CN111712939A - 电池单元及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

根据本发明的一个实施方案的电池单元包括：电极组件；壳体，所述壳体包括容纳电极组件的容纳部，和形成在容纳部的周围的密封部；和固定构件，所述固定构件设置在容纳部和密封部之间以使其彼此粘合；其中，所述固定构件包括芯层和堆叠在芯层的两个表面上的粘合剂层。

Description

电池单元及其制造方法
技术领域
本发明涉及具有最大内部空间的电池单元。
背景技术
锂二次电池具有3.6V以上的工作电压，并被用作便携式电子设备的电源，或者通过将多个锂二次电池串联连接而用于高功率混合动力车辆中。锂二次电池的工作电压为镍-镉电池或镍-金属氢化物电池的3倍，并且每单位重量的能量密度更高。鉴于此，当前的趋势是锂二次电池的使用正在快速增加。
通常，锂二次电池是以电池单元为单位制造的，并且可以分为将电极组件组装在金属罐中的罐型二次电池和将电极组件组装在铝层压板的袋中的袋型二次锂电池。
袋型二次电池通过在电极组件被容纳在外部材料中的状态下引入电解质并密封外部材料的方法来制造。
然而，传统的袋型二次电池在三个或四个表面上进行密封，并且由此形成的密封部不可避免地造成死体积，在死体积中不产生电能。
在这方面，袋型二次电池的主要问题是需要使密封部所占的空间百分比最小化以使体积效率或体积能量密度最大化。
因此，需要一种能够解决上述问题的电池单元。
发明内容
[技术问题]
本发明的一方面可以提供一种电池单元，其能够通过使袋的密封部的体积最小化而使二次电池的体积效率最大化。
[技术方案]
根据本发明的一个方面，一种电池单元，其包括电极组件；壳体，该壳体包括容纳电极组件的容纳部，和形成在容纳部的周围的密封部；固定构件，该固定构件设置在容纳部和密封部之间以使其粘合；其中，该固定构件包括芯层和堆叠在芯层的两个表面上的粘合剂层。
在示例性实施方案中，密封部至少弯曲一次以粘附至容纳部。
在示例性实施方案中，芯层可以由与粘合剂层相比具有更低的伸长率的材料形成。
在示例性实施方案中，壳体可以由聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)形成，粘合剂层可以由聚氨酯基树脂形成。
在示例性实施方案中，芯层可以由PET形成。
在示例性实施方案中，在固定构件中，粘合剂层的厚度可以大于芯层的厚度。
在示例性实施方案中，固定构件的厚度可以形成为100μm至300μm，粘合剂层的厚度可以形成为芯层的厚度的至少两倍。
在示例性实施方案中，固定构件可以具有20％以下的伸长率。
在示例性实施方案中，固定构件可以具有30N/m2以上的拉伸强度。
根据本发明的另一方面，一种用于制造电池单元的方法，其包括：将电极组件设置在壳体的容纳部中；弯曲壳体的密封部；将固定构件粘附至密封部；以及通过固定构件将密封部附接至容纳部，其中，固定构件包括芯层和堆叠在该芯层的两个表面上的粘合剂层。
在示例性实施方案中，将密封部附接至容纳部的方法可以包括通过热压密封部来使粘合剂层熔融并硬化。
在示例性实施方案中，芯层可以由聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)形成，粘合剂层可以由聚氨酯基树脂形成。
在示例性实施方案中，将固定构件附接至密封部的方法可以包括：除去附接至固定构件的离型膜，以使固定构件的具有粘性的一个表面暴露；并将固定构件的该表面附接至密封部。
[有益效果]
如上所述，根据本发明的示例性实施方案，电池单元及其制造方法可以通过使袋的密封部弯曲和粘附而使电池单元的体积效率最大化。
另外，当使用在芯层的两个表面上设置有粘合剂层的固定构件来粘合密封部和容纳部时，在将固定构件粘附于密封部的过程中，能够使固定构件的变形最小化，并且能够防止热压时熔融的粘合剂层的过度扩散。在这方面，可以提高密封部和容纳部的粘合可靠性，并且在电池单元的制造期间可以防止对电池单元至关重要的绝缘失效。
附图说明
