Un sistema de batería, que comprende una primera y una segunda células unitarias (31a;

31b) que tiene, cada una de ellas, una bolsa (34) y terminales (32a; 33a; 33b; 32b) de ánodo y de cátodo, que están conectados a una superficie de la bolsa y están doblados opuestamente en direcciones hacia arriba y hacia abajo, en el que el terminal de cátodo de la segunda célula unitaria (31b) está directamente conectado al terminal de ánodo de la primera célula unitaria (31a), y caracterizado porque las partes (35) de conexión entre el terminal (32a, 33b) del ánodo y la bolsa (34) y entre el terminal (32b, 33a) del cátodo y la bolsa (34) están escalonadas

Estructura de células unitarias estratificadas para batería de litio de alta potencia.

Campo técnico

La presente invención está relacionada con una estructura de células unitarias estratificadas para una batería de polímero de litio de alta potencia.

Más en particular, la presente invención está relacionada con una estructura de células unitarias estratificadas para una batería de polímero de litio, en la cual los terminales de los electrodos están dispuestos sobre las superficies de las respectivas células unitarias para la batería de polímero de litio, y están estratificadas alternativamente, permitiendo así que las células unitarias se conecten en serie a través solamente de una operación de superposición, sin un dispositivo adicional de conexión.

Técnica anterior

Generalmente, una batería secundaria se puede recargar y descargar, a diferencia de una batería primaria. Las investigaciones de las baterías secundarias han sido llevadas a cabo para adaptar la batería secundaria a un campo de alta tecnología, tal como el de las cámaras digitales, teléfonos celulares, ordenadores portátiles o coches híbridos. Como ejemplos de baterías secundarias existen la batería de níquel-cadmio, la batería híbrida de níquel-metal, la batería de níquel-hidrógeno, la batería de níquel recargable y otras. Entre ellas, la batería recargable de litio tiene una tensión de funcionamiento de 3,6 V o mayor, y se utiliza como fuente de potencia para equipos electrónicos portátiles. Además, se conectan en serie varias baterías recargables de litio para uso en un coche híbrido. La tensión de funcionamiento de la batería de litio recargable es 3 veces más alta que la batería de níquel-cadmio o la batería híbrida de níquel-metal. Además, la batería recargable de litio tiene una alta densidad de energía por unidad de peso. Por estas razones, el uso de baterías recargables de litio se ha incrementado rápidamente.

La batería recargable de litio puede ser fabricada con diversas formas, por ejemplo con forma cilíndrica o con forma prismática, que se utiliza para una batería de litio-ión. Una batería de polímero de litio que ha recibido mucha atención recientemente se fabrica en forma de bolsa flexible, de manera que su forma puede ser cambiada de varias maneras. Además, la batería de polímero de litio es excelente en estabilidad y ligera de peso, de manera que es ventajosa para conseguir los delgados y ligeros equipos electrónicos portátiles.

Haciendo referencia a la figura 1, una batería convencional 10 de litio recargable del tipo de bolsa incluye una parte 11 de batería y un estuche 12. El estuche 12 proporciona un espacio 12a para acomodar en él la parte 11 de la batería.

La parte 11 de la batería está hecha disponiendo una placa anódica, un separador y una placa catódica secuencialmente y devanándolas en una dirección, o bien superponiendo una pluralidad de placas anódicas, separadores y placas catódicas. Cada placa de electrodo de la parte 11 de la batería está eléctricamente conectada a un terminal de ánodo o de cátodo 13 o 14.

Un extremo de cada uno de los terminales 13 y 14 de ánodo y cátodo emerge desde una superficie 12b de hermeticidad del estuche 12. Los extremos salientes de los terminales 13 y 14 de ánodo y cátodo están conectados a los terminales de una placa de circuito protector, que no está ilustrada en los dibujos.

Hay devanada una cinta 15 de hermeticidad alrededor de una junta de la superficie exterior de cada uno de los terminales 13 y 14 de ánodo y cátodo y de la superficie 12b de hermeticidad, para impedir un cortocircuito entre el estuche 12 y los terminales 13 y 14 de los electrodos.

El estuche 12 no tiene una estructura de forma cilíndrica o de bote prismático hecha de un material grueso de oro, sino que tiene una estructura de bolsa que tiene una lámina metálica en una capa intermedia y en las capas internas y externas unidas a superficies opuestas de la lámina metálica y hecha de una película aislante. En su lugar, el estuche en forma de bolsa tiene una excelente maleabilidad, de manera que puede ser doblado como se desee. Como se ha descrito anteriormente, el estuche 12 tiene el espacio 12a para acomodar en él la parte 11 de la batería, y la superficie 12b de hermeticidad está dispuesta sobre una superficie que está fundida térmicamente a lo largo del borde del espacio 12a.

La figura 2 es una vista ampliada tomada a lo largo de la línea I-I de la figura 1.

Haciendo referencia a los dibujos, el estuche 12 comprende una película compuesta que tiene una capa intermedia 12c y unas capas internas y externas 12d y 12e. La capa intermedia 12c está hecha de hoja metálica, por ejemplo de una hoja de aluminio. Las capas interna y externa 12d y 12e comprenden películas aislantes que están unidas a las superficies interna y externa de la capa intermedia 12c, para proteger la capa intermedia 12c.

