CN108780857B - 具有包含收容部和电极引线槽的电池壳的电池单元 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电池单元，其包括：电极组件，所述电极组件包括正极、负极和置于所述正极与负极之间的隔膜，并且具有从所述电极组件的外周部的至少一侧突出的极耳；和电池壳，所述电池壳包括第一壳和第二壳，所述第一壳和第二壳分别设置有第一收容部和第二收容部，所述第一收容部和第二收容部分别收容所述电极组件并具有不同的尺寸或形状，其中在与所述极耳连接的电极引线从所述第一壳和第二壳的外周部突出的状态下，所述电池壳通过沿所述第一壳和第二壳的所述外周部的热熔合而被密封，其中电极引线槽向下凹陷以使得安置在其中的电极引线被设置在所述第一壳和第二壳的外周部的部分处。
Description
技术领域
本发明涉及具有包含收容部和电极引线槽的电池壳的电池单元。
背景技术
近年来，随着因化石燃料消耗导致的能源成本的增加以及对环境污染的关注变得更加强烈，对环境友好型替代能源的需求已成为未来不可或缺的因素。因此，对于产生诸如核能、太阳能、风能、潮汐能等电力的技术的研究持续进行，并且用于更有效地利用这样产生的能量的电力存储装置也一直备受关注。
特别是，随着与移动装置相关的技术的持续发展以及对其需求的持续增加，对作为能源的电池的需求正在迅速增加。因此，正在对能够满足各种需求的电池进行各种研究。
就电池形状而言，对足够薄而可应用于诸如移动电话的产品的棱柱形二次电池或袋状二次电池的需求很高。另一方面，就电池材料而言，对显示高能量密度、放电电压和输出稳定性的锂二次电池如锂离子电池和锂离子聚合物电池的需求很高。
图1是示意性地示出常规袋状电池单元的结构的分解透视图。
参考图1，袋状电池单元100包括电极组件130、从电极组件130延伸的极耳131和132、分别焊接到极耳131和132的电极引线140和141、以及其中安装电极组件130的电池壳120。
电极组件130是发电装置，其包括依次堆叠的正极和负极，其中隔膜置于正极与负极之间，并且电极组件130可以被构造成具有堆叠型结构或堆叠/折叠型结构。极耳131和132分别从电极组件130的电极板延伸。电极引线140和141例如通过焊接分别电连接到从电极组件130的电极板延伸的极耳131和132。电极引线140和141从电池壳120向外部分地露出。另外，绝缘膜150部分地附着到电极引线140和141各自的上表面和下表面，以改善电极引线140和141与电池壳120之间的密封，同时确保它们之间的电绝缘。
电池壳120包括壳体122和盖121，所述壳体122具有其中安置电极组件130的凹状收容部123，所述盖121与壳体122成为一体。在电极组件130被收容在收容部123中的状态下，壳体122的相反两侧124和上端125与盖121彼此接触且然后彼此接合，从而完成电池。电池壳120被构造成具有铝层压体结构，所述铝层压体结构包括树脂外层、金属阻挡层和显示热粘合性能的树脂的密封剂层。因此，盖121与壳体122的相反两侧124和上端125彼此接触，然后在对它们施加热和压力时使它们彼此接合以使树脂层被热熔合在一起，由此形成密封的边缘部。由于电池壳的上部和下部的相同树脂层彼此直接接触，因此通过热熔合使壳体122的相反两侧124与盖121均匀地密封。另一方面，电极引线140和141位于壳体122的上端125处，同时从电池壳120向外突出。因此，为了增强电池壳120的密封，考虑到电极引线140和141的厚度以及电极引线140和141与电池壳120之间的材料差异，将盖121和壳体122的上端125在绝缘膜150置于其间的状态下热熔合在一起。
为了通过在具有各种结构和尺寸的装置中最大限度地使用电池单元安装空间来使二次电池的容量最大化，已经积极地进行了对包括具有不同尺寸的多个单元电池的电池单元的研究。