图1是示出根据本发明示例性实施方案的电池单元的透视图。
图2是图1所示的电池单元的分解透视图；
图3是沿图1的线A-A’截取的剖视图；
图4是图3的“B”的放大图；以及
图5至图9是示出用于制造根据示例性实施方案的电池单元的方法的图。
具体实施方式
在详细描述本发明之前，以下描述的本说明书和权利要求书中使用的术语或词语不应被解释为限于常规或词典的含义，而应基于发明人为了以最佳的方法描述自己的发明而可以适当地定义为术语的概念的原则，被解释为符合本发明的技术思想的含义和概念。因此，本说明书中记载的实施方案和附图中示出的构成仅仅是本发明最优选的实施方案，并不代表本发明的全部技术思想，因此应理解为本申请可以具有可代替它们的各种等同物和变形例。
在下文中，将参考附图来详细描述本发明优选的实施方案。这时，应注意在附图中相同的构成要素尽可能以相同的附图标记表示。此外，将省略可能使本发明的主旨不清楚的公知功能和构成的详细描述。由于相同的原因，附图中的一部分构成要素被放大示出或被省略或被示意性地示出，并且各个构成要素的尺寸并不完全反映实际尺寸。
图1是示出根据本发明示例性实施方案的电池单元的透视图，图2是图1所示的电池单元的分解透视图，图3是沿图1的线A-A’截取的剖视图，图4是图3的“B”的放大图。为了便于描述，图2示出了未弯曲的第二密封部。
参考图1至图4，根据本发明的袋型电池单元包括电极组件100和袋型壳体200。
提供了电极组件100，其具有多个电极板和极耳110，并被容纳在壳体200的容纳部204中。电极板由阳极板和阴极板组成。电极组件100可以是堆叠结构的形式，其中阳极板和阴极板的相对较宽的表面彼此面对，并且在它们之间插入有隔膜。
阳极板和阴极板可以形成为具有这样一种结构，在该结构中，集电器涂覆有活性材料浆料。通常地，可以以如下方式形成浆料：向粒状活性材料、导电助剂、粘合剂、增塑剂等中添加溶剂，并进行搅拌。
此外，电极组件100可以包括在垂直方向上堆叠的多个阳极板和多个阴极板。在这种情况下，多个阳极板和多个阴极板中的每一个可以包括极耳110，并且可以与具有相同极性的另一个极耳110接触并连接至具有相同极性的电极引线120。
壳体200可以包括第一壳体210和第二壳体220。第一壳体210和第二壳体220中的每一个可以包括密封部202和容纳部204。
容纳部204形成为具有容器形状以提供内部空间。密封部202形成为具有在容纳部204的入口处延伸的凸缘形状。
电极组件100和电解质(未示出)容纳在容纳部204的内部空间中。如图2所示，在第一壳体210和第二壳体220中均形成有容纳部，但是如果需要，可以仅在其中一个壳体中形成容纳部。
密封部202可以被设置为沿着容纳部204的周边的边缘部分。
第一壳体210的密封部202和第二壳体220的密封部202可以彼此结合，从而密封由容纳部204形成的内部空间。
密封部202之间的结合可以通过热熔方法进行，但不限于此。
密封部202可以分为其中设置有电极引线120的第一密封部2021和其中未设置有电极引线120的第二密封部。在示例性实施方案中，容纳部204形成为具有矩形形状，密封部202设置在矩形的外围。因此，提供了四个密封部202。
此外，在示例性实施方案中，由于电极引线120设置成面向相反的方向，因此两个电极引线120设置在不同的密封部202中，从而导致两个第一密封部2021和两个第二密封部2022。
然而，本发明不限于此。在两个电极引线120设置在单个密封部202中的情况下，可以导致三个第二密封部。
另外，为了在增加粘合可靠性的同时显著减小密封部202的面积，密封部202可以形成为具有至少折叠一次的形式。
更具体地，在根据示例性实施方案的所有密封部202中，其中未设置电极引线120的第二密封部2022被弯曲两次然后被固定。
例如，第二密封部2022可以沿图5所示的第一折线C1弯曲180°，接着沿图7所示的第二折线C2弯曲，使得第二密封部2022粘附至容纳部204的侧面(图4的204a)。在这种情况下，密封部202沿第二折线C2弯曲的角度可以根据容纳部的侧面204a的角度(图4的θ)而变化。
