CN103748728A - 多孔结构的电极组件及包括其的二次电池 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种多孔结构的电极组件及包括其的二次电池。提供一种包括多个包括阴极、阳极及隔板，并包括一个以上的贯通口的电极组件、和在与所述贯通口对应的位置附加密封的贯通密封部的二次电池。根据本发明的二次电池，通过附加地稳定固定电极组件和电池壳体的熔合部位来抑制电极组件的移动，从而防止内部短路等并提高安全性，而且由于电极组件具有多孔结构，还具有显著提高电解质溶液的浸渍性的效果。进而，在包括多个所述二次电池的电池模块中，通过所述贯通口来设置冷却线路或者固定杆，具有提高电池的安全性及性能、寿命的效果。

Description

多孔结构的电极组件及包括其的二次电池
技术领域
本申请要求享有于2011年9月20日向韩国专利局提交的第10-2011-0094779号韩国专利申请和于2011年9月30日向韩国专利局提交的第10-2011-0100272号韩国专利申请的优先权，该文献的全文以引用的方式纳入本说明书。
本发明涉及一种多孔结构的电极组件及包括其的二次电池。
背景技术
随着移动设备的技术发展以及对于移动设备的需求不断增加，对于作为能源的电池的需求也在快速增加，由此也进行对于能够满足多种需求的电池的许多研究。
通常，在电池的形状方面对于以薄的厚度适用于手机等产品的棱柱形二次电池和袋型二次电池的需求很高，在材料方面对于高能源密度、放电电压、输出安全性的锂二次电池如锂离子电池、锂离子聚合物电池的需求很高。
在图1示意性地示出了现有技术中代表性袋型二次电池的总体结构的分解立体图。
参照图1，袋型二次电池100包括：电极组件300；从电极组件300延伸的电极端310、320；焊接于电极端310、320的电极引线410、420；及用于收容电极组件300的电池壳体200。
电极组件300作为在插入隔板的状态下依次层叠阴极和阳极的发电元件，以堆叠型或者堆叠/折叠型结构构成。电极端310、320从电极组件300的各电极板延伸，电极引线410、420与从各电极板延伸的多个电极端310、320分别电气连接，例如以焊接方式，并且有一部分暴露在电池壳体200的外部。另外，电极引线410、420的上下表面的一部分附着有用于提高与电池壳体200之间的密封度并确保电气绝缘状态的绝缘膜430。
壳体200由铝层压片构成，并提供可以收容电极组件300的空间，从整体上具有袋型状。在如图1所示的层叠型电极组件300中，电池壳体200内部上端与电极组件300分开预定间距，以使多个阴极端310和多个阳极端320与电极引线410、420一起结合。
另外，所述电极组件300和电池壳体200仅通过将电极引线410、420和电池壳体的密封部位密封在一起来彼此固定，因此固定力薄弱，从而存在电极组件300在电池壳体200内部移动的问题。
另一方面，图2是示出在图1的二次电池中阴极端以密集的形式结合并连接于阴极引线的、电池壳体内部上端的部分放大图。
参照图2，从电极组件300的阴极集流体301延伸并突出的多个阴极端310，例如，以通过焊接结合为一体的融合部的形式连接于阴极引线410。该阴极引线410以连接有阴极端融合部的对置端部412暴露的状态被电池壳体200密封。
多个阴极端310结合为一体而形成融合部，由此电池壳体200的内部上端与电极组件300的上端面分开一定距离，融合部的阴极端310大致以V字形状弯曲。
因此，电极端和电极引线的结合部位也称为V-形状(V-forming)部位。在这种袋型二次电池中，电极组件由于电池在振动或者降落时的V-形状部位的空的空间而容易沿着与电池壳体的界面移动。
尤其是，向电池壳体内部注入的含锂盐的电解质溶液在电极组件与电池壳体的界面起到一种润滑油的作用，进一步促进电极组件的移动。这种电极组件的移动是导致由在所述V-形状部位互不相同的电极之间的接触而引起的内部短路的原因，最终降低电池的安全性，因此在制备袋型电池时需要能够确保安全性的方案。
与此相关地，在日本专利申请公开第2005-183820号中提供一种如下二次电池：在由阴极/隔板/阳极构成的电极组件包含于以彼此绝缘的状态结合的上部及下部电池壳体的二次电池中，在构成所述电极组件的外表面的电极、和上部及下部壳体的内表面之间分别形成由包含于导电性粘合剂及电解质的有机溶剂构成的粘合层，并进行热处理，由此将电极组件稳定地固定在电池壳体内部并电气连接电极组件的电极、和上部及下部壳体。
但是，所述的技术，涂布有由浆料制备的粘合层并通过热处理显现出粘合性，因此具有如下缺点：从整体上看电池的制备工艺复杂，粘合层的热处理过程中导致电极活性物质及电解质等其他构成元件的劣化。
因此，对于能够防止电极组件在电池外壳内移动以从根本上解决整体的安全性的技术的需求性很大。
发明内容
技术课题
