CN114651354A - 二次电池和包括该二次电池的装置 - Google Patents

二次电池和包括该二次电池的装置 Download PDF

Info

Publication number
CN114651354A
CN114651354A CN202080075624.3A CN202080075624A CN114651354A CN 114651354 A CN114651354 A CN 114651354A CN 202080075624 A CN202080075624 A CN 202080075624A CN 114651354 A CN114651354 A CN 114651354A
Authority
CN
China
Prior art keywords
electrode assembly
flat coil
coil spring
secondary battery
negative electrode
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202080075624.3A
Other languages
English (en)
Inventor
李廷范
尹钟建
河会珍
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
LG Energy Solution Ltd
Original Assignee
LG Energy Solution Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by LG Energy Solution Ltd filed Critical LG Energy Solution Ltd
Publication of CN114651354A publication Critical patent/CN114651354A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/04—Construction or manufacture in general
    • H01M10/0431—Cells with wound or folded electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/058—Construction or manufacture
    • H01M10/0587—Construction or manufacture of accumulators having only wound construction elements, i.e. wound positive electrodes, wound negative electrodes and wound separators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/04—Construction or manufacture in general
    • H01M10/0422—Cells or battery with cylindrical casing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/04—Construction or manufacture in general
    • H01M10/0468—Compression means for stacks of electrodes and separators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/38—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of elements or alloys
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/38—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of elements or alloys
    • H01M4/381—Alkaline or alkaline earth metals elements
    • H01M4/382—Lithium
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/38—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of elements or alloys
    • H01M4/387—Tin or alloys based on tin
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/48—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
    • H01M4/483—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides for non-aqueous cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/10—Primary casings; Jackets or wrappings
    • H01M50/102—Primary casings; Jackets or wrappings characterised by their shape or physical structure
    • H01M50/107—Primary casings; Jackets or wrappings characterised by their shape or physical structure having curved cross-section, e.g. round or elliptic
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/471—Spacing elements inside cells other than separators, membranes or diaphragms; Manufacturing processes thereof
    • H01M50/474—Spacing elements inside cells other than separators, membranes or diaphragms; Manufacturing processes thereof characterised by their position inside the cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/471—Spacing elements inside cells other than separators, membranes or diaphragms; Manufacturing processes thereof
    • H01M50/477—Spacing elements inside cells other than separators, membranes or diaphragms; Manufacturing processes thereof characterised by their shape
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/531—Electrode connections inside a battery casing
    • H01M50/533—Electrode connections inside a battery casing characterised by the shape of the leads or tabs
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/531—Electrode connections inside a battery casing
    • H01M50/538—Connection of several leads or tabs of wound or folded electrode stacks
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/056—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes
    • H01M10/0564—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes the electrolyte being constituted of organic materials only
    • H01M10/0566—Liquid materials
    • H01M10/0568—Liquid materials characterised by the solutes
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/62—Hybrid vehicles

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Connection Of Batteries Or Terminals (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Sealing Battery Cases Or Jackets (AREA)
  • Cell Separators (AREA)

Abstract

根据本公开的一个实施例的一种二次电池包括：具有果冻卷结构的电极组件，该电极组件包括正电极片、负电极片和分隔件；圆柱形壳体，电极组件被内置在该圆柱形壳体中；和扁平螺旋弹簧，该扁平螺旋弹簧位于电极组件的外周表面和圆柱形壳体的内壁之间。

