CN102142526B - 二次电池和制造二次电池的方法 - Google Patents

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Abstract

一种包括用于防止或基本防止电极组件与壳体之间短路并用于提高注入电解液的效率的绝缘包的二次电池，以及一种制造该二次电池的方法。一种二次电池包括：电极组件，该电极组件包括第一电极、第二电极和在该第一电极与第二电极之间的隔板；绝缘包，该绝缘包容纳所述电极组件并包括敞口上部和具有多个电解液连通孔的下部；以及壳体，该壳体容纳所述电极组件和所述绝缘包。

Description

二次电池和制造二次电池的方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2010年2月3日递交到韩国知识产权局的韩国专利申请10-2010-0009907的优先权和权益，上述韩国专利申请的全部内容通过引用并入本文。
技术领域
本发明的各实施例的各方面涉及一种二次电池和一种制造该二次电池的方法。
背景技术
锂离子二次电池与其它类型的二次电池相比典型地具有较高的输出和较高的容量，并且较为轻质，因而，锂离子二次电池被广泛使用在例如混合动力车辆和电动车辆中。
二次电池典型地通过将电极组件插入壳体中、利用盖板密封该壳体并且随后将电解液通过设置在该盖板中的电解液注入孔注入所述壳体而被制造。
发明内容
根据本发明各实施例的各方面，一种二次电池被配置为防止或减少电极组件与壳体之间的短路，并具有提高的注入电解液的效率，并且提供一种制造该二次电池的方法。
根据本发明的至少一个实施例，一种二次电池包括：电极组件，该电极组件包括第一电极、第二电极和在该第一电极与第二电极之间的隔板；绝缘包，该绝缘包容纳所述电极组件、具有袋形并包括敞口上部和具有多个电解液连通孔的下部；以及壳体，该壳体容纳所述电极组件和所述绝缘包。
该二次电池可进一步包括在所述电极组件与所述绝缘包之间的安全构件，其中所述安全构件包括电连接到所述电极组件的所述第一电极的第一导电板；电连接到所述电极组件的所述第二电极的第二导电板；和在所述第一导电板与所述第二导电板之间的绝缘膜。
所述绝缘包的所述多个电解液连通孔可具有比所述安全构件的下端低的上端。
所述绝缘包可包括：在所述电极组件与所述壳体的宽侧面之间并从一侧延伸到另一侧的第一侧面部分；面对所述第一侧面部分并在所述电极组件与所述壳体的另一宽侧面之间且从一侧延伸到另一侧的第二侧面部分；以及将所述第一侧面部分的下端连接到所述第二侧面部分的下端的下面部分。
所述多个电解液连通孔可可在所述下面部分中并从所述第一侧面部分延伸到所述第二侧面部分。
所述绝缘包可进一步包括：将所述第一侧面部分的第一侧端连接到所述第二侧面部分的第一侧端的第三侧面部分；和将所述第一侧面部分的第二侧端连接到所述第二侧面部分的第二侧端的第四侧面部分。
所述第三侧面部分和所述第四侧面部分可包括：位于中心部的密封部分；从所述密封部分延伸到所述第一侧面部分的第一子侧面部分；以及从所述密封部分延伸到所述第二侧面部分的第二子侧面部分。
所述第一侧面部分、所述第二侧面部分、所述第三侧面部分和所述第四侧面部分可具有比所述电极组件的上端高的上端。
当所述绝缘包被展开时，所述多个电解液连通孔可具有四边形形状和圆形形状中的至少一种。
该二次电池可进一步包括密封所述壳体的盖板。
所述绝缘包可包括聚丙烯。
根据本发明的另一实施例，一种制造二次电池的方法包括：制备绝缘膜；弯曲所述绝缘膜；在所述绝缘膜的弯曲部分中形成多个电解液连通孔；密封被弯曲的所述绝缘膜的侧端部分，以形成具有袋形和敞口上部的绝缘包；将电极组件插入所述绝缘包，所述电极组件包括第一电极、第二电极和在所述第一电极与第二电极之间的隔板；以及将所述绝缘包和所述电极组件插入壳体。
