[發明專利]具有帶有熱保險裝置的繞組電極的紐扣電池

有效

• 申請號: 201180048216.X
• 申請日: 2011-07-28
• 公開（公告）號: CN103262288A
• 公開（公告）日: 2013-08-21
• 發明（設計）人: E.皮特利克;W.高格勒
• 申請（專利權）人: 瓦爾達微電池有限責任公司
• 主分類號: H01M2/02
• 分類號: H01M2/02;H01M2/34;H01M6/50
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 張濤;劉春元

技術領域

本發明涉及具有由兩個金屬外殼半構件組成的外殼的紐扣電池，所述外殼包含纏繞的電極分離器復合體。

背景技術

紐扣電池通常具有由兩個外殼半構件、即電池杯和電池蓋組成的外殼。它們例如可以由鍍鎳的深拉金屬板作為沖壓拉延構件來制造。通常，電池杯被極化為正的并且電池蓋被極化為負的。在外殼中可以包含極為不同的電化學系統，例如鋅/二氧化錳、一次和二次鋰系統或者諸如鎳/鎘或者鎳/金屬氫化物的二次系統。

紐扣電池的液密閉鎖傳統地通過與塑料環結合地將電池杯的邊緣卷邊到電池蓋的邊緣上方來進行，所述塑料環布置在電池杯與電池蓋之間并且同時用作密封元件以及用于對電池杯和電池蓋電絕緣。這種紐扣電池例如在DE?31?13?309中得以描述。

替換地，也可能的是制造這樣的紐扣電池，其中電池杯和電池蓋在軸向上僅僅只通過力配合的連接來接合并且相應地不具有卷邊的杯邊緣。這種紐扣電池及其制造方法在具有文件號DE?10?2009?017?514的德國專利申請中得以描述。

盡管這樣的無卷邊的紐扣電池可以具有各種優點，但是這樣的紐扣電池在軸向上比具有卷邊的杯邊緣的類似紐扣電池可加的載荷更小，尤其是涉及源自紐扣電池內部的軸向機械載荷。因此例如可再充電的鋰離子系統的電極在充電和放電過程時始終遭受容量變化。在此過程中出現的軸向力在無卷邊的紐扣電池情況下與在具有卷邊的紐扣電池情況下相比自然可能比較容易導致不密封性。

由扁平的電極層和分離器層組成的繞組可以相當簡單地按照已知的方法（例如參見DE?36?38?793）制造，其方式是例如平面地、尤其是以條的形式將電極施加、尤其是層壓到作為無窮帶存在的分離器上。一般在所謂的繞組芯上纏繞由電極和分離器組成的復合體。在將繞組從繞組芯上剝掉之后，在繞組的中心中遺留軸向空腔，這導致繞組也許可能膨脹到該空腔中。這在電極與金屬外殼半構件電接觸時可能導致問題。

在鋰離子電池或鋰聚合物電池情況下可能出現嚴重問題，例如通過如可能由外部短路引起的電流脈沖或通過過充電引起。鋰離子電池通常具有含石墨的陽極和基于鋰鈷氧化物的陰極。在充電過程時，鋰離子從鋰鈷氧化物中釋放出并且插入到陽極的石墨層中。如果這樣的電池被過充電，尤其是過充電到超過4.2?V的電壓，則發生，比由陽極的石墨層可以接納的更多的鋰離子被釋放。因此，在陽極上表面地沉積高反應性金屬鋰。如果進一步繼續充電過程并且相應地進一步提高電壓，尤其是提高到明顯超過4.2?V的水平，則電池中的電解質的成分也可能分解并且導致膨脹（Aufgasung）。此外，鋰鈷氧化物結構通過鋰的繼續進行的釋放而越來越不穩定，直至所述鋰鈷氧化物結構最后由于氧化劑（氧氣）的釋放而崩潰。這些過程可能導致電池的劇烈變熱，所述劇烈變熱可能引起爆炸式燃燒。

發明內容

本發明提供具有權利要求1的特征的紐扣電池，所述紐扣電池尤其是被良好地保護免受所提到的軸向機械載荷并且此外還具有其他安全性特征，所述其他安全性特征保護所述紐扣電池免受由于過充電或短路引起的損壞。本發明電池的優選實施方式在從屬權利要求2至5中予以說明。所有權利要求的表述由此通過參照而成為該說明書的內容。

本發明的紐扣電池始終包括兩個金屬外殼半構件，它們通過電絕緣密封件相互分離并且構成具有平坦的底部區域和與底部區域平行的平坦的蓋區域的外殼。兩個外殼半構件如開頭所提到的那樣一般是所謂的電池杯和電池蓋。作為用于外殼半構件的材料尤其是優選鍍鎳的鋼或金屬板。此外，尤其是例如具有序列—鎳、鋼（或特種鋼）和銅（其中鎳層優選地構成紐扣電池外殼的外側并且銅層優選地構成紐扣電池外殼的內側）的三金屬適合作為金屬原料。

作為密封件例如可以使用澆注密封件或薄膜密封件。后者例如在DE?196?47?593中得以描述。

在外殼內布置至少一個正的和至少一個負的電極，而且分別以扁平的電極層的形式。電極優選地經由至少一個平面的分離器相互連接。優選地，電極被層壓或粘接到該分離器上。電極和分離器一般分別僅具有μm范圍中的厚度。多孔的塑料薄膜一般用作分離器。

優選地，根據本發明的紐扣電池具有至少一個插入鋰的電極。所提到的電極的至少之一相應地在優選的實施方式中是插入鋰的電極。本發明的電池因此優選地是鋰離子電池或鋰聚合物電池。

在本發明紐扣電池的外殼中，所提到的由電極和至少一個平面的分離器組成的復合體以繞組的形式、尤其是以螺旋形繞組的形式存在，其中繞組布置為使得其端面指向外殼的平坦的底部區域和平坦的蓋區域的方向。