CN103140955A - 改进密封性能的二次电池 - Google Patents

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Abstract

在此公开一种二次电池，该二次电池具有被放置在棱柱形容器中的电极组件，其中形成在被安装到棱柱形容器的敞开上端的基板中的电解质注入孔的内侧的上部分被配置成具有倒角结构，其中电解质注入孔的直径向下逐渐减小，电解质注入孔的内侧的下部分被配置成具有非倒角结构，该倒角结构以不规则形状形成以增加电解质从二次电池泄漏所沿着的电解质泄漏路线的长度，并且，当密封构件被挤压到电解质注入孔中时，密封构件被变形为对应于电解质注入孔的内部结构使得通过密封构件密封电解质注入孔。

Description

改进密封性能的二次电池
技术领域
本发明涉及一种展示改进密封性能的二次电池，并且更具体地，涉及具有被放置在棱柱形容器中的电极组件的二次电池，其中形成在被安装到棱柱形容器的敞开上端的基板中的电解质注入孔的内侧的上部分被配置成具有倒角结构，其中电解质注入孔的直径向下逐渐减小，电解质注入孔的内侧的下部分被配置成具有非倒角结构，该倒角结构以不规则形状形成以增加电解质从二次电池泄漏所沿着的电解质泄漏路线的长度，并且，当密封构件被挤压到电解质注入孔中时，密封构件被变形为对应于电解质注入孔的内部结构使得通过密封构件密封电解质注入孔。
背景技术
随着移动装置日益发展以及对这种移动装置的需求的增加，对作为移动装置的能源的二次电池的需求也已经迅速增加。基于其外结构和内结构，二次电池大体被分类为圆柱形电池、棱柱形电池以及袋形电池。由于移动装置已经小型化，所以具有小的长宽比的棱柱形电池和袋形电池最近已经吸引了相当大的关注。
棱柱形二次电池通过如下过程制造：将包括阴极、阳极以及隔膜的电极组件放置在棱柱形电池壳中，将基板例如通过焊接固定到电池壳的上端，将电解质通过形成在基板中的电解质注入孔注入到电池壳中，用金属球密封电解质注入孔，将安全元件和保护电路安装在基板上，以及用壳体（外壳）密封电池壳。
图1中示出安装到常规棱柱形二次电池的电池壳的上端的基板的平面图，且垂直截面图沿着线A-A截取。
参照图1，基板100被设置成在其中间具有电极端子101，该电极端子101连接到电极组件的电极片（例如，阳极片），使得电极端子101从基板100伸出。基板100被设置成在其一侧处具有电解质注入孔102，通过电解质注入孔102注入电解质。在伸出电极端子101与基板100之间布置有绝缘构件103，该绝缘构件103将电极端子101与基板100电隔离，该电极端子101连接到电极组件的另一电极片（例如，阴极片）以用作电极端子。
通过电解质注入孔102注入电解质，该电解质注入孔102大体以四边形形状形成，如图2中以垂直截面所示。电解质注入孔102利用密封构件104密封，密封构件104由铝形成并且其直径稍微大于电解质注入孔102的直径。具体地，密封构件104位于电解质注入孔上，然后从上面挤压密封构件104，使得密封构件104塑性变形以密封电解质注入孔102。随后，塑性变形的密封构件104的周边被激光焊接，或薄金属板被放置在塑性变形的密封构件104的上方并且被激光焊接，以密封电解质注入孔。
然而，当密封构件塑性变形并且被插入到在垂直截面上以四边形形状形成的电解质注入孔中以利用密封构件密封电解质注入孔时，密封构件的相对侧通过电解质注入孔的内侧上端被向外推动。因此，凹槽形成在密封构件上。该凹槽不利地影响电解质注入孔通过激光焊接的密封。此外，由于凹槽的形成，内侧裂纹沿着在密封构件与电解质注入孔的内侧表面之间的界面连续地形成，其结果是，降低电解质注入孔的密封性能。
而且，在其中使用金属球作为如上所述的密封构件密封电解质注入孔的情况下，电解质可能从电池单元泄漏。
另外，进一步执行焊接以提供较高的密封力，结果是，增加电池的缺陷率并且也增加电池的制造成本。
因此，存在对能够从根本上解决上述问题的技术的高必要性。
发明内容
技术问题
因此，已经完成本发明来解决以上问题以及尚未解决的其它技术问题。
