CN115176378A - 纽扣型二次电池 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种纽扣型二次电池，甚至在由电池内产生的气体产生过大的内部压力时，其也能够捕获电池内的气体，并因此可防止电池被气体压力拆卸或防止对人体有害的气体释放到电池外部，并且在发生过电流或内部高电压的情况下，在必要时阻断电流的流动，从而可大大保证电池的安全性。根据本发明的纽扣型二次电池是这样一种纽扣型二次电池，其直径长度大于其高度，并且包括：电极组件；下罐，电极组件插入该下罐中；以及上罐，其覆盖下罐的顶部开口，其中，下罐的上部具有向内凹陷的卷边部分，并且下罐和下罐相互联接，使得下罐的位于卷边部分上方的上端部具有围绕上罐的边缘部的弯折形状。

Description

纽扣型二次电池
技术领域
相关申请的交叉引用
本申请要求获得2020年9月16日提交的韩国专利申请第10-2020-0119501号的优先权的利益，该申请的全部内容通过引用纳入本文中。
技术领域
本发明涉及一种纽扣型二次电池，更具体地说，涉及这样一种纽扣型二次电池，该纽扣型电池即使在电池中产生的气体产生过大的内部压力时，也能够收集电池内的气体，以防止电池被拆卸或防止对人体有害的气体由于气体压力而泄漏到电池外部，并在发生过电流或内部高电压的情况下，在必要时阻断电流的流动，从而大大保证了电池的安全性。
背景技术
近年来，由于化石燃料的枯竭，能源价格上涨，人们对环境污染的关注增加，对环保型替代能源的需求成为未来生活中不可缺少的因素。因此，对各种发电技术(如太阳能、风能和潮汐能)的研究正在继续，并且用于更有效地使用所产生的电能的电力储存装置(如电池)也备受关注。
此外，随着技术的发展和对使用电池的电子移动装置和电动车辆需求的增加，对电池作为能源的需求也迅速增加。因此，人们对能够满足各种需求的电池进行了许多研究。
特别地，在材料方面，对诸如锂离子电池和锂离子聚合物电池之类的具有诸如高能量密度、放电电压和输出稳定性之类的优点的锂二次电池的需求量很大。
二次电池根据电池壳体的形状分类为：圆柱形电池和棱柱形电池，其中电极组件嵌入圆柱形或棱柱形金属罐中；以及袋型电池，其中电极组件嵌入由铝层压片制成的袋型壳体中。另外，近来，由于可穿戴装置的小型化趋势，开发诸如纽扣型二次电池之类的小型电池的重要性已突显。
图1是根据现有技术的纽扣型二次电池的剖面图。
参照图1，根据现有技术的纽扣型二次电池10具有分为上壳体和下壳体的形状，并且具有圆柱形上罐4和圆柱形下罐3压配合的结构。即，下圆柱形罐3的外径略大于其上部的外径，以实现压配合。在压配合的情况下，原理是，由于压配合引起的摩擦力，纽扣型二次电池的形状得以维持。另外，在根据现有技术的纽扣型二次电池中，上罐4和下罐3制造成与内部电极组件1的尺寸相匹配，以便相互压配合，因此其中没有可用空间。
然而，在这种配置中，当由于产生内部气体等而导致内部压力增加时，除了摩擦力外没有固定力，因此上罐4和下罐3相互分离的可能性很大。如果内部压力升高，内部压力可能会因副反应而升高，并在正常循环中也会升高，但如果内部压力过度升高，上罐和下罐就会相互分离，从而可能无法发挥电池的功能。
因此，需要一种能够收集由电池的内部反应产生的气体的电池，并且还需要研究一种上罐和下罐不相互分离的产品。
发明内容
技术问题
本发明是为了解决以上问题而设计的，本发明的一个目的是即使在电池内产生的气体产生过大的内部压力时，也能收集电池内的气体，以防止电池被拆卸或防止对人体有害的气体由于气体压力而泄露到电池外部，并且在发生过电流或内部高电压的情况下，必要时能阻断电流的流动，从而大大保证电池的安全性。
技术方案
