CN104659329B

CN104659329B - 二次电池

Info

Publication number: CN104659329B
Application number: CN201410232984.6A
Authority: CN
Inventors: 安正哲; 鲁盛子
Original assignee: Samsung SDI Co Ltd
Current assignee: Samsung SDI Co Ltd
Priority date: 2013-11-22
Filing date: 2014-05-29
Publication date: 2020-09-29
Anticipated expiration: 2034-05-29
Also published as: KR20150059518A; US20150147635A1; CN104659329A

Abstract

二次电池包括：电极组件，所述电极组件具有第一和第二电极板以及在其间的隔板；容纳所述电极组件的壳；以及分别连接至所述第一和第二电极板的第一和第二电极极耳，所述第一电极极耳由包括97重量％至98.5重量％的铝(Al)、1重量％至3重量％的铁(Fe)、和0重量％至小于1重量％的杂质的铝合金形成。

Description

二次电池

技术领域

实施方式涉及二次电池。

背景技术

二次电池是可充电和可放电的。使用单一电池单元的低容量电池可用作用于各种小型便携式电子装置例如蜂窝式电话、可携式摄像机等的电源。可使用例如在电池组中彼此连接的数十个电池单元的高功率电池可用作用于电动机驱动例如在电动摩托车、混合动力电动车等中的电源。

通常，电子装置例如笔记本电脑、迷你笔记本电脑、上网本(net book)、移动电脑、超级移动个人电脑(UMPC)或便携式多媒体播放器(PMP)使用电池组作为便携式电源，且所述电池组可具有串联和/或并联连接的多个电池单元。所述电池组可包括用于保护电池单元不受过充电、过放电或过电流的保护电路模块(PCM)。所述保护电路模块可容纳在具有电池单元的框架中并且可焊接至电极极耳。

取决于外部形状，二次电池可分为不同的类型，例如，使用圆柱形铝罐的圆柱形电池、使用棱柱形铝罐的棱柱形电池、和容纳在薄板袋型壳中的袋型电池。当它们用于需要高功率电源的机器例如混合动力电动车的电动机驱动时，所述二次电池(或单元电池)可形成高功率的二次电池模块。

发明内容

实施方式涉及二次电池，其包括：电极组件，所述电极组件具有第一和第二电极板以及在其间的隔板；容纳所述电极组件的壳；以及连接至所述第一和第二电极板的第一和第二电极极耳，所述第一电极极耳由包括97至98.5重量％的铝(Al)、1至3重量％的铁(Fe)和0重量％至小于1重量％的杂质的铝合金形成。

所述铝合金可包含97重量％至98重量％的量的铝(Al)。

所述杂质可为选自硅(Si)和铜(Cu)的杂质。

所述铝合金可包含小于0.15重量％的量的硅(Si)。

所述铝合金可包含小于0.05重量％的量的铜(Cu)。

所述铝合金可具有在5至10μm范围内的晶粒尺寸。

所述铝合金可具有在80至110N/mm²范围内的拉伸强度。

所述铝合金可具有在17至38％范围内的伸长率。

当所述铝合金弯曲180度时，其能弯曲高达13至30次。

所述铝合金可具有由国际退火铜标准(IACS)定义的在50至65％IACS范围内的电导率。

所述铝合金可具有在68至85Ω/Km范围内的电阻。

所述第一电极极耳可延伸在所述壳的外部。

所述壳可为袋，和所述第一电极极耳可在位于所述袋内部的位置处附着到所述第一电极板并可延伸通过所述袋的密封部分到所述袋的外部。

所述第一电极极耳可用作在所述壳的外部的端子。

附图说明

通过参照附图详细描述示例性实施方式，特征对于本领域技术人员而言将变得明晰，其中：

图1说明根据实例实施方式的二次电池的分解透视图；

图2a和2b说明如表1中所示的根据实施例1以及对比例1的二次电池的第一电极极耳中使用的铝合金的晶粒尺寸的观察结果；和

图3a和3b说明如表1中所示的根据实施例1以及对比例1的二次电池的第一电极极耳中使用的铝合金的观察结果。

具体实施方式

现在将在下文中参照附图更充分地描述实例实施方式；然而，它们可以不同的形式体现且不应解释为限于在本文中阐明的实施方式。相反，提供这些实施方式，使得本公开内容将是彻底和完整的，且将向本领域技术人员充分地传达示例性的实施。在附图中，为了说明的清楚，可放大层和区域的尺寸。相同的附图标记始终是指相同的元件。

