CN102738523B - 二次电池 - Google Patents

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Abstract

公开一种二次电池，包括：电池壳体，该电池壳体包括第一壳体和第二壳体，所述第一壳体和所述第二壳体组合限定封闭空间，所述第一壳体包括第一密封部分，所述第二壳体包括第二密封部分，其中所述第一密封部分和所述第二密封部分彼此粘接用于密封所述封闭空间；包含在所述封闭空间中的电极组件，所述电极组件包括第一电极板、第二电极板和设置在所述第一电极板和所述第二电极板之间的隔板；包含在所述封闭空间中的电解质；和形成在所述第一密封部分和所述第二密封部分中的至少一个中的防爆部，其中所述防爆部包含离子材料。

Description

二次电池
相关申请的交叉引用
本申请要求于2011年4月7日递交的美国临时申请61/473,092和2012年2月23日递交的美国非临时申请13/403,877的优先权和权益，其整个内容通过引用合并于此。
技术领域
实施例涉及一种二次电池，并且更具体而言，涉及一种具有提高的安全性的二次电池。
背景技术
近来，二次电池已经被广泛用于可携式电子设备和装置的电源。并且，因为可携式电子设备和装置越来越多地用在各种领域中，对具有高容量的二次电池的需求快速增加。因此，进行了大量的研究来提高二次电池的安全性。
发明内容
本发明的一方面提供一种二次电池，其包括包含离子材料的防爆部以提高安全性。
根据本发明一方面，一种二次电池包括：电池壳体，该电池壳体包括第一壳体和第二壳体，所述第一壳体和所述第二壳体组合限定封闭空间，所述第一壳体包括第一密封部分，所述第二壳体包括第二密封部分，其中所述第一密封部分和所述第二密封部分彼此粘接用于密封所述封闭空间；包含在所述封闭空间中的电极组件，所述电极组件包括第一电极板、第二电极板和设置在所述第一电极板和所述第二电极板之间的隔板；包含在所述封闭空间中的电解质；和形成在所述第一密封部分和所述第二密封部分中的至少一个中的防爆部，其中所述防爆部包含离子材料。
所述离子材料可被构造为与包含在所述封闭空间中的化学个体反应以产生惰性气氛。所述离子材料还可包括正电性离子和负电性离子，其中所述正电性离子吸收包含在所述封闭空间中的自由电子，其中所述负电性离子与所述第一电极板和所述第二电极板中的正极性的一个反应，并且产生惰性气体。
根据实施例，所述防爆部可通过深冲压形成。
根据实施例，所述防爆部可包括形成在所述第一密封部分中的凹处，其中所述第二密封部分覆盖所述第一密封部分的所述凹处。
根据实施例，所述第一密封部分包括第一凹处，所述第二密封部分包括第二凹处，其中所述第一凹处和所述第二凹处一起限定所述防爆部。
根据实施例，所述第一电极板被联接到第一电极接线片，所述第二电极板被联接到第二电极接线片，并且所述第一电极接线片和所述第二电极接线片延伸通过所述第一密封部分和所述第二密封部分，其中所述防爆部形成在所述电池壳体的位于所述第一电极接线片和所述第二电极接线片之间的区域中。根据实施例，所述防爆部定位在所述封闭空间的边缘与所述第一密封部分或所述第二密封部分的外边缘之间的区域的更靠近所述电极组件的半区域内。
所述离子材料可从由1-乙基-3-甲基咪唑-(CF3SO2)2N，1-丁基-3-甲基咪唑-(CF3SO2)2N，1-己基-3-甲基咪唑-(CF3SO2)2N，1-乙基-3-甲基咪唑-PF6，1-丁基-3-甲基咪唑-PF6，1-乙基-3-甲基咪唑-BF4，1-丁基-3-甲基咪唑-BF4，1-己基-3-甲基咪唑-BF4，1-乙基-3-甲基咪唑-CF3SO3，1-丁基-3-甲基咪唑-CF3SO3和1-己基-3-甲基咪唑-CF3SO3组成的组中选择。
所述离子材料可包括离子混合物和溶剂。
所述溶剂可从由酒精、乙腈和碳酸盐组成的组中选择。
根据实施例，所述第一密封部分和所述第二密封部分包括多个层，其中所述多个层包括内树脂层、外树脂层和在所述内树脂层和所述外树脂层之间的金属层。
