本申请要求于2010年5月7日递交到韩国知识产权局的韩国专利申请10-2010-0042962和于2009年12月7日递交到美国专利商标局的美国临时申请61/267,354的权益,上述两项申请的公开内容通过引用全部并入本文。
发明内容
本发明一方面提供一种具有提高的抗刺穿和压溃的安全性的可再充电电池或二次电池。
根据实施例中的至少一个,一种二次电池包括:壳体;容纳在所述壳体中且具有第一基本平坦表面和第二基本平坦表面的电极组件;以及在所述电极组件与所述壳体之间的支撑板,所述支撑板包括第一导电板,该第一导电板具有与所述第一基本平坦表面和所述第二基本平坦表面中的一个大致邻近且重叠的基本平坦部分;和第二导电板,该第二导电板具有与所述第一导电板的所述基本平坦部分大致邻近且重叠的基本平坦部分。
所述可再充电电池还可以包括在所述第一导电板与所述第二导电板之间的绝缘板。另外,所述电极组件可包括第一电极、第二电极和在所述第一电极和第二电极之间的隔板,其中所述第一电极具有涂覆有第一活性物质的涂覆部分和没有所述第一活性物质的第一未涂覆部分,并且其中所述第一导电板在所述第一未涂覆部分处被电联接到所述第一电极。进一步,所述第一电极的所述第一未涂覆部分可被焊接到所述第一导电板。
在一个实施例中,所述第一导电板具有与所述第一电极的倾斜区域大致对应的第一倾斜区段,以及与所述第一电极的所述第一未涂覆部分大致对应的第一附接区域。所述第一附接区域可从所述第一倾斜区段延伸。所述第一导电板和所述第一电极的所述第一未涂覆部分可包括相同的材料。
在一个实施例中,所述第二电极可具有涂覆有第二活性物质的涂覆部分和没有所述第二活性物质的第二未涂覆部分,且其中所述第二导电板可在所述第二未涂覆部分处被电联接到所述第二电极。进一步,所述第二导电板可具有与所述第二电极的倾斜区域大致对应的第二倾斜区段,以及与所述第二电极的所述第二未涂覆部分大致对应的第二附接区域。
在一个实施例中,所述可再充电电池还可以包括电联接到所述电极组件的第一电极端子,并且所述第一电极端子可包括延伸到所述电极组件中的焊接部分。进一步,所述支撑板可包括金属。进一步,所述金属可包括铝或铜。进一步,所述第一导电板和所述第二导电板可包括不同的材料。进一步,所述第一导电板可包括铝,所述第二导电板可包括铜。进一步,所述可再充电电池还可以包括位于所述电极组件的所述第一基本平坦表面和所述第二基本平坦表面中 的另一个上的另外的支撑板。进一步,所述可再充电电池还可以包括电联接到所述支撑板的另外的电极组件。进一步,所述第一导电板和所述第二导电板中的每一个的厚度可在约50μm与约400μm之间。进一步,所述第一导电板的厚度可不同于所述第二导电板的厚度。
在根据本发明各实施例的二次电池中,由于所述支撑板在所述电极组件与所述壳体之间,因此当所述二次电池被刺穿或压溃时,所述支撑板首先短路。也就是,当所述二次电池被刺穿或压溃时,所述支撑板被激活,并因此,所述二次电池如同当其与外部短路时那样类似地作用。
由于所述支撑板具有非常低的电阻,因此当所述支撑板短路时,产生最少的热并快速消耗大电流。结果,所述二次电池的安全性和可靠性可得到提高。此外,由于所述支撑板可具有在所述电极组件与所述壳体之间的较厚板形,因此所述支撑板支撑所述电极组件以防止所述壳体显著膨胀。
此外,由于根据一实施例的二次电池被构造为使得所述支撑板沿所述电极组件的表面弯曲,因此所述支撑板可被容易地焊接,且所述电极组件与所述支撑板之间的焊接强度可被提高。也就是,所述支撑板包括第一区段、第二区段和第三区段。由于所述第一区段和第二区段以及所述第二区段和第三区段分别以特定角度弯曲,因此所述支撑板被自然地紧密附接到所述电极组件。因此,所述电极组件和所述支撑板可容易地彼此焊接。另外,所述电极组件与所述支撑板之间的焊接强度可被提高。而且,由于在所述电极组件与所述支撑板彼此焊接之后不存在回复力或偏压力,因此所述电极组件与所述支撑板之间的焊接强度不会显著下降。
具体实施方式
现在将参照附图在下文更为充分地描述示例性实施例;然而,这些示例性实施例可被具体实施为不同的形式,并且不应被解释为限于这里提出的实施例。相反,这些实施例被提供为使本公开内容将是全面和完整的,并且将向本领域技术人员充分传达本发明的范围。
