CN108780875A - 二次电池 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种当电池暴露于异常高温时能够防止电池被引燃的二次电池。另外，所述二次电池包括其中设有正极引线和负极引线的壳体，其中，壳体包括暴露于外部的外层；布置在壳体中并绝缘的绝缘层；堆叠在外层和绝缘层之间的导电层，所述导电层由导电材料制成，并且具有与正极引线接触的一侧和与负极引线接触的另一侧；和安全元件，所述安全元件布置在导电层的中心处以防止电流在预定温度或更低的温度下流过导电层，并且所述安全元件在预定温度或更高的温度下熔化以使得电流流过导电层。
Description
技术领域
相关申请的交叉引用
本申请主张于2016年12月06日提交的韩国专利申请第10-2016-0165063号的优先权益，通过引用将其整体结合在此。
技术领域
本发明涉及一种二次电池，并且更具体而言，涉及一种当电池暴露于异常高温时，能够防止电池被引燃的二次电池。
背景技术
根据被各种电力设备和电子设备所包围的居住环境，当无法获得供应至建筑物的交流电源、或者需要直流电源时，使用经由物理或化学反应产生电力以将产生的电力供应至外部的电池(蓄电池)。
在这些电池中，通常使用原电池和二次电池，这二者是利用化学反应的化学电池。原电池是被统称为干电池的可消耗电池。另外，二次电池是通过使用可重复多次电流与物质之间的氧化还原过程的材料来制造的可充电电池。当利用电流对所述材料执行还原反应时，发生充电，而当对所述材料执行氧化反应时，发生放电。重复执行这种充放电以产生电流。
二次电池的锂离子电池经由以下工序进行制造。将活性材料以预定厚度施加至正极导电箔和负极导电箔的每一个，并将隔板布置在正极导电箔和负极导电箔之间，然后将其中以果冻卷或圆柱形卷绕正极导电箔、隔板和负极导电箔多次的电极组件容纳至圆柱形或棱柱形罐、袋、以及类似物中，以密封所得的产品，由此制造锂离子电池。
袋型二次电池和袋的密封方法公开于韩国专利公开第10-2014-0004305号。
根据现有技术，通过顺序地堆叠外层、铝(Al)、以及内层来制造用于二次电池的袋。
然而，用于二次电池的袋具有如下问题：充电程度增加得越多，热稳定性下降得越多。
即，当电池经由热安全性测试进行验证时，如果充电的电池(SOC 100)暴露于高于室温的温度，则可能发生热失控(thermal runaway)现象，从而导致电池的引燃。
特别地，不包含诸如正温度系数(PTC)或低压电流中断装置(CID)之类的安全机制的袋形电池具有易于发生这种现象的问题。
发明内容
技术问题
因此，已做出本发明以解决上述问题，并且本发明的目的在于提供一种在预定温度下能够降低电池中所包含的总能量以防止电池被引燃的二次电池。技术方案
根据本发明实施方式的二次电池包括其中设有正极引线和负极引线的壳体，其中，所述壳体包括暴露于外部的外层；布置在所述壳体中并绝缘的绝缘层；堆叠在所述外层和所述绝缘层之间的导电层，所述导电层由导电材料制成，并且所述导电层具有与所述正极引线接触的一侧和与所述负极引线接触的另一侧；和安全元件，所述安全元件布置在所述导电层的中心处以防止电流在预定温度或更低的温度下流过所述导电层，并且所述安全元件在所述预定温度或更高的温度下熔化以使得所述电流流过所述导电层。
所述外层可由尼龙(nylon)材料制成，所述绝缘层可由聚合物(polymer)材料制成，所述导电层可由铝(aluminum)材料制成，以及所述安全元件可由聚乙烯(PE)制成。
所述绝缘层在所述导电层与所述正极引线之间的至少一部分可被移除。
所述绝缘层在所述导电层与所述负极引线之间的至少一部分可被移除。
所述预定温度可为120℃或更高。
当所述安全元件熔化时，通过使用所述导电层作为介质，所述电流可在所述正极引线和所述负极引线之间流动。
所述导电层可通过所述绝缘体与导电层排除部分隔开，以防止所述电流流至所述导电层排除部。
所述导电层可包括与所述正极引线接触的正极导电层和与所述负极引线接触的负极导电层，其中，所述安全元件可布置在所述正极导电层和所述负极导电层彼此重叠的部分。
当所述安全元件在预定温度下熔化时，所述正极导电层和所述负极导电层彼此重叠的部分相互接触。
有益效果
根据本发明，正极和负极可在预定温度下彼此发生短路以防止电池被引燃。
