CN112368878A - 二次电池 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种能够改善绝缘安全性的二次电池。实施例提供了一种二次电池，该二次电池包括：电极组件；壳体，用于容纳电极组件；以及盖组件，结合到壳体的上部，其中，盖组件包括：上盖；安全排气孔，安装在上盖下方并具有在上盖上方延伸以围绕上盖的边缘的排气孔延伸部；以及绝缘垫片，附着到排气孔延伸部和上盖上，其中，焊接区域形成在排气孔延伸部中，焊接区域具有比焊接区域的周围部分的厚度小的厚度。

Description

二次电池
技术领域
本发明涉及一种二次电池。
背景技术
与不可充电的一次电池不同，二次电池是可充电和可放电电池。低容量二次电池用于诸如智能手机、功能手机、笔记本计算机、数码相机和摄像机等的便携式小型电子装置，而大容量二次电池被广泛用于驱动电机的动力源和储能，诸如混合动力汽车、电动汽车等。这种锂离子二次电池可以分为圆柱形、棱柱形和袋型二次电池。
特别地，圆柱形锂离子二次电池通常包括圆柱形电极组件、电极组件所结合到的圆柱形壳体、注入壳体的内部以使锂离子能够移动的电解质以及结合到壳体一侧以防止电解质泄漏并防止电极组件分离的盖组件。
在用作本发明的背景技术的技术中公开的上述信息仅用于提高对本发明的背景技术的理解，因此可能包括不构成相关技术的信息。
发明内容
技术问题
本发明提供了一种能够改善绝缘安全性的二次电池。
技术方案
根据本发明的二次电池包括：电极组件；壳体，被构造为容纳电极组件；以及盖组件，结合到壳体的上部，其中，盖组件包括上盖、安装在上盖下方并且具有延伸到上盖的上侧以围绕上盖的边缘的排气孔延伸部的安全排气孔以及附着到排气孔延伸部的上部和上盖的上部的绝缘垫片，并且具有比周围部分的厚度小的厚度的焊接区域形成在排气孔延伸部上。
在焊接区域中，安全排气孔的一部分和上盖的一部分可以通过激光焊接熔化，以形成向上突出的焊珠。
焊珠可以与绝缘垫片间隔开。
排气孔延伸部可以包括与上盖接触的第一表面和作为第一表面的相对表面并且与绝缘垫片接触的第二表面，并且焊接区域可以通过在第一表面中形成具有开口端的凹槽来限定。
上盖可以包括向上突出的端子部、设置在端子部外部并且与安全排气孔结合的结合部以及被构造成将端子部连接到结合部的连接部，其中，结合部可以包括第一区域和第二区域，第一区域从连接部延伸，第二区域设置在第一区域外部并且具有比第一区域的厚度小厚度，并且与排气孔延伸部结合。
第一区域的厚度可以与第二区域的厚度和排气孔延伸部的厚度的总和相等。
绝缘垫片可以安置在排气孔延伸部的上部和第一区域的上部上。
氧化膜可以形成在绝缘垫片的表面上。
排气孔延伸部可以包括与上盖接触的第一表面和作为第一表面的相对表面并且与绝缘垫片接触的第二表面，并且焊接区域可以通过在第二表面中形成具有开口端的凹槽来限定。
排气孔延伸部可以包括与上盖接触的第一表面和作为第一表面的相对表面并且与绝缘垫片接触的第二表面，并且焊接区域可以通过在第二表面中形成沟槽来限定。
有益效果
在根据本发明的实施例的二次电池中，薄焊接区域可以形成在安全排气孔中，以防止焊珠与绝缘垫片接触。因此，当垫圈熔化或损坏时，可以防止盖组件与壳体之间的短路，以改善二次电池的安全性。
附图说明
图1是根据本发明的实施例的二次电池的剖视图。
图2是根据本发明的实施例的二次电池中的盖组件的剖视图。
图3是示出图2的部分A的放大剖视图。
图4a至图4d是示出用于形成盖组件的方法的剖视图。
图5是示出根据本发明的另一实施例的安全排气孔的焊接区域的剖视图。
图6是示出根据本发明的又一实施例的安全排气孔的焊接区域的剖视图。
具体实施方式
将参照附图详细地描述本发明的优选实施例，使得本领域技术人员可以容易地实现本发明。
这里，贯穿说明书，具有相似构造和操作的部件由相同的附图标记表示。此外，在下面的该说明书中，当任何部分被称为“连接”到另一部分时，应当理解的是，前者可以“直接连接”到后者，或者经由中间构件“电连接”到后者。
