CN112514142A - 圆柱形电池及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种圆柱形电池，其中，电极组件被存储在圆柱形罐中，所述圆柱形电池包括：盖组件，该盖组件覆盖圆柱形罐的上部开口；以及衬垫，该衬垫设置在圆柱形罐和盖组件之间的空间中，其中，衬垫设置在通过将圆柱形罐的端部部分加工成弯曲形而形成的压接部分处，并且衬垫的从圆柱形罐和盖组件之间的空间突出到外部的暴露部分覆盖圆柱形罐的修整部分。

Description

圆柱形电池及其制造方法
技术领域
本申请要求2018年8月28日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2018-0101584号的优先权和权益，其全部内容通过引用结合于此。
本发明涉及圆柱形电池及其制造方法。
背景技术
近来，由于化石燃料耗尽导致的能源价格上涨以及环境污染加剧，并且对环境友好的替代性能源正成为未来生活的基本要素。因此，正在对诸如核能、太阳能、风能和潮汐能这样的各种发电方法进行研究，并且持续对用于更有效地使用以这种方式产生能量的电力存储设备存在巨大兴趣。
此外，随着技术发展和对移动设备和电池车辆的需求增加，对作为能源的电池的需求显著增加，因此，目前正在进行用于满足各种需求的电池的许多研究。特别地，从材料的角度来看，对诸如锂离子电池或锂离子聚合物电池这样的可再充电锂电池存在很高的要求，诸如锂离子电池或锂离子聚合物电池这样的可再充电锂电池具有包括高能量密度、良好的放电电压和输出稳定性这样的优点。
可再充电电池根据电极组件的结构来分类，在电极组件中堆叠有正电极、负电极和被设置该正电极和该负电极之间的分隔膜。典型的电极组件包括果冻卷型(卷绕型)电极组件以及堆叠型电极组件，在所述果冻卷型(卷绕型)电极组件中，长片型正电极和负电极被卷绕在一起，同时分隔膜被设置在正电极和负电极之间，在所述堆叠型电极组件中，被切割成预定单位尺寸的多个正电极和负电极顺序堆叠，同时分隔膜被设置在正电极和负电极之间，近来，为了解决果冻卷型电极组件和堆叠型电极组件的缺点，正在研发一种具有果冻卷型和堆叠型相混合的高级结构的堆叠/折叠型电极组件，在所述堆叠/折叠型电极组件中，将单元电池顺序卷绕同时设置在分隔膜上来作为电极组件，在该单元电池中，具有预定尺寸的正电极和负电极被堆叠，同时分隔膜被设置在正电极和负电极之间。
根据使用目的，这种电极组件被收纳在袋状壳体、圆柱形罐或矩形壳体中来制造电池。
其中，圆柱形电池易于制造，并具有单位重量能量密度高的优点，并且被用作从便携式计算机到电池驱动汽车范围内的各种设备的能源。
图1是常规圆柱形电池的压接部分的剖视图。图2是示出在图1的圆柱形电池的修整部分处发生腐蚀的照片。图3是示出图1的圆柱形电池的盖组件上表面和衬垫之间发生腐蚀的照片。修整部分是指圆柱形罐的端部部分。
参照图1至图3，衬垫13设置在盖组件11的外表面和圆柱形罐12的内表面之间，并且圆柱形罐12的上端部分被加工成弯曲形，从而形成用于封闭和密封圆柱形罐12的内部的压接结构。通常，圆柱形罐12通过将两侧被镀镍的钢板切割成预定尺寸并对其进行加工来制造。因此，由于圆柱形罐12的修整部分A未被镀镍，因此当它暴露于外部水分时，则产生如图2中的“B”(图中的修改位置)所示的腐蚀，如果腐蚀的程度太严重，则压接部分的密封强度会被减弱，并且存在内部的电解质溶液发生泄漏的风险。