Description

二次电池和包括该二次电池的装置
技术领域
相关申请的交叉引用
该申请要求在2019年12月12日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2019-0165769号的权益，其公开内容通过引用以其整体并入本文。
本公开涉及一种二次电池和一种包括该二次电池的装置，更特别地，涉及一种包括具有果冻卷结构的电极组件的二次电池和一种包括该二次电池的装置。
背景技术
近来，随着由于化石燃料的枯竭而导致能源价格上涨以及对环境污染的关注度越来越高，对环境友好的可替代能源的需求必将在未来的生活中发挥重要作用。因此，对用于产生诸如核能、太阳能、风能和潮汐能的各种动力的技术的研究正在进行中，并且用于所产生的能量的更有效率的使用的电力存储设备也备受关注。
特别地，随着对移动装置的技术发展和需求的增加，对作为能源的电池的需求正在迅速增加。相应地，已经对能够满足各种各样的需求的电池的进行了很多研究。
典型地，非常需要具有诸如高能量密度、放电电压、输出稳定性等优点的锂二次电池，诸如锂离子电池或锂离子聚合物电池。
此外，二次电池可以基于电池壳体的形状被分类成：圆柱形电池，该圆柱形电池具有被安装在圆柱形金属罐中的电极组件；棱柱形电池，该棱柱形电池具有被安装在棱柱形金属罐中的电极组件；和袋形电池，该袋形电池具有被安装在由层压铝片制成的袋形壳体中的电极组件。
此外，二次电池还可以基于如何构造电极组件来分类，该电极组件具有正电极、负电极以及介于正电极和负电极之间的分隔件被堆叠的结构。
典型地，电极组件可以包括：果冻卷(缠绕)型电极组件，在该果冻卷(缠绕)型电极组件中，长片型正电极和长片型负电极在分隔件介于其间的情况下被缠绕；和堆叠(层压)型电极组件，在该堆叠(层压)型电极组件中，切割成预定单元尺寸的多个正电极和负电极在分隔件介于其间的情况下被顺序地堆叠；等。
近来，为了解决在果冻卷型电极组件和堆叠型电极组件中涉及的问题，已经研发了作为果冻卷型电极组件和堆叠型电极组件的组合的堆叠/折叠型电极。堆叠/折叠型电极组件具有如下结构：特定单元的正电极和负电极在分隔件介于其间的同时被堆叠的单元单体在位于分隔膜上的状态下被顺序地缠绕。
同时，在锂二次电池的情形中，可能发生“隆起现象”：在电极在重复性充电和放电过程期间变厚的同时，电极组件的体积膨胀。如果该隆起现象加深，则不仅二次电池的性能劣化，而且二次电池的外形可能会改变，因此不利地影响结构稳定性。
特别地，在使用纯锂金属作为负电极的锂二次电池的情形中，充电机制不同于通常的石墨负电极的充电机制，因此，负电极的厚度膨胀导致二次电池的隆起现象，这可能引起严重问题。
在石墨负电极中，发生从正电极转移的锂嵌入作为分层结构的石墨中的嵌入，但是在锂金属负电极中，沉积在正电极上的负电极被原样堆叠，使得二次电池的厚度变化更加严重。
例如，当施加4.0mAh/cm2的正电极负载时，20μm的锂金属负电极能够基于两侧以10μm伸长，并且当使用Cu集电器时，50μm的锂金属负电极增加到90μm。特别地，考虑到锂金属负电极是多孔的并且发生锂枝晶生长，二次电池的厚度的变化可能更加严重。
因此，需要研发一种能够有效地控制在充电和放电期间发生的体积膨胀的二次电池。
发明内容
技术问题
本公开的实施例已经被设计为解决前述方法的上述问题，并且本公开的目的在于提供一种能够有效地控制在充电和放电期间发生的体积膨胀的二次电池以及一种包括该二次电池的装置。
然而，本公开的实施例所要解决的问题不限于上述问题，并且能够在本公开中所包括的技术思想的范围内进行各种扩展。
技术方案
根据本公开的实施例的一种二次电池包括：具有果冻卷结构的电极组件，该电极组件包括正电极片、负电极片和分隔件；圆柱形壳体，电极组件被内置在该圆柱形壳体中；和扁平螺旋弹簧，该扁平螺旋弹簧位于电极组件的外周表面和圆柱形壳体的内壁之间。
