CN116097503A - 软包型电池壳体和软包型二次电池 - Google Patents

软包型电池壳体和软包型二次电池 Download PDF

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金根熙
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Abstract

在根据本发明的一个实施例的软包型电池壳体中,形成有在其中容纳通过堆叠电极和隔膜而形成的电极组件的杯部,其中,杯部包括多个模具边缘,该模具边缘连接围绕外围的多个外壁与边缘或脱气部,并且模具边缘中的至少一个以1mm以下的曲率半径倒圆,并且杯部的深度为6.5mm以下。软包型电池壳体包括:通过堆叠电极和隔膜而形成的电极组件;以及软包型电池壳体,其中形成有在其中容纳电极组件的杯部,电池壳体包括:第一壳体和第二壳体,在第一壳体和第二壳体中的至少一个中形成杯部;以及折叠部,用于一体连接第一壳体和第二壳体,其中,折叠部的宽度为1mm至3.2mm,杯部的深度为6.5mm以下。

Description

软包型电池壳体和软包型二次电池
技术领域
相关申请的交叉引用
本申请要求于2020年08月19日提交的韩国专利申请No.10-2020-0104228和于2021年06月08日提交的韩国专利申请No.10-2021-0074472的优先权的权益,前述专利申请通过引用全文并入本说明书中。
技术领域
本发明涉及一种软包型电池壳体和软包型二次电池,更具体地,涉及一种软包型电池壳体和软包型二次电池,该软包型电池壳体能够增加相对于体积的能量密度,具有精美外观,并且改善了适销性。
背景技术
通常,二次电池包括镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池和锂离子聚合物电池。这种二次电池适用于小型产品(例如,数码相机、P-DVD、MP3P、移动电话、PDA、便携式游戏机、电动工具、电动自行车等),以及需要高功率的大型产品(例如,电动车辆和混合动力车辆、用于储存剩余电力或可再生能量的电力存储装置和备用电力存储装置)。
通常,为了制造二次电池,首先,将电极活性材料浆料涂布到正极集电体和负极集电体上以制造正极和负极。然后,将电极堆叠在隔膜(separator)的两侧上以形成电极组件。此外,将电极组件容纳在电池壳体中,然后在将电解液注入到电池壳体中之后密封电池壳体。
这种二次电池根据容纳电极组件的壳体的材料分为软包型二次电池和硬壳(can)型二次电池。在软包型二次电池中,电极组件容纳在由柔性聚合物材料制成的软包中。此外,在硬壳型二次电池中,电极组件容纳在由金属或塑料材料制成的壳体中。
软包作为软包型二次电池的壳体,其通过对具有柔性的软包膜进行冲压加工而形成杯部来制造。此外,当形成杯部时,电极组件容纳在杯部的容纳空间中,然后,密封杯部的边缘以制造二次电池。
在冲压加工中,通过将软包膜插入到例如冲压设备的模制装置中并且通过使用冲头对软包膜施加压力来拉伸软包膜来进行拉伸成型。因此,当在软包膜上模制杯部时,改善杯部的边缘的曲率半径和间隙存在限制。此外,电极组件与杯部体积的体积比小,在减小蝙蝠耳(bat ear)的尺寸方面存在限制,因此二次电池的相对于体积的能量密度也减小。此外,在制造整体上尖锐形状方面存在限制,因此二次电池的外观不精美,由此存在适销性也降低的问题。
日本专利注册No.6022956作为现有技术文献而存在。
发明内容
技术问题
本发明要实现的一个目的是提供一种软包型电池壳体和软包型二次电池,该软包型电池壳体能够提高相对于体积的能量密度,具有精美外观,并且改善了适销性。
本发明的目的不限于上述目的,本领域技术人员通过下面的描述将清楚地理解本文中未描述的其它目的。
技术方案
用于实现上述目的的根据本发明的一个实施例的软包型电池壳体包括:被配置为容纳通过堆叠电极和隔膜而形成的电极组件的杯部,其中,杯部被配置为连接被配置为围绕其外围的多个外壁与边缘或脱气部,并且多个冲压边缘中的至少一个以1mm以下的曲率半径倒圆。
另外,模具边缘中的至少一个的曲率半径可以为0.7mm以下。
另外,模具边缘可以具有对应于杯部的深度的1/20至1/6的曲率半径。
另外,杯部还可以包括:多个冲压边缘,将外壁连接至底部,并且冲压边缘中的至少一个以1mm以下的曲率半径倒圆;以及厚度边缘,被配置为与彼此相邻的两个外壁连接。
另外,通过模具边缘与模具边缘侧外壁的边界点并且垂直于底部的模具边缘垂直线与通过模具边缘侧冲压边缘与模具边缘侧外壁的边界点并且垂直于底部的边缘垂直线之间的垂直距离可以为0.5mm以下。
另外,厚度边缘可以与彼此相邻的两个冲压边缘连接并形成角部,并且角部中的至少一个可以以2mm至5mm的曲率半径倒圆,其中,曲率半径大于厚度边缘的曲率半径。
另外,角部可以具有在其中变化的曲率半径。
另外,角部的中心部分的曲率半径可以大于该角部的外围部分的曲率半径。
另外,冲压边缘中的至少一个的曲率半径可以为0.7mm以下。
另外,冲压边缘可以具有对应于杯部的深度的1/20至1/6的曲率半径。
另外,软包型电池壳体还可以包括:第一壳体和第二壳体,在第一壳体和第二壳体中分别形成杯部;以及在两个杯部之间形成的桥部,其中,桥部的厚度可以为2mm以下。
另外,桥部的厚度可以为1.4mm以下。
另外,桥部可以具有对应于电极组件的宽度的1/200至1/30的厚度。
另外,桥部可以以1mm以下的曲率半径倒圆。
另外,桥部可以以0.7mm以下的曲率半径倒圆。
另外,桥部可以具有对应于两条桥部垂直线之间的距离的厚度,两条桥部垂直线分别通过桥部与桥部侧外壁的边界点,并且垂直于底部。
另外,外壁可以以90°至95°的倾斜角从底部倾斜。
用于实现上述目的的根据本发明的一个实施例的软包型二次电池包括:电极组件,其中堆叠有电极和隔膜;软包型电池壳体,包括被配置为在其中容纳电极组件的杯部,其中,电池壳体包括:第一壳体和第二壳体,第一壳体和第二壳体中的至少一个包括杯部;以及折叠部,被配置为一体连接第一壳体和第二壳体,其中,折叠部的宽度为1mm至3.2mm,并且
杯部的深度为6.5mm以下。
另外,电极组件的表面积可以为15000mm2至100000mm2
另外,折叠部的宽度可以为1mm至1.6mm。
另外,折叠部可以包括向内凹陷的凹槽。
另外,电池壳体可以包括向外突出的一对突起,并且凹槽在一对突起之间,并且凹槽的最内侧部分与突起的最外侧部分之间的距离可以为0.8mm以下。
另外,杯部与电极组件的宽度的差可以为2.5mm以下。
另外,杯部与电极组件的宽度的差可以为1.7mm以下。
另外,杯部的宽度可以是杯部的两个外壁的两端之间的距离。
另外,杯部可以包括:多个冲压边缘,连接被配置为围绕其外围的多个外壁与底部,并且冲压边缘中的至少一个以1mm以下的曲率半径倒圆;多个模具边缘,将外壁连接至边缘或脱气部,并且多个模具边缘中的至少一个以1mm以下的曲率半径倒圆;以及厚度边缘,被配置为与彼此相邻的两个外壁连接。
另外,通过模具边缘与模具边缘侧外壁的边界点并且垂直于底部的模具边缘垂直线与通过模具边缘侧冲压边缘与模具边缘侧外壁的边界点并且垂直于底部的边缘垂直线之间的垂直距离可以为0.5mm以下。
另外,在电极组件中,电极中的至少一个的一端可以设置为使得与边缘垂直线之间的垂直距离为0.75mm以下。
另外,在电极组件中,电极中的至少一个的一端可以设置为使得与边缘垂直线之间的垂直距离为0.5mm以下。
另外,在隔膜中,从电极向外突出的外围部分可以相对于电极的一端沿与底部相反的方向折叠。
另外,在电极组件中,电极和隔膜中的每一者可以被设置为多个,在容纳在第一壳体的杯部中的隔膜中,外围部分可以朝向第二壳体折叠,并且在容纳在第二壳体的杯部中的隔膜中,外围部分可以朝向第一壳体折叠。
另外,隔膜中的至少一个的外围部分可以与相邻的隔膜的外围部分对齐并且被折叠。
另外,冲压边缘中的至少一个的曲率半径可以为0.7mm以下。
另外,冲压边缘可以具有对应于杯部的深度的1/20至1/6的曲率半径。
另外,模具边缘中的至少一个的曲率半径可以为0.7mm以下。
另外,模具边缘可以具有对应于杯部的深度的1/20至1/6的曲率半径。
另外,外壁可以以90°至95°的倾斜角从底部倾斜。
另外,厚度边缘可以与彼此相邻的两个冲压边缘连接并形成角部,并且角部中的至少一个可以以2mm至5mm的曲率半径倒圆,其中,曲率半径大于厚度边缘的曲率半径。
另外,角部可以具有在其中变化的曲率半径。
另外,角部的中心部分的曲率半径可以大于该角部的外围部分的曲率半径。
另外,软包型二次电池还可以包括从折叠部的两端的一部分向外突出1.5mm的长度的蝙蝠耳。
另外,折叠部与蝙蝠耳的内边缘之间的角度可以大于151度。
实施例的其它细节包括在详细说明和附图中。
有益效果
根据本发明的实施例,至少具有以下效果。
软包型电池壳体和软包型二次电池的杯部的边缘的曲率半径和间隙可以形成得更小,并且桥部的厚度可以形成得更薄,因此可以减小折叠部的宽度,可以增大电极组件的体积,可以减小蝙蝠耳的尺寸,并且可以防止出现高边缘现象,因此可以提高相对于体积的能量密度。
另外,由于软包型电池壳体13和软包型二次电池中的每一者在整体上具有尖锐形状,因此二次电池的可以有精美的外观,并且可以提高适销性。
本发明的效果不限于前面的描述,因此本说明书中包括更多变化的效果。
附图说明
图1是根据本发明的一个实施例的二次电池1的组装图;
图2是根据本发明的一个实施例的软包膜135的横截面图;
图3是根据本发明的一个实施例的模制装置2的示意图;
图4是根据现有技术的杯部333和桥部336的放大示意图;
图5是根据本发明的一个实施例的杯部133和桥部136的放大示意图;
图6是根据本发明的一个实施例的杯部133和脱气部137的放大示意图;
图7是示出根据本发明的一个实施例的电极组件10容纳在杯部133中的状态的示意性俯视图;
图8是根据现有技术的角部364的示意图;
图9是根据本发明的一个实施例的角部164的示意图;
图10是示出根据本发明的一个实施例的电池壳体13被折叠的状态的示意图;
图11是示出根据本发明的一个实施例的电池壳体13被折叠的状态的示意图;
图12是根据本发明的一个实施例的在电池壳体13中形成的凹槽1391的放大图;
图13是根据本发明的另一实施例的杯部133和模具边缘1621的放大示意图;
图14是示出根据本发明的另一实施例的电池壳体13a被折叠的状态的示意图;
图15是示出根据本发明的另一实施例的电池壳体13a被折叠的状态的示意图;
图16是根据本发明的另一实施例的在电池壳体13中形成的凹槽1391a的放大图;
图17是示出根据现有技术的电池壳体33的脱气部337被切割之前的状态的示意性俯视图;
图18是示出根据本发明的一个实施例的电池壳体13的脱气部137被切割之前的状态的示意俯视图;
图19是根据本发明的一个实施例的检验装置4的框图;
图20是示出根据本发明的一个实施例的将电池壳体13的脱气部切割以完全制造二次电池1的状态的示意图;
图21是示出根据现有技术的边缘334被折叠的状态的示意性侧视图;
图22是示出根据现有技术的边缘334被折叠的状态的示意性俯视图;
图23是示出根据本发明的一个实施例的边缘134被折叠的状态的示意性侧视图;
图24是根据本发明的一个实施例的电池模块5的示意图;
图25是示出根据现有技术的在二次电池3容纳在电池模块5的外壳51中的状态下的放大主视图;
图26是示出根据现有技术的在二次电池3容纳在电池模块5的外壳51中的状态下的放大侧视图;
图27是示出根据本发明的一个实施例的在二次电池1容纳在电池模块的外壳51中的状态下的放大主视图;
图28是示出根据本发明的一个实施例的在二次电池1容纳在电池模块的外壳51中的状态下的放大侧视图。
具体实施方式
本发明的优点和特征及其实施方法将通过下面结合附图描述的实施例来阐明。然而,本发明可以以不同的形式实施,并且不应理解为局限于本文中阐述的实施例。相反,提供这些实施例使得本公开内容将是彻底和完整的,并且将本发明的范围充分传达给本领域技术人员。此外,本发明仅由权利要求书的范围限定。在全文中,相同的附图标记指相同的部件。
除非本发明中使用的术语被不同地定义,否则本文中使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本领域技术人员通常理解的含义相同的含义。此外,除非在说明书中清楚和明确地定义,否则在常用词典中定义的术语并不理想地或过度地理解为具有形式含义。
