CN115769427A - 金属构件被插入至罐体中以提高安全性的二次电池 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种二次电池，其中，包括正极、分隔件和负极的电极组件连同电解质溶液一起容置在电池盒中，其中，电池盒由金属制成，并且包括：罐体，该罐体包括用于容置电极组件和电解质溶液的容置部并且该罐体在罐体的上部是开口的；以及盖组件，该盖组件被耦接至罐体的开口的上部，其中，罐体包括：容置部的上部处向内弯曲的卷边部；以及从卷边部的上部沿着朝向盖组件的方向弯曲的压接部，其中，金属构件被插入至罐体的底部和压接部中的至少一个中，并且金属构件的熔点低于罐体的金属的熔点。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求于2021年5月28日提交于韩国知识产权局的韩国专利申请第10-2021-0069475号的权益，该韩国专利申请的内容通过引用以其整体并入本文中。
技术领域
本公开涉及金属构件被插入罐体中以提高安全性的二次电池。
背景技术
由于化石燃料的使用迅速增加，对于使用替代能源或清洁能源的需求正在增加，并且作为其一部分，研究最活跃的领域是使用电化学进行发电和电力储存的领域。
目前，二次电池是利用这样的电化学能源的电化学装置的代表性示例，并且其使用范围倾向于逐渐扩大。
近年来，随着诸如便携式计算机、便携式电话和摄像装置的移动装置日益发展，对于作为用于移动装置的能源的二次电池的需求也已急剧增加。在这样的二次电池中，锂二次电池展示出了高充电/放电特性和高寿命特性并且是对环境友好的，已经在锂二次电池方面进行了大量研究，并且锂二次电池现今已经商业化并被广泛使用。
另外，随着对环境问题的关注增长，关于电动车辆、混合电动车辆等的研究频繁进行，这些车辆可以取代作为空气污染的主要成因之一的使用化石燃料的车辆例如汽油车辆和柴油车辆。尽管主要使用镍金属氢化物二次电池作为用于电动车辆和混合电动车辆的电源，但是关于具有高能量密度和高放电电压的锂二次电池的使用的研究也正在积极进行，其中一部分正处于商业化阶段。
取决于电池盒的形状，二次电池通常可以包括：将堆叠/折叠型或卷绕型电极组件容置在作为电池盒的由金属制成的盒中的圆柱形二次电池或棱柱形二次电池；将堆叠型或堆叠/折叠型电极组件内置到由铝层压片制成的袋型电池盒中的袋型二次电池；等等。
同时，当圆柱形电池被用作电动车辆的电池时，圆柱形电池的安全方面正在成为更加重要的问题。
特别地，当在车辆中发生火灾时，影响其他电池的一个圆柱形电池的起火就可能导致电池的链式起火，这可能导致更大的事故。
因此，当电池被暴露于高温并起火时，圆柱形罐的侧表面没有受到损坏，而且这种情况需要结束，但圆柱形罐的现行设计不能保证罐的侧表面将不受到损坏。
因此，本发明不限于此。
因此，需要开发可以解决这些问题并防止对电池的侧表面的损坏的二次电池的技术。
发明内容
[技术问题]
设计了本公开以解决以上提及的问题和其他尚未解决的技术问题。
具体地，本公开的目的是提供一种二次电池，该二次电池可以防止对罐体的侧表面的损坏并使对周围的二次电池的影响最小化以便防止连续起火，并且该二次电池还确保了在二次电池的内部起火期间由于压力升高而导致的压力的作用被施加至罐体的上端和下端而非侧表面。
[技术方案]
根据本公开的一个实施例，提供了一种二次电池，其中，包括阴极、分隔件和阳极的电极组件连同电解质溶液一起容置在电池盒中，
其中，电池盒由金属制成，
其中，电池盒包括：罐体，该罐体包括用于容置电极组件和电解质溶液的壳体部并且该罐体在罐体的上部是开口的；以及盖组件，该盖组件被耦接至罐体的开口的上部，
其中，罐体包括：壳体部的上部处向内弯曲的卷边部；以及卷边部的上部沿盖组件所在的方向弯曲的压接部，
其中，罐体的底部或压接部中的至少一个具有被插入在其中的金属构件，并且
其中，金属构件的熔点低于罐体的金属的熔点。
其中，罐体可以由熔点为1000℃至2000℃的金属制成，并且金属构件可以由熔点为200℃至600℃的金属制成。
