CN114830429A - 由异种金属制成的电极引线及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及由异种金属制成的电极引线及其制造方法，并且更具体地涉及这样的电极引线及其制造方法，所述电极引线包括：第一金属板；以及第二金属板，其中，在第二金属板中，构成所述第一金属板的第一金属和熔化温度低于所述第一金属的熔化温度的第二金属在分散状态下混合。

Description

由异种金属制成的电极引线及其制造方法
技术领域
本申请要求享有2020年4月7日提交的韩国专利申请2020-0042213的优先权，该申请的公开内容通过引用全部纳入本文中。
本发明涉及一种由异种金属制成的电极引线及该电极引线的制造方法，更具体而言，涉及能够安全地切断电流，同时具有高的抗外部冲击能力，并且能够在电池模块中易于调整电流切断温度的电极引线，并且本发明涉及该电极引线的制造方法。
背景技术
随着诸如手机、笔记本电脑、摄像机、数码相机之类的移动装置的技术开发以及对移动装置需求的增加，一直在积极进行对能够充放电的二次电池的研究。此外，作为替代造成空气污染的化石燃料的能源，二次电池已被应用于电动车辆(EV)、混合动力电动车辆(HEV)和插电式混合动力电动车辆(P-HEV)，因此开发二次电池的必要性越来越大。
目前商业化的二次电池有镍镉电池、镍氢电池、镍锌电池和锂二次电池。其中，锂二次电池备受关注，因为锂二次电池几乎没有记忆效应，与镍基二次电池相比，锂二次电池能够自由充放电，自放电率非常低，而且能量密度高。
这种二次电池可以分类为：圆柱形电池，其电极组件装设在圆柱形金属罐中；棱柱形电池，其电极组件装设在棱柱形金属罐中；以及袋形电池，其电极组件装设在由铝层压片制成的袋形壳体中。
用于小型装置的二次电池包括若干电池单元。然而，对于车辆而言，使用包括相互电连接的多个电池单元的电池模块。即，如图2(该图是包括多个相互连接的袋形电池的传统电池模块的立体图)中所示，多个电池单元10经由电极引线11或单独的汇流条(未示出)相互并联和/或串联连接。
同时，在由于暴露于高温、过充电、外部短路、针刺或局部损坏而在短时间内二次电池中流过大电流的情况下，电池中可能会产生热，从而可能使电池爆炸。由于这个原因，一般会装设配置成防止上述事件发生的熔丝，从而电池的部分开销和体积会增大。
与此相关，专利文献(韩国专利申请公报2015-0062694)公开了一种用于二次电池的部件，该部件安装在二次电池中流动的电流的路径上，其中该部件包括具有在横向方向上形成有狭缝的金属板以及熔点比金属板的熔点低的金属桥，该金属桥在填充狭缝的状态下与金属板结合。
上述专利文献的优点在于，在二次电池中流动过电流的情况下，安装在二次电池中流动的电流的路径上的部件迅速断裂，从而中断了过电流，因此确保二次电池的使用安全，但存在的问题在于，不容易将金属板和金属桥相互结合，由于金属板和金属桥是异种金属，并因此金属桥必须结合到金属板以包裹金属板的上表面和下表面与狭缝相邻的区域，因此该部件结构不稳定，抗外部冲击能力低，而且不容易制造。
(现有技术文献)
(专利文献1)韩国专利申请公报2015-0062694
发明内容
技术问题
本发明是鉴于上述问题而作出的，本发明的目的是提供一种即使在电池模块的温度异常升高的情况下也能安全地切断电流的流动的电极引线以及该电极引线的制造方法。
本发明的另一个目的是提供一种具有高抗外部冲击能力且易于制造的电极引线以及该电极引线的制造方法。
技术方案
为了实现以上目的，根据本发明的一种电池单元的电极引线包括：第一金属板；以及第二金属板，其中，构成所述第一金属板的第一金属和熔化温度低于所述第一金属的熔化温度的第二金属在所述第二金属分散的状态下混合在所述第二金属板中。
