CN111542944B - 二次电池 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种能够改善安全排气孔与上盖之间的结合力的二次电池。例如，公开了一种二次电池，该二次电池包括：电极组件；外壳，用于容纳电极组件；盖组件，结合到外壳的上部；以及垫圈，置于盖组件与外壳之间，其中，盖组件包括上盖和安全排气孔，安全排气孔设置在上盖的下部处并且具有延伸到上盖的上部以包围上盖的边缘的排气孔延伸部分，安全排气孔和上盖通过激光焊接而焊接并结合的焊接区域形成在排气孔延伸部分中，并且焊接区域形成为线形状。

Description

二次电池
技术领域
本发明涉及一种二次电池。
背景技术
锂离子二次电池因为各种特性(包括相对高的工作电压、相对高的每单位重量的能量密度等)而被广泛地用于便携式电子设备并且用作混合动力车辆和电动车辆的电源。锂离子二次电池通常可以分类为圆柱型二次电池、棱柱型二次电池或袋型二次电池。
具体地，圆柱形锂离子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的移动的电解质以及结合到罐的一侧以防止电解质的泄漏和电极组件的分离的盖组件。
在本背景技术部分中公开的以上信息仅用于增强对所描述的技术的背景的理解，因此它可以包含不构成对本领域普通技术人员而言在该国已知的现有技术的信息。
发明内容
技术问题
提供了一种能够改善安全排气孔与上盖之间的结合力的二次电池。
技术方案
根据本发明的一方面，提供了一种二次电池，该二次电池包括：电极组件；外壳，用于容纳电极组件；盖组件，结合到外壳的上部；以及垫圈，置于盖组件与外壳之间，其中，盖组件包括上盖和安全排气孔，安全排气孔设置在上盖的下部处并且具有延伸到上盖的上部以包围上盖的边缘的排气孔延伸部分，安全排气孔和上盖通过激光焊接而焊接并结合的焊接区域形成在排气孔延伸部分中，并且焊接区域形成为线形状。
焊接区域可以与排气孔延伸部分的端部间隔开。
焊接区域与排气孔延伸部分的端部之间的距离可以大于排气孔延伸部分的长度的1％。
焊接区域可以被垫圈覆盖。
焊接区域的长度可以大于排气孔延伸部分的总周长的5％。
可以通过侧向移动激光束同时沿一个方向旋转激光束来形成焊接区域。
焊接区域的上部可以从排气孔延伸部分的表面凹入地形成。
焊接区域可以包括两个或更多个焊接区域。
上盖可以包括由铁制成的第一金属层以及通过在第一金属层的表面上镀镍而形成的第二金属层，焊接区域可以形成为使得排气孔延伸部分、第一金属层和第二金属层熔合在一起然后固化。
有益效果
如上所述，在根据本发明的实施例的二次电池中，将安全排气孔和上盖以线形状激光焊接，从而改善它们之间的结合力。
另外，在根据本发明的实施例的二次电池中，安全排气孔与上盖之间的焊接区域形成为与安全排气孔的端部间隔开预定距离，以利用垫圈覆盖焊接区域，从而通过防止上盖被氧化来改善质量。
附图说明
图1是示出根据本发明的实施例的二次电池的剖视图。
图2是示出根据本发明的实施例的二次电池中的盖组件的剖视图。
图3是示出根据本发明的实施例的二次电池中的形成在上盖与安全排气孔之间的焊接区域的剖视图。
图4a和图4b是示出根据本发明的实施例的二次电池中的焊接区域的平面图。
图5是示出根据本发明的实施例的二次电池中的形成在上盖与安全排气孔之间的焊接区域的照片。
图6是图5中所示的焊接区域的放大照片。
图7是用于对比点形状焊接区域和线形状焊接区域的焊接高度的图示。
图8是用于对比点形状焊接区域和线形状焊接区域的密封能力的图示。
具体实施方式
在下文中，将详细地描述本发明的示例实施例。
本发明的各种实施例可以以许多不同的形式来实施，并且不应被解释为限于在此所阐述的示例实施例。相反，提供本发明的这些示例实施例使得本发明将是彻底和完整的，并且将向本领域技术人员传达发明的创造性构思。
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指代同样的元件。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。
