CN114830430A - 包括借助粘附部分和点焊联接的电极引线联接部分的电极组件和包括其的袋型电池单元 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电极组件，其中多个电极在其间插设有隔膜的状态下堆叠；从所述电极突出的电极接头在形成电极接头束的状态下与电极引线联接；所述电极引线包括与所述电极接头联接的第一电极引线和与所述第一电极引线联接的第二电极引线；并且所述第一电极引线和所述第二电极引线所联接的电极引线联接部分包括粘附部分和点焊部分。

Description

包括借助粘附部分和点焊联接的电极引线联接部分的电极组 件和包括其的袋型电池单元
技术领域
本申请要求2020年2月10日提交的韩国专利申请2020-0015596的优先权的权益，该申请的公开内容通过引用全部纳入本文中。
本发明涉及一种电极组件，该电极组件包括借助粘附部分和点焊联接的电极接头-引线联接部分，并且涉及一种包括该电极组件的袋状电池单元，更具体地涉及这样一种电极组件以及包括该电极组件的袋状电池单元，该电极组件配置成即使在充放电时流动的电流由于袋状电池单元中的压力增加而中断的情况下，也允许使用轻微流动的电流进行电压测量，据此能够测量袋状电池单元的电压。
背景技术
一种锂二次电池是通过正极、隔膜和负极堆叠而形成。正极、隔膜和负极的材料的选择要考虑到电池的寿命、充放电能力和安全性。在该锂二次电池中，反复进行锂离子从正极的金属锂氧化物向负极的石墨电极的嵌入以及锂离子从负极的石墨电极向正极的金属锂氧化物的脱嵌，从而对锂二次电池进行充电和放电。
锂二次电池存在安全方面的弱点，如外部冲击造成的内部短路、过充过放造成的发热以及发热造成的电解质分解和热散逸。具体而言，在锂二次电池中，在其充电和放电过程中，电解溶液和电极活性材料之间发生电化学反应，从而产生气体。该气体增加了锂二次电池中的压力，从而导致了问题，如部件之间的联接力下降、对电池壳体的损坏、保护电路提前运行、电极变形、内部短路和爆炸。
为了防止这些问题，已经提出了在锂二次电池中设置电流中断装置(CID)以及在过充情况下电池中的压力增加时操作CID以中断电流供应的技术。
与此相关，专利文献1公开了一种袋状二次电池，该袋状二次电池包括：第一电极引线，其一端连接到电极组件，并且另一端延伸到袋状壳体的结合处；第二电极引线，其可拆卸地连接到第一电极引线，该第二电极引线延伸出袋状壳体以便露出；连接层，其配置成将第一电极引线和第二电极引线相互联接；以及密封层，其配置成将电极引线和袋状壳体相互联接，其中连接层比密封层更弱地联接，并且密封层的一个端部中形成有缺口。袋状二次电池配置成具有这样一种结构，其中当袋状二次电池鼓胀时，密封层中形成的缺口破裂，由此电极引线之间的电连接被完全中断。
专利文献2公开了一种二次电池，其中接头连接部分和引线中的每一者均固定到袋密封部分的上表面和下表面中的一者，当密封部分的上表面和下表面由于袋中的压力增加而彼此分离时，接头连接部分与引线之间的焊接破裂，接头连接部分与引线之间的焊接区域形成为在其一侧和另一侧具有不同的剥离强度，并且破裂从剥离强度相对较低的一侧开始发生。二次电池配置成具有这样一种结构，其中当袋中的压力增加时，接头连接部分与引线之间的焊接部分破裂，从而使它们之间的电连接中断。
