CN108064421B - 具有改进的稳定性的盖组件以及包含其的圆柱形二次电池 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种盖组件以及包含该盖组件的圆柱形二次电池，并特别涉及一种由用于圆柱形电池的盖组件陶瓷的复合物形成的盖组件以及一种包含该盖组件的圆柱形二次电池，所述盖组件安装在其中电极组件置于圆柱形罐中的圆柱形二次电池的顶端部，所述盖组件包括：具有预定槽口的安全通气孔，所述槽口构造成由在电池内产生的高压气体破裂；电流中断装置，所述电流中断装置耦接至安全通气孔的底端，并且当电池的内部压力升高时阻断电流；和用于电流中断装置的垫圈，所述垫圈环绕电流中断装置的外圆周表面，其中，用于电流中断装置的垫圈包括具有250℃以上熔点和200℃以上热变形温度的聚合物树脂。

Description

具有改进的稳定性的盖组件以及包含其的圆柱形二次电池
相关申请的交叉引用
本申请主张于2015年7月21日在韩国知识产权局递交的韩国专利申请第10-2015-0103289号、以及于2016年7月20日在韩国知识产权局递交的韩国专利申请第10-2016-0092223号的权益，其公开内容通过引用的方式全部并入本文中。
技术领域
本发明涉及一种盖组件，其中稳定性通过包含由具有高软化点的聚合物树脂形成的电流中断装置(current interrupt device，CID)垫圈而得以改进，以及涉及一种包含该盖组件的圆柱形二次电池。
背景技术
随着技术发展和对于移动装置需求的增长，对于二次电池作为能源的需求已经显著增长，而且，在这些二次电池中，具有高能量密度和输出特性的锂二次电池已经商业化并广泛应用。
根据电池壳体的形状，锂二次电池分为：圆柱形电池和棱柱形电池，在其中电极组件置于圆柱形或者棱柱形金属罐中；以及袋型电池，在其中电极组件置于铝叠片组成的袋型壳体中。
置于电池壳体中的电极组件是由正极/隔板/负极的层叠结构构成的、可充电和可放电的生电元件，其中电极组件分为：包卷型，其中具有分别涂布于其上的活性材料的长片型的正极和负极被卷绕在一起，同时隔板置于其间；堆叠型，其中多个具有预定尺寸的正极和负极以将隔板置于其间的状态进行顺序地堆叠；以及堆叠和折叠型，其中诸如全电池或者双电池的单元电池用隔膜进行卷绕。
在上述电极组件中，包卷型电极组件在以下方面是有利的：其制备容易，且单位重量的能量密度高，并且包卷型电极组件置于其中的圆柱形电池的有利之处在于其容量相对较高。
图1示意性地图示出一般圆柱形电池的垂直截面透视图。
圆柱形电池10通过以下方式制备：将包卷(卷绕的)型电极组件20容纳在圆柱型壳体30中，将电解质注入圆柱形壳体30中，然后将在其中形成有电极端子(例如，正极端子：未示出)的顶盖组件40耦接至壳体30的开口顶端。
电极组件20具有在其中正极11和负极12在将隔板13置于其间之后进行卷绕的结构，其中圆柱形中心销15插入电极组件的芯(包卷的中心)。中心销15通常由金属材料形成以提供预定的强度并具有由卷绕片而形成的中空圆柱形结构。中心销15发挥固定并支撑电极组件的功能，并用作用于排放在充电和放电以及运行期间由内部反应产生的气体的通道。
同时，大多数的锂二次电池的不利之处在于稳定性低。
例如，在将电池过充电至约4.5V或者更高的情况下，会发生正极活性材料的分解反应，并且在负极中发生锂金属的枝晶(dendrite)生长和电解质的分解反应。由于这些过程所伴生的热量，因而在上述分解反应和多个副反应快速地进行时，电池可能最终会引燃以及爆炸。
为了解决这些局限，在常规的圆柱形电池中的电极组件和顶盖之间的空间中设有用于在电池异常运行期间阻断电流以及释放内部压力的电流中断装置(currentinterrupt device，下文中称为“CID”)和安全通气孔。
