CN111630698A - 终止带及包括其的二次电池 - Google Patents

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Abstract

公开了一种能够减少电极组件在壳体中的流动的终止带和一种包括该终止带的二次电池。作为示例，公开了一种终止带，该终止带包括：第一层，由树脂形成，并且形成基底；以及第二层，形成在第一层的至少一侧上，并且包括微球结构。

Description

终止带及包括其的二次电池
技术领域
本公开涉及一种能够减少电极组件在壳体中的流动的终止带和一种包括该终止带的二次电池。
背景技术
通常，与一旦放电就不可再充电的一次电池不同，二次电池可以被充电和放电。二次电池广泛用于包括先进电子装置(诸如蜂窝电话、笔记本计算机、便携式摄像机等)的各种应用。
具体地，在3.6V下工作的锂二次电池代替已经广泛用作电子装置的电源的镍-镉(Ni-Cd)电池或镍-氢化物(Ni-MH)电池正在迅速扩展它们的用途和应用，因为这些锂二次电池的操作电压是镍-镉(Ni-Cd)电池或镍-氢化物(Ni-MH)电池的操作电压的近似三倍高，并且锂二次电池具有优异的每单位重量的能量密度。
锂二次电池通常采用锂氧化物正极活性物质和碳负极活性物质。基于所使用的电解质的种类，这样的锂二次电池可以被分类为液体电解质电池或聚合物电解质电池。使用液体电解质的锂电池通常被称为锂离子电池，使用聚合物电解质的锂电池通常被称为锂聚合物电池。典型地，锂二次电池被制造成圆柱形形状、矩形形状或袋型形状。在锂二次电池中，电极组件与电解质或电解质溶液一起被插入壳体中。就这一点而言，为了确保电池的机械/电气可靠性，电极组件需要被固定地定位在壳体中。
发明内容
技术问题
本公开提供一种能够减少电极组件在壳体中的流动或移动的终止带和一种包括该终止带的二次电池。
技术方案
根据本公开的实施例，提供了一种终止带，该终止带包括：第一层，由树脂形成，并且形成基底；以及第二层，形成在第一层的至少一侧上，并且包括微球结构。
这里，微球结构可以构造为与包含锂盐的电解质溶液反应以引起体积膨胀。
另外，电解质溶液可以包括非水有机电解质溶液和聚合物电解质溶液中的至少一种，非水有机电解质溶液中混合有诸如LiPF6、LiBF4或LiClO4的锂盐和高纯度有机溶剂，聚合物电解质溶液具有聚合物电解质。
另外，第二层的微球结构可以包括由热塑性树脂形成的壳和被壳包封并且包含烃的包封构件。
根据本公开的实施例，提供了一种二次电池，该二次电池包括：壳体，具有内部空间；电极组件，与电解质被插入到壳体中；终止带，覆盖电极组件，并且在与所述电解质反应时经历体积膨胀；以及盖板，结合到壳体的上部，并且使壳体密封。
这里，电解质溶液可以包括非水有机电解质溶液和聚合物电解质溶液中的至少一种，非水有机电解质溶液中混合有诸如LiPF6、LiBF4或LiClO4的锂盐和高纯度有机溶剂，聚合物电解质溶液具有聚合物电解质。
另外，终止带可以包括：第一层，由树脂形成，并且形成基底；以及第二层，形成在第一层的至少一侧上，并且包括微球结构。
另外，第二层的微球结构可以包括由热塑性树脂形成的壳和被壳包封并且包含烃的包封构件。
另外，微球结构可以具有在5μm至50μm的范围内的直径。
有益效果
如上所述，在根据本公开的终止带和使用该终止带的二次电池中，具有微球结构的层形成在终止带的至少一个表面上，并且当终止带与电解质溶液反应时，终止带可以由于微球结构的体积膨胀而膨胀并且可以使电极组件固定，从而抑制由于电极组件在壳体中的移动而导致的电阻的增大。
附图说明
图1示出了根据实施例的终止带被卷绕的状态。
图2是示出根据实施例的终止带的剖视图。
图3是示出根据实施例终止带附着到二次电池中的电极组件的状态的透视图。
图4是根据实施例的二次电池的分解透视图。
图5a是示出根据实施例的终止带的微球的直径的透视图。
图5b是示出根据实施例的终止带的微球的半径的剖视图。
图6a和6b是示出在根据实施例的终止带中发泡之前和发泡之后的微球的光学显微图像。
