CN113875084A - 二次电池 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种二次电池，其中，电极组件的电极接线片和用于模块化的电池组接线片通过上盖电连接而不需要任何其他构造，从而减少了可能在电流路径上发生的电阻和发热。出于该目的，公开了一种二次电池，该二次电池包括：圆柱形罐，具有上端开口；电极组件，容纳在圆柱形罐中并且具有电极接线片；以及盖组件，用于密封圆柱形罐的上端开口。盖组件包括：圆板形状的安全板，具有当圆柱形罐内部的压力增大时而破裂的排气口；以及上盖，设置在安全板的上部上并围绕安全板的边缘部，并且电极接线片与上盖接触并结合到上盖。

Description

二次电池
技术领域
本发明的各种实施例涉及二次电池。
背景技术
二次电池是提供将电能转换为化学能并储存该化学能的优异能量密度的电力存储系统。与不可再充电的一次电池相比，二次电池是可再充电的并且广泛用于诸如智能电话、蜂窝电话、膝上型计算机和平板PC的IT装置中。近来，为了防止环境污染，对电动车辆的兴趣日益增加，因此，大容量二次电池正被用于电动车辆。这种二次电池要求具有诸如高密度、高输出和稳定性的特性。
在该背景技术部分中公开的上述信息仅用于增强对发明的背景的理解，因此其可能包含不构成现有技术的信息。
发明内容
技术问题
本发明的各种实施例涉及一种二次电池，其中，电极组件的电极接线片和用于模块化的电池组接线片通过上盖电连接而不需要任何其他构造，从而减少了可能在电流路径上发生的电阻和发热。
技术方案
本发明的各种实施例提供了一种二次电池，该二次电池包括具有上端开口的圆柱形罐、容纳在圆柱形罐中并具有电极接线片的电极组件以及用于密封圆柱形罐的上端开口的盖组件。盖组件包括：圆板形状的安全板，具有排气口；以及上盖，设置在安全板的上部上并围绕安全板的边缘部，并且电极接线片与上盖接触并结合到上盖。
上盖可以包括：端子部，呈平坦的圆板的形状；连接部，从端子部的边缘向下弯曲；第一延伸部，从连接部的下端沿水平方向向外延伸；弯曲部，从第一延伸部的边缘向下弯曲；以及第二延伸部，从弯曲部的下端沿水平方向向内延伸。
安全板的边缘部可以具有与第一延伸部接触的上表面、与弯曲部接触的侧表面以及与第二延伸部接触的下表面。
安全板的边缘部可以置于上盖的第一延伸部与平行于第一延伸部的第二延伸部之间。
第二延伸部可以包括从上端切割到下端的多个狭缝。
安全板可以具有其中排气口位于端子部下面并且从顶表面沿向下方向形成的圆环形状的凹槽。
连接部可以具有至少一个开口。
电极接线片可以被焊接到第二延伸部。
安全板可以包括：中心部，具有平坦的圆板形状并且包括形成在中心部的上表面上的排气口；台阶部，从中心部的边缘部分向下弯曲；以及边缘部，从台阶部的下端向外延伸。
盖组件还可以包括置于上盖与圆柱形罐之间的绝缘垫圈。
有益效果
本发明的各种实施例提供了一种二次电池，其中，电极组件的电极接线片和用于模块化的电池组接线片通过上盖电连接而不需要任何其他构造，从而减少可能在电流路径上发生的电阻和发热。
附图说明
图1a和图1b是示出根据本发明的实施例的二次电池的透视图和剖视图。
图2是示出图1a和图1b中所示的二次电池的盖组件在上盖和安全板结合之前的放大图的分解透视图。
图3a和图3b是将安全板插入到图2中所示的上盖中的剖视图以及上盖和安全板结合的剖视图。
图4是图3b中所示的上盖和安全板结合的仰视图。
图5a至图5c是示出比较示例的盖组件的构造的图、示出测量比较示例的盖组件的加热状态的结果和根据电流的温度变化的曲线图以及示出通过使用热成像相机测量图1a至图4中所示的二次电池的加热状态的结果和根据电流的温度变化的曲线图。
图6是示出根据本发明的另一实施例的二次电池的剖视图。
图7是示出图6中所示的二次电池的盖组件在上盖和安全板结合之前的放大图的分解透视图。
图8a和图8b是安全板插入到图7中所示的上盖中的剖视图以及上盖和安全板结合的剖视图。
具体实施方式
在下文中，将详细地描述本公开的示例实施例。
提供本发明的实施例以向本领域技术人员更完全地解释本发明，并且以下示例实施例可以以各种其他形式来修改，并且本发明不应被解释为限于在此阐述的实施例。相反，提供这些示例实施例使得本公开将是彻底的且完整的，并且将向本领域技术人员传达本公开的方面和特征。