因此，本发明的目的在于解决如上所述的现有技术的问题和从以前开始要求解决的技术课题。
本发明的目的在于提供一种通过稳定地固定电池壳体和电极组件来抑制电极组件的移动从而防止内部短路，最终确保优异的安全性的二次电池。
本发明的另一目的在于提供一种包括对于电解质溶液的浸渍性有所提高的电极组件的二次电池。
本发明的又一目的在于通过包括多个所述二次电池并将其稳定地固定以提高安全性的二次电池模块或者电池组。
解决方案
本发明是为解决上述课题而提出的，并提供一种包括(多个)阴极、阳极、及隔板的电极组件，该电极组件包括一个以上的贯通口。
另外，所述一个以上的贯通口可以为两个。
另外，所述一个以上的贯通口可以以选自圆形、椭圆形、加工成使顶点具有曲率的弯曲棱柱形、四角形、及三角形的任意一种形状形成，更详细而言可以以圆形形成。
另外，所述一个以上的贯通口可以以相同形状形成。
另外，所述一个以上的贯通口可以以等间距分开形成。
另外，所述一个以上的贯通口可以在电极组件的长边或者短边方向上沿着其中心部形成。
另外，所述一个以上的贯通口所占有的总体面积可以为电极组件的表面面积的2%-20%。
另外，所述电极组件可以为选自胶状卷绕（jelly-roll）型、堆叠型、堆叠/折叠型、及Z形-堆叠/折叠型的结构中的任意一种的结构。
并且，本发明提供一种包括所述电极组件、袋外壳、及贯通密封部的袋型二次电池。
另外，所述袋外壳可以以具有内部树脂层、金属薄膜及外部树脂层的结构构成。
另外，所述贯通密封部可以是密封所述袋外壳的相应部分而形成，其中袋外壳覆盖在电极组件上形成的一个以上的贯通口。
并且，本发明提供一种将所述袋型二次电池作为单元电池来包括的电池模块或者电池组。
另外，所述电池模块或者电池组用作大中型设备的电源，所述大中型设备可以为电动工具(Power Tool)；包括电动汽车(ElectricVehicle，EV)、混合动力汽车(Hybrid Electric Vehicle，HEV)、及插电式混合动力汽车(Plug-in Hybrid Electric Vehicle，PHEV)的电动车辆；包括电动自行车、电动摩托车的两轮电动车辆；电动高尔夫球车球车(Electric GolfCart)；电动卡车；电动商用车；或者电力储存系统中任意一种。
并且，本发明提供一种包括贯通密封部的袋型二次电池的制备方法，其中，所述袋型二次电池包括：在阴极、阳极、及隔板上的相同位置包括一个以上的贯通口的电极组件；及以具有内部树脂层、金属薄膜、及外部树脂层的结构构成的袋外壳，并将与在电极组件上形成的所述贯通口对应的位置的袋外壳附加密封。
另外，所述贯通密封部可以利用具有与贯通口的位置及形状对应的加压部的热熔合装置来对对应部位进行加压。
另一方面，本发明提供一种包括一个以上的贯通口的袋型二次电池。
另外，所述一个以上的贯通口可以形成在包括阴极、阳极和隔板的电极组件、以及包括电极组件的袋外壳中的至少一个以上。
另外，所述一个以上的贯通口可以在相同的位置形成以使电极组件的贯通口与袋外壳的贯通口可以彼此对应。
另外，所述电极组件的贯通口和袋外壳的贯通口可以以相同形状形成。
另外，所述电极组件的贯通口的尺寸可以大于与其对应的袋外壳的贯通口的尺寸。
在此，所述电极组件的贯通口可比袋外壳的贯通口大与沿着其内周面形成的附加密封部的宽度相当的尺寸。
另外，所述一个以上的贯通口可以以等间距分开形成。
另外，所述一个以上的贯通口可以在袋型二次电池的长边或者短边方向上沿着其中心部形成。
另外，可以沿着所述电极组件的贯通口的内周面形成有附加密封部。
另外，所述一个以上的贯通口可以以选自圆形、椭圆形、加工成使顶点具有曲率的弯曲棱柱形、四角形、及三角形的任意一种形状，更详细而言可以以圆形形成。
另外，所述一个以上的贯通口所占有的总体体面积可以为袋型二次电池的表面面积的2%-20%。
另外，所述电极组件可以为选自胶状卷绕型、堆叠型、堆叠/折叠型、及Z形-堆叠/折叠型的结构中的任意一种结构。
并且，本发明提供一种将所述袋型二次电池作为单元电池包括的电池模块。
另外，所述电池模块可以通过形成于单元电池的一个以上的贯通口连接冷却线路。
另外，所述电池模块可以通过形成于单元电池的一个以上的贯通口连接单元电池固定杆。
另外，所述电池模块用作大中型设备的电源，所述大中型设备可以为电动工具(Power Tool)；包括电动汽车(Electric Vehicle，EV)、混合动力汽车(Hybrid Electric Vehicle，HEV)、及插电式混合动力汽车(Plug-in Hybrid Electric Vehicle，PHEV)的电动车辆；包括电动自行车(E-bike)、电动摩托车(E-scooter)的两轮电动车辆；电动高尔夫球车(Electric GolfCart)；电动卡车；电动商用车；或者电力储存系统中的任意一种。
技术效果