图7a和7b是示出在根据实施例的终止带中发泡之前和发泡之后的微球的SEM照片。
图8a至图8c是示出使根据实施例的终止带能够与电解质反应的实验的工艺的照片。
[附图标记的说明]
100：二次电池 110：壳体
120：电极组件 130：终止带
131：第一层 132：第二层
150：盖组件 160：绝缘壳体
具体实施方式
在下文中，将参照附图详细地描述发明的实施例的示例，使得本领域技术人员可以容易地制造和使用它们。
图1示出了根据实施例的终止带被卷绕的状态。图2是示出根据实施例的终止带的剖视图。
参照图1和图2，根据实施例的终止带130可以设置成卷绕状态，并且可以包括第一层131和第二层132。
第一层131可以构成基底层，并且可以限定在被电极组件覆盖之后与壳体接触的最外表面。第一层131可以由选自于聚乙烯(PE)、聚苯乙烯(PS)和定向聚苯乙烯(OPS)的材料形成。由于第一层131是电绝缘材料，所以其可以防止在电极组件与壳体之间发生电短路。
第二层132可以沿着第一层131的一个表面形成。第二层132可以定位成当终止带130与电极组件组合时与电极组件接触。这里，第二层132可以包括可膨胀材料，该可膨胀材料在与壳体110中存在的电解质或电解质溶液反应时引起体积膨胀。更具体地，第二层132可以形成为微球(microsphere)结构。
微球结构可以包括处于热塑性树脂壳中的包封构件，以在与电解质反应时是可膨胀的。例如，包括在壳中的包封构件可以包含烃。即使具有疏水性的烃不与水反应，其仍然具有吸收电解质的能力。这样构造的微球结构根据如下机理操作：当电解质渗透到壳中时，电解质与包封构件反应，然后包封构件膨胀。因此，由于包括微球结构的第二层132的体积增大，所以可以通过填充壳体与电极组件之间的间隙来固定地定位电极组件，从而抑制电极组件在壳体中的流动或移动，并且防止由于电极组件的流动或移动而导致的电阻增大。
另外，微球可以具有在5μm至50μm的范围内的直径。当在应用于电极组件的终止带中微球具有大于或等于5μm的直径时，可以有利于实现将终止带固定到电极组件并防止电极组件的体积膨胀。当微球具有小于或等于50μm的直径时，有利于填充壳体与电极组件之间的间隙，这是在与电解质溶液反应之后产生的。
在下文中，将描述根据实施例的二次电池的构造。
图3是示出根据实施例终止带附着到二次电池中的电极组件的状态的透视图。图4是根据实施例的二次电池的分解透视图。
参照图3和图4，根据实施例的二次电池100包括壳体110、电极组件120、终止带130和盖组件150。另外，绝缘壳体160还可以形成在电极组件120与盖组件150之间。
壳体110基本上是六面体。壳体110具有内部空间，并且在其顶部处具有开口。壳体110可以由铝(Al)、铁(Fe)或其合金制成。另外，壳体110的内表面可以经历绝缘处理。壳体110可以包括沿着其顶部的外围形成的凹槽，以允许绝缘壳体160在后续工艺中安装在凹槽中。另外，电极组件120可以与电解质溶液被容纳在壳体110的内部空间中。
这里，电解质溶液可以是允许锂离子在电极组件120的正极板和负极板之间移动的包含注入盐的有机液体，并且可以包括其中混合有诸如LiPF6、LiBF4或LiClO4的锂盐和高纯度有机溶剂的非水有机电解质溶液或者具有聚合物电解质的聚合物电解质溶液。
电极组件120被容纳在壳体110的内部空间中。电极组件120包括涂覆有正极活性物质(例如，锂钴氧化物(LiCoO2))的正极板、涂覆有负极活性物质(例如，石墨)的负极板以及位于正极板与负极板之间以防止电短路并且允许锂离子在正极板与负极板之间移动的隔膜。电极组件120可以通过将正极板、隔膜和负极板的堆叠结构以大致与果冻卷一样的构造卷绕多次而形成。正极板可以由铝(Al)箔制成，负极板可以由铜(Cu)箔制成，隔膜可以由聚乙烯(PE)或聚丙烯(PP)材料制成。
另外，向上延伸的正极引线125连接到正极板，向上延伸的负极引线124连接到负极板。这里，正极引线125可以由铝(Al)制成，负极引线124可以由镍(Ni)制成。