根据本发明，在安全元件在预定温度下被融化的同时，正极和负极可经由袋的导电层彼此发生短路，以更多地降低电池的充电程度，由此改进安全性。
根据本发明，当正极和负极彼此发生短路时，电流可通过绝缘体被诱导为仅流过导电层，由此保障安全性。
附图说明
图1是根据本发明实施方式的二次电池的透视图。
图2是图1的正视图。
图3是根据本发明实施方式的二次电池中袋的仅一个表面的分解透视图。
图4是根据本发明实施方式的仅导电层的侧视图。
图5是根据本发明实施方式其中安全元件被融化以使导电层发生短路的情况的使用状态视图。
具体实施方式
在下文中，将参照随附的附图详细地描述根据本发明优选实施方式的二次电池。
在说明书和权利要求书中使用的术语或词语不应解读为局限于词典含义，而是应当基于发明人能够定义术语以便以其他人所能理解的最优方式描述其发明，将术语或词语理解为发明人所提出的合适的概念。因此，在本文中描述的实施方式和附图仅仅是示例性而非详尽的，并且将要理解的是，可作出各种等价物以代替实施方式。
在附图中，为了描述和清楚的便利，每一个组件的维度或者组成该组件的具体部分的维度被夸大、省略、或者示意性地图解。因此，每一个元件的维度并未完整地反映实际尺寸。而且，未包括与已知功能或配置相关的详细描述，以免不必要地掩藏本发明的主题。
图1是根据本发明实施方式的二次电池的透视图，图2是图1的正视图，图3是根据本发明实施方式的二次电池中袋的仅一个表面的分解透视图。
参照图1至图3，根据示例性实施方式的二次电池包括其中设有正极引线10和负极引线20的壳体100，并且壳体100包括暴露于外部的外层110；布置在壳体100中并绝缘的绝缘层120；堆叠在外层110和绝缘层120之间的导电层(130)，所述导电层由导电材料制成，并且所述导电层具有与正极引线10接触的一侧和与负极引线20接触的另一侧；和安全元件150，所述安全元件150布置在导电层130中心处以防止电流在预定温度或更低的温度下流过导电层130，并且所述安全元件150在预定温度或更高的温度下熔化以使得电流流过导电层130。
壳体100可以是容纳有电解质和电极组件的袋。
电极组件可通过多次堆叠涂布有正极活性材料的正极、涂布有负极活性材料的负极、以及布置在所述正极和所述负极之间的隔板来制造。
另外，电极组件可通过以果冻卷形卷绕其中堆叠有正极、隔板和负极的叠层来制造。
正极可以是铝板，并可以包括涂布有正极活性材料的正极涂布部和未涂布有正极活性材料的正极非涂布部。
正极活性材料可包括诸如LiCoO2、LiNiO2、LiMnO2、和LiMnO4之类的含锂过渡金属氧化物或者锂硫族化合物。
正极涂布部可通过以下方法形成：例如，将正极活性材料施用至铝板的至少一个表面的一部分，而铝板未涂布有正极活性材料的剩余部分可以是正极非涂布部。
正极极耳可附接至正极非涂布部，并且正极引线10可电连接至正极极耳。
负极可以是铜板，并可以包括涂布有负极活性材料的负极涂布部和未涂布有负极活性材料的负极非涂布部。
负极极耳可附接至负极非涂布部，并且负极引线20可电连接至负极极耳。
负极活性材料可以是诸如结晶碳、无定型碳、碳复合物以及碳纤维之类的碳材料、锂金属、或锂合金。
负极涂布部可通过以下方法形成：例如，将负极活性材料施用至铜板的至少一个表面的一部分，而铜板未涂布有负极活性材料的剩余部分可以是负极非涂布部。
隔板可通过将聚偏二氟乙烯-六氟丙烯共聚物(PVDF-HFP共聚物)施用至选自由例如聚乙烯(PE)、聚苯乙烯(PS)、聚丙烯(PP)以及聚乙烯(PE)和聚丙烯的共聚物组成的群组中的一种基底材料来制造。
电解质可使锂离子在电极组件中顺利地迁移。例如，电解质可包括非水有机溶剂和锂盐。
锂盐可溶解在有机溶剂中以在二次电池中充当锂离子的供应源并促进锂离子在正极和负极之间的迁移。
锂盐的实例可包括支持(supporting)LiPF6、LiBF4、LiSbF6、LiAsF6、LiCF3SO3、LiN(CF3SO2)3、Li(CF3SO2)2N、LiC4F9SO3、LiClO4、LiAlO4、LiAlCl4、LiN(CxF2x+1SO2)(CyF2y+1SO2)(其中x和y是自然数)、LiCl、LiI、二草酸硼酸锂(lithium bisoxalate borate)、以及类似物中一种或多种材料的电解质盐。
电解质中的锂盐可根据其用途而在浓度上变化，并且可通常在0.1M至2.0M的范围内使用。