如上所述，根据本发明的二次电池，通过包括电极组件和电池壳体的熔合部位以进行稳定地固定，由此抑制电极组件的移动来防止内部短路等并提高安全性，而且由于电极组件具有多孔结构，具有显著提高电解质溶液的浸渍性的效果。
进而，本发明提供一种利用所述二次电池的贯通口将多个二次电池排列及固定或冷却，从而进一步提高包括一个以上的多个二次电池的二次电池模块或者电池组的安全性及性能、寿命的二次电池模块或者电池组。
在本发明所属领域的普通技术人员可以在所述内容的基础上在本发明的范围内进行多种应用及变形。
附图说明
图1是现有的袋型二次电池的总体结构的分解立体图。
图2是示出在图1的二次电池中阴极端以密集的形式结合并连接于阴极引线的、电池壳体内部上端的部分放大图。
图3是根据本发明一实施例的二次电池的分解立体图。
图4是根据所述图3的二次电池的结合的状态的立体图。
图5是根据所述另一个实施例的二次电池的结合的状态的立体图。
图6是根据所述图3的二次电池的密封状态的立体图。
图7是包括多个根据所述图3的二次电池的二次电池模块的分解立体图。
图8是示出在所述二次电池模块中通过二次电池贯通口而连接冷却线路的实施例的分解立体图。
具体实施方式
本发明为解决如上所述的现有技术，提供一种包括(多个)阴极、阳极、及隔板的电极组件及包括其的二次电池，该电极组件包括用于实现密封的一个以上的贯通口。
根据本发明的二次电池除电池外壳棱角的密封部之外，通过用于实现所述密封的一个以上的贯通口而附加地密封电极组件和电池外壳，从而抑制电极组件在电池外壳内的移动，能够在降落、施加外力如外部冲击等时提高安全性。尤其是，用作大中型设备如外部冲击或摇晃多的电池汽车的电源时，能够预防由电极组件的移动引起的内部短路及由此引起的发热、着火等危险，并显著提高安全性。
所述贯通口的形状无特别限制，可以以圆形、椭圆形、其他加工成使顶点具有曲率的弯曲图形、四角形、三角形等多种形状形成。但是，为防止包括在电极组件的电极或者隔板撕裂或受损优选以无棱角或角的形状形成贯通口。因此所述贯通口优选以圆形形成。
另外，所述贯通口的大小及数量也无特别限制，可以根据电池的用途及形状等设定成多种形式。但是在形成尺寸过大的贯通口或过多数量的贯通口时，在电池的容量方面是不利的，因此所述贯通口优选以能够固定电极组件和电池外壳的最小化的尺寸及数量形成。
更详细而言，所述贯通口所占有的总体面积可以以如下方式构成：以电极组件的表面面为基准占2%至20%。若脱离所述范围使贯通口所占有的比率变大则会导致电池的容量下降的问题，若未达到所述比率则难以有效地将电极组件固定于电池外壳。
在本发明的一实施例中，可以在如上所述的面积比率的范围内使小尺寸的多个贯通口均匀地分布形成在电极组件上，大于所述小尺寸的多个贯通口的贯通口以电极组件的中心为基准在长边方向上对称的两末端形成两个贯通口，使得尽可能最少地形成贯通口而固定电极组件和电池外壳。
此时，优选一个贯通口的面积是以整体电极组件的表面面积为基准的1%-10%。
但是，为便于实现工艺，可以成为电极组件的重心的支点，即以电极组件的中心为基准在长边方向上对称的两末端仅形成两个贯通口时，与电池外壳的密封更加容易实现且方便，因此是优选的，例如，可以对于电极组件的长边方向的长度L从两末端距离L/6长度的位置形成所述贯通口。
另一方面，所述贯通口，可以在组装包括多个电极及隔板的电极组件后，形成一次性贯通该电极组件的贯通孔，也可以使用按照预定的形状和位置相同地形成贯通口的电极及隔板而制备形成有贯通口的电极组件。
本发明的电极组件在里侧包括一个以上的贯通口，从而可以固定电极组件，进而还能够显著提高电解质溶液的浸渍性。
一般就电解质溶液的浸渍性而言，事实上，因电解质溶液难以浸透到电极组件的内部侧而导致浸渍性下降，但本发明的电极组件在内部包括一个以上的贯通口，从而可以使电解质溶液通过该一个以上的贯通口浸透到电极组件内部，因此具有显著提高电极组件的电解质溶液浸渍性的效果。
另一方面，根据本发明的所述电极组件的形式无特别限定，可以是以下电极组件中的任意一种：长片形状的阴极和阳极、及插入于该阴极和阳极之间的隔板而卷绕的结构的胶状卷绕电极组件；包括阴极、阳极、及隔板，将由两侧最末端电极以相同或者互不相同的电极形成的单元电池（unit cell）在长膜型隔板上配置多个后，向单一方向卷绕的堆叠(stack)&折叠(folding)型电极组件；将所述长膜型隔板以Z字型方向卷绕的Z形-堆叠&折叠型电极组件；将多个单元电池层叠的结构的堆叠型电极组件等。
本发明提供一种包括如上所述的电极组件，并包括在所述电极组件的贯通口部分附加地密封电池外壳而形成的贯通密封部的二次电池。
所述二次电池可以在将所述电极组件容纳于电池外壳之后，通过热熔合夹具将在电池外壳的周边棱角的密封部和位于所述电极组件上的贯通口这一部分的电池外壳热熔合，从而形成所述贯通密封部。
这种贯通密封部的形成可以利用热熔合夹具来实现，其中热熔合夹具以可对与位于电极组件上的贯通口的形状及位置相同的部分进行热压制的方式构成，但并不限于此。
