CN115699443A - 包括形成有应力消除部的电极接头的电池单元 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电池单元，包括：电极组件，所述电极组件包括多个电极板和位于所述多个电极板之间的一个或多个隔膜；壳体，在所述壳体中容纳所述电极组件；电极接头，所述电极接头从每一个电极板突出并延伸；以及电极引线，所述电极引线接合到所述电极接头并电连接到外部，其中，所述电极接头包括：连接到每一个电极板的第一接头部分；以及从所述第一接头部分延伸并接合到所述电极引线的第二接头部分，其中，所述第一接头部分具有应力消除部，所述应力消除部形成为减小所述电极接头的应力。

Description

包括形成有应力消除部的电极接头的电池单元
技术领域
本申请要求于2020年9月28日提交的韩国专利申请2020-0125806的优先权，其公开内容通过引用整体并入本文。
本发明涉及一种电池单元，该电池单元包括电极接头，该电极接头具有能够减小在电极接头中产生的应力的应力消除部，从而减小电极接头被切断的危险。
背景技术
随着诸如智能电话、膝上型计算机和数码相机的移动设备的技术发展以及对其需求的增加，对能够充电和放电的二次电池的研究已经积极地进行。此外，作为替代导致空气污染的化石燃料的能源的二次电池已经应用于电动车辆(EV)、混合电动车辆(HEV)、插电式混合电动车辆(P-HEV)和能量存储系统(ESS)。
目前广泛使用锂离子电池、锂聚合物电池、镍镉电池、镍氢电池和镍锌电池作为二次电池。
二次电池具有安装在电池壳体中的电极组件，并且该电极组件被配置为具有这样的结构，在该结构中，正极板、隔膜和负极板堆叠在一起，并且电极接头从正极板和负极板中的每一个突出。
此外，通过将活性材料施加到由金属箔制成的集流体来形成正极板和负极板中的每一个。电极接头通过将未施加活性材料的金属箔的外部切割成预定图案而形成，或者可通过焊接接合到金属箔。
在二次电池的制造或使用期间，由于施加到电极接头的内力/外力，在电极接头中产生应力。
图1是示出传统电极接头的示意图。
如图1所示，传统的电极接头10包括第一接头部分11和第二接头部分12，第一接头部分11连接到电极板20以便从电极板20突出和延伸，第二接头部分12从第一接头部分11延伸，第二接头部分接合到电极引线。
传统上，电极接头是通过切割电极接头和电极板之间的连接部分以便在其间具有直角而图案化的方法形成的。
结果，电极接头中的应力集中在电极板20和电极接头10之间的连接部分的角部C上，因此应力集中在其上的连接部分被切断的危险增加。
发明内容
技术问题
本发明是鉴于上述问题而做出的，并且本发明的目的是提供一种电池单元，该电池单元包括电极接头，该电极接头具有形成在其一端的应力消除部以减小应力。
技术方案
为了实现上述目的，根据本发明的电池单元包括：电极组件，所述电极组件包括多个电极板以及插入在所述多个电极板之间的至少一个隔膜；壳体，所述壳体被配置为接纳所述电极组件；电极接头，所述电极接头在所述电极板处形成为从所述电极板突出并延伸；以及电极引线，所述电极引线接合到所述电极接头上同时电连接到外部，其中，所述电极接头中的每一者包括：第一接头部分，所述第一接头部分与所述多个电极板中的对应一个电极板连接；以及第二接头部分，所述第二接头部分从该第一接头部分延伸，所述电极引线被接合到所述第二接头部分，并且所述第一接头部分设置有应力消除部，所述应力消除部被配置为用于减小所述电极接头中的应力。
而且，在根据本发明的电池单元中，所述应力消除部可以是所述第一接头部分和所述电极板之间的连接部分的拐角，所述拐角被图案化成具有预定曲率半径R。
而且，在根据本发明的电池单元中，所述应力消除部可以是所述第一接头部分的侧表面，所述侧表面被切割成具有预定曲率半径CR的弧形形状。
而且，在根据本发明的电池单元中，所述第一接头部分的宽度可以在所述电极板和所述第二接头部分之间的中央部处最小。
而且，在根据本发明的电池单元中，所述应力消除部的曲率半径CR可以小于所述电极板和所述第二接头部分之间的长度。
而且，在根据本发明的电池单元中，所述电极板可以包括正极板和负极板，并且所述正极板和所述负极板中的每一者可以在所述多个电极组件中设置为多个。