根据本发明的纽扣型二次电池涉及一种纽扣型二次电池，该纽扣型二次电池的直径大于其高度，该纽扣型二次电池包括：电极组件；下罐，所述电极组件插入所述下罐中；以及上罐，其配置成覆盖所述下罐的上端的开口，其中，所述下罐的上部中设置有向内凹陷的卷边部分，并且所述下罐的布置在所述卷边部分上方的所述上端具有弯折形状，并配置成围绕所述上罐的边缘端，使得所述上罐和所述下罐相互联接。
所述上罐的所述边缘端可以与所述下罐的所述上端的所述弯折部分之间插设有绝缘体，并且所述绝缘体可以由聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)材料制成。
所述上罐在平面图中可以具有圆形形状，并且具有其中央部比所述上端的所述边缘端进一步向上突出的形状，使得所述上罐的所述边缘端和所述中央部相对于彼此呈阶梯状。
所述电极组件的中央中可以形成有中央孔，并且所述中央孔中可以设置有中央销，以完全填充所述中央孔。
所述上罐与所述电极组件之间可以设置有收集内部气体的收集空间。
所述纽扣型二次电池可以进一步包括电极接头，该电极接头配置成将所述电极组件的电极连接到所述上罐，其中，所述电极接头的一端可以连接到所述电极组件的所述电极，并且所述电极接头的另一端可以以C形形状连接到所述上罐的底表面。
所述上罐与所述电极组件之间可以设置有收集内部气体的收集空间，该纽扣型二次电池可以进一步包括排气口单元，该排气口单元包括：排气口主体，其具有横跨所述收集空间的形状；以及排气口外边缘，其从所述排气口主体的端部向外延伸成与所述上罐的所述边缘端的底表面接触。
所述排气口主体可以包括在其外边缘部分中具有凹进的槽形状的破裂凹口。
所述收集空间可以包括：第一收集空间，其形成在所述排气口主体的顶表面与所述上罐的底表面之间；以及第二收集空间，其形成在所述排气口主体的底表面与所述电极组件的顶表面之间。
所述纽扣型二次电池可以进一步包括电极接头，该电极接头配置成将所述电极组件的电极连接到所述排气口单元，其中，所述电极接头的一端连接到所述电极组件的所述电极，并且所述电极接头的另一端以C形形状连接到所述排气口主体的底表面。
所述电极接头的所述另一端与所述排气口主体的所述底表面相互结合的点可以布置在所述破裂凹口的内侧。
当所述下罐中产生的气体超过预定压力时，所述破裂凹口可以破裂。
当所述破裂凹口破裂时，所述排气口主体和所述排气口外边缘可以相互分离，并且所述电极组件与所述上罐之间的电流流动可以被阻断。
当所述破裂凹口破裂时，所述内部气体可以从所述第二收集空间移动到所述第一收集空间。
所述电极组件的中央部中可以形成有中央孔，所述中央孔中可以设置有中央销，并且所述中央销可以是其中形成有多个内部中央销空间的多孔中央销。
有利效果
根据本发明的纽扣型二次电池可以涉及这样一种纽扣型二次电池，其直径长度大于其高度，该纽扣型二次电池包括：电极组件；下罐，电极组件插入该下罐中；以及上罐，其覆盖下罐的上端的开口。这里，下罐的上部中可以设置有向内凹陷的卷边部分，并且下罐的布置在卷边部分上方的上端可以具有弯折形状，并围绕上罐的边缘端，使得上罐和下罐相互联接。因此，即使由电池中产生的气体产生过大的内部压力，电池内产生的气体也可以被收集，以防止电池被拆卸或防止对人体有害的气体由于气体压力而泄漏到电池外部，并在发生过电流或内部高电压的情况下，在必要时阻断电流的流动，从而大大保证了电池的安全性。
附图说明
图1是根据现有技术的纽扣型二次电池的剖面图。
图2是根据本发明的实施方式1的纽扣型二次电池的剖面图。
图3是根据本发明的实施方式2的纽扣型二次电池的剖面图。
具体实施方式
下文中，将参照附图详细描述本发明的优选实施方式，以便本领域的普通技术人员能够容易地实施本发明。然而，本发明可以以若干不同的形式实施，并且不受以下实施例的限制或约束。
