CN105027326A - 二次电池和应用于二次电池的电极引线组件 - Google Patents

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Abstract

根据本发明的二次电池包括：电极组件；第一引线板，该第一引线板与电极组件连接；第二引线板，该第二引线板面对第一引线板，同时在其间具有间隙，使得第二引线板的至少一部分和第一引线板的至少一部分重叠；金属桥，该金属桥介于间隙中并构造为将第一电极引线板和第二电极引线板彼此连接；第一密封物，该第一密封物介于间隙中并且布置在位于比金属桥更靠外侧的一侧上；袋状壳体，该袋状壳体接纳电极组件使得第二引线板引出到外部；和第二密封物，该第二密封物分别介于袋状壳体的内表面和第一引线板之间以及袋状壳体内表面和第二引线板之间。

Description

二次电池和应用于二次电池的电极引线组件
技术领域
本公开涉及一种二次电池和一种应用于二次电池的电极引线组件，更具体地，涉及一种具有用于快速地切断过电流和容易地排放在二次电池中产生的气体的结构的二次电池和一种应用于该二次电池的电极引线组件。
本申请要求在韩国于2013年9月26日提交的韩国专利申请No.10-2013-0114675和在韩国于2014年9月23日提交的韩国专利申请No.10-2014-0127020的优先权，其公开通过引用的方式并入本文。
背景技术
随着便携式电子产品例如摄像机、移动电话和便携式计算机的使用的增加，主要被用作便携式电子产品依靠其来工作的电源的二次电池的重要性日益增强。
一般地，与一次性原电池相反，二次电池是可再充电的并且随着在高技术领域的发展正被非常积极地研究，这些高技术领域例如，数码相机、便携式电话、膝上型计算机、电动工具、电动自行车、电动车辆、混合动力电动车辆、高容量储能系统等等。
特别地，当与其它传统的二次电池例如铅蓄电池、镍铬电池、镍氢电池和镍锌电池相比时，锂二次电池具有高的每单位重量能量密度并允许快速充电，从而，其使用处于上升的趋势。
锂二次电池具有高于或等于3.6V的工作电压，并通过串联或并联地连接多个电池，而被用作便携式电子器件或高动力装置的能源，这些高动力装置例如电动车辆、混合动力电动车辆、电动工具、电动自行车、储能系统和不间断电源(UPS)。
锂二次电池具有比镍镉电池或镍金属氢化物电池的工作电压高三倍的工作电压和优良的每单位重量能量密度特性，并从而正在被日益增加地使用。
基于电解质的类型，锂二次电池可被分类为使用液体电解质的锂离子电池和使用固体聚合物电解质的锂离子聚合物电池。而且，基于固体聚合物电解质的类型，锂离子聚合物电池可被划分为不包含电解液的全固态锂离子聚合物电池和包含电解液的使用凝胶聚合物电解质的锂离子聚合物电池。
一般使用圆柱的或棱柱的金属罐作为容器通过焊接来密封使用液体电解质的锂离子电池。使用金属罐作为容器的罐型二次电池具有固定的形状，固定的形状对使用其作为电源的电子产品的设计具有限制，对体积减少也具有限制。因而，已经研制了并正在使用袋型二次电池，通过将电极组件和电解质放入由薄膜制成的袋状壳体并形成密封而制作该袋型二次电池。
然而，锂二次电池当变得过热时具有爆炸的危险，所以保证安全是重要的挑战之一。由于不同的原因过热发生于锂二次电池中，而其中之一是超过极限的过电流流经锂二次电池。当过电流流动时，锂二次电池通过焦耳发热而产生热并且电池内部的温度迅速地增加。而且，迅速的温度上升致使电解质溶液的分解反应，引起热失控现象，并最终导致电池的爆炸。过电流发生是由于：变尖的金属物体穿透锂二次电池或者介于阴极和阳极之间的分隔物的收缩所造成的阴极和阳极之间的介电击穿，或者当由于外部充电电路或正被连接的负载的异常条件而导致将冲击电流施加于电池时。