图1是根据本发明实施例的二次电池的剖视图。
参照图1，根据本发明的实施例的二次电池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和置于第一电极111与第二电极112之间的隔膜113。电极组件110可以通过将第一电极111、隔膜113和第二电极112的堆叠体以果冻卷形式卷绕来形成。第一电极111可以用作正极，第二电极112可以用作负极。第一电极接线片114在电极组件110的上部处连接到盖组件130，并且第二电极接线片115在电极组件110的下部处连接到壳体120的底板122。
第一电极111通过在由诸如铝箔的金属箔形成的第一电极集流体上施用诸如过渡金属氧化物的第一电极活性物质来形成。未涂覆第一电极活性物质的第一电极未涂覆部形成在第一电极111上，并且第一电极接线片114附着到第一电极未涂覆部。第一电极接线片114具有电连接到第一电极111的一端和从电极组件110向上突出并电连接到盖组件130的另一端。
第二电极112通过在由诸如铜或镍的金属箔制成的第二电极集流体上施用诸如石墨或碳的第二电极活性物质来形成。未涂覆第二电极活性物质的第二电极未涂覆部形成在第二电极112上，并且第二电极接线片115附着到第二电极未涂覆部。第二电极接线片115具有电连接到第二电极112的一端和从电极组件110向下突出并电连接到壳体120的底板122的另一端。
隔膜113设置在第一电极111与第二电极112之间，以防止发生短路并使锂离子能够是可移动的。隔膜113可以由聚乙烯、聚丙烯或聚乙烯和聚丙烯的复合膜形成。
壳体120包括侧板121和底板122，侧板121是具有预定直径的圆柱体以形成容纳有电极组件110的空间，底板122密封侧板121的下部。壳体120的上部开口被打开，以在插入电极组件110之后被密封。此外，用于防止电极组件110的移动的卷边部123形成在壳体120的上部处。此外，用于固定盖组件130和垫圈190的压接部124形成在壳体120的最上端处。压接部124具有置于其中的垫圈190并且形成为按压盖组件130，从而防止盖组件130分离并且防止电解质泄漏。
图2是根据本发明的实施例的二次电池中的盖组件的剖视图。
参照图2，盖组件130包括上盖140、安全排气孔150、绝缘体160、下盖170和绝缘垫片180。
上盖140设置为圆形板体，并且包括凸出地形成在其中心处的端子部141、设置在端子部141的外圆周上的结合部142以及将端子部141和结合部142彼此连接的连接部143。端子部141比结合部142向上突出，以用作电连接到外部电路的端子。端子部141电连接到第一电极接线片114，以用作例如正极。结合部142设置在端子部141的外圆周上，并且安全排气孔150结合到结合部142。此外，结合部142包括设置在内部并连接到连接部143的第一区域142a和设置在第一区域142a外部的第二区域142b。第二区域142b的厚度形成为比第一区域142a的厚度薄，因此，在第一区域142a与第二区域142b之间出现台阶部。安全排气孔150的排气孔延伸部153结合到第二区域142b的上部。这里，第二区域142b的厚度和排气孔延伸部153的厚度的总和形成为与第一区域142a的厚度相等。这是因为稍后将描述的绝缘垫片180稳定地安置在上盖140的第一区域142a的上部和排气孔延伸部153的上部上。连接部143将端子部141和结合部142彼此连接，并且气体排放孔143a形成在连接部143中。气体排放孔143a可以在连接部143中形成为多个，并且提供通过其排放在壳体120内部产生的气体的通道。此外，气体排放孔143a的一部分可以延伸到端子部141和结合部142。
安全排气孔150设置为与上盖140对应的圆形板体，并且结合到上盖140的下部。向下突出的突起151形成在安全排气孔150的中心处。安全排气孔150通过使用穿过下盖170的通孔171的突起151而电连接到固定到下盖170的下表面的子板175。这里，子板175和安全排气孔150的突起151可以通过激光焊接、超声波焊接、电阻焊接或其等效方法来焊接。
