CN110612629B - 包括焊接杆的圆柱形二次电池 - Google Patents

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Abstract

本文公开了一种圆柱形二次电池，包括：果冻卷型电极组件，果冻卷型电极组件配置为具有其中长片型正极和长片型负极在隔膜夹在正极与负极之间的状态下卷绕的结构；用于容纳果冻卷型电极组件的圆柱形电池壳体；和安装到圆柱形电池壳体的开放的上端的盖组件，其中在所述圆柱形电池壳体的底表面上形成有焊接杆以便使与焊接杆与底表面垂直。

Description

包括焊接杆的圆柱形二次电池
技术领域
本申请要求享有于2017年12月21日递交的韩国专利申请第2017-0176822号的优先权和权益，通过引用将该韩国专利申请的公开内容整体并入本文。
本发明涉及一种包括焊接杆的圆柱形二次电池，更特定而言，涉及一种配置为具有其中在圆柱形电池壳体的底表面上形成有与该底表面垂直的焊接杆的结构，以将果冻卷型电极组件容易地焊接到电池壳体并且确保焊接强度的圆柱形二次电池。
背景技术
随着移动装置的持续发展和对移动装置的需求的增大，能够充电和放电的二次电池已广泛用作移动装置的能源。此外，已开发电动车辆和混合动力电动车辆来解决由使用化石燃料的现有汽油和柴油车辆导致的诸如空气污染之类的问题，二次电池作为电动车辆和混合动力电动车辆的能源已受到显著关注。
通常，基于电池壳体的形状，二次电池分为具有安装在圆柱形金属罐中的电极组件的圆柱形电池、具有安装在棱柱形金属罐中的电极组件的棱柱形电池和具有安装在由铝层压片制成的袋形壳体中的电极组件的袋形电池。
安装在电池壳体中的电极组件是包括正极、负极和夹在正极与负极之间的隔膜且能被充电和放电的电力产生元件。电极组件分为果冻卷型电极组件或堆叠型电极组件，果冻卷型电极组件配置为具有其中被施加活性材料的长片型正极和长片型负极在隔膜设置于正极与负极之间的状态下卷绕的结构，堆叠型电极组件配置为具有其中具有预定尺寸的多个正极和具有预定尺寸的多个负极在隔膜分别设置在这些正极与负极之间的状态下顺序堆叠的结构。果冻卷型电极组件的优点在于，果冻卷型电极组件易于制造并且果冻卷型电极组件具有高的每单位重量的能量密度。因此，果冻卷型电极组件已广泛用于必须应用高容量二次电池的领域。
圆柱形电池被制造为具有其中果冻卷型电极组件与电解质溶液一起被容纳在圆柱形电池壳体中的结构。通常，从果冻卷型电极组件向上伸出的正极接片连接到盖组件，使得顶盖用作正极端子，从果冻卷型电极组件向下伸出的负极接片连接到电池壳体，使得电池壳体用作负极端子。
由于负极接片通常通过焊接而附接到电池壳体的底表面，因此在焊接工序期间防止对电极组件的损坏是重要的。然而，为了防止对电极组件的损坏，难以使用激光焊接。
为此，使用电阻焊接来焊接负极接片，并且在将焊条插入到果冻卷型电极组件的中心部分中限定的空的空间中的状态下进行焊接。考虑到果冻卷型电极组件的中心部分的尺寸和形状来应用焊条。因此，在将负极接片焊接到电池壳体时，难以应用通用的焊条。
与此相关，专利文献1公开了一种配置为具有其中使用激光将负极接片焊接到圆柱形电池壳体的底板的结构的圆柱形锂二次电池，其中，为了焊接负极接片，将中心销插入到电极组件的中心限定的空间中以给负极接片施加压力，使得负极接片与电池壳体的底板接触。
换句话说，专利文献1中使用了激光焊接方法。然而，因为为了将负极接片焊接到电池壳体的底板而使用了诸如中心销和推送器之类的单独的构件，所以工艺效率较低。
专利文献2公开了一种配置为具有其中负极接片被固定到电池罐的开口侧端的内周表面的结构的圆柱形锂二次电池。然而，由于果冻卷型电极组件的位置没有固定，因此电极组件的焊接部分可能会在电池使用期间损坏。
因此，在使用圆柱形二次电池的情况下，对能够防止在使用焊条以将负极接片焊接到电池壳体的底表面时对电极组件造成损坏、能够解决难以将焊条通用地应用于各种尺寸的电极组件的问题并且能够固定电极组件的位置的技术存在迫切需求。
(相关技术文献)
(专利文献1)韩国专利申请公开案第2005-0122682号
(专利文献2)韩国专利申请公开案第2016-0132567号
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。在使用配置为具有其中在圆柱形电池壳体的底表面上形成有与该底表面垂直的焊接杆的结构的圆柱形二次电池的情况下，负极接片被焊接到焊接杆，由此电池壳体用作负极端子，并且即使使用焊条也可避免对电极组件的损坏。
此外，焊接杆位于电池壳体的中心部分处，由此将果冻卷型电极组件的位置固定在电池壳体中，并因此可降低电极组件由于受到外部冲击而被损坏的可能性。
技术方案
根据本发明的一方面，可通过提供一种圆柱形二次电池实现上述及其他目的，所述圆柱形二次电池包括：果冻卷型电极组件，所述果冻卷型电极组件配置为具有其中长片型正极和长片型负极在隔膜夹在所述正极与所述负极之间的状态下卷绕的结构；用于容纳所述果冻卷型电极组件的圆柱形电池壳体；和安装到所述圆柱形电池壳体的开放的上端的盖组件，其中在所述圆柱形电池壳体的底表面上形成有与所述底表面垂直的焊接杆。
通常，圆柱形二次电池使用配置为具有其中长片型正极和长片型负极在隔膜夹在所述正极与所述负极之间的状态下卷绕的结构的果冻卷型电极组件，并且正极接片和负极接片附接到果冻卷型电极组件。正极接片向上延伸以便连接到盖组件，负极接片向下延伸以便连接到电池壳体的下表面。
然而，在根据本发明的圆柱形二次电池中，在圆柱形电池壳体的底表面上形成有与该底表面垂直的具有圆柱体形状或多边形棱柱形状的焊接杆。果冻卷型电极组件的正极接片连接到盖组件，而果冻卷型电极组件的负极接片连接到焊接杆。特别是，负极接片可连接到焊接杆的最上端。
如上所述，用于焊接负极接片的焊接杆形成在电池中。因此，在将负极接片连接到电池壳体的底表面的工序中损坏果冻卷型电极组件的常规问题可得以解决。
此外，焊接杆在与盖组件隔离的状态下连接到圆柱形电池壳体的底表面。因此，电池壳体可以以与传统工序相同的方式用作负极端子。
焊接杆位于果冻卷型电极组件的卷绕中心。由于果冻卷型电极组件位于焊接杆与电池壳体之间限定的空间中，因此可获得固定果冻卷型电极组件的位置的效果。因此，可防止由于因电极组件在二次电池使用期间错位或由外部冲击引起的电极组件的焊接部分的损坏而导致的短路的发生。
焊接杆的长度可等于或大于果冻卷型电极组件的沿其卷绕轴线方向的长度。由于焊接杆的上端位于果冻卷型电极组件的上端，因此可易于焊接负极接片。此外，由于焊接杆的上端形成为与电池壳体的底部平行的平坦表面，因此确保了焊接杆的焊接表面，由此可提高可焊接性。
此外，如上所述，焊接是针对具有延伸以便向上伸出的结构的焊接杆进行的，由此可在不使用诸如焊条之类的单独工具的情况下应用各种焊接方法。例如，负极接片可通过电阻焊接、超声波焊接和激光焊机中的任何一种连接到焊接杆。
根据本发明的圆柱形二次电池使用配置为具有其中正极接片和负极接片向上延伸的结构的果冻卷型电极组件。因此，为了防止正极接片与负极接片之间的接触，优选将正极接片和负极接片设置成在卷绕状态中彼此间隔开。特别是，果冻卷型电极组件的正极接片可附接到正极片的卷绕起始部分，并且果冻卷型电极组件的负极接片可附接到负极片的卷绕结束部分。因此，在正极片和负极片进行卷绕的情况下，正极接片位于电极组件的中心部分处，而负极接片位于电极组件的外侧部分处。
然而，正极接片和负极接片的位置或数量没有特别限制，只要可应用于防止正极接片与负极接片之间的接触的结构或布置即可。
在具体示例中，圆柱形二次电池可配置为具有其中圆柱体形状或多边形棱柱形状的焊接杆被附接到圆柱形电池壳体的底表面的结构。在此情况下，需要形成圆柱形电池壳体并将焊接杆附接到电池壳体的底表面的工序。
在另一具体示例中，焊接杆可配置为具有其中圆柱形电池壳体的底表面的中心部分延伸以便向上伸出的结构。
换句话说，当在平面图中观看时，圆柱形电池壳体的底表面可形成为环状物形状，并且圆柱形电池的底表面的中心部分可向上延伸，使得焊接杆配置为具有其中焊接杆的底表面是开放的形状。
根据本发明的另一方面，提供一种包括圆柱形二次电池的电池组。
具体地，所述电池组可用作需要承受高温的能力、长寿命、高倍率特性等的装置的电源。所述装置的具体示例可包括移动电子装置(mobile device)，可穿戴电子装置(wearable device)，由电池供电电机驱动的电动工具(power tool)，诸如电动车辆(Electric Vehicle，EV)、混合动力电动车辆(Hybrid Electric Vehicle，HEV)或插电式混合动力电动车辆(Plug-in Hybrid Electric Vehicle，PHEV)之类的电动汽车，诸如电动自行车(E-bike)或电动滑板车(E-scooter)之类的电动两轮车，电动高尔夫球车(electricgolf cart)和能量储存系统(Energy Storage System)。然而，本发明不限于此。
所述装置的结构和制造方法是本发明所属技术领域中所熟知的，因此将省略其详细描述。
附图说明
图1是示出根据本发明的实施方式的圆柱形电池壳体的透视图。
图2是示出根据本发明的实施方式的果冻卷型电极组件在卷绕之前的平面图。
图3是示出根据本发明的实施方式的圆柱形二次电池的垂直截面图。
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，使得本发明的优选实施方式能被本发明所属领域的普通技术人员容易地实施。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题模糊不清时，将省略该详细描述。
在整个附图中将尽可能使用相同的参考标号表示执行类似功能或操作的部件。另外，在本发明的下面的描述中，在一个部件被表述为“连接”到另一部件的情况下，该一个部件不仅可直接连接到该另一部件，而且该一个部件可经由另外的部件而间接连接到该另一部件。此外，除非另外提及，“包括”某一元件并不是指排除其他元件，而是指还可包括这些元件。
现在将详细参照本发明的优选实施方式，其示例绘示于附图中。
图1是示意地示出根据本发明的实施方式的圆柱形电池壳体的透视图。
参照图1，由参考标号100表示的电池壳体配置为具有开放上表面的圆柱形结构，焊接杆110被形成为具有其中电池壳体的底表面101的中心部分102延伸以便向上伸出的结构。
焊接杆110以圆柱体的形式示出。或者，焊接杆可以以多边形棱柱的形式来配置。焊接杆的上表面111形成为与电池壳体的底部平行的平坦表面。
焊接杆110的底表面102形成为开放。然而，在其中将圆柱形焊接杆添加到电池壳体的圆形底表面101的结构中，焊接杆110的底表面102形成为不开放。
图2是示意地示出根据本发明的实施方式的果冻卷型电极组件在卷绕之前的平面图。
参照图2，示出了由参考标号200表示的果冻卷型电极组件。正极210、隔膜220、负极230和隔膜240在堆叠的状态下沿箭头指示的方向进行卷绕，从而形成果冻卷型电极组件。
正极210配置成使得正极混合物层212被涂覆在长片型正极集流体211的相对表面中的每一个上并且使得正极接片213被附接到正极集流体的其上未涂覆正极混合物层212的未涂覆部分上以便向上伸出。
负极230配置成使得负极混合物层232被涂覆在长片型负极集流体231的相对表面中的每一个上并且使得负极接片233被附接到负极集流体的其上未涂覆负极混合物层232的未涂覆部分上以便向上伸出。
图3是示意地示出根据本发明的实施方式的圆柱形二次电池的垂直截面图。
参照图3，由参考标号300表示的圆柱形二次电池配置为具有其中图2的果冻卷型电极组件200以卷绕状态容纳在电池壳体310中的结构。
电池壳体310配置为具有图1所示的电池壳体100的形式。电池壳体的底表面的中心部分向上延伸以便形成焊接杆330。焊接杆330配置成使得焊接杆的内部331是空的并且焊接杆的底部是开放的。
正极接片213从果冻卷型电极组件200的卷绕中心部分向上延伸以便连接到盖组件320的下表面，负极接片233从果冻卷型电极组件200的卷绕外周部分向上延伸以便通过焊接连接到焊接杆330的上表面332。
焊接杆330形成为使得焊接杆的高度等于或大于果冻卷型电极组件200的高度。因此，可易于将负极接片233焊接到焊接杆330。
本发明所属领域的技术人员将了解，在不背离本发明的范围的情况下，可基于以上描述可做出各种应用和修改。
(参考标号说明)
100：圆柱形电池壳体
101：圆柱形电池壳体的底表面
102：圆柱形电池壳体的底表面的中心部分
110：焊接杆
111：焊接杆的上表面
200：果冻卷型电极组件
210：正极
211：正极集流体
212：正极混合物层
213：正极接片
220、240：隔膜
230：负极
231：负极集流体
232：负极混合物层
233：负极接片
300：圆柱形二次电池
310：电池壳体
320：盖组件
330：焊接杆
331：焊接杆的内部
332：焊接杆的上表面
工业实用性
从上面的描述显而易见的是，配置成使得在容纳果冻卷型电极组件的圆柱形电池壳体的底表面上形成焊接杆以便使焊接杆与圆柱形电池壳体的底表面垂直的圆柱形二次电池用作根据本发明的圆柱形二次电池。因此，可易于将负极接片焊接到焊接杆，由此可避免对电极组件的损坏并且可使用各种焊接方法。
此外，由于焊接工序易于执行，因此提高了可焊接性，由此可稳定地固定负极接片。此外，由于连接到电池壳体的焊接杆位于果冻卷型电极组件的卷绕中心处，因此可固定电极组件的位置，由此可防止电极组件的焊接部分由于因外部冲击引起的电极组件的错位而被破坏。

Claims (8)

1.一种圆柱形二次电池，包括：
果冻卷型电极组件，所述果冻卷型电极组件配置为具有其中长片型正极和长片型负极在隔膜夹在所述正极与所述负极之间的状态下卷绕的结构；
用于容纳所述果冻卷型电极组件的圆柱形电池壳体；和
安装到所述圆柱形电池壳体的开放的上端的盖组件，其中
在所述圆柱形电池壳体的底表面上形成有与所述底表面垂直的焊接杆，
所述焊接杆的上端位于所述果冻卷型电极组件的上端，并且
所述果冻卷型电极组件的负极接片连接到所述焊接杆的最上端。
2.根据权利要求1所述的圆柱形二次电池，其中
所述果冻卷型电极组件的正极接片连接到所述盖组件。
3.根据权利要求1所述的圆柱形二次电池，其中所述焊接杆位于所述果冻卷型电极组件的卷绕中心。
4.根据权利要求1所述的圆柱形二次电池，其中所述焊接杆的长度等于或大于所述果冻卷型电极组件的沿其卷绕轴线方向的长度。
5.根据权利要求2所述的圆柱形二次电池，其中所述负极接片通过电阻焊接、超声波焊接或激光焊接连接到所述焊接杆。
6.根据权利要求1所述的圆柱形二次电池，其中
所述果冻卷型电极组件的正极接片附接到所述长片型正极的卷绕起始部分，并且
所述果冻卷型电极组件的负极接片附接到所述长片型负极的卷绕结束部分。
7.根据权利要求1所述的圆柱形二次电池，其中所述焊接杆配置为具有其中所述圆柱形电池壳体的所述底表面的中心部分延伸以便向上伸出的结构。
8.一种包括根据权利要求1至7中任一项所述的圆柱形二次电池的电池组。
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