CN101540414A - 柱形二次电池 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种柱形二次电池，这种二次电池可提高压在上盖和安全排气件上的衬垫的压力。通过包括上盖并使上盖所形成的端子部分厚于上盖周边部分而提高衬垫的压力，所述柱形二次电池可防止电解液渗漏。通过使用以上结构的上盖，在上盖或安全排气件的边缘形成卷曲部分，以围绕安全排气件或上盖的端部。由此，在电池受到振动或外部撞击时，可降低内阻，并可防止组装错误。

Description

柱形二次电池
对相关申请的交叉引用
本申请基于2008年3月17日提交于韩国知识产权局(KIPO)的韩国专利申请10-2008-0024424并要求该申请的优先权，上述申请的公开内容在此通过引用并入本文。
技术领域
本发明的各方面涉及一种柱形二次电池，更具体地，涉及一种包括衬垫的改进了上盖和安全排气件的联接的柱形二次电池。
背景技术
通常，根据电池外壳的形状，二次电池可分为柱型、方型或袋型。
在柱形二次电池中，电极组件插入柱形罐中，然后将盖组件组装到柱形罐的上开口。盖组件电联接到电极组件，以将电流传送到外部装置。
盖组件通过降低罐的内压或通过阻断电流而改善电池的稳定性。内压可能由于电池的过充电或异常操作而升高，这可能引起爆炸。
盖组件包括上盖(阴极端子)和设置在上盖之下的安全排气件。安全排气件变形以阻断电流或者排放气体以释放升高的内压。下盖和副板依次设置在安全排气件之下并与电极组件的阴极连接。
作用于柱形电池的振动或外部撞击，可导致盖组件各部件之间接触表面电阻的不希望出现的增加。尤其是当安全排气件和上盖之间界面的接触电阻增加时，电池性能退化。
为了解决以上问题，可焊接安全排气件和上盖的接触表面，或者可使安全排气件弯曲以围绕上盖的外表面。然而，焊接使电池的组装过程变得复杂，且在未正确焊接时可产生缺陷。
此外，因为在高容量二次电池中上盖的厚度增加，所以难以使安全排气件弯曲以围绕上盖的外周表面。此外，在高容量二次电池中，由于上盖和安全排气件的堆叠部分的厚度较大，因此衬垫的压力降低。
发明内容
本发明的一个方面是提供一种柱形二次电池，这种二次电池通过提供厚度减小的上盖和安全排气件提高衬垫施加于盖组件外表面的压力，可防止电解液渗漏。
本发明的另一个方面是提供一种柱形二次电池，可防止上盖和安全排气件的内阻因振动或外部撞击而增加。
本发明的又一个方面是提供一种柱形二次电池，可通过精确地组装上盖和安全排气件而防止组装错误。
本发明的再一个方面是提供一种柱形二次电池，可通过方便的卷曲处理而组合上盖和安全排气件，从而改善组装的可加工性。
根据本发明的一个方面，提供一种柱形二次电池，这种二次电池包括：柱形罐；容纳在柱形罐中的电极组件；和盖组件，所述盖组件包括电联接到电极组件的安全排气件和设置在安全排气件上方的上盖。安全排气件在电池内压增加时可阻断电流并释放电池的内部气体。上盖的端子部分的厚度与上盖的周边部分的厚度不同。
根据本发明的各方面，上盖的周边部分可薄于上盖的端子部分。
根据本发明的各方面，上盖的端子部分可向外突出，且周边部分可以是平坦的并从端子部分向外延伸。
根据本发明的各方面，上盖可包括从周边部分的边缘延伸以围绕安全排气件的端部的卷曲部分。
根据本发明的各方面，卷曲部分的厚度(T)不大于上盖的端子部分的厚度(t1)和安全排气件的厚度(t3)之和。
根据本发明的各方面，上盖的端子部分的厚度(t1)可大于周边部分的厚度(t2)的两倍。
据本发明的各方面，安全排气件的厚度(t3)可与周边部分的厚度(t2)相等。
根据本发明的各方面，上盖的端子部分的厚度(t1)可大于0.6mm，安全排气件的厚度(t3)可为0.3mm。
根据本发明的各方面，上盖的周边部分的径向厚度(r2)可为上盖的径向厚度(r1)的10％～40％。
根据本发明的各方面，上盖的卷曲部分的径向厚度(r3)可小于周边部分的径向厚度(r2)。
根据本发明的各方面，安全排气件可包括从安全排气件边缘延伸以围绕上盖的端部的卷曲部分。