不带正温度系数(PTC)元件的顶盖组件被用于动力工具、电动自行车和真空吸尘器用的高功率电池中。
图2图示不带PTC元件的顶盖组件40的结构。
如图2所示，不带PTC元件的顶盖组件40是由下述构成：置于二次电池上开口的最顶端上的顶盖41；在其中形成有多个槽口以排放电池内部气体的安全通气孔50，当产生超过CID允许电压的电压时所述槽口断裂；位于安全通气孔底端的CID过滤器55，其在电池内部压力升高时通过造成破裂来阻断电流；和环绕并密封CID过滤器55的外圆周表面的CID垫圈70。
对于不带PTC元件的顶盖组件，在外部短路期间，当CID运行之后，电流肯定是被切断，但是，当以环绕形状形成从而固定CID的CID垫圈熔融时，高电流会如图5所示出的一样重新连接(reconnection)，结果，持续地施加J/R电流，圆柱形二次电池的内部温度持续升高，使得可能发生爆炸或者引燃。
现有技术文献
日本专利第3985805号
发明内容
技术问题
本发明提供了一种盖组件，所述盖组件包括具有改进的阻热性的CID垫圈。
另外，本发明提供了一种圆柱形二次电池，其中通过包括所述盖组件，安全性得以保障。
技术方案
根据本发明的一个方面，提供一种用于圆柱形二次电池的盖组件，所述盖组件安装在所述圆柱形二次电池的顶端部上，所述圆柱形二次电池具有在其中电极组件置于圆柱形罐中的结构，所述盖组件包括：
具有预定槽口的安全通气孔，所述槽口构造成由在电池内产生的高压气体破裂；电流中断装置(CID)，所述电流中断装置耦接至所述安全通气孔的底端，并且当电池的内部压力升高时阻断电流；和用于电流中断装置的垫圈，所述垫圈环绕所述电流中断装置的外圆周表面，
其中，所述用于电流中断装置的垫圈包括具有250℃以上熔点(melting point)和200℃以上热变形温度(softening point)的聚合物树脂。
根据本发明的另一方面，提供一种圆柱形二次电池，所述圆柱形二次电池包括：
电极组件，所述电极组件由负极、正极和隔板构成；
电池罐，所述电池罐具有在所述电池罐一侧处的开口并通过所述开口容纳所述电极组件和电解质；和
盖组件，所述盖组件密封所述电池罐的开口，
其中，所述盖组件包括：具有预定槽口的安全通气孔，所述槽口构造成由在电池内产生的高压气体破裂；电流中断装置，所述电流中断装置耦接至所述安全通气孔的底端，并且当电池的内部压力升高时阻断电流；和用于电流中断装置的垫圈，所述垫圈环绕所述电流中断装置的外圆周表面，且
所述用于电流中断装置的垫圈包括具有250℃以上熔点和200℃以上热变形温度的聚合物树脂。
有益效果
根据本发明，由于包括高的阻热性聚合物树脂的CID垫圈是形成在圆柱形二次电池中，所以可防止在外部短路期间因二次电池内部温度升高所致的CID垫圈熔融，并因此，可制备具有改进的稳定性的圆柱形二次电池。
附图说明
以下附于说明书的附图通过示例图示了本发明的优选实例，并用来使得本发明的技术理念与以下给出的本发明的详细描述一起得到进一步地理解，因此，本发明不应仅仅用这些附图中的物项进行解读。
图1为一般的圆柱形二次电池的垂直截面透视图；
图2为图示出不带PTC元件的圆柱形二次电池的顶盖组件的截面图；
图3a为图示用于本发明的圆柱形二次电池的顶盖组件的堆叠工序的示意图；
图3b为图示图3a的顶盖组件的截面(A-A’)的截面图；
图4a和图4b为在其中测量在实施例1的二次电池的外部短路期间电流连接与否的曲线图；
图5为示出在比较例1的二次电池的外部短路期间电流重新连接的现象的曲线图；
图6a至图6c为示出在实施例1的二次电池的外部短路期间电池表面温度变化的曲线图；和