所述电极组件可包括电连接到所述第一电极和所述第二电极的安全构件。
在将所述电极组件插入所述绝缘包时，所述绝缘包的所述多个电解液连通孔可具有比所述安全构件的下端低的上端。
所述密封可通过热焊接过程执行。
在形成所述多个电解液连通孔时，所述多个电解液连通孔可通过将所述绝缘膜的所述弯曲部分切割为半圆形、三角形和四边形中的至少一种而形成。
在将所述电极组件插入所述绝缘包时，所述绝缘包可具有比所述电极组件的上端高的上端。
该方法可进一步包括：在将所述绝缘包和所述电极组件插入所述壳体之后，利用具有电解液注入孔的盖板密封所述壳体。
该方法可进一步包括：在利用所述盖板密封所述壳体之后，通过所述盖板的所述电解液注入孔将电解液注入所述壳体。
所述绝缘膜可包括聚丙烯。
附图说明
通过参照附图详细描述本发明的一些示例性实施例，以上及其它特征和优点对于本领域普通技术人员而言将变得更为明显。附图例示出本发明的一些示例性实施例，并与说明书一起用于阐释本发明的原理和提供对本发明的进一步的理解。
图1A至图1C分别为根据本发明一实施例的二次电池的透视图、竖直剖视图和水平剖视图；
图2为例示出根据本发明一实施例的制造二次电池的方法的流程图；
图3A至图3G为例示出根据本发明一实施例的制造二次电池的方法的示意图；以及
图4A至图4G为例示出根据本发明另一实施例的制造二次电池的方法的示意图。
具体实施方式
现在将参照附图在下文中更充分地描述一些示例性实施例；然而，本发明的各实施例可实现为不同的形式，而不应被视为限制于本文所例示出和提出的示例性实施例。相反，这些示例性实施例以示例的形式提供，用于理解本发明并将本发明的范围传达给本领域技术人员。
现在将参照图1A至图1C描述根据本发明的一个实施例的二次电池的构造。
图1A至图1C分别为例示出根据本发明的一个实施例的二次电池的透视图、竖直剖视图和水平剖视图。
参照图1A至图1C，根据一个实施例的二次电池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、安全构件160和绝缘包170。
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可具有大致卷绕的胶卷形或堆叠形。在一个实施例中，第一电极111为正电极板，第二电极112为负电极板。在另一实施例中，第一电极111为负电极板，第二电极112为正电极板。第一电极111可包括第一金属板或金属箔以及第一活性物质。在一个实施例中，第一电极111包括没有活性物质(例如，正活性物质)的第一未涂覆部分111a，且第一未涂覆部分111a可从隔板113的一侧向外伸出。在一个实施例中，第一电极111为由铝(例如，铝箔)形成的正电极板，且第一活性物质由锂基氧化物形成。第二电极112可包括第二金属板或金属箔以及第二活性物质。在一个实施例中，第二电极112包括没有活性物质(例如，负活性物质)的第二未涂覆部分112a，且第二未涂覆部分112a可从隔板113的另一侧向外伸出。也就是，第一未涂覆部分111a和第二未涂覆部分112a的伸出方向可相对于隔板113彼此相反。在一个实施例中，第二电极112为由铜(例如，铜箔)形成的负电极板，且第二活性物质由石墨形成。然而，所述物质在本发明的其它实施例中不限于此。隔板113被设置在第一电极111与第二电极112之间。隔板113可被基本设置在第一电极111的两个侧面，或者在第二电极112的两个侧面。隔板113被设置在电极组件110的最外部，以防止或基本防止电极组件110的预定区域与壳体120、盖板150和安全构件160形成短路。隔板113可由多孔的聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)或其等同物形成，但本发明的各实施例不限于此。