此外，用于引导安全排气孔150破裂的凹口152形成在突起151的外圆周上。当壳体120中出现异常内部压力时，安全排气孔150在阻断电流的同时排放内部气体。当安全排气孔150的内部压力等于或大于安全排气孔150的操作压力时，突起151因通过下盖170的气体排放孔172排放的气体而向上上升，因此与子板175电分离。这里，在突起151的焊接部破裂的同时，子板175与安全排气孔150电分离。此外，当壳体120的内部压力大于或等于比安全排气孔150的操作压力高的破裂压力时，凹口152破裂以防止二次电池100爆炸。安全排气孔150可以由铝(Al)制成。
安全排气孔150在上盖140的下部处安装成与结合部142紧密接触。此外，安全排气孔150的边缘围绕上盖140以延伸到上盖140的上侧。这里，上盖140的向上延伸的部分被限定为排气孔延伸部153。此外，使用激光对排气孔延伸部153的上部进行焊接，以将安全排气孔150固定到上盖140。安全排气孔150的一部分和上盖140的一部分通过激光焊接熔化以形成焊珠155。下面将更详细地描述安全排气孔150和上盖140与焊珠155之间的焊接方法。
绝缘体160置于安全排气孔150与下盖170之间，以使安全排气孔150与下盖170彼此绝缘。特别地，绝缘体160设置成环形形状，并且置于安全排气孔150的外圆周与下盖170的外圆周之间。绝缘体160可以由聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)等的树脂材料制成。
下盖170设置为圆形板体。通孔171形成在下盖170的中心中，并且安全排气孔150的突起151穿过通孔171。此外，气体排放孔172形成在下盖170的一侧处，并且子板175连接到下盖170的下部。当在壳体120中产生过大的内部压力时，气体排放孔172用于排放内部气体。这里，安全排气孔150的突起151可以因通过气体排放孔172排放的气体而上升，因此，突起151可以与子板175分离。子板175焊接在安全排气孔150的穿过下盖170的通孔171的突起151与第一电极接线片114之间。因此，子板175将第一电极接线片114电连接到安全排气孔150。
绝缘垫片180设置成环形，并且安装在上盖140的上部与安全排气孔150的上部上。特别地，绝缘垫片180设置在上盖140的第一区域142a的上部和安全排气孔150的排气孔延伸部153的上部上。这里，绝缘垫片180可以通过粘合构件(未示出)附着到上盖140的上部和安全排气孔150的上部。绝缘垫片180用于防止盖组件130与壳体120之间的电短路。特别地，即使设置在盖组件130与壳体120之间的垫圈190熔化或损坏，绝缘垫片180也可以防止盖组件130与壳体120短路。绝缘垫片180可以通过使铝片阳极氧化形成。这里，阳极氧化是使金属板的表面氧化以形成氧化膜。通常，用于阳极氧化的最具代表性的材料是铝(Al)。另外，阳极氧化可以在诸如锰(Mn)、锌(Zn)、钛(Ti)、铪(Hf)和铌(Nb)的金属材料上执行。氧化膜非常硬，具有优异的耐腐蚀性和耐磨性，并且在高温下不熔化。即，氧化膜181形成在绝缘垫片180的表面上，并且氧化膜181防止盖组件130与壳体120之间的电短路。
垫圈190安装在壳体120的上部开口中。即，垫圈190通过与上盖140的外圆周、安全排气孔150和壳体120的上部开口紧密接触来组装。垫圈190可以由诸如聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)等的树脂材料制成。垫圈190可以使壳体120与盖组件130彼此电绝缘。
图3是示出图2中的部分A的放大剖视图。
