CN106920903B

CN106920903B - 二次电池

Info

Publication number: CN106920903B
Application number: CN201611204425.XA
Authority: CN
Inventors: 田丙珉
Original assignee: Samsung SDI Co Ltd
Current assignee: Samsung SDI Co Ltd
Priority date: 2015-12-24
Filing date: 2016-12-23
Publication date: 2021-09-07
Anticipated expiration: 2036-12-23
Also published as: KR20170076203A; CN106920903A; EP3185334A1; KR102493946B1; US20170187019A1; US11075427B2; EP3185334B1

Abstract

本公开提供了一种二次电池，所述二次电池包括：电极组件；壳体，容纳电极组件；以及盖组件，结合到壳体。盖组件包括：上盖，在盖组件的顶部处暴露；安全孔，在上盖下方；以及加强板，位于上盖与安全孔之间，并且沿上盖的外围延伸。安全孔包括朝向电极组件突起的突出，并且通过突出电连接到电极组件。

Description

二次电池

本申请要求于2015年12月24日在韩国知识产权局提交的第10-2015-0186184号韩国专利申请的优先权和权益，该韩国专利申请的内容通过引用被全部包含于此。

技术领域

本发明的多个方面涉及一种二次电池。

背景技术

如果二次电池进入诸如短路或过度充电状况的非正常使用状态，则电池的内部温度会升高，并且会生成气体，其使电池的内部压力增加。

例如，如果使锂二次电池过度充电，则电解液会分解释放增加电池内部压力的诸如二氧化碳或一氧化碳的气体。另外，如果由于过放电或短路使过电流流经锂二次电池，则电池的内部温度会增加，引起电解液转变为气体。因此，电池的内部压力和温度会升高并且呈现燃烧的风险，其会变成严重的安全相关问题或忧虑，并且其会引起电池的性能和寿命特性的整体劣化。

发明内容

本发明的实施例提供了具有改善的机械强度并且可通过简化的制造工艺制造的二次电池。

本发明的以上和其它方面将通过下面对示例性实施例的描述来进行描述，或者通过下面对示例性实施例的描述将是明显的。

根据本发明的一方面，二次电池包括：电极组件；壳体，容纳电极组件；以及盖组件，结合到壳体。盖组件包括：上盖，在盖组件的顶部处暴露；安全孔，在上盖下方；以及加强板，位于上盖与安全孔之间，并且沿上盖的外围延伸。安全孔包括朝向电极组件突起的突出，并且通过突出电连接到电极组件。