在一个实施例中，壳体120包括两个宽侧面121a和121b、两个窄侧面122a和122b，以及底面123，并具有敞口上部。壳体120容纳电极组件110和电解液(未示出)。在一个实施例中，电极组件110的第一未涂覆部分111a和第二未涂覆部分112a被分别引导朝向两个窄侧面122a和122b。壳体120可由铝、铜、铁、SUS(例如在日本工业标准中规定的不锈钢)、陶瓷、聚合物或其等同物形成，但本发明的实施例不限于此。
在一个实施例中，第一电极端子130包括第一延伸部131、第二延伸部132、焊接部133、螺栓延伸部134和螺母135。第一延伸部131被设置在电极组件110的第一侧。第二延伸部132从第一延伸部131的上部延伸。焊接部133从第一延伸部131的一部分延伸，并插入电极组件110的第一电极111(例如，插入第一未涂覆部分111a)中预定深度。在一个实施例中，焊接部133被焊接到第一未涂覆部分111a。螺栓延伸部134从第二延伸部132延伸，穿过盖板150并向外伸出。螺母135被联结到螺栓延伸部134，以将第一电极端子130紧固地固定到盖板150。
在一个实施例中，第二电极端子140包括第一延伸部141、第二延伸部142、焊接部143、螺栓延伸部144和螺母145。第一延伸部141被设置在电极组件110的第二侧(例如与第一侧相对的一侧)。第二延伸部142从第一延伸部141的上部延伸。焊接部143从第一延伸部141的一部分延伸，并插入电极组件110的第二电极112(例如，插入第二未涂覆部分112a)中预定深度。在一个实施例中，焊接部143被焊接到第二未涂覆部分112a。螺栓延伸部144从第二延伸部142延伸，穿过盖板150并向外伸出。螺母145被联结到螺栓延伸部144，以将第二电极端子140紧固地固定到盖板150。
在一个实施例中，盖板150包括绝缘材料151a和151b、电解液盖152和安全排气部153。盖板150覆盖壳体120，使第一电极端子130和第二电极端子140向外伸出。在一个实施例中，盖板150被焊接(例如，激光焊接)到壳体120。在一个实施例中，绝缘材料151a和151b被分别设置在第一电极端子130和第二电极端子140处并在螺栓延伸部134和144的外周界上。电解液盖152被配置为封闭电解液注入孔152a(参见图3G)。安全排气部153在盖板150中可具有相对较小的厚度。盖板150可由与壳体120相同的材料形成。绝缘材料151a和151b将第一电极端子130和第二电极端子140与盖板150电绝缘。在一个实施例中，壳体120和盖板150为电中性。也就是，壳体120和盖板150不具有极性(即，不为正极或负极)。然而，在其它实施例中，壳体120和盖板150可具有极性(即，用作正端子或负端子)。
在一个实施例中，安全构件160包括第一导电板161、第二导电板162和设置在第一导电板161与第二导电板162之间的绝缘膜163。安全构件160被设置在电极组件110与壳体120之间。在一个实施例中，安全构件160被设置在电极组件110与壳体120的至少一个宽侧面121a之间。第一导电板161被电连接到第一电极111。也就是，第一导电板161被焊接到第一电极111。第二导电板162被电连接到第二电极112。也就是，第二导电板162被焊接到第二电极112。绝缘膜163防止或基本防止第一导电板161与第二导电板162之间的短路，直到安全构件160操作为止。因此，当诸如钉等材料刺穿或压破二次电池100时，绝缘膜163被扯裂或损坏，以致使安全构件160的第一导电板161和第二导电板162之间短路。在一个实施例中，安全构件160的第一导电板161和第二导电板162具有小电阻，因此当短路发生时不产生大量的热，并快速消耗大电流。因此，当二次电池100被刺穿或压破时，不产生大量的热，由此提高二次电池100的安全性和可靠性。