此外，在根据本发明的电极引线中，各第二金属的上表面和下表面均可以暴露在所述第二金属板外，并且各第二金属的侧表面均可以与所述第一金属紧密接触地存在。
此外，在根据本发明的电极引线中，所述第二金属可以具有不同的外表面积。
此外，在根据本发明的电极引线中，当加热到预定温度或更高温度时，所述第二金属可以熔化，由此所述第二金属板的截面面积可以减少。
此外，在根据本发明的电极引线中，当加热到所述预定温度或更高温度时，所述第二金属板中可以形成断裂部分。
此外，在根据本发明的电极引线中，所述第一金属可以是铜或铝，并且所述第二金属中的每一种均可以是具有比所述第一金属低的熔化温度的金属。
此外，在根据本发明的电极引线中，各第二金属均可以包括铟(In)、锡(Sn)及其合金中的至少一种。
此外，在根据本发明的电极引线中，所述第一金属板可以设置为两个，所述第二金属板可以设置为一个，并且所述第二金属板可以位于所述第一金属板之间。
此外，在根据本发明的电极引线中，所述第一金属板和所述第二金属板可以在纵向方向上交替定位，并且所述第一金属板可以位于所述纵向方向上的相对边缘处。
此外，根据本发明的一种制造电极引线的方法包括：第一步骤，在连续供应第一金属粉末的同时，对所述第一金属粉末施加预定的温度和压力以形成第一金属板；第二步骤，在连续供应第一金属粉末和第二金属粉末的金属粉末混合物预定时间的同时施加预定的温度和压力，以形成第二金属板；以及第三步骤，在连续供应所述第一金属粉末的同时，对所述第一金属粉末施加预定的温度和压力以形成第一金属板。
此外，在根据本发明的电极引线制造方法中，所述第一金属粉末可以是铜或铝，并且所述第二金属粉末可以是具有比所述第一金属低的熔化温度的金属。
此外，在根据本发明的电极引线制造方法中，所述第二金属粉末的粒径可以大于所述第一金属粉末的粒径。
此外，根据本发明的电极引线制造方法可以进一步包括：第四步骤，在连续供应所述第一金属粉末和所述第二金属粉末的所述金属粉末混合物预定时间的同时施加预定的温度和压力，以形成第二金属板；以及第五步骤，在连续供应所述第一金属粉末的同时，对所述第一金属粉末施加预定的温度和压力以形成第一金属板。
此外，本发明提供一种电池模块，所述电池模块包括相互连接的多个电池单元，其中每个所述电池单元均包括所述的电极引线。
有利效果
在根据本发明的电极引线和该电极引线的制造方法中，由第一金属和熔化温度低于第一金属的熔化温度的第二金属的混合物制成的第二金属板位于第一金属板之间，每个第一金属板均由第一金属制成，因此第一金属板和第二金属板彼此强力联接，从而电极引线具有相对较高的抗外部冲击能力。
另外，在根据本发明的电极引线及该电极引线的制造方法中，当电池模块中的温度上升到第二金属的熔化温度时，第二金属板的预定区域断裂，由此电流的流动被中断。因此，通过改变第二金属的种类，能够容易地调整电流的切断温度。
此外，在根据本发明的电极引线及该电极引线的制造方法中，电极引线也作为熔丝，因此没有必要在电池模块中装设单独的熔丝，从而能够在提高能量密度的同时降低制造成本。
附图说明
图1是包括相互连接的多个电池单元的传统电池模块的立体图。
图2是电池模块的概念图，电池模块配置成多个电池单元在竖直方向上相互并排连接，每个电池单元均包括根据本发明的第一优选实施方式的电极引线。
图3是电池模块的概念图，电池模块配置成使得多个电池单元在水平方向上相互连接，每个电池单元均包括根据本发明的第一优选实施方式的电极引线。
图4是根据本发明的第一优选实施方式的电极引线的概念图。
图5是示出根据本发明的第一优选实施方式的电极引线断裂的概念图。