根据实施例，所述离子材料接触所述内树脂层，其中当所述二次电池过热时，所述内树脂层被构造为熔化，从而在所述防爆部和所述封闭空间之间产生通道，使得所述离子材料能够流入所述封闭空间中，由此接触包含在所述封闭空间中的化学个体。
所述金属层可包括铝。
所述内树脂层或所述外树脂层可由非导电聚合物形成。
所述聚合物可从由聚乙烯、聚丙烯、聚丙烯酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯和聚偏二氟乙烯组成的组中选择。
根据实施例，所述二次电池可进一步包括形成在所述第一密封部分和所述第二密封部分之间的一个或多个附加防爆部，其中每个所述附加防爆部包含离子材料。
附图说明
附图与申请文件一起例示本发明的实施例，并且与说明书一起用于解释本发明的原理。
图1为根据本发明实施例的二次电池的分解透视图；
图2为根据本发明实施例的二次电池的透视图；
图3A为沿图2的线A-A’截取的截面图；
图3B为根据本发明另一实施例的沿图2的线A-A’截取的截面图；
图4A为图2的上部的俯视图；和
图4B为图4A的部分B的放大视图。
具体实施方式
现在将详细描述本发明的实施例，在附图中例示本发明的实施例的示例。下面通过参照附图描述实施例以便解释本发明。然而，本发明可以以很多不同的形式实施，并且不应被解释为限于这里提出的实施例。而是，这些实施例被提供为使得本公开全面和完整，并且将本发明的范围充分传达给本领域技术人员。将理解的是，当元件或层被提及为在另一元件或层“上”或者“连接到”另一元件或层时，该元件或层可以直接在另一元件或层上，或者该元件或层可在具有中间元件或层的情况下被电连接到另一元件或层。此外，不必要的部件或元件的描述为了清楚和简明起见可能被省略，并且相似的附图标记在全文指代相似的元件。
下文中，将参照附图详细描述本发明的实施例。
图1为根据本发明实施例的二次电池的分解透视图；图2为根据本发明实施例的二次电池的透视图；图3A为沿图2的线A-A’截取的截面图；图3B为根据本发明另一实施例的沿图2的线A-A’截取的截面图；图4A为图2的上部的俯视图；和图4B为图4A的部分B的放大视图。
根据本发明实施例的二次电池100包括：电极组件10，该电极组件10包括第一电极接线片14所伸出的第一板、第二电极接线片14’所伸出的第二板和介于第一板和第二板之间的隔板13；和电池壳体110和120，电池壳体110和120容纳电极组件10并且包括防爆部115，其中防爆部115包括离子材料。
参照图1和图2，根据本实施例的二次电池100包括电池壳体110和120以及容纳在电池壳体110和120中的电极组件10和电解质(未示出)。
电极组件10可包括第一板、第二板和介于第一板和第二板之间的隔板13。第一板可指正极板，第二板可指负极板。第一板和第二板之间的离子或电子迁移产生电化学能。
第一板可通过将正极活性物质涂敷到正极集流体的一侧或两侧而形成。通常，正极集流体可包括但不特别限于具有高导电性且不诱发化学变化的任何材料。并且，正极活性物质可具有包括锂的分层混合物。
第二板可通过将负极活性物质涂敷到负极集流体的一侧或两侧而形成。负极集流体可为导电金属，并且负极活性物质可包括石墨。
隔板13可介于第一板和第二板之间，以防止第一板和第二板彼此直接接触，从而在第一板和第二板具有相反极性时不引发短路。例如，隔板13可由聚合物形成，并且使用具有高的离子渗透性和机械强度的绝缘薄层。
容纳在电池壳体110和120中的电解质可包括用作锂离子之源的锂盐和在电化学反应中用作涉及到的离子迁移的介质的非水有机溶剂。形成电极组件10的第一板和第二板与电解质反应，以产生电化学能，并且产生的电化学能可通过第一电极接线片14和第二电极接线片14’被传输到电池壳体外部。本实施例的电极组件10可通过将第一板、第二板和隔板13卷绕而制造，但不限于此。电极组件10可通过各种方法被制造，例如堆叠第一板、第二板和隔板。