在下面的描述中,技术术语仅用于解释具体的示例性实施例,而不限制本发明。在本说明书中,除非具体提及,否则单数形式的术语可以包括复数形式。“包括”和/或“包含”的含义不排除除了提及的部件之外的其它部件。
下文中,将参照附图详细描述优选实施例。
图1是根据本发明的一个实施例的二次电池1的组装图。
根据本发明的一个实施例,软包型电池壳体和软包型二次电池的杯部的边缘的曲率半径和间隙可以形成得更小,并且桥部的厚度可以形成得更薄,因此可以减小折叠部的宽度,可以增大电极组件的体积,可以减小蝙蝠耳的尺寸,并且可以防止出现高边缘现象,因此可以提高相对于体积的能量密度。此外,由于软包型电池壳体13和软包型二次电池中的每一者在整体上具有尖锐形状,二次电池的可以有精美的外观,并且可以提高适销性。
为此,根据本发明的一个实施例的软包型电池壳体包括容纳电极组件的杯部,在电极组件中堆叠有电极和隔膜,其中,杯部包括:多个冲压边缘,将围绕其外围的多个外壁连接至底部,并且冲压边缘中的至少一个以1mm以下的曲率半径倒圆;多个模具边缘,将外壁连接至边缘或脱气部并且模具边缘中的至少一个以1mm以下的曲率半径倒圆;以及厚度边缘,被配置为将两个相邻的外壁彼此连接,其中,通过模具边缘与模具边缘侧外壁的边界点并且垂直于底部的模具边缘垂直线与通过模具边缘侧冲压边缘与模具边缘侧外壁的边界点并且垂直于底部的边缘垂直线之间的垂直距离为0.5mm以下,厚度边缘与彼此相邻的两个冲压边缘连接并形成角部,其中,角部中的至少一个以2mm至5mm的曲率半径倒圆,其中,曲率半径大于厚度边缘的曲率半径,并且杯部的深度为6.5mm以下。
另外,根据本发明的一个实施例的软包型二次电池包括:电极组件,在该电极组件中堆叠有电极和隔膜;以及软包型电池壳体,包括被配置为在其中容纳电极组件的杯部,其中,电池壳体包括:第一壳体和第二壳体,该第一壳体和第二壳体中的至少一个包括杯部;折叠部,被配置为一体连接第一壳体和第二壳体;以及从折叠部的两端分别向外突出的蝙蝠耳,其中,杯部包括:多个冲压边缘,将围绕其外围的多个外壁连接至底部,并且冲压边缘中的至少一个以1mm以下的曲率半径倒圆;多个模具边缘,将外壁连接至边缘或脱气部并且模具边缘中至少一个以1mm以下的曲率半径倒圆;以及厚度边缘,被配置为将两个相邻的外壁彼此连接,其中,通过模具边缘与模具边缘侧外壁的边界点并且垂直于底部的模具边缘垂直线与通过模具边缘侧冲压边缘与模具边缘侧外壁的边界点并且垂直于底部的边缘垂直线之间的垂直距离为0.5mm以下,厚度边缘与彼此相邻的两个冲压边缘连接并形成角部,其中,角部中的至少一个以2mm至5mm的曲率半径倒圆,其中,曲率半径大于厚度边缘的曲率半径,折叠部的宽度为1mm至3.2mm,蝙蝠耳的长度为1mm以下,杯部的宽度与电极组件的宽度的差为2.5mm以下,并且杯部的深度为6.5mm以下。
电极组件10通过交替地堆叠电极101(见图5)和隔膜102(见图5)来形成。首先,将电极活性材料、粘合剂和增塑剂彼此混合的浆料涂布至正极集电体和负极集电体,以制造电极101(例如,正极和负极)。然后,将各个隔膜102堆叠在电极101之间以形成电极组件10,将电极组件10插入到电池壳体13中,并且注入电解液以密封电池壳体13。
通过将总长度乘以总宽度得到电极组件10的表面积可以为15000mm2至100000mm2。具体地,电极组件10的总宽度可以为60mm以上。此外,电极组件10在堆叠方向上的厚度可以为6mm以上。因此,当与常规的小型电池相比时,根据本发明的一个实施例的电极组件10可以提供较大的电池容量。
具体地,电极组件10包括:两种类型的电极10(例如,正极和负极);以及插入在电极101之间以使电极101彼此绝缘的隔膜102。电极组件10可以是堆叠型、卷绕型、堆叠折叠型等。两种类型的电极101,即,正极和负极中的每一者具有其中活性材料浆料涂布至具有金属箔或金属网形状的电极集电体的结构。活性材料浆料通常可以通过在加入溶剂的状态下搅拌粒状活性材料、导体等来形成。可以在随后工序中除去溶剂。
如图1中所示,电极组件10包括电极接线片11。电极接线片11分别连接至电极组件10的正极和负极并从电极组件10向外突出,从而在电极组件10的内部与外部之间提供电子通过其移动的路径。电极组件10的电极集电体由涂布有电极活性材料的部分和未涂布电极活性材料的末端,即,未涂布部分组成。此外,各个电极接线片11可以通过切割未涂布部分,或通过超声波焊接将单独的导电部件连接至未涂布部分来形成。如图1中所示,电极接线片11可以在电极组件10的各个不同方向上突出,但是不限于此。例如,电极接线片可以在各个方向上突出,例如,在相同方向上从一侧彼此平行地突出。
在电极组件10中,通过点焊将向二次电池1的外部供电的电极引线12连接至电极接线片11。此外,电极引线12的一部分被绝缘部14包围。绝缘部14可以设置为限定在电池壳体13的第一壳体131和第二壳体132热熔接的边缘134,使得电极引线12粘合至电池壳体13。此外,可以防止从电极组件10产生的电通过电极引线12流至电池壳体13,并且可以保持电池壳体13的密封。因此,绝缘部14可以由不导电的具有非导电性的非导电材料制成。通常,尽管主要使用容易粘附于电极引线12并且具有相对薄的厚度的绝缘胶带作为绝缘部14,但是本发明不限于此。例如,可以使用各种构件作为绝缘部14,只要这些部件能够使电极引线12绝缘即可。
电极引线12的一端与电极接线片11连接,并且电极引线12的另一端突出至电池壳体13的外部。也就是说,电极引线12包括:阴极引线121,其一端连接至阴极接线片111以在阴极接线片111突出的方向上延伸;以及阳极引线122,其一端连接至阳极接线片112以在阳极接线片112突出的方向上延伸。另一方面,如图1中所示,正极引线121和负极引线122的另一端均突出至电池壳体13的外部。因此,可以将电极组件10中产生的电供应至外部。此外,由于正极接线片111和负极接线片112中的每一者形成为在不同方向上突出,因此正极引线121和负极引线122中的每一者可以在不同方向上延伸。
正极引线121和负极引线122可以由彼此不同的材料制成。也就是说,阴极引线121可以由与阴极集电体相同的材料,即铝(Al)材料制成,并且阳极引线122可以由与阳极集电体相同的材料,即铜(Cu)材料或涂布有镍(Ni)的铜材料制成。此外,电极引线12的向电池壳体13的外部突出的部分也可以设置为端部,并且与外部端子电连接。
电池壳体13是通过模制柔性材料来制造并且在其中容纳电极组件10软包。下文中,将描述电池壳体13为软包的情况。当使用冲头22(见图6)等对具有柔性的软包膜135进行拉伸成型时,软包膜135的一部分被拉伸以形成包括软包状容纳空间1331的杯部133,从而制造电池壳体13。
电池壳体13容纳电极组件10,使得电极引线12的一部分暴露然后进行密封。如图1中所示,电池壳体13包括第一壳体131和第二壳体132。杯部133形成有容纳电极组件10的容纳空间1331可以设置在第二壳体131中,并且第二壳体132可以覆盖容纳空间1331的上侧,使得电极组件10不分离到电池壳体13的外部。如图1中所示,第一壳体131的一侧和第二壳体132的一侧可以彼此连接。然而,本发明不限于此。例如,第一壳体131和第二壳体132可以单独地制造并且彼此分离。
当在软包膜135中模制杯部133时,在一个软包膜135中可以仅形成一个杯部133,但是本发明不限于此。例如,在一个软包膜135中可以拉伸成型两个杯部并且彼此相邻。然后,如图1中所示,杯部133分别形成在第一壳体131和第二壳体132中。这里,分别在第一壳体131和第二壳体132中形成的各个杯部133可以具有相同的深度D,但是不限于此,并且可以具有不同的深度D。
根据本发明的一个实施例,杯部133的深度D可以为3mm以上且6.5mm以上。因此,与常规的小型电池相比,根据本发明的一个实施例的杯部133可以容纳具有更大的电极容量的电极组件10。
将电极组件10容纳在设置在第一壳体131的杯部133中的容纳空间1331中之后,电池壳体13可以相对于在电池壳体13中的两个杯部133之间形成的桥部136折叠,使得两个杯部133彼此面对。然后,第二壳体132的杯部133也从其上侧容纳电极组件10。因此,由于两个杯部133容纳一个电极组件10,当与设置一个杯部133的情况相比时,可以容纳具有更厚的厚度的电极组件10。此外,由于第一壳体131和第二壳体132通过折叠电池壳体13彼此一体连接,因此可以减少当后面进行密封工序时要密封的边缘134的数量。因此,可以提高工序速率,并且可以减少密封工序的数量。
电池壳体13可以包括:杯部133,在其中设置有容纳电极组件10的容纳空间1331;以及脱气部137,形成在杯部133的侧部以通过脱气孔H排出在杯部133中产生的气体。当电极组件10容纳在电池壳体13的杯部133中并且注入电解液,然后进行活化工序时,在电池壳体13的内部产生气体,因此进行用于将气体排出至外部的脱气工序。后面将描述脱气部137的详细说明。
当电极引线12连接至电极组件10的电极接线片11,并且在电极引线12的一部分上形成绝缘部14时,将电极组件10容纳在设置在第一壳体131的杯部133中的容纳空间1331中,并且第二壳体132从上侧覆盖容纳空间。此外,将电解液注入到容纳空间中,并且延伸至第一壳体131和第二壳体132中的每一者的杯部133的外侧的边缘134被密封。电解液可以使在二次电池1的充电和放电的过程中由电极101的电化学反应产生的锂离子移动。电解质可以包括:非水有机电解质,其是锂盐和高纯度有机溶剂的混合物;或使用聚合物电解质的聚合物。此外,电解质可以包括硫化物类、氧化物类或聚合物类固体电解质,并且该固体电解质可以具有容易通过外力变形的柔性。软包型二次电池1可以通过上述方法制造。
图2是根据本发明的一个实施例的软包膜135的横截面图。
作为根据本发明的一个实施例的软包型二次电池1的电池壳体13的软包可以通过拉伸软包膜135来制造。也就是说,通过使用冲头22等拉伸软包膜135以形成杯部133,从而制造电池壳体13。根据本发明的一个实施例,如图2中所示,软包膜135可以包括密封剂层1351、水分阻挡层1352和表面保护层1353,并且如果需要,还可以包括拉伸辅助层1354。
密封剂层1351可以由第一聚合物制成并且形成在最内层并且与电极组件10直接接触。这里,最内层表示当在与电极组件10相对于水分阻挡层1352设置的方向相反的方向上取向时设置在最后的层。当通过使用冲头22等拉伸成型具有如上所述的堆叠结构的软包膜135时,可以在拉伸软包膜135的一部分以形成包括具有软包形状的容纳空间1331的杯部133的同时制造电池壳体13。此外,当电极组件10容纳在容纳空间1331中时,注入电解液。之后,当第一壳体131与第二壳体132彼此接触以彼此面对,并且对边缘134施加热压缩时,密封剂层1351彼此粘合以密封软包。这里,由于密封剂层1351与电极组件10直接接触,密封剂层23必须具有绝缘性能。此外,由于密封剂层23与电解液接触,密封剂层23必须具有耐腐蚀性。此外,由于电池壳体13的内部被完全密封以防止材料在电池壳体13的内部与外部之间移动,必须实现高密封性能。也就是说,其中密封剂层1351彼此粘合的边缘134应当具有优异的热粘合强度。通常,形成密封剂层1351的第一聚合物可以包括选自以下的一种或更多种材料:聚乙烯、聚丙烯、聚碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚氯乙烯、丙烯酸聚合物、聚丙烯腈、聚酰亚胺、聚酰胺、纤维素、芳族聚酰胺、尼龙、聚酯、聚对苯撑苯并二噁唑、聚芳酯、聚四氟乙烯和玻璃纤维。具体地,聚烯烃类树脂(例如,聚丙烯(PP)或聚乙烯(PE))用于密封剂层23。聚丙烯(PP)的机械性能(例如,拉伸强度、刚性、表面硬度、耐磨性和耐热性)和化学性能(例如,耐腐蚀性)优异,因此主要用于制造密封剂层1351。此外,密封剂层23可以由流延聚丙烯、酸改性聚丙烯或聚丙烯-丁烯-乙烯三元共聚物制成。这里,酸处理的聚丙烯可以是马来酸酐聚丙烯(MAH PP)。此外,密封剂层1351可以具有由一种材料制成的单层结构,或其中两种或更多种材料分别形成为层的复合层结构。
