CN115868075A - 具有形成在绝缘膜上的排气单元的二次电池及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

根据本实施方式，提供了一种二次电池，其中，包括有正极、负极以及插置在正极与负极之间的隔膜的电极组件与电解质一起嵌入在电池壳体中，正极包括正极接头，负极包括负极接头，正极接头电连接至正极引线，负极接头电连接至负极引线，正极引线和负极引线通过电池壳体的密封部分暴露于外部，正极绝缘膜和负极绝缘膜分别附接到正极引线与电池壳体的密封部分之间接触的部分和负极引线与电池壳体的密封部分之间接触的部分，并且在正极绝缘膜和负极绝缘膜中的至少一个绝缘膜中，在正极引线或负极引线所附接到的部分中，在至少一个绝缘膜与正极引线或至少一个绝缘膜与负极引线之间形成用非粘合材料表面处理的排气单元。

Description

具有形成在绝缘膜上的排气单元的二次电池及其制造方法
技术领域
本申请要求于2021年1月27日在韩国提交的韩国专利申请No.10-2021-0011775的优先权。
本公开涉及一种具有形成在绝缘膜上的排气部分的二次电池及制造该二次电池的方法。
背景技术
由于化石燃料的使用的快速增长，对替代能源或清洁能源的使用的需求正在增加，并且作为其一部分的最积极研究的领域是使用电化学的发电和电力存储领域。
目前，使用电化学能源的电化学装置的典型示例包括二次电池，并且二次电池的使用领域正在逐渐扩大。
近来，随着技术发展和对诸如便携式计算机、蜂窝电话和照相机的移动设备的需求的增加，对作为能源的二次电池的需求日益增加。具体地，已经对显示出高充电/放电特性和寿命特性并且环境友好的锂二次电池进行了深入研究，并且锂二次电池已经商业化和广泛使用。
然而，如上所述，随着锂二次电池的应用范围扩大，需要增加能源密度。因此，这种锂二次电池由于这种增加的能源密度而导致二次电池内部产生的气体增加。
此外，当水渗入到二次电池中时，会发生副反应，因此二次电池的性能劣化和气体产生的问题被不期望地加速。
在这些情况下，通过在二次电池中形成排气部分使得在二次电池内部产生的气体可以释放到外部而解决了上述安全问题。然而，当二次电池排气时，二次电池的寿命会显著降低。因此，迫切需要解决上述问题。
发明内容
技术问题
本公开被设计为解决现有技术的问题。
具体地，本公开旨在提供一种二次电池和用于制造该二次电池的方法，该二次电池通过经由简单的方法有效地结构化气体排放路径以将气体有效地释放到外部而具有改善的安全性，同时最小化从外部扩散的水。
技术方案
在本公开的一个方面中，提供了一种二次电池，所述二次电池包括电极组件，
所述电极组件包括正极、负极和插置在所述正极和所述负极之间的隔膜，并且所述电极组件与电解质一起容纳在电池壳体中，
其中，所述正极包括正极接头，并且所述负极包括负极接头，
所述正极接头电连接到正极引线，所述负极接头电连接到负极引线，并且所述正极引线和所述负极引线通过所述电池壳体的密封部分暴露于外部，
正极绝缘膜和负极绝缘膜中的每一个附接到所述正极引线和所述负极引线中的每一个与所述电池壳体的所述密封部分接触的部分，
在所述正极引线或所述负极引线所附接到的部分处，所述正极绝缘膜和所述负极绝缘膜中的至少一个绝缘膜在绝缘膜与正极引线之间或绝缘膜与负极引线之间具有用非粘合材料表面处理的排气部分。
这里，排气部分可以是通过经辊压将非粘合材料从辊转移到绝缘膜上而形成的涂层。
非粘合材料可以是在涂覆熔点为220℃或更高的聚合物或凝胶化的陶瓷颗粒之后被固化的材料，并且具体地，可以是在涂覆选自由聚酰亚胺基材料、聚四氟乙烯和聚甲基戊烯构成的组中的至少一种聚合物或者选自由凝胶状态下的SiO2、TiO2、ZnO、CaO和BaO构成的组中的至少一种陶瓷颗粒之后而被固化的材料。