根据本发明的各方面，厚度(T′)不大于上盖的端子部分的厚度(t1′)和安全排气件的厚度(t3′)之和，其中厚度(T′)为安全排气件的卷曲部分围绕上盖端部的部分的厚度。
根据本发明的各方面，上盖的端子部分的厚度(t1′)可大于上盖的周边部分的厚度(t2′)的两倍。
据本发明的各方面，安全排气件的厚度(t3′)可与上盖的周边部分的厚度(t2′)相等。
根据本发明的各方面，上盖的端子部分的厚度(t1′)可大于0.6mm，安全排气件的厚度(t3′)可为0.3mm。
根据本发明的各方面，上盖的周边部分的径向厚度(r2)可为上盖的径向厚度(r1)的10％～40％。
根据本发明的各方面，安全排气件的卷曲部分的径向厚度(r3′)可小于周边部分的径向厚度(r2)。
本发明的其它方面和/或优点将部分地在以下描述中阐述，且部分内容根据这些描述将是显而易见的，或者可通过实施本发明而获悉。
附图说明
根据以下结合附图对示例性实施方式的描述，本发明的这些和/或其它方面和优点将变得显而易见和更易于理解，其中：
图1是图示说明根据本发明一个示例性实施方式的柱形二次电池的竖直截面图；
图2是图示说明图1中的盖组件的放大截面图；
图3是图示说明图2中的部位“III”的放大图；
图4是图示说明所述柱形二次电池的上盖的平面图；
图5是图示说明根据本发明另一示例性实施方式的柱形二次电池的盖组件的截面图；和
图6是图示说明图5中的部位“VI”的放大图。
具体实施方式
现将详细参照本发明的示例性实施方式，本发明的各实施例将在附图中例示，其中相同的附图标记在全文中指代相同的元件。为了说明本发明的各方面，以下参照附图对示例性实施方式进行描述。
图1是图示说明根据本发明一个示例性实施方式的柱形二次电池100的竖直截面图，图2是图示说明图1中的盖组件的放大截面图。图3是图示说明图2中的部位“III”的放大图，图4是图示说明柱形二次电池100的上盖的平面图。
参见图1至图4，二次电池100包括电极组件110、用于容纳电极组件110的柱形罐120、与柱形罐120的上开口组合的盖组件130、以及设置在柱形罐120的上开口的内周上的衬垫140。
盖组件130的上盖131的中央部分和周边部分具有不同的厚度。换句话说，上盖131的周边部分薄于端子部分。
电极组件110通过将阴极板111、阳极板112和隔板113卷绕为胶卷(jellyroll)形状而形成。阴极板111包括涂布在阴极集电体上的阴极活性材料层，阳极板112包括涂布在阳极集电体上的阳极活性材料层。隔板113介于阴极板111和阳极板112之间以使它们彼此电绝缘。在电极组件110的上部，阴极接头片114连接到盖组件130，在电极组件110的下部，阳极接头片115连接到柱形罐120的底表面。
阴极板111的阴极集电体由导电金属制成，以收集来自阴极活性材料层的电子并将电子传送到外部电路。阴极活性材料层通过混合阴极活性材料、导电材料和粘合剂、并将混合物涂布在阴极集电体上来形成。在阴极板两端形成阴极未涂覆部分，在此处未涂布阴极活性材料层。阴极接头片114被焊接到阴极未涂覆部分之一。
阳极板112的阳极集电体由导电金属制成，以收集来自阳极活性材料层的电子并将电子传送到外部电路。阳极活性材料层通过混合阳极活性材料、导电材料和粘合剂、并将混合物涂布在阳极集电体上来形成。在阳极板两端形成阳极未涂覆部分，在此处未涂布阳极活性材料层。阳极接头片115被焊接到阳极未涂覆部分之一。
隔板113介于阴极板111和阳极板112之间，且可延伸至环绕电极组件110的外周表面。隔板113防止阴极板111与阳极板112之间的短路。隔板113由使锂离子能够通过的多孔聚合物制成。
柱形罐120包括：用于形成空间以接纳电极组件110的侧板121和密封侧板121下部的下板122。柱形罐120通常由诸如铝或铝合金之类轻质导电金属制成，且通常由深冲压法形成。在将电极组件110插入之后，柱形罐120的上开口被密封。此外，在柱形罐120的上部形成滚边部分123以紧固电极组件110。在柱形罐120的最上部形成卷边部分124以固定盖组件130。