图1A至图1C分别例示出根据本发明一实施例的具有提高的抗刺穿和压溃的安全性的二次电池的透视图、纵向剖视图和横向剖视图。
根据一实施例的具有提高的抗刺穿和压溃的安全性的二次电池100包括电极组件110、壳体120、第一电极端子130、第二电极端子140、盖板150和支撑板或短路构件160。壳体120可为罐。
电极组件110包括第一电极111、第二电极112和隔板113。电极组件110可被卷绕成近似胶卷型或堆叠形。也就是,电极组件110具有第一基本平坦表面和第二基本平坦表面。第一电极111可为正电极板,第二电极112可为负电极板。另一方面,第一电极111可为负电极板,第二电极112可为正电极板。第一电极111包括第一金属箔和第一活性物质。当第一电极111为正电极板时,第一金属箔可由铝形成,第一活性物质可为锂基氧化物。此外,第二电极112包括第二金属箔和第二活性物质。当第二电极112为负电极板时,第二金属箔可由铜形成,第二活性物质可为石墨。然而,该实施例不限于这些材料。隔板113位于第一电极111与第二电极112之间。隔板113可由诸如多孔聚乙烯(PE) 和聚丙烯(PP)或其等价物的任何材料中的一种形成,但不限于此。隔板可基本上位于第一电极111或第二电极112的两个侧表面上。隔板113位于最外侧以防止电极组件110的一部分被壳体120、盖板150和/或支撑板160短路。
在一个实施例中,第一电极111可包括未涂覆有正电极活性物质的第一未涂覆部分111c。第一未涂覆部分111c可穿过隔板113的一侧伸出到外部。此外,第二电极112可包括未涂覆有负电极活性物质的第二未涂覆部分112c。第二未涂覆部分112c可穿过隔板113的另一侧伸出到外部。也就是,第一未涂覆部分111c和第二未涂覆部分112c可相对于隔板113沿彼此相反的方向伸出。
壳体120具有两个宽侧表面121a和121b、两个窄侧表面122a和122b以及一个底表面123。此外,壳体120具有敞口上侧。电极组件110与电解液一起被容纳在壳体120中。在一个实施例中,电极组件110的第一未涂覆部分111c和第二未涂覆部分112c分别面对两个窄侧表面122a和122b。此外,壳体120可由诸如铝、铜、铁、SUS、陶瓷、聚合物或它们的等价物的任何材料中的一种形成,但不限于此。
第一电极端子130和第二电极端子140被分别电联接到电极组件110的第一电极111和第二电极112。在一个实施例中,第一电极端子130可被焊接到第一电极111,第二电极端子140可被焊接到第二电极112。此外,第一电极端子130可被焊接到第一电极111的第一未涂覆部分111c。此外,第二电极端子140可被焊接到第二电极112的第二未涂覆部分112c。
第一电极端子130包括焊接部(或焊接部分)131、第一延伸部132、第二延伸部133和螺栓延伸部134。焊接部131被插入到电极组件110的第一电极111中,即,在相邻的第一未涂覆部分111c之间。类似地,第二电极端子140包括焊接部(或焊接部分)141、第一延伸部142、第二延伸部143和螺栓延伸部144。焊接部141被插入到电极组件110的第二电极112中,即,在相邻的第二未涂覆部分112c之间。此外,第一电极端子130和第二电极端子140的螺栓延伸部134和144中的每一个穿过盖板150以伸出到外部。
盖板150覆盖壳体120的敞口上侧,并允许第一电极端子130和第二电极 端子140伸出到外部。盖板150与壳体120之间的边界或接缝可利用激光束焊接。另外,第一电极端子130和第二电极端子140的螺栓延伸部134和144中的每一个穿过盖板150,且绝缘材料151a和151b可分别在螺栓延伸部134和144的外周界上。因此,第一电极端子130和第二电极端子140与盖板150电绝缘。相应地,壳体120和盖板150可具有电中性的性质。也就是,壳体120和盖板150可不具有极性(正极或负极)。然而在一些情况下,壳体120和盖板150可分别具有极性。
螺母135和145被分别联接到第一电极端子130和第二电极端子140的螺栓延伸部134和144。因此,第一电极端子130和第二电极端子140被牢固地固定到盖板150。另外,电解液塞152可被联接到盖板150。此外,具有较薄厚度的安全排气部153可在盖板150上。盖板150可由与壳体120相同的材料形成。