另外，排气部分可以具有从圆形、椭圆形和多边形中选择的平面形状。
同时，正极引线和负极引线中的至少一个电极引线可以包括金属基板和形成在金属基板的表面上的涂层。
在本公开的另一方面中，提供了一种用于制造二次电池的方法，所述用于制造二次电池的方法包括以下步骤：
(a)制备至少一个正极和至少一个负极，所述正极和所述负极各自具有包括电极活性材料层的结构，所述电极活性材料层形成在集流体上，在所述集流体的至少一侧中形成有接头；
(b)将隔膜插置在所述正极和所述负极之间；
(c)通过使用与排气部分的形状相对应的包括有非粘合材料的辊，经辊压工艺将所述非粘合材料转移到正极绝缘膜和负极绝缘膜中的至少一个，从而形成排气部分；以及
(d)将所述正极引线电连接到所述正极接头并且将所述负极引线电连接到所述负极接头，并且将所述正极绝缘膜和所述负极绝缘膜分别附接到所述正极引线和所述负极引线，
其中，
所述排气部分插置在所述正极引线和所述正极绝缘膜所附接到的部分之间、所述负极引线和所述负极绝缘膜所附接到的部分之间，或者所述正极引线和所述正极绝缘膜所附接到的部分之间以及所述负极引线和所述负极绝缘膜所附接到的部分之间。
这里，非粘合材料可以是在涂覆熔点为220℃或更高的聚合物或凝胶化的陶瓷颗粒之后被固化的材料，并且具体地，可以是在涂覆选自由聚酰亚胺基材料、聚四氟乙烯和聚甲基戊烯构成的组中的至少一种聚合物或者选自由凝胶状态下的SiO2、TiO2、ZnO、CaO和BaO构成的组中的至少一种陶瓷颗粒之后而被固化的材料。
另外，排气部分具有从圆形、椭圆形和多边形中选择的平面形状。
有益效果
根据本公开的实施方式，可以通过在附接到电极引线的绝缘膜上形成排气部分而在引线部分上形成气体排放路径，从而提供增加的有效值。
此外，排气膜通过经辊压工艺在粘合有电极引线的绝缘膜上涂覆非粘合材料的简单方法形成，因此可以快速且有效地形成。
附图说明
图1是示出根据本公开的实施方式的形成在绝缘膜上的排气部分的形状的一些实施方式的示意图。
图2是示出根据本公开的另一实施方式的二次电池的示意图。
图3是示出根据本公开的又一实施方式的用于形成排气部分的方法的示意图。
具体实施方式
在下文中，将参照附图详细描述本公开的优选实施方式。
在描述之前，应该理解，说明书和所附权利要求中使用的术语不应被解释为限于一般和字典含义，而是在允许发明人为了获得最佳解释而适当地定义术语的原则的基础上，基于与本公开的技术方面相对应的含义和概念来解释。
这里使用的术语仅用于描述特定实施方式的目的，而并非旨在限制本公开。如本文所使用的，单数形式“一”、“一个”和“所述”也旨在包括复数形式，除非上下文另外明确指出。
将理解的是，当在本说明书中使用时，术语“包括”、“设置有”或“具有”是指任何所述特征、数量、步骤、要素和/或其组合的存在，但不排除一个或更多个其它特征、数量、步骤、要素和/或其组合的添加。
在本公开的一个方面中，提供了一种二次电池，所述二次电池包括电极组件，
所述电极组件包括正极、负极和插置在所述正极和所述负极之间的隔膜，并且所述电极组件与电解质一起容纳在电池壳体中，
其中，所述正极包括正极接头，并且所述负极包括负极接头，
所述正极接头电连接到正极引线，所述负极接头电连接到负极引线，并且所述正极引线和所述负极引线通过所述电池壳体的密封部分暴露于外部，
正极绝缘膜和负极绝缘膜中的每一个附接到所述正极引线和所述负极引线中的每一个与所述电池壳体的所述密封部分接触的部分，