盖组件130包括上盖131、安全排气件132、下盖134、绝缘体133和副板135。上盖131电联接到电极组件110，并将电极组件110内产生的电流传送到外部装置。安全排气件132接触上盖131的下表面，且在柱形罐120内产生异常内压时阻断电流并释放内部气体。在安全排气件132的下方提供下盖134以密封柱形罐120。绝缘体133介于安全排气件132与下盖134之间。副板135固定到下盖134的下表面，阴极接头片114附接到副板135。
上盖131可为圆板。上盖131包括：电联接到外部装置并从上盖131的中心突出的端子部分131A；从端子部分131A沿径向延伸的周边部分131B；以及从周边部分131B弯曲并延伸围绕安全排气件132的边缘的卷曲部分131C。在端子部分131A的外边缘上形成若干气体释放孔137，以释放在柱形罐120内产生的气体。
上盖131的周边部分131B的厚度(t2)小于端子部分131A的厚度(t1)。端子部分131A的厚度(t1)可至少为周边部分131B的厚度(t2)的两倍(t1≥2t2)。
安全排气件132可为对应上盖131的圆板。安全排气件132包括伸向电极组件110的端子部分132A。安全排气件132的厚度(t3)与上盖131的周边部分131B的厚度(t2)大致相等(t2＝t3)。组合上盖131和安全排气件132，然后组合盖组件130的其它部件。
卷曲部分131C的厚度(T)等于周边部分131B的厚度(t2)的两倍与安全排气件132的厚度(t3)之和(T＝2t2+t3)。换句话说，厚度(T)不大于上盖131的端子部分131A的厚度(t1)和安全排气件132的厚度(t3)之和(T≤t1+t3)。
一旦被组合，则上盖131和安全排气件132被密封在柱形罐120上开口处的衬垫140内，并通过使衬垫140压靠上盖131的卷曲部分131C进行组装。绝缘体133介于安全排气件132和下盖134之间。绝缘体133使安全排气件132与下盖134绝缘。
下盖134可为圆板。在下盖134的中央形成通孔134A。安全排气件132的端子部分132A穿过通孔134A。在下盖134的一侧形成气体释放孔134B。当内压过高时，气体通过气体释放孔134B经端子部分132A而释放。
副板135焊接到安全排气件132的端子部分132A，以使阴极接头片114电联接到安全排气件132。在上盖131和安全排气件132之间可进一步提供PTC(正温度系数)器件，作为辅助保护器件。
通常，在高容量柱形二次电池内，上盖的厚度大于0.6mm，以承受振动安全测试。因此，在柱形二次电池100内，例如，上盖131的端子部分131A的厚度(t1)为0.6mm，上盖131的周边部分131B的厚度(t2)为0.3mm。
上盖131的周边部分131B被弯曲以形成卷曲部分131C。周边部分131B的厚度(t2)为0.3mm。安全排气件132的厚度(t3)为0.3mm。因此，卷曲部分的厚度(T)为0.9mm(周边部分131B的厚度的两倍加上安全排气件132的厚度)。相比之下，在常规二次电池中，上盖(0.6mm)和安全排气件(0.3mm)的组合厚度也为0.9mm。因此，衬垫140施加于上盖131和安全排气件132的外周表面上的压力没有降低。
当上盖131的周边部分131B的厚度(t2)与常规技术相比并不减少、且卷曲部分131C围绕安全排气件132卷曲时，因为卷曲部分131C的厚度为0.6mm的两倍且安全排气件的厚度为0.3mm，所以卷曲部分131C的厚度(T)变为1.5mm。因此，衬垫施加于卷曲部分131C的压力降低。
上盖131的周边部分131B的径向厚度(r2)大致为整个上盖131的径向厚度(r1)的10％～40％。当周边部分131B的径向厚度(r2)小于上盖131的径向厚度(r1)的10％时，难以确保卷曲部分131C的厚度(T)。当上盖131的周边部分131B的径向厚度(r2)大于上盖131的径向厚度(r1)的40％时，上盖131的强度可能不足以通过振动安全测试。