支撑板或短路构件160位于电极组件110与壳体120之间。在一个实施例中,支撑板160位于电极组件110与壳体120的至少一个宽侧表面121a之间。
支撑板160包括第一导电板161、第二导电板162以及在第一导电板161与第二导电板162之间的绝缘板163。第一导电板161被电联接到第一电极111的第一未涂覆部分111c。在一个实施例中,第一导电板161被焊接到第一未涂覆部分111c。第二导电板162被电联接到第二电极112的第二未涂覆部分112c。在一个实施例中,第二导电板162被焊接到第二未涂覆部分112c。绝缘板163防止第一导电板161与第二导电板162彼此电短路,直到支撑板160被激活。另外,绝缘板164位于支撑板160与壳体120之间。绝缘板164防止第一导电板161与壳体120彼此电短路,直到支撑板160被激活。
如上文所述,当二次电池100被刺穿或压溃时,绝缘板163可被扯裂或损坏,以将支撑板160的第一导电板161与第二导电板162电短路。因为支撑板160的第一导电板161与第二导电板162具有较低的电阻,所以当第一导电板161与第二导电板162短路时,产生最少的热并快速消耗大电流。结果,当二次电池100被刺穿或压溃时,二次电池100的安全性和可靠性可在该二次电池包含支撑板160时得到提高。
此外,由于支撑板160具有较厚的板形且位于电极组件110与壳体120之间,因此支撑板160可支撑电极组件110并防止壳体120膨胀。
此外,由于支撑板160被设计为具有弯曲到与电极组件110的表面大致对应的形状,因此支撑板160可被容易地焊接,且电极组件110与支撑板160之间的焊接强度可被提高。在一个实施例中,支撑板160包括第一区段、第二区段和第三区段。因为第一区段和第二区段以及第二区段和第三区段分别相对于彼此以特定角度弯曲以与电极组件的形状大致相符,因此支撑板160靠近电极组件110。因此,电极组件110和支撑板160可容易地彼此焊接,且电极组件110与支撑板160之间的焊接强度可被提高。另外,由于在电极组件110与支撑板160彼此焊接之后不存在回复力,因此电极组件110与支撑板160之间的焊接强度不会容易地或快速地下降。在一个实施例中,当支撑板160具有平板形状且被焊接到电极组件110时,支撑板160被弯曲为板簧形。因此,回复力可由于支撑板160而产生,因而电极组件110与支撑板160之间的电连接可被切断。
图1B的附图标记171表示一焊接区域,电极组件110的第一未涂覆部分111c、第一电极端子130的焊接部131和支撑板160的第一导电板161在该焊接区域被焊接到一起。附图标记172表示一焊接区域,电极组件110的第一未涂覆部分111c和支撑板160的第一导电板161在该焊接区域被焊接到一起。
类似地,图1B的附图标记181表示一焊接区域,电极组件110的第二未涂覆部分112c、第二电极端子140的焊接部141和支撑板160的第二导电板162在该焊接区域被焊接到一起。附图标记182表示一焊接区域,电极组件110的第二未涂覆部分112c和支撑板160的第二导电板162在该焊接区域被焊接到一起。
图2A和2B例示出图1C中的部分2a和2b的放大图。
参照图2A,电极组件110包括第一电极111。第一电极111包括第一金属箔111a(例如,铝箔或铝网)、第一活性物质111b(例如,锂基氧化物)和未涂覆有第一活性物质的第一未涂覆部分111c。
并且,电极组件110包括第二电极112。第二电极112包括第二金属箔112a(例如,铜箔)、第二活性物质112b(例如,石墨)和未涂覆有第二活性物质的第二未涂覆部分112c。另外,由PP或PE形成的隔板113位于第一电极111的两个侧表面上,由PP或PE形成的隔板113位于第二电极112的两个侧表面上。
这里,第一未涂覆部分111c延伸经过隔板113的一侧到外部。第一未涂覆部分111c彼此紧密地附接或焊接,以提高第一电极端子130的焊接部131与支撑板160的第一导电板161之间的可焊接性。