在所述正极引线或所述负极引线所附接到的部分处，所述正极绝缘膜和所述负极绝缘膜中的至少一个绝缘膜在绝缘膜与所述正极引线之间或所述绝缘膜与所述负极引线之间具有用非粘合材料表面处理的排气部分。
根据现有技术，已经开发了各种方法以在产生二次电池内部产生的气体时将这些气体排放到外部。例如，已经尝试通过在袋中形成凹口、在具有引线部分的间隙中形成单独的气体排放构件等将二次电池内部产生的气体排放到外部来确保二次电池的安全性。
然而，根据上述方法，二次电池一旦排气就不能再使用。因此，二次电池的寿命显著降低，或者另外需要单独的构件，因此该方法在价格竞争力方面不具有优势。
相反，根据本公开，通过更简单的方法在电极引线部分中形成排气部分，因此可以显著提高二次电池的寿命，同时确保二次电池的安全性。
具体地，可以通过非常简单和廉价的工艺形成排气部分。
例如，可以通过使用本领域技术人员已知的任何方法形成排气部分而没有特别的限制。例如，可以使用旋涂、刮涂、喷涂和喷墨印刷方法。具体地，排气部分可以是通过经辊压将非粘合材料从辊转移到绝缘膜上而形成的涂层。
通过在与引线粘合的绝缘薄膜上形成非粘合材料的涂层，并且以可以在引线和绝缘膜之间插置涂层这样的方式将绝缘膜附接到引线，可以以在工艺和成本方面显著有效的方式，以非常简单的方式形成排气部分。
这里，非粘合材料是指后续不与正极引线或负极引线粘合的材料。例如，非粘合材料可以是在涂覆熔点为220℃或更高的聚合物或凝胶化的陶瓷颗粒之后被固化的材料，并且具体地，可以是在对选自由聚酰亚胺基材料、聚四氟乙烯和聚甲基戊烯构成的组中的至少一种聚合物或者选自由凝胶状态下的SiO2、TiO2、ZnO、CaO和BaO构成的组中的至少一种陶瓷颗粒进行涂覆之后而被固化的材料。
这里，非粘合材料可以形成为具有30nm至1mm的涂覆厚度。
当非粘合材料的涂覆厚度满足上述范围时，在工艺方面具有优势，并且可以防止除了非粘合材料之外的部分未被密封的问题。因此，可以容易地防止电解质泄漏的问题。
这里，基于正极引线附接到正极绝缘膜或负极引线附接到负极绝缘膜的总面积，排气部分可以形成为具有10％-70％的面积，具体地为20％-50％的面积。
当排气部分的面积满足上述范围时，可以防止与密封性相关的问题(诸如电解质泄漏)，同时确保排气效果。
同时，排气部分在其平面形状方面没有特别限制，并且可以具有诸如圆形、椭圆形和多边形的各种形式，条件是其可以形成有能够防止诸如电解质泄漏的问题并且有效排放气体的图案。
图1是示出绝缘膜100上的排气部分101的形状的一些实施方式的示意图。
参照图1，图1(a)示出了矩形的排气部分，图1(b)示出了椭圆形的排气部分，图1(c)示出了不规则形状的多边形排气部分，并且图1(d)示出了三角形的排气部分101。
然而，附图中示出的形状仅用于说明的目的，并且本公开的范围不限于此。
图2是示出根据本公开的实施方式的二次电池200的示意图。
参照图2，包括有正极、负极和插置在正极和负极之间的隔膜的电极组件201与电解质一起容纳在电池壳体202中，其中正极包括正极接头203，负极包括负极接头204，正极接头203电连接到正极引线205，负极接头204电连接到负极引线206，正极引线205和负极引线206通过电池壳体的密封部分暴露于外部，正极绝缘膜110和负极绝缘膜100中的每一个附接到正极引线205和负极引线206中的每一个与电池壳体202的密封部分接触的部分。
这里，当将负极绝缘膜100附接到负极引线206的部分放大(A)并回顾其结构时，可以看出，排气部分101部分地形成在负极绝缘膜100附接到负极引线206的部分处。
这里，排气部分101设置在负极绝缘膜100和负极引线206之间并且不与负极引线206粘合，因此用作气体排放路径。