为了清楚地解释本发明，省略了与描述无关的部分或可能不必要地掩盖本发明要点的相关公知技术的详细描述，并且在本说明书中，附图标记被添加到各图中的部件。在这种情况下，在整个说明书中相同或相似的附图标记被赋予相同或相似的元件。
另外，本说明书和权利要求书中使用的术语或词不应被限制性地解释为普通含义或基于字典的含义，而应基于发明人可以适当地定义术语的概念以最佳方式描述和解释他或她的发明的原则，解释为符合本发明范围的含义和概念。
实施方式1
图2是根据本发明的实施方式1的纽扣型二次电池的剖面图。
参照图2，根据本发明的实施方式1的纽扣型二次电池100可以是具有圆柱形形状的电池，并且圆柱形电池的直径可以大于电池的高度。另外，根据本发明的实施方式1的纽扣型二次电池100可以包括电极组件150、下罐110和上罐130。电极组件150可以具有电极151和隔膜152交替堆叠以进行卷绕的形状。
另外，电极组件150可以插入下罐110中。下罐110可以具有圆柱形形状中的开放上端。电极组件150可以呈卷芯形式。当电极组件150布置在下罐110中时，电极组件150的绕线轴线可以布置成与地面垂直的形状。上罐130可以有板状或阶梯板状。此外，上罐130可以具有覆盖下罐110的上端开口的形状。
下罐110的上部中可以设置有向内凹进的卷边部分111。卷边部分111可以沿着下罐110的外圆周表面形成在整个圆周上。参照图2，卷边部分111可以具有以90度角的形状凹进的剖面形状，或者可以具有以弯曲表面的形式凹进的形状(与图中不同)。在根据本发明的实施方式1的纽扣型二次电池100中，下罐的布置在卷边部分111上方的上端112可以具有弯折形状，因此，上罐130和下罐110可以相互联接，同时下罐110围绕上罐130的边缘端。上罐的边缘端132与下罐的上端112的弯折部分之间可以插设有绝缘体170。
下罐的上端112可以是弯折的或弯曲的。下罐的上端112可以具有上端的边缘端132被插入弯折形状中的形状。下罐的上端112可以将上罐的边缘端132和绝缘体170以压配合的方式保持在一起。由于通过施加压力而使上罐130和下罐110相互联接，因此上罐130可以不容易与下罐110分离，从而可以实现牢固的联接。因此，即使由电池内部产生的气体产生过大的内部压力，对人体有害的气体也不会从电池中泄漏出来，并且可以防止电池内部的电解质从电池中泄漏出来。
这里，绝缘体170可以由聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)材料制成。PBT材料可以具有良好的机械性能，特别是高刚性，以实现具有良好的气密性和耐久性的电池。
在根据本发明的实施方式1的纽扣型二次电池100中，上罐130在平面图中可以具有圆形的形状，并且具有这样一种形状：在图2所示的剖面图中其中央部131比边缘端132进一步向上突出，以便上罐的边缘端132和中央部131相对于彼此呈阶梯状。由于这种形状，上罐130与电极组件150之间可以提供收集空间120，在该收集空间中收集内部气体。收集空间120可以设置在电池中，从而即使由电池内部产生的气体产生过大的内部压力，气体也可以被收集在电池内部，因此电池不会被气体压力拆卸(即，根据本发明，电池不容易被气体压力拆卸)，或者对人体有害的气体不会泄漏到电池外部。
电极组件150的中央中可以形成有中央孔153。此外，中央孔153中可以设置有中央销190，以完全填充中央孔153。当中央销190形成为完全填充中央孔153时，可以防止电极组件150变形。电极组件150的具有特别弱的支撑力的芯部分会在电池反应进行时因内部热和内部气体而变形。当芯部分如上所述变形时，分离正极和负极的隔膜152可能变形，因此，可能会发生诸如正极和负极接触之类的短路事故。然而，在本发明中，由于中央销190设置成完全填充中央孔153，因此可以预先防止这种短路事故的发生。