加强板可以具有环形状。

加强板可以布置在上盖与安全孔之间。

加强板可以与安全孔一起弯折以结合到壳体的内侧。

加强板可以包括不锈钢。

加强板和上盖可以具有相同的厚度。

加强板的边缘可以延伸到盖组件的内部区域，使得加强板的边缘在盖组件下方暴露。

加强板的边缘可以与安全孔接触。

加强板的边缘可以相对于加强板的延伸方向倾斜。

安全孔可以被构造为在壳体的内部压力超过参考压力时转换，安全孔可以进一步被构造使得转换在加强板的边缘处开始。

如上所述，在根据本发明的实施例的二次电池中，具有相对高的机械强度的加强板设置在上盖与安全孔之间，从而改善上盖的弯曲强度并且在上盖下方提供增加的隆起区域。

另外，上盖的厚度可以通过改善加强板的弯曲强度而减小，从而减小用于形成上盖的压制工艺的压力，并且增加二次电池的可制造性。

附图说明

通过参照附图对示例性实施例的详细描述，本发明的以上和其它方面以及特征将变得更明显，在附图中：

图1是根据本发明的示例性实施例的二次电池的剖视图；

图2是示出在图1中示出的盖组件的放大的剖视图；

图3是示出根据本发明的另一示例性实施例的二次电池的盖组件的放大的剖视图；

图4是示出根据本发明的又一示例性实施例的二次电池的盖组件的放大的剖视图；

图5是示出根据本发明的又一示例性实施例的二次电池的盖组件的放大的剖视图；以及

图6是示出当在图5中示出的二次电池中发生短路时安全孔运行的状态的剖视图。

具体实施方式

在下文中，将参照附图详细地描述本发明的示例性实施例，使得它们可以被本领域技术人员容易地制成和使用。

将理解的是，当元件或层被称作“在”另一元件或层“上”、“连接到”或“结合到”另一元件或层时，该元件或层可以直接在所述另一元件或层上、直接连接到或者直接结合到所述另一元件或层，或者也可以存在一个或更多个中间元件或层。当元件被称作“直接在”另一元件或层“上”、“直接连接到”或“直接结合到”另一元件或层时，不存在中间元件或层。例如，当第一元件被描述为“结合到”或“连接到”第二元件时，第一元件可以直接结合到或连接到第二元件，或者第一元件可以通过一个或更多个中间元件间接结合到或间接连接到第二元件。相同的参考标号始终指示相同的元件。如在这里所使用的，术语“和/或”包括一个或更多个相关所列项的任意组合和所有组合。此外，当描述本发明的实施例时，“可以”的使用指的是“本发明的一个或更多个实施例”。当诸如“……中的至少一个(种)”的表述位于一列元件之后时，修饰整列元件，而不是修饰该列的个别元件。另外，术语“示例性”意图指示例或例证。如这里使用的，术语“使用”及其变型可以被认为分别与术语“利用”及其变型同义。

将理解的是，尽管可以在这里使用术语第一、第二、第三等来描述各种元件、组件、区域、层和/或部分，但是这些元件、组件、区域、层和/或部分不应该受这些术语限制。这些术语用来将一个元件、组件、区域、层或部分与另一元件、组件、区域、层或部分区分开。因此，在不脱离示例实施例的教导的情况下，在下面讨论的第一元件、组件、区域、层或部分可被称作第二元件、组件、区域、层或部分。在图中，为了清楚示出，可以夸大各种元件、层等的尺寸。

为了易于描述，在这里可以使用诸如“在……之下”、“在……下方”、“下面的”、“在……上方”、“上面的”等空间相对术语，以描述如附图中所示的一个元件或特征与另一元件或特征的关系。将理解的是，除了图中描绘的方位之外，空间相对术语意图包含装置在使用或操作中的不同方位。例如，如果将图中的装置翻转，则描述为“在”其它元件或特征“下方”或“之下”的元件将随后被定位“在”所述其它元件或特征“上方”或“之上”。因此，术语“在……下方”可以包含上方和下方两种方位。装置可以被另外定位(旋转90度或在其它方位)，并且应该相应地解释在这里使用的空间相对描述语。

在这里使用的术语是为了描述本发明的具体示例实施例的目的，而不是意图限制所描述的本发明的示例实施例。如这里使用的，除非上下文另有明确指示，否则单数形式“一个”和“一种”也意图包括复数形式。还将理解的是，当在该说明书中使用“包括”及其变型和“包含”及其变型时，说明存在陈述的特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但是不排除存在或附加一个或更多个其它特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。

图1是根据本发明的示例性实施例的二次电池的剖视图，图2是示出在图1中示出的盖组件的放大的剖视图。

参照图1和图2，根据本发明的示例性实施例的二次电池100包括：电极组件110；壳体120，容纳电极组件110；盖组件130，在壳体120的顶部开口处结合到壳体120；以及衬垫190，使壳体120与盖组件130之间的间隙紧密地关闭(例如，密封)。

电极组件110包括第一电极板111、第二电极板112和置于第一电极板111与第二电极板112之间的隔板113。电极组件110可以通过以凝胶卷构造卷绕第一电极板111、隔板113和第二电极板112的堆叠结构来形成。在一个实施例中，第一电极板111可以用作正极，第二电极板112可以用作负极。然而，本发明不限于此，在其它实施例中，第一电极板111可以用作负极，第二电极板112可以用作正极。

第一电极板111通过在包括诸如铝箔的金属箔(例如，由诸如铝箔的金属箔形成)的第一电极集流器上涂覆诸如过渡金属氧化物的第一电极活性物质来形成。第一电极接线片114附着到第一电极板111。第一电极接线片114的一端连接到(例如，电连接到)第一电极板111，第一电极接线片114的另一端在电极组件110上方突出(例如，突出到电极组件110的上部)以连接到(例如，电连接到)盖组件130。