同时，密封部202沿第二折线C2弯曲的角度θ小于90°，但可以等于或大于75°。
当角度θ至少为90°时，密封部202形成为咬入容纳部204中，从而可能与电极组件100接触。当角度小于75°时，袋内部的死体积增大，从而使得难以将电极组件100牢固地固定在容纳部204中，并造成体积能量密度降低的问题。
因此，为了解决这些问题，将角度θ限制在75°至90°的范围内。
由于这种结构，第二密封部2022可以具有增强的密封以及粘合可靠性。
同时，沿第二折线弯曲的密封部202通过固定构件250固定地粘附至容纳部的侧面204a。
在示例性实施方案中，固定构件250涉及使用膜状或带状构件，并通过热熔方法熔融或硬化以将密封部202和容纳部204彼此粘附。
固定构件250包含芯层251和堆叠在芯层251的两个表面上的粘合剂层253。
在将固定构件250附接至密封部202的过程中，芯层251防止固定构件250的过度的伸长率。芯层251可以由PET材料形成，但不限于此。
提供芯层251以限制固定构件250的伸长率。如下所述，由聚氨酯基材料形成的粘合剂层253具有很大的伸长率。因此，当固定构件250仅由粘合剂层253构成时，在将力施加到固定构件250以附接至密封部202的过程中，固定构件250可能过度延伸。在这种情况下，固定构件250的宽度减小，这可能导致固定构件250的粘合性降低。另外，当固定构件250具有低的拉伸强度时，在将固定构件250附接至密封部202的固定过程中，固定构件250可能容易断裂。
因此，在示例性实施方案中，芯层251位于粘合剂层253之间，以将伸长率保持在20％以下。为此，芯层251具有低的伸长率，并且与粘合剂层253相比不易伸长，并且由在粘合剂层253的熔融温度下不易熔融的材料(例如PET)形成。
另外，当在电池单元的制造过程中粘合剂层253熔融时，芯层251防止熔融的粘合剂层过度扩散。在不存在芯层251的情况下，整个固定构件250熔融，熔融的粘合剂层253易于向外扩散。在这种情况下，扩散的粘合剂层253可能引起缺陷。
在如示例性实施方案中提供芯层251的情况下，由于芯层251产生表面张力，因此，可以使由于粘合剂层253的过度扩散引起的缺陷的发生最小化。
堆叠在芯层251的两个表面上的粘合剂层253被粘附至密封部202和容纳部204。聚氨酯基树脂、聚烯烃基树脂、聚酯基树脂、聚酰胺基树脂等可以用作粘合剂层253。
在示例性实施方案中，壳体200的表面由PET材料形成。因此，考虑到对PET的粘附性，将聚氨酯基材料用于粘合剂层253。
然而，当壳体200的表面由诸如尼龙等的其他材料形成时，粘合剂层253可以由前述的各种树脂选择性地形成。
由于这种固定构件250形成为具有膜状或带状，因此在向其施加力以粘附至密封部202的过程中，固定构件250可能过度延伸或断裂。
在这方面，将固定构件250的伸长率限制为20％以下，将拉伸强度限制为30N/m2以上。
在目标距离为100mm和拉伸速度为100mm/分钟的情况下，测量了10mm×120mm尺寸的样品的拉伸强度和伸长率。当固定构件仅由PUR形成时，测得的拉伸强度为1N/m2以下，测得的伸长率超过400％。这表明难以仅由PUR形成本发明的固定构件250。
相反，当如示例性实施方案中在粘合剂层253之间提供芯层251时，测得的固定构件250的拉伸强度为30N/m2至45N/m2，而测得的伸长率为20％以下。因此，使用示例性实施方案的固定构件250可以解决上述问题。
同时，如前所述，提供芯层251以限制固定构件250的伸长率。因此，只要芯层251具有这样的功能，就不需要芯层251很厚。例如，芯层251的厚度可以被限定在10μm至50μm的范围内，但不限于此。
示例性实施方案的固定构件250形成为使得粘合剂层253比芯层251厚。例如，每个粘合剂层253的厚度可以为芯层的厚度的两倍。例如，每个粘合剂层253可以被限定为具有50μm至120μm的宽度，但不限于此。