图7为示出在常规二次电池的外部短路期间电池表面的温度变化和盖组件附近的温度变化的曲线图。
附图标记
10：圆柱形二次电池
11：正极
12：负极
13：隔板
15：中心销
20：电极组件
30：圆柱形壳体
40：顶盖组件
41，131：顶盖
50，133：安全通气口
55，135：CID过滤器
70：CID垫圈
137：CID垫圈
139：压接(crimping)垫圈
具体实施方式
在下文中，将更加详细地描述本发明。
应理解的是，在说明书和权利要求书中使用的词语或者术语不应解读为在常用的字典中所定义的含义。应进一步理解的是，基于发明人为了最优解释发明可以合适地定义词语或者术语含义的原则，这些词语或者术语应当解读为具有与它们在相关技术的上下文中和本发明的技术思想中的含义相一致的含义。
如图2所示，在不带PTC元件的典型顶盖组件40中下述各元件耦接至彼此：置于二次电池上开口最顶端上的顶盖41；用于降低内部压力的安全通气孔50，其排放电池内部的高压气体；在安全通气孔50底端的CID过滤器55，作为用于在电池内部压力升高时通过造成破裂以阻断电流的电流中断装置；以及环绕并密封CID过滤器55的外圆周表面的CID垫圈70。
在这种情况下，由于CID垫圈是由具有约225℃的熔点和约154℃的热变形温度的聚丙烯(PP)类或者聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)类的聚合物材料形成，在高功率电池的外部短路期间，当用于形成CID垫圈的聚合物熔融时，电流在不带PTC元件的顶盖组件40中重新连接，因此，在圆柱形二次电池的内部温度持续升高方面是不利的。例如，当在10毫欧的电阻下引发外部短路时，如果测量电池表面处的温度和盖组件附近处的温度，电池表面的温度(T1)增加至大约115℃，但是盖组件附近处的温度(T2)增加至大约220℃，这高于CID垫圈材料的聚合物的热变形温度(约154℃)，因此，电流因CID垫圈的熔融而连接(参见图7)。
因此，在本发明中，提供了一种盖组件，其中通过包括含具有高热变形温度的聚合物树脂的CID垫圈而改进稳定性；以及提供一种包含该盖组件的圆柱形二次电池。
具体而言，在本发明的一实施方式中，提供了一种盖组件，所述盖组件安装在圆柱形二次电池的顶端部上，所述圆柱形二次电池具有在其中将电极组件放置于圆柱形罐中的结构，所述盖组件包括：
具有预定槽口的安全通气孔，所述槽口构造成由在电池中产生的高压气体破裂；
电流中断装置，所述电流中断装置耦接至所述安全通气孔的底端，并且当电池的内部压力升高时阻断电流；和
CID垫圈，所述CID垫圈环绕所述电流中断装置的外圆周表面，
其中，所述CID垫圈包括具有250℃以上熔点和200℃以上热变形温度的聚合物树脂，或者该聚合物树脂和陶瓷的复合物。
在这种情况下，所述盖组件可不包括PTC元件。
另外，在本发明的一实施方式中，提供了一种包括所述盖组件的圆柱形二次电池。
在下文中，参照附图将详细地描述根据本发明的盖组件以及根据该实施方式的包括所述盖组件的二次电池。
图3a图示本发明的顶盖组件的堆叠工序的示意图，图3b图示由上述工序制备的顶盖组件结构的截面图。
本发明的盖组件和包含该盖组件的圆柱形二次电池可以通过常规方法制备。
具体而言，本发明的圆柱形二次电池通过如下方法制备：将包卷型电极组件插入圆柱形壳体中，向其中注射电解质，然后在包卷型的顶端安装板状绝缘构件，以及在圆柱形壳体的开口顶端上安装盖组件。
在这种情况下，盖组件置于圆柱形二次电池的最顶端上，并且包括以在其中中心向上凸起的形状制备的顶盖131，以及耦接至顶盖131的底端的安全通气孔133，如图3a所示。
