CN111373565A

CN111373565A - 二次电池

Info

Publication number: CN111373565A
Application number: CN201880075038.1A
Authority: CN
Inventors: 金神中; 金大奎
Original assignee: Samsung SDI Co Ltd
Current assignee: Samsung SDI Co Ltd
Priority date: 2017-10-11
Filing date: 2018-07-31
Publication date: 2020-07-03
Also published as: EP3696873A4; KR102586879B1; EP3696873A1; KR20190040698A; US11502359B2; US20200358048A1; WO2019074199A1

Abstract

本发明的各种实施例涉及一种二次电池，其中，将要解决的技术问题是提供一种即使在垫圈由于短路和发热而熔化之后也能够保持壳体(罐)与盖组件之间的电绝缘状态的二次电池。为此，本发明提供了一种二次电池，该二次电池包括：圆柱形罐；电极组件，与电解质一起被容纳在圆柱形罐中；盖组件，用于密封圆柱形罐；以及垫圈，置于圆柱形罐与盖组件之间，其中，垫圈进一步包括具有比垫圈的熔化温度高的熔化温度的绝缘构件。

Description

二次电池

技术领域

本发明的各种实施例涉及一种二次电池。

背景技术

锂离子二次电池由于包括高工作电压、每单位重量的高能量密度等的各种优点而正被广泛用于便携式电子装置以及混合动力汽车或电动车辆的电源中。

二次电池可以被分类为圆柱形类型、棱柱形类型或袋形类型。具体地，圆柱形二次电池通常包括圆柱形电极组件、结合到电极组件的圆柱形罐、注入到罐中以允许锂离子移动的电解质以及结合到罐的一侧以防止电解质的泄漏并防止电极组件的分离的盖组件。

在本背景部分中公开的上述信息仅用于增强对所描述技术的背景的理解，因此它可能包含不构成对本领域普通技术人员而言在本国已经知晓的现有技术的信息。

发明内容

技术问题

本发明的各种实施例提供了一种能够在绝缘垫圈熔化时防止圆柱形罐与盖组件之间的电短路的二次电池。

技术方案

根据各种实施例，提供了一种二次电池，该二次电池包括：圆柱形罐；电极组件，与电解质一起被容纳在圆柱形罐中；盖组件，用于密封圆柱形罐；以及垫圈，置于圆柱形罐与盖组件之间，其中，垫圈进一步包括具有比垫圈的熔化温度高的熔化温度的绝缘构件。

垫圈可以定位在圆柱形罐的卷边部和压接部之间，垫圈可以包括面对圆柱形罐的外表面和面对盖组件的内表面。

绝缘构件定位在垫圈的外表面和内表面之间。

绝缘构件可以定位在垫圈的内表面处。

绝缘构件可以定位在垫圈的外表面处。

绝缘构件可以具有弯曲以暴露于垫圈的外侧或结合到垫圈的内侧的一端。

绝缘构件可以包括表面绝缘的金属片或工程塑料片。

绝缘构件可以包括表面阳极化的铝片。

有益效果

如上所述，本发明的各种实施例提供了一种即使在垫圈由于短路和发热而熔化之后也能够在圆柱形罐(壳体)与盖组件之间保持电绝缘状态的二次电池。也就是说，根据本发明的各种实施例，二次电池还包括具有比定位在垫圈的内侧或外侧处的绝缘垫圈的熔化温度高的熔化温度的绝缘构件，从而即使当垫圈熔化时也防止圆柱形罐与盖组件之间的电短路。当然，本发明的各种实施例提供了一种尽管存在绝缘构件但仍通过防止绝缘垫圈的密封能力降低从而能够防止电解质的泄漏或湿气的渗入的二次电池。

附图说明

图1a、图1b和图1c是根据本发明的各种实施例的二次电池的透视图、剖视图和分解透视图。

图2a至图2f是示出根据本发明的各种实施例的二次电池中的圆柱形罐与盖组件之间的各种关系的剖视图。

具体实施方式

以下，将详细地描述本发明的优选实施例。

本发明的各种实施例可以以许多不同的形式实施，并且不应该被解释为限于在此阐述的示例实施例。相反，发明的这些示例性实施例被提供为使得本发明将是彻底且完整的，并且将向本领域技术人员传达发明的发明构思。