具体地，本发明的目的是提供一种具有特定结构的电解质注入孔的二次电池，从而减少电池的制造过程的数目并且降低电池的缺陷率。
技术方案
根据本发明的一个方面，上述和其它目的能够通过提供具有被放置在棱柱形容器中的电极组件的二次电池来完成，其中形成在被安装到棱柱形容器的敞开上端的基板中的电解质注入孔的内侧的上部分被配置成具有倒角结构，在该倒角结构中电解质注入孔的直径向下逐渐减小，电解质注入孔的内侧的下部分被配置成具有非倒角结构，该倒角结构以不规则形状形成以增加电解质从二次电池泄漏所沿着的电解质泄漏路线的长度，并且，当密封构件被挤压到电解质注入孔中时，密封构件被变形为对应于电解质注入孔的内部结构使得通过密封构件密封电解质注入孔。
也就是，电解质注入孔的内侧的上部分被配置成具有倒角结构，在该倒角结构中，电解质注入孔的直径向下逐渐减小。因此，当将密封构件压入到电解质注入孔中时，密封构件容易塑性变形。因此，可以防止凹槽形成在受挤压的密封构件的上端处以及防止在密封构件与电解质注入孔的内侧表面之间的界面处形成裂纹。
另外，倒角结构以不规则形状形成以增加电解质从二次电池泄漏所沿着的电解质泄漏路线的长度。因此，能够大大地减少向二次电池外的电解质的泄漏。
此外，当密封构件被挤压到电解质注入孔中时，由于在倒角结构与密封构件之间的剪切力，变形成对应于电解质注入孔的形状的密封构件可以与倒角结构紧密接触，并且由于在非倒角结构与密封构件之间的摩擦相互作用容易形成密封状态。
不规则的部分可以被形成在倒角结构的整个平面上或者被部分地形成在倒角结构的平面上。而且，不规则的部分可以沿着倒角结构的平面连续地或者不连续地延伸。
同时，在电解质注入孔的内侧的上部分被配置成具有倒角结构并且电解质注入孔的内侧的下部分被配置成具有非倒角结构的情况下，可以防止塑性变形的密封构件被引入到电解质注入孔的内侧的下部分中以及可以呈现较高的密封力，这是非常优选的。
如果倒角结构的深度太小，则塑性变形的密封构件的体积相对于倒角结构的空间相对地增加，其结果是，密封构件的相当大的部分可以从基板的顶部或底部伸出，这不是优选的。另一方面，如果倒角结构的深度太大，则可能难以密封电解质注入孔，这不是优选的。
因此，基于电解质注入孔的深度D，倒角结构可以从电解质注入孔的上端在0.3xD至0.7xD的范围内向下延伸。
另外，优选倒角结构的上端宽度比密封构件较大，使得将密封构件容易地压入到电解质注入孔中以有效地密封电解质注入孔而无焊接。具体地，根据密封构件的直径R，倒角结构的上端宽度（W上）可以满足1.0xR<W上<1.7xR的条件，并且根据密封构件的直径R，倒角结构的下端宽度（W下）可以满足0.5xR≤W下≤0.9xR的条件。
非倒角结构的宽度W可以等于倒角结构的下端宽度W下以防止塑性变形的密封构件被引入到电解质注入孔的下部分中。
优选地，在倒角结构的上端宽度W上与下端宽度W下之间的差异满足上端宽度W上的8%至42%的条件。
例如，如果在倒角结构的上端宽度W上与下端宽度W下之间的差异超过0.5mm，则可以使电解质注入孔频繁地变形，其结果是可能降低电解质注入孔的下部分的气密性。由于这个原因，在倒角结构的上端宽度W上与下端宽度W下之间的差异优选是0.1至0.5mm。
同时,在密封构件的直径R与倒角结构的下端宽度W下之间的差异可以满足密封构件的8%至25%的直径R的条件。
例如，如果在密封构件的直径R与倒角结构的下端宽度W下之间的差异超过0.3mm，则可以使电解质注入孔频繁地变形，其结果是可能降低电解质注入孔的下部分的气密性。由于这个原因，在密封构件的直径R与倒角结构的下端宽度W下之间的差异优选是0.1至0.3mm。
在优选示例中，倒角结构的倾斜角度可以是到基板的顶部为30至70度，优选地为30至64度。
如在先前的描述中，如果倒角结构的倾斜角度太陡，则相对大的密封构件可以从基板的顶部或底部伸出，这不是优选的。另一方面，如果倒角结构的倾斜角度太缓，则可能降低电解质注入孔的密封性能或可以在密封构件处形成裂纹，这不是优选的。
因此，根据电解质注入孔和基板的尺寸，可以适当地决定倒角结构的深度、宽度和倾斜角度。根据需要可以使密封构件部分地变形，只要使密封构件塑性变形以容易地密封电解质注入孔。
