CN110462881A - 具有强化接头接合结构和电极引线弯曲结构的柔性电池 - Google Patents
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Abstract
一种根据本发明的柔性电池组件，包括：电极组件，其包括具有电极板对的一个或多个单元电池芯，每个单元电池芯包括具有不同极性的电极板对，其间插入有隔板，并且所述电极组件包括电极接头，其分别从电极板突出并且未施加电极粘合剂到其上；强化接头，其被热附接/固定在构成电极组件的电极接头中的电极引线连接接头上；以及电极引线对，其分别热附接到强化接头和另一电极引线连接接头上。根据本发明的柔性电池组件的特征在于：电极引线对中的一个被热附接在构造结构为附加地跨越电极引线连接接头与电极引线之间的强化接头上，并且从而连接到电极引线连接接头。根据本发明的柔性电池组件的特征还在于：该电极引线对中的另一个被热附接到电极引线连接接头以便从电极引线连接接头面向电极组件，在保持热附接到其的同时在相对方向上弯曲180°，并且因此被构造结构为面向电极组件的外部。在电极接头中的用于电极并联的接头被构造结构为将在多个层压电极中具有相同极性的电极板彼此连接。
Description
技术领域
本公开涉及一种柔性电池，其在电极接头(tab)与电极引线之间具有接合强化结构，其中当电极接头与电极引线组装在一起并且电极引线的一端被焊接在电极引线连接接头上的同时其可以在相反方向上弯曲180°时，形成为具有预定厚度的金属板的强化接头被放置在电极引线与包括在电极组件中的电极引线连接接头之间，因此，即使在二次电池朝向电极组件的外侧弯曲时，也可以保持电化学性能。
背景技术
二次电池是指与不能充电的一次电池相反的、可以充电和放电的电池，并且已经广泛用于诸如蜂窝电话、笔记本电脑、便携式摄像机等等之类的先进电子设备领域中。这种电子设备的形状因数正变得越来越轻，如果不是更小的话，同时始终性能也在提高。除了在物联网(IoT)的开发和实施方面的那些优势，作为电源的二次电池具有更大的重要性。
特别地，锂二次电池具有比镍镉电池或镍氢电池更高的电压，其主要用作便携式电子设备的电源并且还具有每单位重量的高能量密度。因此，对锂二次电池的需求增加。
当正极和负极被插入到电解质中彼此连接时，二次电池通常利用在电解质与正极和负极之间发生的电化学反应。与传统的一次电池不同，二次电池可以通过充电器再充电，并在电子设备消耗能量时再次使用。因此，随着无线电子设备的普及，二次电池的使用已经增加。
通常，锂二次电池包括果冻卷型电极组件，其中隔板插入到正极板和负极板之间，然后螺旋缠绕在一起；或者包括柔性堆叠型电极组件，其中多个正极板和负极板堆叠在一起，隔板插入到其间。例如，可以通过将果冻卷型电极组件容纳在圆柱形罐中，在其中注入电解质并密封该罐来制造圆柱形电池；并且，可以通过将果冻卷式电极组件或堆叠型电极组件压成扁平，然后将扁平电极组件容纳在棱柱形罐中来制造棱柱形电池。此外，可以通过将果冻卷型电极组件或堆叠型电极组件与电解质一起包装到袋型壳体中来制造袋型电池。在这样的电极组件中，正极接头和负极接头可以分别从正极板和负极板回撤到电极组件的外部，然后连接到二次电池的正极和负极。
同时，在垂直方向上堆叠的多个正极板和负极板上的电极接头可以连接到电极引线。在直焊期间，电极接头与电极引线之间的传统接合结构的相干性略微降低。因此，当在使用期间电池弯曲等时，在电极接头与电极引线之间的接合出现问题。