卷曲部分131C的径向厚度(r3)小于周边部分131B的径向厚度(r2)。卷曲部分131C具有的长度应足以围绕安全排气件132的端部并防止电解液渗漏。
通过将电极组件110插入柱形罐120、注入电解液、并利用盖组件130密封柱形罐120的上开口来组装二次电池100。在将盖组件放入罐120之前组装上盖131和安全排气件132。在组装过程中，通过卷曲处理使卷曲部分131C围绕安全排气件132的边缘卷曲。
卷曲处理包括弯曲板材料。通过卷曲处理，安全排气件132的端部被上盖131的周边边缘(卷曲部分131C)围绕，使得卷曲部分131C压靠安全排气件132的外边缘。
组装后的上盖131和安全排气件132被定位于下盖134上，绝缘体133介于上盖131与安全排气件132之间。安全排气件132的端子部分132A被设置以延伸穿过通孔134A。副板135焊接到安全排气件132的端子部分132A。如前所述，因为上盖131和安全排气件132被预先组合并然后被定位于下盖134上，所以上盖131和安全排气件132总是被精确定位。这样，能够防止组装错误。
在将电极组件110插入柱形罐120并将电解液注入之后，在柱形罐120的上部形成滚边部分123以防止电极组件110活动。在将衬垫140插入柱形罐120并使盖组件130就位在衬垫140上之后，柱形罐120的上端被卷边。
在卷边过程中，卷曲部分131C的厚度(T)为0.9mm。因此，衬垫140以预定压力压靠上盖131的外周表面。
图5是图示说明根据本发明另一示例性实施方式的柱形二次电池200的盖组件230的截面图，图6是图示说明图5中的部位“VI”的放大图。参见图5和图6，二次电池200包括电极组件110、用于容纳电极组件110的柱形罐120、和与柱形罐120的上开口组合的盖组件230。盖组件230包括上盖231和安全排气件232。上盖231被电联接到电极组件110，并将在电极组件110中产生的电流传送到外部装置。在柱形罐120中产生异常内压时，安全排气件232阻断电流并释放内部气体。
上盖231的周边部分231B的厚度(t2′)小于上盖231的端子部分231A的厚度(t1′)。此外，安全排气件232的边缘被弯曲以形成卷曲部分232A，而且卷曲部分232A围绕上盖231的周边部分231B的边缘。
电极组件110、柱形罐120和盖组件130的其它元件类似于前述元件。因此，省略对它们的详细说明。
上盖231的端子部分231A的厚度(t1′)为0.6mm，上盖231的周边部分231B的厚度(t2′)为0.3mm。安全排气件232的厚度为0.3mm，上盖231的周边部分231B的厚度(t2′)为0.3mm。
因此，卷曲部分232A的厚度(T′)为0.9mm。卷曲部分232A的厚度(T′)为周边部分231B的厚度加上安全排气件232的厚度的两倍。换句话说，厚度(T′)不超过上盖的端子部分231A的厚度(t1′)和安全排气件232的厚度(t3′)之和。
厚度(T′)与常规高容量二次电池中上盖和安全排气件的总厚度(0.9mm)相等。因此，衬垫施加于安全排气件的外边缘的压力并不降低。
当上盖的周边部分的厚度与常规技术相比并不减少时，如果安全排气件围绕上盖弯曲，则由于上盖厚度为0.6mm且安全排气件厚度为0.3mm，因而总厚度变为1.2mm。因此，衬垫140的压力降低。
上盖231的周边部分231B的径向厚度(r2)为整个上盖231的径向厚度(r1)的10％～40％。当周边部分231B的径向厚度(r2)小于整个上盖231的径向厚度(r1)的10％时，在卷曲部分232A围绕周边部分231B的边缘之后，难以确保被衬垫140挤压的部分的厚度(r3′)。此外，当上盖231的周边部分231B的径向厚度(r2)大于整个上盖231的径向厚度(r1)的40％时，上盖231的强度可能不足以通过振动安全测试。
安全排气件232的卷曲部分232A的径向厚度(r3′)大致小于上盖231的周边部分231B的径向厚度(r2)。卷曲部分232A的径向厚度(r3′)的长度大致足以使卷曲部分232A围绕周边部分231B的端部，从而防止电解液渗漏。