而且，在根据本发明的电池单元中，可以通过堆叠从多个正极板或多个负极板突出并延伸的电极接头来形成所述第二接头部分。
而且，在根据本发明的电池单元中，从所述正极板突出并延伸的所述电极接头和从所述负极板突出并延伸的所述电极接头可以沿相同方向突出。
而且，在根据本发明的电池单元中，从所述正极板突出并延伸的所述电极接头和从所述负极板突出并延伸的所述电极接头可以沿相反方向突出。
而且，在根据本发明的电池单元中，所述壳体可以是袋状壳体。
此外，根据本发明的电池模块包括根据本发明的电池单元。
此外，根据本发明的装置包括根据本发明的电池模块。
有利效果
根据本发明的电池单元的优点在于电极接头设置有应力消除部，由此当外力施加到电极接头时在电极接头中产生的应力减小，因此可以减小电极接头被切断的危险。
附图说明
图1是示出传统电极接头的示意图。
图2是示出根据本发明的实施方式的电池单元的一部分的截面图。
图3是示出根据本发明的实施方式具有应力消除部的电极接头的示意图。
图4是示出根据本发明的另一实施方式具有应力消除部的电极接头的示意图。
图5是示出根据本发明的实施方式具有应力消除部的电极接头的应力消除部的曲率半径与应力最大值之间的关系的曲线图。
图6是示出根据本发明的另一实施方式具有应力消除部的电极接头的应力消除部的曲率半径与应力最大值之间的关系的曲线图。
具体实施方式
在本申请中，应当理解，术语“包括”、“具有”、“包含”等指定所述特征、数字、步骤、操作、元件、组件或其组合的存在，但不排除一个或多个其它特征、数字、步骤、操作、元件、组件或其组合的存在或添加。
此外，在整个附图中使用相同的附图标记来表示执行类似功能或操作的部件。在其中一个部件在说明书中被称为连接到另一个部件的情况下，不仅该一个部件可以直接连接到另一个部件，而且该一个部件可以经由另一个部件间接连接到另一个部件。此外，包括某一元素并不意味着排除其它元素，而是意味着可以进一步包括这些元素，除非另有说明。
在下文中，将参照附图描述根据本发明的电池单元。
图2是示出根据本发明实施方式的电池单元的一部分的截面图。
当参照图2描述根据本发明的电池单元时，根据本发明的电池单元100包括电极组件110、配置为接纳电极组件110的壳体120、电极接头130和电极引线140。
首先，电极组件110被配置为具有正极板、隔膜和负极板交替堆叠的结构。尽管可以在电极组件110中设置单个正极板和单个负极板，但是考虑到电池单元100的容量，优选在电极组件中设置多个正极板和多个负极板。
同时，电极组件110被分类为：卷芯型电极组件，其被配置为具有这样的结构，在该结构中，施加有活性材料的长片型正极板和施加有活性材料的长片型负极板以隔膜插入其间的状态被卷绕；堆叠型电极组件，其被配置为具有这样的结构，在该结构中，多个具有预定尺寸的正极板和多个具有预定尺寸的负极板在隔膜插入其间的状态下顺序堆叠；或者堆叠和折叠型电极组件，其被配置为具有其中使用分隔膜卷绕堆叠型单元电池的结构。
壳体120是被配置为接纳电极组件110的护套构件。根据壳体120的形状，电池单元可以被分类为具有接纳在圆柱形金属罐中的电极组件110的圆柱形电池单元、具有接纳在棱柱形金属罐中的电极组件110的棱柱形电池单元、或者具有接纳在袋状壳体中的电极组件110的袋状电池单元。
袋状壳体通常被配置为具有包括内层、金属层和外层的层压片结构。内层设置成与电极组件直接接触，因此内层必须表现出高绝缘性和对电解液的高耐受性。此外，内层必须表现出高密封性，以便从外部气密地密封壳体，即内层之间的热粘合密封部分必须表现出优异的热粘合强度。
内层可以由选自聚烯烃基树脂(例如聚丙烯、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，其表现出优异的耐化学性和高密封性。然而，本发明不限于此，最优选使用表现出优异的机械物理性能如拉伸强度、刚性、表面硬度和抗冲击强度以及优异的耐化学性的聚丙烯。
设置成邻接内层的金属层对应于配置为防止湿气或各种气体从外部渗入电池的阻挡层。轻且易于成形的铝薄膜可用作金属层的优选材料。
外层设置在金属层的另一表面上。外层可以由耐热聚合物制成，该耐热聚合物表现出优异的拉伸强度、耐湿气渗透性和耐空气渗透性，使得外层在保护电极组件的同时表现出高耐热性和耐化学性。例如，外层可由尼龙或聚对苯二甲酸乙二醇酯制成。然而，本发明不限于此。