在一个实施例中，绝缘包170具有带有敞口上部的袋形。绝缘包170被设置在电极组件110与壳体120之间。在一个实施例中，绝缘包170由诸如聚丙烯(PP)等绝缘材料形成。
在一个实施例中，绝缘包170包括第一侧面部分171、第二侧面部分172、第三侧面部分173、第四侧面部分174、下面部分175和电解液连通孔176。
第一侧面部分171具有从第一侧延伸到第二侧的板形。第一侧面部分171被设置在电极组件110与壳体120的宽侧面121a之间。
第二侧面部分172具有从第一侧延伸到第二侧的板形。第二侧面部分172被设置在电极组件110与壳体120的宽侧面121b之间并面对第一侧面部分171。
第三侧面部分173将第一侧面部分171的第一侧端连接到第二侧面部分172的第一侧端。在一个实施例中，第三侧面部分173包括密封部分173a、从密封部分173a延伸到第一侧面部分171的第一子侧面部分173b和从密封部分173a延伸到第二侧面部分172的第二子侧面部分173c。
第四侧面部分174将第一侧面部分171的第二侧端连接到第二侧面部分172的第二侧端。在一个实施例中，第四侧面部分174包括密封部分174a、从密封部分174a延伸到第一侧面部分171的第一子侧面部分174b和从密封部分174a延伸到第二侧面部分172的第二子侧面部分174c。
在一个实施例中，绝缘包170的上端170a，也就是第一侧面部分171、第二侧面部分172、第三侧面部分173和第四侧面部分174的上端，比电极组件110的上端110a高。也就是，电极组件110的上端110a与第一侧面部分171、第二侧面部分172、第三侧面部分173和第四侧面部分174的上端隔开距离D1。因此，绝缘包170防止或基本防止电极组件110的上端110a与壳体120形成短路。
下面部分175从第一侧面部分171的下端、第二侧面部分172的下端、第三侧面部分173的下端和第四侧面部分174的下端延伸。在一个实施例中，弯曲部分175a在下面部分175的中心部分处从第一侧延伸到第二侧。
电解液连通孔176被形成为在绝缘包170的下部中的通孔。在一个实施例中，电解液连通孔176在下面部分175中并从第一侧面部分171的下部延伸到第二侧面部分172的下部。在一个实施例中，电解液连通孔176的上端176a比安全构件160的下端160a低。也就是，电解液连通孔176的上端176a与安全构件160的下端160a隔开距离D2。因此，绝缘包170防止或基本防止安全构件160与壳体120形成短路。
下文中，现在将描述根据本发明一实施例制造二次电池的方法。
图2为例示出根据本发明一实施例制造二次电池的方法的流程图。图3A至3G为例示出根据一个实施例的制造二次电池的方法的示意图。
参照图2，根据一个实施例的制造二次电池的方法包括绝缘膜制备操作S10、弯曲操作S20、电解液连通孔形成操作S30、密封操作S40、电极组件插入操作S50和绝缘包插入操作S60。制造二次电池的方法可进一步包括盖板密封操作S70和电解液注入操作S80。
参照图2和图3A，在绝缘膜制备操作S10中，具有大致四边形的绝缘膜被制备。在一个实施例中，绝缘膜由聚丙烯(PP)或不被电解液氧化的任何其它适合的材料形成。
在一个实施例中，参照图2和图3B，在弯曲操作S20中，绝缘膜被对半折叠以形成弯曲部分175a。
参照图2和图3C，在电解液连通孔形成操作S30中，绝缘膜的弯曲部分175a被切割具有一个或多个大致半圆形形状，以形成电解液连通孔176。因此，当绝缘膜被展开时，电解液连通孔176具有大致圆形形状。
参照图2和图3D，在密封操作S40中，弯曲的绝缘膜的第一侧端和第二侧端被密封，以形成具有带有敞口上部的袋形的绝缘包170。通过密封，第三侧面部分173的密封部分173a和第四侧面部分174的密封部分174a被形成。在一个实施例中，密封通过热焊接过程执行，但在其它实施例中可通过任何其它适合的过程执行。