另外，在附图中，为了简洁和清楚，夸大了各种组件的尺寸或厚度。同样的附图标记始终表示同样的元件。如在此所使用的，术语“和/或”包括相关所列项中的一个或更多个的任何组合和所有组合。另外，将理解的是，当元件A被称为“连接到”元件B时，元件A可以直接连接到元件B，或者可以存在中间元件C并且元件A和元件B彼此间接地连接。

在此所使用的术语仅出于描述具体实施例的目的，而不是旨在对发明进行限制。如在此所使用的，除非上下文另外清楚地指示，否则单数形式也旨在包括复数形式。还将理解的是，术语“包含或包括”和/或它们的变型用在本说明书中时，说明存在所陈述的特征、数量、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除存在或添加一个或更多个其它特征、数量、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。

将理解的是，尽管术语第一、第二等可以在此用于描述各种构件、元件、区域、层和/或部分，但是这些构件、元件、区域、层和/或部分不应该被这些术语限制。这些术语仅用于将一个构件、元件、区域、层和/或部分与另一构件、元件、区域、层和/或部分区分开。因此，例如，在不脱离本发明的教导的情况下，下面讨论的第一构件、第一元件、第一区域、第一层和/或第一部分可以被称为第二构件、第二元件、第二区域、第二层和/或第二部分。

为了易于描述，在此可以使用诸如“在……之下”、“在……下方”、“下”、“在……上方”、“上”等的空间相对术语来描述如图中所示的一个元件或特征与另外的元件或特征的关系。将理解的是，空间相对术语旨在涵盖装置在使用或操作中的除了图中所描绘的方位之外的不同方位。例如，如果图中的装置被翻转，则被描述为“在”其它元件或特征“下方”或“之下”的元件将随后被定位为在所述其它元件或特征“上”或“上方”。因此，示例性术语“在……下方”可以涵盖上方和下方两种方位。

如图1a、图1b和图1c中所示，根据各种实施例的二次电池100包括圆柱形罐110、电极组件120、盖组件140、绝缘垫圈150和绝缘构件160。另外，本发明的二次电池100还可以包括结合到电极组件120的中心销(center pin)130。

圆柱形罐110包括基本上圆形的底部111和从底部111向上延伸给定长度的侧壁112。在二次电池的制造期间，圆柱形罐110的顶部处于打开状态。因此，电极组件120可以与电解质一起插入到圆柱形罐110中。圆柱形罐110可以由钢、钢合金、镀镍钢、镀镍钢合金、铝、铝合金或其等同物制成，但是本发明的方面不限于此。另外，为了防止盖组件140的分离，圆柱形罐110可以包括在下部向内凹进的卷边部(beading part)113和在上部向内折边的压接部(crimping part)114。

电极组件120被容纳在圆柱形罐110中。电极组件120包括：负极板121，涂覆有负极活性物质(例如，石墨或碳)；正极板122，涂覆有正极活性物质(例如，诸如LiCoO₂、LiNiO₂或LiMn₂O₄的过渡金属氧化物)；以及隔膜123，位于负极板121与正极板122之间，并且在防止负极板121与正极板122之间的电短路的同时仅使锂离子在负极板121与正极板122之间移动。负极板121、正极板122和隔膜123卷绕成基本上圆柱形构造。这里，负极板121可以包括铜(Cu)箔或镍(Ni)箔，正极板122可以包括铝(Al)箔，隔膜123可以包括聚乙烯(PE)或聚丙烯(PP)，但是本发明的方面不限于此。另外，向下突出并延伸预定长度的负极接线片124可以被焊接到负极板121，向上突出并延伸预定长度的正极接线片125可以被焊接到正极板122，反之亦然。另外，负极接线片124可以由铜或镍制成，正极接线片125可以由铝制成，但是本发明的方面不限于此。