扁平螺旋弹簧可以被构造成使得一端与电极组件形成接触，另一端与圆柱形壳体的内壁形成接触，并且扁平螺旋弹簧包裹电极组件一圈或多圈。
附接到正电极片的正电极接线片可以从电极组件向上延伸，并且附接到负电极片的负电极接线片可以从电极组件向下延伸。
扁平螺旋弹簧的一端可以在电极组件的径向方向上与正电极接线片或负电极接线片中的至少一个重叠。
扁平螺旋弹簧的厚度随着从另一端朝向一端而增加。
扁平螺旋弹簧可以包括第一扁平螺旋弹簧和第二扁平螺旋弹簧，该第一扁平螺旋弹簧和该第二扁平螺旋弹簧分别地位于电极组件的相对于电极组件的高度方向的两端处。
扁平螺旋弹簧还可以包括第三扁平螺旋弹簧，该第三扁平螺旋弹簧位于第一扁平螺旋弹簧和第二扁平螺旋弹簧之间。
与第三扁平螺旋弹簧相比，第一扁平螺旋弹簧和第二扁平螺旋弹簧可以具有更大的弹簧常数，或者包裹电极组件的圈数可以增加。
附接到正电极片的正电极接线片可以从电极组件向上延伸，并且附接到负电极片的负电极接线片可以从电极组件向下延伸。
在电极组件的外周表面中，第一扁平螺旋弹簧和第二扁平螺旋弹簧可以分别地包裹与附接有正电极接线片和负电极接线片的部分对应的部分。
负电极活性材料可以被涂覆到负电极片上，并且负电极活性材料可以包括Li、Si、SiO2或Sn中的至少一种。
有利效果
根据本公开的实施例，扁平螺旋弹簧被布置在具有果冻卷结构的电极组件与圆柱形壳体之间，使得不仅电极组件的位置被稳定地固定，而且在充电和放电期间产生的电极组件的体积膨胀也被抑制，从而能够实现可逆的充电和放电。
附图说明
图1是根据本公开的一个实施例的电极组件的分解透视图。
图2是示出图1的电极组件被缠绕并且然后被包裹在扁平螺旋弹簧中的状态的透视图。
图3是包括图2中的电极组件和扁平螺旋弹簧的二次电池的截面透视图。
图4是图示图3中的A-A'的示意性水平截面视图。
图5是示出电极组件被包裹在第一扁平螺旋弹簧到第三扁平螺旋弹簧中的状态的透视图。
具体实施方式
在下文中，将参考附图详细描述本公开的各种实施例，使得本领域技术人员能够容易地实现它们。本公开可以以各种不同的方式修改，并且不限于本文中所阐述的实施例。
与描述无关的部分将被省略以清楚地描述本公开，并且在整个说明书中，类似的附图标记标注类似的元件。
此外，在图中，为了描述方便，每一个元件的尺寸和厚度被任意地图示，并且本公开不一定必需限制于绘图中所示。在图中，为了清楚，层、区域等的厚度被夸大。在绘图中，为了描述方便，一些层和区域的厚度被夸大地示出。
另外，将理解，当诸如层、膜、区域或板的元件被称作在另一个元件“上”或者“上方”时，该元件能够直接地在另一个元件上，或者还可以存在居间元件。相比之下，当元件被称作“直接地”在另一个元件“上”时，这意味着不存在其他居间元件。此外，词语“上”或者“上方”意味着置放在参考部分上或者下方，并且不一定必需意味着置放在参考部分的朝向重力相反方向的上端上。
此外，在整个说明书中，当一部分被称作“包括”特定部件时，这意味着该部分能够进一步包括其他部件，而不排除其他部件，除非另有声明。
此外，在整个说明书中，当被称作“平面”时，这意味着从上侧观察目标部分，并且当被称作“截面”时，这意味着从竖直地切割的截面侧观察目标部分。
图1是根据本公开的一个实施例的电极组件100的分解透视图，图2是示出图1的电极组件100被缠绕并且然后被包裹在扁平螺旋弹簧500中的状态的透视图，并且图3是包括图2中的电极组件和扁平螺旋弹簧的二次电池的截面透视图。
参考图1到图3，根据本公开的一个实施例的二次电池10包括：具有果冻卷结构的电极组件100，该电极组件100包括正电极片200、负电极片300和分隔件400；圆柱形壳体600，电极组件100被内置在该圆柱形壳体600中；和扁平螺旋弹簧500，该扁平螺旋弹簧500位于电极组件100的外周表面101和圆柱形壳体600的内壁之间。
