CN111566846A - 二次电池 - Google Patents

Abstract

本发明的各种实施例涉及一种二次电池。将要解决的技术问题是提供一种二次电池，其中，当罐在其横向方向上被压缩时，其弯曲方向被控制，使得盖组件(或电路中断装置(CID))在电极组件的相反方向上弯曲，因此可以防止盖组件与电极组件之间的电短路现象。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，容纳在圆柱形罐中；以及盖组件，用于密封圆柱形罐，其中，盖组件包括具有用于诱导弯曲的凹口的下盖，当沿与圆柱形罐的纵向方向垂直的方向压缩圆柱形罐时，下盖允许盖组件沿电极组件的相反方向弯曲。

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操作电压、每单位重量的高能量密度等的各种优点而被广泛地用于便携式电子装置和混合动力汽车或电动车辆的电源中。

这种二次电池可以大体上分类为圆柱型二次电池、棱柱型二次电池、袋型二次电池。特别地，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上述信息仅用于增强对所描述的技术的背景的理解，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知的现有技术的信息。

发明内容

技术问题

本发明的各种实施例提供了一种二次电池。

技术方案

根据本发明的各种实施例，提供了一种包括圆柱形罐、容纳在圆柱形罐中的电极组件以及用于密封圆柱形罐的盖组件的二次电池，其中，盖组件包括具有用于诱导弯曲的凹口的下盖，当圆柱形罐在与圆柱形罐的纵向方向垂直的方向上被压缩时，该下盖允许盖组件在电极组件的相反方向上弯曲。

下盖可以包括面对电极组件的基本上平坦的第一表面和与第一表面相对的基本上平坦的第二表面，弯曲诱导凹口可以形成在第一表面上。

弯曲诱导凹口可以形成为从下盖的中心沿径向方向延伸。

弯曲诱导凹口可以包括彼此间隔开的2个至10个弯曲诱导凹口。

下盖还可以包括形成在每个弯曲诱导凹口之间的气体通孔。

弯曲诱导凹口可以与下盖的中心间隔开。

弯曲诱导凹口可以与下盖的外围间隔开。

弯曲诱导凹口可以与下盖的中心和外围中的每者间隔开。

下盖还可以包括在弯曲诱导凹口与下盖的外围之间的锻造部，锻造部具有比弯曲诱导凹口的宽度大的宽度。

盖组件可以包括上盖、具有在上盖的下部与上盖之间的空间的安全阀以及连接到安全阀的外围的连接环，其中，下盖结合到连接环。

有益效果

如上所述，本发明的各种实施例提供了一种二次电池，其中，当罐在其横向方向上被压缩时，其弯曲方向被控制，使得盖组件(或电路中断装置(CID))在电极组件的相反方向上被弯曲，因此可以防止盖组件与电极组件之间的电短路现象。

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是示出根据本发明的各种实施例的二次电池的盖组件的放大剖视图，图2b是示出弯曲方向的示例的剖视图。

图3a是示出根据本发明的各种实施例的二次电池的盖组件的下盖的仰视图，图3b是沿着图3a的线3b-3b截取的剖视图，图3c是沿着图3a的线3c-3c截取的剖视图。

图4是示出根据本发明的各种实施例的二次电池的盖组件的下盖的仰视图。

图5是示出根据本发明的各种实施例的二次电池的盖组件的下盖的仰视图。

图6是示出根据本发明的各种实施例的二次电池的盖组件的下盖的仰视图。

图7a是示出根据本发明的各种实施例的二次电池的盖组件的下盖的仰视图，图7b是沿着图7a的线7b-7b截取的剖视图。

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实施，并且不应该被解释为限于在此所阐述的示例实施例。相反，发明的这些示例实施例被提供使得本发明将是透彻的和完整的，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指同样的元件。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，而不旨在成为发明的限制。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，当在本说明书中使用术语“包含或包括”和/或它们的变型形式时，说明存在所陈述的特征、数字、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、数字、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附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，空间相对术语旨在包含除了附图中所描绘的方位之外的在使用或操作中的元件或特征的不同方位。例如，如果附图中的元件或特征被翻转，则被描述为“在”其它元件或特征“下方”或“之下”的元件然后将被定位为“在”其它元件或特征“上”或“上方”。因此，示例性术语“在……下方”可以包含上方和下方两种方位。

