CN115911780A - 二次电池和用于制造二次电池的方法 - Google Patents

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Abstract

公开了二次电池和用于制造二次电池的方法。根据本发明的一个方面，提供了一种制造二次电池的方法，该方法包括：第一步骤：提供顶盖和安全阀；第二步骤：使得该安全阀的端部向上弯折；以及第三步骤，将顶盖插入到安全阀内，其中，在第二步骤和第三步骤之间，该顶盖的外径(A)大于该安全阀的内径(B)，在所述顶盖的侧部和所述安全阀的弯折部彼此相接触的区域中的上部区域或下部区域上，接触压力能够较高，在中心区域上接触压力能够相对较低。根据本发明的另一发明，提供了一种二次电池，在所述顶盖的所述侧部和所述安全阀的所述弯折部彼此相接触的区域中的上部区域或下部区域上，接触压力能够较高，在中心区域上接触压力能够相对较低。

Description

二次电池和用于制造二次电池的方法
分案申请
本申请是申请日为2019年11月20日、申请号为201980008204.0、发明名称为“二次电池和用于制造二次电池的方法”的中国发明专利申请的分案申请。
相关申请的交叉引用
本申请要求2018年11月28日提交的韩国专利申请No.10-2018-0149832的优先权权益，通过引用将该韩国专利申请整体并入于此。
技术领域
本发明涉及一种二次电池和一种制造二次电池的方法。
背景技术
根据能够重复充电和放电的二次电池的结构，可以将二次电池分为袋型、棱柱型、圆柱型等。
在这些类型中，圆柱形二次电池具有这样的结构：顶盖联接到容纳电极组件的电池罐的上部。此外，在圆柱形二次电池中，安全阀通常联接到顶盖和电池罐，该安全阀位于顶盖的下方，并且在二次电池的内部压力升高时，所述安全阀破裂，以将气体排放到外部。
根据相关技术，在制造圆柱形二次电池的过程中，该顶盖设置在安全阀内部，该安全阀的外周部向上弯折，然后，该安全阀的外周部沿着朝向顶盖的方向再次弯折。
然而，由于顶盖必须如上所述设置在安全阀的内部，因此，顶盖的外径必须小于安全阀的内部的内径。因此，在制成的圆柱形二次电池中，安全阀的内部与顶盖的外部之间可能必然存在间隙。根据相关技术，二次电池内的电解质可能由于该间隙而泄漏。
发明内容
技术问题
因此，本发明的目的是解决根据相关技术制造的圆柱形二次电池中可能会发生的、电解质的泄漏问题。
技术方案
根据本发明的一方面，提供了一种用于制造二次电池的方法，所述方法包括：
第一步骤：提供顶盖和安全阀；
第二步骤：将所述安全阀的端部向上弯折；以及
第三步骤：将所述顶盖插入到所述安全阀的内部，
其中，在所述第二步骤和所述第三步骤之间，所述顶盖的外径(A)大于所述安全阀的内径(B)，
在所述顶盖的侧部和所述安全阀的弯折部彼此相接触的区域中的上部区域或下部区域上，接触压力能够较高，在中心区域上接触压力能够相对较低。
根据本发明的另一方面，提供了一种二次电池，所述二次电池包括：
电池罐；
顶盖，所述顶盖联接到所述电池罐的上部；以及
安全阀，所述安全阀设置在所述顶盖的下方，
其中，所述安全阀的端部向上弯折，以形成弯折部，
所述安全阀的所述弯折部与所述顶盖的侧部紧密接触，并且
在所述顶盖的所述侧部和所述安全阀的所述弯折部彼此相接触的区域中的上部区域或下部区域上，接触压力能够较高，在中心区域上接触压力能够相对较低。
为了实现上文描述的目的，根据本发明的一个方面，提供了一种制造二次电池的方法，该方法包括：第一步骤：提供顶盖和安全阀；第二步骤：将该安全阀的端部向上弯折；以及第三步骤：将顶盖插入到安全阀的内部，其中，在第二步骤和第三步骤之间，顶盖的外径(A)大于安全阀的内径(B)。
