CN101924239B

CN101924239B - 二次电池

Info

Publication number: CN101924239B
Application number: CN201010183302.9A
Authority: CN
Inventors: 孟寿莲
Original assignee: Samsung SDI Co Ltd
Current assignee: Samsung SDI Co Ltd
Priority date: 2009-06-16
Filing date: 2010-05-26
Publication date: 2014-02-12
Anticipated expiration: 2030-05-26
Also published as: CN101924239A; JP2011003527A; JP5398558B2; EP2264811A1; KR100988694B1; US20100316905A1; ATE557438T1; EP2264811B1; US8758930B2

Abstract

本发明提供了一种二次电池，该二次电池包括：电极组件，具有顶部和底部；壳体，容纳电极组件并包括底板，其中电极组件的底部靠近底板；盖组件，耦接到壳体；以及短路诱导板，在电极组件与壳体之间，该短路诱导板适于在壳体被压缩时破裂从而引起电极组件的短路。

Description

二次电池

技术领域

本发明涉及二次电池。

背景技术

通常，与不能再充电的一次电池不同，二次电池能够多次放电和充电。二次电池广泛地应用于高科技电子装置，诸如便携式电话、膝上型电脑、可携式摄像机等。特别地，日益流行采用锂二次电池作为电子装置的电源，该锂二次电池具有每单位重量的高能量密度以及3.6V的驱动电压(其为镍镉电池和镍氢电池的三倍)。

在锂二次电池中，锂基氧化物用作第一电极活性材料，碳材料用作第二电极活性材料。锂二次电池制造为具有不同形状，诸如圆柱形、棱柱形和袋形。

通常，锂二次电池包括电极组件、容纳电极组件的罐(can)以及与罐耦接的盖组件(cap assembly)。锂二次电池由于外部压力或振动引起的起火或爆炸会表现出安全方面的危险。因此，正在不断地开发具有改进的安全结构的锂二次电池。

发明内容

本发明的方面提供一种二次电池，该二次电池的安全性通过响应外部压力和振动引起电极板之间的短路以旁路(bypass)电流而改善。

根据本发明的实施例，提供了一种二次电池，该二次电池包括：电极组件，具有顶部和底部；壳体，容纳电极组件且包括底板，其中电极组件的底部靠近该底板；盖组件，耦接到壳体；以及短路诱导板(short induction plate)，在电极组件与壳体之间，短路诱导板适于在壳体被压缩时破裂从而引起电极组件的短路。

在一个实施例中，短路诱导板接触电极组件的底部和壳体的底板。此外，短路诱导板可以由绝缘材料诸如陶瓷、玻璃或压克力(acryl)制成，并可以适于在至少13kN的力施加到二次电池时破裂。在一个实施例中，短路诱导板的厚度在约0.2mm至约2mm之间。

在一个实施例中，电极组件包括：第一电极板，包括在第一电极收集器上的第一电极活性材料；第二电极板，包括在第二电极收集器上的第二电极活性材料；以及隔板，在第一电极板和第二电极板之间，其中二次电池适于在短路诱导板破裂时在第一电极收集器与第二电极收集器之间产生短路。

在另一实施例中，短路诱导板包括在其表面上的多个引导槽(guidegroove)。此外，多个引导槽的每个可以基本上垂直于短路诱导板的纵向方向。在一个实施例中，多个引导槽的每个的深度在短路诱导板的厚度的约1/10至约2/3之间。

在一个实施例中，多个引导槽包括：第一引导槽，在短路诱导板的第一表面上；以及第二引导槽，在短路诱导板的第二表面上，其中第一引导槽和第二引导槽沿短路诱导板的纵向方向交替设置。