因而，为了保护锂二次电池免受异常情况例如过电流的发生，与保护电路组合地使用电池，并且一般地，保护电路包括熔断装置，如果过电流发生，该熔断装置用来不可逆地断开充电电流或放电电流流经的线路。
图1是示出了在与包括锂二次电池的电池组连接的保护电路的构造中的熔断装置的布局和工作机制的电路图。
如附图所示，保护电路包括：熔断装置1，在过电流发生时熔断装置1保护电池组；感测电阻器2，感测电阻器2感测过电流；微控制器3，微控制器3监测过电流的发生并当过电流发生时操作熔断装置1；和开关4，开关4执行开关操作以致使工作电流流入熔断装置1中。
熔断装置1安装于被连接到电池组最外端子的主线路上。主线路是指充电或放电电流流经的电线。在附图中，熔断装置1被示出为安装于高电位线(Pack+)上。
熔断装置1是3端子元件；两个端子连接于充电电流或放电电流流经的主线路，并且其余的端子连接到开关4。而且，在内部，熔断装置1包括：保险丝1a，保险丝1a直接连接到主线路并在特殊的温度下熔化；和电阻器1b，电阻器1b向保险丝1b施加热。
微控制器3通过周期地感测跨在感测电阻器2的两端上的电压来监测是否过电流正在发生，并且当感测到过电流发生时，打开开关4。于是，流经主线路的电流朝向熔断装置1分流并且施加于电阻器1b。因而，产生于电阻器1b的焦耳热传递到保险丝1a并增加保险丝1a的温度，并且当保险丝1a的温度达到熔化温度时，保险丝1a熔化，并且因此主线路不可逆地断开。当主线路断开时，过电流不再流动并且由过电流带来的问题可得到解决。
然而，在前文中描述的现有技术具有许多问题。即当微控制器3中发生了失效，开关4甚至在过电流发生的情况下未打开。在该情况下，电流未流入熔断装置1的电阻器1b中，并且熔断装置1不工作。而且，需要有单独的空间用于在保护电路内布置熔断装置1，并在微控制器3中需要加载程序算法用于控制熔断装置1的操作。因此，存在缺点：保护电路的降低的空间效率和微控制器3的增加的负载。
发明内容
技术问题
本公开被设计为解决上述问题，并因此，本公开的目的是通过二次电池自身结构来降低由短路或过电流造成的起火/爆炸的风险。
然而，本公开的目的不局限于以上目的，并且本公开的其它的目的根据下列描述对本领域的技术人员是显然的。
技术方案
为了实现以上目的，根据本公开的示例性实施例的二次电池包括：电极组件；第一引线板，该第一引线板连接至电极组件；第二引线板，该第二引线板布置为面对第一引线板，且其间具有间隙，使得第二引线板的至少一部分和第一引线板的至少一部分重叠；金属桥，该金属桥布置于间隙内以连接第一引线板和第二引线板；第一密封物，该第一密封物比金属桥更靠外侧地布置在间隙内；袋状壳体，该袋状壳体接纳电极组件使得第二引线板被引到外部；和第二密封物，该第二密封物分别介于袋状壳体的内表面和第一引线板之间以及袋状壳体的内表面和第二引线板之间。
金属桥可沿着第一引线板和第二引线板的宽度方向连续地形成。
金属桥可沿着第一引线板和第二引线板的宽度方向不连续地形成。
金属桥可由熔点比第一引线板和第二引线板低的金属制成。
金属桥可具有从150℃至300℃的熔点。
第一密封物可沿着第一引线板和第二引线板的宽度方向连续地形成以密封袋状壳体。
第一密封物可具有比第二密封物窄的宽度。
第一密封物可具有在从电极组件面对金属桥的方向上形成的通气槽口。
通气槽口沿着面对金属桥的方向在宽度上可逐渐减少。
通气槽口可具有楔形形状。
而且，可通过在二次电池中采用的根据本公开的示例性实施例的电极引线组件来实现以上目的，并且根据本公开的示例性实施例的电极引线组件包括：第一引线板；第二引线板，该第二引线板布置为面对第一引线板，且其间存在间隙，使得第二引线板的至少一部分与第一引线板的至少一部分重叠；金属桥，该金属桥布置于间隙内以连接第一引线板和第二引线板；第一密封物，该第一密封物比金属桥更靠外侧地布置在间隙内；和第二密封物，该第二密封物附着于第一引线板的外表面和第二引线板的外表面。