将参考韩国专利公开No.10-2013-0063709来解释袋型电池，该专利公开了一种袋型二次电池，其中两个电极、隔板和电解质放置在袋中并且密封，并且袋包括内树脂层、金属箔层、和外树脂层并且在内树脂层与金属箔层之间形成具有比金属箔层更低反应性的缓冲层。在这种情况下，添加具有比金属箔层更低反应性的缓冲层，以及因此，即使当内树脂层被损坏例如微裂纹时，缓冲层也可以抑制金属箔层的氧化。因此，可以抑制电池外部的腐蚀。然而，金属箔本质上易于变形，例如弯曲期间的皱折，因此可能导致柔性电池的性能下降。
根据传统技术，当电池组件弯曲时，压缩应力施加于内弯曲部分，而拉伸应力施加于相对侧。因此，覆盖了电池的电极组件的壳体也会膨胀或收缩，从而引起机械损坏。因此，需要一种适合于柔性的新型柔性电池组件。
(专利文献1)KR10-2013-0063709 A
发明内容
本发明要解决的问题
这里所描述、记载和甚至预期的实施例提供了一种稳定的柔性电池，其具有形成为具有预定厚度的金属板、放置在电极引线与包括在电极组件中的电极引线连接接头之间的强化接头。当电极引线的一端被焊接在电极引线连接接头上时，该端可以在朝向电极组件的外侧相对的方向上弯曲180°，因此可以通过最小化由弯曲柔性电池引起的局部机械负载来保持电化学性能。
解决问题的手段
根据本公开的柔性电池组件可以包括：至少：电极组件，其可以配备有一个或多个单元电池芯，每个单元电池芯包括具有不同极性的电极板对，其间插入有隔板，以及从相应电极板突出但没有涂覆电极混合物的电极接头；强化接头，其被焊接并固定在包括在电极组件中的电极接头中的任何一个电极引线连接接头上；以及电极引线对，其分别被焊接在强化接头与另一个电极引线连接接头上。该电极引线对中的任何一个可以被焊接在被添加到电极引线连接接头与电极引线之间的强化接头上，并且然后被连接到电极引线连接接头。电极引线对中的另一个可以在其朝向电极组件焊接到电极引线连接接头上的同时在朝向电极组件的外侧的相反的方向上弯曲180°。
接头-接头接合部分可以包括具有相同极性的电极板，其通过电极并联连接接头彼此并联电连接，并且接头-接头接合部分可以被粘接到覆盖了放置在电极组件的最上端或最下端的最外面的电极板的外表面的隔板上。
柔性电池还可包括壳体，壳体具有被重复地冲压以围绕电极组件的外部的上冲压段和下冲压段。多个上冲压段和下冲压段在平行于电极组件和壳体的宽度的方向上被连续形成。
可以将使用强化接头支撑和强化并且位于电极引线连接接头与电极引线之间的接头-引线接合部分插入到电极组件中，并且可以将包括电极引线弯曲接合结构的接头-引线接合部分插入到电极组件中。
包括在电极组件中的电极板可以包括第一电极板E1和第二电极板E2，第一电极板E1包括两侧上的电极引线连接接头和电极并联连接接头，第二电极板E2仅包括一侧上的电极并联连接接头，以及，可以将电极混合物涂覆到第二电极板E2上以覆盖第一电极板E1的电极引线连接接头。
发明效果
根据这里所描述、记载和预期的实施例，可以实施稳定的柔性电池，其具有这样的结构：其中形成为具有预定厚度的金属板的强化接头可以放置在电极引线与包括在电极组件中的电极引线连接接头之间，并且电极引线的一端可以在其被焊接在电极引线连接接头上的同时朝向电极组件的外侧的相对的方向上弯曲180°。因此，可以通过最小化由柔性电池的弯曲引起的局部机械负载来维持电化学性能。
附图说明
图1是根据本公开的包括在柔性电池中的电极组件的示例性配置的图示。
图2是图1的电极组件的示例性配置的分解图。
图3示出了根据这里公开的至少一个实施例的使用电极引线连接接头与电极引线之间的强化接头产生支撑和强化结构的示例性过程。
图4示出了根据这里公开的至少一个实施例的在电极引线连接接头上添加的不同尺寸的强化接头。