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。

如图1a、图1b和图1c中所示，根据本发明的二次电池100包括圆柱形罐110、电极组件120和盖组件140。另外，根据本发明的二次电池100还可以包括中心销130。

圆柱形罐110包括圆形底部111和从底部111向上延伸预定长度的侧部112。在制造二次电池的工艺中，圆柱形罐110的顶部或顶端保持敞开。因此，在组装二次电池100的工艺中，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、铝、铝合金或它们的等同物制成，但是本发明的实施例不限于此。另外，向内凹陷的圆缘部(beading part)113可以形成在盖组件140下方以防止电极组件120与盖组件140分离，并且向内弯曲的压褶部(crimping part)114可以形成在圆缘部113上或上方。

电极组件120容纳在圆柱形罐110内。电极组件120包括涂覆有负电极活性物质(例如，石墨或碳)的负电极板121、涂覆有正电极活性物质(例如，诸如LiCoO₂、LiNiO₂或LiMn₂O₄的过渡金属氧化物)的正电极板122以及置于负电极板121与正电极板122之间以防止负电极板121与正电极板122之间的短路同时仅允许锂离子的移动的隔膜123。负电极板121、正电极板122和隔膜123被卷绕成大致圆柱形形状或构造。这里，负电极板121可以由铜(Cu)箔或镍(Ni)箔形成，正电极板122可以由铝(Al)箔形成，隔膜123可以由聚乙烯(PE)或聚丙烯(PP)制成；然而，本发明的实施例不限于此。

另外，负电极接线片124可以焊接到负电极板121以从其向下突出并延伸预定长度，正电极接线片125可以焊接到正电极板122以从其向上突出并延伸预定长度，或者反之亦然。另外，负电极接线片124可以由铜或镍制成，正电极接线片125可以由铝制成；然而，本发明的实施例不限于此。另外，电极组件120的负电极接线片124可以焊接到圆柱形罐110的底部111。因此，圆柱形罐110可以用作负电极。在其它实施例中，正电极接线片125可以焊接到圆柱形罐110的底部111。在这些实施例中，圆柱形罐110可以用作正电极。

另外，第一绝缘板126可以置于电极组件120与圆柱形罐110的底部111之间，第一绝缘板126结合到圆柱形罐110并且具有形成在其中心处的第一孔126a和形成在第一孔126a周围的第二孔126b。第一绝缘板126可以防止电极组件120电接触圆柱形罐110的底部111。特别地，第一绝缘板126防止电极组件120的正电极板122电接触底部111。这里，当由于异常而在二次电池中产生相对大量的气体时，第一孔126a允许气体通过中心销130快速地向上移动，并且第二孔126b允许负电极接线片124穿过其以焊接到底部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并且具有形成在其中心处的第一孔127a和形成在第一孔127a周围的多个第二孔127b。第二绝缘板127可以防止电极组件120与盖组件140电接触。特别地，第二绝缘板127防止电极组件120的负电极板121与盖组件140电接触。这里，当由于异常而在二次电池中产生相对大量的气体时，第一孔127a允许气体快速地向盖组件140移动，第二孔127b允许正电极接线片125穿过其以焊接到盖组件140。另外，在电解质的注入期间，其它第二孔127b允许电解质快速地流入电极组件120中。

另外，由于第一绝缘板126的第一孔126a和第二绝缘板127的第一孔127a的直径比中心销130的直径小，因此可以防止中心销130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。

中心销130是中空的圆柱形管，并且可以结合到电极组件120的大约中心区域。中心销130可以由钢、钢合金、铝、铝合金或聚对苯二甲酸丁二醇酯制成；然而，本发明的实施例不限于此。中心销130可以在二次电池的充电和放电期间抑制电极组件120的变形，并且可以用作用于二次电池中产生的气体的移动通道。在一些实施例中，可以不设置中心销130。

盖组件140包括具有多个通孔141d的上盖141、安装在上盖141下面的安全阀(safety vent)142、安装在安全阀142下面的连接环145、结合到连接环145并且具有第一通孔146a和第二通孔146b的下盖146、固定到下盖146的下部并且电连接到正电极接线片125的底板147以及使上盖141和安全阀143与圆柱形罐110的侧部112绝缘的绝缘垫圈148。