专利文献3公开了一种袋状二次电池，该袋状二次电池包括：第一电极引线，其一端与电极接头连接；第二电极引线，其一端与第一电极引线的另一端连接，并且另一端突出于电池壳外；以及连接部分，其配置成通过粘附连接第一电极引线和第二电极引线，其中第一电极引线和第二电极引线中的至少一者设置有至少一个缺口，该缺口形成于电极引线借助连接部分彼此粘附的粘附表面中。当壳体中产生气体时，压力因而增加，多个电极引线逐步分离，据此在它们之间的电气连接完全中断之前，用户能够识别更换时机。
在专利文献3中，测量电极引线在每一个分离步骤中的电阻，据此能够告知用户电池的更换时机。
如上所述，现有技术文献公开了由于电极引线被切断而完全中断电极引线之间的电连接的方法，但没有公开即使在其间的电连接被中断后仍能检查电池单元状态的技术。
(现有技术文献)
(专利文献1)韩国专利申请公开2018-0119106(2018.11.01)
(专利文献2)韩国专利申请公开2019-0083413(2019.07.12)
(专利文献3)韩国专利申请公开2019-0027615(2019.03.15)
发明内容
技术问题
本发明是鉴于以上问题而做出的，并且本发明的一个目的是提供一种包括CID结构的电极组件以及包括该电极组件的袋状电池单元，该CID结构配置成不完全中断电流的流动，其中该电极组件包括电极引线联接部分，该电极引线联接部分由粘附部分和点焊联接，从而即使在CID操作的状态下也能检查电池单元的状态。
技术方案
为了实现以上目的，根据本发明的电极组件配置成使得：多个电极在其间插设有隔膜的状态下堆叠；从所述电极突出的电极接头在形成电极接头束的状态下与电极引线联接；所述电极引线包括与所述电极接头联接的第一电极引线和与所述第一电极引线联接的第二电极引线；并且配置成允许所述第一电极引线和所述第二电极引线相互联接的电极引线联接部分包括粘附部分和点焊部分。
所述点焊部分可以形成在所述粘附部分中。
所述点焊部分可以形成为不与所述粘附部分重叠。
绝缘膜可以附着到所述电极引线联接部分的上表面和下表面。
所述粘附部分可以由与导电材料混合的粘合剂材料制成。
所述导电材料可以包括选自银、铜、镍和碳构成的组中的至少一者。
所述粘合剂材料可以包括环氧基或酰胺基聚合物。
借助所述粘附部分相互联接的部分的粘附力可以低于通过点焊相互联接的部分的联接力。
所述电极可以是正极和负极中的至少一者。
此外，本发明提供一种包括所述电极组件的袋状电池单元，其中当电池壳体由于所述袋状电池单元中的压力增加而鼓胀时，所述第一电极引线和所述第二电极引线在所述电极引线联接部分的所述粘附部分处彼此分离，并且所述第一电极引线和所述第二电极引线之间的联接在所述点焊部分处被维持。
当所述电池壳体鼓胀时，所述袋状电池单元的密封状态可以由所述绝缘膜维持。
当所述电池壳体鼓胀时，能够经由通过点焊维持其间的联接的部分来测量电压。
有益效果
从以上描述可以看出，在根据本发明的电极组件中，即使在电极引线联接部分的电连接部分中断的情况下，也可以维持联接力高的点焊部分的联接状态。
由于微电流流经联接状态得以维持的点焊部分，因此能够测量电池单元的电压。
如上所述，通过测量电池单元的电压，能够持续监测电池单元的状态。因此，能够确定电池单元是处于由于过度充电的高电压状态，还是处于可以移动电池单元以弃置电池单元的低电压状态，据此能够安全地弃置电池单元并缩短稳定所需的时间。
附图说明
图1是根据第一实施方式的电极引线联接部分的分解立体图。
图2是图1的电极引线联接部分的平面图，其中省略了绝缘膜。
图3是根据第二实施方式的电极引线联接部分的平面图。
图4是根据第三实施方式的电极引线联接部分的平面图。
图5是示出图4的电极引线联接部分的变形状态的立体图。
图6是根据本发明的袋状电池单元的竖直剖面图。
具体实施方式