二次电池200的组装过程基本上与前述相同，不同之处在于，在组装盖组件230时进行卷曲处理，使得安全排气件232围绕上盖231的端部。如前所述，首先使上盖231和安全排气件232彼此形成为一体，然后将安全排气件232组装在下盖134上方。由此，总是精确布置安全排气件232，并能够防止组装错误。
厚度(T′)不超过端子部分231A的厚度(t1′)和安全排气件232的厚度(t3′)之和。因此，衬垫140以预定压力压靠安全排气件232的外周表面。
如上所述，根据本发明各方面的柱形二次电池可产生以下效果。第一，盖组件的上盖在除了能够保持强度的区域以外较薄。当上盖围绕安全排气件的端部、或者安全排气件围绕上盖的端部时，上盖和安全排气件的厚度之和不超出预定厚度。因此，衬垫压靠上盖和安全排气件的压力并不降低。由此，可防止盖组件和衬垫之间的电解液渗漏。此外，被叠置的上盖和安全排气件的厚度减小，能够容易地进行卷曲处理。
第二，盖组件的上盖和安全排气件彼此组合，使得一部分围绕另一部分的端部。由此，通过防止因振动或外部撞击造成的内阻增加，可改善电池性能。第三，上盖和安全排气件被预组装。由此，通过在准确位置组装部件而能够获得稳定的电池性能。
虽然已显示和描述了本发明的若干实施方式，但本领域技术人员应理解，在不背离本发明的原理和精神的情况下，可以在这些实施方式中进行改变，本发明的范围由权利要求书及其等同方式限定。

Claims (19)

1、一种柱形二次电池，包括：
柱形罐；
容纳在所述柱形罐中的电极组件；和
盖组件，所述盖组件包括：电联接到所述电极组件的安全排气件，和布置在所述安全排气件上的上盖，其中，
所述上盖包括端子部分和周边部分，当所述二次电池的内压增加时，所述安全排气件阻断电流并释放所述二次电池中的气体，而且
所述上盖的端子部分的厚度不同于所述周边部分的厚度。
2、如权利要求1所述的柱形二次电池，其中所述上盖的周边部分比所述端子部分薄。
3、如权利要求2所述的柱形二次电池，其中所述上盖的端子部分从所述电极组件突出，而且所述周边部分从所述端子部分伸出。
4、如权利要求2所述的柱形二次电池，其中所述上盖的周边部分围绕所述安全排气件的边缘弯曲以形成卷曲部分。
5、如权利要求4所述的柱形二次电池，其中所述卷曲部分的厚度不大于所述端子部分的厚度与所述安全排气件的厚度之和。
6、如权利要求5所述的柱形二次电池，其中所述端子部分的厚度至少为所述周边部分的厚度的两倍。
7、如权利要求5所述的柱形二次电池，其中所述安全排气件的厚度与所述周边部分的厚度相等。
8、如权利要求5所述的柱形二次电池，其中所述端子部分的厚度为0.6mm。
9、如权利要求5所述的柱形二次电池，其中所述安全排气件的厚度为0.3mm。
10、如权利要求4所述的柱形二次电池，其中所述周边部分的径向厚度在所述上盖的径向厚度的10％～40％的范围内。
11、如权利要求10所述的柱形二次电池，其中所述卷曲部分的径向厚度小于所述周边部分的径向厚度。
12、如权利要求2所述的柱形二次电池，其中所述安全排气件包括围绕所述上盖的端部延伸的卷曲部分。
13、如权利要求12所述的柱形二次电池，其中所述卷曲部分的厚度不大于所述端子部分的厚度与所述安全排气件的厚度之和。
14、如权利要求13所述的柱形二次电池，其中所述端子部分的厚度至少为所述周边部分的厚度的两倍。
15、如权利要求13所述的柱形二次电池，其中所述安全排气件的厚度(t3′)与所述周边部分的厚度相等。
16、如权利要求13所述的柱形二次电池，其中所述端子部分的厚度(t1′)为0.6mm。
17、如权利要求13所述的柱形二次电池，其中所述安全排气件的厚度为0.3mm。
18、如权利要求12所述的柱形二次电池，其中所述周边部分的径向厚度在所述上盖的径向厚度的10％～40％的范围内。
19、如权利要求18所述的柱形二次电池，其中所述卷曲部分的径向厚度小于所述周边部分的径向厚度。
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