在另一实施例中，二次电池还可以包括电极组件与盖组件之间的绝缘壳，该绝缘壳可以包括绝缘材料并可以具有在约1.5mm至约2.5mm之间的厚度。

在另一实施例中，绝缘壳包括：第一区，适于在壳体被压缩时破裂从而引起电极组件的短路；以及第二区，连接到第一区的外围，其中第一区和第二区包括不同的绝缘材料。

在一个实施例中，第一区适于在至少13kN的力施加到二次电池时破裂，并且第一区可以由陶瓷、玻璃或压克力制成。

在一个实施例中，绝缘壳包括在第一区的第一表面上的多个引导槽。多个引导槽的每个可以基本上垂直于第一区的纵向方向，引导槽的深度可以在第一区的厚度的约1/10至约2/3之间。

附图说明

从以下结合附图的详细描述，本发明的特征将变得更加明显，附图中：

图1是示出根据本发明实施例的二次电池的分解透视图；

图2是示出图1的二次电池的装配的截面图；

图3和图4是分别示出根据本发明另一实施例的二次电池的短路诱导板的顶部和底部的透视图；

图5是示出图3和图4的短路诱导板的截面图；

图6是示出当图5的短路诱导板被外部压力压缩时该短路诱导板破裂的截面图；

图7是示出根据本发明另一实施例的二次电池的绝缘壳的透视图；

图8是图7的绝缘壳沿线A-A剖取的截面图；以及

图9是根据本发明另一实施例的二次电池的绝缘壳的截面图。

具体实施方式

在下文，将参照附图更详细地描述本发明的实施例。

图1是示出根据本发明实施例的二次电池的分解透视图。图2是示出图1的二次电池的组装的截面图。

参照图1和图2，根据本发明实施例的二次电池100包括：电极组件10；壳体20，容纳电极组件10和电解液(未示出)；盖组件30，密封壳体20的顶开口；以及绝缘壳40，插设在电极组件10与盖组件30之间。根据本发明的二次电池100还包括插设在电极组件10与壳体20的底部之间的短路诱导板50。

电极组件10通过卷绕或交叠第一电极板11、隔板13和第二电极板12的叠层(也就是，分层的结构)而形成，第一电极板11、隔板13和第二电极板12为薄的板或膜。电极组件10包括电极接头(electrode tab)，具体地，第一电极接头14和第二电极接头15。

第一电极板11可以包括由铝箔制成的第一电极收集器(electrodecollector)以及形成在第一电极收集器上的第一电极活性材料。钴酸锂可以用作第一电极活性材料。

第二电极板12可以包括由铜箔制成的第二电极收集器以及形成在第二电极收集器上的第二电极活性材料。碳可以用作第二电极活性材料。

第一电极板11可以用作正电极，第二电极板12可以用作负电极。第一电极板11可以具有不同于第二电极板12的极性。

隔板13可以由聚乙烯、聚丙烯或聚乙烯和聚丙烯的共聚物制成。此外，如果隔板13的宽度大于第一电极板11的宽度和第二电极板12的宽度，这种结构可以有效防止电极板之间的短路。

第一电极接头14和第二电极接头15分别从第一电极板11和第二电极板12延伸。绝缘带16缠绕在从电极组件10延伸的第一电极板14和第二电极板15的边界周围以防止电极之间的短路。

在一个实施例中，壳体20是金属罐并可以通过深冲压形成。更具体地，壳体20可以由导电轻金属诸如铝或铝合金制成，并且该壳体可以用作电极。在本发明的一个实施例中，壳体20用作正电极。壳体20容纳电极组件10和电解液。电极组件10通过壳体20的顶开口插入，壳体20的顶开口用盖组件30密封。

盖组件30可以包括盖板31、塞子34、安全排气孔35和电极端子36。

盖板31可以由尺寸和形状大体对应于壳体20的顶开口的尺寸和形状的金属板制成。盖板31通过例如焊接而与壳体耦接，以用作与壳体20相同的电极，也就是正电极。端子通孔32可以形成在盖板31的中央。电解液注入孔33可以形成在盖板31的一端附近。

提供塞子34以在电解液通过电解液注入孔33注入到壳体20中之后密封电解液注入孔33。塞子34由铝或含铝金属制成的球形材料形成。塞子34被机械压入配合到电解液注入孔33以与电解液注入孔33耦接。