水分阻挡层1352堆叠在表面保护层1353与密封剂层1351之间,以确保软包的机械强度,阻止二次电池1外部的气体或水分的引入和排出,并且防止电解液泄漏。水分阻挡层1352可以由铝合金薄膜制成。铝合金薄膜可以确保具有预定水平以上的机械强度,但是重量轻。因此,铝合金薄膜可以补充电化学性能并且确保散发电极组件10和电解液产生的热量。
更具体地,根据本发明的一个实施例的铝合金薄膜的晶粒尺寸可以为10μm至13μm,优选为10.5μm至12.5μm,更优选为11μm至12μm。当铝合金薄膜的晶粒尺寸满足上述范围时,在模制杯部时模制深度可以增加而不引起针孔或裂纹。
除了铝之外,铝合金薄膜可以包括选自铁(Fe)、铜(Cu)、铬(Cr)、锰(Mn)、镍(Ni)、镁(Mg)和锌(Zn)中的一种或两种或更多种。
表面保护层1353由第二聚合物制成并且形成在最外层以保护二次电池1免受外部摩擦和碰撞,并且还使电极组件10与外部电绝缘。这里,最外层表示当在与电极组件10相对于水分阻挡层1352设置的方向相反的方向上取向时,设置在最后的层。形成表面保护层1353的第二聚合物可以包括选自聚乙烯、聚丙烯、聚碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚氯乙烯、丙烯酸聚合物、聚丙烯腈、聚酰亚胺、聚酰胺、纤维素、芳族聚酰胺、尼龙、聚酯、聚对苯撑苯并二噁唑、聚芳酯、聚四氟乙烯和玻璃纤维中的一种或更多种材料。具体地,可以主要使用具有耐磨性和耐热性的聚合物,如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)。此外,表面保护层1353可以具有由一种材料制成的单层结构,或其中两种或更多种材料分别形成为层的复合层结构。
尽管PET较便宜,具有优异的耐久性,并且具有优异的电绝缘性,但是PET与经常用于水分阻挡层1352的铝的粘合性差,而且当通过施加压力拉伸PET时表现也不同。因此,当将表面保护层1353和水分阻挡层1352彼此直接粘合时,在拉伸成型的过程中表面保护层1353会和水分阻挡层1352剥离。因此,水分阻挡层1352不均匀地拉伸,从而引起模制性能变差。
根据本发明的一个实施例,电池壳体13可以由第三聚合物制成并且还包括在表面保护层1353与水分阻挡层1352之间堆叠的拉伸辅助层1354。拉伸辅助层1354堆叠在表面保护层1352与水分阻挡层1352之间,以防止在拉伸表面保护层1352和水分阻挡层1352时表面保护层1353和水分阻挡层1352分层。形成拉伸辅助层1354的第三聚合物可以包括选自聚乙烯、聚丙烯、聚碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚氯乙烯、丙烯酸聚合物、聚丙烯腈、聚酰亚胺、聚酰胺、纤维素、芳族聚酰胺、尼龙、聚酯、聚对苯撑苯并二噁唑、聚芳酯、聚四氟乙烯和玻璃纤维中的一种或更多种材料。具体地,由于尼龙树脂容易粘附至表面保护层1352的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)上,并且在拉伸时的表现与水分阻挡层1352的铝合金相似,因此优选主要使用尼龙树脂。此外,拉伸辅助层1354可以具有由一种材料制成的单层结构,或其中两种或更多种材料分别形成为层的复合层结构。
根据本发明的软包膜135的总厚度可以为160μm至200μm,优选地,180μm至200μm。当软包膜135的厚度满足上述范围时,模制深度会增加,同时由于软包的厚度增加而使电池容纳空间的减小和密封耐久性的变差最小化。
图3是根据本发明的一个实施例的模制装置2的示意图。
根据本发明的一个实施例的用于模制软包膜135的模制装置2包括:模具21,在其顶表面上安置软包膜135;以及冲头22,设置在模具21上方以下降,从而对软包膜135进行冲压。此外,模具21包括从顶表面向内凹陷的模制部211,并且冲头22通过将软包膜135插入到模制部211中以对软包膜135进行拉伸成型来形成杯部133。
根据本发明的一个实施例,当使用模制装置2模制软包膜135时,如图3中所示,模具21具有彼此相邻的两个模制部211,并且在两个模制部211之间形成分隔壁212。当在冲头22插入到两个模制部211中的同时对软包膜135进行拉伸成型以对软包膜135进行拉伸成型时,可以在第一壳体131和第二壳体132中的每一者中形成一个杯部以对应于两个模制部211的每一个,因此形成总共两个杯部133。此外,还可以在两个杯部133之间形成桥部136以对应于分隔壁212。
此后,当电池壳体13被折叠时,桥部136可以充当基准部分。当二次电池1的制造完成时,桥部136可以在二次电池1的一侧形成折叠部139(见图11)。由于第一壳体131和第二壳体132通过折叠部139彼此一体连接,当此后进行密封工序时,可以减少要密封的边缘134的数量。因此,可以提高工序速率,并且可以减少密封工序的数量。这里,随着折叠部139的宽度减小,杯部133的外壁138(见图5)与电极组件10之间的空间17(见图5)也会减小,因此由于二次电池1的整体体积减小,相对于体积的能量密度会增加。
由于折叠部139的宽度与桥部136的厚度t(见图5)成比例,并且桥部136形成为对应于分隔壁212,因此桥部136的厚度t与分隔壁212的厚度成比例。因此,当模制软包膜135时,桥部136的厚度t可以最小化,为此,分隔壁212的厚度可以最小化。然而,如果分隔壁212形成为在薄的状态下具有过高的高度,则在拉伸成型过程中分隔壁212会损坏。具体地,根据现有技术,模具具有底部,但是在这种情况下,当冲头22模制软包膜135时,在软包膜135与模制部211之间的空间中存在的气体不能排出。因此,近来,可以去除模具的底部,使得软包膜135与模制部211之间的空间中存在的气体容易排出,但是分隔壁212的高度会过高。因此,根据本发明的一个实施例,如图3中所示,可以在分隔壁212的下部形成厚度大于分隔壁212的厚度的加强部2121。加强部2121可以形成为比要在电池壳体13中形成的杯部133的深度D更深,并且可以形成在分隔壁212不损坏的位置处。加强部2121的确切位置可以根据分隔壁212的厚度、分隔壁212的材料、冲头22的压力和要形成的杯部133的模制深度D在实验上确定。
图4是根据现有技术的杯部333和桥部336的放大示意图。
根据现有技术,在整体上将电池壳体33和二次电池3制造为形状尖锐方面存在限制。
具体地,根据现有技术,在减小杯部333的边缘36的曲率半径方面存在限制。
杯部333的边缘36包括:冲压边缘361,形成为对应于冲头22的边缘221(见图3);以及模具边缘362(见图8),形成为对应于模具21的边缘213(见图6)。
冲压边缘361将围绕杯部333的外围的多个外壁338中的每一者连接至底部3332。然而,如果在冲头22的边缘221上不进行倒圆处理,则冲头22的边缘221尖锐。因此,当形成软包膜时,应力会集中于杯部333的冲压边缘361,从而容易引起裂纹。此外,模具边缘362将多个外壁338中的每一者连接至边缘134或脱气部137。如果在冲头21的挤压边缘上不进行倒圆处理,则冲头21的挤压边缘尖锐。因此,当形成软包膜时,应力集中于杯部333的冲头边缘362,从而容易引起裂纹。这里,模具边缘的倒圆指形成具有曲率的弯曲表面,并且该弯曲表面可以仅具有均匀的曲率,但是不限于此。例如,弯曲表面可以具有不均匀的曲率。在本说明书中,冲压边缘161、模具边缘162、桥部136等以特定曲率倒圆不仅指冲压边缘161、模具边缘162、桥部136等整体上具有特定曲率,还指仅在至少一部分上具有特定曲率。
为了解决上述问题,如图4中所示,根据杯部333的倒圆的冲压边缘361对冲头22的边缘221和模具21的边缘213进行倒圆。因此,可以在一定程度上分散集中于杯部333的冲压边缘361和模具边缘362的应力。
然而,即使杯部333的冲压边缘361和模具边缘362被形成为倒圆形,如果当与杯部333的深度D′相比时,冲压边缘361的曲率半径R2′和模具边缘362的曲率半径形成得小,则在杯部333的冲压边缘361和模具边缘362中产生裂纹。例如,在现有技术中,如果在模制一个杯部333的情况下深度D′为约7mm以上,并且在模制两个杯部333的情况下深度D′为约6.5mm以上,则当杯部333的冲压边缘361的曲率半径R2′和模具边缘362的曲率半径中的每一者为2mm以下时,在软包膜135中会出现裂纹。
另外,当形成两个杯部133时,在模具21中必须存在分隔壁212以形成桥部136。然而,在现有技术中,如果杯部333的深度D′形成得较深(例如,6.5mm以上),则在形成厚度较薄的桥部336方面存在限制。也就是说,如果分隔壁212也形成为具有预定厚度以下以形成具有预定厚度以下的桥部336,则由于尖锐地形成分隔壁212,因此在桥部336中会出现裂纹。
为了解决这个问题,如图4中所示,通过对分隔壁212倒圆来将桥部336形成为倒圆形。因此,可以在一定程度上分散集中于桥部336的应力。具体地,当桥部336的曲率半径R1′恒定时,曲率半径R1′对应于桥部336的厚度t′的一半。例如,当桥部336的曲率半径R1′形成为接近约1mm时,桥部336的厚度t′形成为接近约2mm。
然而,即使桥部336被倒圆形,当杯部333的深度D′形成得较深时,如果桥部336的厚度t′较小,则在桥部336中产生裂纹。例如,当杯部333的深度D′形成为约6.5mm以上时,当桥部336的曲率半径R1′为1mm以下时,即,桥部336的厚度t′为2mm以下时,在桥部336中产生裂纹。
另外,由于间隙CL′的大小也相当大,在将杯部333的外壁338形成为接近垂直状态方面存在限制。间隙CL指模具21的模制部211的内壁与冲头22的外壁之间的垂直距离。实际上,在模具21的模制部211与冲头22之间存在与间隙CL一样大的微小尺寸差。如果间隙CL过小,则模制部211的内壁与冲头22的外壁之间的距离过小。然后,软包膜135不能插入到模制部211中,或者软包膜135会由于较大的摩擦而损坏。另一方面,如果间隙CL过大,则杯部333的外壁338的倾斜角增大,并且杯部333的外壁338与电极组件10之间的空间37增大。因此,当模制软包膜135时,必须设置具有适当尺寸的间隙CL。
桥部336形成为对应于模具21的分隔壁212,并且冲压边缘361形成为对应于冲头22的边缘221。因此,作为模具21的模制部211的内壁与冲头22的外壁之间的垂直距离的间隙CL′可以表示电池壳体33中的桥部336与冲压边缘361之间的垂直距离。
具体地,如图4中所示,虚拟地示出了桥部垂直线V1′和边缘垂直线V2′。桥部垂直线V1′是通过桥部336与桥部336侧外壁338之间的边界点P1′并且垂直于底部3332的虚拟垂直线。此外,边缘垂直线V2′是通过桥部336侧冲压边缘361与桥部336侧外壁338之间的边界点P2′并且垂直于底部3332的虚拟垂直线。桥部垂直线V1′对应于模具21的模制部211的内壁(具体地,分隔壁212的内壁),并且边缘垂直线V2′对应于冲头22的外壁。因此,桥部垂直线V1′与边缘垂直线V2′之间的垂直距离对应于在电池壳体33中产生的间隙CL′。
然而,在现有技术中,如果杯部333的深度D′形成得较深(例如,6.5mm以上),则当间隙CL减小至0.5mm以下时,软包膜135中容易产生裂纹。如上所述,在现有技术中,如果杯部333的深度D′形成得较深(例如,6.5mm以上),则在形成较小的间隙CL′方面存在限制,因此杯部333的外壁338与底部3332的倾斜角大于95°。也就是说,在将杯部333的外壁338形成为类似于具有95°以下的倾斜角的垂直状态方面存在限制。
另外,由于在改善杯部333的边缘的曲率半径R2′方面存在限制,在减小容纳在杯部333中的电极组件10的体积方面也存在问题。具体地,如图4中所示,在现有技术中,由于杯部333的冲压边缘361的曲率半径R2′较大,当电极组件10设置得太靠近杯部333的外壁338时,存在电极组件10的电极101被杯部333的冲压边缘361损坏的问题。也就是说,包含金属的电极101的一端设置在杯部333的冲压边缘361上,并且电极101的一端变形以对应于杯部333的冲压边缘361,从而引起损坏。