在这方面，构成袋状电池单元的电池壳的收容部通常通过深拉方法来制造。深拉是使用平板制造无接头的中空容器的代表性成形工艺，其中对放置在模具表面上的板材通过冲压机进行压缩并进行塑性加工。
深拉方法具有高加工效率的优点，因为最终的中空壳可以通过一系列连续工序由板材进行制造。然而，金属板材的伸长率根据模具的形状而在各部分有所不同，因此当金属板材的伸长率超过伸长率的容许范围时，可能出现边缘裂纹。因此，能够通过深拉方法加工的形状受到限制。
特别是，当形成具有与多个单元电池的形状相对应的复杂结构的收容部时，由于袋状电池壳的材料特性，可能会加剧这样的问题。
另外，即使在将绝缘膜置于电极引线之间的同时使袋状电池壳经受热熔合时，由于电极引线的厚度，在电极引线所处的位置处可能形成保持未熔合的部分。
因此，电池壳的密封可能在电极引线位置处劣化。此外，在由于电极和电解液之间的反应产生的气体而导致发生电池单元膨胀的情况下，气体的压力可能集中在电极引线位置处形成的未熔合的部分，从而导致电池壳的损坏和安全性降低。
因此，非常需要从根本上解决这些问题的技术。
前述内容仅旨在帮助理解本发明的背景，并不意味着本发明属于本领域技术人员已知的现有技术的范围内。
发明内容
因此，已经考虑到现有技术中出现的上述问题而完成了本发明。
本申请的发明人已经进行了深入研究和各种实验。如后所述，电池壳被分为第一壳和第二壳，所述第一壳和第二壳分别设置有第一收容部和第二收容部，所述第一收容部和第二收容部具有不同的尺寸或形状。因此，本申请的发明人已经发现，不需要将单个收容部形成为与具有复杂结构的电极组件的形状相对应的复杂结构，以使得更容易形成电池壳，从而消除或减少在形成电池壳时可能出现的缺陷。另外，电池壳设置有具有向下凹陷的结构的电极引线槽，由此在电池壳的电极引线的位置处，抑制由于电极引线的厚度导致的保持未熔合的部分的出现，由此有效地提高电池单元的安全性，从而实现了本发明。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供电池单元，其包括：电极组件，所述电极组件包括正极、负极和置于所述正极与所述负极之间的隔膜，并且具有从所述电极组件的外周部的至少一侧突出的极耳；和电池壳，所述电池壳包括第一壳和第二壳，所述第一壳和第二壳分别设置有第一收容部和第二收容部，所述第一收容部和第二收容部分别收容所述电极组件并具有不同的尺寸或形状，其中在与所述极耳连接的电极引线从所述第一壳和第二壳的外周部突出的状态下，所述电池壳通过沿所述第一壳和第二壳的外周部的热熔合而被密封，其中电极引线槽设置在所述第一壳和第二壳的所述外周部的所述电极引线突出的部分处，所述电极引线槽以使得所述电极引线安置在其中的方式向下凹陷。
由此，不需要将单个收容部形成为与具有复杂结构的电极组件的形状相对应的复杂结构，以使得可以更容易地形成电池壳，从而消除或减少在形成电池壳时可能出现的缺陷。另外，由于在电池壳的电极引线的位置处设置电极引线槽，因此可以抑制由于电极引线的厚度导致的保持未熔合的部分的出现，由此可以有效地提高电池单元的安全性。
在一个具体实施例中，电池壳的材料或构造不受特别限制，只要其能够发挥上述作用即可。具体来说，考虑到收容部的形成容易性、通过热熔合密封的容易性、减轻电池单元的重量等，电池壳可以由包括金属层和树脂层的层压片制成。
此外，电池壳可以构造成使得第一壳和第二壳在外周部的预定部处一体化为单个单元，所述第一壳和第二壳被构造成使得在预定部处折叠第一壳和第二壳的状态下，外周部的其余部分通过热熔合密封，以使得第一收容部和第二收容部分别收容电极组件。
换句话说，尺寸或形状彼此不同的第一收容部和第二收容部在具有预定单元尺寸的平面层压片上形成，由此形成在外周部的预定部处彼此一体化的第一壳和第二壳从而构成电池壳。