具体地，电池盒可以由包含选自包括铝、镍、不锈钢(SUS)、铜、铁、青铜和黄铜的组中的任一种的金属制成，并且金属构件可以由包含选自包括锡(Sn)、锌(Zn)和铅(Pb)的组中的任一种的金属制成。
此外，金属构件可以包括在罐体的底部和压接部两者中。
包含在罐体的底部中的金属构件的平面形状可以是多边形、圆形或椭圆形，并且包含在压接部中的金属构件可以被包括在压接部周围部分或全部纵向方向上连续或非连续的条带形状中。
其中，在罐体的底部中，金属构件可以以底部的总面积的10％至90％的大小被包括在内，并且在压接部中，金属构件可以以压接部的总面积的10％至90％的大小被包括在内。
此外，金属构件可以以形成罐体的金属厚度的20％至90％的厚度被包括在内。
在一个具体实施例中，罐体可以是圆柱形盒，并且电极组件可以是卷绕型或堆叠/折叠型电极组件。
附图说明
图1是根据本公开的实施例的二次电池的示意图；
图2是图1中的二次电池的底部的俯视图；以及
图3是使与压接部相对应的部分沿周围方向虚拟延伸以便展现图1的二次电池的压接部中的金属构件的状态的示意图。
具体实施方式
在下文中，为了更好地理解本公开，将更详细地描述本公开。
在本说明书和权利要求书中使用的术语或词语不应当被解释为限于普通术语或词典术语，并且应当基于发明人可以适当地定义术语的概念以按最佳方式适当地描述其公开内容的原则来使用与本公开的技术构思一致的意义和概念解释本公开。
本文中提供的技术术语仅用于描述仅特定实施例的目的，并且不旨在限制本公开。单数形式的“一”、“一个”和“该”旨在同样包括复数形式，除非上下文另有清楚的指示。
本文中使用的术语“包括(including)”或“包括(comprising)”指明了具体特征、整数、步骤、动作、部件或其组合，但是不排除存在或添加不同的具体特征、整数、步骤、部件和/或其组合。
根据本公开的一个实施例：
提供了一种二次电池，其中，包括阴极、分隔件和阳极的电极组件连同电解质溶液一起容置在电池盒中，
其中，电池盒由金属制成，
其中，电池盒包括：罐体，该罐体包括用于容置电极组件和电解质溶液的壳体部，并且该罐体在罐体的上部是开口的；以及盖组件，该盖组件被耦接至罐体的开口的上部，
其中，罐体包括：壳体部的上部处向内弯曲的卷边部；以及卷边部的上部处沿盖组件所在的方向弯曲的压接部，
其中，罐体的底部或压接部中的至少一个具有被插入在其中的金属构件，并且
其中，金属构件的熔点低于罐体的金属的熔点。
在下面，术语“金属”是不仅包括单一金属而且也包括合金的概念。
在这种情况下，只要罐体是具有高温熔点的金属，罐体就不受限制，并且例如，罐体可以由熔点为1000℃至2000℃的金属制成。更具体地，罐体可以由包含选自包括铝、镍、不锈钢(SUS)、铜、铁、青铜和黄铜的组中的任一种的金属制成。
此处，在包括以上材料中的至少一种的情况下，包含任一种的金属是包括全部合金或单一金属的概念。
然而，具体地，罐体可以由铁或不锈钢制成。
同时，金属构件可以由熔点低于比构成罐体的金属(合金或单一金属)的熔点的的金属制成。
具体地，如果金属构件的熔点低于罐体的金属的熔点，则金属构件的类型不受限制，但是例如，金属构件可以由熔点为200℃至600℃的金属制成，并且更具体地，金属构件可以由包含选自包括锡(Sn)、锌(Zn)和铅(Pb)的组中的任一种的金属制成。
这方面也与对罐体的金属的描述相同，并且具体地，金属构件可以是锡或锌。
当具有低熔点的金属构件包括在形成如上所述的罐体的底部或压接部的金属中时，在二次电池的内部起火期间，随着温度升高，罐体的底部和/或压接部变弱，并且因此，由于压力升高而导致的压力的作用被施加至底部或压接部，以此可以在罐体的侧表面上使压力的作用最小化，从而可以降低对周围的二次电池的影响。
在本公开中，在图1中示出了这样的二次电池的示意图。