图5示出了根据这里公开的至少一个实施例的不同尺寸的接头-引线接合部分，其中电极引线接合到电极引线连接接头上。
图6示出了根据这里公开的各种实施例的在柔性电池上的电极引线与电极引线连接接头之间添加的不同形状的强化接头。
图7示出了根据这里公开的各种实施例的通过使用电极引线弯曲结构在电极引线连接接头上接合的过程。
图8示出了根据这里公开的各种实施例的接合在电极引线连接接头上的不同尺寸的电极引线部分。
图9示出了根据这里公开的各种实施例的电极引线连接接头和电极引线的不同材料。
图10示出了根据这里公开的至少一个实施例的包括电极组件和覆盖电极组件的壳体的柔性电池。
图11示出了根据这里公开的至少一个实施例的在与柔性电池中包括的壳体的宽度平行的方向上形成的上冲压段和下冲压段的图案。
图12示出了根据这里公开的各种实施例的形成在壳体中的上冲压段和下冲压段的不同形状。
图13示出了根据这里公开的至少一个实施例的当柔性电池弯曲时在壳体内部/外部发生的变形。
图14示出了根据这里公开的至少一个实施例，包括在电极引线连接接头与电极引线之间的支撑和强化接合结构的接头-引线接合部分并且电极引线弯曲结构被插入到电极组件中并且同时电极被对准。
图15示出了根据这里公开的至少一个实施例的包括其中插入有接头-引线接合部分并且同时电极被对准的电池的电极组件与不包括电极组件的电池之间的比较。
图16示出了在包括支撑和强化接合结构和电极引线弯曲结构的接头-引线接合部分被插入到电极组件之前和之后的弯曲试验结果之间的比较。
图17示出了如这里所公开的电极板的示例性实施例，其包括在电极组件中以将包括支撑和强化接合结构和电极引线弯曲结构的接头-引线接合部分插入到电极组件中。
用于实施本发明的最佳方式
这里参考附图描述、引述和建议柔性电池的实施例。
提供以下示例性实施例仅用于理解本公开，而不是旨在限制本公开的正确范围。因此，在与当前公开和叙述的范围相同的范围内执行相同功能的实施例也包括在本公开的正确范围内。
在下文中，将参考附图详细描述本公开的一些实施例。当附图标记表示每个附图的组件时，尽管在不同的附图中示出了相同的组件，但是相同的组件尽可能由相同的附图标记表示。此外，如果认为相关已知配置或功能的描述可能使本公开的主旨混乱，则将省略其描述。
此外，在描述本公开的组件时，可以使用诸如第一、第二、A、B、(a)、(b)等术语。这些术语仅用于区分组件与其他组件。因此，相应组件的性质、次序、顺序等不受这些术语的限制。应当理解，当一个元件被称为“连接到”或“耦接到”另一个元件时，它可以直接连接或耦接到另一个元件，或者连接或耦接到另一个元件，并且仍具有在它们之间“连接”或“耦接“的另一个元件。
参见图1和图2，将描述根据本公开的包括在柔性电池中的电极组件的实施例。
电极组件100包括单元电池芯(cells)，每个单元电池芯包括其间插入有隔板30的负极板10和正极板20、用作负极板10与正极板20之间的离子传输介质的电解质，并且从电极板突出的电极接头取决于应用而可用于实施电极并联连接和用作电极引线连接。包括负极板10和正极板20的任何一个或多个电极板可以在两侧配备有彼此间隔开的电极引线连接接头和电极并联连接接头。例如，放置在电极组件100的最下端的负极板10可以配备有负极并联连接接头12和负极引线连接接头14，以及放置在隔板中的面向负极10的相对侧上的正极板20可以配备有正极并联连接接头22和正极引线连接接头24。
用作集电器的每个电极板的顶表面和底表面中的一个或两个可以涂覆有电极混合物，并且电极并联连接接头和电极引线连接接头从电极板突出。电极并联连接接头和电极引线连接接头可以暴露而不涂覆有电极混合物。
