CN110140229B - 二次电池及制造该二次电池的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种密封性能得以改善的二次电池及制造该二次电池的方法。所述二次电池包括：具有开口部的罐构件；密封开口部的顶盖组件；使开口部与顶盖组件绝缘的垫圈；和施加至垫圈表面的热熔胶，其中热熔胶在预定温度或更高温度下具有流动性和粘滞性，并且在低于预定温度的温度下硬化。

Description

二次电池及制造该二次电池的方法
技术领域
相关申请的交叉引用
本申请要求于2017年4月14日提交的韩国专利申请第2017-0048646号的优先权的权益，通过引用将上述专利申请作为整体结合在此。
技术领域
本发明涉及一种二次电池及制造该二次电池的方法，更具体地，涉及一种密封性能得以改善的二次电池及制造该二次电池的方法。
背景技术
根据被各种电气和电子装置包围的生活环境，在无法获得供应到建筑物的交流电时，或者需要直流电时，使用通过物理反应或化学反应产生电能以给外部供应所产生的电能的电池(Cell,Battery)。
在这些电池之中，通常使用作为利用化学反应的化学电池的原电池和二次电池。原电池是统称为干电池的可消耗的电池。此外，二次电池是利用其中电流与物质之间的氧化还原过程可重复多次的材料而制成的可再充电的电池。在通过电流对材料执行还原反应时，进行充电，并且在对材料执行氧化反应时，进行放电。这种充电-放电被重复执行，从而产生电力。
二次电池的锂离子电池通过以下工序制造。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，并且在正极导电箔与负极导电箔之间设置隔膜，然后，将其中正极导电箔、隔膜和负极导电箔以果冻卷(jelly roll)形状或圆柱形状卷绕数次的电极组件容纳在圆柱形罐或棱柱形罐、袋等中以密封所得产品，从而制造锂离子电池。
在韩国专利公开第10-2010-0036316号中披露了一种根据相关技术的用于非水电化学电池的非渗透性密封构件。
在根据相关技术的二次电池中，通过物理力将垫圈(gasket)与罐构件的上端一起按压和密封(sealing)来实现垫圈部分的密封。结果，存在以下问题：由于部件的尺寸或组装工艺偏差而发生泄漏，或者由于水分渗透而导致性能劣化。
发明内容
技术问题
因此，已经做出本发明以解决上述问题，本发明的目的是提供一种密封性能得以改善的二次电池及制造该二次电池的方法。
技术方案
根据本发明一实施方式的二次电池包括：具有开口部的罐构件；密封所述开口部的顶盖组件；使所述开口部与所述顶盖组件绝缘的垫圈；和施加至所述垫圈表面的热熔胶，其中所述热熔胶在预定温度或更高温度下具有流动性和粘滞性，并且在低于所述预定温度的温度下硬化。
所述预定温度可以是玻璃化转变温度(Tg)。
所述预定温度可以是60℃。
所述热熔胶可在所述预定温度或更高温度下具有粘附性。
所述热熔胶可包括根据温度升高和降低而反复地在所述预定温度或更高温度下具有粘性状态且在低于所述预定温度的温度下具有硬态的材料。
所述热熔胶可由热塑性树脂和增粘剂(tackifier)的组合制成。
所述热熔胶可进一步包括偶联剂(coupling agent)。
所述热塑性树脂可包括聚酯基树脂。
所述增粘剂可包括苯酚基树脂、碳基树脂和松香基树脂中的至少一种。
所述偶联剂可包括作为硅基材料的氨基硅烷和乙烯基硅烷中的至少一种。