并且,第二未涂覆部分112c延伸经过隔板113的另一侧到外部。第二未涂覆部分112c彼此紧密地附接或焊接,以提高第二电极端子140的焊接部141与支撑板160的第二导电板162之间的可焊接性。
图3A和3B例示出根据一实施例的具有提高的抗刺穿和压溃的安全性的二次电池中的电极组件与支撑板之间的关系的透视图。
参照图3A和3B,支撑板160包括电联接到第一电极111的第一未涂覆部分111c的的第一导电板161、电联接到第二电极112的第二未涂覆部分112c的第二导电板162以及位于第一导电板161与第二导电板162之间的绝缘板163。
第一导电板161包括焊接到第一未涂覆部分111c的第一基本平坦区段或附接区域161a、从第一区段161a延伸并弯曲的第二区段或倾斜区段161b以及从第二区段161b延伸并覆盖电极组件110的前面的宽侧表面114的第三基本平坦区段或平坦部分161c。在一个实施例中,第一区段161a和第二区段161b的总水平宽度差不多等于第一未涂覆部分111c的水平宽度。第三区段161c具有差不多等于电极组件110的前面的宽侧表面114的面积的面积。此外,由于第一区段161a被直接焊接到第一未涂覆部分111c,因此第一区段161a被电联接到第一未涂覆部分111c。另外,第二区段161b将第一区段161a连接到第三区段161c并以特定角度弯曲。因此,第一区段161a通过第二区段161b被紧密地附接到第一未涂覆部分111c,第三区段161c被紧密地附接到电极组件110的前面的宽侧表面114。也就是,第一未涂覆部分111c彼此紧密地附接和压靠,以提高与 第一焊接部131的可焊接性。因此,弯曲部分111d在第一未涂覆部分111c上,并由此被紧密地附接到第一导电板161的第二区段161b。
如上文所述,第一区段161a被紧密地附接到第一未涂覆部分111c,第三区段161c被紧密地附接到电极组件110的前面的宽侧表面114。基本上,第三区段161c被紧密地附接到绝缘板163。第一导电板161可由铝(Al)或铜(Cu)形成,但不限于此。当第一未涂覆部分111c由铝形成时,第一导电板161也可以由铝形成。此外,第一导电板161可具有约50μm到约400μm的厚度。在该厚度值的范围内,当二次电池由于刺穿或压溃而短路时,该二次电池的温度增量较低。另外,虽然在本实施例中第一导电板161被提供为单个薄板,但第一导电板161可被提供为多个。
绝缘板163位于第一导电板161与第二导电板162之间。绝缘板163允许第一导电板161和第二导电板162在支撑板160被激活之后彼此电联接。基本上,绝缘板163可由与隔板相同的材料形成。也就是,绝缘板163可由PE或PP形成,但不限于此。
第二导电板162包括焊接到第二未涂覆部分112c的第一基本平坦区段或附接区域162a、从第一区段162a延伸并弯曲的第二区段或倾斜区段162b以及从第二区段162b延伸并覆盖电极组件110的前面的宽侧表面114的第三基本平坦区段或平坦部分162c。这里,第一区段162a和第二区段162b的总水平宽度差不多等于第二未涂覆部分112c的水平宽度。第三区段162b具有差不多等于电极组件110的前面的宽侧表面114的面积的面积。由于第一区段162a被直接焊接到第二未涂覆部分112c,因此第一区段162a被电联接到第二未涂覆部分112c。另外,第二区段162b将第一区段162a连接到第三区段162c并以特定角度弯曲。因此,第一区段162a通过第二区段162b被紧密地附接到第二未涂覆部分112c,第三区段162c被紧密地附接到电极组件110的前面的宽侧表面114。在一个实施例中,第二未涂覆部分112c彼此紧密地附接和压靠,以提高与第二焊接部141的可焊接性。因此,弯曲部分112d在第二未涂覆部分112c上,并由此被紧密地附接到第二导电板162的第二区段162b。如上文所述,第一区段162a被紧密 地附接到第二未涂覆部分112c,第三区段162c被紧密地附接到电极组件110的前面的宽侧表面114。第二导电板162可由铝(Al)或铜(Cu)形成,但不限于此。当第二未涂覆部分112c由铜形成时,第二导电板162也可以由铜形成。此外,第二导电板162可具有约50μm到约400μm的试验厚度。在该厚度值的范围内,当二次电池由于刺穿或压溃而短路时,该二次电池的温度增量较低。另外,虽然在本实施例中第二导电板162被提供为单个薄板,但第二导电板162可被提供为多个。