具有果冻卷结构的电极组件100被形成为使得正电极片200、负电极片300和分隔件400被一起缠绕，并且分隔件400可以介于正电极片200和负电极片300之间。此外，当以果冻卷的形式缠绕时，为了防止正电极片200和负电极片300彼此接触，分隔件400可以被另外地置放在负电极片300的下方。
正电极活性材料被涂覆到正电极片200上，以形成正电极活性材料层220，并且正电极接线片210可以通过诸如焊接的方法被结合到未形成有正电极活性材料层220的正电极未涂覆部230。
类似地，负电极活性材料被涂覆到负电极片300上，以形成负电极活性材料层320，并且负电极接线片310可以通过诸如焊接的方法被结合到未形成有负电极活性材料层320的负电极未涂覆部330。
此时，在图1中，正电极未涂覆部230和负电极未涂覆部330被分别地形成在正电极片200和负电极片300的一端处，但是它们对应于一个示例，并且可以通过与正电极片200和负电极片300的一端分离而被形成在中间。
同时，如在图1中所示，期望的是，正电极接线片210和负电极接线片310的延伸方向彼此相反。相应地，如在图2中所示，当电极组件100被缠绕时，正电极接线片210可以从电极组件100向上(在z轴线方向上)延伸，并且负电极接线片310可以从电极组件100向下(在与z轴线相反的方向上)延伸。
图4是图示图3中的A-A'的示意性水平截面视图。
与图1到图3一起地参考图4，位于电极组件100的外周表面101和圆柱形壳体600的内壁之间的扁平螺旋弹簧500可以被构造成使得一端501与电极组件100形成接触并且另一端502与圆柱形壳体600的内壁形成接触。
此外，这种扁平螺旋弹簧500可以包裹电极组件100一圈或多圈，从而有效地挤压电极组件100。
如上所述，可能发生“隆起现象”：在重复性充电和放电过程期间，电极组件100的体积膨胀。如果该隆起现象加深，则不仅二次电池的性能劣化，而且二次电池的外形可能改变，因此不利地影响结构稳定性。
因此，根据本实施例，位于电极组件100的外周表面101和圆柱形壳体600的内壁之间的扁平螺旋弹簧500不仅能够稳定地将电极组件100固定在圆柱形壳体600的内部，而且能够有效地抑制电极组件100的体积膨胀。
当电极组件100的体积膨胀不受抑制时，由于体积膨胀，在正电极片200和负电极片300之间的距离增加并且电阻增加，并且最终，可能无法进行可逆的放电。此时，根据本实施例的扁平螺旋弹簧500能够有效地抑制电极组件100的体积膨胀，由此使二次电池能够进行可逆的充电和放电。
此外，因为弹簧具有螺旋形形状，所以均匀的压力能够被施加到电极组件100的整个外周表面101。即，能够在整个外周表面101上均匀地表现出抑制体积膨胀的效果。
此外，在图4中，为了解释而夸大地示出，但是扁平螺旋弹簧500是以螺旋形形状缠绕的弹簧，并且因此可以在不占据大的体积的情况下被置放在圆柱形壳体600的内部和圆柱形果冻卷电极组件100之间。即，提高了空间利用率，这具有提高电池容量的优点。
特别地，因为当电极组件100处于放电状态中时，电极组件100具有相对小的体积，所以扁平螺旋弹簧500可以被置放在放电状态中的电极组件100的外周表面上，并且然后被嵌入圆柱形壳体600中。
此后，当执行充电并且电极组件100膨胀时，扁平螺旋弹簧500可以如上所述地将均匀的压力施加到电极组件100的整个外周表面。
同时，扁平螺旋弹簧500的一端501能够在电极组件100的径向方向上与正电极接线片210或负电极接线片310中的至少一个重叠。
这里，径向方向意味着对应于当从上方观察被缠绕的电极组件100时以电极组件100的中心为基础的半径的方向。