另外，电极组件120的负极接线片124可以被焊接到圆柱形罐110的底部111。因此，圆柱形罐110可以用作负极。相反地，正极接线片125可以被焊接到圆柱形罐110的底部111。在这种情况下，圆柱形罐110可以用作正极。

另外，第一绝缘板126可以置于电极组件120与底部111之间，第一绝缘板126结合到圆柱形罐110并且具有形成在第一绝缘板126的中心处的第一孔126a和形成在第一绝缘板126的外侧处的第二孔126b。第一绝缘板126可以防止电极组件120与圆柱形罐110的底部111电接触。具体地，第一绝缘板126防止电极组件120的正极板122与底部111电接触。当由于二次电池的异常而产生大量的气体时，第一孔126a使气体穿过中心销130快速地向上移动，第二孔126b使负极接线片124从其穿过，然后使负极接线片124焊接到底部111。

另外，第二绝缘板127可以置于电极组件120与盖组件140之间，第二绝缘板127结合到圆柱形罐110并且具有定位在中心的第一孔127a和沿着第一孔127a的外侧形成的多个第二孔127b。第二绝缘板127可以防止电极组件120与盖组件140电接触。具体地，第二绝缘板127防止电极组件120的负极板121与盖组件140电接触。当由于二次电池的异常而产生大量的气体时，第一孔127a使气体快速地朝向盖组件140移动，第二孔127b中的一个使正极接线片125从其穿过，然后使正极接线片125焊接到盖组件140。另外，其余的第二孔127b可以在电解质注入工艺期间使电解质快速地流到电极组件120中。

另外，第一绝缘板126的第一孔126a和第二绝缘板127的第一孔127a中的每个具有比中心销130的直径小的直径，因此，中心销130不会由于外部冲击而与圆柱形罐110的底部111或盖组件140电接触。

成形为中空圆柱形管的中心销130可以结合到电极组件120的基本上中心部分。中心销130可以由钢、钢合金、镀镍钢、镀镍钢合金、铝、铝合金或聚对苯二甲酸丁二醇酯制成，但是本发明的方面不限于此。中心销130可以抑制电极组件120在充电和放电期间的变形，并且可以用作在二次电池100内部产生的气体的移动路径。在一些情况下，可以不安装中心销130。

盖组件140可以包括具有多个通孔141d的上盖141、安装在上盖141下的安全板143、安装在安全板143下的连接环145、结合到连接环145并具有第一通孔146a和第二通孔146b的下盖146以及固定到下盖146的底表面并电连接到正极接线片125的子板147。

当圆柱形罐110的内部压力由于诸如过充的异常而增加时，形成在上盖141中的通孔141d和形成在下盖146中的第二通孔146b可以将内部气体排放到外部。内部压力使得安全板143向上倒置并且与子板147电断路。然后，安全板143破裂，并且内部气体被排放到外部。

绝缘垫圈150以基本上圆环形状覆盖上盖141、安全板143、连接环145和下盖146，因此使这些元件以该顺序与圆柱形罐110的侧壁112顺序地电绝缘。绝缘垫圈150被构造为基本上在形成在圆柱形罐110的侧壁112上的卷边部113和压接部114之间被压缩。

绝缘垫圈150可以包括例如耐热树脂，但是本发明的方面不限于此。耐热树脂可以包括例如从由聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、聚酰亚胺(PI)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚碳酸酯(PC)和聚苯乙烯(PS)组成的组中选择的两种或更多种，但是本发明的方面不限于此。

包含在绝缘垫圈150中的耐热树脂可以具有约150℃至约250℃的熔化温度。因此，如果二次电池100的温度升高到约250℃或更高，则绝缘垫圈150会熔化。因此，如果不存在稍后将描述的绝缘构件160，则作为绝缘垫圈150的熔化的结果，在圆柱形罐110(即，压接部114)与盖组件140(即，安全板143)之间会发生直接电短路。

