是印刷在上述帽部的上述接合部的糊狀物質。優(yōu)選地，在形成上述接合部的上述容器和上述帽的至少任何一面中，事先設置有能夠收容上述熔融接合部材料的收納槽。優(yōu)選地，上述容器以及/或者上述帽部，具有包括鐵、鋁、銅的單一金屬，或者包含黃銅、青銅、不銹鋼的合金。優(yōu)選地，上述熔融接合部材料，包括從鈉、錫、鋅、鋁、銀或者由它們的合金構成的組合中選擇的任何一個。優(yōu)選地，上述合金包括在由Si-Al系列、Sn-Pb系列、Sn-Ag-Cu系列、Sn-Zn系列、 Sn-Bi-^Vg系列所構成的組合中選擇的其中的任何一個。優(yōu)選地，上述熔融接合部材料是具有約為100°C或者約為450°C之間，優(yōu)選地，約為在138°C或者約為250°C之間的熔點。優(yōu)選地，上述容器以及/或者上述帽部，為了提高與上述熔融接合部材料的接合性，在上述接合部的表面使用鎳或者銅進行鍍金。本發(fā)明的目的在于，可擴大至鋰離子二次電池以外的其他二次電池、電容器、燃料電池等蓄能裝置(元件)，這樣的蓄能裝置，包括金屬性第1外裝材料，其包括收納部和開放部，上述收納部收納有包括二次電池用電極組件或者電容用極板組件或者燃料電池用極板組件的蓄能裝置用構成部分；金屬性第2外裝材料，其重疊在上述第1外裝材料的開放部上；以及，熔融接合部件，其具有比上述第1外裝材料及上述第2外裝材料低的熔融點，并在上述第1及第2外裝材料之間的接合部進行熔融接合，并且包括上述第1及第2外裝材料和其他金屬或者金屬化合物。優(yōu)選地，上述第1外裝材料以及/或者第2外裝材料具有約為lOkcal/mtTC (20°C ) 以上的熱傳導率，約為^gf/m m2以上的伸縮強度，約為30 μ m以上的厚度。優(yōu)選地，上述接合或者密封通過熱及/或壓力進行熔融后凝固，從而固定上述第1 外裝材料和上述第2外裝材料的位置。發(fā)明的效果根據(jù)本發(fā)明二次電池使用了如下方法在對金屬材質的外裝材料進行密封的時候，在成為接合對象的母材(不銹鋼、鋁、鐵等)上，把具有所定范圍的熔融溫度的異種金屬或者金屬化合物生銹融化粘貼的過程中，將具有比母材低熔點的金屬/金屬化合物涂抹在外裝材料的接合面或者接合部周邊，根據(jù)這樣涂抹的異種金屬/金屬化合物來維持電池的密封。本發(fā)明具有如下效果第一、不受接合部位和產品形狀的制約，可對不同的產品進行密封。第二、與在現(xiàn)有技術中一般使用的接合方法的熔接方式相比，可在較低的溫度下形成接合，對母材或者電池的構成要素所增加的熱損傷的憂慮。
第三、存在著作為熔融材料所使用的異種金屬/金屬化合物的多種種類和熔點， 并且已經進行了商業(yè)化，因此材料的選擇幅度很大。第四、因為接合部位的熔點可以自由控制，所以可在接合部位一體地實現(xiàn)溫度感應型排氣(Vent)機制，使得在特定溫度范圍內比較正確地控制溫度。第五、如果對熔融材的涂抹面積(接合面積)進行調節(jié)，還可以活用為壓力感應型排氣(Vent)機制，其可將結合部控制在特定壓力范圍下。本發(fā)明的二次電池可有效適用的領域是薄型寬面積的二次電池，因此具有補充和改善傳統(tǒng)技術弱點的效果。如上所述，本領域的技術人員應該理解，本發(fā)明的二次電池可應用于鋰離子二次電池外，也可適用于對與電容器、燃料電池等圍著蓄能裝置構成部件的外殼等。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例的對二次電池構成進行概略圖示的示意圖。圖2是對圖1的帽部進行概略圖示的平面圖。圖3是根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的對選擇熔融接合部材料溫度壓力范圍時所考慮的事項進行說明的示意圖。圖4是根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的熔融接合部材料的一個示例的概略圖。圖5及圖6是根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的對二次電池密封工藝分別進行概略圖示的構成圖。圖7及圖8是本發(fā)明的其他實施例的對二次電池分別進行概略圖示的截面圖。圖9是根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例的對在容器和帽部的表面形成收納槽的變形例進行說明的截面圖。圖10是根據(jù)本發(fā)明其他實施例的對二次電池的密封組件工藝進行概略圖是的示意圖。圖11是根據(jù)本發(fā)明又一個實施例的對二次電池的接合工程進行概略圖示的示意圖。