在第二步骤和第三步骤之间，使得顶盖的外径(A)可以比安全阀的内径(B)大0.01mm到0.03mm。
在所述第三步骤之后施加在所述顶盖和所述安全阀之间的接触压力可以大于或等于如下压力(Pv)，所述压力(Pv)是当所述二次电池内的气体开始通过所述安全阀排放时所述二次电池内的压力。
顶盖可以由冷轧钢板、不锈钢或铝制成，并且安全阀可以由铝制成。
在第三步骤之后，施加在顶盖的侧部和安全阀之间的接触压力可以是7.0MPa或更低。
顶盖的外径(A)和安全阀的内径(B)之间的差值(A-B)与顶盖的外径(A)的比值(A-B)/A)可以在5.4×10-4到1.62×10-3之间。
顶盖的外径(A)和安全阀的内径(B)之间的差值(A-B)与安全阀的内径(B)的比值((A-B)/B)可以在5.4×10-4到1.62×10-3之间。
该方法还可以包括第四步骤：沿着所述安全阀的中心方向附加地弯折所述安全阀的端部。
在第三步骤之后，施加到顶盖的侧部和安全阀之间区域的中心区域的接触压力可以是3.5MPa或更低。
为了实现上文描述的目的，根据本发明的另一方面，提供一种二次电池，该二次电池包括：电池罐；顶盖，该顶盖联接到电池罐的上部；以及安全阀，该安全阀设置在该顶盖下方，其中，该安全阀的端部向上弯折，以形成弯折部，该安全阀的弯折部与顶盖的侧部紧密接触，并且该安全阀的弯折部和该顶盖的侧部之间的接触压力在0.7MPa到7.0MPa之间。
施加到安全阀的弯折部与顶盖的侧部之间区域的中心区域的接触压力可以是3.5MPa或更低。
有利效果
根据本发明，可以防止由于圆柱形二次电池中的安全阀与顶盖之间的间隙而可能发生的电解质泄漏。
附图说明
图1是单独地示出根据本发明的顶盖和安全阀的结构的侧截面图。
图2是图示根据本发明的二次电池的上部结构的侧截面图。
图3是模拟结果，其中以可视方式示出了根据本发明的实施例和比较示例的、彼此联接的顶盖和安全阀中的安全阀内部的应力。
具体实施方式
下文中，将参照附图描述根据本发明的制造二次电池的方法。
这里，根据本发明的二次电池可以是圆柱形二次电池。
用于制造二次电池的方法
图1是单独地示出根据本发明的顶盖和安全阀的结构的侧截面图，并且图2是图示根据本发明的二次电池的上部结构的侧截面图。
根据本发明的用于制造二次电池的方法可以包括提供顶盖200和安全阀300的第一步骤。顶盖200可以构造成联接到电池罐100的上部(参见图2)。这里，如图1中所示，顶盖200的外周可以具有外径为A的圆形形状。此外，顶盖200可以由冷轧钢板、不锈钢或铝的材料制成。
这里，在安全阀300中，可以形成凹口部300a，该凹口部300a的厚度小于安全阀300的其它区域中的厚度。由于二次电池内温度升高等，二次电池内的内部压力可能升高。当二次电池的内部压力超过特定压力时，安全阀300的凹口部300a破裂，由此，二次电池内的气体可以通过凹口部300a以及顶盖200的排放口(未示出)而排放到外部。因此，可以防止由于二次电池的内部压力升高而造成二次电池发生爆炸。
此外，根据本发明的用于制造二次电池的方法还可以包括将安全阀300的端部向上弯折的第二步骤。如图1中所示，可以通过第二步骤在安全阀300的端部中形成具有向上弯折形状的弯折部310。这里，如图1中所示，其中形成有弯折部310的安全阀300的内部可以具有内径为B的圆形形状。此外，该安全阀300可以由铝材料制成。
再次参照附图，根据本发明的用于制造二次电池的方法还可以包括将顶盖200插入安全阀300内的第三步骤。在第二步骤和第三步骤之间，顶盖200的外径A可以大于安全阀300的内径B。
基于根据相关技术的圆柱形二次电池的结构，由于顶盖必须设置在安全阀内，因此，顶盖的外径必须小于安全阀的内径。因此，在根据相关技术制成的圆柱形二次电池中，安全阀的内侧与顶盖的外侧之间可能必然存在间隙。于是，存在电解质可能泄漏的风险。