为了解决这个问题,在现有技术中,当电极组件10容纳在杯部333中时,电极组件10被容纳为与杯部333的外壁338间隔一定距离。首先,与边缘垂直线V2′之间的垂直距离g′为0.75mm,特别地,0.5mm,并且虚拟地示出垂直于底部3332的基准垂直线V3′,然后,如图4中所示,容纳电极组件10使得电极101的一端设置在基准垂直线V3′的外侧。因此,由于电极101与杯部333的外壁338以一定程度间隔开,因此可以防止电极101被损坏。然而,在这种情况下,由于杯部333的外壁338与电极组件10之间的空间37增大,电极组件10与杯部333体积的体积比变小,因此存在二次电池3相对于体积的能量密度降低。此外,由于杯部333内部的不必要的空间的体积增加,还有在密封边缘之前电极组件10在杯部333内移动的问题。
另外,在电极组件10中,电极101具有不容易因外力而变形的高刚性,而隔膜102具有容易因外力而变形的高柔性。然而,当相邻的电极101彼此直接接触时,发生短路,因此隔膜102形成为大于电极101,以防止发生短路。因此,当形成电极组件10时,一起形成其中隔膜102比电极101向外突出的外围部分1021。然而,在现有技术中,由于电极组件10被容纳为与杯部333的外壁338间隔一定距离,隔膜102的所有外围部分1021杂乱地起皱或折叠并将电极101暴露至外部,从而增加发生短路的可能性。
如上所述,在现有技术中,当杯部333的深度D′形成得较深(例如,6.5mm以上)时,在改善桥部336的厚度t′、杯部333的边缘361的曲率半径R2′和间隙CL′方面存在限制。此外,由于电极组件10与杯部333体积的体积比小,二次电池3中的不必要的体积也大,相对于体积的能量密度也降低。此外,由于杯部333的外壁338没有形成为接近垂直状态,并且杯部333的边缘361的曲率半径R2也大,因此在制造整体上尖锐形状方面存在限制。因此,存在的问题是,二次电池3的外观不精美,并且适销性也降低。
图5是根据本发明的一个实施例的杯部133和桥部136的放大示意图,图6是根据本发明的一个实施例的杯部133和脱气部137的放大示意图。
如上所述,根据本发明的一个实施例,杯部133的深度D模制为6.5mm以下,同时,桥部136的厚度t更薄,并且杯部133的边缘16的曲率半径R2和间隙CL较小以增加电极组件10的体积。因此,由于二次电池1中的不必要的体积也减小,可以增加相对于体积的能量密度。此外,由于软包型电池壳体13和软包型二次电池1中的每一者被制造为整体上尖锐形状,二次电池1的可以有精美的外观,并且可以提高适销性。
为此,在根据本发明的一个实施例的软包型电池壳体13中,形成有在其中容纳通过堆叠电极101和隔膜102而形成的电极组件10的杯部133,其中,杯部133包括:多个冲压边缘161,将围绕外围的多个外壁138中的每一者连接至底部1332;多个模具边缘162,连接外壁138和边缘134或脱气部137;以及厚度边缘163,将两个相邻的外壁138彼此连接。
冲压边缘161中的至少一个和模具边缘162中的至少一个可以被倒圆并且以对应于杯部133的深度D的1/20至1/6的曲率半径形成。如果边缘161和162中的每一者的曲率半径R2小于杯部133的深度D的1/20,则应力会过度集中于边缘161和边缘162中的每一者中以引起裂纹。在另一方面,如果边缘161和边缘162中的每一者的曲率半径R2大于杯部133的深度D的1/6,则不能尖锐地形成杯部133,因此能量密度会降低。
具体地,冲压边缘161中的至少一个可以形成为以1mm以下的曲率半径R2倒圆,并且模具边缘162中的至少一个可以形成为以1mm以下的曲率半径R2倒圆。
模具边缘垂直线V4(模具边缘垂直线V4通过模具边缘162与模具边缘162侧外壁138的边界点P1和P3并且垂直于底部1332)与边缘垂直线V2(边缘垂直线V2通过模具边缘162侧冲压边缘161和模具边缘162侧外壁138的边界点P2和P4并且垂直于底部1332)之间的垂直距离为0.5mm以下,并且厚度边缘与彼此相邻的两个冲压边缘161连接并形成角部164,其中,角部164中的至少一个以2mm至5mm的曲率半径R3倒圆,其中,曲率半径大于厚度边缘的曲率半径。此外,杯部133的深度D可以为6.5mm以下。
通过使用冲头22等模制具有柔性的软包膜135来形成杯部133。杯部133被多个外壁138和底部1332包围,并且由外壁138和底部1332形成的空间充当容纳电极组件10的容纳空间1331。
杯部133的外壁138围绕杯部133的外围以体现杯部133的形状。外壁138围绕杯部133形成为多个,也形成在桥部136的一侧,也形成在下面要描述的脱气部137的一侧,并且也形成在电极引线12的一侧。外壁138具有面向杯部133的开口的上端和面向底部1332的下端。
如上所述,杯部133的边缘16包括:冲压边缘161,形成为对应于冲头22的边缘221;以及模具边缘162,形成为对应于模具21的边缘213(见图3)。从外壁138的上端向外形成边缘134和脱气部137,并且模具边缘162将外壁138的上端连接至边缘134或脱气部137。此外,冲压边缘161将外壁138的下端连接至底部1332。
由于杯部133的外壁138形成为多个,杯部133的边缘16也形成为与外壁138的数量一样多的多个。也就是说,如果杯部133形成为四边形,则由于杯部133也形成有四个外壁138,也形成有四个冲压边缘161和四个模具边缘162。此外,根据本发明的一个实施例,杯部133的深度D模制为6.5mm以下,并且杯部133中的至少一个冲压边缘161以1mm以下,特别地,0.7mm以下的曲率半径倒圆。
具体地,根据本发明的一个实施例,在一个软包膜135上形成两个杯部133,并且在两个杯部133之间也一起形成桥部136。此外,如图5中所示,在多个冲压边缘161中,将面向桥部136的桥部136侧外壁1381连接至底部1332的桥部136侧冲压边缘1611可以形成为以对应于杯部133的深度D的1/20至1/6的曲率半径倒圆。具体地,桥部136侧冲压边缘1611可以形成为以1mm以下,特别地,0.7mm以下的曲率半径倒圆。此外,如图6中所示,在多个冲压边缘161中,将面向形成在脱气部137或电极引线12上的模具边缘162的模具边缘162侧外壁1382连接至底部1332的模具边缘162侧冲压边缘1612也可以以对应于杯部133的深度D的1/20至1/6的曲率半径倒圆。具体地,模具边缘162侧冲压边缘1612可以形成为以1mm以下,特别地,0.7mm以下的曲率半径倒圆。这里,在冲压边缘161与外壁138的边界点P2和P4处,优选斜面是连续的。
为此,冲头22的边缘221也可以以预定的曲率半径倒圆。这里,冲头22的边缘221的曲率半径可以是从冲压边缘161的曲率半径R2减去软包膜135本身的厚度而得到的数值。例如,如果软包膜135的厚度为0.2mm,则当冲头22的边缘221的曲率半径为0.5mm以下时,冲压边缘161的曲率半径R2为0.7mm以下。
根据本发明的一个实施例,当软包膜135被拉伸成型使得杯部133的深度D为6.5mm以下时,在杯部133的冲压边缘161中产生裂纹。
外壁138具有面向杯部133的开口的上端,并且边缘134和脱气部137延伸至杯部133的外部。这里,如图6中所示,杯部133还可以包括将外壁138的上端连接至边缘134或脱气部137的多个模具边缘162。此外,至少一个模具边缘162也可以形成为以对应于杯部133的深度D的1/20至1/6的曲率半径倒圆。具体地,至少一个模具边缘162可以形成为以1mm以下,特别地,0.7mm以下的曲率半径倒圆。
为此,模具21的边缘213也可以以预定的曲率半径倒圆。这里,模具21的边缘213的曲率半径可以是从冲压边缘161的曲率半径R2减去软包膜135本身的厚度而得到的数值。例如,如果软包膜135的厚度为0.2mm,则当模具21的边缘213的曲率半径为0.5mm以下时,模具边缘162的曲率半径为0.7mm以下。
具体地,如上所述,在一个软包膜135上形成两个杯部133,并且在两个杯部133之间也一起形成桥部136。也就是说,根据本发明的一个实施例的软包型电池壳体13包括:第一壳体131和第二壳体132,在该第一壳体和第二壳体中分别形成有在其中容纳通过堆叠电极101和隔膜102而形成的电极组件10的杯部133;以及形成在两个杯部133之间的桥部136。
由于桥部136也形成为对应于模具21的分隔壁212,桥部136可以是多个模具边缘162中的一个。
根据本发明的一个实施例,由于软包膜135的成型性能改善,桥部136的厚度可以为电极组件10的宽度的1/200至1/30。如果桥部136的厚度t小于电极组件10的宽度的1/200,则应力会过度集中于桥部136,由此会出现裂纹。如果桥部136的厚度t大于电极组件10的宽度的1/30时,不能尖锐地形成桥部136,因此能量密度会降低。
具体地,桥部136的厚度t可以形成为2mm以下,特别地,1.4mm以下。
这里,如图5中所示,桥部136的厚度t优选为桥部136的两个边界点P1与桥部136侧外壁1381之间的距离。具体地,桥部136的厚度t优选为通过桥部136的边界点P1的两条垂直桥部线V1与桥部136侧外壁1381之间的距离,并且垂直桥部线V1垂直于底部1332。因此,当桥部136具有恒定的曲率半径时,桥部136的曲率半径可以对应于厚度t的一半。因此,桥部136的曲率半径可以为1mm以下,特别地,0.7mm以下。
为此,模制部211的分隔壁212也可以以预定的曲率半径倒圆。这里,在桥部136与桥部136侧外壁1381的边界点P1处,优选斜面是连续的。这里,模制部211的分隔壁212的顶表面的曲率半径可以是从桥部136的曲率半径减去软包膜135的厚度而得到的数值。例如,如果软包膜135的厚度为0.2mm,则当分隔壁212的顶表面的曲率半径为0.5mm以下时,桥部136的曲率半径为0.7mm以下。
根据本发明的一个实施例,即使模具21的边缘213的曲率半径减小,并且分隔壁212的厚度形成得较薄,杯部133的深度D也形成为6.5mm以下,以防止在模具边缘162和桥部136中容易产生裂纹。桥部136可以具有扇形横截面,并且由于杯部133的外壁138形成为接近垂直状态,横截面可以具有接近半圆形的形状。
另外,由于软包膜135的成型性能改善,间隙CL可以减小至0.5mm以下,使得所有的多个外壁138形成为接近垂直状态。例如,如图5中所示,多个外壁138中的桥部136侧外壁1381可以形成为接近垂直状态。也就是说,间隙CL是通过桥部136与桥部136侧外壁1381的边界点P1并且垂直于底部1332的桥部垂直线V1与通过桥部136侧冲压边缘1611和桥部136侧外壁1381的边界点P2并且垂直于底部1332的边缘垂直线V2之间的垂直距离,其可以为0.5mm以下,特别地,0.35mm以下。
另外,如图6中所示,多个外壁138中的模具边缘162侧外壁1382也可以形成为接近垂直状态。也就是说,间隙CL是通过模具边缘162与模具边缘162侧外壁1382的边界点P3并且垂直于底部1332的模具边缘垂直线V4与通过模具边缘162侧冲压边缘1612与模具边缘162侧外壁1382的交界点P4并且垂直于底部1332的边缘垂直线V2之间的垂直距离,其可以为0.5mm以下,特别地,0.35mm以下。
因此,即使杯部133的深度D为6.5mm以下,杯部133的外壁138与底部1332之间的倾斜角也可以为90°至95°,并且还可以形成为接近垂直状态,以具有90°至93°之间的倾斜度,因此可以防止在电池壳体13中出现裂纹。此外,由于杯部133的外壁138与电极组件10之间的空间也会减小,可以增加二次电池1的相对于体积的能量密度。
由于杯部133的冲压边缘161的曲率半径R2进一步减小,即使当电极组件10设置得非常靠近杯部133的外壁138时,也可以防止电极组件10的电极101被损坏。
为此,制造根据本发明的一个实施例的软包型二次电池1的方法包括:通过堆叠电极101和隔膜102形成电极组件10的工序;模制软包膜135以形成杯部133,从而制造软包型电池壳体13的工序;将电极组件10容纳在杯部133的容纳空间1331中的工序;以及密封延伸至杯部133的外部的边缘134以制造软包型二次电池1的工序。
具体地,在容纳电极组件10的工序中,杯部133的宽度CW与电极组件10的宽度EW之间的差可以为2.5mm以下,特别地,1.7mm以下。这里,电极组件10的宽度EW可以指电极101的宽度。也就是说,从隔膜102而不是电极101突出的外围部分1021可以从宽度EW的计算中排除。
另外,可以容纳电极组件10使得电极101的至少一端设置在距离边缘垂直线V2为0.75mm,特别地,0.5mm以下的垂直距离g处,边缘垂直线V2通过冲压边缘161与外壁138之间的边界点P2并且垂直于底部1332。