根据本发明一实施方式的制造二次电池的方法包括：制备步骤，制备罐构件、顶盖组件和垫圈；涂覆步骤，将溶解在有机溶剂中的热熔胶施加至所述垫圈表面；干燥步骤，在所述涂覆步骤之后干燥所述垫圈以蒸发所述有机溶剂；组装步骤，在所述干燥步骤之后将所述罐构件和所述顶盖组件与所述垫圈组装在一起，以制造二次电池；和激活步骤，激活二次电池，其中，在所述激活步骤中，所述热熔胶根据温度变化而发生相变，并且所述垫圈通过发生相变的所述热熔胶气密地粘附至所述罐构件和所述顶盖组件。
所述激活步骤可包括：在室温下老化(aging)所述二次电池的室温老化工序；在比所述室温老化工序的温度高的60℃或更高的温度环境下老化所述二次电池的高温老化工序；以及在所述高温老化工序之后，在比所述高温老化工序的温度低的60℃或更低的温度环境下对所述二次电池进行充电和放电的充电/放电工序。
所述热熔胶可在所述室温老化工序期间处于硬态，在所述高温老化工序期间相变为具有流动性和粘滞性的材料，并且在室温下再次硬化。
所述有机溶剂可包括甲苯(toluene)、二甲苯(xylene)和甲基乙基酮(methylethyl ketone)中的至少一种。
有益效果
根据本发明，垫圈可粘附至罐构件和顶盖组件，以改善密封性能。
根据本发明，在施加至垫圈的热熔胶中可包含偶联剂，以改善粘附性并增强防水性。
根据本发明，可将热熔胶施加至垫圈，以提高耐化学性。
附图说明
图1是根据本发明一实施方式的二次电池的透视图。
图2是沿图1的线A-A截取的剖面图。
图3是示出图2中使垫圈粘附至顶盖组件和罐构件的主要部分的局部放大图。
图4是示出根据本发明一实施方式的制造二次电池的方法的流程图。
具体实施方式
在下文中，将参照附图详细描述根据本发明示例性实施方式的二次电池及制造二次电池的方法。
说明书和权利要求书中使用的术语或词语不应被解释为限于词汇含义，而是应当基于发明人能够定义术语来以最佳方式描述他/她的发明从而让他人明白的原则，被理解为适当的概念。因此，本文描述的实施方式和附图仅仅是示例性的而非穷举的，并且应当理解，可进行各种等同来代替这些实施方式。
在附图中，为了描述和清楚起见，夸大、省略或示意性地示出了每个部件或构成部件的特定部分的尺寸。因此，每个元件的尺寸不完全反映实际尺寸。此外，将排除与公知功能或构造有关的详细描述，以免不必要地模糊本发明的主题。
图1是根据本发明一实施方式的二次电池的透视图，图2是沿图1的线A-A截取的剖面图。
参照图1至图2，根据本发明一实施方式的二次电池包括：限定有开口部11的罐构件10、密封开口部11的顶盖组件20、使开口部11与顶盖组件20彼此绝缘的垫圈30、和施加至垫圈30的表面的热熔胶40。
罐构件10可以是由金属材料制成并且在圆柱型或棱柱型锂离子二次电池中具有基本向上开口的形状的容器。罐构件10可由重量轻且易于应对腐蚀的铝(Al)或镀镍(Ni)钢(steel)制成。
此外，罐构件10用作电极组件和电解质的容器。在电极组件通过罐构件10的被开口的上端，即罐构件10的上端中限定出的开口部11插入罐构件10中之后，通过顶盖组件20密封罐构件10的上端中限定出的开口部11。
垫圈30由绝缘材料制成。垫圈30的内周紧密地附接至顶盖组件20，以使罐构件10与顶盖组件20彼此绝缘，并且垫圈30的外周紧密地附接至罐构件10的开口部11。
此外，罐构件10进一步包括压接部10a，压接部10a用于弯曲(bending)作为罐构件10的上端的开口部侧周边，以固定用于密封罐构件10的开口部11的顶盖组件20。
在此，垫圈30可安装在罐构件10的开口部11与顶盖组件20之间，从而通过使用压接部10a将垫圈30与顶盖组件20一起按压并固定至罐构件10。
热熔胶40被施加至垫圈30的表面。在此，热熔胶40可选择性地施加至垫圈30的整个表面或部分表面。