另外，在附图中，为了简洁和清楚起见，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。如在此所使用的，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。另外，将理解的是，当元件A被称为“连接到”元件B时，元件A可以直接连接到元件B，或者中间元件C可以存在于元件A与元件B之间使得元件A和元件B彼此间接连接。
在此使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，并不意图对公开进行限制。如在此所使用的，除非上下文另外清楚地指出，否则单数形式也意图包括复数形式。还将理解的是，当术语“包括”和/或“包含”用在本说明书中时，说明存在所陈述的特征、数字、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除存在或添加一个或更多个其他特征、数字、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。
将理解的是，尽管在此可以使用术语第一、第二等来描述各种构件、元件、区域、层和/或部分，但是这些构件、元件、区域、层和/或部分不应受这些术语的限制。这些术语仅用于将一个构件、元件、区域、层和/或部分与另一构件、元件、区域、层和/或部分区分开。因此，例如，在不脱离本公开的教导的情况下，下面讨论的第一构件、第一元件、第一区域、第一层和/或第一部分可以被命名为第二构件、第二元件、第二区域、第二层和/或第二部分。
为了易于描述，在此可以使用诸如“在……之下”、“在……下方”、“下”、“在……上方”、“上”等的空间相对术语来描述如附图中所示的一个元件或特征与另一元件或特征的关系。将理解的是，空间相对术语意图包含装置在使用或操作中的除了附图中描绘的取向之外的不同取向。例如，如果附图中的元件或特征被翻转，则被描述为“在”其他元件或特征“下方”或“之下”的元件随后将然后被定向为“在”所述其他元件或特征“上”或“上方”。因此，示例性术语“在……下方”可以包含上方和下方两种取向。
图1a示出了示出根据本发明的实施例的二次电池100的透视图，并且图1b示出了示出图1a中所示的二次电池100的纵向剖视图。这里，纵向剖面是沿纵向方向切割的二次电池100的剖面。
如图1a和图1b中所示，根据本发明的二次电池100包括圆柱形罐110、容纳在圆柱形罐110中的电极组件120以及密封圆柱形罐110的上端开口的盖组件140。另外，本发明还可以包括结合到电极组件120的中心销130。
圆柱形罐110包括圆形的底部111和从底部111向上延伸预定长度的侧部112。在二次电池的制造工艺中，圆柱形罐110的上部是敞开的。因此，在二次电池的组装工艺中，电极组件120可以与电解质一起插入圆柱形罐110中。圆柱形罐110可以由钢、钢合金、铝、铝合金或其等同物形成，但是圆柱形罐110的材料不限于此。另外，圆柱形罐110可以具有形成在盖组件140下面以防止盖组件140脱离到外部的向内凹进的卷边部分113以及形成在盖组件140上的向内弯曲的压接部分114。
电极组件120容纳在圆柱形罐110中。电极组件120可以包括分别沿上方向和下方向突出的两个电极接线片125和124。电极组件120可以包括涂覆有负极活性物质(例如，石墨、碳等)的负电极板121、涂覆有正极活性物质(例如，过渡金属氧化物(LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4等))的正电极板122以及定位在负电极板121与正电极板122之间以防止短路并仅允许锂离子的移动的隔膜123。负电极板121、正电极板122和隔膜123卷绕成大致圆柱形的形状。这里，负电极板121可以是铜(Cu)箔或镍(Ni)箔，正电极板122可以是铝(Al)箔，并且隔膜123可以由聚乙烯(PE)或聚丙烯(PP)制成，但是本发明不限于此。另外，向下突出预定长度的负电极接线片124可以焊接到负电极板121，并且向上突出预定长度的正电极接线片125可以焊接到正电极板122，但是反之亦然。另外，负电极接线片124可以由铜或镍制成，并且正电极接线片125可以由铝制成，但是本发明不限于此。
此外，电极组件120的负电极接线片124可以焊接到壳体110的底部111。因此，壳体110可以作为负电极操作。当然，相反，正电极接线片125可以焊接到壳体110的底部111，并且在这种情况下，壳体110可以作为正电极操作。
