CN111801815B - 二次电池 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种能够在外部短路的情况下增强安全性的二次电池。根据一个示例，所述二次电池包括：电极组件；壳体，用于容纳电极组件；以及盖组件，结合到壳体的顶部。盖组件包括：上盖；安全排气孔，设置在上盖下方；下盖，设置在安全排气孔下方，并且具有通孔和气体排放孔；绝缘体，设置在安全排气孔与下盖之间；底板，设置在下盖下方；以及焊料构件，用于将安全排气孔和底板电连接。安全排气孔和底板借助于焊接而电连接。

Description

二次电池

技术领域

本发明涉及一种二次电池。

背景技术

通常，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壳体、注入到壳体中以允许锂离子移动的电解质以及结合到壳体的一侧以防止电解质泄漏和电极组件分离的盖组件。另外，能够在二次电池发生异常时中断电流的流动的电流中断装置(CID)设置在盖组件中。

例如，如果二次电池被过度充电，则由于放电气体(诸如二氧化碳或一氧化碳)会发生电解质的分解，并且因此二次电池的内部压力会增大。在这样的情况下，盖组件的CID可以操作以中断电流的流动，从而防止二次电池的着火或爆炸。然而，尽管由于外部短路而快速地产生电流和组件热，但是电池的内部压力会缓慢地增大，因此，CID不会正确地操作。此外，盖组件的密封会由于组件损坏而被取消，从而阻碍CID的正确操作。

发明内容

技术问题

本发明提供了一种能够在外部短路的情况下增强安全性的二次电池。

技术方案

根据本发明的一方面，提供了一种二次电池，所述二次电池包括：电极组件；壳体，用于容纳电极组件；以及盖组件，结合到壳体的顶部，其中，盖组件包括上盖、设置在上盖下方的安全排气孔、设置在安全排气孔下方并具有通孔和气体排放孔的下盖、设置在安全排气孔与下盖之间的绝缘体、设置在下盖下方的底板以及用于将安全排气孔和底板电连接的焊料构件，并且安全排气孔和底板借助于焊接而电连接。

安全排气孔可以包括安装成与上盖的边缘部紧密接触的固定部以及位于固定部的内侧处并向下突出的变形部，并且变形部可以包括第一区域和第二区域，第一区域从固定部延伸并具有形成在其中的凹口，第二区域位于第一区域的内侧处、具有结合部并向下突出，结合部具有形成在其中的中心孔。

底板可以包括定位成与下盖的通孔对应的容纳凹槽，并且结合部和焊料构件可以被容纳在容纳凹槽中。

容纳凹槽可以被构造为具有比底端直径小的顶端直径。

朝向安全排气孔的外侧弯曲的钩可以设置在结合部的端部处。

钩可以具有比容纳凹槽的顶端直径小的直径。

多个结合孔可以设置在第二区域中，并且焊料构件可以注入到所述多个结合孔中。

焊料构件可以具有200℃至300℃范围内的熔点。

当二次电池发生外部短路时，焊料构件可以熔化并且安全排气孔可以向上凸起地变形，使得安全排气孔与底板断开。

当二次电池的内部压力大于或等于安全排气孔的操作压力时，焊料构件可以熔化并且安全排气孔可以向上凸起变形，使得安全排气孔与底板断开。

有益效果

如上所述，在根据实施例的二次电池中，安全排气孔和底板借助于焊接而电连接，并且焊料构件由于外部短路而熔化，使得安全排气孔与底板断开，从而中断流过二次电池的电流。因此，本发明的二次电池能够通过防止电极组件产生热来增强安全性。

附图说明

图1是示出根据实施例的二次电池的透视图。

图2是示出根据实施例的二次电池中的盖组件的剖视图。

图3是示出另一示例安全排气孔的剖视图。

图4是示出安全排气孔的示例操作的剖视图。

图5是示出安全排气孔的另一示例操作的剖视图。

图6是示出根据另一实施例的安全排气孔的剖视图。

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来实施，并且不应该被解释为限于这里阐述的示例实施例。相反，发明的这些示例实施例被提供，使得本发明将是彻底的和完整的，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。如这里所使用的，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。

在这里使用的术语仅出于描述具体实施例的目的，而不旨在限制发明。如在这里使用的，除非上下文另外清楚地指出，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/或其变型时，说明存在所陈述的特征、数量、步骤、操作、元件和/或组件，但是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是示出根据实施例的二次电池的透视图。图2是示出根据实施例的二次电池中的盖组件的剖视图。图3是示出另一示例安全排气孔的剖视图。