安全排气孔35可以形成在盖板31的远离电解液注入孔33的另一端附近，从而当壳体20的内部压力由于过充电而增大时通过释放内部气体来确保电池的安全。由于安全排气孔35比盖板31的其它部分薄，所以当内部压力增大时安全排气孔在盖板的其它部分之前破裂以排出内部气体。

电极端子36通过端子通孔32穿过盖板31。管形垫圈37安装在电极端子36的外表面上以使电极端子36与盖板31绝缘。绝缘板38安装在盖板31的底部上，端子板39安装在绝缘板38的底部上。电极端子36的底部电连接到端子板39。电极端子36通过电极组件10的第二电极接头15电连接到电极组件10的第二电极板12。此外，电极组件10的第一电极板11通过第一电极接头14电连接到盖板31。

绝缘壳40可以由绝缘材料制成，例如从聚丙烯(PP)、聚苯硫醚(PPS)、聚醚砜(PES)和改性聚苯醚(PPO)或其组合中选出的一种。绝缘壳40防止电极组件10和盖组件30之间的电短路，并支撑和固定第一电极接头14和第二电极接头15。这里，绝缘壳40的厚度可以在约1.5mm至约2.5mm之间。这是因为当绝缘壳40的厚度小于1.5mm时绝缘壳40的强度会恶化，当绝缘壳40的厚度大于2.5mm时形成绝缘壳40的绝缘材料的量过度增多。

具体地，绝缘壳40可以包括主体41、支撑壁42、电极接头出口43和44以及电解液入口45。

主体41由尺寸和形状适于插入壳体20中的板制成。

支撑壁42从主体41的边缘沿向上的方向突出预设高度。支撑壁42稳定地支撑主体41并在绝缘壳40容纳在壳体20中时提高绝缘壳40与壳体20的内壁之间的粘附力以防止绝缘壳40移动。此外，支撑壁42提高绝缘壳40的强度以防止当物理振动施加到二次电池100时主体41变形。支撑壁42可以与主体41成为一体。

电极接头出口43和44形成在主体41中以提供通道，第一电极接头14和第二电极接头15可以通过该通道穿过主体41突出。

电解液入口45形成在主体41中以提供通道，电解液经由主体41通过该通道引入到电极组件10中。

短路诱导板50具有使短路诱导板50能插入到壳体20的内部底板上的尺寸，并设置为接触电极组件10的底部和壳体20的内部底板。当临界或预设压力或振动施加到二次电池100时(即，当壳体20被压缩时)，短路诱导板50断开或破裂，从而损坏位于电极组件10的底部上的隔板并导致第一电极板11的第一电极收集器和第二电极板12的第二电极收集器之间的短路(例如，微小短路(minute short))。这样，短路诱导板50可以通过由电极收集器之间的短路形成的金属间的电流通道(current pass channel)而使电流旁路。因此，响应于施加到二次电池100的预设外部压力或振动，在第一电极板11和第二电极板12之间产生短路，并且电流流动。结果，短路诱导板50可以最小化或减少热的产生，从而防止起火或爆炸。

为此目的，短路诱导板50可以由绝缘材料制成，施加到二次电池100的预设外部压力或振动可以使该绝缘材料破裂。短路诱导板50由绝缘材料制成以防止用作第一电极的壳体20与电极组件10的第二电极板12之间的电短路。如果短路诱导板50由金属制成，短路诱导板10会在用作第一电极(例如，正电极)的壳体20中用作第一电极收集器(例如，正电极收集器)。因此，当预设的外部压力或振动使短路诱导板50破裂时，短路诱导板50接触第二电极板12的第二电极活性材料(例如，负电极活性材料)从而产生大的火花，从实验结果知道该火花会产生火灾或爆炸。进行压缩测试作为二次电池的安全测试。压缩测试是通过在垂直于纵向方向并垂直于二次电池的窄侧表面的方向上压缩二次电池来研究在二次电池中是否发生起火的方法，其中纵向方向是平行于电极端子从二次电池突出的方向的方向。在压缩测试中，13kN的力是所用的标准压缩力。因此，短路诱导板50可以由适于在至少13kN的力(即，标准压缩力)施加到二次电池时破裂的绝缘材料制成。例如，短路诱导板50可以由玻璃、陶瓷或压克力制成。