另外，第一绝缘板126可以设置在电极组件120与底部111之间，第一绝缘板126结合到圆柱形罐110并且具有位于中心中的第一孔126a以及位于第一孔126a的外侧上的第二孔126b。第一绝缘板126用于防止电极组件120与圆柱形罐110的底部111电接触。具体地，第一绝缘板126用于防止电极组件120的正电极板122电接触底部111。这里，当由于二次电池中的异常而产生大量气体时，第一孔126a用于允许气体快速向上移动穿过中心销130，并且第二孔126b用于允许负电极接线片124穿过第二孔126b然后焊接到底部111。
另外，第二绝缘板127可以设置在电极组件120与盖组件140之间，第二绝缘板127结合到圆柱形罐110并且具有位于中心中的第一孔127a和位于第一孔127a的外侧上的第二孔127b。第二绝缘板127用于防止电极组件120电接触盖组件140。具体地，第二绝缘板127用于防止电极组件120的负电极板121电接触盖组件140。这里，当由于二次电池中的异常而产生大量气体时，第一孔127a用于允许气体快速地朝向盖组件140移动，并且第二孔127b用于允许正电极接线片125穿过第二孔127b然后焊接到上盖141。另外，其余的第二孔127b用于允许在电解质注入工艺中将电解质快速流入电极组件120中。
另外，第一绝缘板126的第一孔126a的直径和第二绝缘板127的第一孔127a的直径小于中心销130的直径，因此防止中心销130由于外部冲击而电接触圆柱形罐110的底部111或盖组件140。
中心销130具有中空的圆管形状，并且可以结合到电极组件120的大致中心。中心销130可以由钢、钢合金、铝、铝合金或聚对苯二甲酸丁二醇酯形成，但是中心销130的材料不限于此。中心销130用于在电池的充电和放电期间抑制电极组件120的变形，并且用作二次电池内部产生的气体的通道。在一些情况下，可以省略中心销130。
盖组件140包括形成在其中的具有多个通孔141g的上盖141、安装在上盖141下面的安全板142以及用于使上盖141与圆柱形罐110的侧部112绝缘的绝缘垫圈143。上盖141可以围绕安全板142的边缘部分。另外，上盖141可以具有接触正电极接线片125然后焊接到正电极接线片125的下表面。下面将详细描述上盖141和安全板142的构造和结合关系。
这里，绝缘垫圈143基本沿着形成在圆柱形罐110的侧部112上的卷边部分113和压接部分114形成，并且因此被压缩在上盖141与圆柱形罐110的侧部112之间。也就是说，绝缘垫圈143可以呈压缩状态置于上盖141与卷边部分113之间以及上盖141与压接部分114之间。另外，形成在上盖141中的通孔141g用于当在圆柱形罐110内部产生异常内部压力时将内部气体排放到外部。当然，安全板142的排气口142a首先被内部压力破裂并撕裂，然后内部的气体被释放到外部。
盖组件140可以由选自于常规的铝、铝合金、钢、钢合金、镍、镍合金及其等同物中的任何一种形成，并且盖组件140的材料在本发明中不受限制。
另外，电解质(未示出)被注入到圆柱形罐110中，这允许在充电和放电期间由电池内部的负电极板121和正电极板122中的电化学反应产生的锂离子移动。电解质可以是非水性有机电解质，非水性有机电解质是锂盐和高纯度有机溶剂的混合物。另外，电解质可以是使用聚合物的聚合物电解质或者固体电解质，并且电解质的类型不限于此。
参照图2，示出了示出图1a和图1b中所示的二次电池100的盖组件在上盖141和安全板142结合之前的放大图的分解透视图。参照图3a，示出了将安全板142插入到图2中所示的上盖141中的剖视图，并且参照图3b，示出了上盖141和安全板142结合的剖视图。另外，参照图4，示出了图3b中所示的上盖141和安全板142结合的仰视图。
在下文中，将参照图2、图3a、图3b和图4描述上盖141和安全板142的构造和结合关系。
上盖141包括从中心沿向外方向顺序地定位的端子部141a、连接部141b、第一延伸部141c、弯曲部141d和第二延伸部141e。
端子部141a可以是大致平坦的，并且可以大致位于上盖141的中心处。另外，当将多个二次电池100串联或并联连接然后模块化时，用于在多个二次电池100之间进行连接的电池组接线片(PT：pack tab)被焊接到端子部141a的上表面。
连接部141b通过从端子部141a的边缘部分向下弯曲而形成，并且包括至少一个开口141g。当安全板142的排气口142a破裂时，开口141g将圆柱形罐110内部的气体释放到外部。
另外，第一延伸部141c可以从连接部141b的下端沿水平方向向外延伸。第一延伸部141c的水平尺寸可以大于安全板142的水平尺寸。第一延伸部141c可以具有与安全板142的边缘部142b的上表面142ba接触的下表面141ca。