在图4中，仅示出一端501与正电极接线片210的径向方向重叠的状态，但是负电极接线片310也可以在径向方向上与一端501重叠。
由于分别地附接到正电极片200和负电极片300的正电极接线片210和负电极接线片310，所以当从上方观察时，被缠绕的电极组件100只能具有非对称形状。当电极组件100由于充电和放电而膨胀时，非对称形状进一步加深，这可能引起形状扭曲的问题。
因此，扁平螺旋弹簧500的一端501被布置成在电极组件100的径向方向上与正电极接线片210或负电极接线片310中的至少一个重叠，使得最高压力能够被施加到最可能发生形状扭曲的部分。由此，能够使在体积膨胀期间由于正电极接线片210或负电极接线片310引起的电极组件100的形状扭曲最小化。
进而，虽然未具体地示出，但是扁平螺旋弹簧500的厚度可以随着扁平螺旋弹簧500从另一端502朝向一端501而增加。
通过以此方式在扁平螺旋弹簧500中形成厚度梯度，布置在对应于正电极接线片210或负电极接线片310的位置处的扁平螺旋弹簧500的一端501能够被设计成施加更强的弹性力。由此，能够使在体积膨胀期间由于正电极接线片210或负电极接线片310引起的电极组件100的形状扭曲最小化。
同时，再次参考图2，根据本实施例的扁平螺旋弹簧500可以包裹电极组件100的整个外周表面101。这是为了向电极组件100的整个外周表面101施加均匀的压力。
图5是作为本公开的修改实施例的示出电极组件100被包裹在第一扁平螺旋弹簧到第三扁平螺旋弹簧510、520和530中的状态的透视图。
参考图5，如上所述，正电极接线片210可以从电极组件100向上(在z轴线方向上)延伸，并且负电极接线片310可以从电极组件100向下(在与z轴线相反的方向上)延伸。
根据本实施例的扁平螺旋弹簧500a可以包括第一扁平螺旋弹簧510和第二扁平螺旋弹簧520，该第一扁平螺旋弹簧510和该第二扁平螺旋弹簧520分别地位于电极组件100的在电极组件100的高度方向(平行于z轴线的方向)上的两端处。特别地，在电极组件100的外周表面101中，第一扁平螺旋弹簧510和第二扁平螺旋弹簧520可以分别地包裹与附接有正电极接线片210和负电极接线片310的部分对应的部分。
此外，扁平螺旋弹簧500a可以包括第三扁平螺旋弹簧530，该第三扁平螺旋弹簧530位于第一扁平螺旋弹簧510和第二扁平螺旋弹簧520之间。
扁平螺旋弹簧被分类成第一扁平螺旋弹簧到第三扁平螺旋弹簧510、520和530，但是为了向电极组件100的整个外周表面101施加均匀的压力，第一扁平螺旋弹簧到第三扁平螺旋弹簧510、520和530可以包裹电极组件100的整个外周表面101。
在此情形中，与第三扁平螺旋弹簧530相比，第一扁平螺旋弹簧510和第二扁平螺旋弹簧520可以具有更大的弹簧常数，或者包裹电极组件的圈数可以增加。即，由第一扁平螺旋弹簧510和第二扁平螺旋弹簧520施加的压力可以大于由第三扁平螺旋弹簧530施加的压力。
相对于电极组件100的高度方向(平行于z轴线的方向)，电极组件100的两端分别地对应于附接有正电极接线片210和负电极接线片310的部分。如上所述，由于正电极接线片210和负电极接线片310，所以当从上方观察时，被缠绕的电极组件100只能具有非对称形状，并且当电极组件100由于充电和放电而膨胀时，这种非对称形状可能进一步加深，这可能引起形状扭曲的问题。
相应地，使得第一扁平螺旋弹簧510和第二扁平螺旋弹簧520的弹簧常数或者包裹的圈数大于第三扁平螺旋弹簧530的弹簧常数或者包裹的圈数，更高的压力被施加到电极组件100的在高度方向上可能最频繁地发生形状扭曲的部分。