根据本发明的实施方式1的纽扣型二次电池100可以进一步包括电极接头154，该电极接头连接电极组件150的电极151与上罐。电极接头154的一端可以与电极组件150的电极151连接，并且另一端与上罐130的底表面连接，呈C形形状。如图2中所示，当电极接头154以C形形状连接到上罐130的底表面时，电极接头154可以具有预定的弹性来对抗诸如跌落之类的冲击，因此，即使发生诸如跌落之类的冲击，也可以有效地防止电极接头154破损。
实施方式2
图3是根据本发明的实施方式2的纽扣型二次电池的剖面图。
本发明的实施方式2与实施方式1的不同之处在于，进一步设置有排气口单元260，该排气口单元能够在发生过电流或内部高电压的情况下，在必要时阻断电流的流动，并且能够在由于电池中产生的气体而出现过大的内部压力时，在电池中额外提供供收集气体的额外空间。
将尽可能地省略与实施方式1重复的内容，并且实施方式2的描述将着重于差异。即，显然在实施方式2中没有描述的内容在必要时可以视为实施方式1的内容。
参照图3，根据本发明的实施方式2的纽扣型二次电池200可以进一步包括排气口单元260。排气口单元260可以包括排气口主体261和排气口外边缘263。
与实施方式1相似，在实施方式2中，上罐230与电极组件250之间可以提供收集内部气体的收集空间220。然而，在实施方式2中，排气口主体261可以具有横跨收集空间220的形状。因此，排气口单元260可以具有将收集空间220分成两部分的形状。此外，排气口外边缘263可以从排气口主体261的端部向外延伸，以与上罐的边缘端232的底表面接触。
根据该结构，在根据本发明的实施方式2的纽扣型二次电池200中，收集空间220可以包括：第一收集空间221，其形成在排气口主体261的顶表面与上罐230的底表面之间；以及第二收集空间222，其形成在排气口主体261的底表面与电极组件250的顶表面之间。
此外，排气口主体261可以包括在其外缘部分中具有凹进的槽形状的破裂凹口262。破裂凹口262可以具有凹进成比其他部分更薄的槽形状，并且破裂凹口262的形状可以具有三角形形状、方形形状或半圆形形状。最初，电池中可能产生气体，以填充第二收集空间222。在此，如果内部压力逐渐增加，排气口主体261处形成的破裂凹口262可能无法承受该压力，从而破裂。结果，内部气体可以从第二收集空间222移动到第一收集空间221。
根据本发明的实施方式2的纽扣型二次电池200可以进一步包括电极接头254，该电极接头连接电极组件250的电极251和排气口单元260。电极接头254的一端可以连接到电极组件250的电极251，并且另一端以C形形状连接到排气口主体261的底表面。在实施方式1中，电极接头254的另一端以C形形状连接到上罐230的底表面，但在实施方式2中，电极接头254的另一端没有连接到上罐230，而是连接到排气口单元260。
如图3中所示，当电极接头254以C形形状连接到排气口主体261的底表面时，电极接头254可以具有预定的弹性来对抗诸如跌落之类的冲击，因此，即使发生诸如跌落之类的冲击，也可以有效地防止电极接头254破损。
电极接头254的另一端与排气口主体261的底表面相互结合的点可以布置在破裂凹口262内侧。当下罐210中产生的气体超过预定压力时，破裂凹口262可以破裂。当破裂凹口262破裂时，排气口主体261和排气口外边缘263可以相互分离，并且连接在电极组件250和上罐230之间的电流流动可以被阻断。
特别地，在根据本发明的实施方式2的纽扣型二次电池200中，内部气体产生后的操作过程可以如下进行。即，当由于电池的副反应而产生内部气体时，由于该气体是轻质气体，因此该气体可以上升以填充第二收集空间222。此后，当第二收集空间222被完全填充并因此电池的内部压力逐渐增加时，排气口单元260的排气口主体261处形成的破裂凹口262在预定的压力或更高的压力下破裂。