可以通过以1至50μm的间隔设置的突起形成所述不规则形状。
在优选的示例中，密封构件可以以球形形状形成，并且电解质注入孔在水平截面上可以以圆形形状形成。
也就是，密封构件当被挤压时塑性变形以密封电解质注入孔。优选地，密封构件是金属球。
同时，密封构件可以在密封构件位于电解质注入孔上的状态下被挤压，并且可以通过倒角结构来增加在密封构件与电解质注入孔之间的接触面积以防止密封构件落入电解质注入孔。
另外，在密封构件被挤压之后电解质注入孔被密封的状态下，诸如环氧树脂的聚合物树脂可以被施加到电解质注入孔的周边以密闭地密封电解质注入孔的周边。
根据本发明的另一方面，提供一种二次电池制造方法。具体地，二次电池制造方法包括：（a）将电极组件放置在棱柱形容器中；（b）将基板安装到棱柱形容器的敞开上端，该基板具有电解质注入孔，电解质注入孔内侧的上部分被配置成具有倒角结构，在倒角结构中电解质注入孔的直径向下逐渐减小，不规则部分被形成在倒角结构处，并且电解质注入孔内侧的下部分被配置成具有非倒角结构；（c）通过电解质注入孔将电解质注入到棱柱状容器中；以及（d）在密封构件位于电解质注入孔上的状态下挤压密封构件以使密封构件变形为对应于电解质注入孔的内部结构使得通过密封构件密封电解质注入孔。
在根据本发明的二次电池制造方法中，当密封构件被挤压到电解质注入孔中时，因为电解质注入孔内侧的上部分被配置成具有电解质注入孔的直径向内逐渐地减小的倒角结构，所以密封构件容易被塑性变形。因此，能够防止凹槽被形成在被挤压的密封构件的上端处并且防止裂纹被形成在金属球和电解质注入孔的内部表面之间的界面处。
而且，倒角结构以不规则形状形成以增加电解质从二次电池泄露所沿着的电解质泄露路线的长度。因此，能够大大地减少电解质从二次电池泄露。
优选地，步骤（d）包括：（d1）在通过模具固定棱柱状容器的状态下密封构件被定位于电解质注入孔上；（d2）向下移动压制机同时旋转压制机以将密封构件挤压到电解质注入孔中；以及（d3）塑性变形密封构件使得通过密封构件密封电解质注入孔。
在根据本发明的二次电池制造方法中，因此，压制机挤压密封构件同时进行旋转。因此，能够防止电解质注入孔变得破裂和变形。另外，仅通过挤压过程有效地密封电解质注入孔，并且因此，能够减少制造过程的数目。
优选地，步骤（d）进一步包括在压制机被向上移动了预定的高度以用于挤压密封构件的状态下在垂直方向重复地往复运动压制机。可以在步骤（d2）和步骤（d3）之间执行重复地往复运动压制机的步骤。
即，可以在压制机被向上移动了预定的高度以用来挤压密封构件同时进行旋转时的电解质注入孔被密封的状态下在垂直方向中重复地往复运动压制机。因此，与以相对高的压力执行的传统的一次直接的向下挤压过程相比较，能够最小化电解质注入孔的破裂和变形。另外，能够提高电解质注入孔的密封性能同时没有附加的焊接。
附图说明
根据结合附图所作出的下列详细描述，将更清楚地理解本发明的上述及其它目的、特征和其它优势，其中：
图1是安装到常规棱柱形二次电池的电池壳的上端的基板的平面图，且垂直截面图沿着线A-A截取；
图2是示出图1的点线圆圈a的放大图；
图3是示出根据本发明的实施例的棱柱形二次电池的具有形成在其中的电解质注入孔的基板的平面图，且垂直截面图沿着线B-B截取；
图4是示出图3的点线圆圈b的放大图；
图5是示出密封构件被挤压到图4的基板中的典型视图；
图6是示出环氧树脂被涂覆到图5的密封构件的典型视图；
图7是典型地示出根据本发明的另一实施例的基板的垂直截面图；
图8是示出根据本发明的另一实施例的用于制造二次电池的设备的典型视图；以及
图9是示出根据本发明的又一实施例的挤压电解质注入孔和密封构件的过程的典型视图。
具体实施方式
现在，将参照附图详细地描述本发明优的选实施例。然而，应注意，本发明的范围并不受到示出的实施例的限制。
图3是示出根据本发明的实施例的棱柱形二次电池的具有形成在其中的电解质注入孔的基板的平面图，且垂直截面图沿着线B-B截取，并且图4是典型地示出图3的点线圆圈b的放大图。