具體實施例方式以下，參照附圖，并根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例來說明二次電池。在圖上同樣的構成要素附有統(tǒng)一的標號。圖1是根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的對二次電池構成進行概略圖示的示意圖。參照圖1，二次電池100包括了金屬容器10和熔融接合部件30，所述熔融接合部件30位于金屬性的容器10和金屬性的帽部20接合部。上述容器10包括，收納電極組件40和電解液(未圖示)的電池構成部件的收納部12，還包括一端開放的開放部14。容器10其本身也可具有電極端子的功能。在本實施例中，雖然容器10以四面體形狀的多角形進行圖示，但是本領域的技術人員應該理解，改電池可變形為諸如圓筒形電池或者其他與其不同形狀電池的業(yè)界要求的參數(shù)。容器10的收納部12是收納或者收容電極組件40和電解液并對其進行密閉的空間，雖然在此以直四角形狀來進行概略圖示，但是可以變形為根據(jù)對應于實際組裝的電極組件的形狀或者模樣的形狀。容器10的開放部14是帽部20所覆蓋的部分，沒有特別的形狀和大小的限制。容器10具有凸緣形態(tài)的實質上是扁平的接合平面18，所述凸緣從側壁16向實際上垂直的外側方向突出預定長度。此凸緣形態(tài)的接合平面18是為了相對于容器10厚度確保獲得穩(wěn)定的接合面積。根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例，容器10以及/或者帽部20包括如下特征材料能夠防止收納于收納部12的諸如電機組件40和電解液的內容物流出到外部或者防止外部氣體流入，并在內外部之間的氣壓差、物理、化學、氣候環(huán)境方面的沖擊下，在能使內容物正常操作的范圍內，保障氣密性。例如，容器10以及/或者帽部20具有約為lOKcal/mtTC (20°C ) 以上的熱傳導率、約為^gf/m m2以上的伸縮強度并具有約為30 μ m以上的厚度。上述電極組件40的構造為，按照陽極板/隔離膜/陰極板順序排列(如多個單位電極重疊的層壓類型或者單位電極卷曲的膠狀-圈狀類型)。整體上的外形是如同正立方體或硬幣型可以有多樣的變化。通常狀況下，在二次電池中，陽極板的構造是，在鋁薄板的陽極集電體的至少一個面上涂抹以鋰子氧化物為主要成分的陽極活物質。陰極板的構造是，在銅薄板的陰極集電體的至少有一個面上涂抹以碳素材為主要成分的陰極活性物。陽極板和陰極板分別具備陽極片和陰極片，這樣的陽極片和陰極片根據(jù)極性可以互相排列在不同位置，并且從陽極板和陰極板突出的陽極片和陰極片部分為了防止極板之間的斷落可用絕緣膠帶附著。另外， 隔離膜為了使陽極板和陰極板分離使用多孔性高分子膠片。本領域的技術人員由陽極板/ 隔離膜/陰極板構成的電極組件40的構造可以進行不同的變形。圖2是對圖1的帽部進行概略圖示的平面圖。參照圖1及圖2，帽部20為了能覆蓋容器10的開放部14而密封，具有重疊在容器 10的接合平面18的第2接合平面22。帽部20整體呈板狀，可形成貫通電極組件40的電極端子(未圖示)的貫通孔(未圖示)。并且根據(jù)需要容器10的下面可以包括絕緣材料、 端子板等。另外，在帽部20還要具備在密封的狀態(tài)下能夠向容器10內部注入電解液的注入口(無圖示)。另外，為了提高容器10及/或者帽部20和熔融接合部件30的接合性，接合部的表面最好用鎳和銅鍍金。上述熔融接合部件30具有比容器10和帽部20更低的熔點，設置于包括了容器10 的接合平面18和帽部20的第2接合平面22的接合部之間。熔融接合部件30因為具有比母材更低的熔點，并且具有沒有內部熱傳達憂慮的熔點，同時跟母材的接合性很好所以可以期待充分的接合強度，并且考慮到了電池性能外在的因素(如成本、環(huán)境親力性)，并且考慮到當?shù)竭_特定溫度時由于熔融而使密封性解除的性質，可從多種金屬及金屬化合物中進行選擇。同時，作為熔融接合部材料30使用合金的理由是，可以比單一金屬降低熔點，可以改善機械強度，降低生產成本，能夠期待與母材金屬的接合親和性，并具有多樣的液狀線-固狀線溫度范圍。熔融接合部件30的可用種類和特征如下表一所示。表一
權利要求
1.一種二次電池，其特征在于，包括金屬性容器，其包括收納部和開放部，上述收納部同時收納有電極組件和電解液；金屬性帽部，其為了密封上述容器，從而設置于上述開放部；以及，熔融接合部件，其具有比上述容器和上述帽部低的熔融點，并處于夾在上述容器和上述帽部接合部之間的狀態(tài)下，以及/或者處于環(huán)繞在上述接觸部周圍的狀態(tài)下，進行熔融接合。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種二次電池，其特征在于上述容器和上述帽部之間的接合者密封狀態(tài)是通過上述熔融接合部件的熔點來控制。