然而，根据本发明，顶盖的外径被制造成大于安全阀的内径，因此，当在第三步骤中将顶盖和安全阀彼此联接时，顶盖的外侧与安全阀的内侧之间可以不存在间隙。因此，与相关技术不同的是，由于顶盖的外侧与安全阀的内侧之间不存在间隙，因此，不同于相关技术，可以防止电解质从位于顶盖的外侧与安全阀的内侧之间的空间泄漏。
这里，顶盖200的外径A和安全阀300的内径B之间的差值(A-B)与顶盖200的外径A的比值(A-B)/(A)或者与安全阀300的内径B的比值(A-B)/(B)可以是在5.4×10-4到1.62×10-3之间。
当(A-B)/A或(A-B)/B小于5.4×10-4时，顶盖200和安全阀300之间的接触压力变得过小，因此，顶盖200可能与安全阀300分离，并且随着二次电池10的内部压力的升高而飞出。另外，当(A-B)/A或(A-B)/B大于1.62×10-3时，由于顶盖200和安全阀300之间的接触压力过度升高，因此顶盖200或安全阀300的内部应力过度增大，因此，在将顶盖200联接到安全阀300的过程中或者当使用二次电池10时，顶盖200或安全阀300可能受损。
如上所述，在根据本发明的用于制造二次电池的方法中，由于在第二步骤和第三步骤之间、顶盖200的外径A大于安全阀300的内径B，因此通过第三步骤可以在顶盖200和安全阀300之间建立过盈配合联接。因此，在第三步骤之后，可以将压力相互地施加到顶盖200和安全阀300彼此紧密接触的区域中。也就是说，如图2中所示，可以在顶盖200的侧部210和安全阀300的弯折部310之间施加接触压力。
该接触压力需要大于二次电池10内的压力。这是因为，如果接触压力小于二次电池10内的压力，则顶盖200可能会由于二次电池10内部的压力而与安全阀300分隔开。
特别地，不仅当二次电池10正常操作时，而且在由于二次电池10的内部压力的异常升高而使得凹口部300a发生破裂并且二次电池10内的气体排放到外部的情形中，顶盖200都连接到安全阀300。这是由于，如果顶盖200随着二次电池10的内部压力的异常升高而从安全阀300分离并且飞出的话，可能发生由顶盖200造成的安全事故。
因此，在根据本发明的用于制造二次电池的方法中，在第三步骤之后施加在顶盖200和安全阀300之间的接触压力可以大于或等于压力Pv，该压力Pv是当二次电池10内的气体开始通过安全阀300排放时二次电池内的压力。在这种情形中，即使二次电池10的内部压力异常地升高，也可以防止当顶盖200与安全阀300分离时可能发生的安全事故。这里，Pv在1.3MPa到3.0MPa之间。
这里，顶盖200的外径A可以比安全阀300的内径B大0.01mm到0.03mm。
当外径A比内径B大了不足0.01mm时，顶盖200和安全阀300之间的接触压力变得过小，因此，随着二次电池10的内部压力升高，顶盖200可能与安全阀300分离并且飞出。另一方面，当外径A比内径B大了0.03mm以上时，由于顶盖200和安全阀300之间的接触压力过度升高，因此顶盖200或安全阀300的内部应力过度增大，因此，在将顶盖200联接到安全阀300的过程中或者当使用二次电池10时，顶盖200或安全阀300可能受损。更优选地，顶盖200的外径A可以比安全阀300的内径B大0.01mm到0.02mm。
这里，在第三步骤之后，在顶盖200的侧部210与安全阀300的弯折部310彼此面向的整个区域上，顶盖200的侧部210与安全阀300的弯折部310之间的接触压力可以是7.0MPa或更低。此外，在第三步骤之后施加到顶盖200的侧部210与安全阀300的弯折部310彼此面向的区域中的中心区域的接触压力可以是3.5MPa或更低。
