[发明专利]改进热传递的锂蓄电池结构

说明书

技术领域

本发明涉及到一种锂蓄电池的结构。

背景技术

锂离子或锂蓄电池是公知的。可参见Linden，D.编辑的电池手册第二版第36章，McGraw Hill Inc.纽约(1995)和Besenhard，J.O.编辑的电池材料手册，Wiley-VCH Verlag GmbH，纽约(1999).

这些电池用作携带式电子设备，如膝上型计算机、蜂窝电话等的现代化的电源。虽然这些电池具有出色的安全记录，仍需继续提高其安全性能。

关心到安全，例如起因于热破剧变情况引起的电池单元断裂。电池单元的部件、电解液和锂电极，都被封装在密封的金属罐内。在热剧变时，在电池单元内产生热，使电解液和锂电极的温度升高到其引燃温度之上。可参见Hatchard，T.D.等人著的“在热异常过程中，锂离子电池内辐射热传递的重要性”，电化学和固态通讯第3卷第7号笫305-308页(2000年)。

热剧变可能起因于各种不同的情况，但这里有关系的是起因于“异常”(或“热量异常”)。用几种标准试验来考核是否异常，包括“钉穿透试验”、“挤压试验”和“短路试验”。例如，可参见UL1642-锂蓄电池标准(Underwriters Laboratories Inc.，第一版10/1985和第二版11/1992)；及日本蓄电池学会的“锂蓄电池安全测定导则”，日本东京(1995年)。在提到的前两个试验中，电池单元受到物理性的破坏，继而又引起阳极和阴极的接触(短路)，这就导致了热剧变。在现今的试验中，是将阳极和阴极在外部电器连接(短路)，如此就造成热剧变。

在短路的蓄电池中，在电池单元内开始形成局部热区。这些热量会加速电池内持续进行的化学反应(经过电解液在阳极和阴极之间)。这就会使生成的热量逐步增加(生成热量如在几秒内上升)。因为这种潜在的不利后果，这种情况是应该避免的。这种潜在的不利的情况和电池的热传递的重要性是公知的。请参见Hatchard，Ibid。在Hatchard的著作中，在外壳(罐)的外表的标牌(1abel)被用来改善来自罐的热传递。用该标牌来调节罐的内部温度。

在传统的锂蓄电池中(圆柱或棱柱形)，在阳极和阴极之间的多微孔的分离器隔板，在把它插入外壳(罐)内前，围绕着卷绕的阳极、阴极、分离器的外部卷绕几次。分离器这些附加的卷绕用作一个绝缘体(热的和电的)。电极包括一个电极活性混合物(active mix)和一个集电器。用于负电极(阳极)的集电器是一块铜箔。用于正电极(阴极)的集电器是一块铝箔。该罐由铁基材料(例如钢)或铝制成。在传统的圆柱形电池单元中，例如，18650(直径18毫米和长度65毫米)中，最接近罐的内表面的电极是负电极(阳极)，该电极有一个铜箔集电器。罐体由铁基材料制成，是蓄电池的负端，而罐的盖子是正端。在传统的棱柱形电池中，要识别两种结构。第一种，负电极(即铜集电器)最接近罐的内表面(即铁基材料)。第二种，正电极(即铝集电器)最接近罐的内表面(即铝)。

发明内容

本发明涉及到一种锂蓄电池。该电池包括一个负电极，一个正电极，一个夹在这二电极中间的分离器，一种注入分离器且与电极为液体联系的电解液，以及一个用来容纳电极、分离器和电解液的金属外壳。电极之一与外壳为热接触。

附图说明

为了阐述本发明的目的，在附图中示出目前优选的形式。但是应该理解，本发明并不局限于图中所示的精确的结构和措施。

图1现有技术电池的剖面图。

图2是根据本发明制造的电池单元的剖面图。

图3是根据本发明制造的电池单元的部件分解图。

图4是说明现有技术和本发明电池单元时间函数特性(电压和温度)的曲线图。

具体实施方式

对于这里涉及的电极、电解液和分离器，每一个都是传统的设计或结构。这样的信息对熟专业人员来说是都知道的。例如，可参见Linden，D.编辑的蓄电池手册第2版，McGraw Hill Inc.，纽约(1995)，Clip 36；和Besenhard，J.O.编辑的电池材料手册，Wiley-VCH Verlag GmbH(1999)，例如第2.6，2.7节等等。

为方便起见，本发明公开的是圆柱形电池，但不限于此，还可应用到棱柱形电池。