另外，电解质溶液可以与电极组件120一起被注入到壳体110中。在充电和放电期间，电解质溶液用作由在电池内的正极板和负极板之间发生的电化学反应产生的锂离子的移动的介质。
如上所述，终止带130可以在覆盖电极组件120的外圆周表面的同时结合到电极组件120。终止带130在其第一层面对壳体110并且其第二层132面对电极组件120的状态下覆盖电极组件120的外圆周表面。因此，终止带130可以覆盖电极组件120，因此可以防止电极组件120体积膨胀。
另外，如果壳体110中的电解质渗入终止带130，则形成终止带130的第二层132的微球可以与电解质反应并膨胀。因此，可以引起第二层132的膨胀，从而使电极组件120在壳体110中的位置固定并且抑制电极组件120的移动。稍后将描述第二层132中的微球的结构和操作。
盖组件150结合到壳体110的顶部。盖组件150可以包括盖板151、绝缘板152、端子板153、电极端子154和绝缘垫圈155。
盖板151结合到壳体110的开口110a，并且可以由具有长边和短边的板成形。盖板151在其结合到壳体110的开口110a的状态下在其外围部分处被焊接，从而使壳体110密封。盖板151包括将与电极端子154接合的端子孔151a和用于电解质注入的电解质注入孔151b。这里，电极端子154和绝缘垫圈155结合到端子孔151a，从而将电极端子154和电极端子154下面的结构彼此结合。另外，一旦注入电解质，塞子就与电解质注入孔151b接合，然后用盖板151固定地密封，从而防止电解质的泄漏。
绝缘板152位于盖板151下方。与盖板151的端子孔151a对应的端子孔152a形成在绝缘板152中，绝缘垫圈155与端子孔152a接合。另外，电极端子154的下部穿过绝缘板152的端子孔152a。
端子板153位于绝缘板152下方。与绝缘板152的端子孔152a对应的端子孔153a形成在端子板153中，电极端子154与端子孔153a接合。另外，电极组件120的负极引线124可以结合到端子板153。因此，电极端子154可以电连接到电极组件120的负极引线124。
电极端子154如上所述以下面的结构结合到其的顺序穿过盖板151与绝缘板152的端子孔151a和152a，然后电连接到负极引线124。
绝缘垫圈155位于电极端子154与盖板151之间，以防止电极端子154和盖板151彼此电接触。
位于电极组件120上方的绝缘壳体160可以结合到壳体110的开口110a。更具体地，绝缘壳体160可以结合到壳体110的台阶部111。引线通道孔160a和160b形成在绝缘壳体160中，以允许负极引线124和正极引线125穿透绝缘壳体160。
在下文中，将更详细地描述根据实施例终止带在二次电池中的操作。
图5a是示出根据实施例的终止带的微球的直径的透视图。图5b是示出根据实施例的终止带的微球体的半径的剖视图。图6a和图6b是示出在根据实施例的终止带中发泡之前和发泡之后的微球的光学显微图像。图7a和图7b是示出在根据实施例的终止带中发泡之前和发泡之后的微球的SEM照片。
首先，参照图5a，形成终止带130的微球具有基本上球形形状并且具有预定直径(d)。
接下来，参照图5b的剖视图，微球包括具有第一半径(r1)的包封构件和围绕包封构件并且具有第二半径(r1+r2)的壳。
这里，如上所述，包封构件可以包含烃。烃可以是不与水反应但是与电解质反应的材料，并且当其与电解质反应时可以是可膨胀的，从而引起体积膨胀。因此，烃的第一半径r1可以增大。
另外，围绕包封构件的壳能够承受包封构件的膨胀，并且可以具有随着包封构件的膨胀而增大的半径(r1+r2)。壳可以由热塑性树脂形成以是可变形的。可用作热塑性树脂的材料的示例可以包括聚乙烯、尼龙、聚缩醛树脂、聚氯乙烯、聚苯乙烯、ABS树脂和丙烯酸树脂，但是公开的实施例不限于以上的材料。
接下来，将图6a和图7a与图6b和图7b进行对比，对比结果证实微球结构的体积因电解质的渗透而增大，引起包括微球的终止带130的体积膨胀，因此可以使电极组件120固定地定位。
在下文中，将通过实验的结果来描述本公开的效果，在该实验中，使根据实施例的终止带能够与电解质反应。