参照图1和图2，根据本发明实施例的二次电池100包括电极组件110、壳体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和设置在第一电极111与第二电极112之间的隔膜113。电极组件110可以通过以果冻卷(jelly-roll)构造卷绕第一电极111、隔膜113和第二电极112的堆叠结构来形成。在一些实施例中，第一电极111可以用作正电极，第二电极112可以用作负电极。第一电极接线片114在电极组件110的顶部处连接到盖组件130，第二电极接线片115在电极组件110的底部处连接到壳体120的底表面板122。

第一电极111通过在由金属箔(诸如铝箔)形成的第一电极集流体上涂覆第一电极活性物质(诸如过渡金属氧化物)而形成。没有第一电极活性物质涂覆在其上的第一电极未涂覆部形成在第一电极111上，第一电极接线片114附着到第一电极未涂覆部。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。

第二电极112通过在由金属箔(诸如铜箔或镍箔)形成的第二电极集流体上涂覆第二电极活性物质(诸如石墨或碳)而形成。没有第二电极活性物质涂覆在其上的第二电极未涂覆部形成在第二电极112上，第二电极接线片115附着到第二电极未涂覆部。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壳体120的底表面板122。

隔膜113位于第一电极111与第二电极112之间以防止其间的短路，并且使锂离子能够移动。隔膜113可以包括聚乙烯、聚丙烯或聚乙烯和聚丙烯的复合膜。

壳体120包括具有形成容纳有电极组件110的空间的具有预定直径的圆柱形主体的侧表面板121和密封侧表面板121的底部的底表面板122。壳体120的顶部开口被打开以在电极组件110被注入到壳体120中之后被密封。另外，卷边部123设置在壳体120的上部处以防止电极组件110移动。另外，压接部124设置在壳体120的顶端处以固定盖组件130。

盖组件130包括上盖140、安全排气孔150、下盖160、底板170和焊料构件180。

上盖140具有向上凸起的顶部部分以电连接到外部电路。另外，上盖140具有提供在壳体120内部产生的气体通过其排放的通道的气体排放孔141。上盖140电连接到电极组件110并且将在电极组件110中产生的电流传递到外部电路。

安全排气孔150形成为圆形板体，圆形板体成形为与上盖140一致并且安装在上盖140下方。安全排气孔150包括位于其外侧处的固定部151，以及位于固定部151的内侧处并向下突出的变形部152。固定部151被安装成与上盖140的除了上盖140的向上突出的部分(即，上盖140的边缘部)之外的部分紧密接触。另外，固定部151的边缘部形成为从上盖140向上延伸，同时覆盖上盖140的边缘部。因此，安全排气孔150可以通过固定部151而被固定到上盖140。

变形部152包括位于其外侧处的第一区域153和位于第一区域153的内侧处的第二区域154。变形部152可以借助于焊接而电连接到底板170。变形部152可以在二次电池100发生异常时变形，因此，可以增强二次电池100的安全性。

第一区域153从固定部151延伸并且从固定部151的内侧向下突出。第一区域153位于固定部151与第二区域154之间。此外，引导安全排气孔150破裂的凹口153a设置在第一区域153中。在示例实施例中，当壳体120的内部压力超过安全排气孔150的操作压力时，变形部152通过经由下盖160的气体排放孔162排放的气体向上移动，因此，安全排气孔150与底板170电断开。另外，当壳体120的内部压力超过比安全排气孔150的操作压力高的破裂压力时，凹口153a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。

第二区域154从第一区域153延伸并且在第一区域153的内侧处向下突出。从第二区域154向下突出的结合部155设置在第二区域154的中心处，中心孔155a设置在结合部155的中心处。即，结合部155形成为中空圆柱形状。另外，中心孔155a可以提供当焊料构件180熔化时焊料构件180向上上升的空间。另外，朝向安全排气孔150的外侧弯曲的钩155b设置在结合部155的端部处。钩155b可以起到增大安全排气孔150与稍后将描述的底板170之间的结合力的作用。结合部155可以通过焊料构件180电连接到底板170。如图2中所示，第二区域154的一部分与底板170接触，使得安全排气孔150与底板170彼此电连接。然而，由于接触电阻，电流几乎不流过第二区域154与底板170之间的接触部，电流实际上通过焊料构件180在安全排气孔150与底板170之间流动。另外，如图3中所示，第二区域154'可以不与底板170接触。即使第二区域154'不与底板170接触，安全排气孔150也可以通过焊料构件180电连接到底板170。

另外，当结合部155电连接到底板170时，结合部155可以在第二区域154被按压的状态下通过焊接结合到底板170。因此，当由于外部短路导致大量电流流过二次电池100时，焊料构件180被在二次电池100中产生的热熔化，第二区域154根据恢复的弹性而向上翻转，因此与底板170电断开。