第二电极板112通过在包括诸如铜箔或镍箔的金属箔(例如，由诸如铜箔或镍箔的金属箔制成)的第二电极集流器上涂覆诸如石墨或碳的第二电极活性物质来形成。第二电极接线片115附着到第二电极板112。第二电极接线片115的一端连接到(例如，电连接到)第二电极板112，第二电极接线片115的另一端在电极组件110下方突出(例如，突出到电极组件110的下部)以连接到(例如，电连接到)壳体120的底表面。

隔板113位于第一电极板111与第二电极板112之间以防止其间的电短路，并且允许锂离子在其间移动。隔板113可以包括聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)或聚乙烯(PE)和聚丙烯(PP)的共聚物(例如，可以由聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)或聚乙烯(PE)和聚丙烯(PP)的共聚物制成)。

壳体120包括呈现具有形成用于容纳电极组件110的空间的直径(例如，预定直径)的圆柱形形状的侧表面板121和密封侧表面板121的底部或底端的底部板122。壳体120具有在将电极组件110插入并且安置在其中之后被构造为闭合的顶部开口。另外，用于防止电极组件110在壳体120内运动或基本运动的压条(bead)123(例如压条部分)形成在壳体120的顶部处。另外，用于固定盖组件130和衬垫190的弯折(crimp)124(例如，弯折部分)形成在壳体120的最顶部(例如，顶端)处。

盖组件130包括上盖140、在上盖140下方的加强板150(例如，布置在上盖140与电极组件110之间)、结合到加强板150的底部部分或底表面的安全孔160、在安全孔160下方的下盖180以及置于安全孔160与下盖180之间的绝缘件170。另外，子板162固定到安全孔160的底表面，子板162通过在下盖180中的开口181(例如，通孔)暴露(例如，暴露于盖组件130)，并且电连接到第一电极接线片114。

上盖140具有向上凸起的形状以电连接到外部电路。上盖140具有提供使在壳体120中产生的内部气体可以从其排放的路径的排气口141(例如，排气孔或排气口)。上盖140电连接到电极组件110并且将由电极组件110产生的电流传输到外部电路。

加强板150结合到上盖140与安全孔160之间。在一个实施例中，加强板150具有环形状并且沿上盖140和安全孔160的边缘(例如，外围)延伸。另外，加强板150可以通过用于形成弯折124的弯折操作结合到上盖140，而不使用单独的焊接工艺。另外，如将随后进一步描述的，上盖140的边缘被安全孔160的边缘覆盖或围绕，使得上盖140和安全孔160可以通过加强板150彼此电连接。

加强板150可以加强或改善上盖140的机械强度。例如，加强板150可以包括具有相对高的强度的不锈钢(例如，可以由具有相对高的强度的不锈钢制成)并且可以改善上盖140的弯曲强度(warpage strength)(例如，可以改善上盖140的对弯曲的抗性)。因此，上盖140的厚度可以在保持其强度的同时减小，从而增加在上盖140下方的隆起区域。因此，当安全孔160由于例如某一压力或较大压力(例如，预定压力或较大压力)到达壳体120中而转换时，可提供用于转换的足够的空间，从而增加了安全孔160的操作可靠性。另外，因为上盖140的厚度通过使上盖140的弯曲强度增强而减小，所以用于形成上盖140的压制工艺可以使用较低的压力(例如，用于形成上盖140的压制工艺可以是较容易的)，从而增加了二次电池100的可制造性。

安全孔160具有与上盖140对应的圆形板形状，并且具有向下突出的(例如，朝向电极组件110突出)在中心形成的突出161。安全孔160通过穿过下盖180中的开口181的突出161电连接到固定于下盖180的底表面的子板162。在一个实施例中，安全孔160的突出161和子板162可以通过例如激光焊接、超声焊接、电阻焊接或者类似方法或工艺来彼此焊接。

安全孔160被安装为围绕上盖140的向上突出的部分(例如，除了上盖140的向上突出的部分之外)与上盖140的一部分紧密接触，如果壳体120的内部压力超过某一水平(例如，预定水平)，则释放内部气体同时切断电流流动。如果壳体120的内部压力超过某一压力(例如，安全孔160的操作压力)，则安全孔160在突出161由于通过在下盖180中的排气口181(例如，排气孔或排气口)排出的气体而向上运动的同时与子板162电断开。

在一个实施例中，子板162在突出161的焊接部分破损或撕裂时与突出161电断开。另外，如果壳体120的内部压力超过断裂(rupture)压力(压力比安全孔160的操作压力大)，则安全孔160断裂。