绝缘构件160可以定位在绝缘垫圈150的内侧或外侧处。具体地，由于绝缘构件160置于形成在圆柱形罐110的侧壁112处的压接部114与盖组件140之间，所以即使绝缘垫圈150熔化，绝缘构件160也可以防止圆柱形罐110与盖组件140(即，安全板143)直接电短路。也就是说，绝缘构件160可以防止压接部114的端部与盖组件140的安全板143直接电接触。为此，绝缘构件160可以包括但不限于例如绝缘处理过的金属或超级工程塑料。

具体地，绝缘处理过的金属可以是熔化温度为约660℃的表面阳极化的铝片。这里，表面阳极化的铝片可以用作电绝缘层。另外，绝缘处理过的金属可以在其表面上包括绝缘层，并且可以包括熔化温度为约1085℃的铜、熔化温度为约1538℃的钢或熔化温度为约1455℃的镍。

另外，超级工程塑料可以包括从由聚酰亚胺(PI)、聚砜(PSF)、聚苯硫醚(PPS)、聚酰胺酰亚胺(PAI)、聚丙烯酸酯(PAR)、聚醚砜(PES)、聚醚醚酮(PEEK)、聚醚酰亚胺(PEI)、液晶聚酯(LCP)和聚醚酮(PEK)组成的组中选择的两种或更多种材料，每种材料具有比一般工程塑料的熔化温度高的熔化温度。具体地，绝缘构件160可以包括在超级工程塑料材料之中的熔化温度为约250℃或更高的材料。

同时，电解质(未示出)被注入到圆柱形罐110中，并且使在电池的充电和放电期间通过电化学反应产生的锂离子在负极板121和正极板122中移动。电解质可以是包括锂盐和高纯度有机溶剂的混合物的非水有机电解质。另外，电解质可以是使用固体电解质的聚合物，但是本发明的方面不限于此。

以这样的方式，根据本发明的实施例的二次电池100即使在绝缘垫圈150由于短路和发热而熔化之后，也可以通过绝缘构件160保持圆柱形罐110与盖组件140之间的电绝缘状态。也就是说，根据实施例的二次电池100还包括形成在绝缘垫圈150的内侧或外侧处的绝缘构件160(绝缘构件160具有比绝缘垫圈150高的熔化温度)，因此即使在绝缘垫圈150熔化之后，绝缘构件160仍可以保留，从而防止圆柱形罐110与盖组件140之间的电短路。

图2a至图2f是示出根据本发明的各种实施例的二次电池中的圆柱形罐110与盖组件140之间的各种关系的剖视图。

盖组件140的上盖141可以包括端子部141a、弯曲部141b和延伸部141c。端子部141a是基本上平面的，正极引线接线片(未示出)连接到端子部141a。弯曲部141b从端子部141a的外围向下弯曲并且可以包括一个或更多个通孔141d。延伸部141c可以从弯曲部141b的底端水平地延伸到外侧。

盖组件140可以由从由普通铝、铝合金、钢、钢合金、镀镍钢、镀镍钢合金组成的组中选择的一种制成，但是本发明的方面不限于此。

盖组件140的安全板143包括主体143a、主体弯曲部143b和主体延伸部143c。主体143a大致定位在上盖141下，并且具有定位在其表面上的多个通气槽143d以及大致在其中心处向下突出且连接到子板144的下突起143e。主体弯曲部143b从主体143a的外围向上弯曲，然后覆盖上盖141的延伸部141c的外围。另外，主体延伸部143c从主体弯曲部143b沿水平方向向内延伸，然后覆盖上盖141的延伸部141c的顶表面。也就是说，安全板143的主体弯曲部143b覆盖上盖141的延伸部141c的一些区域。这里，定位在安全板143的端部处的主体143a、主体弯曲部143b和主体延伸部143c呈基本上U形(

或

)构造。

安全板143可以由从由普通铝、铝合金、钢、钢合金、镀镍钢、镀镍钢合金组成的组中选择的一种制成，但是本发明的方面不限于此。

同时，绝缘垫圈150紧密地粘附到安全板143的外侧。也就是说，绝缘垫圈150定位在圆柱形罐110的侧壁112的卷边部113和压接部114之间，并且被构造成大致覆盖盖组件140的安全板143的周边。绝缘垫圈150也覆盖连接环145的外围和下盖146的外围。通过绝缘垫圈150可以有效地防止电解质的泄漏和外部湿气的渗入。