图2示出电池单元100是具有接纳在袋状壳体120中的电极组件的袋状电池单元100。然而，根据本发明的电池单元100不限于此，并且可以使用任何类型的电池单元100，只要电池单元100被配置为使得电极接头130从电极板突出即可。
此外，电极引线140在接合到电极接头的状态下电连接到外部。可以使用各种已知的焊接方法，例如超声波焊接、电阻焊接和激光焊接，以便将电极引线和电极接头彼此接合。
图3是示出根据本发明的实施方式具有应力消除部的电极接头的示意图，并且图4是示出根据本发明的另一实施方式具有应力消除部的电极接头的示意图。
当参照图3和图4详细描述根据本发明的电极接头130时，电极接头130包括以从其突出和延伸的状态连接到电极板150的第一接头部分131a或131b、从第一接头部分131a或131b延伸并与电极引线140接合的第二接头部分132a或132b以及应力消除部133a或133b，所述应力消除部被配置为释放施加到电极接头130的应力。
电极接头130包括从电极组件110的正极板突出并延伸的正极接头和从电极组件的负极板突出并延伸的负极接头。正极接头和负极接头交替堆叠，以便按极性分组。堆叠的正极接头可以通过超声波焊接、电阻焊接和激光焊接彼此联接，并且堆叠的负极接头可以通过超声波焊接、电阻焊接和激光焊接彼此联接。
这里，正极接头和负极接头可以沿相同方向突出，或者可以沿相反方向突出。
在正极接头和负极接头沿相同方向突出的情况下，正极接头和负极接头必须定位成避免它们之间的干涉。
例如，在正极接头定位成偏置到电极组件的突出有电极接头130的侧表面的一侧的情况下，优选地，负极接头定位成偏置到电极组件的侧表面的与正极接头相反的另一侧。
同时，在正极接头和负极接头沿相反方向突出的情况下，尽管正极接头和负极接头的位置不受具体限制，不过正极接头和负极接头大致位于电极组件的供正极接头和负极接头突出的侧表面的中部。
此外，根据本发明的电极接头130设置有应力消除部133，该应力消除部133被配置为减小由施加到电极接头130的内力/外力产生的应力。
应力消除部133a的一个实施例是图3所示的应力消除部133a。
通过图案化电极板150和电极接头130之间的连接部分的拐角来形成应力消除部，从而在它们之间不具有直角，而是具有预定的曲率半径R，该拐角对电极接头130中产生的应力具有低耐受性。应力消除部用于释放集中在连接部分的拐角上的应力。
图5是示出根据本发明的实施方式具有应力消除部的电极接头的应力消除部的曲率半径与应力最大值之间的关系的曲线图。
将参照图5描述在设置应力消除部133a的情况下应力消除部133a的曲率半径与施加到电极接头130的应力的最大值之间的关系。当应力消除部的曲率半径约为4mm时，应力的最大值减小。当应力消除部的曲率半径为4mm时，应力的最大值最低。当应力消除部的曲率半径大于4mm时，应力的最大值增加。
也就是说，可以看出，当应力消除部133a的曲率半径R为4mm时，应力最小。
图6是示出根据本发明的另一实施方式具有应力消除部的电极接头的应力消除部的曲率半径与应力最大值之间的关系的曲线图。
当参照图4和图6描述应力消除部133b时，通过将电极接头130的第一接头部分131b的侧表面切割成具有预定曲率半径CR的弧形而形成应力消除部133b。
也就是说，第一接头部分131b的侧表面被切割，使得第一接头部分131b的宽度在第一接头部分的中央部处最小。
在第一接头部分131b的侧表面被切割(侧切)的情况下，如上所述，可以分散集中在电极板150和电极接头130之间的连接部分的拐角上的应力。
然而，考虑到第一接头部分131b的机械强度及在第一接头部分中流动的电流量与导体的面积成比例的事实，优选地将第一接头部分131b的侧表面的侧切深度设定为使得应力消除部133b的曲率半径CR小于电极板和第二接头部分132b之间的长度。
在应力消除部133b的曲率半径CR与应力的最大值之间的关系中，当曲率半径CR在1.5mm至2mm之间时，应力的最大值是最小值，并且当曲率半径CR大于2mm时，应力的最大值增加。
同时，当将上述两个实施方式相互比较时，可以看出，具有通过将第一接头部分131b的侧表面切割成具有预定曲率半径CR的弧形而形成的应力消除部133b的电极接头130中的应力最大值低于另一实施方式。