具体地,如图5和图6中所示,虚拟地示出了通过冲压边缘161和外壁138的边界点P2并且垂直于底部1332的边缘垂直线V2。此外,电极101的至少一端容纳电极组件10,使得与边缘垂直线V2之间的垂直距离g为0.75mm以下,特别地,0.5mm以下。更具体地,与边缘垂直线V2之间的垂直距离g为0.75mm,特别地,0.5mm,并且虚拟地示出了垂直于底部1332的基准垂直线V3。这里,由于冲压边缘161的曲率半径R2可以具体为0.7mm以下,基准垂直线V3可以通过冲压边缘161的曲率中心C。此外,容纳电极组件10使得电极101的一端设置在边缘垂直线V2与基准垂直线V3之间。这可以通过拆卸二次电池1本身来确认,但是不限于此,并且可以在不拆卸二次电池1的情况下通过例如计算机断层扫描(CT)、磁共振成像(MRI)、X射线等的各种方法来确认。因此,电极组件10的体积与杯部133的体积的比例可以进一步增加,同时防止电极101被损坏,因此相对于体积的能量效率也可以增加。此外,由于杯部133内部的不必要的体积减小,可以防止电极组件10在杯部133的内部移动。
另外,由于电极组件10被容纳为设置为非常靠近杯部133的外壁138,隔膜102不会杂乱地起皱或折叠。如图5中所示,其中隔膜102从电极101向外突出的外围部分1021朝向底部1332相对于电极101的一端的相反方向折叠。通过堆叠电极101和隔膜102形成电极组件10,并且可以形成多个电极101和多个隔膜102。电池壳体13包括第一壳体131和第二壳体132。如果电池壳体13的桥部136被折叠以将电极组件10的上部容纳在杯部133中,则设置容纳在第一壳体131的杯部133中的隔膜102,使得外围部分1021被折叠以面向第二壳体,并且设置容纳在第二壳体132的杯部133中的隔膜102,使得外围部分1021被折叠以面向第一壳体131。因此,隔膜102的外围部分1021被对齐并且折叠得有序。此外,由于隔膜102覆盖电极101以不暴露于外部,因此可以防止发生短路。
更详细地,在电极组件10容纳在杯部133中之前的状态下,隔膜102的宽度可以比杯部133的宽度CW宽。因此,当电极组件10容纳在杯部133中时,隔膜102的外围部分1021可以在与杯部133的内周接触的预定方向上折叠。
杯部133的宽度CW与电极组件10的宽度EW之间的差可以非常小,如2.5mm以下,特别地,1.7mm以下。因此,会需要在将电极组件10容纳在杯部133中的同时容易折叠隔膜102的外围部分1021的工序。
因此,将电极组件10容纳在杯部133的容纳空间1331中的工序可以包括:将电极组件10压入杯部133中的工序。因此,当与将电极组件10放置在杯部上的常规方法相比时,可以在保持杯部133的宽度CW与电极组件10的宽度EW之间的小的差异的同时在特定方向上折叠隔膜102,使得将电极组件10容易且可靠地容纳在杯部133的容纳空间中。
另外,将电极组件10容纳在杯部133的容纳空间1331中的工序还可以包括:在将电极组件10压入杯部133的内部之前折叠电极组件10中的多个隔膜102的各个角部(顶点)的工序。在上述工序中,可以使用单独的密封工具将多个隔膜102的各个角部(顶点)折叠以聚集在电极组件10的堆叠方向上的中心部分。
也就是说,电极组件10可以在隔膜102的四个角部预对齐的状态下插入到杯部133中。因此,电极组件10可以顺利地插入到杯部133的容纳空间1331中。
如上所述,根据本发明的一个实施例,由于软包膜135的成型性能改善,桥部136的厚度t形成得更薄,杯部133的边缘16的曲率半径R2和间隙CL可以形成得更小,并且电极组件10的体积可以增加。因此,由于二次电池1中的不必要的体积也减小,可以增加相对于体积的能量密度。此外,由于软包型电池壳体13和软包型二次电池1中的每一者被制造为整体上尖锐形状,二次电池1的外观可以优异,并且可以提高适销性。
图7是示出根据本发明的一个实施例的电极组件10容纳在杯部133中的状态的示意性俯视图。
根据本发明的一个实施例,如上所述,由于杯部133的冲压边缘161的曲率半径R2进一步减小,电极组件10被容纳为使得电极101的一端设置在边缘垂直线V2与基准垂直线V3之间。因此,即使当电极组件10设置得非常靠近杯部133的外壁138时,也可以防止电极组件10的电极101损坏。
边缘垂直线V2和基准垂直线V3也可以在桥部136侧冲压边缘1611上示出并且也可以在模具边缘162侧冲压边缘1612上示出。边缘垂直线V2与基准垂直线V3之间的垂直距离g可以为0.75mm,特别地,0.5mm。
另外,如果在电池壳体13中形成两个杯部133,由于设置有桥部136,因此可以在杯部133的一侧示出桥部垂直线V1,并且可以在杯部133的另一侧示出模具边缘垂直线V4。桥部垂直线V1与边缘垂直线V2之间的垂直距离CL可以为0.5mm以下,特别地,0.35mm以下,并且模具边缘垂直线V4与边缘垂直线V2之间的垂直距离CL也可以为0.5mm以下,特别地,0.35mm以下。
然而,如果在电池壳体13中仅形成一个杯部133,则没有设置桥部。然而,由于在杯部133的两侧上分别形成模具边缘162,因此可以在杯部133的两侧上分别示出模具边缘垂直线V4。
如果在电池壳体13中形成两个杯部133,则杯部133的宽度CW可以表示从桥部垂直线V1到模具边缘垂直线V4的垂直距离。然而,如果仅形成一个杯部133,则杯部133的宽度CW可以表示两个模具边缘垂直线V4之间的垂直距离。
桥部垂直线V1和模具边缘垂直线V4两者均通过杯部133的外壁138的顶端。因此,根据本发明的一个实施例,杯部133的宽度CW可以是杯部133的两侧上的外壁138的上端之间的垂直距离。杯部133的宽度CW与电极组件10的宽度EW之间的差可以为2.5mm以下,特别地,1.7mm以下。此外,如上所述,电极组件10的宽度EW可以为60mm以上。
杯部133的宽度CW可以通过测量电池壳体13中的杯部133的两侧上的外壁138的上端之间的垂直距离来得出。此外,在二次电池1中,两侧的外壁138的上端之间的位置可以通过使用激光位移传感器等从杯部133的外侧识别,然后通过计算两个位置之间的距离来得出。这里,当激光位移传感器从边缘134向模具边缘162和外壁138移动,同时通过激光位移传感器从杯部133的外部照射激光以检测位移突然变化的点时,对应的点可以被识别为外壁138的上端。上面描述了测量杯部的宽度CW的方法作为一个实例,并且仅限定于上述测量方法的情况不包含在本发明的范围内。在本发明的意义上,杯部的宽度CW可以是杯部的宽度CW,只要其落入本发明的权利要求书的范围和构思内即可。
图8是根据现有技术的角部364的示意图,图9是根据本发明的一个实施例的角部164的示意图。
杯部133的边缘16还包括:如图9中所示的连接杯部133的两个相邻外壁138的厚度边缘163;以及冲压边缘和模具边缘162。该厚度边缘163在杯部133的厚度方向上形成,并且当软包膜135被拉伸时,在软包膜135在模具21的角部和冲头22的角部之间被拉伸的同时形成厚度边缘163。此外,厚度边缘163中的至少一个可以倒圆。
厚度边缘163的曲率半径可以与两个相邻的冲压边缘161,即第一冲压边缘1613和第二冲压边缘1614的曲率半径R2相同,但是不限于此。例如,厚度边缘可以不同地形成。例如,如上所述,虽然杯部133的深度D被模制为6.5mm以下,但是冲压边缘161中的至少一个可以以1mm以下,特别地,0.7mm以下的曲率半径倒圆,并且厚度边缘163中的至少一个可以以0.5mm至5mm,特别地,0.5mm至2mm的曲率半径倒圆。根据现有技术,当厚度边缘363形成为以5mm以下,特别地,2mm以下的曲率半径倒圆时,存在应力也集中于杯部333的厚度边缘363以引起裂纹的问题。然而,根据本发明的一个实施例,可以防止在杯部133的厚度边缘163中出现裂纹。这里,第一冲压边缘1613和第二冲压边缘1614中的一个可以是桥部136侧冲压边缘1611,并且另一个可以是电极引线12侧冲压边缘(未示出)。或者,两个冲压边缘中的一个可以是模具边缘162侧冲压边缘1612,并且另一个可以是电极引线12侧冲压边缘(未示出)。
厚度边缘163连接至彼此相邻的两个冲压边缘161,即,如图9中所示的第一冲压边缘1613和第二冲压边缘1614,并形成角部164。在现有技术中,如图8中所示,在冲头22的所有多个边缘221上以相同的曲率半径进行倒圆,因此冲头22的角部(未示出)自然以相同的曲率半径倒圆。因此,当通过用冲头22模制软包膜135来拉伸软包膜135时,角部364自然以与冲压边缘361相同的曲率半径倒圆。
然而,当软包膜135被拉伸时,存在应力集中于角部364的问题。具体地,角部364由三个边缘361的会合形成,因此角部363可以比冲压边缘361或厚度边缘363更多地拉伸。因此,应力会更多地集中于角部364而不是冲压边缘361或厚度边缘363。因此,软包膜135的过度伸长引起变白现象,其中特定部分在即将产生裂纹之前变为白色,并且最终容易出现裂纹。
因此,根据本发明的一个实施例,如图12中所示,角部164中的至少一个也被倒圆,并且角部164的曲率半径大于或等于冲压边缘161和厚度边缘163中的至少一个的曲率半径。
具体地,根据本发明的一个实施例,在角部164的内部曲率半径可以变化。也就是说,角部164的中心部分1641的曲率半径和角部164的外围部分1642的曲率半径可以彼此不同。具体地,角部164的中心部分1641的曲率半径可以大于角部164的外围部分1642的曲率半径。例如,第一角部164的外围部分1642的曲率半径由于与第一冲压边缘132、第二冲压边缘134和厚度边缘163相对地相邻,因此可以与冲压边缘161和厚度边缘163中的至少一个的曲率半径相同。另一方面,第一角部164的中心部分1641的曲率半径由于与第一冲压边缘1613、第二冲压边缘1614和厚度边缘163相对地间隔开,因此可以大于冲压边缘161和厚度边缘164中的至少一个的曲率半径。也就是说,角部164的曲率半径可以不同于冲压边缘161和厚度边缘163中的至少一个的曲率半径。
因此,角部164的曲率半径可以从角部164的外围部分1642向角部164的中心部分1641逐渐增加。此外,由于角部164内部的曲率半径不是恒定的而是变化的,角部164的中心部分1641可以具有非球面形状,而不是精确的球面形状。
与冲压边缘161不同,角部164不仅需要清楚地设置曲率半径,而且还需要清楚地设置在杯部133中形成的范围。如果角部164在杯部133中形成的范围过窄,则软包膜135仍然过度拉伸以引起变白或裂纹。另一方面,如果角部164在杯部133中形成的范围过宽,则杯部133的外壁138与电极组件10之间的空间17减小,因此二次电池1的相对于其体积的能量密度会增加。因此,根据本发明的一个实施例,如图12中所示,角部164可以从厚度边缘163沿杯部133的纵向方向1c在2mm至3.5mm以内形成,从厚度边缘163沿杯部133的宽度方向Wc在2mm至3.5mm以内形成,并且从冲压边缘161沿杯部133的厚度方向dc在2mm至3.5mm以内形成。此外,形成角部164的范围可以随着杯部133的深度增加而逐渐变宽。
由于如上所述形成杯部133的角部164,更集中于角部164的应力可以分散以防止变白和裂纹。
图10是示出本发明的一个实施例的电池壳体13被折叠的状态的示意图,图11是示出根据本发明的一个实施例的电池壳体13被折叠状态的示意图。
当在软包膜135中形成两个杯部133时,杯部133分别形成在电池壳体13的第一壳体131和第二壳体132中。将电极组件10容纳在设置在第一壳体131的杯部133中的容纳空间1331中之后,如图10中所示,将在两个杯部133之间形成的桥部136折叠在电池壳体13中,使得两个杯部133彼此面对。由于桥部136被折叠,在二次电池1的一侧形成折叠部139。然后,可以注入电解液,并且可以密封延伸至第一壳体131和第二壳体132的杯部133的外部的边缘134,以制造如图11中所示的软包型二次电池。