而且，在电池制造和清洁过程中产生的水分和电解质溶液残留在衬垫13和盖组件11的上表面之间的界面处的情况下，则产生像图3中的C一样的腐蚀，并且当腐蚀严重时，存在泄漏电解质溶液或改变电池的CID(电流中断装置)过滤器的短路压力的风险。
因此，需要一种可以从根本上解决这个问题的技术。
发明内容
本发明的目的是解决现有技术的问题和过去存在的技术问题。
本发明的发明人在已经进行了深入的研究和实验的情况下，确认可以通过如下方式来防止腐蚀：利用衬垫覆盖圆柱形罐的修整部分，以防止其与空气接触，并且在盖组件的上表面和衬垫之间照射激光束，以去除电解质溶液和水分，从而完成了本发明。
根据本发明的其中电极组件被容纳在圆柱形罐中的圆柱形电池包括：盖组件，该盖组件覆盖圆柱形罐的上部开口；以及衬垫，该衬垫被设置在圆柱形罐和盖组件之间的空间中，其中，衬垫设置在通过将圆柱形罐的端部部分加工为弯曲形而形成的压接部分上，并且衬垫的从圆柱形罐和盖组件之间的空间突出到外部的暴露部分覆盖圆柱形罐的修整部分。
衬垫的暴露部分可以被弯曲，并与圆柱形罐的修整部分接触。
与衬垫的暴露部分接触的圆柱形罐的修整部分可以由钢形成。
衬垫的暴露部分的下端表面可以与盖组件的上表面间隔开。
与衬垫的暴露部分的下端表面间隔开的盖组件的上表面可以仅包括金属部件。
根据本发明的用于制造圆柱形电池的方法包括如下步骤：将电极组件容纳在圆柱形罐中；将盖组件安装在电极组件的顶端；加工圆柱形罐的上端部分以形成压接部分；以及将衬垫的从圆柱形罐和盖组件之间的空间突出到外部的暴露部分按压为弯曲到圆柱形罐的修整部分侧中。
可以使用压力杆来按压衬垫的暴露部分，并且压力杆可以包括加热构件。
压力杆的温度可以是100摄氏度至300摄氏度。
衬垫的暴露部分可以在圆柱形电池被旋转的状态下被按压。
还可以包括如下步骤：在盖组件的上表面和衬垫的暴露部分之间照射激光束，以去除电解质溶液和水分。
激光束的能量可以在20至50焦耳的范围内。
激光束的峰值输出可以具有3千瓦至8千瓦的范围。
激光束所照射的点的温度范围可以是400至600摄氏度。
附图说明
图1是常规圆柱形电池的压接部分的剖视图。
图2是示出在图1的圆柱形电池的修整部分处发生腐蚀的照片。
图3是示出在图1的圆柱形电池的盖组件的上表面和衬垫之间发生腐蚀的照片。
图4是示出根据本发明示例性实施例的圆柱形电池的压接部分的剖视图。
图5是示出通过使用压力杆来使得图4的圆柱形电池中的衬垫的暴露部分发生弯曲的示意图。
图6是示出图5的圆柱形电池的衬垫和盖组件之间的激光束照射的示意图。
具体实施方式
下文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。如本领域技术人员将认识到的那样，所描述的实施例可以以各种不同的方式修改，所有这些不脱离本发明的精神或范围。
此外，除非明确相反地描述，否则术语“包括”及其变型“包含”或“含有”将被理解为暗示包括所陈述的元件，但并非排除任何其他元件。
进一步，在说明书中，术语“剖视”是指从侧面观察时通过竖直切割目标部分所获得的截面。
图4是根据本发明示例性实施例的圆柱形电池的压接部分的剖视图。
圆柱形电池100具有被容纳在圆柱形罐102中的电极组件(未示出)。盖组件101被设置为具有覆盖圆柱形罐102的上部开口的形状。
在衬垫103被设置在盖组件101的外表面和圆柱形罐102的内表面之间的状态下，通过将圆柱形罐102的上端部分加工成弯曲形来形成封闭和密封圆柱形罐102的内部的压接部分E。盖组件101的一部分被设置在形成于压接部分E内部的空间中。衬垫103在该空间中被设置于盖组件101和圆柱形罐102之间。