此外，固定构件250的宽度W1形成为小于外部密封部(图7的2022b)的宽度W2。外部密封部2022b的宽度W2形成为小于容纳部204的侧面204a的宽度。因此，固定构件250的一个表面整体粘附至密封部2022b，另一个表面整体粘附至容纳部204的侧面204a上。另外，整个外部密封部2022b设置成面对容纳部204的侧面204a，并因此不会向容纳部204的侧面204a的外侧突出。
例如，固定构件250可以形成为具有1mm至5mm的宽度，但不限于此。
同时，当固定构件250具有小于100μm的厚度时，粘合剂层253太薄以至于其粘合性劣化。相反，当固定构件250的厚度超过300μm时，由于固定构件250的厚度，密封部202和容纳部204之间的距离增加，从而增加了电池单元的尺寸。因此，示例性实施方案中的固定构件250的厚度可以限定在100μm至300μm的范围内。
现在将描述用于制造根据示例性实施方案的电池单元的方法。
图5是示出用于制造根据示例性实施方案的电池单元的方法的图。
参考图5，将电极组件100设置在第一壳体210和第二壳体220的容纳部204内，将电解质填充在容纳部的内部空间中，然后将第一壳体210的密封部202和第二壳体220的密封部202粘附并密封。
在这种情况下，对于壳体200，可以使用在由绝缘材料形成的绝缘层之间包括铝薄膜的片材。可选地，绝缘层可以由聚合物(例如尼龙、PET、聚丙烯等)形成，但不限于此。
接下来，第一折叠过程包括沿第一折线C1将第二密封部2022弯曲180°。在下文中，将设置在第一折线C1的外侧的部分称为“外部密封部2022b”，而将设置在第一折线C1的内侧的部分称为“内部密封部2022a”。
如图6所示，当第二密封部2022弯曲时，与内部密封部2022a重叠的外部密封部2022b设置在内部密封部2022a的上部。为了维持外部密封部2022b和内部密封部2022a重叠的形状，可以在压紧外部密封部2022b和内部密封部2022a的同时施加热量。
第一折线C1可以被定义为在纵向上划分第二密封部2022的线。外部密封部2022b和内部密封部2022a可以被划分为具有相同的宽度，但不限于此。如在示例性实施方案中，只要外部密封部2022b的整体可以面向内部密封部2022a，就可以进行各种修改，包括限定第一折线C1，使得外部密封部2022b的宽度小于内部密封部分2022a的宽度。
如图7所示，在设置于内部密封部2022a的上部的外部密封部2022b上设置有固定构件250。
固定构件250被制备为具有膜或带的形式。如前所述，当壳体200的表面由PET材料形成时，粘合剂层253由PUR材料形成。
此外，固定构件250的与外部密封部2022b表面接触的一个表面具有粘合性。在这方面，设置在外部密封部2022b上的固定构件250不容易与外部密封部2022b分离。为此，将固定构件250提供为具有贴附至固定构件250的一个表面的离型膜。在该过程中，可以去除离型膜，并可以将固定构件250附接至外部密封部2022b。
同时，将恒定的拉伸力施加至固定构件250，使得固定构件250被均匀地附接至外部密封部2022b。在该过程中，固定构件250可以通过所述拉伸力而伸长。然而，根据示例性实施方案的固定构件包括如前所述的芯层，从而具有20％以下的伸长率和30N/m2的拉伸强度。因此，可以防止固定构件250过度变形或断裂。
进行第二折叠过程，该第二折叠过程包括沿第二折线C2使第二密封部2022弯曲。
第二折线C2形成在容纳部204和第二密封部2022之间的界面处或与该界面相邻。
如图8所示，当密封部202弯曲时，固定构件250的除粘附至外部密封部2022b的表面外的另一表面与容纳部的侧面204a表面接触，外部密封部2022b和内部密封部2022a设置成与容纳部的侧面204a重叠。
如图9所示，然后从密封部202的外部对固定构件250进行热压。
在该过程中，使用高温加压设备270对密封部202和固定构件250两者加压并向其供热。在该过程中，将100℃至150℃下的热量和0.2MPa至1MPa的压力施加到固定构件250上持续5秒至30秒，但本发明不限于此。