图6是电池模块的概念图，电池模块配置成多个电池单元在竖直方向上相互并排连接，每个电池单元均包括根据本发明的第二优选实施方式的电极引线。
图7是根据本发明的第二优选实施方式的电极引线的概念图。
图8是示出根据制造本发明的第二优选实施方式的电极引线的方法的流程图。
图9是制造根据本发明的电极引线的设备的示意图。
具体实施方式
在本申请中，应当理解，术语“包含”、“具有”、“包括”等指明存在所述特征、数字、步骤、操作、元件、部件或其组合，但不排除存在或增加一个或多个其他特征、数字、步骤、操作、元件、部件或其组合。
此外，整个附图中将使用相同的附图标记来指代执行类似功能或操作的部件。在说明书中说一个部件与另一个部件连接的情况下，不仅所述一个部件可以与所述另一个部件直接连接，而且，所述一个部件可以经由另一个部件与所述另一个部件间接连接。此外，包括某个元件并不是指排除其他元件，而是指可以进一步包括这些元件，除非另有提及。
下文中将描述根据本发明由异种金属制成的电极引线以及制造该电极引线的方法。
图2是电池模块的概念图，电池模块配置成使得多个电池单元在竖直方向上相互并排连接，每个电池单元均包括根据本发明的第一优选实施方式的电极引线。
参照图2，多个电池单元(例如多个袋形电池单元)沿竖直方向布置，并且根据本发明的第一优选实施方式的电极引线相互连接。具体而言，从接纳在壳体100中的电极组件(未示出)延伸的电极引线200以预定角度弯曲，然后相互连接，据此相邻的电池单元相互串联或并联连接。
这里，每个电极引线200均包括第一金属板210和第二金属板220，该第二金属板配置成当其温度上升到预定温度时断裂。第一金属板210的一部分(即远端)处使用传统的接合方法形成接合部分250。下文将详细描述电极引线200的构造。
同时，电池单元(特别是袋形电池单元)包括电极组件(未示出)和壳体100。电极组件可以是：卷芯型电极组件，其配置成具有其中长片型正极和长片型负极在其间插设有隔膜的状态下卷绕的结构；堆叠型电极组件，其包括单元电池，每个单元电池均配置成具有其中矩形正极和矩形负极在其间插设有隔膜的状态下堆叠的结构；堆叠并折叠型电极组件，其配置成具有其中单元电池使用长隔膜卷绕的结构；或者层压并堆叠型电极组件，其配置成具有其中单元电池在其间插设有隔膜的状态下堆叠，然后相互附接的结构。然而，本发明并不限于此。
电极组件装设在壳体中。壳体一般配置成具有层压片结构，该结构包括内层、金属层和外层。内层布置成与电极组件直接接触，因此内层必须表现出高绝缘性能和对电解溶液的高耐受性。此外，内层必须表现出高密封性，以便气密地密封壳体。内层可以由选自聚烯烃类树脂(如聚丙烯、聚乙烯、聚乙烯丙烯酸酯或聚丁烯)、聚氨酯树脂和聚酰亚胺树脂的材料制成。
布置成与内层邻接的金属层相当于屏障层，配置成防止水分或各种气体从外部渗透到电池中。轻且容易成型的铝箔可以用作金属层的优选材料。
外层设置在金属层的另一个表面上。外层可以由耐热聚合物制成，该聚合物表现出优异的抗拉强度、抗水分渗透和抗空气传播，从而使外层在保护电极组件的同时表现出高耐热性和耐化学性。作为一个实施例，外层可以由尼龙或聚对苯二甲酸乙二醇酯制成。然而，本发明并不限于此。
同时，包括正极引线和负极引线的电极引线100可以配置成具有这样一种结构，其中在电极组件的正极接头和负极接头分别与电极引线电连接的状态下，电极引线从壳体向外暴露。以上描述的电池单元与通常已知的构造相对应，因此将省略其更详细的描述。
图3是电池模块的概念图，该电池模块配置成使得多个电池单元在水平方向上相互连接，每个电池单元均包括根据本发明的第一优选实施方式的电极引线。
在图3中，与图2不同，两个电池单元在水平方向上并排布置。图3的构造与图2的构造相似，只是相邻电池单元是串联或并联布置的。
