CN110495008A - 用于袋形二次电池的防裂缝密封块、利用该防裂缝密封块制造的袋形电池壳体及密封袋形电池壳体的方法 - Google Patents

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Abstract

本文公开一种用于密封袋形二次电池的密封块，该密封块包括：主体单元，通过给该主体单元施加热量和/或压力，该主体单元密封电池壳体的伸出电极端子的外边缘和电池壳体的与该伸出电极端子的外边缘平行的外边缘；和垂直地连接至主体单元的一个表面的防褶皱单元，该防褶皱单元包括与电极组件容纳单元的圆角对应的曲线结构，进一步包括用于将防褶皱单元的曲线结构连接至主体单元的延伸部分。可在经由延伸部分将防褶皱单元放置成与电极组件容纳单元相邻的状态下进行密封。结果，电池壳体的与电极组件容纳单元的角部相邻的外边缘被熔融，使得在该外边缘处形成密封部分。因此，电池壳体的密封部分被固定，从而防止电池壳体变形并防止在电池壳体中形成褶皱。

Description

用于袋形二次电池的防裂缝密封块、利用该防裂缝密封块制 造的袋形电池壳体及密封袋形电池壳体的方法
技术领域
本申请要求享有于2017年10月17日在韩国知识产权局递交的第2017-0134309号韩国专利申请的权益，通过引用将该韩国专利申请的公开内容整体并入本文。
本发明涉及一种能够防止在电池壳体中产生裂缝的用于袋形二次电池的密封块、使用该密封块制造的袋形电池壳体及密封袋形电池壳体的方法，更特定而言，涉及一种用于密封袋形二次电池的密封块，该密封块包括主体单元和垂直地连接至主体单元的一个表面的防褶皱单元，通过给主体单元施加热量和/或压力，主体单元密封电池壳体的伸出电极端子的外边缘和电池壳体的与该伸出电极端子的外边缘平行的外边缘，防褶皱单元包括与电极组件容纳单元的圆角对应的曲线结构，其中防褶皱单元进一步包括用于将防褶皱单元的曲线结构连接至主体单元的延伸部分。
背景技术
基于电池壳体的形状，锂二次电池可分为圆柱形电池、棱形电池和袋形电池。圆柱形电池是构造为具有电极组件安装于金属罐中的结构的电池。棱形电池也是构造为具有电极组件安装于金属罐中的结构的电池。袋形电池是构造为具有电极组件通常安装于由铝层压片制成的袋形电池壳体中的结构的电池。在这些电池单元当中，能够以高集成度堆叠、具有高的每单位重量的能量密度、较便宜且能被容易修改的袋形电池已受到高度重视。
袋形电池壳体可分为其中上壳体和下壳体能够彼此分离的可分离的电池壳体、或者其中上壳体和下壳体彼此连接的一体的电池壳体。由于近些年对高容量二次电池的需求已经增大，因此已经使用构造为具有其中在彼此分离的上壳体和下壳体中的每一个中形成电极组件容纳单元以容纳较厚的电极组件的结构的电池壳体。
为了密封电池壳体，上壳体和下壳体被放置成使得它们的外边缘彼此面对，并且除用于排出气体的一些外边缘(形成为未密封部分)之外的其他外边缘被密封。通过该未密封部分，气体从电池壳体排出并且电解质溶液被引入到电池壳体中。
在制造二次电池时，重复进行充电、放电和除气过程。当在真空和减压状态下进行除气过程时，压力集中在形成于电池壳体中的容纳电极组件的凹陷单元的角部上。结果，电池壳体的在凹陷单元的角部附近的部分发生变形和扭曲，由此在电池壳体中形成褶皱(crack)。
作为重复的真空减压和膨胀的结果，电池壳体的相应部分由于褶皱而撕裂，从而作为可能在电池壳体中开始形成开口的起源(sead)。因而，电池壳体出现缺陷。
图1是示出常规密封块的平面图，图2是示出在除气之前和除气之后，在形成于利用图1的密封块制造的电池壳体中的电极组件容纳单元的角部处产生裂缝的状态的照片。
参照图1和图2，密封块10包括主体单元11和凸出单元12，主体单元11形成为当在平面图中观看时具有细长的矩形形状，凸出单元12从主体单元11的一侧垂直地凸出。凸出单元12设置在主体单元11的面对电极组件的一个表面上并且具有曲面13。