参照这些附图，基板200被设置成在其中间具有电极端子201，该端子201连接到电极组件（未示出）的阳极片，使得电极端子101从基板200伸出。基板200被设置成在其一侧处具有电解质注入孔202。在基板200的相邻于电解质注入孔202的上端处形成有凹槽，通过该凹槽将保护电路模块稳定地安装到基板200。在电极端子201与基板200之间布置有绝缘构件203，该绝缘构件203将电极端子201与基板200电隔离，该电极端子101连接到电极组件的阴极片。
基板200的电解质注入孔202的内侧的上部分被配置成具有倒角结构220，在该倒角结构220中，电解质注入孔202的直径向下逐渐减小。基板200的电解质注入孔202的内侧的下部分被配置成具有非倒角结构230。
倒角结构220从电解质注入孔的上端向下延伸，使得倒角结构220的深度d为电解质注入孔的深度D的约0.4至0.6倍。作为倒角延长线之间的角度的倒角结构220的倾斜角度r是大约45度。
另外，倒角结构220的上端宽度W上为密封构件204的直径R的约1.2倍，并且倒角结构220的下端宽度W下为密封构件204的直径R的约0.7倍。非倒角结构230的宽度W等于倒角结构220的下端宽度W下。
具有大于上端宽度W上的直径的球形密封构件204由旋转压制机压入到电解质注入孔202中以密封电解质注入孔202。密封构件204可以是金属球。
图5是示出密封构件被挤压到图4的基板中的典型视图，并且图6是示出环氧树脂被涂覆到图5的密封构件的典型视图。
参考图5，不规则的部分250被形成在倒角结构220的整个平面上使得沿着倒角结构220的平面不规则的部分250继续地延伸以增加电解质泄露路线c的长度，沿着该电解质泄露路线c电解质从二次电池泄露。被配置成具有上述结构的电解质注入孔202一般地解决了与密封构件的密封性能和破裂有关的问题。
再次参考图6，在密封构件被挤压到电解质注入孔之后环氧树脂240被涂覆到电解质注入孔的外围。
图7是典型地示出根据本发明的另一实施例的基板的垂直截面图。
参考图7，基板在结构上与图5的相同，不同之处在于不规则部分250a被部分形成在倒角结构220a的平面处使得沿着倒角结构220a的平面不规则部分250a不连续地延伸，并且因此，省略对其的详细描述。
图8是示出根据本发明的另一实施例的用于制造二次电池的设备的典型视图，并且图9是示出根据本发明的又一个实施例的挤压电解质注入孔和密封构件的过程的典型视图。
参照这些附图连同图4，二次电池制造设备400包括：模具，用以固定棱柱形容器（未示出），该棱柱形容器具有安装在其中的电极组件（未示出）和安装到其敞开的上端的基板200；压制机430，用以在向下运动（i）期间在模具420的上方执行垂直往复运动（iii）并且挤压密封构件204，使得密封构件204被压入到基板200的电解质注入孔202中；以及控制器440，用以控制压制机430的操作。
压制机430包括：圆柱体435，用以执行垂直往复运动（iii）；以及，旋转电机437，用以使压制机430旋转。因此，当压制机430执行向下运动（i)时，压制机430在沿基于密封构件204的顺时针方向执行旋转（ii）的同时挤压密封构件204。
另外，在压制机430通过一次向下运动（i)挤压密封构件204之后，在压制机430向上移动约3cm的高度L的状态下，控制器440控制压制机430以通过约10次垂直往复运动（iii）挤压密封构件204。
在这种情况下，压制机430以例如，约3kgf的压力G的相对低的压力挤压密封构件204，以确保在塑性变形的密封构件与电解质注入孔之间的气密性和均匀性。
也就是，压制机430在通过旋转电机437沿顺时针方向旋转（ii）的同时相对于密封构件204执行垂直往复运动（iii），从而防止电解质注入孔破裂和变形。此外，提高了电解质注入孔的密封性能，从而确保了电池的气密性。
虽然出于说明性目的已经公开了本发明的优选实施例，但是本领域的技术人员将意识到，在不脱离如在所附权利要求中所公开的本发明的范围和精神的情况下，各种修改、增加和替换是可能的。
工业适用性