如本文中使用的术语“和/或”包括相关所列项目的一个或多个的任何和全部组合。

本文中使用的术语是为了描述具体实施方式的目的且不意图限制所述实施方式。如本文中使用的单数形式也意图包括复数形式，除非上下文清楚地另外说明。将进一步理解，术语“包括”和/或“包含”当用在本说明书中时，表明存在所述的特征、整体、步骤、操作、元件和/或组分，但不排除存在或添加一种或多种另外的特征、整体、步骤、操作、元件、组分、和/或其集合。

将理解，尽管术语“第一”、“第二”等可在本文中用于描述各种部件、元件、区域、层和/或部分，但这些部件、元件、区域、层和/或部分不应被这些术语限制。这些术语仅用于使一个部件、元件、区域、层和/或部分区别于另一部件、元件、区域、层和/或部分。因此，例如，下面讨论的第一部件、元件、区域、层和/或部分可称为第二部件、元件、区域、层和/或部分。

在下文中，将描述根据实例实施方式的二次电池的构造。

图1为根据实例实施方式的二次电池100的分解透视图。

参照图1，根据实例实施方式的二次电池100可包括电极组件110和容纳电极组件110的壳120。

在本实例实施方式中，电极组件110通过堆叠或卷绕第一电极板111、第二电极板112、以及介于第一电极板111和第二电极板112之间的隔板113形成。第一电极板111可为正极且第二电极板112可为负极，或者反之亦然。

当第一电极板111为正极板时，其可通过在由具有良好导电性的金属薄板例如铝(Al)箔制成的第一集流体的两个表面上涂覆第一活性物质层而形成。硫属化物化合物可用作第一活性物质，且其实例可包括例如复合金属氧化物例如LiCoO₂、LiMn₂O₄、LiNiO₂、或LiNiMnO₂。

根据本实例实施方式，第一电极极耳114在第一电极板111的其上未形成第一活性物质层的第一未涂覆部分上形成。例如，第一电极极耳114的一端可电连接至所述第一未涂覆部分且第一电极极耳114的另一端可引到壳120的外部。

根据本实例实施方式，第一电极极耳114可由铝合金形成，所述铝合金包括97至98.5重量％的铝(Al)、1至3重量％的铁(Fe)和0重量％至小于1重量％的杂质。可以97至98重量％的量包含铝(Al)。所述杂质可包括小于0.15重量％的硅(Si)和小于0.05重量％的铜(Cu)。

根据本实例实施方式，第一电极极耳114可呈现改善的伸长率和拉伸强度，这可帮助确保在二次电池的自由下落期间的稳定性。

用于绝缘的绝缘带116可附着至第一电极极耳114的接触壳120的区域。绝缘带116可包括例如聚苯硫醚(PPS)、聚酰亚胺(PI)、聚丙烯(PP)等。

当第二电极板112为负极时，其可通过在由导电金属薄板例如铜(Cu)或镍(Ni)箔制成的第二集流体的两个表面上涂覆第二活性物质层而形成。基于碳的材料、Si、Sn、锡氧化物、锡合金化合物、过渡金属氧化物、锂金属氮化物、金属氧化物等可用作所述第二活性物质。

根据本实例实施方式，第二电极极耳115在第二电极板112的其上未形成的第二活性物质层的第二未涂覆部分上形成。例如，第二电极极耳115的一端可电连接至所述第二未涂覆部分且第二电极极耳115的另一端可引到壳120的外部。