图4是根据本发明的第一优选实施方式的电极引线的概念图，图5是示出根据本发明第一优选实施方式的电极引线的断裂的概念图。
将电池模块的端子相互电连接的电极引线200配置成具有预定厚度(Y轴方向)、预定宽度(X轴方向)和预定长度(Z轴方向)的扁平形状，并且包括对应于非切割区域的第一金属板210和对应于切割区域的第二金属板220。
除了构成第一金属板210的金属之外，第二金属板220进一步包括第一金属，该第一金属的熔化温度不同于构成第一金属板的金属的熔化温度。即，第二金属板220中以分散状态存在具有相同外表面积或不同外表面积的第二金属221。
这里，第二金属221分散在第二金属板220中是指具有预定尺寸和表面积的第二金属221规律或无规律地在第二金属板210的厚度方向(Y轴方向)上完全插入或浸透。即，第二金属220从第二金属板220的上表面和下表面向外暴露，而各第二金属的侧表面均与构成第一金属板210的金属完全紧密接触。
当然，第二金属221的从第二金属板220的上表面和下表面暴露的部分是以扁平状态存在的，但是第二金属可以维持其制造时的原始形状，例如球状或针状。
对于正极引线，第一金属板210优选由铝(Al)材料制成。这是因为能够改善焊接性，并使联接部分的接触电阻最小化。另一方面，对于负极引线，第一金属板210由铜(Cu)或涂有镍(Ni)的铜材料制成。
第二金属板220没有特别限制，只要第二金属板是由具有比构成第一金属板210的铝(Al)或铜(Cu)低的熔化温度的金属制成即可。作为一个实施例，第二金属板可以由铟(In)、锡(Sn)或其合金制成。这是因为在电池模块由于短路或过充电而过热的情况下，有必要迅速断裂电极引线200，以释放电池模块中的电连接。可以根据所需的电流切断温度而自由改变第二金属。
即，如图5中所示，当电池模块正常操作时，电流经由扁平的电极引线200流动(图5的(a))。然而，当电池模块因电池模块中的短路而过热到第二金属221的熔化温度或更高温度时，第二金属221(各第二金属均具有相对较低的熔化温度)首先熔化，由此在第二金属221存在的部分中形成孔230(见图5的(b))。因此，在预定区域(即第二金属221彼此相邻的区域)中形成断裂部分240，据此电极引线200断裂(见图5的(c))。
在此，将简要描述基于存在第二金属221的孔230发生断裂的技术原理。当第二金属221熔化因而形成孔230时，在孔230附近，可供电流移动的表面积减少，因此电阻增加。因此，基于形成孔230的区域突然产生热，从而使第一金属211的温度上升到其熔化温度。结果，将孔230相互连接的第一金属也熔化，由此，在第二金属板220中形成断裂部分240，从而第二金属板被切割。
同时，优选的是，第二金属221的存在方式为：在电极引线的横向方向(X轴方向)、纵向方向(Z轴方向)和厚度方向(Y轴方向)上的区域内，第二金属221的表面积等于电极引线200的表面积的20％至90％。在第二金属的表面积小于电极引线表面积的20％的情况下，电极引线断裂所用的时间太长。另一方面，在第二金属的表面积大于电极引线表面积的90％的情况下，汇流条200可能会因暂时过热而断裂。因此，以上范围是可取的。
这里，第二金属221可以在电极引线200的纵向方向(Z轴方向)上位于5至10毫米的范围内。
图6是电池模块的概念图，电池模块配置成多个电池单元在竖直方向上相互并排连接，每个电池单元均包括根据本发明的第二优选实施方式的电极引线，并且图7是根据本发明的第二优选实施方式的电极引线的概念图。
根据本发明的第二优选实施方式的电极引线与根据第一实施方式的电极引线在构造方面是相同的，只是两个第二金属板220彼此间隔开预定的距离。因此，下文中，将只描述不同的构造。