在此所使用的术语仅用于描述具体实施例的目的，而不意图成为发明的限制。如在此所使用的，单数形式也旨在包括复数形式，除非上下文另外清楚地指出。还将理解的是，在本说明书中使用术语“包括”和/或“包含”时，表示存在所述特征、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他特征、数量、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。
图1是示出根据本发明的实施例的二次电池的剖视图。图2是示出根据本发明的实施例的二次电池中的盖组件的剖视图。图3是示出根据本发明的实施例的二次电池中形成在上盖与安全排气孔之间的焊接区域的剖视图。
参照图1至图3，根据本发明的实施例的二次电池包括电极组件110、外壳120、盖组件130和垫圈190。
电极组件110包括第一电极111、第二电极112以及置于第一电极111与第二电极112之间的隔膜113。可以通过将第一电极111、隔膜113和第二电极112的堆叠结构以果酱卷构造卷绕来形成电极组件110。这里，第一电极111可以用作正电极，并且第二电极112可以用作负电极。第一电极接线片114连接到位于电极组件110上的盖组件130，并且第二电极接线片115连接到外壳120的位于电极组件110下面的底板122。
通过在用由铝制成的金属箔形成的第一电极集流体上涂覆诸如过渡金属氧化物的第一电极活性物质来形成第一电极111。其上没有涂覆第一电极活性物质的第一电极未涂覆部分形成在第一电极111上，并且第一电极接线片114附着到第一电极未涂覆部分。第一电极接线片114的一端电连接到第一电极111，第一电极接线片114的另一端从电极组件110向上突出并且电连接到盖组件130。
通过在用由铜或镍制成的金属箔形成的第二电极集流体上涂覆诸如石墨或碳的第二电极活性物质来形成第二电极112。其上没有涂覆第二电极活性物质的第二电极未涂覆部分形成在第二电极112上，并且第二电极接线片115附着到第二电极未涂覆部分。第二电极接线片115的一端电连接到第二电极112，第二电极接线片115的另一端从电极组件110向下突出并且电连接到外壳120的底板122。
隔膜113位于第一电极111与第二电极112之间，并且防止短路同时允许锂离子移动。隔膜113可以包括聚乙烯、聚丙烯或者聚乙烯、聚丙烯的复合膜。
外壳120包括具有预定直径以形成用于容纳电极组件110的空间的圆柱形侧表面板121以及密封侧表面板121的底部的底板122。外壳120的顶部开口是敞着的以在电极组件110被插入到外壳120中之后被密封。另外，用于防止电极组件110移动的卷边部123形成在外壳120的上部处。用于固定盖组件130的压接部124形成在外壳120的最顶部处。
盖组件130包括上盖140、安全排气孔150、绝缘件160、下盖170和子板180。
上盖140具有凸起地形成并且被构造为电连接到外部电路的顶部。另外，上盖140具有形成为提供可以使在外壳120中产生的内部气体排出所通过的路径的气体排放孔141。上盖140电连接到电极组件110，以向外部电路传输在电极组件110中产生的电流。另外，如图3中所示，上盖140包括由铁(Fe)制成的第一金属层140a和通过在第一金属层140a的表面上镀镍(Ni)而形成的第二金属层140b。
安全排气孔150形成为具有成形为与上盖140对应的圆形面板。向下突出的突出部分151形成在安全排气孔150的中心处。安全排气孔150通过穿过下盖170的通孔171的突出部分151而电连接到固定到下盖170的底表面的子板180。在一些实施例中，可以通过激光焊接、超声焊接、电阻焊接或其等同物将安全排气孔150的突出部分151和子板180彼此焊接。另外，用于引导安全排气孔150破裂的凹口152形成在突出部分151的外围边缘上或沿着突出部分151的外围边缘形成。
当外壳120中产生异常的内部压力时，安全排气孔150被构造为排放内部气体同时中断电流的流动。当外壳120的内部压力超过安全排气孔150的工作压力时，突出部分151由于通过下盖170中的气体排放孔172排放的气体而向上升起并且与子板180电断开。在一些实施例中，突出部分151的焊接部分断裂，并且安全排气孔150与子板180彼此电断开。如果外壳120的内部压力超过比安全排气孔150的工作压力高的破裂压力，则安全排气孔150的凹口152破裂，从而防止二次电池100爆炸。安全排气孔150可以由铝(Al)制成。