具有相同极性的多个电极板可以通过电极并联连接接头彼此连接。也就是说，多个负极板10和多个正极板20彼此并联电连接，从而形成连接电极接头的接头-接头接合部分。电极组件可以通过电极引线连接接头电连接到暴露于壳体外部的电极引线。隔板物理地分离电极板，但允许电解质中包含的离子通过。
对于放置在电极组件的最上端和最下端上的负极板，每个负极板的仅一个表面可涂覆有负极混合物。
从负极板10或正极板20突出的电极并联连接接头12或22将具有相同极性的电极板彼此并联电连接。彼此并联连接的接头-接头接合部分位于覆盖放置在电极组件的最上端或最下端上的最外面的电极板的外表面的隔板上，然后被加工并压胶。
在本公开中，电极板上的电极并联连接接头12和22彼此并联连接处的接头-接头接合部分和电极引线连接接头14和24与电极引线彼此连接的接头-引线接合部分，通过包括点焊接、激光焊接和利用导电粘合剂接合的任何一种连接方法电连接并接合到彼此。
参见图3，将单独的强化接头50被添加到放置在电极组件一侧的电极引线连接接头14和24上。然后，强化接头50被接合到电极引线60。因此，可以使用强化接头50形成用于电极引线连接接头14和24以及电极引线60的支撑结构。用于电极引线连接接头14和24以及电极引线60的的强化接合方法可以应用于正极接头和负极接头中的至少任何一个。
图3a示出，在包括在电极组件中的多个电极板中，配备有电极引线连接接头的电极可以突出到电极组件的一侧以接合到强化接头50，强化接头50可以由金属材料形成。
图3b示出了强化接头50可以接合到电极引线连接接头上。
图3c示出了电极引线可以准备接合到在其上添加有强化接头50的电极引线连接接头上。
图3d示出了电极可以接合到在其上添加有强化接头50的电极引线连接接头上。
参见图4，添加在电极引线连接接头上的强化接头50增强了在电极引线连接接头与电极引线60之间的接合部分的强度，从而物理地强化了接合部分。
在从电极组件的电极板延伸的电极引线连接接头的上端上，由同种或异种金属形成并且厚度比电极引线连接接头大一到三倍的强化接头50是通过支撑和焊接添加的。通过支撑添加的强化接头50和电极引线连接接头可以具有相同的厚度或不同的宽度。
添加的强化接头50可以具有3mm至5mm的宽度和2mm至4mm的长度。然而，这仅仅是示例，并且本公开不限于此。
参见图5，组装在通过支撑添加并接合到电极引线连接接头上的强化接头50上的电极引线，可以具有例如2mm至3mm的宽度和例如0.5mm至1mm的长度。然而，这仅仅是示例，并且本公开不限于此。本公开中的电极板的集电器可以是由铝、不锈钢和铜组成的组中的任何一种，并且电极引线可以由由铝、镍和镀镍铜组成的组中的任何一种材料形成。
参见图6，通过支撑添加到用于电极引线连接接头和电极引线的接头-引线接合部分上的强化接头50可以形成为由圆形、椭圆形和多边形组成的组中的任何一种形状。
参见图7，电极引线60可以接合到电极组件一侧上的电极引线连接接头14和24。
虽然电极引线60可以平行放置在电极引线连接接头14和24上方，但是电极引线60的一端的一部分可以焊接在电极引线连接接头14和24的上端。因此，电极引线60可以弯曲180°，因此电极引线60可以从电极引线连接接头14和24朝向电极组件的外部弯曲。
这种通过弯曲来连接电极引线连接接头14和24与电极引线60的方法可以应用于正极接头和负极接头中的至少任一个。