此外，短路诱导板50的厚度可以在约0.2mm至约2mm之间。当短路诱导板50的厚度小于0.2mm时，短路诱导板50会在不希望的小压力下太容易破裂。当短路诱导板50的厚度大于2mm时，短路诱导板50会在壳体20中占据不希望的大空间。

如上所述，根据本发明一个实施例的二次电池100包括由绝缘材料制成的短路诱导板50，预设的外部压力或振动可以使该绝缘材料破裂。因此，当施加预设外部压力或振动时，会导致第一电极板11的第一电极收集器与第二电极板12的第二电极收集器之间的短路，并且电流可以被由电极收集器之间的短路形成的金属间的电流通道旁路。因此，在根据本发明一个实施例的二次电池100中，由于预设外部压力或振动导致第一电极板11和第二电极板12之间发生短路并且电流流动，使得可以最小化或减小热量的产生，从而防止起火或爆炸。因此，可以改善根据本发明上述实施例的二次电池100的安全性。

接着，将描述根据本发明另一实施例的二次电池。

图3和图4是分别示出根据本发明另一实施例的二次电池的短路诱导板的顶部和底部的透视图。图5是示出图3和图4的短路诱导板的截面图。图6是示出当图5的短路诱导板被外部压力压缩时该短路诱导板破裂的截面图。

根据本实施例的二次电池包括与图1和图2所示的二次电池100基本相同的元件且执行与图1和图2所示的二次电池100基本相同的功能，除了引导槽151和152形成在短路诱导板150中之外。因此，在本实施例中，将省略对相同元件的描述，仅描述短路诱导板150。

参照图3至图5，短路诱导板150可以由与图1和图2所示的短路诱导板50相同的材料制成，并执行与图1和图2所示的短路诱导板50相同的功能。短路诱导板150包括形成在短路诱导板150的表面上的引导槽151和152。

引导槽151和152可以形成在垂直于短路诱导板150的纵向方向的方向上。引导槽151和152用作短路诱导板150的可破裂或易碎部分，可以使短路诱导板150更易于被施加到二次电池的预设外部压力或振动弄破裂。引导槽151和152的深度可以在短路诱导板150的厚度的约1/10至约2/3之间。当引导槽151和152的深度小于短路诱导板150的厚度的1/10时，用作短路诱导板150的易碎部分的效果小。当引导槽151和152的深度大于短路诱导板150的厚度的2/3时，不希望的小压力使短路诱导板150破裂。

引导槽151和152可以分为形成在短路诱导板150的顶表面150a上的第一引导槽151和形成在短路诱导板150的底表面上的第二引导槽152。

第一引导槽151和第二引导槽152可以在短路诱导板150的纵向方向上交替设置。因此，当预设外部压力或振动施加到二次电池时，也就是当力F施加到图5的短路诱导板150的侧部时，如图6所示，短路诱导板150的碎片(piece)以预设形状朝电极组件10的方向(即，电极组件的底部)突出，使得电极组件(图1中的10)的底部被集中地破坏。

如上所述，根据本发明此实施例的二次电池包括具有引导槽151和152的短路诱导板150，使得当施加预设外部压力或振动时短路诱导板150可以在引导槽151和152处容易地破裂。因此，在根据本发明此实施例的二次电池中，当施加预设外部压力和振动时，有效地引起电极组件(图1中的10)的第一电极板11的第一电极收集器与第二电极板12的第二电极收集器之间的短路，从而通过金属间的电流通道使电流旁路。

接着，将描述根据本发明另一实施例的二次电池。

图7是示出根据本发明另一实施例的二次电池的绝缘壳的透视图。图8是图7的绝缘壳沿线A-A剖取的截面图。

根据此实施例的二次电池包括与图1和图2所示的二次电池100基本相同的元件并执行与图1和图2所示的二次电池100基本相同的功能，除了绝缘壳240包括根据形成区域的材料而划分的第一区240a和第二区240b之外。因此，在本发明的此实施例中，将省略对相同元件的描述，仅描述绝缘壳240。