如从上文的描述明显的，根据本发明的二次电池包括具有特定结构的电解质注入孔的基板。因此，可以减小电池的制造过程的数目以及降低二次电池的缺陷率。另外，可以大大减小电解质从电池的泄漏。

Claims (16)

1.一种二次电池，具有被放置在棱柱形容器中的电极组件，其中，形成在被安装到所述棱柱形容器的敞开上端的基板中的电解质注入孔的内侧的上部分被配置成具有倒角结构，在该倒角结构中所述电解质注入孔的直径向下逐渐减小，所述电解质注入孔的内侧的下部分被配置成具有非倒角结构，所述倒角结构以不规则形状形成以增加电解质从二次电池泄漏所沿着的电解质泄漏路线的长度，并且，当密封构件被挤压到所述电解质注入孔中时，所述密封构件被变形为对应于所述电解质注入孔的内部结构以使得通过所述密封构件来密封所述电解质注入孔。
2.根据权利要求1所述的二次电池，其中，根据所述电解质注入孔的深度（D），所述倒角结构从所述电解质注入孔的上端在0.3xD至0.7xD的范围内向下延伸。
3.根据权利要求1所述的二次电池，其中，根据所述密封构件的直径（R），所述倒角结构的上端宽度（W上）满足1.0xR<W上<1.7xR的条件。
4.根据权利要求1所述的二次电池，其中，根据所述密封构件的直径（R），所述倒角结构的下端宽度（W下）满足0.5xR≤W下≤0.9xR的条件。
5.根据权利要求1所述的二次电池，其中所述非倒角结构的宽度（W）等于所述倒角结构的下端宽度（W下）。
6.根据权利要求1所述的二次电池，其中所述倒角结构的上端宽度（W上）与下端宽度（W下）之间的差异满足上端宽度（W上）的8%至42%的条件。
7.根据权利要求1所述的二次电池，其中所述密封构件的直径（R）与所述倒角结构的下端宽度（W下）之间的差异满足所述密封构件的直径（R）的8%至25%的条件。
8.根据权利要求1所述的二次电池，其中所述倒角结构的倾斜角度是到所述基板的顶部为30至70度。
9.根据权利要求1所述的二次电池，其中所述不规则形状通过以1至50μm的间隔设置的突起形成。
10.根据权利要求1所述的二次电池，其中所述密封构件以球形形状形成，并且所述电解质注入孔在水平截面上是以圆形形状形成。
11.根据权利要求1所述的二次电池，其中所述密封构件是金属球。
12.根据权利要求1所述的二次电池，其中所述密封构件在所述密封构件位于所述电解质注入孔上的状态下被挤压，并且可以通过所述倒角结构来增加所述密封构件与所述电解质注入孔之间的接触面积以防止所述密封构件落入所述电解质注入孔。
13.根据权利要求12所述的二次电池，其中，在所述密封构件被挤压到所述电解质注入孔中之后，环氧树脂被涂覆到所述电解质注入孔的外围。
14.根据权利要求1所述的二次电池的制造方法，所述制造方法包括：
（a）将电极组件放置在棱柱形容器中；
（b）将基板安装到所述棱柱形容器的敞开上端，所述基板具有电解质注入孔，所述电解质注入孔的内侧的上部分被配置成具有倒角结构，在该倒角结构中所述电解质注入孔的直径向下逐渐减小，不规则部分被形成在所述倒角结构处，并且所述电解质注入孔的内侧的下部分被配置成具有非倒角结构；
（c）通过所述电解质注入孔将电解质注入到所述棱柱状容器中；以及
（d）在密封构件位于所述电解质注入孔上的状态下挤压所述密封构件以使所述密封构件变形为对应于所述电解质注入孔的内部结构使得通过所述密封构件来密封所述电解质注入孔。
15.根据权利要求14所述的制造方法，其中步骤（d）包括：
（d1）在通过模具固定所述棱柱状容器的状态下把所述密封构件定位于所述电解质注入孔上；
（d2）向下移动压制机同时旋转所述压制机以将所述密封构件挤压到所述电解质注入孔中；以及
（d3）塑性变形所述密封构件使得通过所述密封构件密封所述电解质注入孔。
16.根据权利要求15所述的制造方法，其中所述步骤（d）进一步包括：在所述压制机被向上移动预定高度以用于挤压所述密封构件的状态下，在垂直方向重复地往复运动所述压制机，在步骤（d2）和步骤（d3）之间执行重复地往复运动所述压制机的步骤。
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