[发明专利]具有带有热保险装置的绕组电极的纽扣电池

说明书

技术领域

本发明涉及具有由两个金属外壳半构件组成的外壳的纽扣电池，所述外壳包含缠绕的电极分离器复合体。

背景技术

纽扣电池通常具有由两个外壳半构件、即电池杯和电池盖组成的外壳。它们例如可以由镀镍的深拉金属板作为冲压拉延构件来制造。通常，电池杯被极化为正的并且电池盖被极化为负的。在外壳中可以包含极为不同的电化学系统，例如锌/二氧化锰、一次和二次锂系统或者诸如镍/镉或者镍/金属氢化物的二次系统。

纽扣电池的液密闭锁传统地通过与塑料环结合地将电池杯的边缘卷边到电池盖的边缘上方来进行，所述塑料环布置在电池杯与电池盖之间并且同时用作密封元件以及用于对电池杯和电池盖电绝缘。这种纽扣电池例如在DE 31 13 309中得以描述。

替换地，也可能的是制造这样的纽扣电池，其中电池杯和电池盖在轴向上仅仅只通过力配合的连接来接合并且相应地不具有卷边的杯边缘。这种纽扣电池及其制造方法在具有文件号DE 10 2009 017 514的德国专利申请中得以描述。

尽管这样的无卷边的纽扣电池可以具有各种优点，但是这样的纽扣电池在轴向上比具有卷边的杯边缘的类似纽扣电池可加的载荷更小，尤其是涉及源自纽扣电池内部的轴向机械载荷。因此例如可再充电的锂离子系统的电极在充电和放电过程时始终遭受容量变化。在此过程中出现的轴向力在无卷边的纽扣电池情况下与在具有卷边的纽扣电池情况下相比自然可能比较容易导致不密封性。

由扁平的电极层和分离器层组成的绕组可以相当简单地按照已知的方法（例如参见DE 36 38 793）制造，其方式是例如平面地、尤其是以条的形式将电极施加、尤其是层压到作为无穷带存在的分离器上。一般在所谓的绕组芯上缠绕由电极和分离器组成的复合体。在将绕组从绕组芯上剥掉之后，在绕组的中心中遗留轴向空腔，这导致绕组也许可能膨胀到该空腔中。这在电极与金属外壳半构件电接触时可能导致问题。

在锂离子电池或锂聚合物电池情况下可能出现严重问题，例如通过如可能由外部短路引起的电流脉冲或通过过充电引起。锂离子电池通常具有含石墨的阳极和基于锂钴氧化物的阴极。在充电过程时，锂离子从锂钴氧化物中释放出并且插入到阳极的石墨层中。如果这样的电池被过充电，尤其是过充电到超过4.2 V的电压，则发生，比由阳极的石墨层可以接纳的更多的锂离子被释放。因此，在阳极上表面地沉积高反应性金属锂。如果进一步继续充电过程并且相应地进一步提高电压，尤其是提高到明显超过4.2 V的水平，则电池中的电解质的成分也可能分解并且导致膨胀（Aufgasung）。此外，锂钴氧化物结构通过锂的继续进行的释放而越来越不稳定，直至所述锂钴氧化物结构最后由于氧化剂（氧气）的释放而崩溃。这些过程可能导致电池的剧烈变热，所述剧烈变热可能引起爆炸式燃烧。

发明内容

本发明提供具有权利要求1的特征的纽扣电池，所述纽扣电池尤其是被良好地保护免受所提到的轴向机械载荷并且此外还具有其他安全性特征，所述其他安全性特征保护所述纽扣电池免受由于过充电或短路引起的损坏。本发明电池的优选实施方式在从属权利要求2至5中予以说明。所有权利要求的表述由此通过参照而成为该说明书的内容。

本发明的纽扣电池始终包括两个金属外壳半构件，它们通过电绝缘密封件相互分离并且构成具有平坦的底部区域和与底部区域平行的平坦的盖区域的外壳。两个外壳半构件如开头所提到的那样一般是所谓的电池杯和电池盖。作为用于外壳半构件的材料尤其是优选镀镍的钢或金属板。此外，尤其是例如具有序列—镍、钢（或特种钢）和铜（其中镍层优选地构成纽扣电池外壳的外侧并且铜层优选地构成纽扣电池外壳的内侧）的三金属适合作为金属原料。

作为密封件例如可以使用浇注密封件或薄膜密封件。后者例如在DE 196 47 593中得以描述。

在外壳内布置至少一个正的和至少一个负的电极，而且分别以扁平的电极层的形式。电极优选地经由至少一个平面的分离器相互连接。优选地，电极被层压或粘接到该分离器上。电极和分离器一般分别仅具有μm范围中的厚度。多孔的塑料薄膜一般用作分离器。

优选地，根据本发明的纽扣电池具有至少一个插入锂的电极。所提到的电极的至少之一相应地在优选的实施方式中是插入锂的电极。本发明的电池因此优选地是锂离子电池或锂聚合物电池。

在本发明纽扣电池的外壳中，所提到的由电极和至少一个平面的分离器组成的复合体以绕组的形式、尤其是以螺旋形绕组的形式存在，其中绕组布置为使得其端面指向外壳的平坦的底部区域和平坦的盖区域的方向。