CN103250271A - 具有优良的生产性和安全性的二次电池 - Google Patents

Abstract

提供了一种二次电池，该二次电池在圆柱形电池壳体内具有正电极/分隔物/负电极的果冻卷结构。具有平面结构的绝缘部件被安装在果冻卷结构的上端上，并且包括开口和多个孔。通过开口排出气体，并且电极端子穿过该开口。孔设置在绝缘部件的正面上，并且具有100μm或者更小的直径。电解质通过该孔。

Description

具有优良的生产性和安全性的二次电池

技术领域

本发明涉及一种具有优良的制造加工性和安全性的二次电池。本发明尤其涉及一种具有如下结构的二次电池，在该结构中，果冻卷状物被安装在圆柱形电池壳体中，其中，绝缘部件被安装在果冻卷状物上，并且绝缘部件包括：穿透的入口，该穿透的入口使气体能够排出和使电极端子能够穿入；和多个具有100μm或更小的直径的孔，该孔设置在绝缘部件的整个表面上。

背景技术

与移动装置相关的技术的发展和对移动装置需求的增加已经引起了对于作为能量来源的二次电池的需求的快速增加。在二次电池中，具有高的能量密度、高的驱动电压和优良存储和使用寿命特性的锂二次电池广泛地用作包括移动装置的各种电动产品的能源。

取决于电池壳体的形状，二次电池可以被划分成分别安装在圆柱形金属罐中的圆柱形电池和安装在矩形金属罐中的矩形电池，以及安装在由铝层压片制成的袋状壳体中的袋状电池。在这些电池中，圆柱形电池具有相对高的容量和优良的结构稳定性的优点。安装在电池壳体中的电极组件是具有阴极/分隔物/阳极层压结构的使得能够充电和放电的发电装置，并且电极组件被划分成：果冻卷式电极组件，在该果冻卷式电极组件中，包括介于阴极和阳极之间的分隔物的电极组件被卷绕，阴极和阳极均由活性材料涂敷的长片制成；堆叠式电极组件，在该堆叠式电极组件中，多个阴极和多个阳极被以该次序层压成使得分隔物介于阴极和阳极之间；和堆叠/折叠式电极组件，该堆叠/折叠式电极组件是果冻卷式和堆叠式的组合。在这些电极组件中，果冻卷式电极组件具有易于制造和高的每重量的能量密度的优点。

在这方面，在图1中示出一种常规的圆柱形二次电池。在图2和图3中以平面图示出通常用于圆柱形二次电池的绝缘部件。

参考附图，通过将果冻卷式（卷式）电极组件120安装在电池壳体130中、将电解质溶液注入电池壳体130中并且将设有电极端子（例如阴极端子；未示出）的帽组件140联接到壳体130的敞开顶部来制造圆柱形二次电池100。

通过将分隔物123插入在阴极121和阳极122之间并且将得到的结构卷绕成圆形形状来获得电极组件120。圆柱形中央销150被插入果冻卷状物的芯部（中央）中。通常，中央销150由金属制成以造成预定的强度，并具有圆形地弯曲的板材的中空状圆柱形结构。这种中央销150设定并支撑电极组件，并且用作通道，从而使在充电和放电以及操作期间由内部反应产生的气体能够排出。

另外，板形绝缘部件180a被安装在电极组件120的顶部上，并且设置在该顶部的中央中，其中入口181a与中央销150的通孔151连通，从而气体被排出并且电极组件120的阴极接头142被连接到帽组件140的帽板145。

然而，布置在果冻卷状物的顶部上的绝缘部件180a是如下的结构，该结构在将电解质溶液注入电池中的过程中阻挡电解质溶液穿过而渗透到电池中的通道。因此，电解质溶液仅通过与中央销150和除了绝缘部件180a的区域进行连通的入口181a而渗透到电池中，因此不利地需要用于电解质注入的长的时间并因此使生产效率降低。

为了改进电解质溶液的渗透性，如在图3中所示，提出了一种具有多个通孔182b形成在入口181b周围的结构的局部连接部件180b。

然而，发现该结构在安全性方面存在严重的问题。即，在制造和/或装配帽组件140、电池壳体130等的过程中产生的导电杂质粒子诸如金属粉末通过在绝缘部件180b中穿透的通孔182b渗透到电极组件120中，因此不利地引起短路的发生或者电池使用寿命的缩短。

因此，存在对于维持电气安全性和加强电解质溶液的注入加工性的二次电池的增加的需求。

发明内容

技术问题

因此，已经做出了本发明以解决以上问题和尚待解决的其它技术问题。

本发明的一个目的是提供一种由于应用一种具有新颖的结构的绝缘部件而改进电解质溶液的渗透并且加强电池的安全性、性能和制造加工性的二次电池。

技术方案

根据本发明的一个方面，提供了一种具有如下的结构的二次电池，在该结构中，具有阴极/分隔物/阳极结构的果冻卷状物被安装在圆柱形电池壳体中，其中，板形绝缘部件被安装在果冻卷状物的顶部上，并且绝缘部件包括使气体能够排出且使电极端子能够穿入的穿透入口和具有100μm或更小的直径的设置在绝缘部件的整个表面上的多个孔。

