НЕБОЛЬШОЙ БЛОК БАТАРЕИ, ИМЕЮЩИЙ ОГНЕЗАЩИТНУЮ КЛЕЙКУЮ ДЕТАЛЬ Российский патент 2009 года по МПК H01M2/10 H01M10/36 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к небольшому блоку батареи, имеющему огнезащитную клейкую деталь. Более конкретно, настоящее изобретение относится к небольшому блоку батареи, который способен к предотвращению или ингибированию возгорания блока батареи посредством придания огнезащищенности клейким деталям, которые являются внешними по отношению к элементу батареи, таким как двухсторонняя клейкая лента, используемая для адгезии между элементом батареи и корпусом блока батареи, и клей, используемый для прикрепления упаковочной детали к элементу батареи или корпусу блока батареи, и тому подобному.

Уровень техники

Технологическое развитие и возрастающий спрос на мобильное оборудование привели к быстрому увеличению спроса на вторичные батареи в качестве источника энергии. Среди этих вторичных батарей большая часть исследований и опытно-конструкторских работ сконцентрирована на литиевых вторичных батареях и, таким образом, некоторые из таких литиевых вторичных батарей являются коммерчески доступными и широко используются.

Одна из наиболее значительных проблем, от которых страдают такие литиевые вторичные батареи, представляет собой низкую безопасность батареи. Литиевые вторичные батареи склонны к высокому риску возгорания при различных обстоятельствах, таких как избыточной заряд (перезарядка), нагрев от внешних источников, физическая деформация и тому подобное. Предложено множество способов предотвращения избыточной зарядки как причины такого риска возгорания и предотвращения внутреннего короткого замыкания в результате физической деформации. Однако, несмотря на такие различные превентивные меры, по-прежнему требуются средства, которые могут предотвратить возгорание или могут, по меньшей мере, ингибировать дальнейшее развитие возгорания при возникновении такого возгорания.

С другой стороны, в целях предотвращения и ингибирования возгорания в различных областях широко используются технологии, включающие в себя добавление антипирена к части представляющего интерес материала. Например, антипирен, добавляемый к комплексам пластиков, оказывает эффекты подавления возгорания таким образом, что когда возникает огонь, антипирен выделяет огнегасящий газ или плавится с образованием блокирующей кислород пленки на поверхности этих комплексов. Таким образом, было продемонстрировано, что использование антипирена является очень эффективным с точки зрения предотвращения и подавления возгорания.

Кроме того, различные способы предотвращения и подавления возгорания посредством использования таких антипиренов предложены в области батарей. Например, в уровне техники известен способ добавления сложных эфиров фосфорной кислоты к электролиту, а выложенная публикация патента Японии № 1999-154535 раскрывает способ введения фосфата аммония в электрод, такой как анод или катод. В самом деле, эти способы могут предложить превосходную способность к подавлению возгорания, но страдают от неизбежной проблемы, связанной с ухудшением рабочих характеристик батареи, вызываемым непосредственным применением таких антипиренов в главных функциональных элементах вторичной батареи.

Принимая во внимание такие проблемы, может быть рассмотрен способ добавления антипиренов к тем конструктивным элементам или в те пространства, которые не влияют на работу батарей. Однако в случае вторичных батарей, имеющих конструкцию, в которой элемент батареи с содержащейся в нем заряжаемой/разряжаемой электродной сборкой устанавливается в заданном корпусе блока, множество конструктивных элементов, включая элемент батареи, плотно располагаются в ограниченном пространстве корпуса блока, что тем самым приводит к сильному ограничению при добавлении дополнительных компонентов. То есть, как описано выше, дополнительное пространство для добавления других компонентов к блоку батареи без добавления к главным функциональным элементам батареи является сильно ограниченным.

Конструктивное изменение или модифицирование блока батареи для обеспечения такого дополнительного пространства приводит к еще более увеличенному размеру блока батареи, что нежелательно противоречит имеющейся современной тенденции развития, направленной на миниатюризацию, уменьшение толщины и массы блока батареи. Кроме того, во внутреннем пространстве элемента батареи, в котором электродная сборка, состоящая из катода/сепаратора/анода, содержится в корпусе батареи в импрегнированном электролитом состоянии, по существу нет дополнительного пространства для добавления антипирена без воздействия на функциональные элементы батареи.

В то же время среди конструктивных элементов, составляющих блок батареи, имеются некоторые конструктивные компоненты, выполненные из материалов, которые являются горючими при возгорании блока батареи. Такие горючие материалы, как правило, состоят из таких химических веществ, как пластичные смолы, и горят с выделением токсичного газа и горючего газа, что дополнительно ускоряет возгорание блока батареи.

