專利名稱：電化學(xué)電池單元的集流端子的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電化學(xué)單元式電池(electrochemical cells batteries),并且更具體地，涉及具有作為安全裝置的集流端子的電化學(xué)單元式電池。
背景技術(shù)：
汽車工業(yè)數(shù)十年來一直尋求使可行的且安全的電動車商業(yè)化。這樣的車輛的重要部件是其電池。電池不僅必須提供所需的能量水平、合理的自主性以及持久性，還必須包括或配備有防止過充電、過放電、內(nèi)部和外部短路和過熱的安全裝置。電池的安全裝置通常具有電子監(jiān)視系統(tǒng)的形式，該電子監(jiān)視系統(tǒng)監(jiān)視電池的電壓、電流和溫度并且當(dāng)檢測到問題時關(guān)閉該電池。在正常環(huán)境下這些電子系統(tǒng)運行良好，但是在組成電池的電化學(xué)電池單元系列內(nèi)出現(xiàn)內(nèi)部短路的情況下不能夠阻止對該電池的損害。內(nèi)部短路，雖然很少，但可導(dǎo)致電池的溫度升高到使該電池永久損害的危險水平并且還可能對接近經(jīng)歷內(nèi)部短路的電池的各種部件造成損害。美國專利N0.6，099, 986提供了通過在電化學(xué)電池單元的每一連接和電池極之間設(shè)置保險絲來解決這樣的潛在內(nèi)部短路問題的一種解決方法。這種保險絲系統(tǒng)將經(jīng)歷內(nèi)部短路的特定電化學(xué)電池單元所產(chǎn)生的過量電流從其他電池單元切斷，因而將內(nèi)部短路所引起的損害限制在特定的電化學(xué)電池單元。然而，該系統(tǒng)是復(fù)雜且笨重的，需要多個焊接來將每一保險絲和每一電化學(xué)電池單元連接，并且需要另外的空間來容納多個保險絲。因此，需要與現(xiàn)有技術(shù)相比較不復(fù)雜和較不笨重并且適于阻止對經(jīng)歷內(nèi)部短路的電池的損害的安全裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的是至少改善現(xiàn)有技術(shù)中存在的一些不方便處。在一個方面中，本發(fā)明提供了包括串聯(lián)或并聯(lián)連接的多個電化學(xué)電池單元的電池；每一電化學(xué)電池單兀包括一系列基本迭片；每一個基本迭片包括負(fù)電極、正電極、在負(fù)電極和正電極之間放置的電解質(zhì)、從基本迭片的一側(cè)延伸的正集流器和從基本迭片的相反側(cè)延伸的負(fù)集流器；每一電化學(xué)電池單元具有將正集流器連接在一起的集流端子和將負(fù)集流器連接在一起的集流端子；集流端子每個均具有用于將兩個相鄰的電化學(xué)電池單元電連接在一起的折疊延伸臂，集流端子中的至少一個具有PTC材料層，該PTC材料層用于斷開和閉合兩個相鄰的電化學(xué)電池單元之間的電連接。本發(fā)明實施例中的每一個具有上述方面中的至少一個，但是不必要包含上述的所有方面。應(yīng)該理解，試圖達(dá)到上述目的所得到的本發(fā)明的一些方面可能不滿足這些目標(biāo)和/或可能滿足這里未具體陳述的其他目的。本發(fā)明實施例的另外和/或替代的特征、方面和優(yōu)點將根據(jù)以下的說明、附圖和所附的權(quán)利要求書而變得明顯。