安全通气孔133用于在电池内的压力升高时阻断电流或者排放气体，其中所述安全通气孔可由金属材料形成且多个槽口可形成于其中。在圆柱形二次电池的内部压力升高的情况下，由于槽口破裂，因而电池中的气体可排放至外部。
安全通气孔的厚度可根据材料和结构而变化。安全通气孔的厚度没有特别的限制，只要当在电池内产生预定的高压时，安全通气孔可以在破裂的同时排放气体即可，例如，厚度可以在0.2mm至0.6mm的范围内。
用于在圆柱形二次电池内产生高压时阻断电流的CID过滤器135耦接至安全通气孔133的底端。
如果因在电池中的压力升高之故压力被施加至安全通气孔，安全通气孔则在提升安全通气孔凸起的同时与电流中断装置的主体分离。
另外，作为用于排放电池内的气体以及同时阻断电流的装置，CID过滤器135是由导电金属材料形成的圆柱板构件，其中包括凸起、至少两个用于气体排放的通孔和桥，所述凸起在中心处向上突出以便被焊接至安全通气孔凸起，所述通孔在以凸起为中心的同心圆上，在所述桥中对称地形成至少两个连接通孔的槽口，并且可包括装配部分，从而CID过滤器可以在其中包括CID垫圈的状态下装配和固定。
在这种情况下，由于通孔的总面积是以基于CID过滤器的总面积的大约20％至大约50％的量形成的，因而可以增加电池中排放的高压气体的量，并因此，可以实现可靠的电流阻断效果。而且，各通孔以约50度至约120度的角度彼此隔开，所形成的每一个通孔的形状和尺寸都是相同的，通孔之间的距离也是大致相同的。由于这种结构，CID过滤器可以在将排放的气体量最大化的同时维持高的机械强度。
另外，CID过滤器135与具有环绕外圆周表面形状的CID垫圈137一体地形成。
CID垫圈可以具有圆环形状，其中包括暴露CID过滤器的通孔的开口。
其中没有形成开口的CID垫圈的部分形成为与其中没有设置通孔的CID过滤器的部分的外圆周表面的形状大致相同。
典型的CID垫圈是由聚丙烯(PP)树脂或者聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)树脂形成。
然而，聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)树脂(抗张强度：48MPa；延展性：100％；硬度：R118)具有以下局限：由于PBT树脂因其低熔点(225℃)和低热变形温度(150℃)而在外部短路期间的高温下熔融时表现出流动性，所以PBT树脂与CID和安全通气孔重新结合，从而导致电流连接(参见图5和图7)。另外，在CID垫圈是由金属材料形成的情况下，存在着CID因电流连接而无法合适地运行的局限。
为了防止电解质的泄露，CID垫圈可具有优异的耐电解质化学抗性，以及优异的电绝缘性质、抗冲击性、弹性和耐久性。
由于本发明的圆柱形二次电池包括通过使用具有250℃以上熔点且具有200℃以上热变形温度的聚合物树脂制备的CID垫圈，即使在因二次电池中的电路短路或者外部环境所致的过热期间，聚合物树脂的流动性也未表现出低于熔点。因此，由于抑制了与盖组件接触的垫圈部分的结构变形以防止额外的电流流动，因而可以保障电池的安全性。
具体而言，在CID垫圈中使用的聚合物树脂可包括选自由具有10,000至500,000、特别是20,000至300,000、更特别是50,000至250,000的重均分子量的全氟烷氧基树脂和热塑性聚酯弹性体(TPEE)所组成的群组中的至少一种。
全氟烷氧基树脂的典型实例可以是四氟乙烯(-C2F4-)与全氟烷基乙烯基醚(-CF2-CF(OR)-(其中R为C1-C3的全氟烷基基团))的共聚物(PFA)，例如，四氟乙烯和全氟烷基乙烯基醚的共聚物可以包括选自由四氟乙烯-全氟(甲基乙烯基醚)、四氟乙烯-全氟(乙基乙烯基醚)和由下述化学式1所表示的四氟乙烯-全氟(丙基乙烯基醚)(CAS号：26555-00-5；熔点：306℃；热变形温度：260℃；抗张强度：32MPa；延展性：410％；硬度：60D)所组成的群组中的至少一种。