然而，考虑到电极组件形成工艺的若干条件或要应用应力消除部的电池单元100所需的条件，可以适当地选择两种应力消除部133a和133b中的任一种并将其应用到电极接头130。
如上所述，通过形成应力消除部133，可以减少在电极接头130中产生的应力，由此可以减少电极接头130被切断的危险。
此外，可以制造包括具有应力消除部133的电池单元100的电池模块，并且该电池模块可以用作各种装置的电源。
尽管已经详细描述了本发明的具体细节，但是本领域技术人员将理解，其详细描述仅公开了本发明的优选实施方式，因此不限制本发明的范围。因此，本领域的技术人员将理解，在不脱离本发明的范畴和技术思想的情况下，各种改变和修改是可能的，并且显然这样的改变和修改落在所附权利要求的范围内。
(附图标记说明)
100：电池单元
110：电极组件
120：壳体
130：电极接头
131、131a、131b：第一接头部分
132、132a、132b：第二接头部分
133、133a、133b：应力消除部
140：电极引线
150：电极板

Claims (12)

1.一种电池单元(100)，所述电池单元包括：
电极组件(110)，所述电极组件包括多个电极板(150)以及插入在所述多个电极板(150)之间的至少一个隔膜；
壳体(120)，所述壳体被配置为接纳所述电极组件(110)；
电极接头(130)，所述电极接头在所述电极板(150)处形成为从所述电极板突出并延伸；以及
电极引线(140)，所述电极引线接合到所述电极接头(130)上同时电连接到外部，其中，所述电极接头(130)中的每一者包括：
第一接头部分(131)，所述第一接头部分与所述多个电极板(150)中的对应一个电极板连接；以及
第二接头部分(132)，所述第二接头部分从该第一接头部分(131)延伸，所述电极引线(140)被接合到所述第二接头部分，并且
其中，所述第一接头部分(131)设置有应力消除部(133)，所述应力消除部被配置为用于减小所述电极接头(130)中的应力。
2.根据权利要求1所述的电池单元(100)，其中，所述应力消除部(133a)是所述第一接头部分(131a)和所述电极板(150)之间的连接部分的拐角，所述拐角被图案化成具有预定曲率半径(R)。
3.根据权利要求1所述的电池单元(100)，其中，所述应力消除部(133b)是所述第一接头部分(131b)的侧表面，所述侧表面被切割成具有预定曲率半径(CR)的弧形形状。
4.根据权利要求3所述的电池单元，其中，所述第一接头部分(131b)的宽度在所述电极板(150)和所述第二接头部分(132b)之间的中央部处最小。
5.根据权利要求3所述的电池单元，其中，所述应力消除部(133b)的曲率半径(CR)小于所述电极板(150)和所述第二接头部分(132b)之间的长度。
6.根据权利要求1所述的电池单元(100)，其中，所述电极板(150)包括正极板和负极板，并且
其中，所述正极板和所述负极板中的每一者在所述多个电极组件中设置为多个。
7.根据权利要求6所述的电池单元，其中，通过堆叠从多个正极板或多个负极板突出并延伸的电极接头(130)来形成所述第二接头部分(132)。
8.根据权利要求7所述的电池单元(100)，其中，从所述正极板突出并延伸的所述电极接头(130)和从所述负极板突出并延伸的所述电极接头(130)沿相同方向突出。
9.根据权利要求7所述的电池单元(100)，其中，从所述正极板突出并延伸的所述电极接头(130)和从所述负极板突出并延伸的所述电极接头(130)沿相反方向突出。
10.根据权利要求1所述的电池单元(100)，其中，所述壳体(120)是袋状壳体。
11.一种电池模块，所述电池模块包括根据权利要求1至10中的任一项所述的电池单元(100)。
12.一种包括根据权利要求11所述的电池模块的装置。
CN202180025454.2A 2020-09-28 2021-08-25 包括形成有应力消除部的电极接头的电池单元 Pending CN115699443A (zh)

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