為了更好地理解本發(fā)明和本發(fā)明的其他方面和其他特征，可參考結(jié)合附圖使用的以下說明，在附圖中:圖1是形成與集流端子串聯(lián)連接的電池的電化學(xué)電池單元堆的一部分的示意性透視圖。圖2是圖1中示出的電化學(xué)電池單元堆的一部分的示意性前面正視圖。圖3是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的經(jīng)由集流端子連接在一起的圖1中示出的兩個電化學(xué)電池單元的一部分的示意性前面正視圖。圖4是根據(jù)本發(fā)明另一個實施例的經(jīng)由集流端子連接在一起的圖1中示出的兩個電化學(xué)電池單元的一部分的示意性前面正視圖。圖5是根據(jù)本發(fā)明另一個實施例的經(jīng)由集流端子連接在一起的圖1中示出的兩個電化學(xué)電池單元的一部分的示意性前面正視圖。圖6是根據(jù)本發(fā)明另一個實施例的經(jīng)由集流端子連接在一起的圖1中示出的兩個電化學(xué)電池單元的一部分的示意性前面正視圖。圖7是根據(jù)本發(fā)明另一個實施例的經(jīng)由集流端子連接在一起的圖1中示出的兩個電化學(xué)電池單元的一部分的示意性前面正視圖。圖8是根據(jù)本發(fā)明另一實施例的經(jīng)由集流端子連接在一起的圖1中示出的兩個電化學(xué)電池單元的一部分的示意性前面正視圖。圖9是根據(jù)本發(fā)明另一實施例的經(jīng)由集流端子連接在一起的圖1中示出的兩個電化學(xué)電池單元的一部分的示意性前面正視圖。圖10是根據(jù)本發(fā)明另一實施例的經(jīng)由集流端子連接在一起的圖1中示出的兩個電化學(xué)電池單元的一部分的示意性前面正視圖。圖11是根據(jù)本發(fā)明另一實施例的經(jīng)由集流端子連接在一起的圖1中示出的兩個電化學(xué)電池單元的一部分的示意性前面正視圖。圖12是根據(jù)本發(fā)明另一實施例的經(jīng)由集流端子連接在一起的圖1中示出的兩個電化學(xué)電池單元的一部分的示意性前面正視圖。
具體實施例方式參考圖1，其示出了形成電池的電化學(xué)電池單元20堆的示例。每一電化學(xué)電池單元20包括一系列基本迭片，每一個基本迭片包括片狀(sheet-like)負(fù)電極、片狀正電極和在負(fù)和正電極之間放置的電解質(zhì)膜。另外，片狀集流器支持正電極，該正電極通常是具有片形式的糊狀材料。在本示例中，負(fù)電極是鋰或鋰合金的金屬片或箔，其可作為陽離子源和作為集流器。然而，負(fù)電極還可包括不同于活性負(fù)電極材料的集流器片。例如，負(fù)電極可以是包括集流器片的組合物，該集流器片優(yōu)選地由銅、聚合物、導(dǎo)電填充物和插層材料(intercalation material)制成。
本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的陽極插層材料可被用于負(fù)電極，并且尤其，可從由碳、活性碳、石墨、石油焦、鋰合金、鎳粉、鈦酸鋰等組成的組中選擇。關(guān)于正電極片，后者通常包含聚合物、鋰鹽和電化學(xué)活性材料的復(fù)合物。適當(dāng)?shù)碾娀瘜W(xué)活性材料的示例包括=LixVyOz; LiCOO2; LixMnyOz; LiNiO2; LiFePO4; VxOy; MnyOz; Fe (PO4) 3 以及LixTiy0z。在優(yōu)選的實施例中，陰極24優(yōu)選地包含LiFeP04。關(guān)于電解質(zhì)膜，該電解質(zhì)膜優(yōu)選地為固態(tài)并且由混合了鋰鹽的聚合物制成，電解質(zhì)膜將負(fù)和正電極在物理上分開并且作為離子傳輸膜。集流器片提供在電極的活性材料和電池端子(未示出)之間傳導(dǎo)電子流的主要功能，集流器片通常由銅、鎳或鋁的片構(gòu)成。在優(yōu)選的實施例中，正電極的集流器包括覆蓋有薄保護(hù)層的鋁片或箔。保護(hù)層防止集流器片在與正電極材料相接觸時劣化。