当破裂凹口262破裂时，排气口主体261和排气口外边缘263可以相互分离。气体压力可以向上按压排气口主体261，并且当气体压力的反应与重力起作用时，排气口主体261可以再次下降，在此过程中，排气口主体261和排气口外边缘263可以相互完全分离。
排气口主体261在正常操作期间可以具有没有弯折或凹进部分的平板形状。此外，在排气口主体261的外周长和排气口外边缘263的内周长可以具有相同直径的状态下，排气口主体261和排气口外边缘263可以相互连接。然而，当排气口单元260的破裂凹口262由于过大的内部压力而破裂时，排气口主体261可以变形为凹进或突出的形式，并且排气口主体261的至少一部分可以被变形。结果，排气口主体261的外圆周的直径可能小于排气口外边缘263的内圆周的直径(是指比较正投影的直径)，因此，排气口主体261可以穿过排气口外边缘263的外圆周而下降。以这种方式，排气口主体261和排气口外边缘263可以相互完全分离。
然而，在本发明中，作为外部端子的上罐230可以仅直接连接到排气口外边缘263，但不直接连接到排气口主体261。因此，由于电极接头254和排气口主体261相互结合的点布置在破裂凹口262内(在平面图中，在由破裂凹口形成的圆内)，当排气口主体261与排气口外边缘263完全分离时，电极组件250与上罐230之间的电流流动可以被阻断。当电流的流动以这种方式被阻断时，电池的操作可以被停止，因此，在发生过电流或内部高电压的情况下，可以确保电池的安全性。
当破裂凹口262破裂时，内部气体可以从第二收集空间222移动到第一收集空间221。这里，作为排气口单元260与上罐230之间的空间的第一收集空间221可以是额外的空间，特别是当发生排气口单元由于过大的压力而破裂，并发生电流的阻断时，第一收集空间221可以作为可用的空间来防止气体泄漏到电池的外部(由于在上端中没有形成孔，气体不穿过上罐，因此不会泄漏到外部)。如果气体泄漏到电池外部，则由于可穿戴电子装置中使用的电池的性质，气体可能会对人体造成伤害，由于过多的气体导致的电流阻断是可能的，但气体可以不泄漏到电池外部。
在根据本发明的实施方式2的纽扣型二次电池200中，电极组件250的中央中可以形成有中央孔253，并且中央孔253中可以设置有中央销290。然而，与实施方式1不同，根据本发明的实施方式2的中央销290可以是其中形成有多个内部中央销空间291的多孔中央销290。中央销中形成的内部中央销空间291可以以预定的间隔成排地形成。
当使用多孔中央销290时，可以保证电解质的液体可注入性。即，随着盛装在电池中的电解质的量增加，电池的容量和性能可以得以改善。当使用多孔中央销290时，与现有技术相比，可以注入更大量的电解质。
当然，即使使用多孔中央销290，中央销290也可以形成为完全填充中央孔253，从而保证对抗外部机械压力的刚性。即，即使在实施方式2中，可以插入形成为完全填充中央孔253的中央销290以防止电极组件250变形。
虽然已经参照具体实施方式描述了本发明的实施方式，但是对于本领域的技术人员来说，显然可以在不背离所附权利要求中定义的本发明的精神和范围的情况下进行各种改变和变型。
附图标记的描述
100：纽扣型二次电池
110：下罐
111：卷边部分
112：下罐的上端
120：收集空间
130：上罐
131：中央部
132：上罐的边缘端
150：电极组件
151：电极
152：隔膜
153：中央孔
154：电极接头
170：绝缘体
190：中央销
200：纽扣型二次电池
210：下罐
211：卷边部分
212：下罐的上端
220：收集空间
221：第一收集空间
222：第二收集空间
230：上罐
231：中央部
232：上罐的边缘端
250：电极组件