安全排气孔150的外围边缘被安装为紧密地接触上盖140的除了上盖140的向上突出部分之外的部分。即，安全排气孔150的外围边缘和上盖140的外围边缘彼此接触。另外，安全排气孔150的外围边缘延伸到上盖140的上部同时包围上盖140的边缘。这里，从上盖140向上延伸的部分被定义为排气孔延伸部分153。另外，通过激光焊接将排气孔延伸部分153的上部焊接，以将安全排气孔150固定到上盖140。通过激光焊接将安全排气孔150和上盖140的一些部分熔合以形成焊接区域155。稍后将更详细地描述焊接区域155。
置于安全排气孔150与下盖170之间的绝缘件160使安全排气孔150与下盖170彼此绝缘。具体地，绝缘件160置于安全排气孔150的外围边缘与下盖170的外围边缘之间。绝缘件160可以由诸如聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)或聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)的树脂材料制成。
下盖170由圆形板主体形成。通孔171形成在下盖170的中心处，并且安全排气孔150的突出部分151穿过通孔171。另外，气体排放孔172形成在下盖170的一侧处，并且子板180结合到下盖170的下部。当外壳120中产生过大的内部压力时，气体排放孔172允许内部气体通过气体排放孔172排放。在一些实施例中，安全排气孔150的突出部分151由于通过气体排放孔172排放的气体而升起，使得突出部分151可以与子板180分离。
子板180被焊接在第一电极接线片114与安全排气孔150的穿过下盖170中的通孔171的突出部分151之间。因此，子板180将第一电极接线片114与安全排气孔150彼此电连接。
垫圈190安装在外壳120的顶部开口中。即，垫圈190紧密地粘附到上盖140的外围边缘和安全排气孔150的外围边缘与外壳120的顶部开口之间的区域。垫圈190可以形成为覆盖安全排气孔150与上盖140之间的焊接区域155。垫圈190可以由诸如聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)或聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)的树脂材料制成。垫圈190可以防止盖组件130与外壳120分离。
图4a和图4b是示出根据本发明的实施例的二次电池中的焊接区域的平面图。图5是示出根据本发明的实施例的二次电池中的形成在上盖与安全排气孔之间的焊接区域的照片。图6是图5中所示的焊接区域的放大照片。
如图3中所示，焊接区域155形成为使得排气孔延伸部分153与上盖140的第一金属层140a和第二金属层142b熔合在一起然后被固化。焊接区域155的顶表面由于在激光焊接期间施加的激光束而凹入地形成。另外，焊接区域155形成在与排气孔延伸部分153的端部154间隔开预定距离的部分处，并且焊接区域155的顶部被垫圈190覆盖。因此，上盖140的第一金属层140a不暴露于外部，从而防止第一金属层140a被氧化。即，焊接区域155与排气孔延伸部分153的端部154向外间隔开预定距离。这里，焊接区域155与排气孔延伸部分153的端部154之间的距离L1大于排气孔延伸部分153的长度L2的1％。例如，距离L1可以形成为至少0.03mm或更大。如果距离L1小于排气孔延伸部分153的长度L2的1％，则焊接区域155在排气孔延伸部分153的端部154之上延伸，使得上盖140的第一金属层140a会暴露于外部。
当传统地将安全排气孔和上盖彼此焊接时，已经对安全排气孔的端部(即，安全排气孔的将焊接到上盖的边界表面)执行了点焊，从而将安全排气孔固定到上盖。然而，在这种情况下，上盖的第二金属层会被剥离，并且第一金属层会暴露于外部，导致在暴露的第一金属层上产生锈。相反，根据本发明，安全排气孔150与上盖140之间的焊接区域155形成为与安全排气孔150的端部154间隔开预定距离，使得焊接区域155被垫圈190覆盖，从而通过防止上盖140的第一金属层140a暴露于外部来防止第一金属层140a被氧化。