電化學(xué)電池單元20的每一迭片設(shè)計成，使得正電極的集流器片在電化學(xué)電池單元20的一側(cè)上延伸，而作為負(fù)電極的集流器的鋰金屬箔在電化學(xué)電池單元20的相反側(cè)上延伸。如圖1所示，類似于通過引用并入本文的美國專利N0.7，541，112中所述的，電化學(xué)電池單元20的所有正電極的集流器的延伸部通過集流端子22裝配和壓接在一起，以將電化學(xué)電池單元20的所有正電極的所有集流器電連接在一起。電化學(xué)電池單元20的所有負(fù)電極的鋰金屬箔的延伸部類似地通過集流端子23裝配和擠壓在一起，以將電化學(xué)電池單元20的所有負(fù)電極的鋰金屬箔的所有延伸部電連接在一起。 如圖1所示，集流端子22和23在電化學(xué)電池單元20的整個長度上延伸，并且分別將正電極的集流器的大表面區(qū)域和負(fù)電極的鋰箔的延伸部電連接，以使得集流端子22和23的電連接可以適應(yīng)于大電流。參考以正面圖示出了圖1中所示的電化學(xué)電池單元20堆的前面部分的圖2，通過集流端子22和23，電化學(xué)電池單元20以串聯(lián)方式電連接在一起，其中，負(fù)集流端子23連接到正集流端子22，因此，通過串聯(lián)連接每一附加的電化學(xué)電池單元20，而增加了電化學(xué)電池單元20堆的電壓。集流端子22和23的特點在于，當(dāng)電化學(xué)電池單元20堆被裝配和電連接在一起時通常被焊接在一起的折疊延伸臂26，如深黑跡線28所示。如圖1中所示，折疊延伸臂沿其整個長度被焊接在一起。折疊延伸臂26彎曲成，使得當(dāng)以串聯(lián)或并聯(lián)方式電連接電化學(xué)電池單元20堆時，兩個相鄰的集流端子22和23的折疊臂26被并排放置并且焊接在一起以保證良好的電接觸。兩個相鄰的集流端子22和23的折疊延伸臂26在其整個長度上焊接，因此，在相鄰的集流端子22和23之間提供了大的接觸表面區(qū)域，以容納高的電流負(fù)載。如圖2所示，堆的各個電化學(xué)電池單元20被諸如聚丙烯等塑料材料30的絕緣膜分隔，以防止各個電化學(xué)電池單元20之間的直接接觸和潛在短路。當(dāng)具有多個電化學(xué)電池單元20的電池中的兩個或更多個電化學(xué)電池單元20之間發(fā)生內(nèi)部短路時，電池的溫度，特別是經(jīng)歷內(nèi)部短路的電化學(xué)電池單元20的溫度，將快速升高到不安全的水平。如果電池的一個或更多個電化學(xué)電池單元處于過充電或過放電狀態(tài)下，則也可能發(fā)生電化學(xué)電池單元的溫度快速升高。為了阻止可損壞電池的溫度快速升高以及潛在熱失控，在集流端子22和23之間的連接層上使用正溫度系數(shù)(PositiveTemperature Coefficient, PTC)材料。諸如聚合物復(fù)合物(聚合物和碳)和鈦酸鋇基化合物等PTC材料具有當(dāng)其到達(dá)指定的預(yù)定溫度時劇烈地增加其電阻以使得其在指定溫度以下時導(dǎo)通電流并且在指定溫度以上時很好地阻止電子通過的能力。一旦電池單元20的溫度達(dá)到指定溫度，則在電化學(xué)電池單元20的連接層處策略性地放置的PTC材料將切斷或斷開兩個或更多個電化學(xué)電池單元20之間出現(xiàn)的短路，從而阻止熱失控。PTC材料具有電阻變化完全可逆的優(yōu)點，使得當(dāng)電化學(xué)電池單元的溫度下降到PTC材料的轉(zhuǎn)變溫度以下時，PTC材料返回到其導(dǎo)電狀態(tài)，因而閉合該電路。對于具有鋰或鋰合金箔作為負(fù)電極的電化學(xué)電池單元，優(yōu)選的PTC材料是由HDPE和碳構(gòu)成的聚合物復(fù)合物。