如上所述制造的根据本发明的一个实施例的软包型二次电池1可以包括:电极组件10,其中堆叠有电极101和隔膜102;以及软包型电池壳体13,具有在其中容纳电极组件10的杯部133,其中,杯部133包括分别连接多个外壁138与底部1332的多个冲压边缘161。冲压边缘161中的至少一个可以以对应于杯部133的深度D的1/20至1/6的曲率半径倒圆。具体地,冲压边缘161中的至少一个可以形成为以1mm以下,特别地,0.7mm以下的曲率半径倒圆。杯部133的宽度CW与电极组件10的宽度EW之间的差可以为2.5mm以下,特别地,1.7mm以下。此外,可以容纳电极组件10使得电极101的至少一端设置在距边缘垂直线V2为0.75mm,特别地,0.5mm以下的垂直距离g处,边缘垂直线V2通过冲压边缘161与外壁138之间的边界点P2在并且垂直于底部1332。此外,电池壳体13可以包括:第一壳体131和第二壳体132,在该第一壳体和第二壳体中的至少一个上形成杯部133;以及折叠部139,一体连接第一壳体131和第二壳体132。
当折叠电池壳体13以制造二次电池1时,由于桥部136变为折叠部139,在二次电池1中,折叠部139一体连接第一壳体131和第二壳体132。并且桥部136侧冲压边缘1611变为折叠部139侧冲压边缘1611,桥部136侧外壁1381变为折叠部139侧外壁1381。
另外,在多个冲压边缘161中,将面向折叠部139的折叠部139侧外壁1381连接至底部1332的折叠部139侧冲压边缘1611可以形成为以对应于杯部133的深度D的1/20至1/6的曲率半径倒圆。具体地,折叠部139侧冲压边缘1611可以形成为以1mm以下,特别地,0.7mm以下的曲率半径倒圆。此外,可以容纳电极组件10,使得电极101的至少一端设置在边缘垂直线V2与基准垂直线V3之间,边缘垂直线V2通过冲压边缘161与外壁138之间的边界点P2并且垂直于底部1332,基准垂直线V3与边缘垂直线V2之间的垂直距离g为0.75mm,特别地,0.5mm以下,并且垂直于底部1332。如上所述,基准垂直线V3可以通过冲压边缘161的曲率中心C。
图12是在根据本发明的一个实施例的电池壳体13中形成的凹槽1391的放大图。
根据本发明的一个实施例,当如上所述将电池壳体13折叠以制造二次电池1时,桥部136可以是折叠部139的形式。具体地,当折叠电池壳体13时,桥部136的倒圆形状也可以展开至一定程度,但是桥部136的痕迹留在二次电池1上,并且这些痕迹会变为折叠部139。因此,电池壳体13的桥部136和折叠部139可以彼此对应。
例如,当桥部136的倒圆形状未完全展开(像平面一样)时,折叠部139包括向二次电池1的内侧凹陷的凹槽1391,如图12中所示。在这种情况下,由于折叠部139的曲率小于桥部136的曲率,折叠部139可以具有更大的曲率半径。
由于桥部136具有弯曲表面,并且桥部136侧外壁1381具有平面形状,变形量彼此不同。因此,当电池壳体13被折叠时,桥部136侧外壁1381相对更多地变形,而桥部136相对小地变形,仅足以使得倒圆形状展开至一定程度。然后,当电池壳体13被折叠时,如图12中所示,斜率变化量的增加或减少在边界点P1附近变换。也就是说,各个边界点P1变为拐点。因此,折叠部139可以形成为在两个边界点P1,即两个拐点之间的弯曲表面。
另外,当桥部136的倒圆形状未完全展开时,两个边界点P1,即,对应于两个拐点的部分可以向外突出以形成突起。也就是说,突起可以形成为向外突出的一对突出部分,在它们之间插入有折叠部139,更具体地,凹槽1391。
或者,即使桥部136的倒圆形状完全展开(像平面一样),桥部136与桥部136侧外壁1381的边界点P1通过两条线(未示出)中的每一个连接至二次电池1,并且折叠部139在两条线之间形成为平面。
可以从二次电池1的外观在视觉上确认折叠部139。并且如上所述,由于桥部136的厚度t优选是桥部136与桥部136侧外壁1381的两个边界点P1之间的距离,折叠部139的宽度FW是两个边界点P1之间的距离。也就是说,如果桥部136的倒圆形状未完全展开,则折叠部139的宽度FW是两个边界点P1,即,两个拐点之间的距离。或者,如果桥部136的倒圆形状完全展开,则折叠部139是两个边界点P1,即,两条线之间的距离。
折叠部139的宽度FW不超过桥部136的长度并且可以为1mm至3.2mm,特别地,1mm至1.6mm。如上所述,折叠部139的宽度FW可以使用尺子直接测量,但是也可以使用Lupe测量,或者使用3D相机或激光2D线传感器测量。也就是说,可以以各种方法测量宽度FW而没有限制。
根据现有技术,桥部336的厚度t′形成得较厚,并且折叠部339的宽度也形成得较大,因此杯部333的外壁338与电极组件10之间的空间37也形成得较大。然而,根据本发明的一个实施例,由于折叠部139的宽度FW可以减小,杯部133的外壁138与电极组件10之间的空间17也会减小。因此,二次电池1的相对于体积的能量密度会增加。
另外,由于在现有技术中软包膜的成型性能较低,突起向外突出较大。然而,根据本发明的一个实施例,突起可以相对小地突出,并且可以改善折叠部139或折叠部139侧外壁1381的平坦度。
具体地,凹槽1391的最内侧部分与突起的最外侧部分之间的距离p可以定义为平坦度。在根据现有技术的电池壳体的情况下,平坦度形成为1mm以上并且甚至1.5mm。另一方面,根据本发明的一个实施例,平坦度p可以形成为0.8mm以下,优选地,0.3mm以下。因此,二次电池1的相对于体积的能量密度可以进一步增加。
图13是根据本发明的另一实施例的杯部133和模具边缘1621的放大示意图。
根据本发明的一个实施例,在模具21上形成两个模制部211以彼此相邻,并且在两个模制部211之间可以形成分隔壁212。因此,当形成软包膜135时,在一个软包膜135中形成两个杯部133,并且在两个杯部133之间还一起形成桥部136。也就是说,在第一壳体131和第二壳体132中的每一者中形成一个杯部133。
然而,根据本发明的另一实施例,在模具21上仅形成一个模制部211,并且没有分隔壁。因此,当形成软包膜135时,在一个软包膜135中形成一个杯部133,并且没有桥部。也就是说,杯部133仅形成在第一壳体131中。
根据本发明的另一实施例,杯部133的深度D被模制为6.5mm以下,并且杯部133中的至少一个冲压边缘161a以对应于杯部133的深度D的1/20至1/6的曲率半径倒圆。具体地,杯部133的冲压边缘161a中的至少一个可以形成为以1mm以下,特别地,0.7mm以下的曲率半径倒圆。因此,可以防止在杯部133的冲压边缘161a中容易产生裂纹。
具体地,根据本发明的另一实施例,如图13中所示,在多个冲压边缘161a中,将面向第二壳体132a的第二壳体132a侧外壁1381a连接至底部1332的第二壳体132a侧冲压边缘1611可以形成为以对应于杯部133的深度D的1/20至1/6的曲率半径倒圆。具体地,第二壳体132a侧冲压边缘1611a可以被倒圆并且以1mm以下,特别地,0.7mm以下的曲率半径形成。
另外,模具边缘162侧冲压边缘1612也可以以杯部133的深度D的1/20至1/6的曲率半径倒圆来形成。具体地,模具边缘162侧冲压边缘1612可以形成为以1mm以下,特别地,0.7mm以下的曲率半径倒圆。这里,在冲压边缘161a与外壁138的边界点P2和P4处,优选斜面是连续的。
下文中,在本发明的另一实施例中,将省略与本发明的一个实施例重复的内容的描述。然而,这是为了便于描述,并且不意在限制权利范围。
图14是示出根据本发明的另一实施例的电池壳体13a被折叠的状态的示意图,图15是示出根据本发明的另一实施例的电池壳体13a被折叠的状态的示意图。
外壁138具有面向杯部133的开口的上端,并且第二壳体132a、边缘134和脱气部137延伸至杯部133的外部。这里,连接外壁138的上端和第二壳体132a、边缘134或脱气部137的模具边缘162可以以对应于杯部133的深度D的1/20至1/6的曲率半径倒圆。具体地,模具边缘162可以形成为以1mm以下,特别地,0.7mm以下的曲率半径倒圆。
也就是说,根据本发明的另一实施例,如图14中所示,在电池壳体13a中没有桥部,并且模具边缘1621将第一壳体131的杯部133连接至第二壳体132a。为此,模具21的边缘213可以以通过从模具边缘162减去软包膜135的厚度而得到的曲率半径倒圆。例如,如果软包膜135的厚度为0.2mm,则模具21的边缘213可以以0.8mm以下,特别地,0.5mm以下的曲率半径倒圆。
另外,间隙CL减小至0.5mm以下,杯部133的外壁138可以形成为接近垂直状态。例如,如图13中所示,间隙CL是通过模具边缘1621与第二壳体132a侧外壁1381a的边界点P1并且垂直于底部1332的模具边缘垂直线V4与通过第二壳体132a侧冲压边缘1611a与第二壳体132a侧外壁1381a的边界点P2并且垂直于底部1332的边缘垂直线V2之间的垂直距离,其可以为0.5mm以下,特别地,0.35mm以下。
另外,容纳电极组件10使得电极101的一端设置在边缘垂直线V2与基准垂直线V2之间,基准垂直线V2与边缘垂直线V2之间的垂直距离为0.75mm,特别地,0.5mm,并且垂直于底部1332。
因此,根据本发明的另一实施例,杯部133的深度D模制为6.5mm以下,杯部133的外壁138可以形成为接近垂直状态,使得与底部1332的倾斜角为90°至95°,特别地,90°至93°,并且在防止电极101被损坏的同时,电极组件10与杯部133体积的体积比可以进一步增加,因此相对于体积的能量效率也可以增加。
图16是在根据本发明的另一实施例的电池壳体13中形成的凹槽1391a的放大图。
根据本发明的另一实施例,当将电池壳体13a折叠以制造二次电池1a时,第二壳体132a侧模具边缘1621变为折叠部139a。具体地,当电池壳体13被折叠时,模具边缘1621的倒圆形状也可以展开,但是模具边缘1621的痕迹留在二次电池1上,并且该痕迹会变为折叠部139a。因此,电池壳体13a的第二壳体132a侧模具边缘1621和折叠部139a彼此对应。
例如,当模具边缘1621的倒圆形状未完全展开(像平面一样)时,折叠部139a包括向二次电池1a的内侧凹陷的凹槽1391a,如图19中所示。在这种情况下,由于折叠部139a的曲率小于模具边缘1621的曲率,折叠部139a可以具有更大的曲率半径。
由于模具边缘1621具有弯曲表面,并且模具边缘1621侧外壁1381a具有平面形状,变形量彼此不同。因此,当电池壳体13被折叠时,模具边缘1621侧外壁1381a相对更多地变形,而模具边缘1621相对小地变形,仅足以使得倒圆形状展开至一定程度。然后,当电池壳体13被折叠时,如图19中所示,斜率变化量的增加或减少在边界点P1附近变换。也就是说,各个边界点P1变为拐点。因此,折叠部139a可以形成为在两个边界点P1,即两个拐点之间的弯曲表面。
或者,即使模具边缘1621的倒圆形状完全展开,模具边缘1621与第二壳体132a侧外壁1381的边界点P1以及模具边缘1621与第二壳体132a的边界点分别在二次电池1a中形成两条线(未示出),并且折叠部139a形成为两条线之间的平面。
折叠部139的宽度FW不超过模具边缘1621的长度,并且可以为1mm至3.2mm,特别地,1mm至1.6mm。
图17是示出根据现有技术的电池壳体33的脱气部337被切割之前的状态的示意性俯视图。
将电池壳体13的桥部136折叠以在二次电池1的一侧形成折叠部139,并且折叠部139一体连接第一壳体131和第二壳体132。然而,电池壳体13通过拉伸软包膜135来形成,在这种情况下,不仅杯部133被有限地拉伸,而且杯部133的外围边缘134整体上也被微小地拉伸。因此,当桥部136折叠时,边缘134的微小拉伸的部分在从折叠部139的两端向外突出的同时聚集并由此在视觉上变得明显。这被称为蝙蝠耳35或15。
蝙蝠耳35的尺寸根据桥部336的厚度t′、间隙CL′、杯部333的冲压边缘361的曲率半径R2′、杯部333的深度D′而变化。也就是说,桥部336的厚度t′越厚,间隙CL′越大,杯部333的冲压边缘361的曲率半径R2′越大,则蝙蝠耳35的尺寸越大。然而,在现有技术中,在改善桥部336的厚度t′、杯部333的边缘361的曲率半径R2′和间隙CL′方面存在限制。因此,如图17中所示,蝙蝠耳35的尺寸形成得相当大,并且在减小蝙蝠耳35的尺寸方面也有限制。
当蝙蝠耳35的尺寸形成得较大时,二次电池3的不必要的体积进一步增加,因此二次电池3的形状和尺寸的设计值与实际值中产生误差。因此,当将二次电池3组装至电池模块5(见图24)时,不容易组装,并且存在的问题是,考虑到蝙蝠耳35,二次电池3的尺寸必须从一开始就设计得小。此外,由于二次电池3的体积增大,也存在相对于体积的能量密度降低的问题。