当顶盖200的侧部210与安全阀300的弯折部310彼此面向的整个区域上的接触压力是7.0MPa或更低时，可以防止顶盖200或安全阀300由于顶盖200和安全阀300之间的过盈配合联接而受损。
这里，在顶盖200的侧部210与安全阀300的弯折部310彼此相接触的区域中的上部区域或下部区域上，接触压力可能特别高，但是在中心区域上，接触压力可能相对较低。因此，当顶盖的侧部210与安全阀的弯折部310彼此相接触的区域中的中心区域上的接触压力是3.5MPa或更低时，在顶盖的侧部210与安全阀的弯折部310彼此相接触的整个区域上的接触压力是7.0MPa或更低。
这里，安全阀300的弯折部310可以具有U形、而非如图1和图2所示的向上弯折的L形。为此，根据本发明的用于制造二次电池的方法还可以包括第四步骤，在该第四步骤中，附加地将安全阀的端部沿着朝向安全阀的中心的方向弯折。
在下文中，将参照附图来描述根据本发明的二次电池的结构。
二次电池
如图1和图2中所示，根据本发明的二次电池10可以包括电池罐100、顶盖200以及安全阀300，顶盖200联接到电池罐100的上部，并且安全阀300设置在顶盖200的下方。
这里，安全阀300的端部可以向上弯折以形成弯折部310，并且安全阀300的弯折部310可以与顶盖200的侧部210相接触。此外，可以在安全阀300的侧部与电池罐100的内表面之间设置衬垫400。
此外，根据本发明，可以将接触压力施加到安全阀的弯折部310与顶盖的侧部210之间。这里，该接触压力可以是0.7MPa或7.0MPa。此外，施加到安全阀的弯折部310与顶盖的侧部210之间区域的中心区域的接触压力可以是3.5MPa或更低。
实施例1
在Abaqus程序上，通过将顶盖插入到安全阀内来使得安全阀与顶盖彼此联接，该安全阀具有从其两个端部向上弯折的弯折部。安全阀的材料是铝，并且顶盖的材料是冷轧钢板。此外，安全阀中所使用的铝的屈服强度是125MPa，并且顶盖中使用的冷轧钢板的屈服强度是250MPa。
安全阀的厚度是0.3mm，并且顶盖的厚度是0.7mm。安全阀中形成有凹口部。
在实施例1中，安全阀的内径是18.495mm，并且顶盖的外径是18.505mm。
实施例2
除了安全阀的内径是18.49mm并且顶盖的外径是18.51mm以外，安全阀和顶盖以与实施例1相同的方式彼此联接。
实施例3
除了安全阀的内径是18.485mm并且顶盖的外径是18.515mm以外，安全阀和顶盖以与实施例1相同的方式彼此联接。
比较示例
除了安全阀的内径是18.48mm并且顶盖的外径是18.52mm以外，安全阀和顶盖以与实施例1相同的方式彼此联接。
实验示例
在Abaqus程序上，测量在各实施例和比较示例中、作用在彼此联接的安全阀和顶盖上的应力。图3是模拟结果，其中，以视觉方式示出了根据本发明的实施例和比较示例的彼此联接的顶盖和安全阀中的安全阀内部的应力。向下凹入的各个区域是凹口部。
如图3中所示，确认的是，在根据实施例和比较示例的彼此联接的安全阀和顶盖中的每个安全阀中的凹口部的区域中，产生相对较高的应力。特别地，确认的是，与其它区域相比，各实施例和比较示例中的每个安全阀的凹口部以及凹口部的下方区域中产生相对较高的应力。
更特别地，当将实施例1与实施例2相比较时，确认的是，相比于实施例1，在实施例2中的安全阀中产生相对较高的应力。此外，当将实施例2与实施例3相比较时，确认的是，相比于实施例2，在实施例3中的安全阀中产生相对较高的应力。
然而，如图3中所示，确认的是，与在安全阀中所使用的铝的屈服强度相比，本发明的实施例1到3中的、包括凹口部的各个安全阀中产生的应力相对较低。也就是说，确认的是，本发明的各实施例以及比较示例中的每个安全阀中所使用的铝的屈服强度是上述125MPa，但是在实施例1到3中的每个安全阀的整个区域上，安全阀中产生的应力小于100MPa。特别地，确认的是，在实施例1中的安全阀的整个区域上，安全阀中产生的应力小于25MPa。