此时，所述二次电池可以为阴极引线和阳极引线向相同方向突出的二次电池，或者可以为阴极引线和阳极引线向彼此相反的方向突出的二次电池。
另外，在电池外壳中，形成有可以容纳电极组件的空间的电极组件容纳空间可以形成在上部或者下部的其中一处，或者可以在上部和下部均形成电极组件的容纳空间。
另一方面，所述袋型外壳可使用已知的外壳，例如所述外壳优选为包括金属层和树脂层的层压片形式的袋型外壳。尤其优选为铝层压片的袋型外壳。所述层压片由聚合物膜的外部包覆层、金属箔的阻挡层、及聚烯烃系的内部密封剂层构成，所述外部包覆层须对外部环境具有优异的耐性，因此需要具有预定值以上的拉伸强度和耐气候性。从这种方面考虑，外侧树脂层的聚合物树脂优选使用拉伸尼龙膜或者聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)。所述阻挡层为了除防止气体、湿气等异物的流入及流出的功能之外，还发挥提高电池壳体的强度的功能，具体而言可使用铝。所述内部密封剂层可使用具有热熔合性(热粘合性)、吸湿性低以抑制电解质溶液的浸入、并且不会因电解质溶液膨胀或侵蚀的聚烯烃系树脂，更详细而言可使用流延聚丙烯薄膜(cPP)。
进而所述外部包覆层和内部密封剂层可以以双层以上的形式形成，例如外部包覆层可以由PET/ONy层等双层结构构成，内部密封剂层可以由PPa(酸改性(Acid modified)PP/cPP等双层结构构成，但并不限于此。
另外，所述电极引线为阴极电极引线时，例如，可以由选自铝、不锈钢、铜、镍、钛、钽、及铌的一种以上的金属形成，但并不限于此。
电极引线为阳极电极引线时，例如，优选为选自铜、镍、不锈钢、及其合金的一种以上的金属，但并不限于此。其接合方法也可使用已知方法如激光或超声波焊接，但并无特别限定。
根据本发明的二次电池可以用于用作小型设备的电源的蓄电池单元，而且还优选地用于可用作大中型设备的电源的、包括多个蓄电池单元的大中型电池模块或者电池组的单元电池。
所述大中型设备可以为电动工具(PowerTool)；包括电动汽车(Electric Vehicle，EV)、混合动力汽车(HybridElectric Vehicle，HEV)、及插电式混合动力汽车(Plug-in HybridElectric Vehicle，PHEV)的电动车辆；包括电动自行车、电动摩托车的两轮电动车辆；电动高尔夫球车(Electric GolfCart)；电动卡车；电动商用车；及电力储存系统等，但并不限定于这些。
下面参照附图对本发明进行更详细的说明，但这是为了更易于理解本发明，本发明的范围并不限定于这些说明。
图3示意性地示出根据本发明一实施例的二次电池的分解立体图。
图3的袋型电池除本发明特征项之外的其余项与一般使用的现有的袋型电池大致相同，因此可以省略除本发明特征项之外的其余项。
参照图3，本发明的袋型二次电池包括形成有多个贯通口40的电极组件10及电池外壳50。
所述贯通口40可以以如图3所示以电极组件的长边方向为基准在两末端相对称的位置形成两个，但不限定于此，可以由本领域技术人员自由设定是理所当然的。
本发明所包括的电池外壳50可以使用在现有技术中所用的已知的袋型电池外壳。
图4及图5是容纳电极组件并密封电池外壳的二次电池的立体图。
参照图4，根据本发明的二次电池，将与在所容纳的电极组件上形成的贯通口部分接触的电池外壳一部分以热熔合等方法附加密封，而形成贯通密封部40，从而将电极组件和电池外壳完全固定并使其一体化。
形成所述贯通密封部的附加密封步骤的顺序并无特别限定，但可以在密封电池外壳的棱角密封部的同时进行密封而形成贯通密封部，也可以在进行二次电池的激活步骤后最终进行附加密封而形成。
所述贯通密封部的形成可以利用夹具来实现，其中夹具以可以对与电极组件的贯通口所形成的位置对应的电池外壳施加热和压力的方式形成，但并不限于此。
图4是阴极引线20和阳极引线30向相同方向突出的二次电池中，电极组件的容纳部仅在下部电池外壳侧形成的二次电池的立体图，图5是阴极引线20和阳极引线30向互不相同的方向突出，电极组件的容纳部在下部及上部电池外壳均形成的二次电池的立体图。
根据本发明的二次电池可以在贯通密封部的一部分上形成由于密封而凹陷的不平整状，为防止袋型电极组件受损，优选贯通密封部的剖面以
Figure BDA0000467726780000101
形状形成，但并不限于此。
下面，通过具体实施例对本发明的内容进行更详细的说明，下述实施例是为了举例示出本发明的效果，本发明的范围并不限于下述实施例。
实施例1
如图3所示，形成如下电极组件：大小为电极组件的表面面积的3%的圆形贯通口，在从电极组件的两末端距离电极组件的长度的1/6的间距的位置形成两个。
制备如下二次电池：将所述电极组件容纳于电池外壳后，利用热熔合夹具将电池外壳的棱角密封部及所述贯通口的位置热熔合，从而包括贯通密封部。