另外，有机溶剂充当在电池的电化学反应中介入的离子迁移的介质。有机溶剂的示例性实例可包括选自苯、甲苯、氟苯、1,2-二氟苯、1,3-二氟苯、1,4-二氟苯、1,2,3-三氟苯、1,2,4-三氟苯、氯苯、1,2-二氯苯、1,3-二氯苯、1,4-二氯苯、1,2,3-三氯苯、1,2,4-三氯苯、碘苯、1,2-二碘苯、1,3-二碘苯、1,4-二碘苯、1,2,3-三碘苯、1,2,4-三碘苯、氟代甲苯、1,2-二氟甲苯、1,3-二氟甲苯、1,4-二氟甲苯、1,2,3-三氟甲苯、1,2,4-三氟甲苯、氯代甲苯、1,2-二氯甲苯、1,3-二氯甲苯、1,4-二氯甲苯、1,2,3-三氯甲苯、1,2,4-三氯甲苯、碘代甲苯、、1,2-二碘甲苯、1,3-二碘甲苯、1,4-二碘甲苯、1,2,3-三碘甲苯、1,2,4-三碘甲苯、R-CN(其中R是具有2至50个碳原子的直链、支链、或环状烃基，其中所述烃基包括双键、芳环、或醚键)、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、二甲苯、环己烷、四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃、环己酮、乙醇、异丙醇、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯、碳酸甲丙酯、碳酸丙烯酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、二甲氧基乙烷、1,3-二氧戊环、二乙二醇二甲醚、四乙二醇二甲醚、碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、γ-丁内酯、环丁砜、戊内酯、癸内酯、和甲瓦龙酸内酯的一种或多种材料，但不限于此。
壳体100包括：暴露于外部以保护容纳在壳体100中的电解质和电极组件免受外部环境影响的外层110；在防止容纳在壳体100中的电解质和电极组件泄露或暴露于外的同时将电极组件与壳体100绝缘的绝缘层120；堆叠在外层110和由绝缘材料制成的绝缘层120之间的导电层130；以及通过绝缘体160与导电层130分隔开、由与导电层130相同的材料制成、并且堆叠在外层110和绝缘层120之间的导电层排除部131。
在图1和图2中，外层110、导电层排除部131以及绝缘层120被虚线分开。
外层110可优选地由具有高耐用性的材料制成以保护电解质和电极组件1免受外部环境影响。例如，外层110可由尼龙材料制成。
内层120可优选地由具有高绝缘性的材料制成，从而在内层120与容纳在壳体100中的电解质接触的状态下，内层120不会发生变形或者化学变化。例如，内层120可由聚合物材料制成。
导电层130可布置在外层110和内层120之间，并且可优选地由在具有高耐用性和阻热性的同时具有导电性的材料制成。例如，导电层130可由铝(Al)材料制成。
另外，导电层130可与容纳在壳体100中的电极组件的正极引线10和负极引线20中的每一者电接触。
另外，可设有将布置在导电层130和正极引线10之间的绝缘层120和布置在导电层30和负极引线20之间的绝缘层120中的每一者切割的切去部分120a，从而导电层130与正极引线10和负极引线20中的每一者接触。在此，导电层130可延伸经过切去部分120a以将正极引线10电连接至负极引线20。
即，可通过将绝缘层120在导电层130和正极引线10之间的至少一部分移除以及将绝缘层120在导电层130和负极引线20之间的至少一部分移除来制造切去层。
另外，为了防止流过导电层130的电流流动至导电层排除部131以在整个二次电池中流动，绝缘体160可布置在导电层130和导电层排除部131之间以防止电流从导电层130流动至导电层排除部131。
即，由具有电绝缘性的树脂材料制成的绝缘体160可布置在导电层130两侧中的每一者上以诱导电流，使电流只沿着导电层130流动。
另外，安全元件150可布置在导电层130的中心处以通常防止电流流过与正极引线10和负极引线20接触的导电层130。
安全元件150可由作为绝缘材料的聚乙烯(PE)制成，以便通常防止电流流过导电层130，且安全元件150可在限定为120℃的温度或更高温度的预定温度下熔化。
