[发明专利]电池芯、电池芯构成的电池组件及制造电池组件的方法

说明书

【技术领域】

本发明是关于一种电池芯、一种设有该电池芯的电池组件以及一种电池组件制造方法。本发明亦关于适用于节能型油电混合车、电力储存系统或笔记本电脑的充电电池系统，特别是用以达成电池芯互连的电池系统。

【背景技术】

目前科技业对于燃烧石油与天然气等储存量有限、且会造成大量碳排放的污染性能源已经逐渐设法减少使用，试图以可由太阳能、风力、水力等天然来源转换而来、且使用后无污染的电能作为干净能源。电动交通工具因而成为当前热门议题。然而，电动车辆等交通工具，一方面受限于需耗费大量电能驱动马达，必须使用大量电池；另方面，交通工具必须因应严酷的环境考验、甚至必须考虑意外碰撞后的安全性。因此，如何将多组电池以安全的方式串/并接，增加所储存的电能、延长续航力，并且避免一旦发生意外所可能导致的电池燃烧、爆炸，减少生命财产的损失，将是推广及使用此类用电设备时的重要课题。

诸如锂离子电池或镍氢电池等常用充电电池可经串联或并联排设而获得所需求的任何电压或电流。举例而言，一组电池可藉由以一导体将其正电极予以连接，而以另一导体连接其负电极而达成并联，从而形成一个可提供更大电流的电池组件。该电池组件也可经由串联而获得高于个别电池的电压。

充电电池的一种最常见规格是呈圆柱形，正电极位于一端，而负电极位于另一端。如第1图所示的一个典型构造。电池芯101在顶部具有一正电极102，而负电极104亦为电池芯101的金属外壳。正电极102和负电极104在顶部被一绝缘垫片所隔开。一通常为塑胶材料所制成的绝缘包膜103施设于电池外部，暴露出位于顶部的正电极102以及位于底部的负电极104。典型的连接是将一金属焊片108点焊至位于顶部的正电极102，并将另一金属焊片109点焊至位于底部的负电极104。连接电池芯101的制程需要两个个别的步骤：固持并定位电池芯101底部而将金属焊片108点焊于顶部正电极102；随后，反转电池芯101，固持并定位其顶部而将另一金属焊片109点焊于底部负电极104。

如第3a图所示，并联连接需要将金属焊片108点焊连接各个正电极102、112和122，以及点焊第二金属焊片109以连接负电极104、114和124。相对地，将两个电池芯串联要比并联更为困难，因为一电池的底部电极必须被连接至另一电池的顶部电极，且两电极位于相对端。如第3b图所示，串联需要从正电极102点焊一金属焊片118至负电极134，且从正电极132点焊第二金属焊片119至负电极144。当同一金属焊片必须从一电池的顶部连通另一电池的底部时，在生产时进行串联即有困难。一般产业实施时，乃限定将电池芯垂直堆叠以进行串联，此一限制严重地局限电池组件的规格尺寸。有必要寻求更好的组件构型以简化并联和串联，并对于组件规格提供更宽广的弹性。

直接连接电池芯所带来的一个问题在于缺乏短路保护措施。就电池芯的并联而言，若单一个电池因故障、损坏或制造缺陷而发生内部短路，则邻接的电池会将电流导引至该短路电池中从而快速地耗尽所有的电能，连带使所有相连的电池过度放电，致整个并联电池组件无法运作。又，大量流入该短路电池的电流可能导致过热和爆炸，造成重大灾情。

就电池芯的串联而言，若因金属物体落在电池组件上或因严重撞击使线路或电极短路而发生外部短路，则位于此一短路路径上的电池芯会产生显著的电流，直到所蓄积的所有电能耗尽为止。更由于串联所产生的电压高于并联所产生者，且总能量也更高，故容易过热、产生电弧和爆炸。

一种常见的锂离子电池称做为18650电池，其尺寸为直径18mm，而长度为65mm。要在第1图所示正电极102和负电极104上的18mm圆形狭小面积内进行点焊，在生产上有相当难度。尤其如特斯拉电动车(Tesla Motors’Roadster)在其电池组中使用超过6,800个18650电池。要使所有的上万个焊接点每一个都牢固可靠，足以承受车辆所经历的振动和摇晃，以避免前述各式风险，在生产上实属重大挑战。

因此，产业上需要一种改良的电池芯以及一种将多个电池芯组接成组件的方法，以促进生产力，并帮助避免因内部或外部短路而造成组件失效。本发明则因应此种需求而提供可行的解决方案。

【发明内容】

因此，本发明之一目的，在于提供一种在负电极形成有一焊接区以供连接导电金属焊片的电池芯，其中该焊接区是从底端移位至电池芯的周侧面，使串联和并联结构易于完成。较佳地，该焊接区是经扩大以产生一较大的表面积以供点焊之用，例如，该焊接区被扩大成具有一较底端更大的表面积，从而增进串联或并联作业的生产效率，更进一步促进电池芯散热至周围环境。