比较例1
除不形成所述贯通口及贯通密封部之外，按照与所述实施例1相同的方法制备电池。
实验例1
对在所述实施例1和比较例1中分别制备的电池进行向前降落实验，并将结果示于下列表1。
在本实验中，分别对二十个电池反复进行实验，向前降落实验按如下过程进行：将电池以电极端子部位朝下的方式从180cm的高处向钢板自由降落的过程进行100次。
表1
降落时短路的电池的数量
实施例1 0
比较例1 15
如所述表1所示，根据本发明的实施例1的电池在降落实验中，二十个电池均未发生短路。即，通过在电极组件和电池外壳形成附加的贯通密封部，从而即使在降落时电极组件也不会移动，并能够防止二次电池的内部短路。
与其相反地，在根据比较例1的大部分电池中，大约在第85次的降落时，由于电池外壳内部的电极组件脱离或者移动而产生了电池的变形及内部短路。另外，在比较例1的电池中，可以发现，电解质溶液的注入过程中注入的电解质溶液的量远少于所期待的注液量。即，在注入电解质溶液后，比较了在相同的时间条件(五分钟)下，基于电极组件的电解质溶液的浸渍量，其结果比较例1的电池显现出大约为实施例1的电池的60%的浸渍率。
因此，可知比较例1的电池显现出相同的电解质溶液浸渍量需要花长得多的时间，这意味着电池的制备工艺时间要延长很长时间。
另外，根据本发明的另一方面，提供一种包括一个以上的贯通口的袋型二次电池。
此时，形成如下二次电池：所述贯通口在包括阴极、阳极、及隔板的电极组件、和包括电极组件的袋外壳形成，电极组件的贯通口和袋外壳的贯通口以相互对应的方式在相同位置形成，并包括一个以上的贯通口。
根据本发明的二次电池通过所述贯通口能够更牢固地固定袋外壳和电极组件，从而防止电极组件在袋外壳内部移动，并在外部冲击如降落、施加外力等时提高安全性。
尤其是，用作大中型设备如外部冲击或摇晃多的电池汽车的电源时，能够预防由于电极组件的移动引起的内部短路及由此引起的发热、着火等危险，并显著提高安全性。
在所述二次电池形成的贯通口的形状并无特别限定，可以以圆形、椭圆形、其他加工成使顶点具有曲率的弯曲图形、四角形、三角形等多种形状形成。但是，为防止包括在电极组件的电极或者隔板撕裂或受损，优选以无棱角或角的形状形成贯通口。因此所述贯通口优选以圆形形成。
所述电极组件的贯通口和袋外壳的贯通口可以分别具有不同形状，或彼此具有相同的形状，具体而言可以以相同形状的圆形形成。
另外，所述电极组件的贯通口和在袋外壳形成的贯通口的尺寸也并无特别限定，但优选地，所述电极组件的贯通口的尺寸大于与其对应的袋外壳的贯通口的尺寸。
这是为了可以沿着所述电极组件的贯通口的内周面形成基于袋外壳的附加密封部，由此，若所述电极组件的贯通口的尺寸大于与其对应的在袋外壳形成的贯通口的尺寸的面积，相当于形成附加密封部的面积，就可以满足上述条件。
另外，根据本发明的所述贯通口的的大小及数量也无特别限制，可以根据电池的用途及形状设定成多种形式。
但是在形成尺寸过大的贯通口或过多数量的贯通口时，在电池的容量方面是不利的，因此所述贯通口优选以能够固定电极组件和袋外壳的尽可能最小化的尺寸及数量形成。
更详细而言，所述贯通口所占有的总体面积可以以如下方式构成：以电极组件的表面面积为基准占2%至20%。若脱离所述范围使贯通口所占有的比率变大，则会导致电池的容量下降的问题，若未达到所述比率则难以有效地将电极组件固定于电池外壳。
在本发明的一实施例中，可以在如上所述的面积比率的范围内使小尺寸的多个贯通口均匀地分布形成在二次电池的表面上，此时，优选多个贯通口以等间距分开形成。
在一个实施例中所述多个贯通口可以沿着袋型二次电池的长边在电池的中心部布置成一列，或者可以沿着二次电池的短边在电池的中心部布置成一列。
此时，在两末端形成的贯通口以从末端距离相同间距的方式形成，具体而言在从两末端距离相同间距并以中心为基准对称的位置形成两个贯通口，从而可以尽可能最少地形成贯通口以固定电极组件和电池外壳。
此时，优选一个贯通口的面积是以二次电池的总体表面面积为基准的1%-10%。但是，为便于实现工艺，以可以成为二次电池的重心的支点，即以电极组件的中心为基准在长边方向上对称的两末端仅形成两个贯通口时，与电池外壳的密封更加容易且方便，因此是优选的，例如，可以在二次电池的长边上的长度L从两末端距离L/6长度的位置形成所述贯通口。
另一方面，所述贯通口，可以在组装包括多个电极及隔板的电极组件后将该电极组件容纳于电池外壳后进行密封，形成所述贯通口而进行附加密封，也可以使用按照预定的形状和位置相同地形成贯通口的电极及隔板而制备形成有贯通口的电极组件、及与该贯通孔对应的位置形成有贯通口的电池外壳。
如上所述的本发明的电极组件在里侧包括一个以上的贯通口，从而可以固定电极组件，进而还能够显著提高电解质溶液的浸渍性。