参照图2和图3E，在电极组件插入操作S50中，电极组件110被插入绝缘包170的内部空间中。
参照图2和图3F，在绝缘包插入操作S60中，容纳电极组件110的绝缘包170被插入壳体120中。
参照图2和图3G，在盖板密封操作S70中，壳体120的上部利用盖板150密封。在一个实施例中，电极组件110的螺栓延伸部134和144穿过盖板150，并向外伸出到壳体120的外部。
在电解液注入操作S80中，电解液180通过盖板150的电解液注入孔152a被注入壳体120。由于电解液连通孔176被设置在第一侧面部分171的下部和第二侧面部分172的下部，因此与电解液连通孔176仅被设置在下面部分175中的情况相比，电解液180被均匀地引入绝缘包170的内部和外部。在一个实施例中，电解液180包括锂盐和非水有机溶剂，并可进一步包括用于提高充/放电特性和防止或减少过充电的添加剂。锂盐用作在单元电池中供应锂离子的源，从而可执行锂单元电池的基本操作。非水有机溶剂用作介质，参与单元电池的电化学反应的离子能够通过该介质迁移。锂盐可通过混合选自由LiPF6、LiBF4、LiSbF6、LiAsF6、LiClO4、LiCF3SO3、Li(CF3SO2)2N、LiC4F9SO3、LiAlO4、LiAlCl4、LiN(CxF2x+1SO2)(CyF2y+1SO2)(其中x和y为自然数)、LiCl和LiI组成的组中的至少一个而形成。非水有机溶剂可包括碳酸盐、酯或醚。非水有机溶剂具有高电容率(极性)和低粘性，以增加离子的离解的程度并利于离子的传送。例如，至少两种混合的溶剂可被使用，其包括具有高电容率和高粘性的溶剂和具有低电容率和低粘性的溶剂。在电解液180的注入完成之后，电解液注入孔152a通过电解液盖152被封闭。
下文中，现在将描述根据本发明另一实施例制造二次电池的方法。
如上所述，图2为例示出根据本发明一实施例制造二次电池的方法的流程图。图4A至4G为例示出根据一个实施例的制造二次电池的方法的示意图。
参照图2和图4A至图4G，根据一个实施例的制造包括具有电解液连通孔276的绝缘包270的二次电池200的方法不同于图3A至图3G例示出的形成包括具有电解液连通孔176的绝缘包170的二次电池100的方法。现在将关注绝缘包270的电解液连通孔276来描述制造二次电池200的方法。与参照图3A至图3G的二次电池100相同或类似的部件的描述将省略。
参照图2和图4C，在电解液连通孔形成操作S30中，绝缘膜的弯曲部分275a被切割具有一个或多个大致三角形形状，以形成电解液连通孔276。因此，当绝缘膜被展开时，电解液连通孔276具有大致菱形形状、也就是大致四边形形状。这样，电解液连通孔276的形状可变化，在其它实施例中，电解液连通孔可被形成为具有任何其它适合的形状。
根据本发明各实施例的二次电池包括通过弯曲和密封单个绝缘膜制造的绝缘包。因此，该制造二次电池的方法简单。由于根据本发明各实施例的二次电池包括在绝缘包的下部中的电解液连通孔，因此当电解液被注入壳体时，电解液可被均匀地注入绝缘包的内部和外部。因此，根据本发明各实施例的二次电池具有高的电解液注入效率，由此减少过程时间。
本发明的一些示例性实施例已在本文公开，尽管使用了特定术语，但它们仅在概括和描述意义上而非出于限制目的被使用和解释。因此，本领域普通技术人员可以理解的是，在不背离所附权利要求提出的本发明的精神和范围的情况下可以在形式和细节上作出各种改变。

Claims (18)

1.一种二次电池，包括：
电极组件，该电极组件包括第一电极、第二电极和在所述第一电极与所述第二电极之间的隔板；
绝缘包，该绝缘包容纳所述电极组件并包括敞口上部和具有多个电解液连通孔的下部；以及
壳体，该壳体容纳所述电极组件和所述绝缘包；