这里，绝缘垫圈148基本上被挤压在圆缘部113与压褶部114之间，圆缘部113和压褶部114中的每者形成在圆柱形罐110的侧部112处。另外，当达到异常内部压力时，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可以允许在圆柱形罐110中产生的内部气体排放到外部。在这种情况下，安全阀143由于内部压力而向上反转以与底板147电分离，然后破裂或裂开以允许内部气体通过上盖141的通孔141d排放到外部。

另外，电解质(未示出)被注入到圆柱形罐110中，并且允许在充电和放电期间通过二次电池中的负电极板121和正电极板122中的电化学反应产生的锂离子移动。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性有机电解质。另外，电解质可以是使用聚合物电解质或固体电解质的聚合物。然而，本发明的实施例不限于上述电解质。

在根据本发明的实施例的二次电池100中，盖组件140的顶端高度可以等于或小于圆柱形罐110的顶端高度。也就是说，从圆柱形罐110的底部111到盖组件140的上盖141的顶端的高度可以等于或小于从圆柱形罐110的底部111到压褶部114的顶端的高度。因此，根据本发明的实施例的二次电池100可以容纳比传统二次电池大的电极组件120，同时具有与传统二次电池相同的高度，从而提供具有相对大容量的二次电池。

另外，负电极引线接线片和正电极引线接线片可以焊接到根据本发明的实施例的二次电池100的大约顶部。换句话说，负电极引线接线片可以电连接到圆柱形罐110的顶端，即，压褶部114的顶端，正电极引线接线片可以电连接到盖组件140的顶端，即，上盖141。

因此，根据本发明的实施例，由于负电极引线接线片和正电极引线接线片都焊接到二次电池100的顶部，因此不必在二次电池100的下部处设置单独的布线结构。因此，可以简化二次电池100的下部的模块结构，从而允许根据本发明的实施例的二次电池100用作电动车辆的电源。

图2a是示出根据本发明的各种实施例的二次电池的盖组件的放大剖视图，图2b是示出弯曲方向的示例的剖视图。

如图2a中所示，盖组件140的上盖141包括端子部141a、弯曲部141b和延伸部141c。端子部141a是基本上平坦的，并且连接到正电极引线接线片(未示出)。弯曲部141b形成为从端子部141a的外围向下弯曲，并且包括一个或更多个开口或通孔141d。另外，延伸部141c可以从弯曲部141b的底端水平地向外延伸。

上盖141可以由普通的铝、铝合金、钢、钢合金、镍、镍合金或它们的等同物制成，但本发明的实施例不限于此。

盖组件140的安全阀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下面，多个通气凹口143d形成在主体143a的表面上，并且向下突出的下突起143e大致在中心形成以连接到底板144。主体弯曲部143b从主体143a的外围向上弯曲，因此围绕上盖141的延伸部141c的外围。另外，主体延伸部143c从主体弯曲部143b水平地向内延伸，因此覆盖上盖141的延伸部141c的顶表面。也就是说，安全阀143的主体延伸部143c覆盖上盖141的延伸部141c的部分区域。

绝缘垫圈148定位在安全阀143的外侧处。也就是说，绝缘垫圈148置于安全阀143的外侧与圆柱形罐110的圆缘部113/压褶部114的内侧之间。因此，可以通过绝缘垫圈148有效地防止电解质的泄漏和外部湿气的渗透。

下盖146通过连接环145结合到安全阀143的底表面。下盖146包括基本上平坦的第一表面146c和与第一表面146c相对的基本上平坦的第二表面146d。这里，第一表面146c面对电极组件120，第二表面146d面对与电极组件120相对的安全阀143和/或上盖141。这里，第一通孔146a和多个第二通孔146b在穿过第一表面146c和第二表面146d的同时形成。另外，用于底板144的安装槽146e可以在下盖146的第一表面146c中形成在第一通孔146a周围。安装槽146e可以通过锻造第一表面146c的大致中心部分而形成，安装槽146e的直径比第一通孔146a的直径大。

这里，下盖146的第一表面146c、第二表面146d和第一通孔146b以及安装槽146e的特征公共地应用于本发明的所有实施例。

下盖146还可以包括形成在第一表面146c上的用于诱导弯曲的一个或更多个凹口146f(见图3a)。例如，弯曲诱导凹口146f可以围绕下盖146的第一通孔146a或安装槽146e沿大致径向方向形成，但是本发明的实施例不限于此。下面将更详细地描述弯曲诱导凹口146f。