一般就电解质溶液的浸渍性而言，事实上，因电解质溶液难以浸透到电极组件的内部侧而导致浸渍性下降，但本发明的电极组件在内部包括一个以上的贯通口，从而可以使电解质溶液通过该一个以上的贯通口浸透到电极组件内部，因此具有显著提高电极组件的电解质溶液浸渍性的效果。
但是，使用预先形成贯通口的电池外壳时，优选在对贯通口部分的密封工艺全部结束后注入电解质溶液使电池激活。否则会有电解质溶液泄漏的危险。
另一方面，根据本发明的所述电极组件的形式无特别限定，可以是以下电极组件中的任意一种：长片形状的阴极和阳极、及插入于该阴极和阳极之间的隔板而卷绕的结构的胶状卷绕电极组件；包括阴极、阳极、及隔板，将由两侧最末端电极以相同或者互不相同的电极形成的单元电池在长膜型隔板上配置多个后，向单一方向卷绕的堆叠(stack)&折叠(folding)型电极组件；将所述长膜型隔板以Z字型方向卷绕的Z形-堆叠&折叠型电极组件；将多个单元电池层叠的结构的堆叠型电极组件等。
另外，根据本发明的二次电池，可以将所述电极组件容纳于电池外壳后，通过热熔合夹具将在电池外壳的周边棱角的密封部和位于所述贯通口这一部分的电池外壳热熔合，或者热熔合后可以用冲压等方法形成贯通口，从而形成所述贯通部。
这种贯通部的形成可以利用热熔合夹具来实现，热熔合夹具以可对贯通口的形状及位置相同的部分进行热压制的方式构成，但并不限于此。
此时贯通口的尺寸可以形成为比在电极组件上形成的贯通口的小的尺寸。这是因为在贯通口内部需要可以密封电池外壳的密封边缘。另一方面，沿着所述二次电池上的贯通口内周面形成的电池外壳的密封部，优选配置于电池模块上，以向任意方向弯曲密封边缘，从而易于设置固定杆或冷却线路。
另一方面，根据本发明的二次电池可以为阴极引线和阳极引线向相同方向突出的二次电池，或者也可以为阴极引线和阳极引线向彼此相反的方向突出的二次电池。
另外，在电池外壳中，形成有可以容纳电极组件的空间的电极组件容纳空间可以形成在上部或者下部的其中一处，或者可以在上部和下部均形成电极组件的容纳空间。
另一方面，所述袋外壳可以使用已知的外壳，例如所述外壳优选为包括金属层和树脂层的层压片形式的袋型外壳。尤其优选为铝层压片的袋型外壳。所述层压片由聚合物膜的外部包覆层、金属箔的阻挡层、及聚烯烃系的内部密封剂层构成，所述外部包覆层须对外部环境具有优异的耐性，因此需要具有预定值以上的拉伸强度和耐气候性。从这种方面考虑，外侧树脂层的聚合物树脂优选使用拉伸尼龙膜或者聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)。所述阻挡层为了除防止气体、湿气等异物的流入及流出的功能之外还发挥提高电池壳体的强度的功能，具体而言可使用铝。所述内部密封剂层优选使用具有热熔合性(热粘合性)、吸湿性低以抑制电解质溶液的浸入、并且不会因电解质溶液膨胀或侵蚀的聚烯烃系树脂，更详细而言可使用流延聚丙烯薄膜(cPP)。
进而所述外部包覆层和内部密封剂层可以以双层以上的形式形成，例如外部包覆层可以由PET/ONy层等双层结构构成，内部密封剂层可以由PPa(酸改性(Acid modified)PP/cPP等双层结构构成，但并不限于此。
另外，所述电极引线为阴极电极引线时，例如，可以由选自铝、不锈钢、铜、镍、钛、钽、及铌的一种以上的金属形成，但并不限于此。
电极引线为阳极电极引线时，例如，优选为选自铜、镍、不锈钢、及其合金的一种以上的金属，但并不限于此。其接合方法也可使用已知方法如激光或超声波焊接，但并无特别限定。
根据本发明的二次电池可以用于用作小型设备的电源的蓄电池单元，而且还优选地用于可用作大中型设备的电源的、包括多个蓄电池单元的大中型电池模块或者电池组的单元电池。
如上所述，包括多个根据本发明的二次电池的电池模块或者电池组，通过在二次电池形成的贯通口设置固定杆，从而防止多个二次电池因外部摇晃或者冲击等而脱离或移动，或通过所述贯通口设置冷却线路，从而具有防止随着电池的使用引起的过热，进而具有防止紧急情况下的发热、着火等效果。
所述大中型设备可以为电动工具(Power Tool)；包括电动汽车(Electric Vehicle，EV)、混合动力汽车(Hybrid Electric Vehicle，HEV)、及插电式混合动力汽车(Plug-in Hybrid Electric Vehicle，PHEV)的电动车辆；包括电动自行车、电动摩托车的两轮电动车辆；电动高尔夫球车(Electric GolfCart)；电动卡车；电动商用车；及电力储存系统等，但并不限定于这些。
下面参照附图对本发明进行更详细的说明，但这是为了更易于理解本发明，本发明的范围并不限定于这些说明。
图3示意性地示出了根据本发明一实施例的二次电池的分解立体图。
图3的袋型电池除本发明特征项之外的其余项与一般使用的现有的袋型电池大致相同，因此可以省略除本发明特征项之外的其余项。
参照图3，本发明的袋型二次电池包括形成有多个贯通口40的电极组件10及电池外壳50。