热熔胶40可由热塑性树脂和增粘剂(tackifier)的组合制成，并且可进一步包含偶联剂(coupling agent)，以改善粘附性并增强防水性。
热塑性树脂可包括聚酯基树脂。
增粘剂可以是苯酚基树脂、碳基树脂、松香基树脂等中的至少一种并且具有粘滞性或粘附性。
偶联剂可以是作为硅基材料的氨基硅烷、乙烯基硅烷等中的至少一种，并且可以是能够与金属表面的氧化物(oxide)结合的材料。金属罐构件10的内表面上的氧化物结合可显著改善粘附性和密封性。
热熔胶40可在60℃的玻璃化转变温度Tg或更高温度下熔化时具有流动性和粘滞性。
热熔胶40可在室温下保持硬态并且在预定温度的玻璃化转变温度下熔化时具有粘附性。
此外，热熔胶40可具有根据温度升高和降低而能够反复地在玻璃化转变温度或更高温度下具有粘性状态且在低于玻璃化转变温度的温度下具有硬态的材料特性。
图3是示出图2中使垫圈粘附至顶盖组件和罐构件的主要部分的局部放大图。
参照图3，当热熔胶40具有粘附性时，垫圈30的内周可粘附至顶盖组件20，并且垫圈30的外周可粘附至罐构件10。
如下将描述通过热熔胶40粘附垫圈30的原理。
可在室温下将热熔胶40施加至垫圈30的表面。由于热熔胶40在室温下不具有流动性和粘滞性，所以热熔胶40可仅是施加至垫圈30的表面，因此不会显著影响垫圈30的粘附性。在硬质热熔胶40被施加至垫圈30的状态下可将垫圈30组装并且安装在罐构件10与顶盖组件20之间。在垫圈30被组装之后，垫圈30可在被按压的状态下进入激活工序。
在垫圈30进入激活工序之后，温度升高至60℃的玻璃化转变温度Tg或更高的温度，然后再次降至室温。在该工序中，可完成垫圈30与罐构件10之间的粘附。
具体地，当在垫圈30被按压的状态下温度达到60℃或更高时，预定的温度和压力可同时施加至热熔胶40，以使热熔胶40具有流动性，使得热熔胶40渗透并填充到耦接表面之间的细小间隙中。间隙可以是形成在耦接部分之间的微小间隙，或者可以是在罐构件10的开口部的耦接表面中形成的细小间隙10b、凹槽、划痕、凹凸等。在这种情况下，由于热熔胶40具有粘滞性，因此热熔胶40可用作垫圈30与顶盖组件20之间或垫圈30与罐构件10之间的粘稠介质。
之后，当温度降低到低于60℃，即，低于玻璃化转变温度Tg时，热熔胶40可再次硬化。热熔胶40可渗透到耦接表面之间的间隙中，然后硬化。因此，在这种情况下，垫圈30与顶盖组件20或垫圈30与罐构件10可通过热熔胶40非常气密且牢固地彼此耦接。
当热熔胶40中进一步包含偶联剂时，可另外实现氧化物偶联，以获得额外的效果，诸如改善粘附性和增强防水性。
在下文中，将参照附图详细描述根据本发明一实施方式的制造二次电池的方法。
图4是示出根据本发明一实施方式的制造二次电池的方法的流程图。
如图4中所示，根据本发明一实施方式的制造二次电池的方法包括制备步骤(S1)、涂覆步骤(S2)、干燥步骤(S3)、组装步骤(S4)、和激活步骤(S5)。
制备步骤(S1)可以是制备罐构件10、顶盖组件20和垫圈30的步骤。
涂覆步骤(S2)可以是将热熔胶施加至垫圈30的表面的步骤。在此，可通过使用由甲苯(toluene)、二甲苯(xylene)、甲基乙基酮(methyl ethyl ketone)等中的至少一种制成的有机溶剂来溶解热熔胶40，从而在室温下将硬质热熔胶40施加至垫圈30的表面。可将溶解的溶液施加至垫圈30的表面。
干燥步骤(S3)可以是在涂覆步骤(S2)之后干燥垫圈30以蒸发有机溶剂的步骤。在蒸发有机溶剂之后，仅热熔胶40可保留在垫圈30的表面上，以在垫圈30的表面上形成热熔胶40的涂层。