在使用构造为具有上述结构的密封块制造电池壳体的情况下，在除气之前，褶皱20形成在电极组件容纳单元的角部处。结果，在相邻表面之间形成特定角度，从而形成弯折部分。在电池壳体经历真空减压和加压过程的情况下，应力集中在形成在电极组件容纳单元的角部处的褶皱20上。结果，在电极组件容纳单元的角部处产生裂缝30，如示出除气之后的状态的照片所示。
为了防止在电池壳体的凹陷单元的角部附近形成褶皱，利用了图1所示的密封块，即一般以字母表字母r的形状形成的密封块；然而，在此情况下，不能完全解决上述问题。
与此相关，韩国专利申请公开案第2016-0026060号公开了一种包括用于在袋形壳体构件之内密封袋形壳体构件的内部的密封区域层和形成在袋形壳体构件之外的未密封区域层的聚合物电池，未密封区域层设置有具有比袋形壳体构件的周边大的厚度的截面暴露部分，韩国专利申请公开案第2013-0092800号公开了一种构造为具有其中膜被贴附至容纳在电池壳体中的电池单元的角部的结构的电池单元。然而，这些公开案都没有提出用于防止在电池壳体的电极组件容纳单元的角部处形成褶皱的任何明显的方案。
因此，存在对能够在制造袋形电池时防止在容纳电极组件的凹陷单元的角部处形成褶皱的技术的迫切需求。
发明内容
技术问题
鉴于上述问题和尚未解决的其他技术问题做出本发明，本发明的目的是提供一种用于防止在安装有电极组件的袋形电池壳体的圆角中形成褶皱/裂缝(crack)的密封块、使用该密封块制造的袋形电池壳体及密封袋形电池壳体的方法。
技术方案
根据本发明的一个方面，可通过提供用于密封袋形二次电池的密封块实现上述及其他目的，所述密封块包括：
主体单元，通过给所述主体单元施加热量和/或压力，所述主体单元密封电池壳体的伸出电极端子的外边缘和所述电池壳体的与所述伸出电极端子的外边缘平行的外边缘；和垂直地连接至所述主体单元的一个表面的防褶皱单元，所述防褶皱单元包括与电极组件容纳单元的圆角对应的曲线结构，
其中所述防褶皱单元进一步包括用于将所述防褶皱单元的所述曲线结构连接至所述主体单元的延伸部分。
随着对高输出、大容量的二次电池的需求增大，电极组件的厚度增大，并且为了容纳变厚的电极组件，容纳电极组件的凹陷单元的深度亦增大。考虑到由包括树脂层和金属层的层压片制成的电池壳体的性质，为了形成较深的凹陷单元，电池壳体的厚度会增大。然而，在此情况下，电池的容量会减小，这是不期望的。为此，将容纳电极组件的凹陷单元形成在上壳体和下壳体中，由此可容纳较厚的电极组件。具有以上结构的电池壳体可用作高容量二次电池的电池壳体。
电极组件可以是：构造为具有长片型正极和长片型负极在隔膜分别夹在正极与负极之间的状态下进行卷绕的结构的果冻卷型(卷绕型)电极组件；构造为具有切割成具有预定尺寸的多个正极和切割成具有预定尺寸的多个负极在隔膜分别夹在正极与负极之间的状态下顺序地堆叠的结构的堆叠型电极组件；构造为具有使用隔离片卷绕双电池(Bi-cell)或全电池(Full cell)的结构的堆叠/折叠型电极组件，每个双电池或全电池构造为具有预定数量的正极和负极在隔膜分别设置在正极与负极之间的状态下进行堆叠的结构；或构造为具有双电池或全电池在隔膜分别设置在双电池或全电池之间的状态下进行堆叠和层压的结构的层压/堆叠型电极组件。
堆叠型电极组件、堆叠/折叠型电极组件和层压/堆叠型电极组件可构造为具有正极接片和负极接片从矩形电极板在相反方向上伸出的结构，或者可构造为具有正极接片和负极接片从矩形电极板的同一侧伸出的结构。在制造大容量二次电池的情况下，可使用构造为具有正极接片和负极接片在相反方向上伸出的结构的电极组件以实现与外部装置的分别连接。