参见图8，电极引线60的、可以接合到从电极组件的电极板延伸的电极引线连接接头的上端的接合部分，可以具有例如2mm至3mm的宽度和例如1mm至3mm的长度。接合部分可具有1.5mm的最佳长度。然而，这仅仅是示例，并且本公开不限于此。
参见图9，电极板的集电器可以是由铝、不锈钢和铜组成的组中的任何一种，并且电极引线可以由由铝、镍或镀镍铜组成的组中的任何一种材料形成。
参见图10，具有其中上冲压段和下冲压段被重复地冲压的结构的壳体200被放置成围绕根据本公开的电极组件的外部。
参见图11，在壳体上被重复地冲压的多个上冲压段和下冲压段具有重复的图案和形状，以及因此可以在弯曲、扭曲或皱折期间压缩并拉紧包括电极组件的柔性电池。
多个上冲压段和下冲压段可以在平行于电极组件和壳体的宽度的方向上连续地形成。
多个上冲压段和下冲压段可分别由上模具和下模具冲压。
围绕电极组件外部的壳体可包括基于密封部分230中的虚线在电极组件上的上壳体210和下壳体220。即，在壳体上重复地形成的多个上冲压段212和222以及多个下冲压段214和224相对于密封部分对称并被对称地冲压在上壳体210和下壳体220上。在这种状态下，密封部分以垂直对称的方式弯曲，并且然后，电极组件可以被容纳在壳体内。
可以分开上壳体210和下壳体220的密封部分可以具有例如3mm至5mm的宽度，并且实质密封可以具有例如1mm至2mm的宽度。然而，这仅仅是示例，并且本公开不限于此。
参见图12，在壳体上重复的多个上冲压段的高度h可以与在壳体上重复的多个下冲压段的高度h'相同(h＝h')。
在壳体上重复的多个上冲压段和下冲压段的高度h和h'可以在例如0.5mm至1mm的范围内并且具有0.75mm的最佳值。然而，这仅仅是示例，并且本公开不限于此。
此外，在壳体上彼此相邻的多个上冲压段的波峰之间的宽度a可以与多个下冲压段的波谷之间的宽度b相同(a＝b)，并且因此形成了波形图案。
参见图13，当形成了柔性电池的壳体被施加外力并变形到弯曲时，拉伸应力被施加到柔性电池外部的壳体上，并且压缩应力被施加到柔性电池内部的壳体上。
在柔性电池内部，由于弯曲、扭曲或皱折引起的压缩应力，重复的上冲压段的高度h增加到h至2h之间。在柔性电池外部，由于拉伸应力，重复的上冲压段的高度h降低到0至h之间。
参见图14，多个结构采用接合电极引线连接接头和电极引线的方法。也就是说，第一接头-引线接合部分具有这样的结构：其中通过在电极引线连接接头和电极引线之间添加的强化接头实施支撑和强化，并且第二接头-引线接合部分具有这样的结构：其中电极引线的一端的一部分被焊接在电极引线连接接头14和24的上端，同时电极引线在朝向电极组件的外部的相反方向上弯曲180°。图14示出了包括支撑和强化接合结构的接头-引线接合部分并且电极引线弯曲接合结构被插入到电极组件中然后通过接头-接头接合部分对准。
图15示出了根据这里公开的至少一个实施例的、包括其中插入有接头-引线接合部分并且电极同时被对准的电极组件的电池与不包括电极组件的电池之间的比较。
参见图16，在图示(左侧)中，在可以包括使用强化接头50的支撑和强化接合结构和电极引线弯曲接合结构的接头-引线接合部分被插入到电极组件中之前，在对柔性电池的弯曲试验中，电极引线连接接头与电极引线之间的接合部分发生断裂。
然而，在图示(右侧)中，在可以包括使用强化接头50的支撑和强化接合结构和电极引线弯曲接合结构的接头-引线接合部分被插入到电极组件中之后，在对柔性电池的弯曲试验期间，电极引线连接接头与电极引线之间的接合部分没有断裂。
图17示出了包括在电极组件中以将包括使用强化接头50的支撑和强化接合结构和电极-引线弯曲结构的接头-引线接合部分插入到电极组件中的电极板的示例性实施例，如这里所公开的。