[化学式1]
Figure GDA0002762829350000091
其中，
x和y为1至100的整数。
在聚合物树脂的重均分子量满足上述范围的情况下，由于在与盖组件接触的部分中垫圈结构的变形可被抑制，因而即使在过热期间也可以防止额外的电流流动。
CID垫圈可进一步包括陶瓷材料。
例如，由于可包括聚合物树脂和陶瓷组成的复合物作为CID垫圈材料，即使在电池中高温及高湿的苛刻条件下，也可以维持垫圈的气密性，并可提供高的耐热性。在这种情况下，陶瓷可包括选自硅(Si)、铝(Al)、锆(Zr)、钛(Ti)、和这些物质的每一个的绝缘性氧化物、氮化物、氢氧化物、和烷氧化物中的至少一种，其中，在200℃的温度下的热膨胀系数为0.2％或者更小，在400℃的温度下的热膨胀系数是在0.1％至0.4％的范围内，所述陶瓷的代表性实例可包括选自氧化硅(SiO2)、氧化铝(Al2O3)、氧化锆(ZrO2)、和氧化钛(TiO2)中的至少一种。
聚合物树脂和陶瓷可以通过以80：20至100：0的重量比混合使用，在陶瓷的量大于20wt％的情况下，不利之处在于陶瓷难以模塑成垫圈。
CID垫圈137可通过插入注射成型来形成。
在此之后，在顶盖的组装期间，可通过将CID过滤器插入CID垫圈中来一体地组装顶盖。
另外，在本发明的盖组件中，顶盖131的凸起、安全通气孔133的槽口、CID过滤器135的凸起、和CID垫圈137的开口可沿一条直线设置于彼此相通的位置处(参见图3a)。
而且，本发明的包括顶盖131、安全通气孔133、CID过滤器135和CID垫圈137在内的盖组件可通过用于维持气密性的压接(crimping)垫圈139来一体地形成(参见图3b)。
在这种情况下，由于电解质或者气体从盖组件和压接垫圈之间的界面区域、特别是从如上所述的安全通气孔和压接垫圈之间的界面区域泄露的可能性很高，因而可进一步包括用于防止罐局部泄露的不平整部，所述不平整部形成在与垫圈接触的壳体的表面和与此接触的垫圈的表面中的任意一个表面上。结果，藉由在安全通气孔发生短路之前为止防止电解质或者气体从二者之间的界面处泄露，电池的安全性可显著地改善。
另外，本发明提供了一种圆柱形二次电池，包括：
电极组件，由负极、正极和隔板构成；
电池罐，具有在所述电池罐一侧的开口并通过开口容纳所述电极组件和电解质；和
盖组件，密封所述电池罐的开口，
其中，所述盖组件包括：具有预定槽口的安全通气孔，所述槽口构造成由在电池内产生的高压气体破裂；电流中断装置(CID)，所述电流中断装置耦接至所述安全通气孔的底端，当电池的内部压力升高时阻断电流并释放内部压力；和CID垫圈，所述CID垫圈环绕所述电流中断装置的外圆周表面，且
所述CID垫圈包括具有250℃以上熔点和200℃以上热变形温度的聚合物树脂，或者该聚合物树脂和陶瓷的复合物。
在本发明的圆柱形二次电池中，负极是通过用负极活性材料涂覆用于制造负极板的电极板来制备，负极板的典型实例可以是铜、不锈钢、铝、镍、钛、烧碳、经碳、镍、钛、银等中的一种表面处理过的铜或者不锈钢、铝-镉合金、或类似物。另外，负极板可以具有精细的粗糙表面以改进与负极活性材料的结合强度，并可具有诸如膜、片、箔、网、多孔体、泡沫体、无纺纤维体、和类似物之类的各种形状。