如图3中所示，排气孔延伸部153具有与上盖140接触的第一表面153a和在第一表面153a的相对表面上与绝缘垫片180接触的第二表面153b。此外，排气孔延伸部153包括焊接到上盖140的焊接区域153c。焊接区域153c形成在排气孔延伸部153的端部上并且设置在安全排气孔150内部。即，焊接区域153c在上盖140的第二区域142b中设置在与第一区域142a相邻的部分处。此外，焊接区域153c的厚度形成为比外围排气孔延伸部153的厚度相对薄。这是为了防止在将焊接区域153c焊接到上盖140时形成的焊珠155与绝缘垫片180接触。
焊接区域153c可以通过在排气孔延伸部153的第一表面153a中形成具有开口端的凹槽来限定。因此，在排气孔延伸部153与焊接区域153c之间出现台阶部，并且在焊接区域153c与上盖140之间存在间隔开的空间。在焊接期间，按压焊接区域153c以与上盖140的第二区域142b紧密接触，然后，通过将激光照射到焊接区域153c上来使安全排气孔150固定到上盖140。焊接区域153c的一部分和第二区域142b的一部分通过激光焊接熔化以形成焊珠155，并且焊珠155突出到焊接区域153c的上侧。这里，由于焊接区域153c的厚度与周围部分的厚度相比相对薄，因此焊接区域153c不与设置在其上的绝缘垫片180接触。即，焊珠155与绝缘垫片180间隔开。如果焊接区域的厚度没有形成为薄的，则焊珠突出到排气孔延伸部的上侧并与绝缘垫片接触。焊珠通过在形成压接部以将盖组件固定到壳体时施加的压力而破坏绝缘垫片的氧化膜。因此，当垫圈熔化或损坏时，在盖组件与壳体之间发生短路。然而，在本发明中，焊珠155因通过在安全排气孔150中形成具有薄厚度的焊接区域153c而不与绝缘垫片180接触，以改善二次电池100的安全性。
此外，进行下面的实验以确认根据本发明的二次电池的安全性能。
如在本发明中，制备了一种二次电池，在该二次电池中，通过激光焊接在具有薄焊接区域的安全排气孔上形成焊珠，并且将绝缘垫片附着到焊珠的上部。此外，在对比示例中，制备了一种二次电池，在该二次电池中，通过激光焊接在具有相同厚度的安全排气孔上形成焊珠，并且将绝缘垫片附着到焊珠的上部。确认二次电池在短路之后是否电连接。重复该工艺6次。
实验结果总结在下表1中。
[表1]
Figure BDA0002842097630000071
如表1中所示，确认的是，根据本发明的二次电池在所有六个实验中在短路之后未电连接，并且根据对比示例的二次电池在所有六个实验中在短路之后电连接。如上所述，在根据本发明的二次电池中，安全排气孔的焊接区域可以具有薄厚度，以防止焊珠和绝缘垫片彼此接触，从而防止焊珠和绝缘垫片彼此重新电连接，并改善二次电池的安全性。
图4a至图4d是示出用于形成盖组件的方法的剖视图。
将参照图4a至图4d描述用于形成根据本发明的二次电池中的盖组件的方法。
首先，如图4a中所示，在下盖170的上部上顺序地安置绝缘体160和安全排气孔150，并且使子板175焊接到安全排气孔150的通过下盖170的通孔171暴露的突起151。然后，将上盖140安置在安全排气孔150的上部上。这里，为了将上盖140安置在安全排气孔150的上部上，排气孔延伸部153向上延伸而不弯曲。此外，在排气孔延伸部153的端部上形成焊接区域153c。在焊接区域153c的内表面(即，面对上盖140的第一表面153a)中形成具有开口端的凹槽，因此，焊接区域153c的厚度比周围部分的厚度薄。
接下来，如图4b中所示，使排气孔延伸部153弯曲以与上盖140的上部紧密接触。特别地，排气孔延伸部153与上盖140的结合部142的第二区域142b接触。
接下来，如图4c中所示，按压焊接区域153c以与上盖140的第二区域142b紧密接触，并且通过激光焊接使安全排气孔150固定到上盖140。通过激光焊接在焊接区域153c上形成焊珠155。通过使安全排气孔150的一部分和上盖140的一部分熔化而形成焊珠155，并且焊珠155突出到焊接区域153c的上侧。
然后，如图4d中所示，使绝缘垫片180附着到上盖140的上部和安全排气孔150的上部。这里，由于焊接区域153c形成为比周围部分薄，因此形成在焊接区域153c上的焊珠155不与绝缘垫片180接触。如上所述，完成了盖组件130，并且可以在壳体120的上端上使完成的盖组件130与垫圈190结合和/或固定在一起。