参照图7和图8，绝缘壳240具有与图1所示的绝缘壳40相同的形状。绝缘壳240被划分为由不同绝缘材料制成的第一区240a和第二区240b。

第一区240a可以由与图1和图2所示的短路诱导板50相同的绝缘材料形成。因此，当预设外部压力或振动施加到二次电池时，第一区240a破裂，从而破坏位于电极组件(图1中的10)上的隔板并导致第一电极板(图1中的11)的第一电极收集器与第二电极板(图1中的12)的第二电极收集器之间的短路。因此，第一区240a可以使电流通过金属间的电流通道旁路。因而，由施加到二次电池的预设外部压力或振动在电极组件(图1中的10)的第一电极板11与第二电极板12之间产生短路且电流流动。结果，第一区240a最小化或减少热量的产生，从而防止起火或爆炸。

第二区240b连接到第一区240a的外围，并可以由用于形成图1的绝缘壳40的绝缘材料形成。

如上所述，根据本实施例的二次电池包括短路诱导板(图1的50或图3的150)和由绝缘材料形成的绝缘壳240，预设外部压力或振动可以使该短路诱导板和绝缘壳240部分地破裂，使得隔板的位于剩余的电极组件(图1的10)的上方和下方的部分被绝缘壳240和短路诱导板(50或150)破坏，有效地导致第一电极板11的第一收集器与第二电极板12的第二收集器之间的短路。因此，在根据本发明此实施例的第二电池中，电流通过金属间的电流通道旁路。

接着，将描述根据本发明另一实施例的二次电池。

图9是示出根据本发明另一实施例的二次电池的绝缘壳的截面图。

根据此实施例的二次电池包括与图1和图2所示的二次电池100基本相同的元件并执行与图1和图2所示的二次电池100基本相同的功能，除了绝缘壳340包括根据形成区域的材料来划分的第一区240a和第二区240b以及引导槽346之外。因此，在此实施例中，将省略对相同元件的描述，仅描述绝缘壳340。

参照图9，绝缘壳340具有与图1所示的绝缘壳40相同的形状。绝缘壳340被划分为具有不同绝缘材料的第一区240a和第二区240b，类似于图7和图8所示的绝缘壳240。绝缘壳340还包括与以上参照图7和图8所示的绝缘壳240描述的引导槽152相似的引导槽346。

引导槽346可以在垂直于第一区240a的纵向方向的方向上形成在第一区240a的底表面上。引导槽346用作第一区240a的易碎部分，并可以在预设外部压力或振动施加到二次电池时使第一区240a易于破裂。引导槽346形成在第一区240a的底表面上，使得第一区240a破裂时产生的第一区240a的碎片向电极组件(图1的10)的方向突出(也就是，向电极组件10的顶部突出)。引导槽346的深度可以在第一区240a的厚度的约1/10至约2/3之间。当引导槽346的深度小于第一区240a的厚度的1/10时，作为第一区240a的易碎部分的作用会很小。当引导槽346的深度大于第一区240a的厚度的2/3时，不希望的小压力会使第一区240a破裂。

如上所述，根据本发明另一实施例的二次电池包括绝缘壳340和短路诱导板(图1的50或图3的150)，绝缘壳340由绝缘材料制成且具有引导槽346，预设外部压力或振动可以使该绝缘材料部分破裂。因此，电极组件(图1的10)的隔板的顶部和底部可以被当施加预设外部压力或振动时易于破裂的绝缘壳340和短路诱导板(50或150)有效破坏。因此，在根据本实施例的二次电池中，有效引起第一电极板11的第一电极收集器与第二电极板12的第二电极收集器之间的短路，使电流通过金属间的电流通道旁路。