如与包括具有相对大的直径的通孔的常规绝缘部件相比，由于安装在果冻卷状物的顶部上的绝缘部件，圆柱形二次电池是相当地优选的，这是由于当注入电解质溶液时，电解质溶液在绝缘部件的整个表面上渗透，溶液注入被极大地改进并且能够防止短路的发生。能够通过随后测试结果确认这些事实。

只要具有绝缘特性，任何材料都可以用于绝缘部件而没有特别限制。例如，用于绝缘部件的材料可以是电绝缘聚合物树脂或电绝缘聚合物复合物，并且具体地，聚合物树脂选自聚丙烯（PP）、聚苯乙烯（PS）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、天然橡胶和合成橡胶。

根据需要，绝缘部件可以是多孔无纺结构，从而由于材料的固有特性和片的形状而促进电解质溶液的渗透。

如上所提到，绝缘部件的孔具有如下的尺寸，该尺寸造成为绝缘部件的固有特性的电绝缘特性，并且当注入电解质溶液时使电解质溶液能够渗透到绝缘部件中。因此，根据本发明的绝缘部件具有细微的孔。如上所限定，绝缘部件包括具有100μm或更小的直径的孔。

如由本发明人确认，非优选的是孔具有大于100μm的直径，这是因为从帽组件、电池壳体等产生的细微的金属粒子在电池装配的过程中通过绝缘部件的孔渗透到果冻卷状物中，并且因此可能产生短路。

优选地，孔具有例如10μm到100μm的直径以提供电解质溶液的高渗透。

在优选实施例中，孔可以被遍及绝缘部件的整个表面地以预定距离相互分离。

例如，该预定距离可以是10μm到100μm并且该距离可以意味着在使绝缘部件穿透的孔之间的距离。

优选地，绝缘部件具有0.1mm到0.5mm的厚度。当绝缘部件的厚度过小时，绝缘部件不能充分地施加固有的电绝缘性，并且另一方面，当厚度过大时，不利的是，二次电池过大，在具有相同尺寸的电池壳体中引起果冻卷状物的尺寸的减小，并且因此电池容量不利地减小。

本发明还可以应用于通过用含锂的电解质溶液浸渍果冻卷状物而制造的锂二次电池。

本发明还提供一种包括作为电源的二次电池的装置。

优选地，在优良的使用寿命和安全性方面，根据本发明的装置可以用于移动装置诸如移动电话与便携式计算机和电动车辆（EV）、混合电动车辆（HEV）、插电式混合电动车辆（PHEV）以及用于电力存储的系统。

附图说明

结合附图根据以下详细说明，会更清楚地理解本发明的以上和其它的目的、特征和其它优点，在附图中：

图1是示出了圆柱形二次电池的代表性截面示意图；

图2是示出了用于图1的二次电池的绝缘部件的平面图；

图3是示出了用于图1的二次电池的另一个绝缘部件的平面图；并且

图4是示出了根据本发明的一个实施例的绝缘部件的平面图。

具体实施方式

现将参考以下实例更详细地描述本发明。这些实例仅设置成用于说明本发明，而不应该被解释成限制本发明的范围和精神。

图4是示意地示出了根据本发明的一个实施例的绝缘部件的平面图。

参考图4和图1，二次电池100具有如下的结构，在该结构中，具有阴极121/分隔物123/阳极122结构的果冻卷状物120被安装在圆柱形电池壳体130中，其中，绝缘部件180被安装在果冻卷状物120的顶部上。

绝缘部件180c由具有约0.4mm的厚度的聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）构成，绝缘部件180c在绝缘部件180c的一侧处设有入口181c，并且遍及绝缘部件180c的整个表面设有多个具有10到30μm的直径的微孔182c，该微孔182c被以预定距离相互间隔开。

因此，通过多个微孔182c，电解质溶液在被注入时渗透到绝缘部件180c的整个表面中，因此在溶液注入中产生相当的改进并且防止短路的发生。

现将参考以下实例更详细地描述本发明。这些实例仅被提供用于说明本发明而不应该被解释成限制本发明的范围和精神。

[实例1]

使用聚丙烯制造具有0.4mm的厚度的绝缘部件，在该绝缘部件中，具有6mm的宽度和2.5mm的长度的矩形入口被在矩形入口的一侧处穿透，并且多个微孔被以约10到30μm的预定距离均匀地分布，如图4中所示。然后，绝缘部件被安装在果冻卷状物的顶部上，在该果冻卷状物中基于中央销来卷绕阴极/分隔物/阳极，并且在电池装配的过程中产生的细微的金属粉末被布置在绝缘部件上的状态中，制造具有18650标准（直径18mm、长度65mm）的圆柱形二次电池。