另一方面，确认的是，如图3中所示，比较示例中的安全阀中产生的应力快速地增大。特别地，确认的是，在安全阀的凹口部的下方区域中产生超过100MPa的应力，该应力为在安全阀中所使用的铝的屈服强度的80％，因此，该安全阀的耐用性明显退化。
虽然通过上文描述的特定实施例和附图描述了本发明，但是本发明不限于此，显然，在本发明的技术思想和所附权利要求书的等同范围内，本领域普通技术人员可以做出各种改变和修改。

Claims (11)

1.一种用于制造二次电池的方法，所述方法包括：
第一步骤：提供顶盖和安全阀；
第二步骤：将所述安全阀的端部向上弯折；以及
第三步骤：将所述顶盖插入到所述安全阀的内部，
其中，在所述第二步骤和所述第三步骤之间，所述顶盖的外径(A)大于所述安全阀的内径(B)，
在所述顶盖的侧部和所述安全阀的弯折部彼此相接触的区域中的上部区域或下部区域上，接触压力能够较高，在中心区域上接触压力能够相对较低。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述第二步骤和所述第三步骤之间，所述顶盖的外径(A)比所述安全阀的内径(B)大0.01mm到0.03mm。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述第三步骤之后施加在所述顶盖和所述安全阀之间的接触压力大于或等于如下压力(Pv)，所述压力(Pv)是当所述二次电池内的气体开始通过所述安全阀排放时所述二次电池内的压力。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述顶盖由冷轧钢板、不锈钢或铝制成，并且
所述安全阀由铝制成。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述第三步骤之后施加在所述顶盖的侧部和所述安全阀之间的接触压力是7.0MPa或更低。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述顶盖的外径(A)和所述安全阀的内径(B)之间的差值(A-B)与所述顶盖的外径(A)的比值((A-B)/A)在5.4×10-4到1.62×10-3之间。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述顶盖的外径(A)和所述安全阀的内径(B)之间的差值(A-B)与所述安全阀的内径(B)的比值((A-B)/B)在5.4×10-4到1.62×10-3之间。
8.根据权利要求1所述的方法，还包括第四步骤：沿着所述安全阀的中心方向附加地弯折所述安全阀的所述端部。
9.根据权利要求5所述的方法，其中，在所述第三步骤之后施加到所述顶盖的侧部和所述安全阀之间的区域的中心区域的接触压力是3.5MPa或更低。
10.一种二次电池，所述二次电池包括：
电池罐；
顶盖，所述顶盖联接到所述电池罐的上部；以及
安全阀，所述安全阀设置在所述顶盖的下方，
其中，所述安全阀的端部向上弯折，以形成弯折部，
所述安全阀的所述弯折部与所述顶盖的侧部紧密接触，并且
在所述顶盖的所述侧部和所述安全阀的所述弯折部彼此相接触的区域中的上部区域或下部区域上，接触压力能够较高，在中心区域上接触压力能够相对较低。
11.根据权利要求10所述的二次电池，其中，施加到所述安全阀的所述弯折部与所述顶盖的所述侧部之间的区域的中心区域的接触压力是3.5MPa或更低。
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