這種PTC材料的轉(zhuǎn)變溫度是約125°C，該溫度遠(yuǎn)低于鋰的熔化溫度(約180°C),因而避免潛在的鋰或鋰合金箔熔化的問題，即允許電化學(xué)電池單元的溫度到達(dá)接近鋰熔化溫度的溫度。圖3示出了在兩個電化學(xué)電池單元20之間的連接層處放置的PTC材料的第一實施示例。夾在兩個導(dǎo)電金屬箔42和43之間的PTC材料層40被放置在相鄰的集流端子22和23的折疊延伸臂26之間。如圖所示，導(dǎo)電金屬箔42和43延伸超過夾在它們之間的PTC材料層，使得金屬箔42可以在連接區(qū)域52處單獨連接到集流端子22的折疊延伸臂26，并且金屬箔43可以在連接區(qū)域53處單獨連接到集流端子23的折疊延伸臂26?？赏ㄟ^焊接、機械壓接或使用導(dǎo)電膠來使金屬箔42和43與其相應(yīng)的折疊臂26連接。在這種特別裝配的情形下，PTC材料層40是集流端子22和23之間的電連接的組成部分。如果發(fā)生短路或過充電或過放電情況從而導(dǎo)致電化學(xué)電池單元20的溫度快速升高時，則PTC材料層40將最終到達(dá)其轉(zhuǎn)變溫度，在轉(zhuǎn)變溫度處其電阻快速增加，以有效地變?yōu)椴粚?dǎo)通，因而斷開電路并且阻止溫度的進(jìn)一步升高和與高溫相關(guān)聯(lián)的潛在損害。如果導(dǎo)致溫度升高的情形消失，則電化學(xué)電池單元20的溫度將降低，并且當(dāng)溫度下降到PTC材料的轉(zhuǎn)變溫度之下時，PTC材料層40將返回到其導(dǎo)電狀態(tài)，因而閉合電路。圖4示出了在兩個電化學(xué)電池單元20之間的連接層處放置的PTC材料的第二實施示例。在這個示例中，PTC材料層40直接分布在相鄰的集流端子22和23兩者的折疊延伸臂26的表面上，并且使用導(dǎo)電膠連接。PTC材料層40是集流端子22和23之間的電連接的組成部分，并且當(dāng)發(fā)生短路或過充電或過放電情況從而導(dǎo)致電化學(xué)電池單元20的溫度快速升高時，PTC材料層40將最終到達(dá)其轉(zhuǎn)變溫度，在其轉(zhuǎn)變溫度處PTC材料層的阻抗劇烈增加以有效地變?yōu)椴粚?dǎo)通，因而斷開電路，并且阻止溫度進(jìn)一步升高和與高溫相關(guān)聯(lián)的潛在損害。如果導(dǎo)致溫度升高的情形撤消，則電化學(xué)電池單元20的溫度將降低，并且當(dāng)溫度下降到PTC材料的轉(zhuǎn)變溫度之下時，PTC材料層40將返回其導(dǎo)電狀態(tài)，因而閉合該電路。圖5示出了兩個電化學(xué)電池單元20之間的連接層處放置的PTC材料的另一實施示例。在這個示例中，夾在兩個導(dǎo)電金屬箔42和43之間的PTC材料層40放置在相鄰的集流端子22和23的折疊延伸臂26之間。金屬箔42通過導(dǎo)電膠或優(yōu)選地使用由Sn60%和Pb40%組成的焊劑的焊接而在連接區(qū)域54處連接到集流端子22的折疊延伸臂26，并且金屬箔43通過導(dǎo)電膠或優(yōu)選地使用由Sn60%和Pb40%組成的焊劑的焊接而在連接區(qū)域55處連接到集流端子23的折疊延伸臂26。PTC材料層40是集流端子22和23之間的電連接的組成部分，并且如果發(fā)生短路或過充電或過放電情況，從而導(dǎo)致電化學(xué)電池單元20的溫度快速升高，則PTC材料層40將最終到達(dá)其轉(zhuǎn)變溫度，在其轉(zhuǎn)變溫度處PTC材料層的阻抗將劇烈增加以有效地變?yōu)椴粚?dǎo)通，因而斷開電路，并且阻止溫度的進(jìn)一步升高和與高溫度相關(guān)聯(lián)的潛在損害。