在根据本发明的实施例的二次电池100中，如图3b中所示，当在与二次电池100或圆柱形罐110的纵向方向基本上垂直的方向上压缩二次电池100或圆柱形罐110时，盖组件140通过弯曲诱导凹口146f大体在电极组件120的相反方向上弯曲。

因此，可以防止盖组件140(或电路中断装置)与电极组件120(特别地，负电极板)之间的电短路现象，从而防止二次电池的起火和/或爆炸。

图3a是示出根据本发明的各种实施例的二次电池的盖组件的下盖146的仰视图，图3b是沿着图3a的线3b-3b截取的剖视图，图3c是沿着图3a的线3c-3c截取的剖视图。

如图3a中所示，一个或更多个弯曲诱导凹口146f可以围绕下盖146的第一通孔146a和/或安装槽146e沿基本上径向方向形成在第一表面146c(即，面对电极组件120的底表面)上。一个或更多个弯曲诱导凹口146f可以形成为以基本上线性形状从安装槽146e延伸到下盖146的外围。在附图中，示出了大约六个弯曲诱导凹口146f，但是本发明的实施例不限于此。例如，大约两个至十个弯曲诱导凹口146f可以围绕第一通孔146a和/或安装槽146e沿基本上径向方向形成。

另外，弯曲诱导凹口146f中的每个可以穿过第二通孔146b之间的区域。例如，弯曲诱导凹口146f可以线性地穿过两个相邻的第二通孔146b之间的区域，但是本公开的实施例不限于此。

如图3b和图3c中所示，弯曲诱导凹口146f可以形成在下盖146的第一表面146c上，以具有基本上倒置的V(“Λ”)形的剖面。每个弯曲诱导凹口146f可以形成为具有下盖146的总厚度的大约10％至大约90％的深度。如果每个弯曲诱导凹口146f的深度小于下盖146的总厚度的10％，则当二次电池100在与二次电池100的纵向方向垂直的方向上被压缩时，下盖146和/或盖组件140不会远离电极组件120弯曲。如果每个弯曲诱导凹口146f的深度大于下盖146的总厚度的90％，则下盖146会容易由于小的外部冲击而变形。

图4是示出根据本发明的各种实施例的二次电池的盖组件的下盖246的仰视图。

如图4中所示，弯曲诱导凹口246f可以与下盖246的中心间隔开预定距离，以然后向上延伸到下盖246的外围。也就是说，每个弯曲诱导凹口246f的一端可以与下盖246的第一通孔146a和/或安装槽146e间隔开预定距离，并且每个弯曲诱导凹口246f的另一端可以定位在下盖246的外围处。

例如，每个弯曲诱导凹口246f的一端可以定位在形成在下盖246中的第二通孔146b之间的区域处，并且可以与下盖246的第一通孔146a和/或安装槽146e间隔开预定距离，但是本发明的实施例不限于此。更特别地，多个第二通孔146b可以围绕第一通孔146a同心地布置。例如，第二通孔146b的内侧147a可以形成内同心圆147c，第二通孔146b的外侧147b可以形成外同心圆147d。这里，弯曲诱导凹口246f可以从相邻的第二通孔146b之间的内同心圆147c延伸到下盖246的外围。换句话说，每个弯曲诱导凹口246f的一端可以定位在第二通孔146b之间的内同心圆147c上，每个弯曲诱导凹口246f的另一端可以定位在下盖246的外围上。

这里，具有内同心圆147c和外同心圆147d的第二通孔146b的特征可以公共地应用于本发明的所有实施例。

图5是示出根据本发明的各种实施例的二次电池的盖组件的下盖346的仰视图。

如图5中所示，弯曲诱导凹口346f可以从下盖346的中心延伸到与下盖346的外围间隔开预定距离的区域。也就是说，每个弯曲诱导凹口346f的一端可以定位在下盖346的第一通孔146a和/或安装槽146e处，每个弯曲诱导凹口346f的另一端可以定位在下盖346的外围处。

例如，每个弯曲诱导凹口346f的另一端可以定位在形成在下盖346中的第二通孔146b之间的区域处，以然后与下盖346的外围间隔开预定距离，但是本发明的实施例不限于此。更特别地，弯曲诱导凹口346f可以从第一通孔146a和/或安装槽146e延伸到相邻的第二通孔146b之间的外同心圆147d。换句话说，每个弯曲诱导凹口346f的一端可以定位在第一通孔146a和/或安装槽146e处，每个弯曲诱导凹口346f的另一端可以定位在第二通孔146b之间的外同心圆147d上。