由此，可以部分地省略各自形成第一壳和第二壳所需的层压片的形成工序，因此可以节省制造电池壳所需的时间。另外，第一壳和第二壳被一体化为单个单元，因此可以进一步提高电池壳的结构稳定性。
在这种情况下，在第一壳和第二壳一体化为单个单元的外周部的预定部处，第一收容部与第二收容部之间的距离可以在1.0毫米至2.0毫米的范围内，更具体地，可以在1.1毫米至1.7毫米的范围内。
如果在第一壳和第二壳一体化为单个单元的外周部的预定部处，第一收容部与第二收容部之间的距离在所述范围以外而过窄，则由此在通过深拉方法形成第一收容部和第二收容部的工序中，由于由层压片制成的电池壳的材料特性所导致的在第一壳和第二壳彼此一体化的外周部的预定部处发生的伸长，电池壳可能损坏或变薄，这可能导致结构稳定性或安全性降低。
另一方面，如果在第一壳和第二壳一体化为单个单元的外周部的预定部处，第一收容部与第二收容部之间的距离在所述范围以外而过宽，则由此在热熔合到电池壳的外周部的工序中，密封部可能以过大的尺寸形成，由此可能需要用于去除密封部的不必要部分的额外工序，或者电池单元的整体尺寸可能增加。因此，用于安装应用电池单元的装置的空间可能受到限制。
同时，第一壳和第二壳可以被构造成独立的构件，并且所有外周部可以通过热熔合而被密封。
因此，由于第一壳和第二壳分别设置有尺寸或形状彼此不同的第一收容部和第二收容部，因此第一收容部和第二收容部可以以更加多样的方式构造，并且可以选择性地且容易地适应电极组件的尺寸或形状。
此外，第一收容部或第二收容部或者第一收容部和第二收容部两者可以包括至少一个内周面，该内周面具有在纵向横截面中宽度向外逐渐变窄的锥状结构。
因此，即使当收容在第一收容部或第二收容部中的电极组件还包括诸如阶梯状结构或倾斜结构的不规则结构时，第一收容部和第二收容部也可以更容易地进行适应而无需额外形成与这些结构相对应的收容部。
在一个具体实施例中，电极引线槽可以在第一壳或第二壳或者第一壳和第二壳各自的外周部的一部分处形成。
如上所述，电池壳可以设置有电极引线槽，所述电极引线槽以使得电极引线安置在槽中的方式在电池壳的电极引线突出的外周部处向下形成。更具体地，电池壳可以构造成使得电极引线槽仅在第一壳或第二壳的外周部的一部分处形成，或者分别在彼此对应的第一壳和第二壳的外周部的一部分处形成。
在这种情况下，电极引线槽可以在第一壳和第二壳各自的外周部的一部分处形成，并且通过将在第一壳处形成的电极引线槽的深度与在第二壳处形成的电极引线槽的深度相加而获得的总深度可以小于电极引线的厚度。
更具体地，电极引线槽以使得电极引线槽可以凹陷而具有比仅在电池壳的一个外周部的一部分处形成电极引线槽的情况小的深度的方式在第一壳和第二壳各自的外周部的一部分处形成。由此，在通过深拉方法形成电极引线槽的工序中，可以有效地防止在电池壳的外周部中可能出现的损坏或缺陷。
另外，通过将在第一壳处形成的电极引线槽的深度与在第二壳处形成的电极引线槽的深度相加而获得的总深度与电极引线的厚度相比相对较小，从而当通过热熔合密封电池壳时，其外周部适当地伸长，由此可以呈现美观和光滑的外观。
更具体地，通过将在第一壳处形成的电极引线槽的深度与在第二壳处形成的电极引线槽的深度相加而获得的总深度相对于电极引线的厚度可以为50％至99％。
如果通过将在第一壳处形成的电极引线槽的深度与在第二壳处形成的电极引线槽的深度相加而获得的总深度相对于电极引线的厚度小于50％，则可能无法获得通过设置电极引线槽而实现的效果。
另一方面，如果通过将在第一壳处形成的电极引线槽的深度与在第二壳处形成的电极引线槽的深度相加而获得的总深度相对于电极引线的厚度超过99％，则在电池壳的外周部的热熔合工序中，形成电极引线槽的部分可能彼此重叠并且可能起皱，导致出现不良外观。因此，当通过热熔合而形成的密封部另外经受诸如弯曲的工序时，密封部可能不容易变形。