虽然在图中未示出，但是排气部分可以形成在正极绝缘膜110中，或者可以形成在正极绝缘膜110和负极绝缘膜100两者中。
同时，基于负极引线206与负极绝缘膜100接触的面积，排气部分101可以形成为具有20％-90％的面积、具体地为30％-80％的面积。
当排气部分101的面积满足上述范围时，可以确保用于引线与绝缘膜的粘合的足够面积，同时确保排气效果，从而容易地确保密封性。
另外，排气部分的形状与上述相同。
正极绝缘膜110和负极绝缘膜100可以由选自电绝缘热塑性树脂、热固性树脂和光固化树脂中的任何一种材料制成。材料的具体示例包括聚烯烃树脂、苯乙烯丁二烯树脂、苯乙烯树脂、环氧树脂、聚氨酯树脂、丙烯酸树脂、酚醛树脂、酰胺基树脂、丙烯酸酯树脂及其改性树脂，但材料不受特别限制，只要其可执行上述功能即可。
将参照目前已知的关于绝缘膜的其它详细描述的内容。
同时，正极引线205和负极引线206中的至少一个电极引线可以由金属基板制成，但是可以包括金属基板和形成在金属基板的表面上的涂层。
这里，金属基板可以包括选自由镍(Ni)、铝(Al)、铜(Cu)和不锈钢构成的组中的至少一种。具体地，用于金属基板的优选材料可以根据电极引线是正极引线还是负极引线而不同。例如，在正极引线的情况下，金属基板可以包括铝、镍或包含它们中的至少一种的合金。在负极引线的情况下，金属基板可包括铜、镍或包含它们中的至少一种的合金。
同时，涂层用于防止电极引线因渗入到二次电池的水与电解质之间的反应所产生的强酸而腐蚀，同时改善电极引线与绝缘膜之间的粘合性。例如，涂层可以包括金属或金属氧化物，并且具体地，可以包括选自由铬(Cr)、镍(Ni)、铁(Fe)、钼(Mo)、硅(Si)、钛(Ti)、铌(Cb)、氧化硅、氧化锡和氧化钛构成的组中的至少一种。
这里，涂层可以具有100μm或更小的厚度、具体地是30μm-100μm的厚度、更具体地是30μm-80μm的厚度、并且最具体是30μm-70μm的厚度。
当满足上述范围时，可以防止正极引线和负极引线因二次电池的内部产生的强酸而腐蚀，同时优选防止引线厚度的过度增加。
此外，涂层可以通过使用本领域技术人员公知的方法形成，而没有特别限制。例如，可以通过电镀等形成涂层。
虽然电池壳体没有特别限制，但是它可以是允许适当应用上述结构的袋型电池壳体。
正极、负极、隔膜、正极接头、负极接头、电池壳体、电解质等的构成是本领域技术人员公知的，这里将省略其详细描述。
同时，在本公开的另一方面，
提供了一种用于制造二次电池的方法，所述用于制造二次电池的方法包括以下步骤：
(a)制备至少一个正极和至少一个负极，所述正极和所述负极各自具有包括电极活性材料层的结构，所述电极活性材料层形成在集流体上，在所述集流体的至少一侧中形成有接头；
(b)将隔膜插置在所述正极和所述负极之间；
(c)通过使用与排气部分的形状相对应的包括有非粘合材料的辊，经辊压工艺将所述非粘合材料转移到正极绝缘膜和负极绝缘膜中的至少一个，从而形成排气部分；以及
(d)将所述正极引线电连接到所述正极接头并且将所述负极引线电连接到所述负极接头，并且将所述正极绝缘膜和所述负极绝缘膜分别附接到所述正极引线和所述负极引线，
其中，
所述排气部分插置在所述正极引线和所述正极绝缘膜所附接到的部分之间，插置在所述负极引线和所述负极绝缘膜所附接到的部分之间，或者插置在所述正极引线和所述正极绝缘膜所附接到的部分之间以及所述负极引线和所述负极绝缘膜所附接到的部分之间。
具体地，根据本公开，排气部分可以通过辊压工艺形成。
该方法示意性地在图3中示出。