现在，将参照附图详细描述本发明的优选实施方式，以便本发明所属领域的普通技术人员可以容易实施本发明的优选实施方式。然而，在详细描述本发明的优选实施方式的操作原理时，当对纳入本文中的已知功能和配置的详细描述可能会模糊本发明的主题时，将省略该详细描述。
此外，在整个附图中，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，不仅该部件可以直接与所述另一个部件连接，而且该部件还可以经由再一个部件间接与所述另一个部件连接。此外，包括某个要素并不是指排除其它要素，而是指可以进一步包括这些要素，除非另有提及。
除非特别限制，通过限制或增加来体现要素的描述可以适用于所有的发明，并且不限制特定的发明。
下文中，将参照附图详细描述本发明的实施方式。
在根据本发明的电极组件中，多个电极在其间插设有隔膜的状态下堆叠，并且从电极突出的电极接头在形成电极接头束的状态下与电极引线联接。
电极可以是正极、负极或者正极和负极。一般来说，正极、隔膜和负极可以依次堆叠。
具体而言，电极组件可以分类为：卷芯型(卷绕型)电极组件，其配置成具有这样的结构，其中长片型正极和长片型负极在正极和负极之间布置有隔膜的状态下卷绕；堆叠型电极组件，其配置成具有这样的结构，其中多个正极(每一者均被切割成预定的尺寸)和多个负极(每一者被切割成预定的尺寸)在正极和负极之间分别布置有隔膜的状态下依次堆叠；堆叠/折叠型电极组件，其配置成具有这样的结构，其中使用隔膜片卷绕双电池或全电池(在双电池或全电池中的每一者中预定数量的正极和预定数量的负极在正极和负极之间分别布置有隔膜的状态下堆叠)；或者层压/堆叠电极组件，其配置成具有这样的结构，其中双电池或全电池在双电池或全电池之间插设有隔膜的状态下堆叠并层压。
堆叠型电极组件、堆叠/折叠型电极组件和层压/堆叠电极组件中的每一者均包括：多个正极，每个正极均被切割成预定的尺寸；以及多个负极，每个负极均被切割成预定的尺寸，并且包括正极和负极的电极组件的电极包括在一个方向上突出的电极接头。电极接头在垂直于地面的方向上堆叠，以形成电极接头束，并且电极接头束可以从电池壳体向外延伸，并且可以联接至作为电极端子的电极引线，以便与之电连接。
与此相关，图1是根据第一实施方式的电极引线联接部分的分解立体图，图2是图1的电极引线联接部分的平面图，其中省略了绝缘膜。
参照图1和图2，根据本发明的电极组件包括两单元式电极引线。多个电极接头沿垂直于地面的方向堆叠，以构建电极接头束110，电极接头束110的最上层电极接头在朝向电极组件的方向上与第一电极引线111的端部联接，并且第二电极引线112与第一电极引线111的相反方向上的端部联接。
电极引线联接部分120处形成有粘附部分121和点焊部分122，第一电极引线111和第二电极引线112在电极引线联接部分120处相互联接。粘附部分121可以由与导电材料混合的粘合剂材料制成，以实现第一电极引线111与第二电极引线112之间的电连接。
导电材料可以包括选自银、铜、镍和碳构成的组中的至少一者。具体而言，导电材料可以由银颗粒/线、铜/镍核-壳颗粒、铜颗粒/线或碳纳米管(CNT)组成。
此外，选自以下材料中的一者或两者以上的混合物可以用作导电材料：石墨，如天然石墨或人造石墨；碳黑，如乙炔黑、克氏黑、通道黑、炉黑、灯黑或热黑；导电纤维，如碳纤维或金属纤维；金属粉，如氟化碳粉、铝粉、镍粉、金粉、银粉或铜粉；导电晶须，如氧化锌或钛酸钾；导电金属氧化物，如氧化钛；以及导电材料，如聚苯衍生物。