如果導(dǎo)致溫度升高的情形撤消，則電化學(xué)電池單元20的溫度將降低，并且當(dāng)溫度下降到PTC材料的轉(zhuǎn)變溫度之下時，PTC材料層40將返回到其導(dǎo)電狀態(tài)，因而閉合電路。圖6示出了在兩個電化學(xué)電池單元20之間的連接層處放置的PTC材料的另一實施示例。在這個示例中，集流端子22被改變,并且特點在于縮短的折疊延伸臂36。PTC材料層40分布在縮短的折疊延伸臂36的表面上，并且導(dǎo)電金屬箔45放置在PTC材料層40上，并且延伸超過PTC材料層40。因此，PTC材料層40被夾在導(dǎo)電金屬箔45和縮短的折疊延伸臂36之間。導(dǎo)電金屬箔45與集流端子23的折疊延伸臂26相鄰，并且導(dǎo)電金屬箔45的延伸部在連接區(qū)域56處被焊接到集流端子23的折疊延伸臂26，以電連接這兩個電化學(xué)電池單元20。PTC材料層40是集流端子22和23之間的電連接的組成部分，并且如果發(fā)生短路或過充電或過放電情況從而導(dǎo)致電化學(xué)電池單元20的溫度快速升高，則PTC材料層40將最終到達(dá)其轉(zhuǎn)變溫度，在其轉(zhuǎn)變溫度處，PTC材料層的阻抗將劇烈增加以有效地變?yōu)椴粚?dǎo)通，因而斷開電路，并且阻止溫度的進(jìn)一步升高和與高溫度相關(guān)聯(lián)的潛在損害。如果導(dǎo)致溫度升高的情形撤消，則電化學(xué)電池單元20的溫度將降低，并且當(dāng)溫度下降到PTC材料的轉(zhuǎn)變溫度之下時，PTC材料層40將返回其導(dǎo)電狀態(tài)，因而閉合電路。圖7示出了圖6的實施示例的變型，其中，集流端子22的特點在于縮短的折疊延伸臂36,該縮短的折疊延伸臂36具有分布在其表面上并且被第一金屬箔46夾著的PTC材料層40。從電化學(xué)電池單元20向外延伸的第二金屬箔47通過導(dǎo)電膠或優(yōu)選地使用由Sn60%和Pb40%組成的焊劑的焊接而連接到第一金屬箔46，并且與集流端子23的折疊延伸臂26相鄰放置，并且第二金屬箔47的延伸部在連接區(qū)域57處被焊接到集流端子23的折疊延伸臂26，以電連接這兩個電化學(xué)電池單元20。PTC材料層40是集流端子22和23之間的電連接的組成部分，并且如果發(fā)生短路或過充電或過放電情況從而導(dǎo)致電化學(xué)電池單元20的溫度快速升高，則PTC材料層40將最終到達(dá)其轉(zhuǎn)變溫度，在其轉(zhuǎn)變溫度處，PTC層的阻抗劇烈增加以有效地變?yōu)椴粚?dǎo)通，因而斷開電路并且阻止溫度的進(jìn)一步升高和與高溫度相關(guān)聯(lián)的潛在損害。如果導(dǎo)致溫度升高的情形撤消，則電化學(xué)電池單元20的溫度將降低，并且當(dāng)溫度下降到PTC材料的轉(zhuǎn)變溫度之下時，PTC材料層40將返回其導(dǎo)電狀態(tài)，因而閉合該電路。圖8示出了圖6的實施示例的另一變型，其中，集流端子22的特點在于縮短的折疊延伸臂36，并且夾在兩個導(dǎo)電金屬箔48和49之間的PTC材料層40的組件通過導(dǎo)電膠或優(yōu)選地使用由Sn60%和Pb40%組成的焊劑的焊接而連接到該縮短的折疊延伸臂36。從電化學(xué)電池單元20向外延伸的附加金屬箔61通過導(dǎo)電膠或優(yōu)選地使用由Sn60%和Pb40%組成的焊劑的焊接而連接到導(dǎo)電金屬箔49，并且與集流端子23的折疊延伸臂26相鄰放置。附加金屬箔61的延伸部在連接區(qū)域58處被焊接到集流端子23的折疊延伸臂26，以電連接這兩個電化學(xué)電池單元20。