3.根據(jù)權利要求1或者2所述的一種二次電池，其特征在于通過夾在上述容器和上述帽部之間的上述熔融接合部件的面積，調節(jié)上述容器和上述帽部之間的密封或者接合強度。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種二次電池，其特征在于上述熔融接合部材料，為了能夠控制上述二次電池的壓力耐久性，在預定的溫度下，兼?zhèn)淞私獬雍匣蛘呙芊鉅顟B(tài)的排氣(vent)機制。
5.根據(jù)權利要求1所述的一種二次電池，其特征在于上述熔融接合部材料以預定形象進行預成型(pro-formed)，使得與上述接合部接觸而熔融后凝固。
6.根據(jù)權利要求1所述的一種二次電池，其特征在于上述熔融接合部件是涂抹在上述接合部周邊的液態(tài)物質。
7.根據(jù)權利要求1所述的一種二次電池，其特征在于上述熔融接合部件，是印刷在上述帽部的上述接合部的糊狀物質。
8.根據(jù)權利要求1所述的一種二次電池，其特征在于在形成上述接合部的上述容器和上述帽部中的至少任何一面中，事先設置有能夠收容上述熔融接合部材料的收納槽。
9.根據(jù)權利要求1所述的一種二次電池，其特征在于上述容器以及/或者上述帽部，具有包括鐵、鋁、銅的單一金屬，或者包括黃銅、青銅、 不銹鋼的合金。
10.根據(jù)權利要求1所述的一種二次電池，其特征在于上述熔融接合部材料，包括從鉛、錫、鋅、鋁、銀或者由它們的合金構成的組合中選擇的任何一個。
11.根據(jù)權利要求10所述的一種二次電池，其特征在于上述合金，包括在由&1-A1系列、Sn-Pb系列、Sn-Ag-Cu系列、Sn-Zn系列、Sn-Bi-Ag系列構成的組合中選擇的任何一個。
12.根據(jù)權利要求1所述的一種二次電池，其特征在于上述容器以及/或者上述帽部的材質包括如下特征的材料，能夠防止收納于上述收納部的電極組件或者上述電解液流出到外部或者防止外氣流入，并在內外部之間的氣壓差、 物理、化學、氣候環(huán)境方面的沖擊下，在上述電極組件及上述電解液能夠正常操作的范圍內，保障氣密性。
13.根據(jù)權利要求1所述的一種二次電池，其特征在于上述容器以及/或者上述帽部具有約為10kcal/mh°C (20°C )以上的熱傳導率，約為5Kgf/mm2以上的伸縮強度，約為30 μ m以上的厚度。
14.根據(jù)權利要求1所述的一種二次電池，其特征在于上述熔融接合部件，具有約為100°C至約為450°C之間的熔點，優(yōu)選地，具有約為138°C 至約為250°C之間的熔點。
15.根據(jù)權利要求1所述的一種二次電池，其特征在于上述容器以及/或者上述帽部，為了提高與上述熔融接合部件的接合性，在上述接合部的表面用鎳或者銅鍍金。
16.一種蓄能裝置，其特征在于，包括金屬性第1外裝材料，其包括收納部和開放部，上述收納部收納有包括二次電池用電極組件或者電容用極板組件或者燃料電池用極板組件的蓄能裝置用構成部分； 金屬性第2外裝材料，其放置在上述第1外裝材料的開放部上；以及熔融接合部件，其具有比上述第1外裝材料及上述第2外裝材料低的熔融點，并在上述第1及第2外裝材料之間的接合部進行熔融接合，并包括上述第1及第2外裝材料和其他金屬或者金屬化合物。
17.根據(jù)權利要求16所述的一種蓄能裝置，其特征在于上述第1外裝材料及/或者上述第2外裝材料的材質包括具有以下特征的材料能夠防止收納于上述收納部中的收容物流出到外部或者防止外氣流入，并在內、外部的氣壓差、 物理、化學、氣候環(huán)境方面的沖擊下，在上述收容物能夠正常操作的范圍內，保障氣密性的材料。
18.根據(jù)權利要求16所述的一種蓄能裝置，其特征在于上述第1外裝材料以及/或者上述第2外裝材料具有約為10kcal/mh°C (20°C )以上的熱傳導率，約為^gf/mm2以上的伸縮強度，約為30 μ m以上的厚度。
19.根據(jù)權利要求16所述的一種蓄能裝置，其特征在于上述接合或者密封通過熱以及/或者壓力進行熔融后凝固，從而固定上述第1外裝材料和上述第2外裝材料的位置。
全文摘要
根據(jù)本發(fā)明的二次電池包括金屬容器，其包括收納部和開放部，上述收納部同時收納有電極組件和電解液；金屬帽部，其為了密封容器，從而設置于開放部；以及，熔融接合部件，其具有比容器和帽部低的熔融點，并處于夾在容器和帽部接合部之間的狀態(tài)下，以及/或者處于環(huán)繞在接觸部周圍的狀態(tài)下，進行熔融接合。
文檔編號H01M2/10GK102473863SQ201080031573
公開日2012年5月23日 申請日期2010年6月29日 優(yōu)先權日2009年7月15日
發(fā)明者鄭英鎬, 金英德 申請人:儒特杰迪公司