金属桥可由熔点比第一引线板和第二引线板低的金属制成。
金属桥可具有从150℃至300℃的熔点。
第一密封物可沿着第一引线板和第二引线板的宽度方向连续地形成。
第一密封物可具有比第二密封物窄的宽度。
第一密封物可具有在从电极组件面向金属桥的方向上形成的通气槽口。
通气槽口的宽度沿着面向金属桥的方向可逐渐减小。
通气槽口可具有楔形形状。
有利效果
根据本公开的一个方面，可通过快速切断在二次电池中流动的过电流来保证使用中的二次电池的安全性。
根据本公开的另一个方面，当由于在二次电池中产生的气体所造成的内部压力高于或等于预定的水平，可通过快速地将气体排出二次电池来保证使用中的二次电池的安全性。
附图说明
附图示出了本公开的优选的实施例并且与前述的公开一起用于提供进一步理解本公开的技术精神，从而，本公开不被解释为局限于附图。
图1是示出了在与电池模块连接的保护电路的构造中的熔断装置的布局和工作机制的电路图。
图2是示出了根据本公开的示例性实施例的二次电池的横截面视图。
图3到图6是示出了应用于图2的二次电池的金属桥的不同形状的平面视图。
图7到图9是示出了应用于图2的二次电池的第一密封物的不同形状的平面图。
图10是示出了图2的二次电池的另一个形状的横截面视图。
具体实施方式
下文中，将参考附图详细地描述本公开的优选的实施例。在描述之前，应该理解，在说明书和所附的权利要求中使用的术语不应该解释为局限于一般的和字典的意义，而是基于发明人被允许适当地定义术语用于最佳的解释这一原则，基于与本公开的技术方面对应的意义和概念解释这些术语。因此，本文提出的描述仅仅是优选的示例，仅为了说明的目的，而非旨在限制本公开的范围，所以应该理解，在不偏离本公开的范围和精神的情况下，能够对其作出其它等价物和修改。
参考图2描述根据本公开的示例性实施例的二次电池100。
图2是示出了根据本公开的示例性实施例的二次电池的横截面视图。
参考图2，根据本公开的示例性实施例的二次电池100包括电极组件10、袋状壳体20和电极引线组件30。
电极组件10包括阴极板11、阳极板12、分隔物13和电极接片T。电极组件10可以是堆叠型电极组件，该堆叠型电极组件包括在彼此的顶部上堆叠的阴极板11和阳极板12，其中分隔物13介于阴极板11和阳极板12之间。尽管本公开的附图示出电极组件10是堆叠型但是也考虑可以果冻卷型。
可以通过在铝(Al)的集电器上涂覆阴极活性材料来形成阴极板11，并且可以通过在铜(Cu)的集电器上涂覆阳极活性材料来形成阳极板12。
电极接片T与电极板11和12一体地形成，并且与在电极板11和12上未涂覆电极活性材料的非涂覆区域相对应。也就是说，电极接片T包括与在阴极板11上未涂覆阴极活性材料的区域相对应的阴极接片和与在阳极板12上未涂覆阳极活性材料的区域相对应的阳极接片。
袋状壳体20包括由多层薄膜制成的上部壳体21和下部壳体22。多层薄膜可包括例如聚丙烯(PP)最内层、铝(Al)中间层和聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)最外层。
袋状壳体20在内部空间中接纳电极组件10，并且通过热熔而被密封，使得上部壳体21和下部壳体22的周向区域彼此面对，其中电极引线组件30在一侧处向外引出。
尽管在附图中没有示出，但是密封的袋状壳体20被电解质溶液填充以允许活性材料的离子移动。
电极引线组件30包括第一引线板31、第二引线板32、金属桥33、第一密封物34和第二密封物35。
由第一引线板31、第二引线板32和金属桥33构成的导电组件可用作根据本公开的示例性实施例的二次电池100的阴极引线和/或阳极引线。也就是说，根据本公开的示例性实施例的二次电池100可具有如下结构：双结构的导电组件应用于阴极引线和阳极引线中的至少一个。