PTC材料層40是集流端子22和23之間的電連接的組成部分，并且如果發(fā)生短路或過充電或過放電情況從而導(dǎo)致電化學(xué)電池單元20的溫度快速升高，則PTC材料層40將最終到達(dá)其轉(zhuǎn)變溫度，在其轉(zhuǎn)變溫度處，PTC材料層的阻抗劇烈增加以有效地變?yōu)椴粚?dǎo)通，因而斷開電路并且阻止溫度的進(jìn)一步升高和與高溫度相關(guān)聯(lián)的潛在損害。如果導(dǎo)致溫度升高的情形撤消，則電化學(xué)電池單元20的溫度將下降，并且當(dāng)溫度下降到PTC材料的轉(zhuǎn)變溫度之下時，PTC材料層40將返回到其導(dǎo)電狀態(tài)，因而閉合該電路。圖9示出了圖3的實施示例的變型，其中，夾在兩個導(dǎo)電金屬箔62和63之間的PTC材料層40的組件最初通過導(dǎo)電膠或優(yōu)選地使用Sn60%和Pb40%組成的焊劑進(jìn)行焊接而連接到從電化學(xué)電池單兀20向外延伸的附加金屬箔64和65對。附加金屬箔64和65的延伸部在連接區(qū)域59和60處被焊接到集流端子22和23的折疊延伸臂26，以電連接這兩個電化學(xué)電池單元20。PTC材料層40是集流端子22和23之間的電連接的組成部分，并且如果發(fā)生短路或過充電或過放電情況從而導(dǎo)致電化學(xué)電池單元20的溫度快速升高，則PTC材料層40將最終到達(dá)其轉(zhuǎn)變溫度，在其轉(zhuǎn)變溫度處，PTC材料層的阻抗劇烈增加以有效地變?yōu)椴粚?dǎo)通，因而斷開電路并且阻止溫度的進(jìn)一步升高和與高溫度相關(guān)聯(lián)的潛在損害。如果導(dǎo)致溫度升高的情形撤消，則電化學(xué)電池單元20的溫度將降低，并且當(dāng)溫度下降到PTC材料的轉(zhuǎn)變溫度之下時，PTC材料層40將返回到其導(dǎo)電狀態(tài)，因而閉合該電路。圖10示出了在兩個電化學(xué)電池單元20之間的連接層處放置的PTC材料的另一實施示例。在這個示例中，PTC材料層70放置在集流端子23的壓接部分內(nèi)。PTC材料層70被夾在集流端子23的內(nèi)表面和導(dǎo)電金屬箔72之間。如以上參考圖1和圖2所描述的，電化學(xué)電池單元20的所有負(fù)電極的鋰金屬箔的延伸部通過集流端子23裝配并且壓接在一起，以將電化學(xué)電池單元20的所有負(fù)電極的鋰金屬箔的所有延伸部電連接在一起。在這個特殊示例中，所有負(fù)電極的鋰金屬箔的延伸部類似地通過集流端子23裝配并且壓接在一起，但是PTC材料層70和導(dǎo)電金屬箔72被插入到負(fù)電極的鋰金屬箔的延伸部和集流端子23之間，使得PTC材料層70是集流端子22和23之間的電連接的組成部分，并且如果PTC材料層70達(dá)到其轉(zhuǎn)變溫度，則阻止電流流動。如圖所示，集流端子22和23通過在連接區(qū)域80處焊接其各自的折疊延伸臂26而連接在一起。如果發(fā)生短路或過充電或過放電情況，從而導(dǎo)致電化學(xué)電池單元20的溫度快速升高時，則PTC材料層將最終達(dá)到其轉(zhuǎn)變溫度，在其轉(zhuǎn)變溫度處，PTC材料層的阻抗劇烈增加以有效地變?yōu)椴粚?dǎo)通，因而斷開電路并且阻止溫度的進(jìn)一步升高和與高溫度相關(guān)聯(lián)的潛在損害。如果導(dǎo)致溫度升高的情形撤消，則電化學(xué)電池單元20的溫度將降低，并且當(dāng)溫度下降到轉(zhuǎn)變溫度之下時，PTC材料層70將返回其導(dǎo)電狀態(tài)，因而閉合該電路。圖11示出了圖10的實施示例的變型，其中PTC材料層70被放置在集流端子23的壓接部分內(nèi)部，但是沒有附加的金屬箔72夾著PTC材料層70。在這個特殊的示例中，在PTC材料層70與負(fù)電極的鋰金屬箔的延伸部直接接觸的情形下，經(jīng)由集流端子23將所有負(fù)電極的鋰金屬箔的延伸部裝配和壓接在一起。