子板162位于下盖180下方。子板162焊接到第一电极接线片114与安全孔160的穿过在下盖180中的开口181的突出161之间。因此，子板162使第一电极接线片114与突出161彼此电连接。如果壳体120的内部压力增加(例如，增加超过某一水平)，则突出161向上运动，使得子板162与突出161断开(例如，电断开)。因此，安全孔160可以与第一电极接线片114电断开。

绝缘件170置于安全孔160与下盖180之间，并且使安全孔160与下盖180彼此绝缘(例如，电绝缘)。绝缘件170可以包括诸如聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)或聚对苯二甲酸乙二酯(PET)的树脂材料(例如，可以由诸如聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)或聚对苯二甲酸乙二酯(PET)的树脂材料制成)。

下盖180是圆形板。开口181形成在下盖180的中心处，安全孔160的突出161通过开口181穿过或延伸。另外，绝缘层可以形成在下盖180的顶表面上。绝缘层可以使安全孔160与下盖180彼此绝缘(例如，电绝缘)。

衬垫190被安装在壳体120的顶部开口中。例如，衬垫190被装配使得其与上盖140和安全孔160的外围接触(例如，覆盖或围绕上盖140和安全孔160的外围)，并且密封壳体120的顶部开口。衬垫190可以防止盖组件130与壳体120分开。

如上所述，根据本发明的实施例的二次电池100包括设置在上盖140与安全孔160之间的具有相对高的机械强度的加强板150，从而改善上盖140的弯曲强度并且增加在上盖140下方的隆起区域。另外，上盖140的厚度可以由于加强板150的弯曲强度增加而减小，从而使用于形成上盖140的压制工艺的压力减小并且增加了制造的便利。

在下文中，将描述根据本发明的另一实施例的二次电池的构造。

图3是示出根据本发明的另一实施例的二次电池(200)的盖组件的放大的剖视图。

参照图3，根据本发明的另一实施例的二次电池200包括：电极组件110；壳体120，容纳电极组件110；盖组件230，在壳体120的顶部开口处结合到壳体120；以及衬垫190，使壳体120与盖组件230之间的间隙紧密地关闭(例如，密封)。相同或基本上相似的组件由与前述实施例的参考标号相同的参考标号表示，以下描述可以主要集中于目前描述的实施例与前述的实施例之间的不同上。

盖组件230包括上盖240、在上盖240下方的加强板250、结合到加强板250的底部部分或底表面的安全孔160、在安全孔160下方的下盖180以及置于安全孔160与下盖180之间的绝缘件170。

在目前描述的实施例中，上盖240的厚度d1可以比在根据前述实施例的二次电池100中的上盖140的厚度小。上盖240由于加强板250可以具有进一步增加的弯曲强度。另外，如随后将进一步描述的，当加强板250比根据前述实施例的加强板150厚时，上盖240的厚度d1可以在保持二次电池200的安全的同时进一步减小。因此，因为上盖240的厚度d1是相对小的，所以在上盖240下方的隆起区域的高度d3可以增加，从而增加了安全孔160的操作可靠性。另外，用于形成上盖240的压制工艺的压力甚至可以进一步减小，从而增加制造的便利。

加强板250布置在上盖240下方，并且沿上盖240的外边缘(例如，外围)延伸。加强板250的厚度d2可以比在根据前述实施例的二次电池100中的加强板150的厚度大。例如，加强板250的厚度d2可以与上盖240的厚度d1相同或基本相同。因此，如上所述，因为上盖240的机械强度可进一步增加，所以上盖240的厚度d1可进一步减小。

在下文中，将描述根据本发明的又一实施例的二次电池的构造。

图4是示出根据本发明的又一实施例的二次电池(300)的盖组件的放大的剖视图。

参照图4，根据本发明的又一实施例的二次电池300包括电极组件110、容纳电极组件110的壳体120、在壳体120的顶部开口处结合到壳体120的盖组件330以及使壳体120与盖组件330之间的间隙紧密地关闭(例如，密封)的衬垫190。

盖组件330包括上盖340、在上盖340下方的加强板350、结合到加强板350的底部部分或底表面的安全孔160、在安全孔160下方的下盖180以及置于安全孔160与下盖180之间的绝缘件170。