在这方面，固定构件250的粘合剂层253熔融然后硬化，同时固定构件250的两个表面被粘附至密封部202和容纳部204。
一旦通过上述过程将密封部202通过固定构件250粘附至容纳部的侧面204a上，就完成了根据示例性实施方案的电池单元。
根据上述示例性实施方案的电池单元及其制造方法包括弯曲壳体的密封部并将密封部粘附至容纳部。因此，可以防止电解质和气体从密封部向外泄露。
另外，其中在其两个表面上均设置有粘合剂层的固定构件用于粘合密封部和容纳部。因此，当固定构件附接至密封部时，固定构件的变形可以最小化，并且在热压期间可以防止熔融的粘合剂层的过度扩散。在这方面，可以提高密封部和容纳部的粘合可靠性，并且可以防止在电池单元的制造期间可能出现的缺陷。
尽管如上已经示出和描述了示例性实施方案，但是对于本领域技术人员显而易见的是，在不脱离由所附权利要求限定的本发明的范围的情况下，可以进行修改和变型。
例如，在前述示例性实施方案中，第二密封部被示例为弯曲两次，但本发明不限于此。第二密封部可以被弯曲一次或三次或更多次，从而根据需要进行各种修改。
此外，在前述示例性实施方案中，固定构件被形成为具有连续的线性形状，但是可以被构造成通过将多个短的固定构件彼此间隔开而具有波形。
另外，在示例性实施方案中，仅在密封部和容纳部之间设置固定构件；然而，如果需要，可以在外部密封部和内部密封部之间设置固定构件。

Claims (13)

1.一种电池单元，其包括：
电极组件；
壳体，所述壳体包括容纳所述电极组件的容纳部，和形成在所述容纳部的周围的密封部；和
固定构件，所述固定构件设置在所述容纳部和所述密封部之间以使其彼此粘合；
其中，所述固定构件包括芯层和堆叠在所述芯层的两个表面上的粘合剂层。
2.根据权利要求1所述的电池单元，其中，所述密封部至少弯曲一次以粘附至所述容纳部。
3.根据权利要求1所述的电池单元，其中，所述芯层由与所述粘合剂层相比具有更低的伸长率的材料形成。
4.根据权利要求1所述的电池单元，其中，所述壳体由聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)形成，所述粘合剂层由聚氨酯基树脂形成。
5.根据权利要求4所述的电池单元，其中，所述芯层由PET形成。
6.根据权利要求1所述的电池单元，其中，在所述固定构件中，所述粘合剂层的厚度大于所述芯层的厚度。
7.根据权利要求1所述的电池单元，其中，所述固定构件的厚度形成为100μm至300μm，所述粘合剂层的厚度形成为所述芯层的厚度的至少两倍。
8.根据权利要求1所述的电池单元，其中，所述固定构件具有20％以下的伸长率。
9.根据权利要求1所述的电池单元，其中，所述固定构件具有30N/m2以上的拉伸强度。
10.一种用于制造电池单元的方法，其包括：
将电极组件设置在壳体的容纳部中；
弯曲所述壳体的密封部；
将固定构件粘附至所述密封部；以及
通过所述固定构件将所述密封部附接至所述容纳部；
其中，所述固定构件包括芯层和堆叠在所述芯层的两个表面上的粘合剂层。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，将所述密封部附接至所述容纳部的方法包括通过热压所述密封部来使所述粘合剂层熔融并硬化。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述芯层由聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)形成，所述粘合剂层由聚氨酯基树脂形成。
13.根据权利要求11所述的方法，其中，将所述固定构件附接至所述密封部的方法包括：
除去附接至所述固定构件的离型膜，以使所述固定构件的具有粘性的一个表面暴露；以及
将所述固定构件的所述一个表面附接至所述密封部。
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