251：电极
252：隔膜
253：中央孔
254：电极接头
260：排气口单元
261：排气口主体
262：破裂凹口
263：排气口外边缘
270：绝缘体
290：中央销
291：中央销的内部空间

Claims (15)

1.一种纽扣型二次电池，该纽扣型二次电池的直径大于其高度，该纽扣型二次电池包括：
电极组件；
下罐，所述电极组件插入所述下罐中；以及
上罐，其配置成覆盖所述下罐的上端的开口，
其中，所述下罐的上部中设置有向内凹陷的卷边部分，并且
所述下罐的布置在所述卷边部分上方的所述上端具有弯折形状，并配置成围绕所述上罐的边缘端，使得所述上罐和所述下罐相互联接。
2.根据权利要求1所述的纽扣型二次电池，其中，所述上罐的所述边缘端与所述下罐的所述上端的所述弯折部分之间插设有绝缘体，并且
所述绝缘体由聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)材料制成。
3.根据权利要求1所述的纽扣型二次电池，其中，所述上罐在平面图中具有圆形形状，并且具有其中央部比所述上端的所述边缘端进一步向上突出的形状，使得所述上罐的所述边缘端和所述中央部相对于彼此呈阶梯状。
4.根据权利要求1所述的纽扣型二次电池，其中，所述电极组件的中央中形成有中央孔，并且
所述中央孔中设置有中央销，以完全填充所述中央孔。
5.根据权利要求1所述的纽扣型二次电池，其中，所述上罐与所述电极组件之间设置有供收集内部气体的收集空间。
6.根据权利要求1所述的纽扣型二次电池，该纽扣型二次电池进一步包括电极接头，该电极接头配置成将所述电极组件的电极连接到所述上罐，
其中，所述电极接头的一端连接到所述电极组件的所述电极，并且
所述电极接头的另一端以C形形状连接到所述上罐的底表面。
7.根据权利要求1所述的纽扣型二次电池，其中，所述上罐与所述电极组件之间设置有供收集内部气体的收集空间，
该纽扣型二次电池进一步包括排气口单元，该排气口单元包括：排气口主体，其具有横跨所述收集空间的形状；以及排气口外边缘，其从所述排气口主体的端部向外延伸成与所述上罐的所述边缘端的底表面接触。
8.根据权利要求7所述的纽扣型二次电池，其中，所述排气口主体包括在其外边缘部分中具有凹进的槽形状的破裂凹口。
9.根据权利要求8所述的纽扣型二次电池，其中，所述收集空间包括：第一收集空间，其形成在所述排气口主体的顶表面与所述上罐的底表面之间；以及第二收集空间，其形成在所述排气口主体的底表面与所述电极组件的顶表面之间。
10.根据权利要求9所述的纽扣型二次电池，该纽扣型二次电池进一步包括电极接头，该电极接头配置成将所述电极组件的电极连接到所述排气口单元，
其中，所述电极接头的一端连接到所述电极组件的所述电极，并且
所述电极接头的另一端以C形形状连接到所述排气口主体的底表面。
11.根据权利要求10所述的纽扣型二次电池，其中，所述电极接头的所述另一端与所述排气口主体的所述底表面相互结合的点布置在所述破裂凹口的内侧。
12.根据权利要求11所述的纽扣型二次电池，其中，当所述下罐中产生的气体超过预定压力时，所述破裂凹口破裂。
13.根据权利要求12所述的纽扣型二次电池，其中，当所述破裂凹口破裂时，所述排气口主体和所述排气口外边缘相互分离，并且所述电极组件与所述上罐之间的电流流动被阻断。
14.根据权利要求12所述的纽扣型二次电池，其中，当所述破裂凹口破裂时，所述内部气体从所述第二收集空间移动到所述第一收集空间。
15.根据权利要求7所述的纽扣型二次电池，其中，所述电极组件的中央部中形成有中央孔，
所述中央孔中设置有中央销，并且
所述中央销是其中形成有多个内部中央销空间的多孔中央销。
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