Как следствие, имеется насущная необходимость в разработке технологии, которая может придать блоку батареи огнезащищенность без прямого добавления антипирена к электролиту, активному катодному или анодному материалу и т.п. и без необходимости в дополнительном пространстве для добавления антипирена.

Следовательно, настоящее изобретение было создано для решения вышеуказанных проблем и других технических проблем, которые желательно было решить в прошлом.

В результате разнообразных широких и интенсивных исследований и экспериментов для решения описанных выше проблем авторы настоящего изобретения обнаружили, что, когда клейкие детали, используемые для изготовления небольшого блока батареи, являются в целом горючими и, кроме того, к таким клейким деталям добавлены антипирены, или же эти клейкие детали выполнены из материалов-антипиренов, является возможным производство блока батареи, обладающего улучшенной огнезащищенностью, без отрицательных воздействий на функциональные элементы батареи и необходимости в дополнительном пространстве и, кроме того, без модифицирования способа производства блока батареи или добавления новых процессов. Настоящее изобретение было создано на основе этих обнаруженных фактов.

Сущность изобретения

В соответствии с одним аспектом настоящего изобретения вышеуказанные и другие задачи могут быть решены посредством создания блока батареи, имеющего клейкую деталь с приданной ей огнезащищенностью, внешнюю по отношению к элементу батареи.

Как обсуждалось выше, в конструктивных компонентах элемента батареи, т.е. катоде, аноде, сепараторе и электролите, и во внутреннем пространстве корпуса батареи, в котором эти компоненты элемента батареи содержатся в герметичном состоянии, нет отдельного пространства для придания огнезащищенности без прямых воздействий на работу батареи.

В то же время снаружи элемента батареи имеются некоторые материалы, которые могут применяться для придания огнезащищенности, при этом не оказывая отрицательных воздействий на работу батареи. Например, в случае элемента батареи пакетного типа корпус блока, который устанавливается на наружной поверхности элемента батареи для его защиты, состоит из прямоугольного тела корпуса блока, в котором может быть заключен элемент батареи, насадки в сборе, которая устанавливается на верх элемента батареи в состоянии, когда он заключен в теле корпуса блока, и крышки корпуса блока для закрывания открытой верхней части тела корпуса блока. Компоненты насадки в сборе непосредственно ответственны за работу батареи, в то время как тело и крышка корпуса блока служат для защиты элемента батареи и насадки в сборе от внешней окружающей среды. Поэтому может быть принят во внимание способ добавления антипирена к телу и крышке корпуса блока. По этой причине может рассматриваться способ изготовления тела и/или крышки корпуса блока с использованием негорючих материалов, таких как нержавеющая сталь, или способ добавления антипиренов к пластиковым материалам. Однако последний способ добавления антипиренов к горючему материалу может приводить к ухудшению механических свойств, таких как прочность, что ставит под угрозу специальные функции, присущие корпусу блока.

Однако настоящее изобретение достигает желаемых целей посредством придания огнезащищенности двухсторонней клейкой ленте, которая используется для стабильного фиксирования элемента батареи пакетного типа в корпусе блока, клею, который используется для прикрепления упаковочной детали, окружающей наружную поверхность корпуса блока элемента батареи пакетного типа, или упаковочной детали, окружающей наружную поверхность элемента батареи квадратного типа, и т.п. Двухсторонняя клейкая лента прилипает как к элементу батареи, так и к корпусу блока, и тем самым служит для поддержания фиксированного состояния элемента батареи без встряхивания его под внешним ударом. Кроме того, вышеупомянутый клей служит для прикрепления упаковочной детали к элементу батареи или корпусу блока. Поскольку клейкие детали, включая такую двухстороннюю клейкую ленту и клей, достигают рассмотренных выше целей посредством их собственных сил адгезии, ухудшение механических свойств, возникающее в результате добавления антипиренов или использования материалов-антипиренов, не нарушает функций, присущих клейким деталям.