图8a至图8c是示出使根据实施例的终止带能够与电解质反应的实验工艺的照片。
图8a、图8b和图8c分别是顺序地示出在实验之前、实验期间和实验之后拍摄的终止带的照片图像。
在实验中，使用通过将1.0M LiPF6与2:2:2:2:2的比例的EC/EMC/DEC/PC/DMC混合而获得的电解质以及包括由聚乙烯形成的第一层131和具有微球的第二层132的终止带130。另外，进行实验，使得终止带被浸入电解质溶液中，1小时后，观察颜色和厚度的变化。
实验结果总结在下面的表1中。
[表1]
第一层(131)的厚度(μm) 第二层(132)的厚度(μm)
实验前 12 51
实验后 12 81
厚度差 0 30
实验结果表明微球结构的直径从51μm变为81μm，证实在实验之前和实验之后存在30μm的厚度差，电极组件由于该厚度差而在终止带130与电解质反应时被固定地定位。
另外，将图8a和图8c中示出的照片彼此进行对比。对比结果直观地证实：与如图8a中所示的实验前的微球结构的颜色相比，如图8c中所示的实验后的微球结构的颜色变浅。该结果归因于包括在终止带130的第二层132中的微球结构的体积膨胀。
如上所述，在根据实施例的终止带130和使用该终止带130的二次电池100中，包括微球结构的层132形成在终止带130的至少一侧上，以使得终止带130能够由于微球结构因与电解质溶液反应引起的体积膨胀而是可膨胀的，从而通过使电极组件的位置固定来防止由于电极组件在壳体中的流动或移动而导致的电阻增大。
尽管已经描述了前面的实施例以实践本发明的终止带和使用该终止带的二次电池，但是这些实施例是出于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中限定的发明的精神和范围的情况下，可以做出许多修改和变化，这些修改和变化包含在本发明的范围和精神内。
产业上的可用性
在根据实施例的终止带和使用该终止带的二次电池中，通过在终止带的至少一侧上形成包括微球结构的层而使得终止带由于在微球结构与电解质溶液反应时的微球结构的体积膨胀而是可膨胀的，从而通过使电极组件的位置固定来防止由于电极组件的流动或移动导致的电阻增大。

Claims (10)

1.一种终止带，所述终止带包括：
第一层，由树脂形成，并且形成基底；以及
第二层，形成在第一层的至少一侧上，并且包括微球结构。
2.根据权利要求1所述的终止带，其中，微球结构构造为与包含锂盐的电解质溶液反应以引起体积膨胀。
3.根据权利要求2所述的终止带，其中，电解质溶液包括非水有机电解质溶液和聚合物电解质溶液中的至少一种，非水有机电解质溶液中混合有锂盐LiPF6、LiBF4或LiClO4和高纯度有机溶剂，聚合物电解质溶液具有聚合物电解质。
4.根据权利要求1所述的终止带，其中，第二层的微球结构包括由热塑性树脂形成的壳和被壳包封并且包含烃的包封构件。
5.根据权利要求1所述的终止带，其中，微球具有在5μm至50μm的范围内的直径。
6.一种二次电池，所述二次电池包括：
壳体，具有内部空间；
电极组件，与电解质被插入到壳体中；
终止带，覆盖电极组件，并且在与电解质反应时经历体积膨胀；以及
盖板，结合到壳体的上部，并且使壳体密封。
7.根据权利要求6所述的二次电池，其中，电解质溶液包括非水有机电解质溶液和聚合物电解质溶液中的至少一种，非水有机电解质溶液中混合有锂盐LiPF6、LiBF4或LiClO4和高纯度有机溶剂，聚合物电解质溶液具有聚合物电解质。
8.根据权利要求6所述的二次电池，其中，终止带包括：
第一层，由树脂形成，并且形成基底；以及
第二层，形成在第一层的至少一侧上，并且包括微球结构。
9.根据权利要求8所述的二次电池，其中，第二层的微球结构包括由热塑性树脂形成的壳和被壳包封并且包含烃的包封构件。
10.根据权利要求8所述的二次电池，其中，微球结构具有在5μm至50μm的范围内的直径。
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