如上所述,根据本发明的一个实施例的软包型电池壳体13可以包括:杯部133,其中设置有容纳电极组件10的容纳空间1331;以及脱气部137,形成在杯部133的一侧以通过脱气孔H排出在杯部133中产生的气体。
另外,在密封边缘134的工序中,可以进行形成工序和脱气工序。具体地,将电极组件10容纳在杯部133中之后,在电池壳体13中,脱气部137中包括的角部1371被打开,并且剩余的边缘134被密封。当电池壳体13的边缘被打开以形成开口时,电解液通过开口注入到电池壳体13中。
将电解液注入到电池壳体13中之后,首先密封脱气部137以形成临时密封部1340。由于密封部1341通过后面的脱气部137的二次密封而形成,优选临时密封部1340形成在脱气部137中靠近边缘1371的位置。
之后,可以进行形成工序。形成工序(活化工序)是最后充电以使二次电池1能够供电的工序。由于在形成临时密封部1340之后进行形成工序,并且电池壳体13被完全密封,因此可以通过以高填充率快速排出气体而在预定工序时间内完成二次电池的制造。
当形成工序结束时,在电池壳体13中产生气体。因此,在电池壳体13的脱气部137中冲压(punch)脱气孔H。通过脱气孔H,气体从电池壳体13的内部排出至外部。这里,注入的电解液会通过脱气孔H泄漏,同时气体容易排出。为了防止这种情况,优选在靠近临时密封部1340的位置冲压脱气孔H。当冲压脱气孔H时,进行将气体排出至电池壳体13外部的脱气工序。
当冲压脱气孔H时,电池壳体13的内部被再次打开,并且内部的电解液会泄漏至外部。因此,通过二次密封杯部133与脱气部137之间的边界而形成密封部1341。这里,密封部1341形成在杯部133与脱气孔H之间,并且优选形成在靠近杯部133的位置。
如上所述,在进行形成工序和脱气工序时,必须冲压脱气孔H,并且必须进行一次密封和二次密封。此外,当大规模生产二次电池1时,需要统一管理二次电池1的规格和质量。为此,可以使用包括视觉传感器41的检验装置4(见图19)来检查电池壳体13或二次电池1。
根据现有技术,在将电池壳体33和二次电池3制造为整体上尖锐形状方面存在限制。因此,当用视觉传感器对电池壳体33拍摄时,各部件的尺寸和位置的误差较大。
具体地,当此后二次电池1的制造结束时,可以通过将多个二次电池1的电极引线12彼此连接来制造电池模块5(见图24)。为此,在多个二次电池1中形成的电极引线12的所有位置必须不变。然而,在现有技术中,由于电极101在一定程度上与杯部333的外壁338间隔开,在密封边缘134之前电极组件10会在杯部333内部移动。因此,当大规模生产二次电池3时,即使杯部333的体积和电极组件10的体积均不变,电极组件10的位置也略有不同,因此电极引线12的位置也略有不同。因此,必须使用检验装置4精确地测量电极引线12的位置。
另外,为了以正确的位置和尺寸冲压脱气孔H,并且以正确的位置和尺寸进行一次密封和二次密封,必须精确地测量脱气部137的位置。此外,为了有效地管理多个二次电池1的整体质量,必须精确地测量电池壳体13或二次电池1的各个部件如边缘134、折叠部139和从电池壳体突出的绝缘部14的位置,并且进一步地,必须精确地测量杯部133之间的宽度。
为了测量部件的位置,必须设置具体的基准线并且测量从基准线到待测部件的垂直距离。例如,当电极组件10在杯部333的内部经常移动时,通常,在基于图17中所示的条的左方向和右方向上,即,在朝向折叠部339和脱气部337的方向上。因此,为了测量电极引线12的位置,必须测量电极引线12的左边缘或右边缘的位置,并且为了测量到左边缘或右边缘的垂直距离,必须建立平行于左边缘或右边缘的基准。
然而,在现有技术中,杯部333的外壁338不形成为接近垂直状态,并且杯部333的冲压边缘361的曲率半径R2′也较大。因此,当用视觉传感器41对电池壳体33拍照时,在图像中不尖锐地呈现杯部333的冲压边缘361,如图20中所示。因此,不能基于杯部333的冲压边缘361测量部件的位置,并且将靠近冲压边缘361的蝙蝠耳35设置为基准,或者使用者将杯部333的冲压边缘361手动设置为基准。
然而,由于在杯部133的外围边缘134整体上也稍微拉伸的状态下通过折叠桥部136来形成蝙蝠耳35,多个二次电池1中的每一者的蝙蝠耳35在尺寸上稍微不同。然后,即使当用视觉传感器测量部件的位置时,由于作为基准的蝙蝠耳35的尺寸不同,二次电池3之间的部件的位置的偏差增大,使得质量控制困难。
特别地,即使当通过用视觉传感器拍摄电池壳体33来测量电极引线12的位置时,电极引线12的位置也略有不同,因此当连接电极引线12以制造电池模块5时,存在不容易连接的问题。此外,为了制造电池模块5,当多个二次电池1顺序地堆叠或对齐成一列时,杯部333的位置不准确,因此还存在多个二次电池1的对齐降低的问题。
在通过将二次电池3容纳在单独的外壳51(见图24)中来制造电池模块5的情况下,当测量值的偏差较大时,在设计外壳51时的设计公差不必要地变大,因此也存在与电池模块5的体积相比,能量密度降低的问题。
图18是示出根据本发明的一个实施例的电池壳体13的脱气部137被切割之前的状态的示意性俯视图,图19是根据本发明的一个实施例的检验装置4的框图。
根据本发明的一个实施例,如图18中所示,由于软包膜135的成型性能改善,桥部136的厚度t形成得更薄,杯部133的边缘1611的曲率半径R2和间隙CL可以形成得更小,并且蝙蝠耳15的尺寸可以更减小。因此,二次电池1可以容易组装到电池模块5中,并且二次电池1的不必要的体积减小,从而可以增加相对于体积的能量密度。
另外,根据本发明的一个实施例,如图18中所示,由于杯部133的冲压边缘1611清楚地呈现在对电池壳体13拍摄的图像中,检验装置4可将杯部133的冲压边缘161自动设置为基准线ST,可以基于杯部133的冲压边缘161精确地测量与电池壳体13或二次电池1的各个部件的距离,此外,甚至可以精确地测量杯部133之间的宽度CW。因此,可以精确地测量电池壳体13或二次电池1的部件的位置,以减小测量值的误差并且减小二次电池1之间的偏差。
为此,根据本发明的一个实施例的电池壳体13或二次电池1的检验装置4包括:视觉传感器41,拍摄电池壳体13以获取电池壳体13或二次电池1的图像;轮廓提取部421,从图像中提取电池壳体13或二次电池1的部件的轮廓;图像分析部422,分析图像以检测对应于杯部133的冲压边缘161的轮廓,在杯部133中设置有将电极组件10容纳在电池壳体13中的容纳空间1331;基准线设置部423,将对应于冲压边缘161的轮廓设置为基准线ST;以及距离计算部424,计算从基准线ST到部件的距离。
另外,根据本发明的一个实施例的电池壳体13或二次电池1的检验方法包括:拍摄电池壳体13以获取电池壳体13或二次电池1的图像的工序;通过轮廓提取部421从图像中提取电池壳体13或二次电池1的部件的轮廓的工序;分析图像以检测对应于杯部133的冲压边缘161的轮廓的工序,在杯部133中设置有将电极组件10容纳在电池壳体13中的容纳空间1331;将对应于冲压边缘161的轮廓设置为基准线ST的工序;以及计算从基准线ST到部件的距离的工序。
具体地,如图19中所示,检验装置4包括视觉传感器41和控制器42。此外,上述部件可以彼此连接以通过总线(未示出)彼此通信。控制器42中设置的所有部件可以通过至少一个接口或适配器连接至总线,或者可以直接连接至总线。此外,除了上述部件之外,总线可以连接至其它子系统。总线包括存储器总线、存储器控制器、外围总线和本地总线。
视觉传感器41通过拍摄特定区域以接收特定区域的图像信号来获取图像。为此,通常,视觉传感器41包括成像装置,例如,电荷耦合装置(CCD)或互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器。特别地,在根据本发明的一个实施例的视觉传感器41中,在电池壳体13的桥部136折叠之后,拍摄电池壳体13以获取电池壳体13或二次电池1的各个部件的图像。这里,部件包括上述杯部133、脱气部137、电极引线12、蝙蝠耳15、边缘134、折叠部139和绝缘部14。然后,切割脱气部137以完成二次电池1的制造。因此,如果在切割脱气部137之前视觉传感器41拍摄电池壳体13,则可以获取电池壳体13和电极引线12的图像,如果在切割脱气部137之后拍摄电池壳体13,则可以获取二次电池1的图像。
控制器42接收由视觉传感器41获取的图像信号,以从图像信号中识别电池壳体13或二次电池1的各个部件的位置。控制器42包括轮廓提取部421、图像分析部422、基准线设置部423和距离计算部424。优选地,使用中央处理单元(CPU)、微控制单元(MCU)或数字信号处理器(DSP)作为控制器42,但是不限于此。例如,可以使用各种逻辑运算处理器。
轮廓提取部421从由视觉传感器41接收的图像中提取电池壳体13或二次电池1的各个部件的轮廓。这里,轮廓提取部421可以提取图像中呈现的所有部件的轮廓,但是不限于此,并且可以在图像的一部分中设置感兴趣区域(ROI),并且也可以仅提取在ROI中呈现的部件的轮廓。为了提取轮廓,首先提取关于图像的像素的信息。为此,可以使用通常使用的梯度公式。通过提取的像素信息显示电池壳体13和电极引线12的轮廓。
根据本发明的一个实施例,杯部133的冲压边缘161的曲率半径R2和间隙CL可以形成得更小,并且由于杯部133的外壁138形成为接近垂直状态,图像中对应于杯部133的冲压边缘161的像素信息的梯度较大。因此,由于轮廓与背景之间的边界清晰,因此可以清晰地提取对应于杯部133的冲压边缘161的轮廓。
图像分析部422分析图像并且检测对应于电池壳体13中的杯部133的冲压边缘161的轮廓。为此,图像分析部422将预先存储的杯部133的冲压边缘161的基准轮廓信息与提取的轮廓信息匹配,以检测对应于杯部133的冲压边缘161的轮廓。在这种情况下,图像分析部422可以使用模板匹配技术来匹配两条信息。
基准线设置部423可以将对应于冲压边缘161的轮廓设置为基准线ST。由于杯部133包括多个冲压边缘161,也提取对应于冲压边缘161的多个轮廓。这里,为了精确地测量电池壳体13或二次电池1的各部件的位置,基准线设置部423可以优选地将多个冲压边缘161中的最接近待测部件的冲压边缘161所对应的轮廓设置为基准线ST。此外,如上所述,由于部件的位置必须测量与基准线ST的垂直距离,基准线设置部423可以将多个冲压边缘161中的与待测部件的边缘平行的冲压边缘161所对应的轮廓设置为基准线ST。
例如,为了冲压脱气孔H并且进行一次密封和二次密封,检验装置4会需要测量脱气部137的位置。在这种情况下,基准线设置部423可以将多个冲压边缘161中的靠近脱气部137且与脱气部137中包括的边缘1371平行的模具边缘162侧冲压边缘1612所对应的轮廓设置为基准线ST。
例如,为了检查电极引线12的位置是否全部不变,检验装置4会必须测量电极引线12的位置。在这种情况下,基准线设置部423可以将多个冲压边缘161中的靠近电极引线12并且平行于电极引线12的左边缘和右边缘的折叠部139侧冲压边缘1611所对应的电极引线12侧轮廓设置为基准线ST。
另外,为了测量杯部133之间的宽度,基准线设置部423可以将多个冲压边缘161中的对应于杯部133的宽度的边界的两个冲压边缘161的轮廓中的一个轮廓作为基准线ST。
也就是说,只要基准线设置部423精确地测量电池壳体13或二次电池1的各个部件的位置,则基准线设置部423可以将各种轮廓线设置为基准线ST,而没有限制。
距离计算部424计算图像中的从基准线ST到电池壳体13或二次电池1的各个部件的距离。例如,如果将对应于模具边缘162侧冲压边缘1612的轮廓设置为基准线ST,则距离计算部424可以计算从基准线ST到脱气部137中包括的边缘的距离。或者,如果将对应于折叠部139侧冲压边缘1611的轮廓设置为基准线ST,则距离计算部424可以计算从基准线ST到电极引线12的一个边缘的距离,并且也计算从基准线ST到对应于模具边缘162侧冲压边缘1612的轮廓的距离。
距离计算部424可以利用关于图像中的像素数量与预先存储的实际距离之间的关系的信息。也就是说,距离计算部424可以通过图像中的像素数计算从基准线ST到各个部件的距离,然后通过利用关于预先存储的图像中的像素数量与实际距离之间的关系的信息来计算对应于计数的像素数量的实际距离。