[实例2]

除了具有100μm的直径的多个微孔在绝缘部件的整个表面上以约120μm的预定距离均匀地分布之外，以与实例1中相同的方式来制造绝缘部件和二次电池。

[比较例1]

除了不包括多个孔之外，以与实例1中相同的方式来制造绝缘部件和二次电池，如图2中所示。

[比较例2]

除了形成具有2.5mm的直径的三个通孔之外，以与实例1中相同的方式来制造绝缘部件和二次电池，如图3中所示。

[比较例3]

除了具有150μm的直径的多个微孔在绝缘部件的整个表面上以约120μm的预定距离均匀地分布之外，以与实例1中相同的方式来制造绝缘部件和二次电池。

[测试实例1]

在实例1和实例2以及比较例1到比较例3中制造的二次电池经受电解质溶液浸渍测试。在以下的表格1中示出了结果。通过将1MLiPF₆碳酸盐电解质溶液注入所制造的圆柱形电池壳体中、测量直到果冻卷状物的浸渍比率达到100%所花费的时间来执行电解质溶液浸渍测试，并且重复该过程四次并计算该四个值的平均值。另外，帽组件被焊接到所制造的二次电池的敞开顶部以制造10个样品。样品经受充电和放电测试，并且确认了短路。在以下的表格1中示出了结果。

[表格1]

如能够从表格1观察到，如与比较例1相比，根据本发明的实例1和实例2的电池已经显著地缩短了电解质溶液浸渍时间。即，能够看到，电解质溶液能够有效地通过绝缘部件中的多个微孔而渗透。

如与比较例1的电池相比，尽管比较例2的电池呈现改进的浸渍，但是短路增加，尽管比较例3的电池也呈现与实例1和实例2可比较的浸渍，但是呈现更高的短路率。这种情况的原因在于，金属粉末渗透到相对大的孔中并且在果冻卷状物的内部引起短路。

另一方面，尽管如与实例1和实例2的电池相比，比较例1的电池呈现高的短路率，但是包括安装在比较例1的电池上的绝缘部件的比较例1的电池未设有穿透的微孔，如实例1和实例2中所示。

高短路率的原因被认为是由于以下的事实：在实例1和实例2的电池中，当金属粉末被陷入在微孔中时金属粉末的运动被抑制，但是在比较例1的电池中，金属粉末在绝缘部件的光滑表面上自由地移动，并且通过入口或绝缘部件的周边而移动到果冻卷状物。

虽然已经为了说明的目的公开了本发明的优选实施例，但是本领域中的一般技术人员会理解，在不脱离如在本发明的所附权利要求中公开的范围和精神的情况下，能够进行各种变形、添加和替换。

工业实用性

如从前述明显地，根据本发明的二次电池包括设置在该二次电池的整个表面上的具有预定尺寸或更小尺寸的多个孔的绝缘部件，由此有利地防止短路的发生，从而使电解质溶液能够遍及绝缘部件地渗透，因此有利地最终极大地改进电池的安全性、性能、使用寿命和制造加工性。

Claims (11)

1.一种二次电池，所述二次电池具有如下结构，即：具有阴极/分隔物/阳极结构的果冻卷状物被安装在圆柱形电池壳体中，

其中，板形绝缘部件被安装在所述果冻卷状物的顶部上；并且

所述绝缘部件包括：穿透的入口，所述穿透的入口能够使气体排出并且使电极端子穿过；和多个具有100μm或者更小的直径的孔，所述孔设置在所述绝缘部件的整个表面上。

2.根据权利要求1所述的二次电池，其中，所述绝缘部件由电绝缘的聚合物树脂或者电绝缘的聚合物复合物制成。

3.根据权利要求2所述的二次电池，其中，所述聚合物树脂选自聚丙烯（PP）、聚苯乙烯（PS）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、天然橡胶和合成橡胶。

4.根据权利要求1所述的二次电池，其中，所述绝缘部件具有无纺结构。

5.根据权利要求1所述的二次电池，其中，所述绝缘部件的所述孔的尺寸允许在注入电解质溶液时使所述电解质溶液通过所述孔。

6.根据权利要求5所述的二次电池，其中，所述绝缘部件的所述孔具有10μm到100μm的尺寸。

7.根据权利要求1所述的二次电池，其中，所述孔在所述绝缘部件的整个表面上被以预定距离相互间隔开。

8.根据权利要求1所述的二次电池，其中，所述绝缘部件具有0.1mm到0.5mm的厚度。

9.根据权利要求1所述的二次电池，其中，所述电池是锂二次电池。

10.一种装置，包括作为电源的根据权利要求1到9中的任一项所述的二次电池。

11.根据权利要求10所述的装置，其中，所述装置选自移动电话、便携式计算机、电动车辆（EV）、混合电动车辆（HEV）、插电式混合电动车辆（PHEV）和用于电力存储的装置。

Images