同时，在第一壳处形成的电极引线槽的深度和在第二壳处形成的电极引线槽的深度可以彼此相等。
因此，在电池壳的外周部的热熔合工序中，可以更容易地调节施加于在第一壳和第二壳上各自形成的电极引线槽的诸如温度、压力等的条件。另外，由于热熔合而导致的电池壳的外周部的变形率相似或几乎相同，由此外周部的密封部的外周表面可以呈现更光滑的外观。
在一个具体实施例中，电极组件可以包括：第一单元电池，其具有与第一收容部的内部形状相对应的结构；和第二单元电池，其具有与第二收容部的内部形状相对应的结构。
换句话说，电极组件可以由第一单元电池和第二单元电池的组合构成，所述第一单元电池和第二单元电池的尺寸或形状彼此不同且分别对应于第一收容部和第二收容部的内部形状。
在这种情况下，第一单元电池和第二单元电池的结构可以不受特别限制，只要它们可以容易地形成为分别与第一收容部和第二收容部的内部形状相对应的结构即可。
在一个具体实施例中，第一单元电池和第二单元电池中的至少一个单元电池可以被构造成使得正极板和负极板在隔膜置于其间的情况下被堆叠。
换句话说，第一单元电池或第二单元电池，或者第一单元电池和第二单元电池两者可以被构造成具有堆叠型结构，其中正极板和负极板在隔膜置于其间的情况下被堆叠。
在另一个具体实施例中，第一单元电池和第二单元电池中的至少一者可以被构造成使得正极片和负极片在隔膜片置于其间的情况下在一个方向上被卷绕。
换句话说，第一单元电池或第二单元电池，或者第一单元电池和第二单元电池两者可以具有卷绕型结构，其中以长尺寸的片形状形成的正极片、隔膜片和负极片同时在一个方向上被卷绕。
在另一个具体实施例中，第一单元电池和第二单元电池中的至少一者可以被构造成使得多个各自包括正极板、负极板和置于所述正极板与所述负极板之间的隔膜的基本单元被置于各个基本单元之间的隔膜片卷绕。
换句话说，第一单元电池或第二单元电池，或者第一单元电池和第二单元电池两者可以被构造成具有堆叠/折叠型结构，其中各自包括正极板、负极板和置于所述正极板与所述负极板之间的隔膜的基本单元被布置在长尺寸的片状隔膜片上，然后以使得所述隔膜片置于各个基本单元之间的方式同时在一个方向上进行卷绕。
在又一个具体实施例中，第一单元电池和第二单元电池可以被构造成使得第一单元电池和第二单元电池两者的多个基本单元被置于各个基本单元之间的单个隔膜片同时卷绕，各个基本单元包括正极板、负极板和置于所述正极板与所述负极板之间的隔膜。
换句话说，第一单元电池和第二单元电池可以具有如下结构，其中单个隔膜片被置于各个基本单元之间，以使得第一单元电池和第二单元电池的基本单元被要彼此连接的隔膜片同时卷绕。
上述构造和结构之外的电池单元的其余构造在本领域中是众所周知的，因此在此将省略其详细说明。
如上所述，在本发明中，电池壳被分为第一壳和第二壳，所述第一壳和第二壳分别设置有第一收容部和第二收容部，所述第一收容部和第二收容部具有不同的尺寸或形状。因此，不需要将单个收容部形成为与具有复杂结构的电极组件的形状相对应的复杂结构，由此可以更容易地形成电池壳，从而消除或减少在形成电池壳时可能出现的缺陷。另外，电池壳设置有具有向下凹陷结构的电极引线槽，由此在电池壳的电极引线的位置处，可以抑制由于电极引线的厚度导致的保持未熔合的部分的出现，由此可以有效地提高电池单元的安全性。
附图说明
根据以下结合附图的详细说明，将更清楚地理解本发明的上述和其它目的、特征和其它优点，在所述附图中：
图1是示意性地示出常规袋状电池单元的结构的分解透视图；
图2是示出本发明的一个实施方式的电池单元的电池壳的结构的示意图；
图3是示出图2的电池壳的电极引线槽的放大的示意性正视图；和