薄平金属的第一引线板31附接到电极接片T，并且在电极组件10的向外方向上延伸。
而且，基于连接第一引线板31的电极接片T的类型，第一引线板31可在材料上不同。也就是说，当连接到阴极接片时，第一引线板31可以由铝制成，并且当连接到阳极接片时，第一引线板31可由铜或镀镍(Ni)铜制成。
第二引线板32被布置为在其间具有间隙的情况下面对第一引线板31使得第二引线板32的至少一部分与第一引线板31的至少一部分重叠，并且可以由与第一引线板31相同的材料制成。第二引线板32的一端通过袋状壳体20周边的密封区域而引到袋状壳体20之外。
金属桥33布置在引线板31和32之间形成的间隙内以连接引线板31和32。
在由引线板31和32和金属桥33构成的导电组件中，形成金属桥33的区域对应于具有比周围区域高的电阻的区域，并且当过电流由于例如短路而发生时，在该区域中产生了大量热，并因而该区域易于熔化。也就是说，当在二次电池100中发生过电流时，随着由于电池单体的膨胀压力和/或相对高的电阻造成的温度的增加，金属桥33快速地熔化以切断在引线板31和32之间的电流流动。
考虑到金属桥33可由于相对高的电阻导致的温度增加而熔化，金属桥33可由熔点比引线板31和32低的金属制成，例如，从约150℃至约300℃。这样的低熔点金属包括，例如，包含作为主要物质的锡(Sn)和铜(Cu)的无铅合金，不含对环境和人体有害的铅(Pb)。
考虑到旨在切断的过电流水平来设定金属桥33的熔点范围。当金属桥33的熔点低于150℃时，即使当常规电流流经二次电池100，金属桥33也可熔化。例如，在二次电池100用于电动车辆的情况下，当熔点低于150℃时，金属桥33可由于快速充电/放电的电流而熔化。而且，当金属桥33的熔点高于300℃时，过电流不被快速地切断，并从而，电极引线组件30的使用实质上是无效的。
在金属桥33的组分材料当中，锡影响了金属桥33的熔点和抗拉强度特性。为了金属桥33的良好的抗拉强度特性和在约150℃至约300℃范围内的熔点，锡的含量被调整为约80wt％或更高，优选地，在85wt％至98wt％范围内。铜起到提高部件的电导率的作用，并且考虑到该功能，铜的含量被调整为在约2wt％至20wt％的范围内，优选地，在约4wt％至15wt％的范围内。这里，wt％是基于金属桥33的组分材料的总重量的单位(下文同样适用)。
如上所述，通过调整锡和铜的含量以具有合适的范围，不仅金属桥33的抗拉强度能够增强，而且由于金属桥33而增加的电阻可被控制在百分之几内。
为了改进的特性，除了锡和铜之外，金属桥33可进一步包括作为另外的合金物质的具有高电导率的金属例如镍(Ni)、银(Ag)和锌(Zn)。另外的合金物质的含量基于材料的总重量优选地在约0.01wt％至10wt％范围内。
因而，由具有比引线板31和32低的熔点的合金制成金属桥33在快速熔化的方面是有利的，但是金属桥33的材料不局限于此。也就是说，即使金属桥33由与引线板31和32相同的材料制成，因为形成金属桥33的区域比周围区域产生更大量的热，所以当过电流发生时，金属桥33可熔化并因而执行过电流切断功能。
如下参考图3直到图6详细地描述金属桥33的具体形状和形成位置。
第一密封物34布置在形成于引线板31和32之间的间隙内，并且允许袋状壳体20与第二密封物35一起被密封。第一密封物34由具有绝缘特性和可热熔特性的薄膜制成。该薄膜可包括例如从聚酰亚胺(PI)、聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)和聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)中选出的至少一个材料层(单隔膜或多重隔膜)。
当在二次电池100中产生气体并且膨胀压力过度地增加时，第一密封物34可用作通气单元以排放气体。