图5分别地示出仅一个正电极接线片210和一个负电极接线片310，但是这些是一个示例，并且多个正电极接线片210可以向上延伸并且多个负电极接线片310可以向下延伸。当正电极接线片210和负电极接线片310均以此方式由多个接线片构成时，在体积膨胀期间形状扭曲可能更成问题，因此，根据本实施例的第一扁平螺旋弹簧510和第二扁平螺旋弹簧520可以更有效。
再次参考图1，负电极活性材料被涂覆到负电极片300上以形成负电极活性材料层320，其中，负电极活性材料可以包括Li、Si、SiO2或Sn中的至少一种。
当负电极活性材料包含上述材料时，在包括负电极片300的电极组件100中诱发更大的体积膨胀。相应地，当负电极活性材料包括Li、Si、SiO2或Sn中的至少一种时，通过扁平螺旋弹簧500和500a的本公开中的抑制体积膨胀的效果可以更突出。
负电极活性材料的更具体的示例可以包括：碳，诸如难石墨化碳和石墨类碳；金属复合氧化物，诸如LixFe2O3(0≤x≤1)、LixWO2(0≤x≤1)、SnxMe1-xMe'yOz(Me：Mn，Fe，Pb，Ge；Me’：Al，B，P，Si，元素周期表中的第1、2、3族元素，卤素；0<x≤1；1≤y≤3；1≤z≤8)；锂钛氧化物、锂金属；锂合金；硅类合金；锡类合金；金属氧化物，诸如SnO、SnO2、PbO、PbO2、Pb2O3、Pb3O4、Sb2O3、Sb2O4、Sb2O5、GeO、GeO2、Bi2O3、Bi2O4和Bi2O5；导电性聚合物，诸如聚乙炔；Li-Co-Ni类材料等。
同时，再次参考图3，本公开中的二次电池10能够通过将电极组件100容纳在圆柱形壳体600中、将电解质溶液注射到圆柱形壳体600中并且然后将帽组件700结合到圆柱形壳体600的上端来制造。
在此情形中，圆柱形壳体600可以包括压接部610和卷边部620。
压接部610指的是位于卷边部620的上方以包裹在帽组件700周围的部分，并且用于帽组件700的稳定结合。
卷边部620指的是圆柱形壳体600的一部分在电极组件100的中心方向上凹进的部分，其用于帽组件700的稳定联接并且防止电极组件100流动。
帽组件700包括：上帽710，该上帽710用于形成正电极端子；帽板730，从电极组件100向上延伸的正电极接线片210被连接到该帽板730；和垫圈720，该垫圈720用于维持气密性。
垫圈720被安装在压接部610的内表面和卷边部620的上内表面上，以增加在帽组件700和圆柱形壳体600之间的密封力。
同时，上端绝缘构件810和下端绝缘构件820被分别地被置放在电极组件100的上部和下部上，使得能够防止电极组件100与帽组件700或者圆柱形壳体600的底部形成接触并且被通电。
而且，虽然未具体地示出，但是为了电绝缘，可以添加包裹电极组件100的外周表面的绝缘膜，并且在本公开中，绝缘膜可以位于电极组件100的外周表面和扁平螺旋弹簧500之间。
中心销900可以嵌入在电极组件100的中心中。中心销900通常包括金属材料以赋予预定强度，并且由板材料被弯曲成圆状的圆柱形结构组成。中心销900可以用作用于固定并支撑电极组件100并且用于排放在充电/放电和工作期间由内部反应产生的气体的通道。
同时，根据本公开的实施例的上述一个或多个二次电池能够被应用于各种装置。这些装置可以被应用于交通工具，诸如电动自行车、电动车辆、混合动力车辆，但不限于此，并且能够被应用于能够使用二次电池的各种装置。
虽然上文已经详细描述了本公开的优选实施例，但是本公开的范围不限于此，并且本领域技术人员使用在所附权利要求中限定的本公开的基本概念做出的各种修改和改进也属于权利范围。
附图标记说明
10：二次电池
100：电极组件
200：正电极片
210：正电极接线片
300：负电极片
310：负电极接线片
400：分隔件
500：扁平螺旋弹簧
600：圆柱形壳体