另外，弯曲部141d可以从第一延伸部141c的边缘部分基本竖直向下弯曲。弯曲部141d的内表面141da可以与安全板142的侧表面142c接触。
此外，第二延伸部141e可以从弯曲部141d的下端向内沿水平方向延伸。第二延伸部141e可以如图2和图3a中所示在结合到安全板142之前保持其从弯曲部141d的下端向下延伸的状态。另外，在安全板142与第一延伸部141c的下表面141ca和弯曲部141d的内表面141da接触的状态下，第二延伸部141e可以朝向安全板142的下表面142bb弯曲。这里，第二延伸部141e的上表面141ea可以与安全板142的下表面142bb接触。另外，安全板142的边缘部142b可以置于第一延伸部141c与第二延伸部141e之间。第二延伸部141e可以平行于第一延伸部141c。
第二延伸部141e可以包括多个狭缝141f。多个狭缝141f可以从第二延伸部141e的上部切割到下端。另外，多个狭缝141f可以在下部中比在上部中彼此间隔开得多。多个狭缝141f可以设置成当第二延伸部141e朝向安全板142的下表面弯曲时防止第二延伸部141e叠置或起皱。如图3b和图4中所示，在上盖141和安全板142彼此结合之后，第二延伸部141e可以由于多个狭缝141f而与安全板142的边缘部142b紧密接触，然后保持平坦。尽管在图2和图4中示出了多个狭缝141f中的六个，但是多个狭缝141f的数量可以是四个或更多个中的任何一个，并且本发明不限制多个狭缝141f的数量。然而，为了方便第二延伸部141e的弯曲过程，优选地形成四个或六个狭缝。
另外，第二延伸部141e可以具有焊接到电极组件120的正电极接线片125的下表面141eb。也就是说，正电极接线片125和电池组接线片PT可以仅与上盖141电连接，而不需要任何其他构造。
安全板142可以具有基本平坦的圆板形状。安全板142可以包括排气口142a，排气口142a是从上表面沿向下方向形成的凹槽。排气口142a可以在安全板142的大致中心部分上形成为圆环。排气口142a可以位于上盖141的端子部141a下面。形成排气口142a的区域可以具有比安全板142的其他部分的厚度小的厚度。当圆柱形罐110内部的压力由于内部短路或者过度充电/放电而增大时，排气口142a会因压力而破裂。当排气口142a由于圆柱形罐110的内部压力而撕裂时，安全板142可以通过上盖141的开口141g而将内部气体释放到外部。
另外，安全板142可以具有置于第一延伸部141c与第二延伸部141e之间的边缘部142b。此外，边缘部142b可以具有被第一延伸部141c、弯曲部141d和第二延伸部141e围绕的上表面、侧表面和下表面。
由于本发明的二次电池100在电极组件120的正极接线片125与用于模块化的电池组接线片PT之间通过上盖141电连接而不需要任何其他构造，因此可以减少可能发生在电流路径上的由于电阻增大而引起的发热。
例如，如图5a中所示，比较示例的盖组件10可以包括形成在其中的具有多个通孔11a的上盖11、安装在上盖11下面的安全板12、安装在安全板12下面的连接环13、结合到连接环13并具有形成在其中的通孔14a的下盖14以及固定到下盖14的通孔14a的下部的子板15。在盖组件10中，电池组接线片PT可以被焊接到上盖11的基本中心的上表面，并且电极组件的正电极接线片ET可以焊接到下盖14的下表面。
在盖组件10中，电流路径A可以从正电极接线片ET通过下盖14、子板15、安全板12和上盖11连接到电池组接线片PT。也就是说，由于正电极接线片ET和电池组接线片PT通过四个组件(下盖14、子板15、安全板12和上盖11)电连接，所以电流路径变得较长，因此，电流路径的电阻会增大，导致发热增加。图5b是示出测量比较示例的盖组件的加热状态的结果和根据电流的温度变化的曲线图。如图5b中所示，可以看出，当电流为30C时，测得比较示例的盖组件10的加热温度高达246度。另外，当电流为40C时，比较示例的盖组件10的加热温度极高，因此温度测量的进程是不可行的。
另外，图5c是示出通过使用热成像相机测量图1a至图4中所示的二次电池100的加热状态的结果以及根据电流的温度变化的曲线图。如图5c中所示，可以看出，当电流为40C时，测得本发明的二次电池的上盖的加热温度高达107度。
也就是说，在本发明的二次电池100中，正电极接线片125和电池组接线片PT通过上盖141连接而不需要任何其他构造，因此与比较示例相比，减少了由于电流路径的电阻而引起的发热。