其中所述绝缘包包括：在所述电极组件与所述壳体的宽侧面之间的第一侧面部分；面对所述第一侧面部分并在所述电极组件与所述壳体的另一宽侧面之间的第二侧面部分；以及将所述第一侧面部分的下端连接到所述第二侧面部分的下端的下面部分；
其中所述多个电解液连通孔中的每一个在所述下面部分中并从所述第一侧面部分延伸到所述第二侧面部分。
2.如权利要求1所述的二次电池，进一步包括在所述电极组件与所述绝缘包之间的安全构件，其中所述安全构件包括：
电连接到所述电极组件的所述第一电极的第一导电板；
电连接到所述电极组件的所述第二电极的第二导电板；以及
在所述第一导电板与所述第二导电板之间的绝缘膜。
3.如权利要求2所述的二次电池，其中所述绝缘包的所述多个电解液连通孔具有比所述安全构件的下端低的上端。
4.如权利要求1所述的二次电池，其中所述绝缘包进一步包括：
将所述第一侧面部分的第一侧端连接到所述第二侧面部分的第一侧端的第三侧面部分；以及
将所述第一侧面部分的第二侧端连接到所述第二侧面部分的第二侧端的第四侧面部分。
5.如权利要求4所述的二次电池，其中所述第三侧面部分和所述第四侧面部分包括：
位于中心部的密封部分；
从所述密封部分延伸到所述第一侧面部分的第一子侧面部分；以及
从所述密封部分延伸到所述第二侧面部分的第二子侧面部分。
6.如权利要求4所述的二次电池，其中所述第一侧面部分、所述第二侧面部分、所述第三侧面部分和所述第四侧面部分均具有比所述电极组件的上端高的上端。
7.如权利要求1至3任一项所述的二次电池，其中当所述绝缘包被展开时，所述多个电解液连通孔具有四边形形状和圆形形状中的至少一种形状。
8.如权利要求1至3任一项所述的二次电池，进一步包括密封所述壳体的盖板。
9.如权利要求1至3任一项所述的二次电池，其中所述绝缘包包括聚丙烯。
10.一种制造二次电池的方法，该方法包括：
制备绝缘膜；
弯曲所述绝缘膜；
在所述绝缘膜的弯曲部分中形成多个电解液连通孔；
密封被弯曲的所述绝缘膜的侧端部分，以形成具有袋形和敞口上部的绝缘包；
将电极组件插入所述绝缘包，所述电极组件包括第一电极、第二电极和在所述第一电极与所述第二电极之间的隔板；以及
将所述绝缘包和所述电极组件插入壳体；
其中所述绝缘包包括：在所述电极组件与所述壳体的宽侧面之间的第一侧面部分；面对所述第一侧面部分并在所述电极组件与所述壳体的另一宽侧面之间的第二侧面部分；以及将所述第一侧面部分的下端连接到所述第二侧面部分的下端的下面部分；
其中所述多个电解液连通孔中的每一个在所述下面部分中并从所述第一侧面部分延伸到所述第二侧面部分。
11.如权利要求10所述的制造二次电池的方法，其中所述电极组件包括电连接到所述第一电极和所述第二电极的安全构件。
12.如权利要求11所述的制造二次电池的方法，其中在将所述电极组件插入所述绝缘包时，所述绝缘包的所述多个电解液连通孔具有比所述安全构件的下端低的上端。
13.如权利要求10至12任一项所述的制造二次电池的方法，其中所述密封通过热焊接过程执行。
14.如权利要求10至12任一项所述的制造二次电池的方法，其中在形成所述多个电解液连通孔时，所述多个电解液连通孔通过以半圆形、三角形和四边形中的至少一种切割所述绝缘膜的所述弯曲部分而形成。
15.如权利要求10至12任一项所述的制造二次电池的方法，其中在将所述电极组件插入所述绝缘包时，所述绝缘包具有比所述电极组件的上端高的上端。
16.如权利要求10至12任一项所述的制造二次电池的方法，进一步包括：在将所述绝缘包和所述电极组件插入所述壳体之后，利用具有电解液注入孔的盖板密封所述壳体。
17.如权利要求16所述的制造二次电池的方法，进一步包括：在利用所述盖板密封所述壳体之后，通过所述盖板的所述电解液注入孔将电解液注入所述壳体。
18.如权利要求10至12任一项所述的制造二次电池的方法，其中所述绝缘膜包括聚丙烯。
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