根据本实例实施方式，第二电极极耳115可由镍(Ni)合金形成。用于绝缘的绝缘带116可附着到第二电极极耳115的接触壳120的区域。

根据本实例实施方式，隔板113介于第一电极板111和第二电极板112之间以防止第一和第二电极板111和112之间的短路。隔板113可包括例如聚乙烯、聚丙烯、或聚乙烯与聚丙烯的共聚物的一种或多种。隔板113可具有比第一或第二电极板111、112大的宽度以防止第一和第二电极板111和112之间的短路。

根据本实例实施方式，壳120包括通过使整体形成的长方形袋膜在长度方向上的一侧的中间部分弯曲而产生的上部壳121和下部壳122。待容纳电极组件110的凹槽123在下部壳122中通过压制形成，且待与上部壳121密封的密封部分122a在下部壳122中形成。

根据实例实施方式，二次电池100采用包括97至98.5重量％的铝(Al)、1至3重量％的铁(Fe)和小于1重量％的杂质的铝合金作为电极极耳114的材料。二次电池100的电极极耳114可具有改善的拉伸强度和伸长率，这可帮助确保二次电池在自由下落期间的稳定性和可靠性。

测试在第一电极极耳114中使用的铝合金的物理性质。表1显示在根据实施例1以及对比例1和2的第一电极极耳中使用的铝合金的组成(单位：重量％)。

表1

现在将参照如表1中所示的实施例1以及对比例1和2描述晶粒尺寸、拉伸强度、伸长率和下落测试结果。

晶粒尺寸和在弯曲之后的表面状态

图2a和2b说明如表1中所示的根据实施例1以及对比例1的二次电池的第一电极极耳中使用的铝合金的晶粒尺寸的观察结果，且图3a和3b说明如表1中所示的根据实施例1以及对比例1的二次电池的第一电极极耳中使用的铝合金的观察结果。

图2a和3a显示实施例1中的晶粒尺寸和表面状态的观察结果，且图2b和3b显示对比例1中的晶粒尺寸和表面状态的观察结果。通过高分辨率扫描电子显微术(SEM)观察实施例1和对比例1中的晶粒尺寸和表面状态。

参照图2a和2b，实施例1中的晶粒尺寸小于对比例1中的那些。实施例1中的晶粒尺寸在5至10μm的范围内，且对比例1中的晶粒尺寸在30至90μm的范围内。不受理论的束缚，认为具有相对小的晶粒尺寸的铝合金在可弯曲性方面是优越的，并展现出对于自由下落或外部冲击的高的稳定性。

参照图3a和3b，在弯曲之后的表面状态方面，实施例1的铝合金具有比对比例1的铝合金光滑的表面。不受理论的束缚，认为在对比例1的铝合金上产生裂纹。

拉伸强度和伸长率

表2显示如表1中所示的实施例1和对比例1中使用的铝合金的拉伸强度和伸长率的测量结果。这里，在实施例1和对比例1中使用的试样具有200mm的长度。对于每一个，使用具有实施例1和对比例1的组成比例的25个试样。使用拉伸强度测量装置(型号名称：RTC-1210，由Orientec,Co.,Ltd.制造)测量拉伸强度。这里，拉伸速度为50mm/分钟且试样的标距(gauge length)为100mm。假定为100mm的标距由标记符号A表示且当试样延伸时的断裂标距由标记符号A’表示，则伸长率可以方程(1)定义：

伸长率(％)＝{(A’-A)/A}×100 (1)

表2

参照表2，实施例1的电极极耳展示95.676N/mm²的拉伸强度平均值，其优于对比例1的电极极耳的拉伸强度平均值，即73.625N/mm²。另外，实施例1的电极极耳展示24.688％的伸长率平均值，其优于对比例1的电极极耳的伸长率平均值，即17.64％。因此，根据实施例1的电极极耳可提供优异的拉伸强度和伸长率，这可帮助确保二次电池的稳定性和可靠性，且可在自由下落或外部冲击期间不易断裂。