参照图3，使用具有与形成在其表面上的排气部分101的形状相对应的非粘合材料111的辊300进行压制，使得非粘合材料111可以转移并涂覆在绝缘膜100的表面上，从而形成排气部分101。
这里，非粘合材料111的具体示例与上述相同。在附图中，排气部分101的形状为矩形。然而，排气部分可以具有从圆形、椭圆形和多边形中选择的平面形状，而没有特别限制。
已经详细描述了本公开。然而，应当理解的是，尽管指出了本公开的优选实施方式，但是详细描述和具体示例仅作为例示给出，因为根据该详细描述，本公开的范围内的各种改变和修改对于本领域技术人员将变得显而易见。

Claims (8)

1.一种二次电池，所述二次电池包括电极组件，所述电极组件包括正极、负极和插置在所述正极和所述负极之间的隔膜，并且所述电极组件与电解质一起容纳在电池壳体中，
其中，所述正极包括正极接头，并且所述负极包括负极接头，
所述正极接头电连接到正极引线，所述负极接头电连接到负极引线，并且所述正极引线和所述负极引线通过所述电池壳体的密封部分暴露于外部，
正极绝缘膜和负极绝缘膜中的每一个附接到所述正极引线和所述负极引线中的每一个与所述电池壳体的所述密封部分接触的部分，并且
在所述正极引线或所述负极引线所附接到的部分处，所述正极绝缘膜和所述负极绝缘膜中的至少一个绝缘膜在所述绝缘膜与所述正极引线之间或所述绝缘膜与所述负极引线之间具有用非粘合材料表面处理的排气部分。
2.根据权利要求1所述的二次电池，其中，所述排气部分是通过经辊压将非粘合材料从辊转移到所述绝缘膜上而形成的涂层。
3.根据权利要求1所述的二次电池，其中，所述非粘合材料是在涂覆选自由聚酰亚胺基材料、聚四氟乙烯和聚甲基戊烯构成的组中的至少一种聚合物或者选自由凝胶状态下的SiO2、TiO2、ZnO、CaO和BaO构成的组中的至少一种陶瓷颗粒之后而被固化的材料。
4.根据权利要求1所述的二次电池，其中，所述排气部分具有从圆形、椭圆形和多边形中选择的平面形状。
5.根据权利要求1所述的二次电池，其中，所述正极引线和所述负极引线中的至少一个电极引线包括金属基板和形成在所述金属基板的表面上的涂层。
6.一种用于制造根据权利要求1所述的二次电池的方法，该用于制造二次电池的方法包括以下步骤：
(a)制备至少一个正极和至少一个负极，所述正极和所述负极各自具有包括电极活性材料层的结构，所述电极活性材料层形成在集流体上，在所述集流体的至少一侧中形成有接头；
(b)将隔膜插置在所述正极和所述负极之间；
(c)通过使用与排气部分的形状相对应的包括有非粘合材料的辊，经辊压工艺将所述非粘合材料转移到正极绝缘膜和负极绝缘膜中的至少一个，从而形成排气部分；以及
(d)将所述正极引线电连接到所述正极接头并且将所述负极引线电连接到所述负极接头，并且将所述正极绝缘膜和所述负极绝缘膜分别附接到所述正极引线和所述负极引线，
其中，所述排气部分插置在所述正极引线和所述正极绝缘膜所附接到的部分之间、所述负极引线和所述负极绝缘膜所附接到的部分之间、或者所述正极引线和所述正极绝缘膜所附接到的部分之间以及所述负极引线和所述负极绝缘膜所附接到的部分之间。
7.根据权利要求6所述的用于制造二次电池的方法，其中，所述非粘合材料是在涂覆选自由聚酰亚胺基材料、聚四氟乙烯和聚甲基戊烯构成的组中的至少一种聚合物或者选自由凝胶状态下的SiO2、TiO2、ZnO、CaO和BaO构成的组中的至少一种陶瓷颗粒之后而被固化的材料。
8.根据权利要求6所述的用于制造二次电池的方法，其中，所述排气部分具有从圆形、椭圆形和多边形中选择的平面形状。
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