CN111937225B - 具有压电元件和热电元件的圆柱形二次电池 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种圆柱形二次电池，其包括正极电极、负极电极和分隔件。正极电极包括正极电极接线片，并且压电元件和热电元件形成在正极电极接线片的边缘上。

Description

具有压电元件和热电元件的圆柱形二次电池
技术领域
本申请要求2018年11月30日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2018-0152912的优先权和权益，其全部内容通过引用结合于此。
本发明涉及一种包括压电元件和热电元件的圆柱形可再充电电池。
背景技术
近来，人们对由于化石燃料的枯竭以及环境污染引起的能源价格上涨越来越关注，并且对环境友好型可替代能源的需求已经成为对于未来生活而言必不可少的因素。因此，继续对诸如原子能、太阳能、风能、潮汐能等各种电力生产技术进行了研究，并且用于更有效地使用所产生能量的电力存储装置也引起了关注。
此外，随着技术的发展和对移动设备和电动车辆的需求的增加，对作为能源的电池的需求正在快速增加，因此，已经进行了很多关于能够满足各种需求的电池的研究。特别地，就材料而言，对具有诸如高能量密度、放电电压和输出稳定性优点的锂可再充电电池(诸如锂离子电池、锂离子聚合物电池等)的需求很高。
可再充电电池根据电极组件的结构进行分类，在电极组件中，正极电极、负极电极和被置于正极电极和负极电极之间的分隔件被堆叠。其代表性实例可以包括果冻卷型(缠绕型)电极组件、堆叠型电极组件等，在所述果冻卷型(缠绕型)电极组件中，具有长片状形状的正极电极和负极电极被卷绕，并且分隔件被置于正极电极和负极电极之间；在所述堆叠型电极组件中，被切割为预定尺寸单位的多个正极电极和负极电极被顺序地堆叠，并且分隔件被置于正极电极和负极电极之间。近来，为了解决果冻卷型和堆叠型电极组件的问题，已经开发了一种作为具有果冻卷型和堆叠型相混合的先进结构的电极组件的堆叠/折叠型电极组件，在所述堆叠/折叠型电极组件中，通过在分隔件被置于预定单位的正极电极和负极电极之间的情况下、堆叠所述正极电极和负极电极来获得单元单体，所述单元单体被置放在分离膜上，并且被顺序地缠绕。
根据使用目的，这种电极组件被容纳在袋状壳体、圆柱形罐、矩形壳体等中，以制造电池。
其中，圆柱形电池具有易于制造和单位重量能量密度高的优点，因此被用作从便携式计算机到电动车辆的各种装置的能源。为了使得高能量密度这个优点最大化，增加了负极电极活性材料中的硅含量。在这种情况下，在电池的充电和放电期间，硅具有大的体积膨胀，在负极电极的反复体积膨胀期间，这会在电池中引起大量应力。与硅相比，石墨具有相对小的体积膨胀，但是它也会引起体积膨胀和应力。特别地，存在应力集中在两个电极的阶形部分中的问题。
另外，在诸如圆柱形电池这样的高密度和高容量电池的情况下，存在如下问题：在充电和放电过程中产生大量的热能，并且需要对其进行有效控制。
因此，需要一种能够从根本上解决该问题的技术。
发明内容
技术问题
本发明的目的是解决现有技术的问题和过去的技术问题。
本申请的发明人确认，通过在正极电极接线片中安设压电元件和热电元件，可以将负极电极的膨胀所产生的应力转换成电能，以使用所述电能控制热能，从而完成本发明。
技术方案
用于实现该目的的根据本发明的圆柱形可再充电电池可以包括正极电极、负极电极和分隔件，正极电极可以包括正极电极接线片，并且压电元件和热电元件可以形成在正极电极接线片的边缘处。
正极电极接线片可以具有长度大于宽度的矩形条形状。
压电元件和热电元件可以沿着正极电极接线片的纵向方向形成在正极电极接线片的相反边缘处。
可以在边缘处形成容纳空间，压电元件和热电元件能够被安装在所述容纳空间中。
容纳空间可以具有阶形形状。
仅压电元件可以形成在边缘处。
热电元件可以形成在正极电极接线片的中央部分处。
凹口可以被形成为具有凹进到正极电极接线片中的结构。
热电元件可以被容纳在凹口中。
由压电元件产生的电能可以通过正极电极接线片被传递到热电元件。
正极电极中可以形成两个或更多个正极电极接线片。
通过在负极电极集电器上施加负极电极活性材料并进行干燥来制造负极电极，并且可选地，可以进一步包括其它组件。