Claims (12)

1.一种二次电池，包括：
具有果冻卷结构的电极组件，所述电极组件包括正电极片、负电极片和分隔件；
圆柱形壳体，所述电极组件被内置在所述圆柱形壳体中；和
扁平螺旋弹簧，所述扁平螺旋弹簧位于所述电极组件的外周表面和所述圆柱形壳体的内壁之间。
2.根据权利要求1所述的二次电池，
其中，所述扁平螺旋弹簧被构造成使得一端与所述电极组件形成接触，另一端与所述圆柱形壳体的所述内壁形成接触，并且所述扁平螺旋弹簧包裹所述电极组件一圈或多圈。
3.根据权利要求2所述的二次电池，
其中，附接到所述正电极片的正电极接线片从所述电极组件向上延伸，并且
附接到所述负电极片的负电极接线片从所述电极组件向下延伸。
4.根据权利要求3所述的二次电池，
其中，所述扁平螺旋弹簧的所述一端在所述电极组件的径向方向上与所述正电极接线片或所述负电极接线片中的至少一个重叠。
5.根据权利要求2所述的二次电池，
其中，所述扁平螺旋弹簧的厚度随着从所述另一端朝向所述一端而增加。
6.根据权利要求1所述的二次电池，
其中，所述扁平螺旋弹簧包括第一扁平螺旋弹簧和第二扁平螺旋弹簧，所述第一扁平螺旋弹簧和所述第二扁平螺旋弹簧分别地位于所述电极组件的相对于所述电极组件的高度方向的两端处。
7.根据权利要求6所述的二次电池，
其中，所述扁平螺旋弹簧还包括第三扁平螺旋弹簧，所述第三扁平螺旋弹簧位于所述第一扁平螺旋弹簧和所述第二扁平螺旋弹簧之间。
8.根据权利要求7所述的二次电池，
其中，与所述第三扁平螺旋弹簧相比，所述第一扁平螺旋弹簧和所述第二扁平螺旋弹簧具有更大的弹簧常数，或者包裹所述电极组件的圈数增加。
9.根据权利要求8所述的二次电池，
其中，附接到所述正电极片的正电极接线片从所述电极组件向上延伸，并且
附接到所述负电极片的负电极接线片从所述电极组件向下延伸。
10.根据权利要求9所述的二次电池，
其中，在所述电极组件的所述外周表面中，所述第一扁平螺旋弹簧和所述第二扁平螺旋弹簧分别地包裹与附接有所述正电极接线片和所述负电极接线片的部分对应的部分。
11.根据权利要求1所述的二次电池，
其中，负电极活性材料被涂覆到所述负电极片上，并且
所述负电极活性材料包括Li、Si、SiO2或Sn中的至少一种。
12.一种包括根据权利要求1所述的二次电池的装置。
CN202080075624.3A 2019-12-12 2020-09-16 二次电池和包括该二次电池的装置 Pending CN114651354A (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2019-0165769 2019-12-12
KR1020190165769A KR20210074743A (ko) 2019-12-12 2019-12-12 이차전지 및 이를 포함하는 디바이스
PCT/KR2020/012510 WO2021118020A1 (ko) 2019-12-12 2020-09-16 이차전지 및 이를 포함하는 디바이스