图4A和4B分别例示出根据另一实施例的具有提高的抗刺穿和压溃的安全性的二次电池的横向剖视图和电极组件与支撑板之间的关系的透视图。
参照图4A和4B,根据一实施例的具有提高的抗刺穿和压溃的安全性的二次电池200可包括两个支撑板260和260’。在一个实施例中,第一支撑板260可位于电极组件110的前面的宽侧表面114上,第二支撑板260’可位于电极组件110的与前面的宽侧表面相对的后面的宽侧表面上。与上述实施例类似,第一支撑板260和第二支撑板260’分别包括第一导电板261和261’、第二导电板262和262’以及绝缘板263和263’。
第一支撑板260和第二支撑板260’的第一导电板261和261’被分别电联接到第一未涂覆部分111c,第二导电板262和262’被分别电联接到第二未涂覆部分112c。
这里,包括第一区段261a和261a’、弯曲的第二区段261b和261b’以及第三区段261c和261c’的第一导电板261和261’,包括第一区段262a和262a’、第二区段262b和262b’以及第三区段262c和262c’的第二导电板262和262’以及绝缘板263和263’具有与上述实施例的相应部件基本相同的构造和相互关系。因此,将省略它们的重复描述。
如上文所述,在根据本实施例的二次电池200中,因为支撑板260和260’分别位于电极组件110与壳体120的前面的宽侧表面之间以及电极组件110与壳体120的后面的宽侧表面121b之间,因此二次电池200具有提高的抗刺穿和压溃的安全性。
此外,因为支撑板260和260’被分别设置在电极组件110的前侧和后侧,因此支撑板260和260’可有效地防止二次电池膨胀。
图5例示出根据本发明另一实施例的具有提高的抗刺穿和压溃的安全性的二次电池中的电极组件与支撑板之间的关系的分解透视图。
参照图5,两个或更多电极组件710可被提供。第一电极端子(未示出)和第二电极端子140被电联接到所述两个或更多电极组件710。例如,第二电极端子140可包括焊接部141、第一延伸部142、第二延伸部143和螺栓延伸部144。此外,第二电极端子140被电联接到位于两个电极组件710中的每一个上的第二未涂覆部分112c。第一电极端子具有与第二电极端子140相同的结构。第一电极端子被电联接到位于两个电极组件710中的每一个上的第一未涂覆部分111c。
支撑板760可位于两个电极组件710的宽侧表面中的任何一个(例如,前面的宽侧表面114)上。支撑板760包括第一导电板761、第二导电板762和绝缘板763。基本上,支撑板760位于两个电极组件710的宽侧表面中的任何一个(例如,前面的宽侧表面114)与壳体之间。
因此,另一实施例可提供一种具有高容量以及提高的抗刺穿和压溃的安全性的二次电池。另外,该二次电池可有效地防止二次电池膨胀。
图6例示出根据另一实施例的具有提高的抗刺穿和压溃的安全性的二次电池中的电极组件与支撑板之间的关系的分解透视图。
参照图6,两个或更多电极组件710可被提供。第一电极端子(未示出)和第二电极端子140被电联接到所述两个或更多电极组件710。
第一支撑板860可位于两个电极组件710中的一个的前面的宽侧表面114上,第二支撑板860’可位于两个电极组件710中的另一个的后面的宽侧表面上。第一支撑板860包括第一导电板861、第二导电板862和绝缘板863。第二支撑板860’包括第一导电板861’、第二导电板862’和绝缘板863’。
如上文所述,由于第一支撑板860被设置在电极组件与壳体的前面的宽侧表面之间,第二支撑板860’位于电极组件与壳体的后面的宽侧表面之间,因此 可提供具有进一步提高的抗刺穿和压溃的安全性的二次电池。另外,二次电池的膨胀可被防止或最小化。
这里已经公开了各示例性实施例,尽管采用了具体术语,但这些具体术语仅在广义和描述的意义上来使用和将被解释,而非出于限制的目的。因此,本领域普通技术人员将理解,在不脱离所附权利要求阐明的本发明的精神和范围的情况下,可以作出形式上和细节上的各种改变。