PTC材料層70還插入在負(fù)電極的鋰金屬箔的延伸部和集流端子23之間，使得PTC材料層70是集流端子22和23之間的電連接的組成部分，并且如果PTC材料層70達(dá)到其轉(zhuǎn)變溫度，則阻止電流流動。如圖所示，集流端子22和23通過在連接區(qū)域81處焊接其各自的折疊延伸臂26而連接在一起。如果發(fā)生短路或過充電或過放電情況從而導(dǎo)致電化學(xué)電池單元20的溫度快速升高，則PTC材料層將最終到達(dá)其轉(zhuǎn)變溫度，在其轉(zhuǎn)變溫度處，PTC材料層的阻抗劇烈增加以有效地變?yōu)椴粚?dǎo)通，因而斷開電路并且阻止溫度的進(jìn)一步升高和與高溫度相關(guān)聯(lián)的潛在損害。如果導(dǎo)致溫度升高的情形撤消，則電化學(xué)電池單元20的溫度將下降，并且當(dāng)溫度下降到PTC材料的轉(zhuǎn)變溫度之下時，PTC材料層70將返回其導(dǎo)電狀態(tài)，因而閉合該電路。參考圖11和圖12，所有負(fù)電極的鋰金屬箔的延伸部還可以被首先裝配，其后將包括PTC材料層70的集流端子23壓接在負(fù)電極的鋰金屬箔的先前裝配的延伸部上。圖12示出了在兩個電化學(xué)電池單元20之間的連接層處放置的PTC材料的另一實施示例。在這個示例中，PTC材料層74被放置在集流端子22的壓接部分內(nèi)部。電化學(xué)電池單元20的所有正電極的集流器的延伸部被裝配和焊接在一起，其后在PTC材料層74直接與正電極的集流器的延伸部接觸的情形下，將集流端子22壓接在正電極的集流器的先前焊接的延伸部上。因此，PTC材料層74插入在正電極的集流器的延伸部和集流端子22之間，使得PTC材料層74是集流端子22和23之間的電連接的組成部分，并且如果PTC材料層74達(dá)到其轉(zhuǎn)變溫度，則阻止電流流動。如圖所示，集流端子22和23通過在連接區(qū)域82處焊接其各自的折疊延伸臂26而連接在一起。如果發(fā)生短路或過充電或過放電情況從而導(dǎo)致電化學(xué)電池單元20的溫度快速升高，則PTC材料層74將最終到達(dá)其轉(zhuǎn)變溫度，在其轉(zhuǎn)變溫度處，PTC材料層74的阻抗劇烈增加以有效地變?yōu)椴粚?dǎo)通，因而斷開電路并且阻止溫度的進(jìn)一步增高和與高溫度相關(guān)聯(lián)的潛在損害。如果導(dǎo)致溫度升高的情形撤消，則電化學(xué)電池單元20的溫度將下降，并且當(dāng)溫度下降到PTC材料的轉(zhuǎn)變溫度之下時，PTC材料層74將返回其導(dǎo)電狀態(tài)，因而閉合該電路。顯然，可組合先前描述的兩種或更多種示例。并且先前描述的示例特定于迭片的棱柱形裝配以形成電化學(xué)電池單元20，然而，可利用集流端子22和23來連接平軋迭片組件，以形成平的電化學(xué)電池單元。對本發(fā)明上述實施例的修改和改進(jìn)對本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言是明顯的。以上描述意在說明而不是限制。因此本發(fā)明的范圍將僅由所附的權(quán)利要求書的范圍來限制。
權(quán)利要求