另外，如图4a和图4b中所示，安全排气孔150与上盖140之间的激光焊接以线形状执行。另外，焊接区域155可以设置在两个点处(见图4a)或四个点处(见图4b)。另外，如图5和图6中所示，可以通过侧向缓慢地移动激光束同时沿一个方向旋转激光束来形成线形状焊接区域155。如果二次电池100具有相对小的直径或者如果焊接区域155的长度增大，则焊接区域155可以形成为拱形状或弧形状。
与以点形状执行点焊的安全排气孔与上盖之间的传统焊接不同，在本发明中，焊接区域155形成为线形状，从而改善安全排气孔150与上盖140之间的结合强度。焊接区域155的长度D1大于排气孔延伸部分153的总周长D2的5％。如果焊接区域155的长度D1小于排气孔延伸部分153的总周长D2的5％，则以线形状执行的焊接几乎类似于点焊，因此对安全排气孔150与上盖140之间的结合强度的改善不足。
如此，根据本发明的实施例的二次电池100可以通过以线形状激光焊接来将安全排气孔150和上盖140结合而具有在安全排气孔150与上盖140之间的改善的结合力。
另外，在根据本发明的实施例的二次电池100中，安全排气孔150与上盖140之间的焊接区域155与安全排气孔150的端部154间隔开预定距离，以利用垫圈190覆盖焊接区域155，从而通过防止上盖140被氧化来改善质量。
图7是用于对比点形状焊接区域和线形状焊接区域的焊接高度的图示。
参照图7，点形状焊接区域具有在约1.66mm至约1.68mm的范围内的高度，而线形状焊接区域具有约1.58mm的高度。即，由于突出的焊接区域，使得传统的点形状焊接会在垫圈与外壳之间提供减小的密封力。然而，在本发明中，安全排气孔与上盖之间的焊接区域被焊接成线形状，因此如图7中所示，减小了焊接高度，从而改善了垫圈与外壳之间的结合力。
图8是用于对比点形状焊接区域和线形状焊接区域的密封能力的图示。
参照图8，当将安全排气孔和上盖以点形状在四个点处彼此焊接时，施加在安全排气孔与上盖之间的密封压力在约13kg/cm2至约19kg/cm2的范围内。当将安全排气孔和上盖以线形状在两点处彼此焊接时，施加在安全排气孔与上盖之间的密封压力为约24kg/cm2。这表明，通过将安全排气孔和上盖以线形状彼此焊接改善了安全排气孔与上盖之间的密封力，如在本发明中那样。
尽管已经描述了前述实施例以实践本发明的二次电池，但是这些实施例是为了说明性目的而阐述的，而不用于限制发明。本领域技术人员将容易理解，在不脱离如所附权利要求中限定的本发明的精神和范围的情况下，可以做出许多修改和变化，并且这些修改和变化包括在本发明的范围和精神内。

Claims (6)

1.一种二次电池，所述二次电池包括：
电极组件；
外壳，用于容纳电极组件；
盖组件，结合到外壳的上部；以及
垫圈，置于盖组件与外壳之间，
其中，盖组件包括上盖和安全排气孔，安全排气孔设置在上盖的下部处并且具有延伸到上盖的上部以包围上盖的边缘的排气孔延伸部分，安全排气孔和上盖通过激光焊接而焊接并结合的焊接区域形成在排气孔延伸部分中，并且焊接区域形成为线形状，
其中，焊接区域与排气孔延伸部分的端部间隔开，
其中，上盖包括由铁制成的第一金属层以及通过在第一金属层的表面上镀镍而形成的第二金属层，焊接区域形成为使得排气孔延伸部分、第一金属层和第二金属层熔合在一起然后被固化，并且
其中，焊接区域被垫圈覆盖。
2.根据权利要求1所述的二次电池，其中，焊接区域与排气孔延伸部分的端部之间的距离大于排气孔延伸部分的长度的1％。
3.根据权利要求1所述的二次电池，其中，焊接区域的长度大于排气孔延伸部分的总周长的5％。
4.根据权利要求1所述的二次电池，其中，焊接区域是通过侧向移动激光束同时沿一个方向旋转激光束而形成的。
5.根据权利要求1所述的二次电池，其中，焊接区域的上部从排气孔延伸部分的表面凹入地形成。
6.根据权利要求1所述的二次电池，其中，焊接区域包括两个或更多个焊接区域。
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