虽然在上文已经详细描述了本发明的示范性实施例，但是应当理解，这里描述的基本发明构思的由本本领域技术人员可开发的许多变化和修改仍将落在由权利要求书及其等同物所限定的本发明示范性实施例的精神和范围内。

本申请要求于2009年6月16日向韩国专利局提交的韩国专利申请No.10-2009-0053487的优先权，其全部内容在此引入以作参考。

Claims

1.一种二次电池，包括：

电极组件，具有顶部和底部；

壳体，容纳所述电极组件并包括底板，其中所述电极组件的底部靠近所述底板；

盖组件，耦接到所述壳体；以及

短路诱导板，在所述电极组件的底部和所述壳体的底板之间，所述短路诱导板适于在所述壳体被压缩时破裂从而引起所述电极组件的短路，

其中所述短路诱导板接触所述电极组件的底部和所述壳体的所述底板，

其中所述短路诱导板包括绝缘材料，

其中所述短路诱导板包括在该短路诱导板的表面上的多个引导槽，所述多个引导槽包括：

第一引导槽，在所述短路诱导板的第一表面上；和

第二引导槽，在所述短路诱导板的与所述第一表面相反的第二表面上；以及

其中所述第一引导槽和所述第二引导槽在垂直于所述短路诱导板的纵向方向上形成且延伸穿过所述短路诱导板的整个宽度，并沿所述短路诱导板的纵向方向交替设置，使得所述短路诱导板的碎片在破裂后以预设形状朝所述电极组件的底部突出。

2.根据权利要求1所述的二次电池，其中所述短路诱导板适于在至少13kN的力施加到所述二次电池时破裂。

3.根据权利要求1所述的二次电池，其中所述短路诱导板包括陶瓷、玻璃或压克力。

4.根据权利要求1所述的二次电池，其中所述短路诱导板的厚度在0.2mm至2mm之间。

5.根据权利要求1所述的二次电池，其中所述电极组件包括：

第一电极板，包括在第一电极收集器上的第一电极活性材料；

第二电极板，包括在第二电极收集器上的第二电极活性材料；以及隔板，在所述第一电极板与所述第二电极板之间，

其中所述短路诱导板适于当所述短路诱导板破裂时在所述第一电极收集器与所述第二电极收集器之间产生短路。

6.根据权利要求1所述的二次电池，其中所述多个引导槽的每个基本上垂直于所述短路诱导板的纵向方向。

7.根据权利要求1所述的二次电池，其中所述多个引导槽的每个的深度在所述短路诱导板的厚度的1／10至2／3之间。

8.根据权利要求1所述的二次电池，还包括所述电极组件与所述盖组件之间的绝缘壳。

9.根据权利要求8所述的二次电池，其中所述绝缘壳包括绝缘材料。

10.根据权利要求8所述的二次电池，其中所述绝缘壳的厚度在1.5mm至2.5mm之间。

11.根据权利要求8所述的二次电池，其中所述绝缘壳包括：

第一区，适于在所述壳体被压缩时破裂，从而引起所述电极组件的短路；和

第二区，沿所述第一区的外围。

12.根据权利要求11所述的二次电池，其中所述第一区和所述第二区包括不同的绝缘材料。

13.根据权利要求11所述的二次电池，其中所述第一区适于在至少13kN的力施加到所述二次电池时破裂。

14.根据权利要求11所述的二次电池，其中所述第一区包括陶瓷、玻璃或压克力。

15.根据权利要求11所述的二次电池，其中所述电极组件包括：

第二电极板，包括在第二电极收集器上的第二电极活性材料；以及

隔板，在所述第一电极板和所述第二电极板之间，

其中所述短路诱导板适于在所述短路诱导板破裂时在所述第一电极收集器和所述第二电极收集器之间产生短路。

16.根据权利要求11所述的二次电池，其中所述绝缘壳包括在所述第一区的第一表面上的多个引导槽。

17.根据权利要求16所述的二次电池，其中所述多个引导槽的每个基本上垂直于所述第一区的纵向方向。

18.根据权利要求16所述的二次电池，其中所述引导槽的深度在所述第一区的厚度的1／10至2／3之间。