作为负极活性材料，可以使用诸如硬碳和石墨系碳的碳；诸如LixFe2O3(0≤x≤1)、LixO2(0≤x≤1)、SnxMe1-xMe'yOz(Me：锰(Mn)、铁(Fe)、铅(Pb)或锗(Ge)；Me'：铝(Al)、硼(B)、磷(P)、硅(Si)、I族、II族和II族元素、或者卤素；0<x≤1；1≤y≤3；1≤z≤8)的复合金属氧化物；锂金属；锂合金；硅系合金；锡系合金；诸如SnO、SnO2、PbO、PbO2、Pb2O3、Pb3O4、Sb2O3、Sb2O4、Sb2O5、GeO、GeO2、Bi2O3、Bi2O4和Bi2O5的金属氧化物；诸如聚乙炔的导电聚合物；或者Li-Co-Ni系材料。负极活性材料可选择性地包括导电剂和粘合剂。
在本发明的圆柱形二次电池中，正极是通过用正极活性材料涂覆用于制造正极板的电极板来制备，正极板的典型实例可以是不锈钢、铝、镍、钛、烧碳、或者经碳、镍、钛、银等中的一种表面处理过的铝或者不锈钢，正极板可具有诸如膜、片、箔、网、多孔体、泡沫体、无纺纤维体、和类似物之类的各种形状。
另外，正极活性材料可包括：诸如锂钴氧化物(LiCoO2)和锂镍氧化物(LiNiO2)之类的层状化合物、或者用至少一种过渡金属取代的化合物；诸如化学式Li1+xMn2-xO4(其中x在0至0.33的范围内)、LiMnO3、LiMn2O3和LiMnO2的锂锰氧化物；锂铜氧化物(Li2CuO2)；诸如LiV3O8、LiFe3O4、V2O5和Cu2V2O7的钒氧化物；由化学式LiNi1-xMxO2(其中M为钴(Co)、Mn、Al、铜(Cu)、Fe、镁(Mg)、B或者镓(Ga)，x在0.01至0.3的范围内)表示的Ni-位型锂镍氧化物；由化学式LiMn2-xMxO2(其中M为Co、镍(Ni)、Fe、铬(Cr)、锌(Zn)或者钽(Ta)，x在0.01至0.1的范围内)或者Li2Mn3MO8(其中M为Fe、Co、Ni、Cu或者Zn)表示的锂锰复合氧化物；LiMn2O4，其一部分的化学式中的锂(Li)被碱土金属离子取代；二硫化物；和Fe2(MoO4)3，但本发明不限于此。正极活性材料可选择性地包括导电剂和粘合剂。
在本发明的圆柱形二次电池中，通常使用的具有高离子渗透性和机械强度的绝缘薄膜可用作置于正极和负极之间的隔板，例如，使用诸如耐抗化学的和疏水的聚丙烯之类的烯烃类聚合物；和由玻璃纤维或者聚乙烯形成的片或者无纺纤维。在诸如聚合物之类的固体电解质用作电解质的情况下，固体电解质也可充当隔板。
在本发明的圆柱形二次电池中，电解质是一种含锂盐的非水电解质，其中使用了液体非水电解质、有机固体电解质或者无机固体电解质。具体而言，液体非水电解质的实例可以是非质子有机溶剂，诸如N-甲基-2-吡咯烷酮、碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、碳酸丁烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、γ-丁内酯、1,2-二甲氧基乙烷、四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃、二甲亚砜、1,3-二氧戊环、甲酰胺、二甲基甲酰胺、二氧戊环、乙腈、硝基甲烷、甲酸甲酯、乙酸甲酯、磷酸三酯、三甲氧基甲烷、二氧戊环衍生物、环丁砜、甲基环丁砜、1,3-二甲基-2-咪唑烷酮、碳酸丙烯酯衍生物、四氢呋喃衍生物、醚、丙酸甲酯以及丙酸乙酯。
有机固体电解质的实例可以是聚乙烯衍生物、聚环氧乙烷衍生物、聚环氧丙烷衍生物、磷酸酯聚合物、多聚赖氨酸(agitation lysine)、聚酯硫化物、聚乙烯醇、聚偏二氟乙烯以及含有离子解离基团的聚合物。
无机固体电解质的实例可以是锂的氮化物、卤化物和硫酸盐，诸如Li3N、LiI、Li5NI2、Li3N-LiI-LiOH、LiSiO4、LiSiO4-LiI-LiOH、Li2SiS3、Li4SiO4、Li4SiO4-LiI-LiOH、以及Li3PO4-Li2S-SiS2。