包括在电极组件中的电极板包括第一电极板E1和第二电极板E2，第一电极板E1包括在两侧的所有电极引线连接接头和电极并联连接接头，第二电极板E2仅包括在一侧的电极并联连接接头。
对于第一电极板E1，涂覆有电极混合物的部分具有水平长度W和垂直长度D，以及因此具有WD的面积。电极引线连接接头具有垂直长度D'。
对于第二电极板E2，涂覆有电极混合物的部分具有水平长度W和垂直长度D+D'，以及因此具有W(D+D')的面积。
利用上述结构，接头-引线接合部分可以插入到电极组件中并可以在稳定地驱动电池芯的同时对准。
下文中，将描述包括使用强化接头50的支撑和强化接头结构和电极引线弯曲接合强化结构的柔性电池的实验条件的具体示例。
对根据本公开的柔性电池进行弯曲测试，该柔性电池具有R20电池的圆柱形结构以测试弯曲性能。具体地，重复测试5000次，并确认柔性电池具有90％或以上的容量保持率。
具体的操作环境如下表1所示。
[表1]
本公开使得可以实施稳定的柔性电池，其中当电极引线和电极引线连接接头被组装到一起并且组合有电极引线弯曲接头结构时，形成为具有预定厚度的金属板的强化接头被放置在电极引线和包括在电极引线中的电极引线连接接头之间，以及因此，通过使由柔性电池弯曲引起的局部机械负载最小化，可以保持电化学性能。
Claims (6)
1.一种柔性电池，包括：
具有一个或多个单元电池芯的电极组件，每个单元电池芯包括：
具有不同极性的电极板对，其间插入有隔板；以及
电极接头，其从相应的电极板突出并且未涂覆电极混合物；强化接头，其被焊接并固定在被包括在所述电极组件中的电极接头中的任何一个电极引线连接接头上；以及
电极引线对，每个分别被焊接在所述强化接头和另一个电极引线连接接头上，
其中，所述电极引线对中的任何一个被焊接在被添加到所述电极引线连接接头与所述电极引线之间的所述强化接头上，并且然后被连接到所述电极引线连接接头，
其中，所述电极引线对中的另一个在朝向电极组件的外侧的相反的方向上弯曲180°同时在朝向电极组件的方向上焊接在电极引线连接接头上；以及
电极接头中的电极并联连接接头连接了多个堆叠的电极板中具有相同极性的电极板。
2.根据权利要求1所述的柔性电池，其中，在接头-接头接合部分处，具有相同极性的电极板通过电极并联连接接头彼此并联电连接，所述接头-接头接合部分用胶带粘接到覆盖了放置在所述电极组件的最上端或最下端处的最外面的电极板的外表面的隔板上。
3.根据权利要求1所述的柔性电池，还包括：
壳体，具有上冲压段和下冲压段被重复地冲压以围绕所述电极组件的外部的结构。
4.根据权利要求3所述的柔性电池，其中，所述多个上冲压段和所述下冲压段在平行于所述电极组件和所述壳体的宽度的方向上连续地形成。
5.根据权利要求1所述的柔性电池，其中，
使用所述强化接头进行支撑和强化并位于所述电极引线连接接头与所述电极引线之间的接头-引线接合部分被插入到所述电极组件中，并且
包括电极引线弯曲接合结构的接头-引线接合部分被插入到所述电极组件中。
6.根据权利要求5所述的柔性电池，其中，
被包括在所述电极组件中的所述电极板包括第一电极板E1和第二电极板E2，所述第一电极板E1包括两侧上的所有所述电极引线连接接头和所述电极并联连接接头，所述第二电极板E2仅包括一侧上的所述电极并联连接接头，并且
将电极混合物涂覆到所述第二电极板E2上以覆盖所述第一电极板E1的所述电极引线连接接头。
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