粘合剂材料可以包括丙烯酸树脂、环氧树脂、乙烯-丙烯二烯单体(EPDM)树脂、氯化聚乙烯(CPE)树脂、硅酮、聚氨酯、尿素树脂、三聚氰胺树脂、苯酚树脂、不饱和酯树脂、聚丙烯、聚乙烯、聚酰亚胺和聚酰胺中的至少一种，它们是热固性聚合物树脂。例如，粘合剂材料可以包括环氧树脂或酰胺基聚合物。
一般来说，由粘合剂材料引起的联接力低于由点焊引起的联接力。因此，在本发明中，粘附部分的联接力比点焊部分的联接力低。
电极接头束与第一电极引线在其间联接时的上下方向上的位置以及第一电极引线与第二电极引线在其间联接时的上下方向上的位置不限于图1中所示的位置。
即，电极接头可以分为两组，每组均可以附着到第一电极引线的上表面和下表面中的相应一者，并且第二电极引线可以附着到第一电极引线的上表面。
此外，第一电极引线111和第二电极引线112可以在Y轴方向上具有不同的宽度。另选地，第一电极引线111和第二电极引线112可以具有相同的宽度。
粘附部分121可以形成在第一电极引线111与第二电极引线112相互重叠的部分处，并且可以附着双面胶带或施加粘合剂材料。
点焊是一种电阻焊，其中当在两个金属相互重叠的同时固定在电极之间的状态下供应电流时，与电极接触的金属被局部加热，同时，当对电极施加压力时，两个金属彼此结合。
点焊维护成本低，并且可以快速简单地进行。第一电极引线和第二电极引线中的每一者均具有小的厚度。因此，在本发明中，可以适当地使用点焊，以便将第一电极引线和第二电极引线相互联接。
在具体实施例中，点焊部分122可以形成在粘附部分121中。考虑到即使在第一电极引线111和第二电极引线112之间借助粘附部分121的联接被释放的情况下，也必须维持第一电极引线111和第二电极引线112之间借助点焊部分122的联接，优选的是点焊部分122在被偏压到粘附部分121的一侧的状态下形成在粘附部分121中。例如，点焊部分122可以形成在粘附部分121的外周边缘处。
返回去参照图1，电极引线联接部分120的上表面和下表面添加有绝缘膜130。当在添加有绝缘膜130的第一电极引线111和第二电极引线112布置在电池壳体的密封部分上的状态下进行热熔融密封时，能够确保电池壳体与第一电极引线和第二电极引线之间的绝缘。
此外，即使在第一电极引线和第二电极引线由于电池壳体中的压力增加而在电极引线联接部分处相互分离的情况下，由于绝缘膜也能够主要确保电池壳体的密封性。然而，在第一电极引线与第二电极引线相互分离后，电池壳体中的压力持续增加的情况下，由于绝缘膜引起的密封可能会被释放，并可能发生排气。
图3是根据第二实施方式的电极引线联接部分的平面图。
参照图3，电极接头束110、第一电极引线111和第二电极引线112可以由与图2中所示部件相同的材料制成，并且可以具有与图2中所示部件相同的尺寸。在第一电极引线111与第二电极引线112相互重叠的部分处形成有点焊部分122以及施加有粘合剂材料的粘附部分121方面，第二实施方式与图2的实施方式相同。
然而，第二实施方式与图2的实施方式的不同之处在于，在图3的电极引线联接部分120中，粘附部分121和点焊部分122形成为不相互重叠。
在这种情况下，第一电极引线111与第二电极引线112在粘附部分121处彼此完全分离，并且它们之间的联接仅在点焊部分122处得以维持。因此，能够在比图2中所示的电极引线联接部分更窄的部分确保第一电极引线与第二电极引线之间的联接。
图4是根据第三实施方式的电极引线联接部分的平面图，并且图5是示出图4的电极引线联接部分的变形状态的立体图。
参照图4和图5，第一电极引线211附着到电极接头束210的端部，并且第二电极引线212附着到第一电极引线211的一侧，所述一侧与第一电极引线211的附着有电极接头束210的那一侧相对。