详细地，绝缘垫圈150包括面对圆柱形罐110的外表面151和面对盖组件140的内表面152。更详细地，绝缘垫圈150的外表面151面对圆柱形罐110的侧壁112，绝缘垫圈150的内表面152面对盖组件140的安全板143，即，面对安全板143的主体143a、主体弯曲部143b和主体延伸部143c。

如图2a中所示，绝缘构件160被构造成基本上弯曲在绝缘垫圈150的外表面151和内表面152之间。

换句话说，绝缘构件160的一侧区域与安全板143的主体弯曲部143b基本上平行，绝缘构件160的另一侧区域与安全板143的主体延伸部143c基本上平行。绝缘构件160的这种弯曲构造可以共同地应用于本公开的所有实施例。

在正常状态下，绝缘构件160不与圆柱形罐110和盖组件140接触。另外，绝缘构件160的一端通过绝缘垫圈150暴露于外侧，并且绝缘构件160的另一端延伸到绝缘垫圈150的内侧。这里，绝缘构件160的另一端可以被构造为延伸到与安全板143的主体弯曲部143b的位置对应的位置，但是本发明的方面不限于此。

以这样的方式，相对于绝缘构件160为柔性的绝缘垫圈150可以与圆柱形罐110和盖组件140接触，从而有效地防止电解质的泄漏或湿气的渗入。另外，即使在绝缘垫圈150熔化之后，绝缘构件160仍可以保留在圆柱形罐110与盖组件140之间，从而防止圆柱形罐110与盖组件140之间的直接电短路。

接下来，如图2b中所示，可以在绝缘垫圈150的内表面152处形成绝缘构件260。也就是说，在正常状态下，绝缘构件260保持在其与安全板143的主体弯曲部143b和主体延伸部143c接触的状态。另外，绝缘垫圈150的外表面151保持在其与圆柱形罐110的侧壁112(即，压接部114)接触的状态。

因此，相对于绝缘构件260为柔性的绝缘垫圈150可以与圆柱形罐110接触，从而有效地防止电解质的泄漏或湿气的渗入。另外，即使在绝缘垫圈150熔化之后，绝缘构件260仍可以保留在圆柱形罐110与盖组件140之间，从而防止圆柱形罐110与盖组件140之间的直接电短路。

接下来，如图2c中所示，可以在绝缘垫圈150的外表面151处形成绝缘构件360。也就是说，在正常状态下，绝缘构件360保持在其与圆柱形罐110的侧壁112的压接部114大致接触的状态。这里，绝缘垫圈150的内表面152保持在其与盖组件140接触的状态，即，与安全板143的主体143a、主体弯曲部143b和主体延伸部143c接触的状态。

因此，相对于绝缘构件360为柔性的绝缘垫圈150可以与盖组件140接触，从而有效地防止电解质的泄漏或湿气的渗入。另外，即使在绝缘垫圈150熔化之后，绝缘构件360仍可以保留在圆柱形罐110与盖组件140之间，从而防止圆柱形罐110与盖组件140之间的直接电短路。

接下来，如图2d中所示，可以在绝缘垫圈150的外表面151的部分区域处形成绝缘构件460。具体地，绝缘构件460可以形成在与压接部114的端部对应的区域处。也就是说，在正常状态下，绝缘构件460保持在其与圆柱形罐110的侧壁112的压接部114的端部大致接触的状态。这里，绝缘垫圈150的内表面152保持在其与盖组件140接触的状态，即，与安全板143的主体143a、主体弯曲部143b和主体延伸部143接触的状态。

因此，相对于绝缘构件460为柔性的绝缘垫圈150可以与盖组件140接触，从而有效地防止电解质的泄漏或湿气的渗入。此外，即使在绝缘垫圈150熔化之后，绝缘构件460仍可以保留在圆柱形罐110与盖组件140之间，从而防止圆柱形罐110与盖组件140之间的直接电短路。