电池壳体110和120可包括第一壳体110和第二壳体120，并且防爆部115可被提供在第一壳体110和第二壳体120中的至少一个中。这里，第一壳体110可为具有容纳电极组件10的容纳部111的主体，第二壳体120可为包括与容纳部111对应的盖部并且覆盖电池壳体的主体的盖。并且，电池壳体110和120可为袋，但不限于此。
第一壳体110可包括在边缘上从容纳部111延伸的第一密封部分112，第二壳体可包括与第一密封部分112对应的第二密封部分122。本实施例的二次电池100可通过将电极组件10和电解质容纳在第一壳体110的容纳部111中并且随后将第一密封部分112和第二密封部分122热熔同时将第一壳体110和第二壳体120彼此粘接而被制造。第一壳体110和第二壳体120组合限定封闭空间。
同时，电极组件10的第一板和第二板可分别包括由导电体形成的第一电极接线片14和第二电极接线片14’。第一电极接线片14和第二电极接线片14’被形成为通过被热熔的第一密封部分112和第二密封部分122伸到外部并且用于将二次电池100电连接到电池壳体外部。
容纳部111可被形成为对应于电极组件10的形状。这里，容纳部111可通过深冲压被形成，这用来用板制造无缝中空容器。同样，防爆部115也可通过深冲压被形成。
参照图3A和3B，防爆部115可通过深冲压形成凹陷形状。防爆部115可被提供作为形成在第一密封部分112、在第二密封部分122或在第一密封部分112和第二密封部分122中的袋状部、空腔或凹部。在一种实施方式中，防爆部115包括形成在第一密封部分112中的凹处，其中第二密封部分122覆盖第一密封部分112的凹处。在一种实施方式中，第一密封部分112包括第一凹处，第二密封部分122包括第二凹处，其中第一凹处和第二凹处一起限定防爆部115。在一种实施方式中，二次电池100进一步包括形成在第一密封部分112和第二密封部分122中的至少一个中的一个或多个附加防爆部，其中每个附加防爆部包含离子材料。
防爆部115还可容纳离子材料。离子材料可包括从由EMI-(CF3SO2)2N、BMI-(CF3SO2)2N、HMI-(CF3SO2)2N、EMI-PF6、BMI-PF6、EMI-BF4、BMI-BF4、HMI-BF4、EMI-CF3SO3、BMI-CF3SO3和HMI-CF3SO3组成的组中选择的至少一个，但不限于此。并且，与电子反应的离子材料可为多价材料，但通过电化学反应提取金属和产生气体的任何离子材料可用作离子材料。这是因为在电化学反应中，多价离子材料相对积极地参与氧化和还原反应，对于提高二次电池100的安全性做出贡献。这里，EMI表示1-乙基-3-甲基咪唑BMI表示1-丁基-3-甲基咪唑且HMI表示1-己基-3-甲基咪唑
这里，离子材料指的是在100℃或更低时以液态存在的离子盐或其混合物。离子材料作为新的介质由于其单一的化学特性、物理特性和电学特性而受到关注，例如，低的挥发性、不易燃性、高温下液态稳定性、相对于有机和无机材料的高溶解性以及高导电性。特别是，离子材料的特性可根据目的通过阳离子和阴离子的各种组合而被改变。
离子材料包括离子混合物和溶剂。这里，溶解离子材料的溶剂可包括但不限于水、酒精、乙腈、碳酸盐等。例如，该溶液可从由异丙醇、丙酮、碳酸甲乙酯等组成的组中选择。这些材料可单独被使用，或者可作为至少两种的混合被使用。另外，溶液的使用量不特别限制，但可少于制作离子混合物的饱和溶液的量。
第一壳体110和第二壳体120可由包括内树脂层112c和122c、金属层112b和122b以及外树脂层112a和122a的多层形成。内树脂层112c和122c直接面向电极组件10，外树脂层112a和122a面向外部。内树脂层112c和122c或外树脂层112a和122a可由非导电体的聚合物形成，从而防止二次电池短路。金属层112b和122b可设置在内树脂层112c和122c与外树脂层112a和122a之间，并且提高第一壳体110和第二壳体120的机械强度。金属层112b和122b可包括例如铝。