在第一电极引线211和第二电极引线212相互重叠的部分处形成电极引线联接部分220，并且点焊部分222以及添加有粘合剂的粘附部分221定位成不相互重叠。
图1和图2的描述可以同样适用于点焊部分222以及添加有粘合剂的粘附部分221，只是粘附部分和点焊部分定位成不相互重叠。
在形成具有图4和图5中所示结构的电极引线联接部分的情况下，可以借助粘附部分221和点焊部分222在正常状态下稳定地实现第一电极引线211和第二电极引线212之间的电连接。即使在电池壳体由于电池单元中的压力增加而鼓胀，据此第一电极引线211与第二电极引线212之间的联接在粘附部分221处被释放的情况下，第一电极引线与第二电极引线之间的联接也可以在形成为不与粘附部分221重叠的点焊部分222处被安全地维持。
图6是根据本发明的袋状电池单元的竖直剖面图，其中袋状电池单元在电池壳体鼓胀之前的状态和袋状电池单元在电池壳体因袋状电池单元中的压力增加而鼓胀之后的状态以垂直剖面图示出。
参照图6，在袋状电池单元300中，电极组件被接纳在由层压片材制成的电池壳体301中，从电极组件的一侧突出的电极接头形成电极接头束310，第一电极引线311与电极接头束310联接，并且第二电极引线312与第一电极引线311联接。
绝缘膜330附着到电极引线联接部分的上表面和下表面上，第一电极引线311和第二电极引线312在电极引线联接部分处相互联接。在附着有绝缘膜330的第一电极引线311和第二电极引线312布置在电池壳体301的密封部分上的状态下，可以对密封部分施加热和压力，从而实现电池壳体的密封。
随着袋状电池单元300被反复充电和放电，由于电解溶液的电化学反应引起的副反应产生气体，并且袋状电池单元中的压力由于该气体而增加，由此电池壳体301鼓胀。在电池壳体中增加的压力高于电池壳体的密封力的情况下，电池壳体可能破裂和爆炸。因此，可以提前终止对电池单元的充电，以防止袋状电池单元爆炸。
第一电极引线311经由绝缘膜330附着到上电池壳体，并且第二电极引线312经由绝缘膜330附着到下电池壳体。当电池壳体301鼓胀时，第一电极引线311在上电池壳体鼓胀的方向上移动，并且第二电极引线312在下电池壳体鼓胀的方向上移动，由此第一电极引线311和第二电极引线312在粘附部分321处彼此分离。由于第一电极引线与第二电极引线相互分离，电流的流动突然减少，由此袋状电池单元300的充电被终止，并因此电池壳体301不进一步鼓胀。
由于点焊部分322的联接力高于粘附部分321的联接力，因此只要电池壳体不进一步鼓胀，第一电极引线311和第二电极引线312之间在点焊部分322处的联接就得以维持。
由于只有微电流流经点焊部分322，因此能够测量袋状电池单元的电压。因此，即使在第一电极引线与第二电极引线之间的联接在粘附部分被释放的状态下，也能够检查电池单元的状态。
如上所述测量的电压的大小可以成为指示电池单元状态的指标。传统上，在电极引线由于过度充电而相互分离从而终止充电的情况下，不可能再检查电池单元的状态。然而，在本发明中，由于即使在电极引线相互分离使充电电流无法流动的状态下，也有微电流流经点焊部分，因此能够测量电池单元的电压。由于如上所述，能够借助测得电压的大小来检查电池单元的状态，因此能够在运输过程中对电池单元给予相当的关注，以便为事故的发生(如火灾的爆发)提供保障，并在电池单元的安全状态下弃置电池单元。