所述贯通口40可以如图3所示以电极组件的长边方向为基准在两末端对称的位置形成两个，但并不限于此，可以由本领域技术人员自由设定是理所当然的。
本发明所包括的电池外壳50可以使用在现有技术中所用的已知的袋型电池外壳，或者可以在形成于所述电极组件的贯通口40对应的位置使用形成有比所述贯通孔40的尺寸小的贯通口的电池外壳。在该情况下，在所述电池外壳形成的贯通口的尺寸比在电极组件形成的贯通口的尺寸小是因为需要沿着贯通口内周面密封电池外壳的密封边缘。
图6是根据本发明的二次电池的立体图。
根据本发明的二次电池，如图6所示包括贯通二次电池的贯通口40，在所述贯通口的内部形成沿着内周面密封电池外壳的密封部。
根据本发明的二次电池，通过基于所述贯通口的附加密封将电极组件和电池外壳完全固定并使其一体化。
基于所述贯通口形成的附加密封步骤，对其顺序并无特别限定，可以在密封电池外壳的棱角密封部的同时密封贯通口的内周面而形成所述贯通口，也可以在进行二次电池的激活步骤后最终进行附加密封而形成所述贯通口。但是，预先在电池外壳形成贯通口时，优选在形成电池外壳的棱角密封部时与所述贯通口内周面一起密封。这是为了容易实现电解质溶液注入工艺。
所述贯通口的形成可以利用夹具来实现，其中夹具以根据贯通口的位置及形状能够对对应部位进行密封加压的方式形成，但并不限于此。
图6是阴极引线20和阳极引线30向相同方向突出，电极组件的容纳部仅在电池外壳下部形成的二次电池的立体图，但并不限于此。
图7是包括多个根据本发明的二次电池50的电池模块110的立体图，图8是在这种电池模块中，通过在二次电池形成的贯通口40设置固定杆或者冷却线路120的实施例的立体图。
根据本发明的电池模块，通过贯通口来固定多个二次电池从而防止由外部压力引起的电池的脱离或移动，或者通过冷却线路将单元电池维持在适当的温度水平，从而提供显著提高电池模块的安全性并改善性能及寿命的效果。
下面，通过具体实施例对本发明的内容进行更详细的说明，但下述实施例是为了举例示出本发明的效果，本发明的范围并不限于下述实施例。
实施例2
如图6所示，制备如下二次电池：大小为二次电池的表面面积的3%的圆形贯通口，在从二次电池的两末端距离二次电池的长度的1/6间距的位置形成两个。
这是采用所述贯通口预先在电极组件及电池外壳形成的方式，利用热熔合夹具将电池外壳的棱角密封部及所述贯通口内周面的电池外壳密封部边缘热熔合而形成贯通口。
比较例2
除不形成所述贯通口之外，按照与所述实施例2相同的方法制备二次电池。
实验例2
对在所述实施例2和比较例2中分别制备的电池进行向前降落实验，并将结果示于下列表2。
在本实验中，分别对二十个电池反复进行实验，向前降落实验按如下过程进行：将电池以电极端子部位朝下的方式从180cm的高处向钢板自由降落的过程进行100次。
降落时短路的电池的数量
实施例2 0
比较例2 15
如所述表2所示，根据本发明的实施例的电池在降落实验中，二十个电池均未发生短路。即，通过在电极组件和电池外壳形成附加的贯通密封部，从而即使在降落时电极组件也不会移动，并能够防止二次电池的内部短路。
与其相反地，在根据比较例2的大部分电池中，大约在第85次降落时由于电池外壳内部的电极组件脱离或者移动而产生了电池的变形及内部短路。
另外，在比较例2的电池中，可以看出，电解质溶液的注入过程中注入的电解质溶液的量远少于所期待的注液量。即，在注入电解质溶液后，比较了在相同的时间条件(五分钟)内基于电极组件的电解质溶液的浸渍量，其结果比较例2的电池显现出大约为实施例2的电池的60%的浸渍率。
因此，可知比较例2的电池显现出相同的电解质溶液浸渍量需要花长得多的时间，这意味着电池的制备工艺时间要延长很长时间。
上述说明仅举例说明了本发明的技术构思，本发明所属的技术领域的普通技术人员可以在不脱离本发明本质上特性的范围内进行多种修改及变形。因此，本发明所公开的实施例并不是用于限定本发明的技术构思而是用于说明本发明的技术构思，本发明的保护范围应当用随附的权利要求书来解释，应当解释为与权利要求书为等同范围的所有技术构思均属于本发明的权利范围。
附图标记说明
10  电极组件
20  阴极引线
30  阳极引线
40  贯通口、贯通密封部
50  电池外壳
120 冷却线路
110 电池模块

Claims (35)

1.一种电极组件，其包括阴极、阳极及隔板，其中，该电极组件包括一个以上的贯通口。
2.根据权利要求1所述的电极组件，其特征在于，所述一个以上的贯通口为两个。
3.根据权利要求1所述的电极组件，其特征在于，所述一个以上的贯通口为选自圆形、椭圆形、加工成使顶点具有曲率的弯曲棱柱形、四角形、及三角形的任意一种形状形成。
4.根据权利要求3所述的电极组件，其特征在于，所述一个以上的贯通口以圆形形成。
5.根据权利要求1所述的电极组件，其特征在于，所述一个以上的贯通口以相同形状形成。
6.根据权利要求1所述的电极组件，其特征在于，所述一个以上的贯通口以等间距分开形成。