这里，包括在内树脂层112c和122c或外树脂层112a和122a中的聚合物可包括从聚乙烯、聚丙烯、聚丙烯酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯和聚偏二氟乙烯组成的组中选择的至少一个，但可使用在比二次电池100的正常工作温度高的温度下或者在比正常工作电压高的电压下熔化的任意聚合物。
当二次电池100的内部温度和电压正常时，本实施例的防爆部115不影响二次电池100。然而，当由于过充电发生的内部温度异常高或过电压状态时，包括聚合物的内树脂层112c和122c或外树脂层112a和122a的与防爆部115相邻的一部分可熔化。当防爆部115的一部分熔化时，防爆部115的内部变为暴露到外部。这里，容纳在防爆部115中的凹陷空间中的离子材料被排到外部。
离子材料接触内树脂层112c和122c，其中当二次电池过热时，内树脂层112c和122c被构造为熔化，从而在防爆部115和封闭空间之间产生通道，使得离子材料能够流入封闭空间中，由此接触包含在封闭空间中的化学个体。结果是，离子混合物的电子与正极活性物质的电子反应，反应产物被正极活性物质的表面吸收。也就是说，反应产物被封闭在正极活性物质的反应侧。因此，可避免由异常高温或过电压导致的二次电池的爆炸。
参照图4A和4B，防爆部115的中心可定位在第一电极接线片14和第二电极接线片14’之间。构成电极组件10的为正极板的第一板和为负极板的第二板与电解质反应以产生电化学能，并且产生的电化学能可通过第一电极接线片14和第二电极接线片14’被传输到外部。在二次电池100的这种结构中，当发生外部冲击时，内部温度变的异常高，或者发生过电压状态，第一电极接线片14和第二电极接线片14’之间的部分可更容易地过热。因此，防爆部115的中心可定位在正确检测到由于过充电导致的异常高温或过电压状态的区域中，并且，为应对异常高温或过电压状态，与防爆部115相邻的内树脂层112c和122c或外树脂层112a和122a被快速熔化，并且产生离子材料。
并且，防爆部115的中心可定位在容纳部的边缘与第一密封部分112或第二密封部分122的外边缘之间的区域的更靠近电极组件10的半区域内。当发生外部冲击、内部温度变得异常高或者由于过充电发生过电压状态时，容纳在防爆部115中的离子材料被排出，与防爆部115相邻的内树脂层112c和122c或外树脂层112a和122a被熔化。这里，当防爆部115被定位为靠近第一密封部分112或第二密封部分122的外边缘而远离电极组件10时，离子材料被排出到第一壳体110和第二壳体120外部。然而，当防爆部115被定位为靠近电极组件10时，离子材料可能不被排出到第一壳体110和第二壳体120外部，而是排出到电极组件10。与第一密封部分112和第二密封部分122的与电池壳体的外部相邻的边缘相比，防爆部115被定位为相对更靠近第一密封部分112和第二密封部分122的与封闭空间相邻的边缘。换言之，密封部分包括由第一半宽度a和第二半宽度a形成的宽度，并且第一半宽度a由与封闭空间相邻的边缘和宽度的中点形成，第二半宽度a由与电池壳体的外部相邻的边缘和宽度的中点形成，并且防爆部115被定位在第一半宽度内。
同时，出于安全性目的，二次电池的电解质通常包括添加剂，并且较大量的添加剂被添加到中等尺寸或大尺寸的二次电池中。然而，在根据本发明的具有包括离子材料的防爆部的二次电池中，即使电解质包括大量添加剂，二次电池的安全性也可被确保。
如上所述，根据本实施例，二次电池包括具有离子材料的防爆部，从而在没有大量添加剂的情况下具有提高的安全性。并且，根据实施例的二次电池壳体包括具有低熔点的树脂层，从而当由于高温和短路而发生膨胀时，特性安全性被提高。
尽管已经结合某些实施例描述了本发明，应该理解的是，本发明不限于公开的实施例，而是，相反，旨在覆盖包括在所附权利要求的精神和范围内的各种修改和等同设置及其等同物。

Claims (16)

1.一种二次电池，包括：