自由下落试验

表3a和3b显示采用具有实施例1以及对比例1和2的组成比例的第一电极极耳的二次电池的自由下落试验结果。

软极耳1、2、3、4和5具有表1中所示的实施例1的组成比例，且硬极耳1、2、3、4和5具有表1中所示的对比例1或2之一的组成比例。

在将采用各自的电极极耳的二次电池在60℃和90％RH的高温、高湿度条件下暴露72小时之后进行自由下落试验。表3a和3b显示在将二次电池在高温、高湿度条件下暴露72小时之后测量的初始开路电压(OCV)、以及通过如下测量的OCV：使二次电池步进地下落并每逢完成下落时进行测量。下落步骤如下进行总共7000计数的下落步骤：(1)在前表面的1250计数；(2)在后表面的1250计数；(3)在左侧的750计数；(4)在右侧的750计数；(5)在底侧的250计数；(6)在底侧的500计数；(7)在底侧的750计数；(8)在顶侧的250计数；(9)在顶侧的500计数；和(10)在顶侧的750计数。通过将初始OCV和在各下落步骤之后测量的OCV进行比较检查二次电池是否具有正常的电压来确定二次电池是否是有缺陷的。因此，将初始OCV与对各二次电池进行的各下落步骤的OCV进行比较，并且如果二次电池具有恒定电压，则确定所述二次电池是正常的。然而，如果在二次电池的电压方面存在变化，则预计所述二次电池的第一电极极耳被断开，并确定所述二次电池是有缺陷的。

表3a

表3b

参照表3a和3b，采用软极耳1、2、3、4和5的二次电池直到5500计数的下落步骤都展示相对恒定电压，表明它们处于相对良好的状态，而采用硬极耳1、2、4和5的二次电池在5500计数的下落步骤之后展示急剧的电压降低，表明它们是有缺陷的。特别地，证实在4750计数的下落步骤之后对于采用硬极耳5的二次电池出现缺陷，表明采用所述硬极耳的二次电池对于自由下落是脆弱的。另外，对于直到7000计数的下落步骤，具有实施例1的组成比例的大多数二次电池(除了采用软极耳3的二次电池被确定为是有缺陷的之外)具有优越的性质。相反，采用硬极耳1、2、4和5的二次电池被确定为是有缺陷的。

值得注意的物理性质

表4显示表1中所示的根据实施例1和对比例1的铝合金的值得注意的物理性质。这里，可弯曲性由当根据实施例1和对比例1的电极极耳弯曲180度时未断裂的弯曲计数的最大数值表示。另外，电导率由国际退火铜标准(IACS)以百分位数定义，假定纯铜的电导率(1.73×10^-8Ωm)设定为100％IACS。

表4

参照表4，实施例1的电极极耳展示50至65％IACS、更特别地55至60％IACS的电导率，其为与对比例1的电极极耳的电导率(即59至61％IACS)类似的水平。另外，实施例1的电极极耳展示68至85Ω/Km、更特别地73至77Ω/Km的电阻，其为与对比例1的电极极耳的电阻(即75至78Ω/Km)类似的水平。鉴于伸长，实施例1的电极极耳展示80至110N/mm²的拉伸强度和17至38％的伸长率、更特别地90至100N/mm²的拉伸强度和20至28％的伸长率，其优于对比例1的电极极耳的拉伸强度和伸长率，即分别为70至80N/mm²和15至23％。另外，鉴于可弯曲性，在实施例1中，当将电极极耳弯曲180度时，它们能弯曲13至30次、更特别地16至20次，表明实施例1的电极极耳优于对比例1的电极极耳，其能弯曲10至14次。与对比例1的电极极耳相比，实施例1的电极极耳由软材料制成，且在二次电池的自由下落试验期间展示出柔性而未断开，这可帮助确保二次电池的稳定性和可靠性。