参照图1，根据本公开的二次电池100由这样的结构形成：包括阴极、分隔件和阳极的电极组件120连同电解质溶液一起容置在罐体110中，罐体110包括作为电池盒的壳体部111且罐体110在罐体的上部是开口的，并且盖组件130被耦接至罐体110的开口的上部。
其中，罐体110为圆柱形盒。
其中，罐体110包括：壳体部111，该壳体部111支承电极组件120并包括底部114和从底部向上延伸的侧表面；在壳体部111的上部向内弯曲的卷边部112；以及卷边部112的上部处沿盖组件130所在的方向弯曲的压接部113。
此时，在罐体110的底部114和压接部113中，相应的金属构件160和金属构件170被插入在形成底部114和压接部113的金属内。
当然，金属构件可以被包括在底部114和压接部113中的至少一个中，但是为了进一步降低对罐体110的侧表面的影响，使压力作用在上侧和下侧两者上是有利的。因此，更优选地，如图1中那样，金属构件160和金属构件170分别被插入底部114和压接部113两者中。
同时，相应的金属构件160和金属构件170仅需要包含在罐体110的底部114和压接部113中，以达到展示本公开所计划的效果的程度，并且金属构件的形状、面积、厚度等不受限制。
在这方面，为了说明插入至罐体110的底部114中的金属构件160，图2示意性地示出了底部114的俯视图。
参照图2，插入至罐体110的底部114中的金属构件160的平面形状可以是多边形(a)、圆形(b)或椭圆形(c)，并且该平面形状不受限制。
同时，金属构件160的平面面积也不特别地受到限制，只要包括该平面面积达到展示本公开所计划的效果的程度即可。然而，为了有效地展示本公开所计划的效果，面积(S)可以是底部114的总面积(A)的10％至90％，具体地20％至90％，并且更具体地30％至80％。
如果面积太小而在以上范围外，则本公开所计划的效果可能不显著，而如果面积太大，则罐体110本身的刚性可能减弱，这不是优选的。
同时，图3示意性地示出了下述状态：使与压接部113相对应的部分沿周围方向虚拟延伸，以便说明被插入至罐体110的压接部113中的金属构件170。
包括在压接部113中的金属构件170也不受其形状的限制，但是优选地从侧表面沿周围方向形成。因此，如图3所示，金属构件170可以被包括在压接部113周围部分或全部纵向方向上的条带形状中。
同时，金属构件170可以包括在如图3的(a)所示的连续条带形状中，并且可以形成在如图3的(b)所示的非连续条带形状中。
另外，与底部114类似，如果可以展示本公开所计划的效果的程度，则金属构件170的形成面积(S’a+S’b+S’c+S’d)不受限制。然而，为了有效地展示本公开所计划的效果，面积(S')可以是压接部113的总面积(A')的10％至90％，具体地20％至90％，更具体地30％至80％。
此处，在用于描述面积的标准中，相对于卷边部112的以下部分被视为压接部113：从远离卷边部112的弯曲部沿与电极组件120的插入方向平行的方向形成的直线部分到沿盖组件130的方向弯曲并被耦接至盖组件130的罐体110的端部。
数值限制的含义也与关于在底部114处的金属构件160的面积的数值限制的理由相同。
同时，再次参照图1，包括在罐体110的底部114和/或压接部113中的相应的金属构件160和金属构件170的厚度t可以包括形成罐体110的金属厚度T的10％至90％，更具体地20％至80％，并且更具体地30％至60％。
如果厚度太薄而在以上范围外，则本公开所计划的效果可能不显著，而如果厚度太厚，则罐体110本身的刚性可能减弱，这不是优选的。
接下来将详细描述其他二次电池的配置。
电极组件120是但不限于卷绕型或堆叠/折叠型电极组件。
卷绕型电极组件是通过在片状阴极与片状阳极之间插入和卷绕片状分隔件来制造的。
堆叠/折叠型电极组件是通过下述方式来制造：在片状分隔膜上卷绕单元电极、单元电极和分隔件，将满电的电池堆叠以使得相同极性的电极被定位在两端处，以及将二分电池堆叠以使得不同极性的电极被定位在两端处。
这样的卷绕型电极组件和堆叠/折叠型电极组件的具体配置是常规已知的，并且因此本文中将省略其详细描述。