1.一種電池，該電池包括串聯(lián)連接或并聯(lián)連接的多個電化學(xué)電池單元；每一電化學(xué)電池單元包括一系列基本迭片，每一基本迭片包括負(fù)電極、正電極、在所述負(fù)電機和所述正電極之間放置的電解質(zhì)、從所述基本迭片的一側(cè)延伸的正集流器和從所述基本迭片的相反側(cè)延伸的負(fù)集流器；每一電化學(xué)電池單元具有將所述正集流器連接在一起的集流端子和將所述負(fù)集流器連接在一起的集流端子；所述集流端子每個均具有將兩個相鄰的電化學(xué)電池單元電連接在一起的折疊延伸臂，所述集流端子中的至少一個具有用于在預(yù)定溫度斷開和閉合兩個相鄰的電化學(xué)電池單元之間的電連接的PTC材料層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池，其中，所述PTC材料層放置在兩個相鄰的電化學(xué)電池單元的折疊延伸臂之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池，其中，所述PTC材料層放置在從所述基本迭片的一側(cè)延伸的集流器和所述集流端子之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池，其中，所述PTC材料層被夾在兩個導(dǎo)電金屬箔之間并且所述導(dǎo)電金屬箔連接到兩個相鄰的電化學(xué)電池單元的集流端子的折疊延伸臂。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電池，其中，所述兩個導(dǎo)電金屬箔通過導(dǎo)電膠連接到所述集流端子的折疊延伸臂。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電池，其中，所述兩個導(dǎo)電金屬箔通過使用由Sn60%和Pb40%組成的焊劑進(jìn)行焊接來連接到所述集流端子的折疊延伸臂。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池，其中，所述PTC材料層夾在一個導(dǎo)電金屬箔和一個集流端子的折疊延伸臂之間，所述導(dǎo)電金屬箔連接到相鄰的電化學(xué)電池單元的集流端子。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電池，其中，所述導(dǎo)電金屬箔通過導(dǎo)電膠連接到所述集流端子的折疊延伸臂。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電池，其中，所述導(dǎo)電金屬箔通過使用由Sn60%和Pb40%組成的焊劑進(jìn)行焊接來連接到所述集流端子的折疊延伸臂。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池，其中，PTC材料層是聚合物碳復(fù)合物。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池，其中，所述PTC材料層是鈦酸鋇基化合物。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池，其中，所述預(yù)定溫度是125°c。
全文摘要
公開了一種具有作為安全裝置的集流端子的電化學(xué)單元式電池。該電池包括串聯(lián)或并聯(lián)連接的多個電化學(xué)電池單元；每一電化學(xué)電池單元具有將正集流器連接在一起的集流端子和將負(fù)集流器連接在一起的集流端子；該集流端子均具有將兩個相鄰的電化學(xué)電池單元電連接在一起的折疊延伸臂。該集流端子利用策略性放置的PTC材料層，由此，如果電化學(xué)電池單元的溫度上升到PTC材料層的轉(zhuǎn)變溫度以上時，通過PTC材料層阻止電流在電化學(xué)電池單元之間流動。
文檔編號H01M2/30GK103081176SQ201180039159
公開日2013年5月1日 申請日期2011年7月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月22日
發(fā)明者塞巴斯蒂安·若弗魯瓦, 布魯諾·巴科, 伊萬·羅伊, 克勞德·卡里甘, 阿蘭·瓦利 申請人:加拿大巴斯姆有限公司