在这个实施例中，与在根据前述的实施例的二次电池100中的上盖140不同，加强板350延伸越过上盖340与加强板350彼此接触处的区域。因此，加强板350可以被构造，使得其朝向上盖340的内部进一步突出(例如，朝向盖组件330的中心进一步突出)而被暴露。因此，可以不考虑安全孔160的转换操作而形成上盖340，且可增加设计上盖340的自由度。例如，上盖340的顶部平面的面积可以增加，从而改善了随后执行的焊接工艺。

加强板350进一步朝向上盖340的内部突出以在上盖340的下方被暴露。因此，加强板350可以不考虑上盖340而结合到安全孔160。因此，不考虑上盖340的位置，加强板350的内部边缘351(例如，内部端)可以提供安全孔160的转换起始点。因此，安全孔160的操作压力可通过加强板350保持在某一水平(例如，恒定水平)。

图5是示出根据本发明的又一实施例的二次电池的盖组件的放大的剖视图，图6是示出当在图5中示出的二次电池中发生短路时安全孔运行的状态的剖视图。

参照图5，根据本发明的又一实施例的二次电池400包括电极组件110、容纳电极组件110的壳体120、在壳体120的顶部开口处结合到壳体120的盖组件430以及使壳体120与盖组件430之间的间隙紧密地关闭(例如，密封)的衬垫190。

盖组件430包括上盖440、在上盖440下方的加强板450、结合到加强板450的底部部分或底表面的安全孔160、在安全孔160下方的下盖180以及置于安全孔160与下盖180之间的绝缘件170。

在这个实施例中，与根据前述实施例的二次电池300的加强板350相似，加强板450可以越过其接触上盖440处突出到上盖440下方的区域中。例如，加强板450可以被构造，使得其进一步突出到上盖440的内部以在上盖440的下方被暴露。因此，可以使在设计上盖440上的自由度增加。加强板450的内部边缘451(例如，内部端)可以形成为相对于加强板450延伸的水平方向倾斜(例如，可以相对于加强板450的延伸方向倾斜)。因此，内部边缘451的倾斜部分与加强板450的剩余部分(例如，加强板450的水平部分)相遇的区域可以接触安全孔160，所述区域可以是安全孔160的转换起始点。另外，当安全孔160转换时，内部边缘451可以控制安全孔160的由于例如隆起而引起的位移或运动，从而使断裂操作(ruptureoperation)的可靠性增加。因此，即使在安全孔160的设计和/或制造上有误差，安全孔160的操作压力也可保持在某一水平(例如，恒定水平)，并且可增加在设计组件上的自由度。

虽然已经参照本发明的示例性实施例具体地示出并描述了二次电池，但本领域普通技术人员将理解的是，在不脱离如由权利要求及其等同物限定的本发明的精神和范围的情况下，可在此做出形式上和细节上的各种变化。

Claims

1.一种二次电池，所述二次电池包括：

电极组件；

壳体，容纳电极组件；以及

盖组件，结合到壳体，盖组件包括：上盖，在盖组件的顶部处暴露；安全孔，在上盖下方，并且包括朝向电极组件突起的突出，安全孔通过突出电连接到电极组件；以及加强板，位于上盖与安全孔之间，并且沿上盖的外围延伸，其中，加强板的上表面和下表面分别与上盖的下表面和安全孔的上表面直接接触。

2.根据权利要求1所述的二次电池，其中，加强板具有环形状。

3.根据权利要求1所述的二次电池，其中，加强板与安全孔一起弯折以结合到壳体的内侧。

4.根据权利要求1所述的二次电池，其中，加强板包括不锈钢。

5.根据权利要求1所述的二次电池，其中，加强板和上盖具有相同的厚度。

6.根据权利要求1所述的二次电池，其中，加强板的边缘延伸到盖组件的内部区域，使得加强板的边缘在盖组件下方暴露。

7.根据权利要求6所述的二次电池，其中，加强板的边缘与安全孔接触。

8.根据权利要求6所述的二次电池，其中，加强板的边缘相对于加强板的延伸方向倾斜。

9.根据权利要求6所述的二次电池，其中，安全孔被构造为在壳体的内部压力超过参考压力时转换，

其中，安全孔进一步被构造使得所述转换在加强板的边缘处开始。