Например, двухсторонняя клейкая лента обычно состоит из пленки-основы, имеющей адекватную жесткость, и слоев клея, нанесенных на обе стороны этой пленки-основы, в то время как упаковочная деталь состоит из пленки-основы, как рассмотрено выше, и слоя клея, нанесенного на одну сторону пленки-основы. Как правило, пленка-основа формируется из полимерной пленки, такой как сложный полиэфир, полиэтилен, полипропилен или что-либо подобное, а слой клея формируется из акрилового материала, уретанового материала или чего-либо подобного. В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения огнезащищенность может обеспечиваться посредством добавления антипирена к пленке-основе и/или слою клея или изготовления такой пленки-основы и/или слоя клея с использованием материалов-антипиренов. Когда он добавляется, содержание антипирена может быть задано в пределах диапазона, способного придать огнезащищенность, в то же время не ухудшая функций пленки-основы и слоя клея. Подобным же образом, когда пленка-основа и слой клея выполняются из материалов-антипиренов, могут выбираться подходящие материалы, которые способны придавать огнезащищенность, не вызывая серьезного ухудшения функций пленки-основы и слоя клея. В одном предпочтительном варианте осуществления возможно наделить двухстороннюю клейкую ленту огнезащищенностью посредством добавления антипирена к слою клея или формирования слоя клея с использованием материалов-антипиренов.

В качестве антипиренов могут использоваться антипирены на основе галогенов, антипирены на основе фосфора и неорганические антипирены. Если необходимо, эти материалы могут использоваться по отдельности или в любом их сочетании.

Антипирены на основе галогенов обычно оказывают огнезащитное действие, по существу стабилизируя радикалы, генерируемые в газовой фазе. Примеры антипиренов на основе галогенов могут включать в себя трибромфеноксиэтан, тетрабромбисфенол-A (TBBA), простой октабромдифениловый эфир (OBDPE), бромированный эпоксид, олигомер бромированного поликарбоната, хлорированный парафин, хлорированный полиэтилен и антипирены на основе алициклического соединения хлора.

Антипирены на основе фосфора обычно оказывают огнезащитное действие таким образом, что они генерируют поли-метафосфорную кислоту посредством пиролиза, и полученная в результате поли-метафосфорная кислота образует защитный слой, или же углеродная пленка, которая формируется посредством дегидратирующего действия, имеющего место при генерировании поли-метафосфорной кислоты, блокирует кислород. Примеры антипиренов на основе фосфора могут включать в себя красный фосфор, фосфаты, такие как фосфат аммония, фосфиноксиды, диолы фосфиноксидов, фосфиты, фосфонаты, триарилфосфаты, алкилдиарилфосфаты, триалкилфосфаты и резорцинолбисдифенилфосфат (RDP).

Неорганические антипирены обычно оказывают огнезащитное действие таким образом, что они претерпевают термическое разложение с высвобождением негорючих газов, таких как пары воды, диоксид углерода (CO₂), диоксид серы и хлороводород, и вызывают эндотермическую реакцию, тем самым разбавляя горючие газы с предотвращением доступа кислорода, а индуцируемая таким образом эндотермическая реакция приводит к охлаждению горючих газов и к уменьшенному получению пиролитических продуктов. В качестве примеров неорганических антипиренов могут быть упомянуты гидроксид алюминия, гидроксид магния, гидроксид сурьмы, гидроксид олова, оксид олова, оксид молибдена, соединения циркония, бораты, соли кальция и тому подобное.

Когда это целесообразно, могут включаться дополнительно и другие добавки, способные вызывать синергетические огнезащитные действия при использовании в смеси с указанными выше в качестве примеров антипиренами.

В качестве придающей огнезащищенность двухсторонней клейкой ленты имеется в продаже лента ST#9553 (Lihwa Corporation, Korea). Пример огнезащитной клейкой ленты известен из зарегистрированного патента Кореи № 315130. Поэтому вышеупомянутые обычные продукты и аналоги, касающиеся огнезащитных клейких деталей, включены сюда посредством ссылки во всей их полноте.

Элемент батареи в блоке батареи по настоящему изобретению не является как-либо ограниченным и может предпочтительно представлять собой вторичные батареи, в частности литиевые вторичные батареи, такие как литий-ионные вторичные батареи и литий-ионные полимерные вторичные батареи, которые страдают от проблем, связанных с безопасностью батареи. Кроме того, поскольку элемент батареи не является как-либо ограниченным, при условии, что элемент батареи установлен внутри корпуса блока батареи, или же элемент батареи или корпус блока окружены упаковочными деталями, блок батареи, который может быть применен в настоящем изобретении, может включать в себя блоки батарей как пакетного типа, так и квадратного типа.

Настоящее изобретение может быть также применено как к среднегабаритным, так и крупногабаритным блокам батарей, сформированных при использовании в качестве единичной батареи множества элементов батареи, при условии, что в таких блоках батарей используются клейкие детали.