下盖160形成为圆形板体并且安装在安全排气孔150下方。通孔161设置在下盖160的中心处，安全排气孔150的第二区域154穿透通孔161。另外，气体排放孔162设置在下盖160的一侧处。当在壳体120内部产生过大的内部压力时，气体排放孔162可以起到排放内部气体的作用。这里，安全排气孔150的变形部152可以由于通过气体排放孔162排放的气体而上升，因此，安全排气孔150可以与底板170分离。另外，绝缘体165设置在下盖160与安全排气孔150之间。绝缘体165使下盖160与安全排气孔150彼此绝缘。绝缘体165安装在安全排气孔150的固定部151下方，并且设置为大致环形构造。绝缘体165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。

底板170安装在下盖160下方。具体地，底板170结合到下盖160的底部，同时覆盖下盖160的通孔161。底板170包括中心定位的容纳凹槽171。安全排气孔150的结合部155容纳在容纳凹槽171中，焊料构件180填充容纳凹槽171的内部。容纳凹槽171被构造成具有比底端直径D2小的顶端直径D1。换句话说，容纳凹槽171被构造成具有远离其顶端而逐渐增大的直径。另外，容纳凹槽171的顶端直径D1比钩155b的直径D3大。这是出于在填充容纳凹槽171的焊料构件180由于外部短路而熔化时使安全排气孔150的钩155b与底板170分离而不被容纳凹槽171卡住的目的。底板170通过焊料构件180电连接到安全排气孔150。另外，第一电极接线片114电结合到底板170的底部。即，底板170可以将第一电极接线片114和安全排气孔150彼此电连接。

焊料构件180容纳在底板170的容纳凹槽171中，并且可以借助于焊接将安全排气孔150的结合部155和底板170电连接。这里，焊接指通过对焊料构件180施加热来使焊料构件180熔化，并且将熔化的焊料构件180注入到容纳凹槽171中，随后固化，从而将安全排气孔150和底板170彼此结合。

另外，焊料构件180形成为围绕结合部155的钩155b，钩155b可以防止安全排气孔150容易地与焊料构件180分离。安全排气孔150可以由铝(Al)制成，并且焊料构件180可以包括锡(Sn)作为主要成分，因此，安全排气孔150与焊料构件180之间的结合力相对弱。例如，如果在结合部中没有设置钩，则即使当焊料构件固化时，安全排气孔也可以通过物理力与焊料构件分离。然而，在本公开中，由于钩155b钩住焊料构件180，所以安全排气孔150不容易与焊料构件180分离。

焊料构件180可以由从由Sn-Pb、Sn-Pb-Ag、Sn-Pb-Bi、Sn-Cu、Sn-Ag、Sn-Bi、Sn-Ag-Cu、Sn-Ag-Bi、Sn-Zn及其等同物组成的组中选择的一种制成。另外，焊料构件180可以具有200℃至300℃范围内的熔点。如上所述，焊料构件180的熔点相对低，因此，当在二次电池100中产生热时，焊料构件180会由于外部短路或过充电而容易被熔化。因此，借助于焊接彼此结合的安全排气孔150和底板170容易彼此分离，从而增强二次电池100的安全性。

垫圈190安装在壳体120的顶部开口处。即，垫圈190紧密地组装在上盖140的外周和安全排气孔150的外周中的每者与壳体120的顶部开口之间。垫圈190可以防止盖组件130与壳体120分离。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。

接下来，将描述根据实施例的操作二次电池中的安全排气孔的方法。

图4是示出安全排气孔的示例操作的剖视图。图5是示出安全排气孔的另一示例操作的剖视图。

首先，参照图4，示出了在二次电池100的外部短路的情况下安全排气孔150的操作状态。当二次电池100发生外部短路时，高电流瞬间流入二次电池100中并且产生热。焊料构件180被产生的热熔化，安全排气孔150的第二区域154向上翻转，从而使安全排气孔150与底板170电断开。如上所述，根据本公开，焊料构件180在外部短路的情况下被熔化，因此，安全排气孔150与底板170断开，从而中断电流在二次电池100中流动。因此，可以防止电极组件110产生热，从而增强二次电池100的安全性。

接下来，参照图5，示出了在二次电池100过充电的情况下安全排气孔150的操作状态。当二次电池100发生过充电时，在二次电池100中产生气体而使内部压力增大，温度缓慢升高。产生的气体穿过下盖160的气体排放孔162以推动安全排气孔150的变形部152(具体地，第一区域153)。这里，由于焊料构件180根据内部温度的升高而熔化，所以安全排气孔150的第二区域154也变形为与第一区域153一起向上翻转，从而使安全排气孔150与底板170电断开。如上所述，根据本公开，焊料构件180由于在过充电的情况下产生的热和气体而被熔化，因此，安全排气孔150与底板170断开，从而中断电流在二次电池100中流动。因此，可以防止电极组件110由于内部压力的增大而爆炸，从而增强二次电池100的安全性。