圆柱形罐102可以通过对两侧镀镍的钢板进行加工来制造。
根据本示例性实施例，衬垫103的、从圆柱形罐102和盖组件101之间的空间突出到外部的暴露部分104在圆柱形罐12的修整部分C侧弯曲，从而形成为覆盖修整部分C的结构，同时衬垫103的暴露部分104与修整部分C接触。与衬垫103的暴露部分104相接触的修整部分C可以由钢制成。在这种情况下，衬垫103的暴露部分104的下端表面可以与盖组件101的上表面间隔开。稍后将详细描述对衬垫103的暴露部分104进行弯曲的方法。通过这种结构，修整部分C不会暴露于外部空气和水分，从而防止修整部分C中发生腐蚀。
而且，激光束可以照射在盖组件101的上表面105和衬垫103的暴露部分104之间，以去除残留的水分和电解质溶液。因此，在根据本示例性实施例的圆柱形电池中，与衬垫103的暴露部分104的下端表面间隔开的盖组件101的上表面可以仅包括金属部件。在激光束照射前，可以在残留的水分和电解质溶液成分中检测到P、F、O、Al等。激光束的照射将在后面详细描述。
衬垫103是具有电绝缘、耐冲击、弹性和耐久性特征的材料，并且可以由熔点超过200摄氏度的聚合物树脂制成。
图5是示出通过使用压力杆来使得图4的圆柱形电池中的衬垫的暴露部分发生弯曲的示意图。
首先，圆柱形电池100以恒定速度旋转360度(参见图5的底部处的箭头)。圆柱形电池100的旋转速度没有特别限制，但优选的是保持在每秒2至8次的范围内。在圆柱形电池100旋转的同时，衬垫103的暴露部分104被压力杆200按压到修整部分C侧。此时，可以通过按压使得衬垫130的暴露部分104发生弯曲，以覆盖修整部分C。
压力杆200的材料没有特别限制，但由于热量必须传递到衬垫103的暴露部分104以容易地引起暴露部分104的变形，因此优选的是使用由能够被加热的金属材料制成的压力杆200。
考虑到衬垫103的材料和圆柱形电池100的制造结构，可以不同地确定压力杆200的温度，但优选的是保持100摄氏度至300摄氏度的温度。如果压力杆200的温度小于100摄氏度，则其不是优选的，因为不容易引起衬垫103的暴露部分104的变形。此外，当压力杆200的温度超过300摄氏度时，衬垫103的暴露部分104中发生严重变形，并且不容易形成期望的弯曲形状，此外，由于可能通过减弱压接部分的密封力而使得电解质溶液发生泄漏，因此不优选的是使得除了衬垫103的暴露部分104之外的部分发生变形。
具体而言，期望的是将压力杆200的温度保持在比衬垫103的熔点高或低20摄氏度的范围内。当压力杆200的温度保持在上述温度范围内时，容易使得衬垫103的暴露部分104发生变形，从而不仅可以缩短工作时间，而且可以防止除了衬垫103的暴露部分104之外的部分发生变形。
对压力杆200进行加热的方法没有特别限制，但是作为示例，可以通过将加热构件(未示出)插入到由金属材料制成的压力杆200来对压力杆200进行加热。优选的是，加热构件保持恒定的温度，从而在使得衬垫103的暴露部分104发生变形的同时，压力杆200没有温度变化。作为一个示例，加热构件可以是连接到外部电源以生成热量的加热线圈。
图6是示出在图5的圆柱形电池的衬垫和盖组件之间进行激光束照射的示意图。
如上所述，当电解质溶液和水分残留在衬垫103和盖组件101的上表面之间的空间D中时，在水分残留的区域中发生腐蚀，并且当腐蚀严重时，由于压接部分的密封强度被减弱，所以CID过滤器的短路压力可能被改变，并且圆柱形电池100的内部电解质溶液可能泄漏。可以通过照射激光束L来去除残留的电解质溶液和水分。