另外，在本发明中，由于即使在由于电极引线在异常环境中的操作而导致电流的流动中断的情况下也能够测量电池单元的电压，因此能够检查电池单元的电压的下降。因此，能够识别出电池单元中短路的发生(例如不同电极之间的接触)，从而能够警告危险状态(例如与安全有关的事故)，因此有能够确保疏散所需的时间。
此外，传统上，由于电压测量是困难的，因此电池单元被单独放置一段估计为稳定所必需的任意时间。然而，在本发明中，能够通过电压测量确定是否弃置电池单元成为可能。因此，能够缩短电池单元被单独放置的时间。此外，在确保稳定的状态下，没有必要提供稳定设备，据此也能够减少弃置费用。
本发明所属领域的技术的熟练人员将理解，基于以上描述，在本发明的范畴内，各种应用和变型是可能的。
附图标记说明
110、210、310：电极接头束
111、211、311：第一电极引线
112、212、312：第二电极引线
120、220：电极引线联接部分
121、221、321：粘附部分
122、222、322：点焊部分
130、330：绝缘膜
300：袋状电池单元
301：电池壳体
工业实用性
从以上描述可以看出，在根据本发明的电极组件中，即使在电极引线联接部分的电连接部分中断的情况下，也可以维持联接力高的点焊部分的联接状态。
由于微电流流经联接状态得以维持的点焊部分，因此能够测量电池单元的电压。
如上所述，通过测量电池单元的电压，能够持续监测电池单元的状态。因此，能够确定电池单元是处于由于过度充电的高电压状态，还是处于可以移动电池单元以弃置电池单元的低电压状态，据此能够安全地弃置电池单元并缩短稳定所需的时间。

Claims (12)

1.一种电极组件，其中，
多个电极在其间插设有隔膜的状态下堆叠，
从所述电极突出的电极接头在形成电极接头束的状态下与电极引线联接，
所述电极引线包括与所述电极接头联接的第一电极引线和与所述第一电极引线联接的第二电极引线，并且
配置成允许所述第一电极引线和所述第二电极引线相互联接的电极引线联接部分包括粘附部分和点焊部分。
2.根据权利要求1所述的电极组件，其中，所述点焊部分形成在所述粘附部分中。
3.根据权利要求1所述的电极组件，其中，所述点焊部分形成为不与所述粘附部分重叠。
4.根据权利要求1所述的电极组件，其中，绝缘膜附着到所述电极引线联接部分的上表面和下表面。
5.根据权利要求1所述的电极组件，其中，所述粘附部分由与导电材料混合的粘合剂材料制成。
6.根据权利要求5所述的电极组件，其中，所述导电材料包括选自银、铜、镍和碳构成的组中的至少一者。
7.根据权利要求5所述的电极组件，其中，所述粘合剂材料包括环氧基或酰胺基聚合物。
8.根据权利要求1所述的电极组件，其中，借助所述粘附部分相互联接的部分的粘附力低于通过点焊相互联接的部分的联接力。
9.根据权利要求1所述的电极组件，其中，所述电极是正极和负极中的至少一者。
10.一种袋状电池单元，所述袋状电池单元包括根据权利要求1至9中的任一项所述的电极组件，其中，
当电池壳体由于所述袋状电池单元中的压力增加而鼓胀时，
所述第一电极引线和所述第二电极引线在所述电极引线联接部分的所述粘附部分处彼此分离，并且
所述第一电极引线和所述第二电极引线之间的联接在所述点焊部分处被维持。
11.根据权利要求10所述的袋状电池单元，其中，当所述电池壳体鼓胀时，所述袋状电池单元的密封状态由所述绝缘膜维持。
12.根据权利要求10所述的袋状电池单元，其中，当所述电池壳体鼓胀时，能够经由通过点焊维持其间的联接的部分来测量电压。
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