即，安全元件150可在特定温度或更高的温度下熔化，该温度是限定为120℃的温度或更高温度的参照温度。
另外，当布置在导电层130中心处的安全元件150熔化时，导电层130的中心可进行连接以使得电流流过导电层130。
如上所述，即使二次电池在高温环境下，可通过使用导电层130作为介质，使二次电池的正极和负极彼此发生短路以降低总能量，由此防止二次电池被引燃。
在此，正极和负极之间的短路可显著地降低电池的荷电状态(SOC)，并因此，总能量可下降以防止发生热失控或引燃。
图4是根据本发明实施方式的仅导电层的侧视图。
如图4中所示，导电层130可包括与正极引线10接触的正极导电层133和与负极引线20接触的负极导电层135。
另外，安全元件150可布置在正极导电层133和负极导电层135彼此重叠的部分，以通常防止正极导电层133和负极导电层135彼此电接触。
图5是根据本发明实施方式其中安全元件被融化以使导电层发生短路的情况的使用状态视图。
如在图5中所示，当安全元件150在120℃的温度或更高温度下熔化时，正极导电层133和负极导电层135彼此重叠的部分可彼此紧密地附接，并因此，正极引线10和负极引线20可经由导电层130彼此电连接。
另外，当正极引线10和负极引线20彼此电连接以使得电流经由二者流动时，二次电池的荷电状态(SOC)可下降以防止二次电池被引燃。
如上所述，根据本发明，正极和负极可在预定温度下彼此发生短路以防止电池被引燃。
另外，根据本发明，在安全元件在预定温度下被融化的同时，正极和负极可经由袋的导电层而彼此发生短路，以更多地降低电池的充电程度，由此改进安全性。
另外，根据本发明，当正极和负极彼此发生短路时，电流通过绝缘体可被诱导为仅经由导电层流动，由此保障安全性。
尽管以上已参照示例性的附图描述了根据本发明的二次电池，但是，在不脱离如在随附的权利要求书中公开的发明范围和精神的情况下，本领域技术人员可对其做出各种变化和改进。
Claims (9)
1.一种二次电池，包括：
其中设有正极引线(10)和负极引线(20)的壳体(100)，
其中，所述壳体(100)包括：
暴露于外部的外层(110)；
布置在所述壳体(100)中并绝缘的绝缘层(120)；
堆叠在所述外层(110)和所述绝缘层(120)之间的导电层(130)，所述导电层(130)由导电材料制成，并且所述导电层(130)具有与所述正极引线(10)接触的一侧和与所述负极引线(20)接触的另一侧；和
安全元件(150)，所述安全元件(150)布置在所述导电层(130)中心处以防止电流在预定温度或更低的温度下流过所述导电层(130)，并且所述安全元件(150)在所述预定温度或更高的温度下熔化以使得所述电流流过所述导电层(130)。
2.如权利要求1所述的二次电池，其中，所述外层(110)由尼龙材料制成，所述绝缘层(120)由聚合物材料制成，所述导电层(130)由铝材料制成，以及所述安全元件(150)由聚乙烯(PE)制成。
3.如权利要求1所述的二次电池，其中，所述绝缘层(120)在所述导电层(130)与所述正极引线(10)之间的至少一部分被移除。
4.如权利要求1所述的二次电池，其中，所述绝缘层(120)在所述导电层(130)与所述负极引线(20)之间的至少一部分被移除。
5.如权利要求1所述的二次电池，其中，所述预定温度为120℃或更高。
6.如权利要求1所述的二次电池，其中，当所述安全元件(150)熔化时，通过使用所述导电层(130)作为介质，所述电流在所述正极引线(10)和所述负极引线(20)之间流动。
7.如权利要求6所述的二次电池，其中，所述导电层(130)通过绝缘体(160)与导电层排除部(131)分隔开，以防止所述电流流至所述导电层排除部(131)。
8.如权利要求1所述的二次电池，其中，所述导电层(130)包括：
与所述正极引线(10)接触的正极导电层(133)；和
与所述负极引线(20)接触的负极导电层(135)，
其中，所述安全元件(150)布置在所述正极导电层(133)和所述负极导电层(135)彼此重叠的部分。
9.如权利要求8所述的二次电池，其中，当所述安全元件(150)在预定温度下熔化时，所述正极导电层(133)和所述负极导电层(135)彼此重叠的部分相互接触。
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