可以考虑衬垫103的熔点和盖组件101的上表面的材料来不同地选择激光束L，但优选的是，激光束L所照射的点的温度范围是400到600摄氏度，并且在从该点起具有0.5毫米半径的部分处的温度范围是150到250摄氏度。当激光束L被照射为具有这样的温度范围时，可以去除残留在衬垫103和盖组件101的上表面之间的空间D中的电解质溶液和水分，而不会使衬垫103发生变形。
为了通过激光束L的照射来产生所述温度范围，优选的是，激光束L的能量具有20焦耳至50焦耳的范围，并且峰值输出具有3千瓦至8千瓦的范围。
激光束L的照射可以在弯曲衬垫103的暴露部分104的步骤之后进行，也可以在弯曲衬垫103的暴露部分104的步骤之前进行。
本发明所属领域的普通技术人员将能够在本发明的范围内进行各种应用和修改。
[工业适用性]
如上所述，根据本发明的圆柱形电池使得从压接部分突出以被暴露在外侧的衬垫在圆柱形罐的修整部分侧发生弯曲，从而包围修整部分，并且在盖组件的上表面与衬垫之间照射激光束，以去除电解质溶液和水分，从而防止腐蚀。

Claims (13)

1.一种圆柱形电池，在所述圆柱形电池中，电极组件被容纳在圆柱形罐中，所述圆柱形电池包括：
盖组件，所述盖组件覆盖所述圆柱形罐的上部开口；以及
衬垫，所述衬垫被设置在所述圆柱形罐和所述盖组件之间的空间中，
其中，所述衬垫被设置在压接部分上，所述压接部分通过将所述圆柱形罐的端部部分加工为弯曲形而形成，并且
所述衬垫的从所述圆柱形罐和所述盖组件之间的空间突出到外部的暴露部分覆盖所述圆柱形罐的修整部分。
2.根据权利要求1所述的圆柱形电池，其中，所述衬垫的所述暴露部分被弯曲，并且与所述圆柱形罐的所述修整部分接触。
3.根据权利要求2所述的圆柱形电池，其中，与所述衬垫的所述暴露部分接触的所述圆柱形罐的所述修整部分由钢形成。
4.根据权利要求1所述的圆柱形电池，其中，所述衬垫的所述暴露部分的下端表面与所述盖组件的上表面间隔开。
5.根据权利要求4所述的圆柱形电池，其中，与所述衬垫的所述暴露部分的下端表面间隔开的所述盖组件的上表面仅包括金属部件。
6.一种用于制造圆柱形电池的方法，包括如下步骤：
将电极组件容纳在圆柱形罐中；
将盖组件安装在所述电极组件的顶端处；
加工所述圆柱形罐的上端部分以形成压接部分；以及
将所述衬垫的从所述圆柱形罐和所述盖组件之间的空间突出到外部的暴露部分按压为弯曲到所述圆柱形罐的修整部分侧中。
7.根据权利要求6所述的用于制造圆柱形电池的方法，其中，使用压力杆来按压所述衬垫的所述暴露部分，并且所述压力杆包括加热构件。
8.根据权利要求7所述的用于制造圆柱形电池的方法，其中，所述压力杆的温度是100摄氏度至300摄氏度。
9.根据权利要求6所述的用于制造圆柱形电池的方法，其中，
在所述圆柱形电池被旋转的状态下，按压所述衬垫的所述暴露部分。
10.根据权利要求6所述的用于制造圆柱形电池的方法，还包括以下步骤：
在所述盖组件的上表面和所述衬垫的所述暴露部分之间照射激光束，以去除电解质溶液和水分。
11.根据权利要求10所述的用于制造圆柱形电池的方法，其中，所述激光束的能量在20至50焦耳的范围内。
12.根据权利要求10所述的用于制造圆柱形电池的方法，其中，所述激光束的峰值输出在3千瓦至8千瓦的范围内。
13.根据权利要求10所述的用于制造圆柱形电池的方法，其中，激光束所照射的点的温度范围是400到600摄氏度。
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