组装步骤(S4)可以是在干燥步骤(S3)之后将顶盖组件20和垫圈30与其中容纳有电极组件和电解质的罐构件10组装在一起，以制造二次电池的步骤。
激活步骤(S5)可以是激活制造的二次电池的步骤。
在此，激活步骤(S5)可包括：在室温下老化(aging)二次电池的室温老化工序；在比室温老化工序的温度高的60℃或更高的温度环境下老化二次电池的高温老化工序；以及在高温老化工序之后，在比高温老化工序的温度低的60℃或更低的温度环境下对二次电池进行充电和放电的充电/放电工序。
热熔胶40可在室温老化工序期间处于硬态，并且在高温老化工序期间相变为具有流动性和粘滞性的材料，然后在充电/放电工序期间和在室温下再次硬化。
在该工序中，可完成垫圈与罐构件之间的粘附。根据温度变化完成粘附的工序与上述相同，因此，将省略其描述。
根据本发明一实施方式的用于组装第二电池的方法可具有很大优势：在执行二次电池的激活步骤(S5)的同时，施加至垫圈30的热熔胶40牢固地粘附至罐构件10和顶盖组件20，而无需单独的附加工序，从而改善了密封性能。由于激活步骤是现有的工序，因此不必单独执行用于垫圈粘附的加热工序。
如上所述，根据本发明，垫圈可粘附至罐构件和顶盖组件，以改善密封性能。
根据本发明，在施加至垫圈的热熔胶中可包含偶联剂，以改善粘附性并增强防水性。
根据本发明，可将热熔胶施加至垫圈，以完全阻挡水分渗透并显著抑制腐蚀，从而改善耐化学性。
尽管以上参照示例性附图描述了根据本发明的二次电池及制造该二次电池的方法，但是在不背离所附权利要求中所阐述的本发明的范围和精神的情况下，本领域技术人员可对其进行各种改变和修改。

Claims (3)

1.一种制造二次电池的方法，所述方法包括：
制备步骤（S1），制备罐构件（10）、顶盖组件（20）和垫圈（30）；
涂覆步骤（S2），将溶解在有机溶剂中的热熔胶（40）施加至所述垫圈（30）的表面；
干燥步骤（S3），在所述涂覆步骤（S2）之后干燥所述垫圈（30）以蒸发所述有机溶剂；
组装步骤（S4），在所述干燥步骤（S3）之后将所述罐构件（10）和顶盖组件（20）与所述垫圈（30）组装在一起，以制造二次电池；和
激活步骤（S5），激活所述二次电池，
其中，在所述激活步骤（S5）中，所述热熔胶（40）根据温度变化而发生相变，并且所述垫圈（30）通过发生相变的所述热熔胶（40）气密地粘附至所述罐构件（10）和顶盖组件（20），
其中在所述涂覆步骤（S2）中，所述热熔胶（40）施加至所述垫圈（30）的与所述罐构件（10）耦接的整个表面以及所述垫圈（30）的与所述顶盖组件（20）耦接的整个表面，
其中所述热熔胶（40）由热塑性树脂和增粘剂的组合制成，并且所述热熔胶（40）进一步包括偶联剂，所述偶联剂与所述罐构件（10）的金属内表面上的氧化物结合，
其中所述激活步骤（S5）包括：
在室温下老化所述二次电池的室温老化工序；
在比所述室温老化工序的温度高的60℃或更高的温度环境下老化所述二次电池的高温老化工序；和
在所述高温老化工序之后，在比所述高温老化工序的温度低的60℃或更低的温度环境下对所述二次电池进行充电和放电的充电/放电工序。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述热熔胶（40）在所述室温老化工序期间处于硬态，在所述高温老化工序期间相变为具有流动性和粘滞性的材料，并且在室温下再次硬化。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述有机溶剂包括甲苯、二甲苯、和甲基乙基酮中的至少一种。
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