考虑到该作用，在背离电极组件10的方向上比金属桥33更靠外侧地布置第一密封物34将是有利的。
也就是说，如果比第一密封物34偏内地形成金属桥33，则当由于反常的过电流而造成的膨胀现象发生时，由金属桥33建立的在第一引线板31和第二引线板32之间的电连接被首先释放，并且因而切断过电流。
而且，甚至在过电流被切断后，由于二次电池100的自放电而造成的电解质溶液的副反应可继续产生内部气体，并且在该情况下，压力集中于第一密封物34上，引起通气，因此可完全消除点燃/爆炸的危险。
如下参考图7到图9描述第一密封物34的具体形状和形成位置。
第二密封物35在引线板31和32的重叠区域S内附着到引线板31和32中的每个，并且被布置于引线板31和32和袋状壳体20的内表面之间，并可以由与第一密封物34相同的材料制成。
第二密封物35防止在引线板31和32和袋状壳体20的金属层之间发生短路，并且通过热熔而与第一密封物34结合以密封引出电极引线组件30的区域。
随后，参考图3至图6描述被应用于根据本公开的示例性实施例的二次电池100的金属桥33的不同形状。
图3到图6是示出了应用于图2的二次电池的金属桥的不同形状的平面视图。
首先，参考图3和图4，金属桥33可在引线板31和32的宽度方向W上连续地形成。而且，可以通过在引线板31和32之间结合上述的低熔点合金或与引线板31和32相同类型的金属(见图3)形成金属桥3，或者可通过在引线板31和32的两个表面上执行缝焊(见图4)来形成金属桥3。当通过缝焊来连接引线板31和32时，如图4所示，焊缝L可在引线板31和32的表面上形成。
接着，参考图5和图6，金属桥33可在引线板31和32的宽度方向W上不连续地形成。而且，可以通过在引线板31和32之间结合上述的低熔点合金或与引线板31和32相同类型的金属(见图5)来形成金属桥33，或通过在引线板31和32的两个表面上执行点焊(见图6)来形成金属桥33。当通过点焊来连接引线板31和32时，如图6所示，焊点P可在引线板31和32的表面上形成。
在该情况下，考虑到当过电流发生时，容易熔化和传导，金属桥33的宽度w1需要被确定以具有合适的尺寸。
接着，参考图7至图9描述被应用于根据本公开的示例性实施例的二次电池100的第一密封物34的不同形状。
图7到图9是示出了应用于图2的二次电池的通气密封物的不同形状的平面视图。
参考图7到图9，第一密封物34沿着引线板31和32的宽度方向W连续地形成，以密封引线板31和32之间的间隙，以防止在袋状壳体20内填充的电解质溶液通过引线板31和32之间的间隙而泄露。
考虑到二次电池100的密封和当内部压力增加时的容易熔化，第一密封物34的宽度w2需要被确定以具有合适的尺寸，并且应当形成为具有比第二密封物(图2中的35)窄的宽度。
在该情况下，第一密封物34可具有至少一个通气槽口34a以保证优良的通气性能。通气槽口34a具有用于释放密封的图案，其在从电极组件10面向金属桥33的方向上形成为预定深度，以允许二次电池100中的压力集中，以容易地释放在第一密封物34与引线板31和32之间的附着。
通气槽口34a可具有不同的形状例如四边形(见图7)、像半圆的圆形(见图8)和楔形(见图9)。
在该情况下，通气槽口34a的宽度优选地沿着朝向金属桥33的方向逐渐减小以增加压力集中效果。特别地，如图9中所示，当通气槽口34a具有变尖的末端的楔形形状时，压力集中效果被最大化并且可以容易地释放在第一密封物34与引线板31和32之间的附着。
尽管图2示出在二次电池100中比金属桥33更靠外侧地布置第一密封物34，但是本公开不必局限于该结构。
也就是说，参考图10，第一密封物34被示出为比金属桥33偏内地(更接近电极组件)布置，并且具有该结构的二次电池也允许快速地切断过电流和快速排放所产生的气体。