作为总结和回顾，二次电池可通过将电极组件(其可通过在正极板和负极板之间插入作为绝缘体的隔板而形成)与电解质溶液一起容纳在壳中而构造。电极极耳可用作正极和负极的端子部分，且可连接至正极板和负极板以随后引到所述壳的外部。在(用于测定二次电池的可靠性的)下落试验期间，电极极耳例如正极极耳可在壳与正极极耳之间的边界区域处断开，这可使得难以使用电极极耳作为端子部分。

如上所述，实施方式可提供二次电池，其可包括由改善拉伸强度和伸长率的材料形成的电极极耳。当经历自由下落时，所述二次电池可为稳定的。

如上所述，根据实施方式的二次电池可通过使用包括97至98.5重量％的铝(Al)、1至3重量％的铁(Fe)和小于1重量％的杂质的铝合金形成正极极耳而改善拉伸强度和伸长率，这可帮助确保在自由下落期间的稳定性。

如上所述，根据实例实施方式的二次电池100采用包括97至98.5重量％的铝(Al)、1至3重量％的铁(Fe)和小于1重量％的杂质的铝合金作为第一电极极耳114。在使用具有优异的拉伸强度、伸长率和可弯曲性的电极极耳的二次电池中，可防止所述电极极耳在自由下落期间断开，这可帮助确保所述二次电池的稳定性和可靠性。

已在本文中公开了实例实施方式，且尽管采用了具体的术语，但它们仅在大体和描述的意义上使用和进行解释且不用于限制的目的。在一些情况中，如在本申请提交时的本领域普通技术人员将明晰的，关于具体实施方式所描述的特征、特性和/或要素可单独地或者与关于其它实施方式描述的特征、特性和/或要素组合使用，除非另外具体说明。因此，本领域技术人员将理解，在不背离如所附权利要求中所阐明的本发明的精神和范围的情况下，可进行形式和细节方面的各种变化。

Claims

1.二次电池，包括：

电极组件，所述电极组件具有第一和第二电极板以及在其间的隔板；

容纳所述电极组件的壳；以及

分别连接至所述第一和第二电极板的第一和第二电极极耳，所述第一电极极耳是软极耳，且所述第一电极极耳由包括97重量％至98.5重量％的铝(Al)、1重量％至3重量％的铁(Fe)、和0重量％至小于1重量％的杂质的铝合金形成，

其中所述铝合金具有在80至110N/mm²范围内的拉伸强度，和

其中所述铝合金具有在17-38％范围内的伸长率。

2.权利要求1的二次电池，其中所述铝合金包含97重量％至98重量％的量的铝(Al)。

3.权利要求1的二次电池，其中所述杂质为选自硅(Si)和铜(Cu)的杂质。

4.权利要求3的二次电池，其中铝合金包含0重量％至小于0.15重量％的量的硅(Si)。

5.权利要求3的二次电池，其中铝合金包含0重量％至小于0.05重量％的量的铜(Cu)。

6.权利要求1的二次电池，其中所述铝合金具有在5至10μm范围内的晶粒尺寸。

7.权利要求1的二次电池，其中当所述铝合金弯曲180度时，其能弯曲高达13-30次。

8.权利要求1的二次电池，其中所述铝合金具有由国际退火铜标准(IACS)所定义的在50至65％IACS范围内的电导率。

9.权利要求1的二次电池，其中所述铝合金具有在68至85Ω/Km范围内的电阻。

10.权利要求1的二次电池，其中所述第一电极极耳延伸在所述壳的外部。

11.权利要求10的二次电池，其中所述壳为袋，且所述第一电极极耳在位于所述袋内部的位置处附着到所述第一电极板并延伸通过所述袋的密封部分到所述袋的外部。

12.权利要求10的二次电池，其中所述第一电极极耳用作在所述壳的外部的端子。