负极电极集电器通常被形成为具有3到500μm的厚度。这种负极电极集电器不受特别限制，只要它具有导电性而不引起电池中的化学变化即可，例如，可以使用铜、不锈钢、铝、镍、钛、煅烧碳，或其表面用碳、镍、钛、银、铝-镉合金等处理的铜或不锈钢。另外，与正极电极集电器一样，可以在负极电极集电器的表面上形成细微的凹凸，以增强负极电极活性材料的结合强度，并且它可以以各种形式使用，诸如膜、片、箔、网、多孔体、泡沫和无纺布。
例如，作为负极电极活性材料，可以使用：碳，诸如难石墨化碳(hardlygraphitized carbon)和石墨型碳；金属复合氧化物，诸如LixFe2O3(0≤x≤1)、LixWO2(0≤x≤1)、SnxMe1-xMe'yOz(Me：Mn、Fe、Pb和Ge；Me'：Al、B、P、Si、元素周期表的第1、2和3族元素，和卤素；0<x≤1；1≤y≤3；1≤z≤8)；锂金属；锂合金；硅基合金或锡基合金；金属氧化物，诸如SnO、SnO2、PbO、PbO2、Pb2O3、Pb3O4、Sb2O3、Sb2O4、Sb2O5、GeO、GeO2、Bi2O3、Bi2O4和Bi2O5；导电聚合物，诸如聚乙炔；Li-Co-Ni基材料；等。
负极电极活性材料可以包含25％或更少的硅。
负极电极可以包括负极电极接线片，并且压电元件和热电元件可以形成在负极电极接线片的边缘处。
附图说明
图1示出根据本发明示例性实施例的圆柱形可再充电电池的平面图，其中，压电元件和热电元件形成在圆柱形可再充电电池的正极电极接线片处。
图2示出沿图1的虚线C截取的截面图。
图3示出根据本发明另一示例性实施例的俯视平面图。
图4示出沿图3的虚线C截取的截面图。
图5示出沿图3的虚线C截取的电极接线片的截面图。
图6示出根据本发明另一示例性实施例的俯视平面图。
图7示出沿图3的虚线C截取的电极接线片的截面图。
具体实施方式
在下文中将参考附图更全面地描述本发明，附图中示出了本发明的示例性实施例。如本领域技术人员所意识到地，在不背离本发明的精神或范围的情况下，可以以各种不同的方式修改所描述的实施例。
另外，除非明确相反地描述，否则术语“包括”和诸如“包含”或“含有”的变体将被理解为暗示包括所声明的元件，但不排除任何其它元件。
另外，在整个说明书中，当称为“截面”时，这表示从侧面观察竖直切割目标部分而形成的截面。
另外，在整个说明书中，当称为“俯视图”时，这表示从上方观察目标部分。
此外，由于“压电元件”和“热电元件”的结构和操作原理是已知技术，因此将省略其描述。
图1示出根据本发明示例性实施例的圆柱形可再充电电池的平面图，其中，压电元件和热电元件形成在圆柱形可再充电电池的正极电极接线片处。图2示出沿图1的虚线C截取的截面图。
参考图1和图2，压电元件102和热电元件103形成在圆柱形可再充电电池100的正极电极接线片101的边缘A和B处。为了解释方便，图1示出了如下部分的放大图：在所述部分处，在分隔件被置于正极电极105和负极电极(未示出)之间的情况下、对正极电极105和负极电极进行缠绕之前，正极电极接线片101形成在正极电极105的未涂覆部分104处。
正极电极接线片101可以具有长度大于宽度的矩形条形状。压电元件102和热电元件103可以沿着纵向方向形成在相反边缘A和B处。如上所述，边缘A和B是在圆柱形可再充电电池100的充电和放电期间、由负极电极(未示出)的反复膨胀所产生的应力被集中的部分。该应力可以通过压电元件102被转换成电池能量。另外，电池能量可以操作热电元件103，以吸收在充电和放电过程期间、在圆柱形可再充电电池100中产生的热能。由压电元件102产生的电能可以通过各种路径被传递到热电元件103。例如，电能可以通过电连接到压电元件102和热电元件103的金属连接器(未示出)来传递。同时，在图1到图6中示出的示例性实施例中，由压电元件102产生的电能可以通过正极电极接线片101被传递到热电元件103。
特别地，形成正极电极接线片101的部分是在圆柱形可再充电电池100的充电和放电过程中、由于电流的快速流动而集中产生大量热能的部分。该热能可以被热电元件103吸收和控制。
图3示出根据本发明另一示例性实施例的俯视平面图。图4示出沿图3的虚线C截取的截面图。图5示出沿图3的虚线C截取的电极接线片的截面图。