图4和图5是示出本发明的其它实施方式的电池单元的电池壳的结构的示意图。
具体实施方式
在下文中，将参考附图详细说明本发明的示例性实施方式。以下实施方式的各种改变是可能的，并且本发明的范围不限于以下实施方式。
图2是示出本发明的一个实施方式的电池单元的电池壳的结构的示意图，并且图3是示出图2的电池壳的电极引线槽的放大的示意性正视图。
参考图2和图3，电池壳200包括第一壳210和第二壳220。第一壳210和第二壳220在外周部的预定部202处一体化为单个单元，所述预定部202分别与极耳突出的外周部201和201’相对。
第一壳210和第二壳220分别包括第一收容部211和第二收容部221，所述第一收容部211和第二收容部221向下凹陷并且其中分别收容电极组件。
第一收容部211和第二收容部221形成为长方体形状，并且构造成使得与极耳所突出的方向相对应的长度L1和L2相同，而垂直于极耳突出方向的宽度W1和W2以及深度D1和D2分别彼此不同。更具体地，第一收容部211的宽度W1和深度D1比第二收容部221的宽度W2和深度D2大。
第一壳210和第二壳220在第一壳210和第二壳220彼此一体化的外周部的预定部202处折叠，然后其余的外周部被热熔合在一起，由此第一壳210和第二壳220被密封。由此，电极组件分别收容在收容部211和221中。
在第一壳210和第二壳220彼此一体化的外周部的预定部202处的第一收容部211和第二收容部221之间的距离L3可以在1.0毫米至2.0毫米的范围内形成，以使得在通过深拉形成收容部211和221的工序中，可以防止对第一壳210和第二壳220彼此一体化的预定部202的损坏，同时可以使不必要的密封部的形成最小化。更具体地，距离L3可以在1.1毫米至1.7毫米的范围内。
第一壳210和第二壳220分别设置有电极引线槽212和222，所述电极引线槽212和222分别在与极耳连接的电极引线310所突出的外周部201和201’上形成。
电极引线槽212和222以使得电极引线310安置在其中的方式向下凹陷，并且电极引线槽212和222被构造成与第一壳210的第一收容部211和第二壳220的第二收容部221连通。
电极引线槽212和222的深度彼此相等，并且通过将电极引线槽212和222的深度相加而获得的总深度D3相对于电极引线310的厚度T1为约50％。
由此，当电池壳200的电极引线310所突出的外周部201和202’热熔合在一起时，可以抑制由于电极引线310的厚度T1而导致的保持未熔合的部分的产生。另外，电极引线槽212和222可以具有适当的伸长率，从而允许电池壳200的最终外观呈现美观和光滑的外观。
图4和图5是示出本发明的其它实施方式的电池单元的电池壳的结构的示意图。
首先，参考图4，电池壳400包括第一壳410和第二壳420。第一壳410和第二壳420被构造为独立的构件，其构造成使得与极耳所突出的第一外周部401和401’分别相对的第二外周部402和402’彼此分离。
除了上述构造之外，其余构造与图2的电池壳的构造相同，因此将省略其详细说明。
参考图5，电池壳500包括第一壳510和第二壳520。第一壳510包括内周面513，该内周面513在与第一壳510和第二壳520彼此一体化的外周部的预定部502相邻的位置处倾斜地形成。
除了上述构造之外，其余构造与图2的电池壳的构造相同，因此将省略其详细说明。
尽管出于说明性目的说明了本发明的优选实施方式，但是本领域技术人员将理解，在不脱离所附权利要求中公开的本发明的范围和主旨的情况下，可以进行各种修改、添加和替换。
Claims (15)
1.一种电池单元，其包括：
电极组件，所述电极组件包括正极、负极和置于所述正极与所述负极之间的隔膜，并且具有从所述电极组件的外周部的至少一侧突出的极耳；和