在两个第二金属板220(其中每个第二金属板均包括第二金属221)设置成彼此间隔开预定距离的情况下，能够进一步提高安全系数。即，在设置有一个第二金属板220的情况下，电极引线断裂所用的时间相对较长，或者可能难以断路。然而，在电极引线200处存在两个第二金属板220的情况下，能够更安全地诱发电极引线的断裂。尽管图6和图7中示出了两个第二金属板220，这仅仅是图示，但显然，可以设置三个或更多个第二金属板。
接下来，将描述制造上述根据本发明的第二实施方式的电极引线的方法和设备。
图8是示出根据本发明的第二优选实施方式的电极引线制造方法的流程图，并且图9是制造根据本发明的电极引线的设备的示意图。
制造根据本发明的第二实施方式的电极引线的方法可以包括：第一步骤，在连续供应第一金属粉末212的同时，对第一金属粉末212施加预定的温度和压力以形成第一金属板；第二步骤，在连续供应第一金属粉末212和第二金属粉末222的金属粉末混合物预定时间的同时，对所述金属粉末混合物施加预定的温度和压力，以形成第二金属板；第三步骤，在连续供应第一金属粉末212的同时，对第一金属粉末212施加预定的温度和压力以形成第一金属板；第四步骤，在连续供应第一金属粉末212和第二金属粉末222的金属粉末混合物预定时间的同时，对所述金属粉末混合物施加预定的温度和压力，以形成第二金属板；以及第五步骤，在连续供应第一金属粉末212的同时，对第一金属粉末施加预定的温度和压力以形成第一金属板。
根据本发明的电极引线制造设备可以包括传送带300、托盘400、金属颗粒供应槽500、辊600和加热装置(未示出)。
具体而言，在第一步骤中，在将第一供应槽510中的第一金属粉末212连续供应到位于传送带300上的托盘400，同时在利用辊600压制第一金属粉末时将第一金属粉末加热到预定温度，以形成对应于扁平的非切割区域的第一金属板210。
在第二步骤中，将来自第一供应槽510的第一金属粉末512的供应暂时中断，并且在将第二供应槽520中的第一金属粉末212和第二金属粉末222的金属粉末混合物连续供应到托盘400的同时加热并使用辊600进行压制所述金属粉末混合物，以形成对应于扁平切割区域的第二金属板220。
这里，第二金属粉末222的粒径可以根据汇流条200的目标断裂电流量而改变。作为一个实施例，第一金属粉末212和第二金属粉末222中的每一者的粒径均可以从几纳米到几毫米不等。优选的是，第二金属粉末222的粒径大于第一金属粉末212的粒径。第二金属粉末222的粒径可以是第一金属粉末212的粒径的2至10倍。即，为了将第一金属粉末212和第二金属粉末222的烧结温度调整成彼此相近，减小具有相对较高熔点的第一金属粉末212的粒径。在第一金属粉末212和第二金属粉末222的烧结温度彼此相近的情况下，它们之间的粒径比不限于上述定义的粒径比。
此外，第一步骤和第二步骤中的加热温度没有特别限制。根据第一金属粉末和第二金属粉末的粒径，任何能够烧结第一金属粉末211和第二金属粉末221的温度都是允许的。
在第三步骤中，将来自第二供应槽520的金属粉末混合物的供应暂时中断，并且在将第一供应槽510中的第一金属粉末211加热并连续供应到托盘400的同时压制并加热第一金属粉末，以形成对应于非切割区域的第一金属板210。
在进行第一至第三步骤之后，在电极引线的中间设置第二金属板220，该第二金属板由第一金属粉末211和第二金属粉末221的混合物制成，并且对应于切割区域，并且在第二金属板220的相对两侧设置第一金属板210，每个第一金属板均仅由第一金属粉末211制成，并且每个第一金属板均对应于非切割区域。