参考图3到图5，可以在圆柱形可再充电电池200的正极电极接线片101的相反边缘A和B处形成容纳空间110和120，压电元件102和热电元件103能够被安装在所述容纳空间中。容纳空间110和120的形式不受特别限制，但是作为实例，它可以形成为台阶的形式。压电元件102的全部或一部分可以形成在边缘A的容纳空间110中。热电元件103的全部或一部分可以形成在边缘B的容纳空间120中。
通过该结构，各种形状和体积的压电元件102和热电元件103可以被应用于正极电极接线片101，并且在充电和放电过程期间沿着方向D产生的应力可以防止压电元件102和热电元件103从正极电极接线片101脱离。这里，方向D表示在相对于地面平行于形成有正极电极105的表面的方向上、垂直于正极电极接线片101的纵向方向的方向。
图6示出根据本发明另一示例性实施例的俯视平面图。图7示出沿图6的虚线C截取的电极接线片的截面图。
参考图6和图7，压电元件102可以形成在圆柱形可再充电电池300的正极电极接线片101的边缘A和B处，并且热电元件103可以形成在正极电极接线片101的中央部分处。
如上所述，边缘A和B是在圆柱形可再充电电池300的充电和放电期间、由于负极电极(未示出)的反复膨胀所产生的应力被集中的部分。因此，仅压电元件102可以被安设在边缘A和B处，以确保更多的电池能量。另外，通过利用电池能量操作热电元件103，能够容易地控制在具有高容量和高输出的圆柱形可再充电电池300中产生的高热能。
能够安装压电元件102的容纳空间110和120可以形成在正极电极接线片101的相反边缘A和B处。容纳空间110和120的形式不受特别限制，但是作为实例，它们可以形成为台阶的形式。压电元件102的全部或一部分可以形成在边缘A和B的容纳空间110和120中。
能够容纳热电元件103的凹口130可以形成在正极电极接线片101的中央部分中。凹口130可以被形成为具有凹进到正极电极接线片101中的结构，并且热电元件103的全部或一部分可以被容纳在凹口130中。通过这种结构，可以将各种形状和体积的热电元件103应用于正极电极接线片101。另外，可以使得热电元件103与正极电极接线片101相接触的区域最大化，从而可以将正极电极接线片101中产生的热能快速地传递到热电元件103，以进行冷却。
作为修改实例，上述压电元件102和热电元件103可以同样被应用于负极电极接线片(未示出)。
基于该内容，本发明领域的普通技术人员将能够在本发明的范围内作出各种应用和修改。
工业适用性
如上所述，在根据本发明的示例性实施例的可再充电电池中，压电元件和热电元件形成在正极电极接线片上，从而使用压电元件来将负极电极的膨胀期间所产生的应力改变为电能，并且电能可以被用于操作热电元件，以由此控制电池内散发的热能。

Claims (10)

1.一种圆柱形可再充电电池，包括：
正极电极、负极电极和分隔件，其中，所述正极电极包括正极电极接线片，并且在所述正极电极接线片的边缘处形成有压电元件和热电元件，
其中，由所述压电元件产生的电能通过所述正极电极接线片被传递到所述热电元件。
2.根据权利要求1所述的圆柱形可再充电电池，其中，所述正极电极接线片具有长度大于宽度的矩形条形状。
3.根据权利要求2所述的圆柱形可再充电电池，其中，所述压电元件和所述热电元件沿着所述正极电极接线片的纵向方向形成在所述正极电极接线片的相反边缘处。
4.根据权利要求1所述的圆柱形可再充电电池，其中，在所述边缘处形成有容纳空间，所述压电元件和所述热电元件能够被安装在所述容纳空间中。
5.根据权利要求4所述的圆柱形可再充电电池，其中，所述容纳空间具有阶形形状。
6.根据权利要求1所述的圆柱形可再充电电池，其中，仅所述压电元件形成在所述边缘处。
7.根据权利要求6所述的圆柱形可再充电电池，其中，所述热电元件形成在所述正极电极接线片的中央部分处。
8.根据权利要求7所述的圆柱形可再充电电池，其中，凹口被形成为具有凹进到所述正极电极接线片中的结构。
9.根据权利要求8所述的圆柱形可再充电电池，其中，所述热电元件被容纳在所述凹口中。
10.根据权利要求1所述的圆柱形可再充电电池，其中，所述负极电极包括负极电极接线片，并且所述压电元件和所述热电元件形成在所述负极电极接线片的边缘处。
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