Краткое описание чертежей

Указанные выше и другие цели, признаки и прочие преимущества настоящего изобретения будут поняты яснее из следующего далее подробного описания, приведенного в сочетании с прилагаемыми чертежами, на которых:

Фиг.1 представляет собой общий вид в перспективе небольшого блока батареи согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения;

Фиг.2 представляет собой частичный деталировочный вид по фиг.1;

Фиг.3 представляет собой общий вид в перспективе с пространственным разделением деталей по фиг.1; и

Фиг.4 представляет собой схематический вид в разрезе огнезащитной двухсторонней клейкой ленты, используемой согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения.

Подробное описание предпочтительных вариантов осуществления

Далее будут более подробно описаны предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи, но они не предназначены для ограничения рамок настоящего изобретения.

Фиг.1-3 схематически показывают общий вид в перспективе, частичный деталировочный вид и общий вид в перспективе с пространственным разделением деталей иллюстративного варианта осуществления настоящего изобретения, в котором элемент батареи пакетного типа заключен и зафиксирован внутри корпуса блока батареи.

Обращаясь к фиг.1 и 2, небольшой блок 100 батареи состоит из прямоугольного элемента 200 батареи, в котором электродная сборка, состоящая из катода, анода и сепаратора, и электролит содержатся в корпусе 210 батареи пакетного типа в герметизированном состоянии; тела 300 корпуса блока, имеющего внутреннее пространство, в которое может помещаться элемент 200 батареи; и крышки 400 корпуса блока для герметизации элемента 200 батареи посредством соединения с телом 300 корпуса блока с заключенным в нем элементом 200 батареи.

Как правило, такой тип блока 100 батареи собирают путем создания соединения между телом 300 и крышкой 400 корпуса блока, которые соответственно выполнены из пластиковых материалов, таких как поликарбонат (ПК), полиакрилонитрил-бутадиен-стирол (АБС) и им подобные, посредством использования способа ультразвуковой сварки. Способ ультразвуковой сварки представляет собой способ соединения двух соединяемых поверхностей в расплавленном состоянии с использованием тепла трения, генерируемого высокочастотными механическими вибрациями, например, на 20000 Гц.

Обращаясь к фиг.3, катодный отвод 220 и анодный отвод 230 выступают из элемента 200 батареи. Катодный отвод 220 соединяется через катодный вывод 510 с модулем схемы защиты (МСЗ) 500, в то время как анодный отвод 230 соединяется с МСЗ 500 через анодный вывод 520, соединенный с элементом 530 с положительным температурным коэффициентом сопротивления (ПТКС).

Крышка 400 корпуса блока выполнена из материала SUS (потребительской нержавеющей стали), вида нержавеющей стали в соответствии с Японскими промышленными стандартами. Поэтому, когда крышка 400 находится в контакте с МСЗ 500, электродными выводами 220 и 230 и/или ПТКС-элементом 530, может произойти электрическое короткое замыкание, и поэтому между ними устанавливаются изолирующие детали 600 и 610. Кроме того, между телом 300 корпуса блока и элементом 200 батареи, а также между крышкой 400 корпуса блока и элементом 200 батареи прокладываются двухсторонние клейкие ленты 700, так что элемент 200 батареи может быть устойчиво зафиксирован в состоянии, при котором он содержится внутри тела 300 и крышки 400 корпуса блока.

Настоящее изобретение характеризуется тем, что такие двухсторонние клейкие ленты 700 и 710 делаются огнезащитными, тем самым предотвращается возгорание блока 100 батареи и ингибируется дальнейшее его развитие при возникновении возгорания. Двухсторонние клейкие ленты 700 и 710 служат для скрепления воедино элемента 200 батареи и тела 300 корпуса блока и крышки 400 корпуса блока и по этой причине не имеют прямой связи с работой батареи. Кроме того, постольку, поскольку такие клейкие ленты прикладывают силу адгезии, им не требуется превосходная механическая прочность, например высокая жесткость. Таким образом, является возможным достижение желаемых целей настоящего изобретения.

Фиг.4 иллюстрирует схематический вид в разрезе такой двухсторонней клейкой ленты. На этом чертеже толщина поперечного разреза по отношению к ширине ленты увеличена только для удобства в иллюстративных целях.