电池壳体，该电池壳体包括第一壳体和第二壳体，所述第一壳体和所述第二壳体组合限定封闭空间，所述第一壳体包括第一密封部分，所述第二壳体包括第二密封部分，其中所述第一密封部分和所述第二密封部分彼此粘接用于密封所述封闭空间，并且其中所述第一密封部分和所述第二密封部分中的每个包括内树脂层；
包含在所述封闭空间中的电极组件，所述电极组件包括第一电极板、第二电极板和设置在所述第一电极板和所述第二电极板之间的隔板；
包含在所述封闭空间中的电解质；和
形成在所述第一密封部分和所述第二密封部分中的至少一个中的防爆部，其中所述防爆部包含离子材料，其中所述防爆部包括形成在所述第一密封部分中的凹处，其中所述第二密封部分覆盖所述第一密封部分中的所述凹处，并且
其中当所述二次电池过热时，所述内树脂层熔化，并且所述离子材料接触所述内树脂层并通过所述内树脂层熔化时在所述防爆部与所述封闭空间之间形成的通道而流入到所述封闭空间中，由此接触包含在所述封闭空间中的化学个体。
2.如权利要求1所述的二次电池，其中所述防爆部通过深冲压形成。
3.如权利要求1所述的二次电池，其中所述第一密封部分包括第一凹处，所述第二密封部分包括第二凹处，其中所述第一凹处和所述第二凹处一起限定所述防爆部。
4.如权利要求1所述的二次电池，其中所述第一电极板被联接到第一电极接线片，所述第二电极板被联接到第二电极接线片，并且所述第一电极接线片和所述第二电极接线片延伸通过所述第一密封部分和所述第二密封部分，其中所述防爆部形成在所述电池壳体的位于所述第一电极接线片和所述第二电极接线片之间的区域中。
5.如权利要求1所述的二次电池，其中所述离子材料从由1-乙基-3-甲基咪唑-(CF3SO2)2N，1-丁基-3-甲基咪唑-(CF3SO2)2N，1-己基-3-甲基咪唑-(CF3SO2)2N，1-乙基-3-甲基咪唑-PF6，1-丁基-3-甲基咪唑-PF6，1-乙基-3-甲基咪唑-BF4，1-丁基-3-甲基咪唑-BF4，1-己基-3-甲基咪唑-BF4，1-乙基-3-甲基咪唑-CF3SO3，1-丁基-3-甲基咪唑-CF3SO3和1-己基-3-甲基咪唑-CF3SO3组成的组中选择。
6.如权利要求1所述的二次电池，其中所述离子材料包括离子混合物和溶剂。
7.如权利要求6所述的二次电池，其中所述溶剂从由水、酒精、乙腈和碳酸盐组成的组中选择。
8.如权利要求1所述的二次电池，其中所述第一密封部分和所述第二密封部分包括多个层。
9.如权利要求8所述的二次电池，其中所述多个层包括所述内树脂层、外树脂层和在所述内树脂层和所述外树脂层之间的金属层。
10.如权利要求9所述的二次电池，其中所述金属层包括铝。
11.如权利要求9所述的二次电池，其中所述内树脂层或所述外树脂层由非导电聚合物形成。
12.如权利要求11所述的二次电池，其中所述聚合物从由聚乙烯、聚丙烯、聚丙烯酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯和聚偏二氟乙烯组成的组中选择。
13.如权利要求1所述的二次电池，进一步包括形成在所述第一密封部分和所述第二密封部分中的至少一个中的一个或多个附加防爆部，其中每个所述附加防爆部包含离子材料。
14.如权利要求1所述的二次电池，其中与所述第一密封部分和所述第二密封部分的与所述电池壳体的外部相邻的边缘相比，所述防爆部被定位为相对更靠近所述第一密封部分和所述第二密封部分的与所述封闭空间相邻的边缘。
15.如权利要求1所述的二次电池，其中所述密封部分包括由第一半宽度和第二半宽度形成的宽度，并且所述第一半宽度由与所述封闭空间相邻的边缘和所述宽度的中点形成，所述第二半宽度由与所述电池壳体的外部相邻的边缘和所述宽度的所述中点形成，并且所述防爆部被定位在所述第一半宽度内。
16.如权利要求4所述的二次电池，其中与所述第一密封部分和所述第二密封部分的与所述电池壳体的外部相邻的边缘相比，所述防爆部被定位为相对更靠近所述第一密封部分和所述第二密封部分的与所述封闭空间相邻的边缘。
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