La parte 11 de la batería, que tiene la placa 11a del ánodo, el separador 11c y la parte 11b del cátodo dispuestas secuencialmente, está alojada en el espacio 12a definido en el estuche 12. El terminal 13 del ánodo y el terminal 14 del cátodo se extienden desde la placa 11a del ánodo y desde la placa 11b del cátodo, como se ilustra en la figura 1. Los extremos de los terminales 13 y 14 de los electrodos están expuestos al exterior a través de la superficie 12b de hermeticidad del estuche 12. La cinta 15 de hermeticidad rodea la superficie exterior de cada uno de los terminales 13 y 14 de los electrodos en la superficie 12b de hermeticidad.

La parte 11 de la batería recargable 10 de litio del tipo de bolsa, construida como se ha descrito anteriormente, se obtiene a través del proceso siguiente. Primero, los terminales 13 y 14 del ánodo y del cátodo se conectan eléctricamente a las placas 11a y 11b del ánodo y del cátodo. A continuación, la placa 11a del ánodo, el separador 11c y la placa 11b del cátodo se disponen secuencialmente. En tal estado, se bobinan en una dirección, de manera que la parte 11 de la batería queda completada.

La parte 11 de la batería completada se monta en el estuche 12, que tiene el espacio 12a, a través de un proceso de estiramiento. Durante una operación de montaje, un extremo de cada uno de los terminales 13 y 14 de los electrodos, queda expuesto al exterior del estuche 12. En tal estado, se aplican un calor y una presión predeterminados a la superficie 12b de hermeticidad del estuche 12, de manera que se ejecuta una fusión térmica. Con eso, se completa la batería recargable 10 de litio del tipo de bolsa. La batería recargable 10 de litio en forma de bolsa ya completada, pasa a través de una serie de procesos de formación, incluyendo una operación de carga, una operación de envejecimiento, una operación de descarga, detectando con ello las baterías defectuosas, y estabilizando una estructura de la batería.

La técnica anterior que trata del método para estuchar la batería recargable de litio del tipo de bolsa, está divulgada en la publicación coreana divulgada con el núm. 2005-594. De acuerdo con el citado documento, la batería recargable de litio del tipo de bolsa aplica el mismo potencial positivo a una capa metálica del estuche y al terminal de ánodo, destruyendo así una capa interna del estuche. Debido a la destrucción de la capa interna, se origina un cortocircuito cuando el terminal del cátodo y la capa metálica del estuche entran en contacto mutuo, de manera que se detecta fácilmente una diferencia en la tensión de circuito abierto.

Por otra parte, cuando se requiere una batería de litio de alta potencia, por ejemplo en un coche híbrido, se superponen y conectan en serie varias decenas o cientos de baterías estuchadas, ilustradas en las figuras 1 y 2, para proporcionar una tensión alta.

Los sistemas de baterías convencionales están divulgados en los documentos WO 03/071616, JP 2006/19075, US 2004/119442 y US 6.255.015.

Como la batería de polímero de litio del tipo de bolsa comprende una bolsa frágil de aluminio, que se dobla o curva con facilidad, la bolsa debe estar protegida por un estuche fuerte para ser utilizada en periodos de tiempo largos. De acuerdo con la técnica anterior, con el fin de conectar las bolsas en serie, los terminales de ánodo y cátodo de cada bolsa se conectan a través de una PCB (placa de circuito impreso) que tiene el diseño de un circuito. Las bolsas conectadas se ponen después en el estuche.

Sin embargo,...

1. Un sistema de batería, que comprende una primera y una segunda células unitarias (31a; 31b) que tiene, cada una de ellas, una bolsa (34) y terminales (32a; 33a; 33b; 32b) de ánodo y de cátodo, que están conectados a una superficie de la bolsa y están doblados opuestamente en direcciones hacia arriba y hacia abajo, en el que el terminal de cátodo de la segunda célula unitaria (31b) está directamente conectado al terminal de ánodo de la primera célula unitaria (31a), y caracterizado porque las partes (35) de conexión entre el terminal (32a, 33b) del ánodo y la bolsa (34) y entre el terminal (32b, 33a) del cátodo y la bolsa (34) están escalonadas.

2. El sistema de batería de acuerdo con la reivindicación 1, en el que cada uno de los terminales (32a; 33a; 33b; 32b) de ánodo y de cátodo de la primera y segunda células unitarias (31a; 31b) está conectado a una superficie de la bolsa (34) en forma de estante.

3. El sistema de batería según la reivindicación 1 o 2, que comprende además al menos una célula unitaria que tiene la misma forma que la primera y segunda células unitarias (31a; 31b), superpuesta adicionalmente sobre la primera y segunda células unitarias (31a; 31b), y que tiene terminales de ánodo y de cátodo que están alternados y directamente conectados a los terminales (32a; 33a; 33b; 32b) de ánodo y de cátodo de la primera y segunda células unitarias (31a; 31b).