此外，由于本公开的电极组件的具体配置，以及阴极、阳极、分隔件和电解质溶液的具体描述是常规已知的，因此本文中将省略其详细描述。
此外，根据本公开的二次电池100包括安装在罐体110的卷边部112的上部上的衬垫140，并且盖组件由以下结构形成，该结构包括：上盖131；电流中断安全装置(PTC装置)132和用于内部压力降的安全通气口133，其堆叠在上盖131的下方；以及形成在安全通气口133的下端处的电流中断装置(CID)134。
另外，从电极组件120中取出阴极接片121和阳极接片122，阴极接片121被电连接至盖组件130，并且阳极接片122被连接至罐体130的底部114。
此处，电流中断安全装置132、安全通气口133和电流中断装置134优选地是电流流过的全部结构，并且被形成为确保二次电池的安全性。
由于其他具体细节是常规已知的，因此本文中将省略其描述。
此外，根据本公开的二次电池100包括中心销150，该中心销150具有插入至电极组件120的中心部中的中空结构。
此时，与罐体110类似，中心销150也可以由金属、具体地包含选自包括铝、镍、不锈钢(SUS)、铜、铁、青铜和黄铜的组中的任一种的金属制成。
本领域的普通技术人员将能够基于以上内容在本公开的范围内进行各种应用和修改。
[工业适用性]
如上所述，根据本公开的实施例的二次电池配置成使得在电池盒的罐体的底部和/或压接部中，熔点低于构成罐体的金属的熔点的金属构件被插入其中，在二次电池的内部起火期间，随着温度升高，罐体的底部和/或压接部变弱，并且由于压力升高而导致的压力的作用被施加至二次电池的下端和上端，以此可以使罐体的侧面上的压力作用最小化，从而降低对周围的二次电池的影响并且防止链式起火。
Claims (10)
1.一种二次电池，其中，包括阴极、分隔件和阳极的电极组件连同电解质溶液一起容置在电池盒中，
其中，所述电池盒由金属制成，
其中，所述电池盒包括：罐体，所述罐体包括用于容置所述电极组件和所述电解质溶液的壳体部，并且所述罐体在所述罐体的上部是开口的；以及盖组件，所述盖组件被耦接至所述罐体的开口的上部，
其中，所述罐体包括：所述壳体部的上部处向内弯曲的卷边部；以及所述卷边部的上部处沿所述盖组件所在的方向弯曲的压接部，
其中，所述罐体的底部或所述压接部中的至少一个具有被插入其中的金属构件，并且
其中，所述金属构件的熔点低于所述罐体的金属的熔点。
2.根据权利要求1所述的二次电池，其中：
所述罐体由熔点为1000℃至2000℃的金属制成，并且
所述金属构件由熔点为200℃至600℃的金属制成。
3.根据权利要求1所述的二次电池，其中：
所述电池盒由包含选自包括铝、镍、不锈钢(SUS)、铜、铁、青铜和黄铜的组中的任一种的金属制成，并且
所述金属构件由包含选自包括锡(Sn)、锌(Zn)和铅(Pb)的组中的任一种的金属制成。
4.根据权利要求1所述的二次电池，其中：
所述金属构件包括在所述罐体的底部和所述压接部两者中。
5.根据权利要求1所述的二次电池，其中：
包含在所述罐体的底部中的所述金属构件的平面形状是多边形、圆形或椭圆形。
6.根据权利要求1所述的二次电池，其中：
包含在所述压接部中的所述金属构件被包括在所述压接部周围部分或全部纵向方向上连续或非连续的条带形状中。
7.根据权利要求1所述的二次电池，其中：
在所述罐体的底部中，所述金属构件以所述底部的总面积的10％至90％的大小被包括在内，并且
在所述压接部中，所述金属构件以所述压接部的总面积的10％至90％的大小被包括在内。
8.根据权利要求1所述的二次电池，其中：
所述金属构件以形成所述罐体的金属厚度的10％至90％的厚度被包括在内。
9.根据权利要求1所述的二次电池，其中：
所述罐体是圆柱形盒。
10.根据权利要求1所述的二次电池，其中：
所述电极组件是卷绕型电极组件或堆叠/折叠型电极组件。
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