锂盐是一种在上述非水电解质中易于溶解的材料，例如，可以包括LiCl、LiBr、LiI、LiClO4、LiBF4、LiB10Cl10、LiPF6、LiCF3SO3、LiCF3CO2、LiAsF6、LiSbF6、LiAlCl4、CH3SO3Li、CF3SO3Li、(CF3SO2)2Nli、氯硼烷锂、低级脂肪族羧酸锂、四苯硼酸锂以及酰亚胺锂。
另外，为了改进充电/放电特性和阻燃性，例如，吡啶、亚磷酸三乙酯、三乙醇胺、环醚、乙二胺、乙二醇二甲醚、六磷酰三酰胺、硝基苯衍生物、硫、醌亚胺染料、N-取代的恶唑烷酮、N,N-取代的咪唑烷、乙二醇二烷基醚、铵盐、吡咯、2-甲氧基乙醇、和三氯化铝可加入至含锂盐的非水电解质。在一些情况下，为了赋予不燃性可进一步包括诸如四氯化碳和三氟乙烯之类的含卤溶剂，为了改进高温存储特性可进一步包括二氧化碳气体。
在这种情况下，除了在本发明中构成盖组件的CID垫圈材料之外，对于用于制备圆柱形二次电池的其他部件和制备方法，用于制备通常的圆柱形二次电池的技术和构造均可不加限制地使用。由于细节已为本领域技术人员所熟知，因而将省略详细的描述。
如上所述，由于本发明的圆柱形二次电池具有包括CID垫圈的盖组件，所述CID垫圈包括具有250℃以上熔点和200℃以上热变形温度的聚合物树脂，因而本发明的圆柱形二次电池在被用作诸如电钻之类的动力工具的能源时，该圆柱形二次电池可立即提供高输出，且对诸如震动和坠落之类的外部物理冲击可是稳定的。特别是，藉由解决了在具有无PTC元件的顶盖结构的、用于动力工具、电动自行车和真空吸尘器的高功率电池中的外部短路期间因CID垫圈的熔融之故电流重新连接的问题，可提供一种具有高稳定性的圆柱形二次电池。
虽然已经参照一些实施方式描述了本发明，但应当理解的是，提供前述实施方式仅仅出于说明目的，而并非以任何方式解读为限制本发明；而且本领域技术人员可以在不脱离这些实施方式的必要特征的情况下做出各种改进和应用。例如，在本发明的各实施方式中描述的每一部件能够以各种形式进行改变。除此之外，有关这些改进和应用的差异应解读为在所附权利要求书中所限定的本发明的范围内。
实施例
实施例1
CID组件制备
从中心凸起的中心处以1.5mm的距离打出六个具有0.6mm宽度和2.61mm周长的通孔，具有约70μm厚度的槽口形成于连接各通孔的每一个桥处，从而制备CID过滤器。
包括聚(四氟乙烯-共-全氟(丙基乙烯基醚))(CAS号：26655-00-5)且具有中心开口的圆环形膜置于CID过滤器的外圆周表面上，并在230℃下进行热焊接3秒以制备出CID过滤器和CID垫圈一体地形成于其中的CID组件。
盖组件制备
具有9.6mm直径和0.1mm厚度的第一槽口形成在具有16mm外径和0.3mm厚度的铝片中，形成一具有4mm直径和0.06mm厚度的第二槽口，然后制备安全通气孔以便具有向下突出0.65mm深度的凹入部的中心。
另外，在具有11mm外径和0.5mm厚度的铝片中辐射状地打出六个具有1.5mm直径的通孔，具有1.53mm直径和0.20mm凸出高度的凸起形成在中心处，从而制备顶盖。
将上述制备的顶盖、安全通气孔和CID组件堆叠在一起，从而其中在中心处包括凸起的安全通气孔的凸起与该中心对齐，并在230℃下热融2秒，然后环氧树脂熔融并涂覆在叠层的外圆周表面上。在环氧树脂硬化之前，用压接垫圈将顶盖、安全通气孔和CID组件环绕，从而制备盖组件(参见图3a和图3b)。
圆柱形二次电池制备
将在其中聚乙烯多孔隔板置于由锂钴氧化物形成的正极和由石墨形成的负极之间的包卷型电极组件插入圆柱形罐中，然后通过卷边将罐的顶表面进行固定。