Обращаясь теперь к фиг.4, как показано на двухсторонней клейкой ленте 700, слои 720 и 722 клея, которые формируются, например, из акриловых материалов, наносятся на обе стороны пленки-основы 710, такой как сложная полиэфирная пленка, и к соответствующим слоям 720 и 722 клея прикрепляются защитные съемные накладки 730 и 732. Как показано на фиг.3, для прикрепления двухсторонних клейких лент 700 к элементу 200 батареи и телу 300 корпуса блока и крышке 400 корпуса блока сначала удаляется первая съемная накладка 730, и обнаженный таким образом первый слой 720 клея прикрепляется к нижней поверхности элемента 200 батареи или к верхней поверхности тела 300 корпуса блока. После этого удаляется вторая съемная накладка 732, образующая наружную поверхность клейкой ленты, для обнажения второго слоя 722 клея, который затем прикрепляется к соответствующей поверхности, т.е. верхней поверхности тела 300 корпуса блока или нижней поверхности элемента 200 батареи, к которой двухсторонняя клейкая лента 700 еще не прикреплена. В состоянии, когда элемент 200 батареи прикреплен к телу 300 корпуса блока, как описано выше, крышка 400 корпуса блока прикрепляется к верхней поверхности элемента 200 батареи для создания соединения между элементом 200 батареи и телом 300 и крышкой 400 корпуса блока, подобно вышеуказанному способу.

Как таковое, настоящее изобретение предлагает вторичную батарею, имеющую улучшенную безопасность, посредством придания огнезащищенности пленке-основе 710 или слоям 720 и 722 клея, или им обоим. Как проиллюстрировано ранее, придание огнезащищенности может быть реализовано посредством добавления антипиренов к пленке-основе 710 и/или слоям 720 и 722 клея или изготовления такой пленки-основы и/или слоя клея с использованием материалов-антипиренов.

Промышленная применимость

Как ясно из приведенного выше описания, настоящее изобретение делает возможным изготовление небольшого блока батареи, обладающего улучшенной огнезащищенностью, без отрицательных воздействий на функциональные элементы батареи и необходимости в дополнительном пространстве и, кроме того, без модифицирования способа производства блока батареи или добавления новых процессов.

Хотя выше в иллюстративных целях были раскрыты предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения, специалисты в данной области поймут, что являются возможными различные модификации, добавления и замены без отклонения от объема и сути настоящего изобретения, охарактеризованных в прилагаемой формуле изобретения.

Изобретение относится к небольшому блоку батареи, имеющему огнезащитную клейкую деталь. Согласно изобретению клейкие детали являются внешними по отношению к элементу батареи, такие как двухсторонняя клейкая лента, используемая для адгезии между элементом батареи и корпусом блока батареи, в котором устанавливается этот элемент батареи, и клей, используемый для прикрепления упаковочной детали к элементу батареи или корпусу блока батареи, и т.п. Техническим результатом является улучшенная огнезащищенность блока батареи без отрицательных воздействий на функциональные элементы батареи и необходимости в дополнительном пространстве и, кроме того, без модифицирования способа производства блока батареи или добавления новых процессов. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Небольшой блок батареи, имеющий огнезащитную клейкую деталь, внешнюю по отношению к элементу батареи, состоящему из электродной сборки, состоящей из катода, анода, сепаратора и электролита, и корпус блока батареи, содержащий внутри себя электродную сборку в герметизированном состоянии.2. Блок батареи по п.1, в котором клейкая деталь представляет собой двухстороннюю клейкую ленту для адгезии между элементом батареи и корпусом блока батареи, заключающим в себе этот элемент батареи.3. Блок батареи по п.1, в котором клейкая деталь представляет собой клей для прикрепления упаковочной детали к наружной поверхности элемента батареи или корпусу блока батареи.4. Блок батареи по п.2, в котором двухсторонняя клейкая лента состоит из пленки-основы и слоев клея, нанесенных на обе стороны пленки-основы, а огнезащищенность придана посредством добавления антипирена к пленке-основе или слою клея, или пленке-основе и слою клея, или изготовления пленки-основы и/или слоя клея с использованием материала-антипирена.5. Блок батареи по п.3, в котором клей представляет собой слой клея, нанесенный на одну сторону упаковочной детали.6. Блок батареи по п.4 или 5, в котором антипирен добавлен к слою клея, тем самым придавая огнезащищенность.7. Блок батареи по п.4 или 5, в котором пленка-основа или упаковочная деталь представляет собой сложную полиэфирную пленку, а слой клея сформирован из акрилового материала.8. Блок батареи по п.1, в котором элемент батареи представляет собой вторичную батарею.9. Блок батареи по п.8, в котором вторичная батарея представляет собой литиевую вторичную батарею.10. Блок батареи по п.1, в котором элемент батареи представляет собой элемент батареи пакетного типа или элемент батареи квадратного типа.11. Среднегабаритный или крупногабаритный блок батареи, содержащий множество элементов батареи, выполненных из электродной сборки, состоящей из катода, анода, сепаратора и электролита, и корпуса батареи, содержащего внутри себя электродную сборку в герметизированном состоянии, при этом клейкой детали, внешней по отношению к элементу батареи, придана огнезащищенность.