参照图6，示出了示出根据本发明的另一实施例的二次电池200的剖视图。
如图6中所示，根据本发明的二次电池200包括圆柱形罐110、容纳在圆柱形罐110中的电极组件120以及密封圆柱形罐110的上端开口的盖组件240。另外，本发明还可以包括结合到电极组件120的中心销130。
二次电池200的圆柱形罐110、电极组件120和中心销130的构造与图1a和图1b中所示的二次电池100的圆柱形罐110、电极组件120和中心销130的构造相同，在盖组件240的构造中，上盖141和绝缘垫圈143的构造与图1a和图1b中所示的二次电池100的上盖141和绝缘垫圈143的构造相同。
因此，以下描述将集中于二次电池200的安全板242，该安全板242与二次电池100的对应元件不同。
另外，参照图7，示出了示出图6中所示的二次电池200的盖组件240在上盖141和安全板242结合之前的放大图的分解透视图。参照图8a，示出了安全板242插入到图7中所示的上盖141中的剖视图，并且参照图8b，示出了上盖141和安全板242结合的剖视图。
在下文中，将参照图7、图8a和图8b描述上盖141和安全板242的构造和结合关系。
安全板242可以包括从中心沿向外方向顺序地定位的中心部242d、台阶部242e和边缘部242b。
中心部242d是大致平坦的，并且可以大致位于安全板242的中心处。此外，中心部242d可以位于上盖141的端子部141a下面。
另外，中心部242d可以包括排气口242a，排气口242a是从上表面沿向下方向形成的凹槽。形成排气口242a的区域可以具有比安全板242的其他部分的厚度小的厚度。排气口242a可以在安全板142的大致中心部分上形成为圆环。排气口242a可以位于上盖141下面。当圆柱形罐110内部的压力由于内部短路或者过度充电/放电而增大时，排气口242a会因压力而破裂。当排气口242a由于圆柱形罐110的内部压力而撕裂时，安全板242可以通过上盖141的开口141g将内部气体释放到外部。
台阶部242e可以从中心部242d的边缘部分向下弯曲。另外，台阶部242e可以连接中心部242d和边缘部242b。由于台阶部242e，可以减小抵抗排气口242a的破裂的应力。
边缘部242b可以从台阶部242e的下端向外延伸。边缘部242b可以置于第一延伸部141c与第二延伸部141e之间。另外，边缘部242b可以具有被第一延伸部141c、弯曲部141d和第二延伸部141e围绕的上表面、侧表面242c和下表面。
尽管已经描述了前述实施例以实践本发明的二次电池，但是本领域普通技术人员将理解的是，在不脱离如由所附权利要求限定的本公开的精神和范围的情况下，可以在形式和细节上进行各种改变。
工业实用性
本发明的各种实施例涉及二次电池。

Claims (10)

1.一种二次电池，所述二次电池包括：
圆柱形罐，具有上端开口；
电极组件，容纳在圆柱形罐中并且具有电极接线片；以及
盖组件，用于密封圆柱形罐的上端开口，
其中，盖组件包括：圆板形状的安全板；以及上盖，设置在安全板的上部上并围绕安全板的边缘部，并且电极接线片与上盖接触并结合到上盖。
2.根据权利要求1所述的二次电池，其中，上盖包括：端子部，呈平坦的圆板的形状；连接部，从端子部的边缘向下弯曲；第一延伸部，从连接部的下端沿水平方向向外延伸；弯曲部，从第一延伸部的边缘向下弯曲；以及第二延伸部，从弯曲部的下端沿水平方向向内延伸。
3.根据权利要求2所述的二次电池，其中，安全板的边缘部具有与第一延伸部接触的上表面、与弯曲部接触的侧表面以及与第二延伸部接触的下表面。
4.根据权利要求2所述的二次电池，其中，安全板的边缘部置于上盖的第一延伸部与平行于第一延伸部的第二延伸部之间。
5.根据权利要求2所述的二次电池，其中，第二延伸部包括从上端切割到下端的多个狭缝。
6.根据权利要求2所述的二次电池，其中，安全板具有其中排气口位于端子部下面并且从顶表面沿向下方向形成的圆环形状的凹槽。
7.根据权利要求2所述的二次电池，其中，连接部具有至少一个开口。
8.根据权利要求2所述的二次电池，其中，电极接线片被焊接到第二延伸部。
9.根据权利要求1所述的二次电池，其中，安全板包括：中心部，具有平坦的圆板形状并且包括形成在中心部的上表面上的排气口；台阶部，从中心部的边缘部分向下弯曲；以及边缘部，从台阶部的下端向外延伸。
10.根据权利要求1所述的二次电池，其中，盖组件还包括置于上盖与圆柱形罐之间的绝缘垫圈。
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