在袋形电池壳体制造期间，在将电极组件放入电池壳体中、将电池壳体的除电池壳体的外边缘中的一个外边缘之外的其他外边缘密封以从电池壳体排出气体、并且将电解质溶液注入到电池壳体中之后，进行多次放电、充电和除气过程以激活电池。此时，由于为了从电池壳体排出气体进行的真空减压而导致电池壳体变形和扭曲，从而在电池壳体中形成褶皱。
特别是，由于为了形成凹陷单元，安装有电极组件的凹陷单元的角部被拉伸，因此凹陷单元的角部的厚度小于凹陷单元的其他部分的厚度。结果，当电池壳体经受真空减压过程时可在凹陷单元的角部处容易地形成褶皱。
如本发明中那样，在密封块包括具有与电极组件容纳单元的圆角对应的曲线结构的防褶皱单元并且防褶皱单元进一步包括从位于电池壳体的与电池壳体的放置电极端子的外边缘平行的外边缘处的主体单元延伸的延伸部分以将防褶皱单元的曲线结构连接至主体单元的情况下，由于延伸部分，密封部分可形成为与电极组件容纳单元的角部相邻，因此可最小化电池壳体的变形。因此，可防止在电极组件容纳单元的角部处形成褶皱。
因此，可解决由于电池壳体中形成的褶皱，因除气而导致电池壳体被撕裂的问题，由此可显著减小袋形电池壳体的缺陷率。
在具体示例中，考虑到主体单元是用于密封电池壳体的放置电极端子的外边缘以及电池壳体的与放置电极端子的外边缘平行的外边缘的部件的事实，主体单元可构造为具有这样的结构，即包括与形成在电池壳体的放置电极端子的外边缘处的密封部分相对的表面的结构。具体地，主体单元可以以包括当在平面图中观看时的矩形外表面的方柱形状形成。
延伸部分可从主体单元凸出从而延伸至电极组件容纳单元的圆角。结果，由于延伸部分，防褶皱单元的曲线结构可被放置成与电极组件容纳单元的角部相邻。因此，在利用具有上述结构的密封块制造电池壳体的情况下，形成在电池壳体的外边缘处的密封部分可延伸到电极组件容纳单元的圆角的边界，由此可更有效地防止在电极组件容纳单元的角部中形成褶皱。
通常，当在袋形电池的制造期间进行除气过程以从电池壳体排出气体时，电池壳体的排出气体的开放的外边缘形成为比电池壳体的与电池壳体的开放的外边缘(即电池壳体的密封的外边缘)相对的外边缘进一步向内凹陷。因此，必须进一步提供能够防止电池壳体的排出气体的外边缘变形的技术。防褶皱单元可位于电极组件容纳单元的排出气体的外边缘的相对的端部的角部中每一个处。
在密封块的防褶皱单元位于电极组件容纳单元的排出气体的外边缘的相对的端部的角部中的每一个处的情况下，可防止在电极组件容纳单元的排出气体的外边缘的相对的端部的角部中形成褶皱，从而可显著地减小电池壳体的缺陷率。
在具体示例中，密封块可包括：第一密封块，第一密封块的主体单元位于电池壳体的与电极端子伸出的方向平行的一侧的外边缘上；和第二密封块，第二密封块的主体单元位于电池壳体的与电池壳体的所述一侧的外边缘平行的另一侧的外边缘上，并且第一密封块和第二密封块可形成为彼此对称。
就是说，密封块可位于袋形电池壳体的与电池壳体的排出气体的外边缘相邻的相对的密封部分处。考虑到第一密封块和第二密封块位于电池壳体的与电极端子的定位方向平行的外边缘的相对的端部处以及形成在电极组件的相对侧的密封部分基于与其中电极端子从电极组件伸出的电池壳体的长轴方向垂直的电极组件的中部彼此对称的事实，第一密封块和第二密封块可形成为彼此对称。
另外，密封块可进一步包括位于第一密封块与第二密封块之间用于使第一密封块和第二密封块彼此连接的第三密封块。第三密封块可独立于第一密封块和第二密封块。
就是说，第三密封块位于与袋形电池壳体的长轴方向对应的位置处。在第三密封块独立于第一密封块和第二密封块的情况下，可根据待密封的袋形电池壳体的长轴长度来替换第三密封块。
或者，第三密封块可连接至第一密封块和第二密封块。在其中第一密封块在第一密封块垂直于第三密封块的状态下连接至第三密封块的一端并且其中第二密封块在第二密封块垂直于第三密封块并且与第一密封块相对的状态下连接至第三密封块的另一端的情况下，可减少放置密封块以用于密封电池壳体的外边缘所需的时间，因为密封块彼此连接。