虽然未示出，但是在本发明的实施例中，弯曲诱导凹口可以与下盖346的中心和外围中的每者间隔开。也就是说，弯曲诱导凹口可以在下盖346的第二通孔146b之间仅形成在内同心圆147c与外同心圆147d之间。

图6是示出根据本发明的各种实施例的二次电池的盖组件的下盖446的仰视图。

如图6中所示，弯曲诱导凹口146f可以从下盖446的中心延伸到下盖446的外围，其它弯曲诱导凹口446a和446b可以穿过第二通孔146b。也就是说，一侧弯曲诱导凹口446a中的每个可以从下盖446的第一通孔146a和/或安装槽146e延伸到第二通孔146b的内侧147a中的每个，另一侧弯曲诱导凹口446b中的每个可以从第二通孔146b的外侧147b中的每个延伸到下盖446的外围。

断开的弯曲诱导凹口446a和446b也可以围绕下盖446的第一通孔146a和/或安装槽146e沿径向方向形成。另外，通过第二通孔146b彼此分开的弯曲诱导凹口446a和446b可以形成在具有线性形状的相邻弯曲诱导凹口146f之间。也就是说，弯曲诱导凹口146f、446a和446b大体可以围绕下盖446的第一通孔146a和/或安装槽146e沿径向方向形成。

图7a是示出根据本发明的各种实施例的二次电池的盖组件的下盖546的仰视图，图7b是沿着图7a的线7b-7b截取的剖视图。

如图7a中所示，根据本发明的实施例的下盖546还可以包括均形成在下盖546的每个弯曲诱导凹口346f和下盖546的外围之间的锻造部546a。也就是说，弯曲诱导凹口346f可以向上延伸到第一通孔146a和/或安装槽146e与第二通孔146b之间的外同心圆147d，锻造部546a可以形成为具有从外同心圆147d到下盖546的外围逐渐增加的宽度。也就是说，锻造部546a的宽度比弯曲诱导凹口346f的宽度大。每个锻造部546a可以具有呈例如大致三角形形状的平面，但是本发明的实施例不限于此。这里，弯曲诱导凹口346f的深度可以等于或不同于锻造部546a的深度。

当在与二次电池100的纵向方向垂直的方向上压缩二次电池100时，盖组件140可以通过弯曲诱导凹口346f和锻造部546a更容易地在电极组件120的相反方向上弯曲。

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的目的而阐述的，并且不用于限制发明。本领域技术人员将容易理解的是，在不脱离如所附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包含在本发明的范围和精神内。

Claims (10)

1.一种二次电池，所述二次电池包括：

圆柱形罐；

电极组件，容纳在圆柱形罐中；以及

盖组件，用于密封圆柱形罐，

其中，盖组件包括具有用于诱导弯曲的凹口的下盖，当圆柱形罐在与圆柱形罐的纵向方向垂直的方向上被压缩时，下盖允许盖组件在电极组件的相反方向上弯曲。

2.根据权利要求1所述的二次电池，其中，下盖包括面对电极组件的基本上平坦的第一表面和与第一表面相对的基本上平坦的第二表面，并且弯曲诱导凹口形成在第一表面上。

3.根据权利要求1所述的二次电池，其中，弯曲诱导凹口被形成为从下盖的中心沿径向方向延伸。

4.根据权利要求1所述的二次电池，其中，弯曲诱导凹口包括彼此间隔开的2个至10个弯曲诱导凹口。

5.根据权利要求1所述的二次电池，其中，下盖还包括形成在每个弯曲诱导凹口之间的气体通孔。

6.根据权利要求1所述的二次电池，其中，弯曲诱导凹口与下盖的中心间隔开。

7.根据权利要求1所述的二次电池，其中，弯曲诱导凹口与下盖的外围间隔开。

8.根据权利要求1所述的二次电池，其中，弯曲诱导凹口与下盖的中心和外围中的每者间隔开。

9.根据权利要求1所述的二次电池，其中，下盖还包括位于弯曲诱导凹口与下盖的外围之间的锻造部，锻造部具有比弯曲诱导凹口的宽度大的宽度。

10.根据权利要求1所述的二次电池，其中，盖组件包括：

上盖；

安全阀，具有在上盖的下部与上盖之间的空间；以及

连接环，连接到安全阀的外围，

其中，下盖结合到连接环。

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