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN114651354A true CN114651354A (zh) 2022-06-21

Family

ID=76330475

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202080075624.3A Pending CN114651354A (zh) 2019-12-12 2020-09-16 二次电池和包括该二次电池的装置

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20220393249A1 (zh)
EP (1) EP4027422A4 (zh)
JP (1) JP7372006B2 (zh)
KR (1) KR20210074743A (zh)
CN (1) CN114651354A (zh)
WO (1) WO2021118020A1 (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023189938A1 (ja) * 2022-03-31 2023-10-05 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 蓄電装置
EP4258397A1 (de) * 2022-04-06 2023-10-11 VARTA Microbattery GmbH Energiespeicherzelle mit zylindrischem gehäuse und verfahren zur herstellung
WO2023194591A1 (de) * 2022-04-06 2023-10-12 Varta Microbattery Gmbh Energiespeicherzelle mit zylindrischem gehäuse und verfahren zur herstellung

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR19990031053U (ko) * 1997-12-30 1999-07-26 손욱 각형 리튬이온 이차전지
KR100520490B1 (ko) * 1998-12-04 2005-12-21 에스케이씨 주식회사 리튬이온전지
JP2001068166A (ja) * 1999-08-30 2001-03-16 Japan Storage Battery Co Ltd 電 池
JP2001135299A (ja) * 1999-11-05 2001-05-18 Sony Corp 密閉型電池
KR101040875B1 (ko) * 2009-12-31 2011-06-16 삼성에스디아이 주식회사 이차전지
DE102011005681A1 (de) * 2011-02-15 2012-08-16 Robert Bosch Gmbh Lithium-Ionen Akkumulator und Verfahren zu dess Herstellung
JP6124066B2 (ja) * 2013-06-25 2017-05-10 株式会社Ｇｓユアサ 電池
CN103579687B (zh) * 2012-07-31 2019-04-12 株式会社杰士汤浅国际 电池
US9634351B2 (en) * 2014-03-14 2017-04-25 Apple Inc. Mechanical structures for maintaining structural integrity in cylindrical pouch cell batteries

Also Published As

Publication number Publication date
JP7372006B2 (ja) 2023-10-31
WO2021118020A1 (ko) 2021-06-17
JP2022551854A (ja) 2022-12-14
KR20210074743A (ko) 2021-06-22
US20220393249A1 (en) 2022-12-08
EP4027422A1 (en) 2022-07-13
EP4027422A4 (en) 2023-03-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5779828B2 (ja) 段差を有する電極組立体、それを含む電池セル、電池パック及びデバイス
JP7206562B2 (ja) 二次電池
JP7372006B2 (ja) 二次電池およびそれを含むデバイス
US9413029B2 (en) Secondary battery
US20130122355A1 (en) Rechargeable battery
US20130115494A1 (en) Rechargeable battery
US20050118499A1 (en) Secondary battery
KR102188429B1 (ko) 전극 활물질 미코팅부를 포함하는 젤리-롤형 전극조립체
JP2007123009A (ja) 巻回型電池
EP3780237A1 (en) Unit cell and manufacturing method therefor
US9553302B2 (en) Electrode assemblage and rechargeable battery using the same
JP5838073B2 (ja) 円筒捲回型電池
US11322799B2 (en) Electrode including single-sided electrode with inorganic coating layer attached to slurry on collector and electrode assembly including the same
JP2020061216A (ja) 蓄電装置
JP7463652B2 (ja) 圧電素子および熱電素子を含む円筒形二次電池
JP7136943B2 (ja) 固体電池
EP4164028A1 (en) Electrode assembly and secondary battery comprising same
KR20240028850A (ko) 전극 조립체 및 이를 포함하는 이차 전지
KR20230074007A (ko) 이차 전지, 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차
KR20220034533A (ko) 이차 전지 및 이를 포함하는 디바이스

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination