CN102122702A - 二次电池 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种二次电池。该二次电池包括电极组件、罐、盖组件和衬垫。电极组件包括两个互相不同的电极和设置在这两个电极之间的分隔件的卷绕的堆叠。罐容纳电极组件。盖组件组装在罐的上部。衬垫设置在并按压在盖组件和罐的上部之间，以保持盖组件与罐之间的绝缘和密封。施加的低粘度粘合液体的粘合剂层设置在衬垫的内侧以增加盖组件和罐之间的密封力。

Description

二次电池
本申请要求2010年1月11日向韩国知识产权局提交的第10-2010-0002283号韩国专利申请的权益，该申请的公开通过引用包含于此。
技术领域
实施例涉及一种二次电池。
背景技术
通常，可根据容纳电极组件的二次电池壳体的形状将二次电池分为圆柱型电池、棱柱型电池或袋型电池。在圆柱型二次电池中，在将电极组件插入圆柱形罐中之后，在圆柱形罐的顶部开口组装盖组件，并将盖组件电连接到电极组件以将电流传输到外部。
圆缘部限定在罐的上侧壁中以防止电极组件在罐内移动。衬垫安装在罐的敞开的顶部的内侧壁处，以支持和结合组件并密封罐的内部，并且盖组件安装到衬垫的内部以完成罐的顶部开口处的密封。二次电池还典型地设置有上盖等作为在衬垫的内部结合的盖，并且对罐的开口处的顶壁执行弯边处理，即，对顶壁施加向内和向下的压力来密封罐。
衬垫的内部通常涂覆有焦油或类似的材料以维持其密封并提供附着性。然而，难以实现均匀的焦油涂覆，使得密封的整体性会受到弯边工艺的损害。
发明内容
本发明的方面提供了一种二次电池，该二次电池不仅可通过保持与盖组件的外周密封的衬垫的密封整体性来保证充分的密封能力，还能防止电流中断装置(CID)的变形。
根据至少一个实施例，二次电池包括：电极组件，包括两个互相不同的电极和设置在这两个电极之间的分隔件的卷绕的堆叠；罐，容纳电极组件；盖组件，组装在容纳电极组件的罐的上部；衬垫，设置在并按压在盖组件和罐的上部之间，以保持盖组件与罐之间的绝缘和密封，其中，施加的低粘度粘合液体的粘合剂层设置在衬垫的内侧以增加盖组件和罐之间的密封力。
衬垫可包括：弯曲部，设置为在盖组件和罐的上部之间被按压和弯曲；延伸部，在弯曲部的下部处向衬垫的中心延伸；安放部，限定延伸部的内周上支架，并且盖组件安放在安放部上；凹陷，限定在安放部的向内的周边中，其中，低粘度粘合液体填充在凹陷中。
低粘度粘合液体可包括丙烯酸类粘合剂和溶剂。溶剂可包括选自于用在电解液中的碳酸酯类溶剂的至少一种。溶剂可以是碳酸二甲酯。低粘度粘合液体可具有大约500cps至大约2000cps的粘度。低粘度粘合液体可具有从大约1000cps至大约1800cps的粘度。低粘度粘合液体还可包括硬化剂。
从弯曲部的内表面到凹陷的最外面的拐点的距离B可以是大约0.42mm至大约0.98mm。从弯曲部的内表面到凹陷的最外面的拐点的距离B可以是大约0.55mm至大约0.98mm。
附图说明
通过参照附图进行的示例性实施例的详细描述，对本领域普通技术人员来说，本发明的上述和其他方面和优点将会变得更加明显，附图中：
图1示出了根据实施例的二次电池的剖视图；
图2示出了图1中的盖组件部分的放大剖视图；
图3示出了图2中的区域III的放大视图；
图4示出了根据实施例的设置有辅助密封构件的衬垫的透视图；
图5示出了图4中的衬垫的截面图；
图6A和图6B是示出根据实施例的圆柱形罐的上端部的弯边工艺的示意图。
具体实施方式
在下文中，现在将参照附图更充分地描述示例性实施例；然而，示例性实施例可以用不同的形式来实施，且不应该解释为局限于在这里所提出的实施例。相反，提供这些实施例使得本公开将是彻底和完全的，并将本发明的范围充分地传达给本领域技术人员。
图1示出了根据实施例的二次电池的剖视图，图2示出了图1中的盖组件部分的放大剖视图，图3示出了图2中的区域III的放大视图。
参照图1至图3，根据实施例的二次电池100包括：电极组件110；圆柱形罐120，电极组件110插入到圆柱形罐120中；盖组件130，结合到圆柱形罐120的敞开的上端部，同时使圆柱形罐120中的电极组件110插入其中；衬垫140，安装在圆柱形罐120的敞开的上端部的内周，盖组件130安装在衬垫140上。
电极组件110构造为以正极板111、负极板112和分隔件113卷绕而成的胶卷(jelly roll)形状，正极板111具有涂覆在正极集流体的表面上的正极活性材料，负极板112具有涂覆在负极集流体的表面上的负极活性材料，分隔件113设置在正极板111和负极板112之间以使正极板111与负极板112电绝缘。正极接线片114在电极组件110的上部处连接到盖组件130，负极接线片115在电极组件110的下部处连接到罐120的底部。
正极板111的正极集流体由导电金属材料形成，使得正极集流体可以从正极活性材料层收集电子并使电子移动到外部电路。正极活性材料层通过将正极活性材料与导电材料和粘合剂混合而制成，并且以预定的厚度涂覆在正极集流体上。正极非涂覆部分形成在正极板111的正极集流体的其上未形成有正极活性材料的任一端，并且正极接线片114焊接到非涂覆部分的端部。
负极板112的负极集流体由导电金属材料形成，使得负极集流体可以从负极活性材料层收集电子并使电子移动到外部电路。负极活性材料层通过将负极活性材料与导电材料和粘合剂混合而制成，并且以预定的厚度涂覆在负极集流体上。负极非涂覆部分形成在负极板112的负极集流体的其上未形成有负极活性材料的任一端，并且负极接线片115焊接到非涂覆部分的端部。
分隔件113可设置在正极板111和负极板112之间，并可延伸以围绕电极组件110的外周。分隔件113形成为防止正极板111和负极板112的短路并允许锂离子通过的高聚物材料的多孔层。
圆柱形罐120由圆柱形侧表面板121和底表面板122形成，侧表面板121具有一致的直径以限定将电极组件110保持其中的空间，底表面板122用来密封侧表面板121的底部。圆柱形罐120典型地由诸如铝或铝合金的轻质导电金属形成，并且使用深拉等形成。圆柱形罐120的顶端是敞开的以插入电极组件110，并且在电极组件110插入之后密封。此外，圆缘部123形成在圆柱形罐120的上部以防止电极组件110移动。此外，形成弯边部124，以将盖组件130固定到圆柱形罐120的最上端。
盖组件130包括电连接到电极组件110以将在电极组件110产生的电流传递到外部的上盖131。盖组件130还包括安全排气部132和下盖134，当不正常的气压积累发生在圆柱形罐120中时，安全排气部132的顶表面按压上盖131的底表面以切断电流并释放内部气压，下盖134安装在安全排气部132下面以密封圆柱形罐120的内部。还有绝缘体133安装在安全排气部132和下盖134之间，并且下板135固定到下盖134的下表面，正极接线片114附于下盖134。
上盖131由具有端子部131a的圆板形成，端子部131a形成为在中心突出以与外部电连接。多个排气孔131b形成在端子部131a的外周以排出圆柱形罐内部产生的气体。
安全排气部132形成为与上盖131对应的圆板，并且具有在其中心向下突出而形成的突起132a。
绝缘体133设置在安全排气部132和下盖134之间，并且由提供安全排气部132和下盖134之间的绝缘的材料形成。
下盖134形成为圆板，并在下盖134的中心限定中心通孔134a，安全排气部132的突起132a通过该中心通孔134a。排气孔134b限定在下盖134的边上，当过度的内压积累发生时，排气孔134b用来排出将安全排气部132的突起132a顶起的气体。
下板135焊接到安全排气部132的穿过下盖的中心通孔134a的突起132a，以将正极接线片114与安全排气部132电连接。
此外，尽管在图中未示出，但是还可将作为二次保护装置的正温度系数(PTC)装置安装在上盖131和安全排气部132之间。
上盖131和安全排气部132安放在安装在圆柱形罐120的敞开的顶端的衬垫140的内周安放部上，并且衬垫140抵靠上盖131的外周而被密封和组装。
衬垫140在设置在盖组件130和罐120的顶部之间的同时被按压和固定。因此，衬垫140提供罐120和盖组件130之间的密封和绝缘，同时还吸收当电极组件110由于电池坠落或撞击而移动时引起的冲击，并且加速过充电发生时电流中断装置(CID)操作的开始。
粘合剂层150形成在衬垫140的内表面上，以增加盖组件130与罐120之间的密封力，并且通过施加低粘度粘合液体形成粘合剂层150。粘合剂层150补充盖组件130与罐120之间的密封力。当密封由此改善时，发生电解液的泄漏的可能性较小。
低粘度粘合液体可制成为包括丙烯酸类粘合剂和溶剂。所使用的丙烯酸类粘合剂可选自PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)、PEMA(聚甲基丙烯酸乙酯)和PBMA(聚甲基丙烯酸丁酯)。
所使用的溶剂可以是典型地用在电解液中的碳酸酯类溶剂，并且碳酸酯类溶剂可选自DMC(碳酸二甲酯)、DEC(碳酸二乙酯)、DPC(碳酸二丙酯)、MPC(碳酸甲丙酯)、EPC(碳酸乙丙酯)、MEC(碳酸甲乙酯)、EC(碳酸亚乙酯)、PC(碳酸亚丙酯)、BC(碳酸亚丁酯)等。可包括并使用DMC。
低粘度粘合液体可具有大约500cps至大约2000cps的粘度，或者更具体地讲，可具有大约1000cps至大约1800cps的粘度。如果低粘度粘合液体的粘度低于500cps，则不充分的密封将导致分散的密封，如果低粘度粘合液体的粘度高于2000cps，则组件的放置产生困难。
低粘度粘合液体还可包括硬化剂。
所使用的硬化剂没有特别的限制，只要它是能够加快丙烯酸类粘合剂硬化的硬化剂即可。所使用的硬化剂可以是异氰酸酯类硬化剂，是一种丙烯酸类粘合剂领域中众所周知的常见硬化剂。
衬垫140可由弯曲部141、延伸部142、安放部143和限定在安放部143中的凹陷144形成。
弯曲部141是设置在盖组件130和罐120的上部之间的部分，并且在弯边过程中被按压并弯曲。利用插入圆柱形罐120的顶部开口并处于其内周的衬垫140，安放电极组件130，并且对圆柱形罐120的顶部进行弯边处理。在圆柱形罐120的顶端的该弯边工艺中，保持衬垫140的弯曲部141来向上盖131和安全排气部132的外周提供一定的密封力。
延伸部142形成为从弯曲部141向下且集中向内延伸。延伸部142作为防止电池坠落时胶卷或中心销对安全排气部132上施加冲击的初级冲击屏障。
弯曲部141和延伸部142可一体地形成，并且弯曲部141和延伸部142可由可以吸收电池坠落或晃动时电极组件110或中心销产生的冲击的材料形成。此外，弯曲部141和延伸部142可由可以提供电极组件110和盖组件130之间的绝缘的材料形成。弯曲部141和延伸部142可由不与电解液反应的材料形成。该材料没有具体的限制并且可以是衬垫140的制造领域中使用的任何典型材料，并可以是例如聚丙烯。
从弯曲部141的内表面到凹陷的最外面的拐点的距离B(在图5中)可以是大约0.42mm至大约0.98mm，更优选的是大约0.55mm至大约0.98mm。如果距离B小于0.42mm，则更加难以保持密封压力，并且会导致分散的密封。如果距离B大于0.98mm，则衬垫会干扰CID组件并引起CID组件的故障。
安放部143限定延伸部142的安放盖组件130的内周上支架。具体来说，安放盖组件130的安全排气部132的下表面边缘。
安放部143可限定围绕安放部143的内周的凹陷144，低粘度粘合液体可填充在凹陷144中。在这种情况下，当低粘度粘合液体硬化时，硬化的部分按压安全排气部132的下表面侧边缘，以有助于保证足够的密封力。
将参照图1至图3来描述根据实施例的二次电池的制造工艺。
二次电池的组装工序包括将电极组件110插入圆柱形罐120中，注入电解液，然后用盖组件130将圆柱形罐120的敞开的顶端密封。
通过组装上盖131和安全排气部132，然后将绝缘体133置于下盖134顶上并将它们组装来组装盖组件130。也就是说，通过使突起132a穿过下盖134的中心通孔134a并将它们组装，并且将下板135焊接到安全排气部132的突起132a来组装安全排气部132。
在将电极组件110插入圆柱形罐120中并已注入电解液之后，在圆柱形罐120的顶部形成圆缘部123，以防止电极组件110的移动。此外，利用设置有密封粘合剂层150并插在圆柱形罐120的敞开的顶部的内周处的衬垫，安放组装好的盖组件130，并对圆柱形罐120的顶端进行弯边处理。
图6A和图6B是示出根据实施例的圆柱形罐的上端部的弯边工艺的示意图。
如图6A所示，为了执行弯边，首先，利用设置有粘合剂层150并插在圆柱形罐120的敞开的顶部的内周处的衬垫140，安放盖组件130。
然后，当对圆柱形罐120的顶端进行弯边时，保持衬垫140的弯曲部141以一定的密封力按压上盖131和安全排气部132的外周，如图6B所示。在此，粘合剂层150围绕并密封盖组件130的侧边缘，以提供比仅使用衬垫140时的密封力更大的密封力。此外，可以防止密封力的分散。
下面，将通过下面的测试示例来提供对实施例的详细描述。
<测试示例1>
为了检查根据粘度变化的密封力的变化，用PMMA与DMC混合，并且制备了下面表1中的每个粘度水平的低粘度粘合液体。然后，将粘合液体分别施加到如图1至图3中所示的衬垫的内部以形成粘合剂层。这些衬垫用在制造二次电池的工艺中，通过下面的方法测量它们的密封力，并在下面的表2中示出结果。
为了测量密封压力，在组装的二次电池的外部打孔，并将氮气引入其中。同时，将肥皂水施加到二次电池的密封部分，并且在出现气泡的点测量压力。共执行3次测试，结果在表1中示出。
表1
Figure BSA00000418509000071
表2
Figure BSA00000418509000072
如上面的表1和表2中所示，在包括具有根据比较示例的粘合剂层的衬垫的二次电池中，在29.5kgf/cm2的密封压力下，设置在二次电池中的安全排气部不操作且观察到二次电池中产生的气泡。这意味着，由于气泡通过损坏的衬垫(即，损坏的粘合剂层)排出，所以气泡没有通过设置在二次电池上的安全排气部而从二次电池排出。
然而，在包括具有根据本发明实施例的粘合剂层的衬垫的二次电池中，在30.3kgf/cm2至31.00kgf/cm2的密封压力下，安全排气部操作且未观察到二次电池中产生的气泡。这意味着，二次电池中产生的气泡通过设置在二次电池上的安全排气部从二次电池排出，并且衬垫(即，粘合剂层)未损坏且防止了气泡通过衬垫泄漏/排出。
在此，如果粘合剂层的粘度大于2000cps，则相对难以将盖组件安装在具有粘合剂层形成其上的衬垫中。
在此公开了示例性实施例，尽管采用了具体的术语，但是这些术语仅仅以一般的和描述性的含义而被使用和解释，而非出于限制的目的。因此，本领域的普通技术人员应该理解，在不脱离由权利要求书描述的本发明的精神和范围的情况下，可以做出各种形式和细节上的改变。

Claims (16)

1.一种二次电池，所述二次电池包括：
电极组件，包括两个互相不同的电极和设置在这两个电极之间的分隔件的卷绕的堆叠；
罐，容纳电极组件；
盖组件，组装在容纳电极组件的罐的上部；
衬垫，设置在并按压在罐的上部和盖组件之间，以保持盖组件与罐之间的绝缘和密封，
其中，施加的低粘度粘合液体的粘合剂层设置在衬垫的内侧以增加盖组件和罐之间的密封力。
2.如权利要求1所述的二次电池，其中，所述衬垫包括：
弯曲部，设置为在罐的上部和盖组件之间被按压和弯曲；
延伸部，在弯曲部的下部处向衬垫的中心延伸；
安放部，限定延伸部的内周上支架，并且盖组件安放在安放部上；
凹陷，限定在安放部的向内的周边中，
其中，低粘度粘合液体填充在凹陷中。
3.如权利要求1所述的二次电池，其中，所述低粘度粘合液体包括丙烯酸类粘合剂和溶剂。
4.如权利要求3所述的二次电池，其中，所述溶剂包括选自于用在电解液中的碳酸酯类溶剂的至少一种。
5.如权利要求3所述的二次电池，其中，所述溶剂是碳酸二甲酯。
6.如权利要求1所述的二次电池，其中，所述低粘度粘合液体具有500cps至2000cps的粘度。
7.如权利要求4所述的二次电池，其中，所述低粘度粘合液体具有从1000cps至1800cps的粘度。
8.如权利要求3所述的二次电池，其中，所述低粘度粘合液体还包括硬化剂。
9.如权利要求2所述的二次电池，其中，从弯曲部的内表面到凹陷的最外面的拐点的距离是0.42mm至0.98mm。
10.如权利要求9所述的二次电池，其中，从弯曲部的内表面到凹陷的最外面的拐点的距离是0.55mm至0.98mm。
11.一种二次电池，所述二次电池包括：
电极组件；
罐，容纳电极组件；
盖组件，位于罐上；
衬垫，设置在盖组件和罐之间，
低粘度粘合剂层，设置在盖组件和衬垫之间以使盖组件附于衬垫。
12.如权利要求11所述的二次电池，其中，所述衬垫包括：
弯曲部，设置在罐的上部和盖组件之间并在罐的上部和盖组件之间被按压和弯曲；
延伸部，向盖组件的中心延伸；
安放部，形成在延伸部上并安放盖组件；
凹陷，形成在安放部中并容纳粘合剂。
13.如权利要求11所述的二次电池，其中，低粘度粘合剂层由包括丙烯酸类粘合剂和溶剂的低粘度粘合液体形成。
14.如权利要求13所述的二次电池，其中，所述溶剂包括选自于用在电解液中的碳酸酯类溶剂的至少一种。
15.如权利要求14所述的二次电池，其中，所述溶剂是碳酸二甲酯。
16.如权利要求13所述的二次电池，其中，所述低粘度粘合液体具有500cps至2000cps的粘度。
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