将盖组件插入卷边部，通过向内按压罐的顶端来将垫圈卷曲，从而最终制备圆柱形二次电池。
比较例1
以与实施例1相同的方式制备盖组件和包含该盖组件的圆柱形二次电池，不同之处在于CID垫圈是通过使用聚对苯二甲酸丁二醇酯树脂来制备。
实验例
实验例1
将实施例1中制备的二次电池和比较例1中制备的二次电池在室温及55℃环境中用6.4毫欧至95毫欧的可变电阻器进行外部短路。随后，每一电池的内温升高至200℃或者更高，然后确认是否再次发生电流重新连接，即电流又一次流向电池。
参照图4a和图4b，对于具有包括由实施例1的聚(四氟乙烯-共-全氟(丙基乙烯基醚))形成的CID垫圈的盖组件的二次电池，可以理解的是，由于防止了CID垫圈的熔融，因而电流流动没有再次发生。
相比之下，参照图5，对于包括由比较例1的聚对苯二甲酸丁二醇酯树脂形成的CID垫圈的二次电池，可确认的是，由于因CID垫圈的熔融所致发生了重新连接，因此电流是连通的。
实验例2
实施例1中制备的圆柱形电池分别用10毫欧、50毫欧和100毫欧的电阻进行外部短路，然后测量每一个圆柱形电池的盖组件置于其上的正极部(C1)的温度、圆柱形电池的中间部(C2)的温度和对应于圆柱形电池底部的负极部(C3)的温度，它们的测量结果分别示出在以下的图6a至图6c中。
参照图6a至图6c，即使在高电阻下，电池的表面的温度也没有显著地变化，因此，可预计到并没有发生CID垫圈的熔融。

Claims (6)

1.一种用于圆柱形二次电池的盖组件，所述盖组件安装在所述圆柱形二次电池的顶端部上，所述圆柱形二次电池具有在其中电极组件置于圆柱形罐中的结构，所述盖组件包括：
具有预定槽口的安全通气孔，所述槽口构造成由在电池内产生的高压气体破裂；
电流中断装置，所述电流中断装置耦接至所述安全通气孔的底端，并且当所述电池的内部压力升高时阻断电流；和
用于所述电流中断装置的垫圈，所述垫圈环绕所述电流中断装置的外圆周表面，
其中，所述用于所述电流中断装置的垫圈包括聚合物树脂和陶瓷材料的复合物，所述聚合物树脂具有250℃以上熔点和200℃以上热变形温度，
其中，所述聚合物树脂包括选自由具有10,000至500,000的重均分子量的全氟烷氧基树脂和热塑性聚酯弹性体(TPEE)所组成的群组中的至少一种聚合物树脂，并且
其中，所述用于所述电流中断装置的垫圈在其中心处设有开口，和
所述开口不会阻挡所述电流中断装置的通孔。
2.如权利要求1所述的用于圆柱形二次电池的盖组件，其中，所述全氟烷氧基树脂包括四氟乙烯和全氟烷基乙烯基醚的共聚物。
3.如权利要求2所述的用于圆柱形二次电池的盖组件，其中，所述四氟乙烯和全氟烷基乙烯基醚的共聚物包括选自由聚(四氟乙烯-共-全氟(甲基乙烯基醚))、聚(四氟乙烯-共-全氟(乙基乙烯基醚))、以及聚(四氟乙烯-共-全氟(丙基乙烯基醚))所组成的群组中的至少一种。
4.如权利要求1所述的用于圆柱形二次电池的盖组件，其中，所述盖组件具有堆叠结构，在所述堆叠结构中堆叠有所述电流中断装置、所述用于所述电流中断装置的垫圈、所述安全通气孔和具有至少一个形成于其中的气体出口的顶盖，和
压接垫圈进一步安装在所述堆叠结构的外圆周表面上。
5.如权利要求1所述的用于圆柱形二次电池的盖组件，其中，所述安全通气孔、所述电流中断装置和所述用于所述电流中断装置的垫圈布置为沿一条直线彼此相通。
6.一种圆柱形二次电池，包括：
电极组件，所述电极组件包括负极、正极和隔板；
电池罐，所述电池罐具有在所述电池罐一侧处的开口并通过所述开口容纳所述电极组件和电解质；和
权利要求1的盖组件，所述盖组件密封所述电池罐的所述开口。
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