电池壳，所述电池壳由可伸长材料制成，并且包括第一壳和第二壳，所述第一壳和第二壳分别设置有第一收容部和第二收容部，所述第一收容部和第二收容部分别收容所述电极组件，并且具有不同的尺寸或形状，其中，所述第一收容部和第二收容部的与所述极耳所突出的方向相对应的长度相同，并且在与所述极耳连接的电极引线从所述第一壳和第二壳的外周部突出的状态下，所述电池壳通过沿着所述第一壳和第二壳的外周部的热熔合而被密封，
其中，在所述第一壳和第二壳的所述外周部的所述电极引线突出的部分处设置有电极引线槽，所述电极引线槽向下凹陷，并且当所述电池壳通过热熔合被密封时伸长，以使得所述电极引线安置在其中，并且所述电极引线与所述第一壳和第二壳直接接触，通过将形成在所述第一壳处的所述电极引线槽的深度与形成在所述第二壳处的所述电极引线槽的深度相加而获得的总深度小于所述电极引线的厚度。
2.根据权利要求1所述的电池单元，其中，所述电池壳由包括金属层和树脂层的层压片制成。
3.根据权利要求1所述的电池单元，其中，所述电池壳被构造成使得所述第一壳和第二壳在所述外周部的预定部处一体化为单个单元，
所述第一壳和第二壳被构造成使得：所述第一壳和第二壳在预定部处被折叠的状态下，所述外周部的其余部分通过热熔合而被密封，以使得所述第一收容部和第二收容部分别收容所述电极组件。
4.根据权利要求3所述的电池单元，其中，在所述第一壳和第二壳一体化为单个单元的预定部处，所述第一收容部与第二收容部之间的距离在1.0毫米至2.0毫米的范围内。
5.根据权利要求1所述的电池单元，其中，所述第一壳和第二壳被构造成独立的构件，并且所有的外周部通过热熔合而被密封。
6.根据权利要求1所述的电池单元，其中，所述第一收容部或所述第二收容部或者所述第一收容部和所述第二收容部两者包括至少一个内周面，所述内周面具有在纵向横截面中宽度向外逐渐变窄的锥状结构。
7.根据权利要求1所述的电池单元，其中，所述电极引线槽在所述第一壳或所述第二壳或者所述第一壳和第二壳各自的外周部的一部分处形成。
8.根据权利要求7所述的电池单元，其中，所述电极引线槽在所述第一壳和第二壳各自的外周部的一部分处形成。
9.根据权利要求8所述的电池单元，其中，通过将形成在所述第一壳处的所述电极引线槽的深度与形成在所述第二壳处的所述电极引线槽的深度相加而获得的总深度相对于所述电极引线的厚度为50％至99％。
10.根据权利要求8所述的电池单元，其中，在所述第一壳处形成的所述电极引线槽的深度与在所述第二壳处形成的所述电极引线槽的深度彼此相等。
11.根据权利要求1所述的电池单元，其中，所述电极组件包括：
第一单元电池，其具有与所述第一收容部的内部形状相对应的结构；和
第二单元电池，其具有与所述第二收容部的内部形状相对应的结构。
12.根据权利要求11所述的电池单元，其中，所述第一单元电池和第二单元电池中的至少一者被构造成使得正极板和负极板在隔膜置于其间的情况下被堆叠。
13.根据权利要求11所述的电池单元，其中，所述第一单元电池和第二单元电池中的至少一者被构造成使得正极片和负极片在隔膜片置于其间的情况下在一个方向上被卷绕。
14.根据权利要求11所述的电池单元，其中，所述第一单元电池和第二单元电池中的至少一者被构造成使得多个各自包括正极板、负极板和置于所述正极板与所述负极板之间的隔膜的基本单元被置于各个所述基本单元之间的隔膜片卷绕。
15.根据权利要求11所述的电池单元，其中，所述第一单元电池和第二单元电池被构造成使得所述第一单元电池和第二单元电池两者的多个基本单元被置于各个所述基本单元之间的单个隔膜片同时卷绕，所述基本单元各自包括正极板、负极板和置于所述正极板与所述负极板之间的隔膜。
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