7.根据权利要求1所述的电极组件，其特征在于，所述一个以上的贯通口在电极组件的长边方向上沿着中心部形成。
8.根据权利要求1所述的电极组件，其特征在于，所述一个以上的贯通口在电极组件的短边方向上沿着中心部形成。
9.根据权利要求1所述的电极组件，其特征在于，所述一个以上的贯通口所占有的总体面积为电极组件的表面面积的2%-20%。
10.根据权利要求1所述的电极组件，其特征在于，所述电极组件为选自胶状卷绕型、堆叠型、堆叠/折叠型、及Z形-堆叠/折叠型的结构中的任意一种的结构。
11.一种袋型二次电池，其包括：权利要求1至10中任一项所述的电极组件、袋外壳、及贯通密封部。
12.根据权利要求11所述的袋型二次电池，其特征在于，所述袋外壳以具有内部树脂层、金属薄膜、及外部树脂层的结构构成。
13.根据权利要求11所述的袋型二次电池，其特征在于，所述贯通密封部是通过密封所述袋外壳的相应部分而形成，其中袋外壳覆盖在电极组件上形成的一个以上的贯通口。
14.一种电池模块或者电池组，其包括作为单元电池的根据权利要求11的袋型二次电池。
15.根据权利要求14的电池模块或者电池组，其特征在于，所述电池模块或者电池组用作大中型设备的电源，所述大中型设备为：电动工具；包括电动汽车、混合动力汽车、及插电式混合动力汽车的电动车辆；包括电动自行车、电动摩托车的两轮电动车辆；电动高尔夫球车；电动卡车；电动商用车；或者电力储存系统中的任意一种。
16.一种包括贯通密封部的袋型二次电池的制备方法，其特征在于，所述袋型二次电池包括：在阴极、阳极及隔板上的相同位置包括一个以上的贯通口的电极组件；及以具有内部树脂层、金属薄膜、及外部树脂层的结构构成的袋外壳，其中将与在电极组件上形成的所述贯通口对应的位置的袋外壳附加密封。
17.根据权利要求16所述的袋型二次电池的制备方法，其特征在于，所述贯通密封部被制造为利用具有与贯通口的位置及形状对应的加压部的热熔合装置来对对应部位进行加压。
18.一种袋型二次电池，其包括一个以上的贯通口。
19.根据权利要求18所述的袋型二次电池，其特征在于，所述一个以上的贯通口形成在包括阴极、阳极及隔板的电极组件、以及包括该电极组件的袋外壳中的至少一个以上。
20.根据权利要求19所述的袋型二次电池，其特征在于，所述一个以上的贯通口在相同的位置形成，以使电极组件的贯通口与袋外壳的贯通口能够彼此对应。
21.根据权利要求19所述的袋型二次电池，其特征在于，所述电极组件的贯通口和袋外壳的贯通口以相同形状形成。
22.根据权利要求19所述的袋型二次电池，其特征在于，所述电极组件的贯通口的尺寸大于与其对应的袋外壳的贯通口的尺寸。
23.根据权利要求22所述的袋型二次电池，其特征在于，所述电极组件的贯通口比袋外壳的贯通口大与沿着该电极组件的贯通口的内周面形成的附加密封部的宽度相当的尺寸。
24.根据权利要求18所述的袋型二次电池，其特征在于，所述一个以上的贯通口以等间距分开形成。
25.根据权利要求18所述的袋型二次电池，其特征在于，所述一个以上的贯通口在袋型二次电池的长边方向上沿着中心部形成。
26.根据权利要求18所述的袋型二次电池，其特征在于，所述一个以上的贯通口在袋型二次电池的短边方向上沿着中心部形成。
27.根据权利要求22所述的袋型二次电池，其特征在于，沿着所述电极组件的贯通口的内周面形成有附加密封部。
28.根据权利要求18所述的袋型二次电池，其特征在于，所述一个以上的贯通口以选自圆形、椭圆形、加工成使顶点具有曲率的弯曲棱柱形、四角形、及三角形的任意一种的形状形成。
29.根据权利要求28所述的袋型二次电池，其特征在于，所述一个以上的贯通口以圆形形成。
30.根据权利要求18所述的袋型二次电池，其特征在于，所述一个以上的贯通口所占有的总体面积为袋型二次电池的表面面积的2%-20%。
31.根据权利要求19所述的袋型二次电池，其特征在于，所述电极组件为胶状卷绕型、堆叠型、堆叠/折叠型、及Z形-堆叠/折叠型的结构中的任意一种结构。
32.一种电池模块，其包括作为单元电池的根据权利要求18至31中任一项所述的袋型二次电池。
33.根据权利要求32所述的电池模块，其特征在于，所述电池模块能够通过形成于单元电池上的一个以上的贯通口连接冷却线路。
34.根据权利要求32所述的电池模块，其特征在于，所述电池模块通过形成于单元电池上的一个以上的贯通口连接单元电池固定杆。
35.根据权利要求32所述的电池模块，其特征在于，所述电池模块用作大中型设备的电源，所述大中型设备为：电动工具；包括电动汽车、混合动力汽车、及插电式混合动力汽车的电动车辆；包括电动自行车、电动摩托车的两轮电动车辆；电动高尔夫球车；电动卡车；电动商用车；或者电力储存系统中的任意一种。
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