根据本发明的另一个方面，提供一种利用所述密封块制造的袋形电池壳体。
所述袋形电池壳体可构造为具有以下结构：构成所述袋形电池壳体的上壳体和下壳体中的至少一个设置有电极组件容纳单元，用于排出气体的未密封部分形成在所述电极组件容纳单元的一侧的外边缘处，并且密封部分形成在所述电极组件容纳单元形成有所述用于排出气体的未密封部分的所述外边缘的相对的端部处，其中所述密封部分中的每一个密封部分具有与所述电极组件容纳单元的所述外边缘的角部的曲率半径对应的曲率半径。
所述密封部分中的每一个密封部分可形成为与所述电极组件容纳单元的所述外边缘的所述角部的边界相邻。
就是说，在根据本发明的袋形电池壳体中，密封部分形成为与所述电极组件容纳单元的所述外边缘的所述角部的边界相邻。因此，即使在二次电池的制造期间重复进行减压和加压过程以用于除气(degas)，电极组件容纳单元的外边缘中的角部中的每一个的曲线结构仍得以维持，从而可防止在电池壳体中形成褶皱。
根据本发明的另一个方面，提供一种密封袋形电池壳体的方法。
密封袋形电池壳体的方法可包括：
(a)将电极组件放入电池壳体中，并且将其中形成有电极组件容纳单元的上壳体和/或下壳体放置成使得它们的外边缘彼此对准；
(b)将根据本发明的密封块放置在所述上壳体和所述下壳体的上表面和下表面上，使得所述密封块接触所述电极组件容纳单元的角部；以及
(c)给所述密封块施加热量和/或压力以密封所述电池壳体。
具体地，步骤(b)可包括将第一密封块的主体单元放置在所述电池壳体的与电极端子伸出的方向平行的一侧的外边缘上，并且将第二密封块的主体单元放置在所述电池壳体的与所述电池壳体的所述一侧的外边缘平行的另一侧的外边缘上。
就是说，在其中电池壳体在第一密封块和第二密封块位于电池壳体的外边缘上的状态下被密封的情况下，即使在电池壳体的与电极组件容纳单元的角部相邻的区域处也形成密封部分，从而可防止在电池壳体中形成褶皱。
附图说明
图1是示出常规密封块的平面图。
图2是示出在除气之前和除气之后，在形成于利用图1的密封块制造的电池壳体中的电极组件容纳单元的角部处产生裂缝的状态的照片。
图3是示出根据本发明的实施方式的密封块的平面图。
图4是示出根据本发明的实施方式的袋形电池壳体的平面图。
图5是示出在除气之前和除气之后，在根据本发明的袋形电池壳体中未产生裂缝的状态的照片。
具体实施方式
现在，将参照附图详细描述本发明的优选实施方式，使得本发明所属领域的普通技术人员能容易地实施本发明的优选实施方式。然而，在详细描述本发明的优选实施方式的工作原理时，当本文并入的已知功能和构造的详细描述可能使本发明的主旨模糊不清时，将省去对其的详细描述。
整个附图中将尽可能使用相同的参考标记来表示执行相似功能或操作的部件。另外，在本发明的下面的描述中的一个部件“连接”至另一部件的情况下，不仅该一个部件可直接连接至该另一部件，而且该一个部件可经由另外的部件间接连接至该另一部件。此外，除非另外提及，“包括”某一元件并不意指排除其他元件，而是可进一步包括其他元件。
现在将详细参照本发明的优选实施方式，其示例示于附图中。
图3是示意地示出根据本发明的实施方式的密封块的平面图。
参照图3，密封块100包括第一密封块110、第二密封块120和第三密封块130。
第一密封块110包括主体单元111和垂直地连接至主体单元111的一个表面的防褶皱单元112，通过给主体单元111施加热量和/或压力，主体单元111密封电池壳体的伸出电极端子的外边缘和电池壳体的与伸出电极端子的外边缘平行的外边缘，防褶皱单元112包括与电极组件容纳单元的圆角对应的曲线结构114。防褶皱单元112进一步包括用于将曲线结构114连接至主体单元111的延伸部分113。
第二密封块120包括主体单元121和垂直地连接至主体单元121的一个表面的防褶皱单元122，通过给主体单元121施加热量和/或压力，主体单元121密封电池壳体的伸出电极端子的外边缘和电池壳体的与伸出电极端子的外边缘平行的外边缘，防褶皱单元122包括与电极组件容纳单元的圆角对应的曲线结构124。防褶皱单元122进一步包括用于将曲线结构124连接至主体单元121的延伸部分123。
第一密封块110和第二密封块120形成为彼此对称。第一密封块的一端和第二密封块的一端分别位于第三密封块130的相对的端部处。
第三密封块130可独立于第一密封块110和第二密封块120，从而与第一密封块110和第二密封块120分开，或者第三密封块130可固定地连接至第一密封块110和第二密封块120。
图4是示意地示出根据本发明的实施方式的袋形电池壳体的平面图。
参照图4，袋形电池壳体200的一侧设置有电极组件容纳单元240，并且左外边缘密封部分210、右外边缘密封部分220和下外边缘密封部分230形成在电极组件容纳单元240的外边缘处。
没有密封部分沿气体排出方向250形成在电极组件容纳单元240的外边缘的中部，但从左外边缘密封部分210延伸的角部密封部分212沿气体排出方向250形成在电极组件容纳单元240的外边缘的相对的端部中的一个端部处。包括曲面214和连接部分213的角部密封部分212形成为与电极组件容纳单元的角部241相邻，曲面214具有与电极组件容纳单元的角部241的曲率半径对应的曲率半径，连接部分213用于将曲面214连接至左外边缘密封部分210。
此外，从右外边缘密封部分220延伸的角部密封部分222沿气体排出方向250形成在电极组件容纳单元240的外边缘的相对的端部中的另一个端部处。包括曲面224和连接部分223的角部密封部分222形成为与电极组件容纳单元的角部242相邻，曲面224具有与电极组件容纳单元的角部242的曲率半径对应的曲率半径，连接部分223用于将曲面224连接至右外边缘密封部分220。
如上所述，由于密封部分形成为与角部241和242的边界相邻，因此电池壳体的与角部241和242相邻的部分被以密封状态固定，由此电池壳体不会容易变形。因此，当使用该电池壳体的电池单元经历除气过程时，可防止电池壳体出现褶皱或裂缝。
下文中，将参照以下示例描述本发明。此示例仅被提供用于说明本发明而不应被解释为限制本发明的范围。
<示例>
将构造为具有正极与负极之间插置有隔膜的结构并且具有10mm的厚度的堆叠型电极组件放入电池壳体中，并且将上壳体和下壳体放置成使得它们的外边缘彼此对准。电池壳体构造为具有电极组件容纳单元形成于上壳体和下壳体中的结构。电极组件构造为具有正极端子和负极端子在不同方向上伸出的结构。
将图3的密封块放置在上壳体和下壳体的上外边缘和下外边缘处，使得密封块的防褶皱单元的曲面接触电极组件容纳单元的角部。
将热量和压力施加到密封块以密封除电池壳体的一个外边缘之外的电池壳体的其他外边缘。
使用诸如光学显微镜之类的光学测量机(OMM)测量电池壳体的未密封部分的相对的端部的角部形状。测量结果在图5(除气之前的照片)中示出。
将密封的电池壳体放置在真空腔室中，并且执行三次将电池壳体减压至真空状态和将电池壳体加压至正常压力的除气过程。
从真空腔室移除电池壳体，使用光学显微镜测量电池壳体的未密封部分的相对的端部的角部形状。测量结果在图5(除气之后的照片)中示出。
参照图5，可以看出在角部处形成曲线结构，这与图2所示的在角部处形成具有褶皱的角结构的情况不同。
此外，在除气过程之后观察到角部的变形，即角部的曲率半径减小；然而，没有发现形成特定角度时的褶皱弯折。
因此，即使对电池壳体执行三次或更多次减压和加压过程，也没有发现可产生裂缝的起源，由此可防止电池壳体的角部被撕裂。
本发明所属领域的技术人员将理解，基于以上描述，在不背离本发明的范围的情况下，各种应用和修改是可能的。
工业实用性
从以上描述显而易见的是，根据本发明的密封块包括主体单元和防褶皱单元，主体单元用于密封电池壳体的与电极端子伸出的方向平行的外边缘，防褶皱单元包括与电极组件容纳单元的圆角对应的曲线结构，其中防褶皱单元进一步包括用于将防褶皱单元的曲线结构连接至主体单元的延伸部分。在利用该密封块制造袋形电池壳体的情况下，在电极组件容纳单元的外边缘的角部处形成密封部分，从而可防止电池壳体容易变形。
因此，可防止由于作为为了从电池壳体排出气体进行的电池壳体的重复真空减压的结果的在凹陷单元的角部上的应力集中而导致在凹陷单元的角部处形成褶皱。

Claims (11)

1.一种用于密封袋形二次电池的密封块，所述密封块包括：
主体单元，通过给所述主体单元施加热量和/或压力，所述主体单元密封电池壳体的伸出电极端子的外边缘和所述电池壳体的与所述伸出电极端子的外边缘平行的外边缘；和
垂直地连接至所述主体单元的一个表面的防褶皱单元，所述防褶皱单元包括与电极组件容纳单元的圆角对应的曲线结构，其中
所述防褶皱单元进一步包括用于将所述防褶皱单元的所述曲线结构连接至所述主体单元的延伸部分。
2.根据权利要求1所述的密封块，其中所述主体单元以包括当在平面图中观看时的矩形外表面的方柱形状形成。
3.根据权利要求1所述的密封块，其中所述延伸部分从所述主体单元凸出以延伸到所述电极组件容纳单元的所述圆角。
4.根据权利要求1所述的密封块，其中所述防褶皱单元位于所述电极组件容纳单元的排出气体的外边缘的相对的端部的角部中的每一个角部处。
5.根据权利要求1所述的密封块，其中
所述密封块包括：第一密封块，所述第一密封块的主体单元位于所述电池壳体的与所述电极端子伸出的方向平行的一侧的外边缘上；和第二密封块，所述第二密封块的主体单元位于所述电池壳体的与所述电池壳体的所述一侧的外边缘平行的另一侧的外边缘上，并且
所述第一密封块和所述第二密封块形成为彼此对称。
6.根据权利要求5所述的密封块，其中所述密封块进一步包括用于使所述第一密封块和所述第二密封块彼此连接的第三密封块。
7.根据权利要求6所述的密封块，其中所述第三密封块独立于所述第一密封块和所述第二密封块，或者所述第三密封块连接至所述第一密封块和所述第二密封块。
8.一种利用根据权利要求1至7中的任一项所述的密封块制造的袋形电池壳体，在所述袋形电池壳体中：
构成所述袋形电池壳体的上壳体和下壳体中的至少一个设置有电极组件容纳单元，
用于排出气体的未密封部分形成在所述电极组件容纳单元的一侧的外边缘处，并且
密封部分形成在所述电极组件容纳单元的形成有所述用于排出气体的未密封部分的所述外边缘的相对的端部处，其中所述密封部分中的每一个密封部分具有与所述电极组件容纳单元的所述外边缘的角部的曲率半径对应的曲率半径。
9.根据权利要求8所述的袋形电池壳体，其中所述密封部分中的每一个密封部分形成为与所述电极组件容纳单元的所述外边缘的所述角部的边界相邻。
10.一种密封袋形电池壳体的方法，所述方法包括：
(a)将电极组件放入所述电池壳体中，并且将其中形成有电极组件容纳单元的上壳体和/或下壳体放置成使得它们的外边缘彼此对准；
(b)将根据权利要求5至7中的任一项的密封块放置在所述上壳体和所述下壳体的上表面和下表面上，使得所述密封块接触所述电极组件容纳单元的角部；以及
(c)给所述密封块施加热量和/或压力以密封所述电池壳体。
11.根据权利要求10所述的方法，其中步骤(b)包括将第一密封块的主体单元放置在所述电池壳体的与电极端子伸出的方向平行的一侧的外边缘上，并且将第二密封块的主体单元放置在所述电池壳体的与所述电池壳体的所述一侧的外边缘平行的另一侧的外边缘上。
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