图6是示出根据另一实施例的安全排气孔的剖视图。

参照图6，安全排气孔250包括位于其外侧处的固定部251以及位于固定部251的内侧处并向下突出的变形部252。固定部251被安装成与上盖140的除了上盖140的向上突出的部分(即，上盖140的边缘部)之外的部分紧密接触。另外，固定部251的边缘部形成为从上盖140向上延伸，同时覆盖上盖140的边缘部。因此，安全排气孔250可以通过固定部251固定到上盖140。

变形部252包括位于其外侧处的第一区域253和位于第一区域253的内侧处的第二区域254。变形部252可以借助于焊接电连接到底板170。变形部252可以在二次电池100发生异常时变形，因此，可以防止二次电池100的爆炸。

第一区域253从固定部251延伸并从固定部251的内侧向下突出。第一区域253位于固定部251与第二区域254之间。另外，引导安全排气孔250破裂的凹口253a设置在第一区域253中。在示例实施例中，当壳体120的内部压力超过安全排气孔250的操作压力时，变形部252通过经由下盖160的气体排放孔162排放的气体向上移动，因此，安全排气孔250与底板170电断开。另外，当壳体120的内部压力超过比安全排气孔250的操作压力高的破裂压力时，凹口253a破裂，从而防止二次电池100爆炸。安全排气孔250可以由铝(Al)制成。

第二区域254从第一区域253延伸并且在第一区域253的内侧处向下突出。从第二区域254向下突出的结合部255设置在第二区域254的中心处，中心孔255a设置在结合部255的中心处。即，结合部255形成为具有中空圆柱形状。结合部255可以通过焊料构件180电连接到底板170。另外，多个结合孔255b设置在第二区域254中。结合孔255b可以起到增大安全排气孔250与底板170之间的结合力的作用。具体地，当结合部255借助于焊接结合到底板170时，焊料构件180被注入到结合孔255b中，然后被固化。因此，由于穿透结合孔255b的焊料构件180保持在第二区域254，所以安全排气孔250不容易与焊料构件180分离。

虽然已经描述了前述实施例以实践本发明的二次电池，但是本领域的普通技术人员将理解的是，在不脱离如权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下，可以在其中做出形式上和细节上的各种改变。

Claims (9)

1.一种二次电池，所述二次电池包括：

电极组件；

壳体，用于容纳电极组件；以及

盖组件，结合到壳体的顶部，

其中，盖组件包括：上盖；安全排气孔，设置在上盖下方；下盖，设置在安全排气孔下方并具有通孔和气体排放孔；绝缘体，设置在安全排气孔与下盖之间；底板，设置在下盖下方；以及焊料构件，用于将安全排气孔和底板电连接，并且安全排气孔和底板借助于焊接而电连接，

其中，安全排气孔包括安装成与上盖的边缘部紧密接触的固定部以及位于固定部的内侧处并向下突出的变形部，并且变形部包括第一区域和第二区域，第一区域从固定部延伸，第二区域位于第一区域的内侧处，

其中，从第二区域向下突出且形成为具有中空圆柱形状的结合部设置在第二区域的中心处，并且通过焊料构件电连接到底板，

其中，中心孔设置在结合部的中心处，并且

其中，底板包括定位成与下盖的通孔对应的容纳凹槽，并且结合部和焊料构件被容纳在容纳凹槽中。

2.根据权利要求1所述的二次电池，其中，第一区域具有形成在其中的凹口。

3.根据权利要求2所述的二次电池，其中，容纳凹槽被构造成具有比底端直径小的顶端直径。

4.根据权利要求2所述的二次电池，其中，朝向安全排气孔的外侧弯曲的钩设置在结合部的端部处。

5.根据权利要求4所述的二次电池，其中，钩具有比容纳凹槽的顶端直径小的直径。

6.根据权利要求2所述的二次电池，其中，多个结合孔设置在第二区域中，并且焊料构件注入到所述多个结合孔中。

7.根据权利要求1所述的二次电池，其中，焊料构件具有200℃至300℃范围内的熔点。

8.根据权利要求1所述的二次电池，其中，当二次电池发生外部短路时，焊料构件熔化并且安全排气孔向上凸起地变形，使得安全排气孔与底板断开。

9.根据权利要求1所述的二次电池，其中，当二次电池的内部压力大于或等于安全排气孔的操作压力时，焊料构件熔化并且安全排气孔向上凸起地变形，使得安全排气孔与底板断开。

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