第四步骤和第五步骤是第二步骤和第三步骤的重复，并且通过第四步骤和第五步骤形成另一第二金属板220。
尽管已经详细描述了本发明的具体细节，但本领域的技术人员将理解，其详细描述仅公开了本发明的优选实施方式，因此并不限制本发明的范围。因此，本领域的技术人员将理解，在不偏离本发明的类别和技术思想的情况下，各种变化和变型是可能的，而且显然，这种变化和变型属于所附权利要求的范围。
附图标记说明
100：壳体
200：电极引线
210：第一金属板
211：第一金属 212：第一金属粉末
220：第二金属板
221：第二金属 222：第二金属粉末
230：孔
240：断裂部分
250：接合部分
300：传送带
400：托盘
500：金属颗粒供应槽
510：第一供应槽
520：第二供应槽
600：辊

Claims (14)

1.一种电池单元的电极引线，该电极引线包括：
第一金属板；以及
第二金属板，其中，
构成所述第一金属板的第一金属和熔化温度低于所述第一金属的熔化温度的第二金属在所述第二金属分散的状态下混合在所述第二金属板中。
2.根据权利要求1所述的电极引线，其中，各第二金属的上表面和下表面均暴露在所述第二金属板外，并且各第二金属的侧表面均与所述第一金属紧密接触地存在。
3.根据权利要求2所述的电极引线，其中，所述第二金属具有不同的外表面积。
4.根据权利要求3所述的电极引线，其中，当加热到预定温度或更高温度时，所述第二金属熔化，由此所述第二金属板的截面面积减少。
5.根据权利要求4所述的电极引线，其中，当加热到所述预定温度或更高温度时，所述第二金属板中形成断裂部分。
6.根据权利要求1所述的电极引线，其中，
所述第一金属是铜或铝，并且
各第二金属是具有比所述第一金属低的熔化温度的金属。
7.根据权利要求6所述的电极引线，其中，各第二金属包括铟(In)、锡(Sn)及其合金中的至少一种。
8.根据权利要求1所述的电极引线，其中，
所述第一金属板设置为两个，
所述第二金属板设置为一个，并且
所述第二金属板位于所述第一金属板之间。
9.根据权利要求8所述的电极引线，其中，
所述第一金属板和所述第二金属板在纵向方向上交替定位，并且
所述第一金属板位于所述纵向方向上的相对边缘处。
10.一种制造根据权利要求1所述的电极引线的方法，该方法包括以下步骤：
第一步骤，在连续供应第一金属粉末的同时，对所述第一金属粉末施加预定的温度和压力以形成第一金属板；
第二步骤，在连续供应第一金属粉末和第二金属粉末的金属粉末混合物预定时间的同时施加预定的温度和压力，以形成第二金属板；以及
第三步骤，在连续供应所述第一金属粉末的同时，对所述第一金属粉末施加预定的温度和压力以形成第一金属板。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，
所述第一金属粉末是铜或铝，并且
所述第二金属粉末是具有比所述第一金属低的熔化温度的金属。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述第二金属粉末的粒径大于所述第一金属粉末的粒径。
13.根据权利要求10所述的方法，该方法进一步包括以下步骤：
第四步骤，在连续供应所述第一金属粉末和所述第二金属粉末的所述金属粉末混合物预定时间的同时施加预定的温度和压力，以形成第二金属板；以及
第五步骤，在连续供应所述第一金属粉末的同时，对所述第一金属粉末施加预定的温度和压力以形成第一金属板。
14.一种电池模块，所述电池模块包括相互连接的多个电池单元，其中，每个所述电池单元均包括根据权利要求1至9中的任一项所述的电极引线。
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