接下来，如图2e中所示，可以在绝缘垫圈150的外侧和内侧之间定位绝缘构件560，并且绝缘构件560的一端561被构造为面向上或面向下弯曲。利用这种构造，绝缘构件560与绝缘垫圈150之间的接触面积增大，从而进一步增强了绝缘构件560与绝缘垫圈150之间的结合力。

最后，如图2f中所示，可以在绝缘垫圈150的外表面151处形成绝缘构件660，并且可以使绝缘构件660的另一端弯曲以结合到绝缘垫圈150的内侧。利用这种构造，绝缘构件660与绝缘垫圈150之间的接触面积增大，从而进一步增强了绝缘构件660与绝缘垫圈150之间的结合力。

同时，可以通过例如但不限于嵌件成型工艺、双注射成型工艺或在单独的制作工艺之后的互组装工艺来形成绝缘垫圈150和绝缘构件(160)，但是本发明的方面不限于此。

这里，在嵌件成型工艺中，例如，将异质垫圈或二向色垫圈与包括绝缘处理过金属的绝缘构件集成在模具中，或者将垫圈与包括超级工程塑料的绝缘构件集成在模具中。也就是说，首先将包括绝缘处理过的金属或超级工程塑料的绝缘构件(160)放置在模具中，然后在高温和高压条件下将熔化的树脂(例如，绝缘垫圈150)注入到模具中，从而获得具有形成在绝缘垫圈150的内表面152、外表面151或者内表面152和外表面151两者处的绝缘构件(160)的注射成型产品。

另外，在双注射成型工艺中，例如，首先使用超级工程塑料使绝缘构件(160)注射成型，然后将熔化的树脂(例如，绝缘垫圈150)注入到绝缘构件(160)的一侧或者然后将熔化的树脂注入为覆盖绝缘构件(160)，从而获得注射成型产品。

在单独的制造工艺之后的互组装工艺中，例如，单独地制造绝缘垫圈150和绝缘构件(160)，然后将二者彼此组装。例如，分别制造具有预定深度的向内凹进的沟槽的绝缘垫圈150和呈圆环的形状的绝缘构件(160)，然后将绝缘构件(160)与绝缘垫圈150的沟槽接合，从而获得互组装的产品。当然，可以将呈圆环形状的绝缘构件(160)结合到绝缘垫圈150的外表面151，或者可以将呈圆环形状的绝缘构件(160)结合到绝缘垫圈150的内表面152。

尽管已经描述了前述实施例以实践本发明的二次电池，但是阐述这些实施例是出于说明的目的，而不用于限制发明。本领域技术人员将容易理解的是，在不脱离如权利要求书中限定的发明的精神和范围的情况下，可以进行许多修改和变化，并且这些修改和变化涵盖在本发明的范围和精神内。

Claims

1.一种二次电池，所述二次电池包括：

圆柱形罐；

电极组件，与电解质一起被容纳在圆柱形罐中；

盖组件，用于密封圆柱形罐；以及

垫圈，置于圆柱形罐与盖组件之间，

其中，垫圈进一步包括具有比垫圈的熔化温度高的熔化温度的绝缘构件。

2.根据权利要求1所述的二次电池，其中，垫圈定位在圆柱形罐的卷边部和压接部之间，并且垫圈包括面对圆柱形罐的外表面和面对盖组件的内表面。

3.根据权利要求2所述的二次电池，其中，绝缘构件定位在垫圈的外表面和内表面之间。

4.根据权利要求2所述的二次电池，其中，绝缘构件定位在垫圈的内表面处。

5.根据权利要求2所述的二次电池，其中，绝缘构件定位在垫圈的外表面处。

6.根据权利要求2所述的二次电池，其中，绝缘构件具有弯曲以暴露于垫圈的外侧或结合到垫圈的内侧的一端。

7.根据权利要求1所述的二次电池，其中，绝缘构件包括表面绝缘的金属片或工程塑料片。

8.根据权利要求1所述的二次电池，其中，绝缘构件包括表面阳极化的铝片。