图5是示出根据本发明的另一实施例的安全排气孔的焊接区域的剖视图。
参照图5，安全排气孔150安装成在上盖140下方与结合部142紧密接触，并且包括延伸到上盖140的上侧的排气孔延伸部253。排气孔延伸部253包括与上盖140接触的第一表面253a和在与第一表面253a相对的表面上与绝缘垫片180接触的第二表面253b。此外，排气孔延伸部253包括焊接到上盖140的焊接区域253c。焊接区域253c形成在排气孔延伸部253的端部上并且设置在安全排气孔150内部。焊接区域253c可以通过在排气孔延伸部253的第二表面253b中形成具有开口端的凹槽来限定。如上所述，当通过在排气孔延伸部253的第二表面253b中形成具有开口端的凹槽来限定焊接区域253c时，当将安全排气孔150与上盖140彼此焊接时不需要按压焊接区域253c。
图6是示出根据本发明的又一实施例的安全排气孔的焊接区域的剖视图。
参照图6，安全排气孔150安装成在上盖140下方与结合部142紧密接触，并且包括延伸到上盖140的上侧的排气孔延伸部353。排气孔延伸部353具有与上盖140接触的第一表面353a和在第一表面353a的相对表面上与绝缘垫片180接触的第二表面353b。此外，排气孔延伸部353包括焊接到上盖140的焊接区域353c。焊接区域353c可以通过在排气孔延伸部353的第二表面353b中形成沟槽来限定。如上所述，当通过在排气孔延伸部353的第二表面353b中形成沟槽来限定焊接区域353c时，当将安全排气孔150与上盖140彼此焊接时不需要按压焊接区域353c。
上面提及的实施例仅仅是二次电池的实施例，因此，本发明不限于前述实施例，并且本领域普通技术人员还将理解的是，在不脱离由权利要求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和细节上的各种改变。

Claims (10)

1.一种二次电池，所述二次电池包括：
电极组件；
壳体，被构造为容纳电极组件；以及
盖组件，结合到壳体的上部，
其中，盖组件包括上盖、安装在上盖下方并且具有延伸到上盖的上侧以围绕上盖的边缘的排气孔延伸部的安全排气孔以及附着到排气孔延伸部的上部和上盖的上部的绝缘垫片，并且
具有比周围部分的厚度小的厚度的焊接区域形成在排气孔延伸部上。
2.根据权利要求1所述的二次电池，其中，在焊接区域中，安全排气孔的一部分和上盖的一部分通过激光焊接熔化，以形成向上突出的焊珠。
3.根据权利要求2所述的二次电池，其中，焊珠与绝缘垫片间隔开。
4.根据权利要求1所述的二次电池，其中，排气孔延伸部包括与上盖接触的第一表面和作为第一表面的相对表面并且与绝缘垫片接触的第二表面，并且
焊接区域通过在第一表面中形成具有开口端的凹槽来限定。
5.根据权利要求1所述的二次电池，其中，上盖包括向上突出的端子部、设置在端子部外部并且与安全排气孔结合的结合部以及被构造为将端子部连接到结合部的连接部，
其中，结合部包括第一区域和第二区域，第一区域从连接部延伸，第二区域设置在第一区域外部并且具有比第一区域的厚度小的厚度，并且与排气孔延伸部结合。
6.根据权利要求5所述的二次电池，其中，第一区域的厚度与第二区域的厚度和排气孔延伸部的厚度的总和相等。
7.根据权利要求5所述的二次电池，其中，绝缘垫片安置在排气孔延伸部的上部和第一区域的上部上。
8.根据权利要求1所述的二次电池，其中，氧化膜形成在绝缘垫片的表面上。
9.根据权利要求1所述的二次电池，其中，排气孔延伸部包括与上盖接触的第一表面和作为第一表面的相对表面并且与绝缘垫片接触的第二表面，并且
焊接区域通过在第二表面中形成具有开口端的凹槽来限定。
10.根据权利要求1所述的二次电池，其中，排气孔延伸部包括与上盖接触的第一表面和作为第一表面的相对表面并且与绝缘垫片接触的第二表面，并且
焊接区域通过在第二表面中形成沟槽来限定。
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