如上所述，因为根据本公开的示例性实施例的二次电池100包括金属桥33和介于引线板31和32之间的第一密封物34，所以二次电池100不仅可以快速地切断过电流，而且防止内部膨胀压力过度地增加。
也就是说，二次电池100构造为既具有金属桥33的过电流切断功能，又具有第一密封物34的通气功能，借此保证使用中的二次电池的安全性。
虽然已经结合有限数目的实施例和附图描述了本公开，但是本公开不局限于此，并且应当理解，在本公开和所附的权利要求等价物的精神和范围内，本领域的技术人员可以作出不同的改变和修改。

Claims (18)

1.一种二次电池，包括：
电极组件；
第一引线板，所述第一引线板被连接至所述电极组件；
第二引线板，所述第二引线板被布置为面对所述第一引线板且在所述第一引线板和所述第二引线板之间具有间隙，使得所述第二引线板的至少一部分与所述第一引线板的至少一部分重叠；
金属桥，所述金属桥被布置于所述间隙内以将所述第一引线板和所述第二引线板连接；
第一密封物，所述第一密封物比所述金属桥更靠外侧地布置在所述间隙内；
袋状壳体，所述袋状壳体接纳所述电极组件使得所述第二引线板被引到外部；和
第二密封物，所述第二密封物分别介于所述袋状壳体的内表面和所述第一引线板之间以及所述袋状壳体的内表面和所述第二引线板之间。
2.根据权利要求1所述的二次电池，其中，所述金属桥沿着所述第一引线板和所述第二引线板的宽度方向连续地形成。
3.根据权利要求1所述的二次电池，其中，所述金属桥沿着所述第一引线板和所述第二引线板的宽度方向不连续地形成。
4.根据权利要求1所述的二次电池，其中，所述金属桥由熔点比所述第一引线板和所述第二引线板低的金属制成。
5.根据权利要求4所述的二次电池，其中，所述金属桥的熔点为150℃至300℃。
6.根据权利要求1所述的二次电池，其中，所述第一密封物沿着所述第一引线板和所述第二引线板的宽度方向连续地形成以密封所述袋状壳体。
7.根据权利要求6所述的二次电池，其中，所述第一密封物具有比所述第二密封物窄的宽度。
8.根据权利要求6所述的二次电池，其中，所述第一密封物具有在从所述电极组件面向所述金属桥的方向上形成的通气槽口。
9.根据权利要求8所述的二次电池，其中，所述通气槽口的宽度沿着面向所述金属桥的方向逐渐减小。
10.根据权利要求9所述的二次电池，其中，所述通气槽口具有楔形形状。
11.一种电极引线组件，包括：
第一引线板；
第二引线板，所述第二引线板被布置成面对所述第一引线板且在所述第一引线板和所述第二引线板之间具有间隙，使得所述第二引线板的至少一部分与所述第一引线板的至少一部分重叠；
金属桥，所述金属桥被布置于所述间隙内，以将所述第一引线板和所述第二引线板连接；
第一密封物，所述第一密封物比所述金属桥更靠外侧地布置在所述间隙内；和
第二密封物，所述第二密封物附着于所述第一引线板的外表面和所述第二引线板的外表面。
12.根据权利要求11所述的电极引线组件，其中，所述金属桥由熔点比所述第一引线板和所述第二引线板低的金属制成。
13.根据权利要求12所述的电极引线组件，其中，所述金属桥的熔点为150℃至300℃。
14.根据权利要求11所述的电极引线组件，其中，所述第一密封物沿着所述第一引线板和所述第二引线板的宽度方向连续地形成。
15.根据权利要求14所述的电极引线组件，其中，所述第一密封物具有比所述第二密封物窄的宽度。
16.根据权利要求14所述的电极引线组件，其中，所述第一密封物具有在从所述第一密封物面向所述金属桥的方向上形成的通气槽口。
17.根据权利要求16所述的电极引线组件，其中，所述通气槽口的宽度沿着面向所述金属桥的方向逐渐减小。
18.根据权利要求17所述的电极引线组件，其中，所述通气槽口具有楔形形状。
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