检验装置4还可以包括存储部44。存储部44存储用于处理和控制检验装置4的操作的程序以及在各个程序执行的工序中产生的各种数据或接收的信号。具体地,可以存储关于电池壳体13的基准信息,使得图像分析部422检测对应于杯部133的冲压边缘1611的轮廓。这里,关于电池壳体13的基准信息包括:关于杯部133的冲压边缘1611的基准轮廓信息和关于到电池壳体13或二次电池1的部件的距离的基准信息。这可以由使用者直接存储在存储部44中,或者检验装置4可以通过反复学习来生成并存储基准信息。此外,存储部44可以存储关于图像中的像素数量与实际距离之间的关系的信息,使得距离计算部424计算从基准线ST到各个部件的实际距离。此外,还可以存储待检测的电池壳体13的检查结果信息。该存储部44可以嵌入到检验装置4中,但是可以作为单独的存储服务器而设置。存储部44包括非易失性存储装置和易失性存储装置。非易失性存储装置可以是体积小、重量轻且对外部冲击有抵抗力的NAND闪存,易失性存储装置可以是DDR SDRAM。
控制器42还可以包括缺陷确定部425,用于确定待检测的电池壳体13是否有缺陷。缺陷确定部425可以将在存储部44中存储的关于电池壳体13的基准信息与待检测的电池壳体13的检查结果信息进行比较。此外,如果检查结果信息包括在基准信息的误差范围内,则可以确定电池壳体13正常。然而,如果检查结果信息在基准信息的误差范围之外,则可以确定电池壳体13有缺陷。
检验装置4还可以包括用于接收和显示图像信号的显示部43。显示部43接收图像的信号并将图像显示给使用者。此外,当轮廓提取部421提取电池壳体13的轮廓时,可以在图像上显示轮廓,以使用者通过显示部43检查轮廓。显示部43可以使用各种方法,如液晶显示器(LCD)、有机液晶显示器(OLED)、阴极射线管(CRT)和等离子体显示面板(PDP)。此外,显示部43通过视频接口连接至总线,并且显示部43与总线之间的数据传输可以由图形控制器控制。
检验装置4还可以包括警报部45,当缺陷确定部425确定电池壳体13有缺陷时,警报部45产生警报。当产生警报时,优选产生例如灯的点亮或警告声音的听觉或视觉警报,以使用者直观地知道。
目前描述的视觉传感器41、控制器42、存储部44和显示部43的各个部件可以由在存储器中的预定区域中进行的任务、类别、子程序、进程、对象、执行线程和程序的软件,或如现场可编程门阵列(FPGA)或专用集成电路(ASIC)的硬件来实现,并且也可以由软件和硬件的组合来实现。部件可以包括在计算机可读的存储介质中,或者部件的一部分可以分散和分布在多个计算机中。
另外,各个块可以表示模块、段或代码的一部分,包括用于执行指定逻辑功能的一个或多个可执行指令。此外,在一些替代实施方式中,块中提到的功能也可能不按顺序出现。例如,连续显示的两个程序块有可能实际上同时执行,并且有时这些程序块根据相应的功能以相反的顺序执行。
当使用根据本发明的一个实施例的检测装置4时,由于尖锐地显示杯部133的冲压边缘1611,检测装置4可以将杯部133的冲压边缘161自动设置为基准线ST,并且基于杯部133的冲压边缘1611精确地测量到电池壳体13的各个部件的距离。例如,可以测量脱气部137的尺寸和位置,并且即使在二次电池1的制造结束之后,也可以精确地识别杯部133、电极引线12、蝙蝠耳15和边缘134、折叠部139和绝缘部14的尺寸和位置。因此,可以容易确定二次电池1是否有缺陷,并且即使大规模生产二次电池1,也可以有效地统一管理其规格和质量。
特别地,由于电极引线12的位置被精确测量,当连接电极引线12以制造电池模块5时,部件可以容易彼此连接。此外,杯部333的位置被精确地测量,因此当将多个二次电池1顺序地堆叠或对齐成一条线以制造电池模块5时,可以改善多个二次电池1的对齐。
图20是示出根据本发明的一个实施例的将电池壳体13的脱气部切割以完全制造二次电池1的状态的示意图。
对电池壳体13进行二次密封以形成密封部1341之后,通过在密封部1341的外部设置切割线CT来切割脱气部137。结果,如图20中所示,可以缩短脱气部137的长度,并且可以减小二次电池1的体积。通过上述工序,完成软包型二次电池1的制造。
在切割脱气部137之后剩余的边缘134中,电极引线12不形成为在多个边缘134中突出。然而,如果在密封后边缘134保持原样,则二次电池1的总体积增加。因此,为了降低相对于体积的能量密度,优选将边缘134折叠。
边缘134可以包括密封部1341和非密封部1342,如图20中所示。密封部1341是在相对外侧设置的密封区域,非密封部1342是在相对内侧设置的非密封区域。
具体地,当密封部1341通过电池壳体13的二次密封形成时,密封部1341不与杯部133直接连接,而是可以形成为在一定程度上间隔开。当密封边缘134时,需要使用单独的密封工具(未示出)对边缘134施加热和压力。然而,如果在密封工具与杯部133紧密接触的同时密封边缘134,则设置在边缘134内部的密封剂层1351部分熔化并且向电极组件10泄漏,从而污染电极组件10。此外,密封工具的热会传递至电极组件10,从而损坏电极组件10。因此,优选在密封工具与杯部133间隔开一定程度的状态下密封边缘134。然后,被密封工具密封的部分成为密封部1341,并且由于密封工具与杯部133间隔开而未被密封的部分成为非密封部1342。
图21是示出根据现有技术的边缘334被折叠的状态的示意性侧视图,图22是示出根据现有技术的边缘334被折叠的状态的示意性俯视图。
在现有技术中,当边缘334被折叠时,存在边缘334未被固定而以预定角度再次展开的问题。具体地,如前文所描述,软包膜135通过堆叠密封剂层1351、水分阻挡层1352、拉伸辅助层1354和表面保护层1353而形成。其中,由于密封剂层1351包含第一聚合物,特别地,聚丙烯(PP),因此柔性和弹性良好。因此,当边缘134被折叠时,返回初始状态的回复力较大。另一方面,由于水分阻挡层1352由金属,特别地,铝合金制成,因此在边缘334折叠之后,超出弹性变形的极限,从而保持折叠状态的保持力较大。
然而,在根据现有技术的软包膜中,水分阻挡层的厚度为约30μm至50μm,并且密封剂层的厚度为约60μm至100μm。也就是说,水分阻挡层的厚度形成得比密封剂层的厚度显著更薄。因此,回复力大于保持力,因此边缘334没有被固定并以预定角度再次展开。然后,存在由于边缘334导致的二次电池3不必要的体积增加的问题。
为了解决这个问题,如图21和图22中所示,将胶带38单独地粘附于边缘334。具体地,将胶带38一起粘附于边缘334和杯部333的底部3332的外表面,以将边缘334固定至杯部333,从而防止边缘再次展开。然而,在这种情况下,如图21中所示,存在二次电池3的整体厚度由于胶带38本身的厚度而增加的问题。此外,在折叠边缘334的工序之后,需要粘附胶带38的附加工序,该工序花费大量的时间,从而增加工序数量并且使二次电池3的制造产率变差。
当进行脱气工序时,随着气体从电池壳体13的内部排出至外部,杯部133的内部压力降低。在现有技术中,电极组件10被设置为与杯部333的外壁338间隔开一定程度。因此,为了在降低杯部333的内部压力的同时减小杯部333的外壁338与电极组件10之间的空间37的体积,杯部333的外壁338或底部3332会变形。具体地,如图21中所示,由于二次电池3的折叠部侧外壁338向内凹陷,会发生其中杯部333的折叠部339侧冲压边缘361向外突出并增加高度的高边缘现象。由于这种高边缘现象,二次电池3的不必要的厚度增加,存在相对于体积的能量密度降低的问题。此外,由于杯部333的折叠部339侧外壁338变形,二次电池3的外观不精美,由此存在适销性也降低的问题。此外,存在蝙蝠耳15的尺寸进一步增大的问题,并且由于高边缘现象而引起形状突出。
图23是示出根据本发明的一个实施例的边缘134被折叠的状态的示意性俯视图。
根据本发明的一个实施例,在软包膜135中,由于水分阻挡层1352的厚度为50μm至70μm,并且密封剂层1351的厚度为70μm至100μm,水分阻挡层1352的厚度变得比现有技术中的更厚。因此,由于当边缘134被折叠时保持力进一步增加,因此可以防止边缘134被再次展开而无需粘附单独的胶带38。
为此,根据本发明的一个实施例的二次电池1包括:电极组件10,其通过堆叠电极101和隔膜102而形成;以及软包型电池壳体13,其具有用于在其中容纳电极组件10的杯部133。软包型电池壳体13包括从杯部133向外延伸的边缘134,该边缘134包括通过设置在相对外侧而被密封的密封部1344和设置在相对内侧并且没有被密封的非密封部1345。因此,边缘134不粘附于杯部133并且在非密封部1345处折叠。
也就是说,如图23中所示,在二次电池1中边缘134朝向杯部133折叠之后,边缘134在保持折叠状态的同时不粘附于杯部133,因此不展开。在这种情况下,边缘134可以以85°至95°,特别地,88°至92°的角度折叠。此外,边缘134可以在邻近杯部133的位置处折叠,使得边缘134与杯部133的外壁138接触。具体地,如上所述,边缘134可以包括设置在相对外侧从而被密封的密封部1341和设置在相对内侧以不被密封的非密封部1342。此外,当折叠边缘134时,优选折叠相对靠近杯部133的非密封部1342。因此,可以进一步减小二次电池1的不必要的体积。然而,即使在这种情况下,边缘134和杯部133也不彼此粘附,并且边缘134的保持力增加以保持折叠状态。
当在软包膜135上形成两个杯部133时,杯部133的深度D可以比形成一个杯部133时浅。这是因为,如上所述,不仅杯部133被强有力地拉伸,而且杯部133的外围边缘134整体上也被微小地拉伸。然而,如果边缘134的宽度大于杯部133的深度D,则当边缘134仅折叠一次时,边缘134的外端1343会比杯部133的底部1332更向外突出。
因此,如果在软包膜135上形成两个杯部133,则可以采用如图23中所示的将边缘134折叠两次的双边缘折叠(DSF)方法。具体地,边缘134可以包括第一折叠部1344和第二折叠部1345。第一折叠部1344是在相对靠近外端1343的位置处折叠的部分,第二折叠部1345是在相对靠近杯部133的位置处折叠的部分。因此,在基于第一折叠部1344将边缘134第一次折叠之后,可以基于第二折叠部1345将边缘134第二次折叠。在这种情况下,第一折叠部1344可以设置在边缘134的密封部1341上,第二折叠部1345可以设置在边缘134的非密封部1342上。此外,边缘134可以在第一折叠部1344中以170°至180°,特别地,以180°的角度折叠。此外,第二折叠部1345可以以85°至95°,特别地,88°至92°的角度折叠。因此,可以防止边缘134的外端1343比杯部133的底部1332更向外突出。
根据本发明的一个实施例,由于电极组件10可以设置得非常靠近杯部133的外壁138,杯部133的不必要的体积减小。因此,即使杯部133的内部压力因进行脱气工序而降低,也可以防止杯部133的外壁138或底部1332变形。也就是说,如图23中所示,可以防止发生高边缘现象,因此相对于体积的能量密度不会降低。
图24是根据本发明的一个实施例的电池模块5的示意图。
由于例如汽车的中型和大型电子设备需要具有较大的输出,需要许多二次电池1。为了容易移动和安装这些二次电池1,可以制造电池模块5。当多个二次电池1安装在电池模块5中时,可以将电力稳定地供应至外部。
为了在二次电池1的电极组件10中产生电,在电极101与电解液之间发生化学反应,并且在该工序中产生热量。然而,当环境温度由于热量过度升高时,存在的问题是,在安装有二次电池1的电子设备的电路中发生故障,或者电子设备的寿命缩短。因此,电池模块5包括用于冷却二次电池1的冷却系统。冷却系统主要分为使用冷却水冷却二次电池的水冷式和使用空气冷却二次电池的风冷式。其中,水冷式冷却系统的冷却效率高于风冷式冷却系统,因此更广泛地应用。
冷却系统包括直接冷却二次电池1的冷却板,并且在冷却板的内部形成单独的流路以使冷却水流动。此外,随着通道的厚度和长度增加,表面积会增加以改善冷却效率。
为了制造电池模块5,首先制造多个二次电池1,然后将二次电池1彼此连接并且容纳在外壳51中。在这种情况下,二次电池1可以在一条线上对齐并且堆叠。如图24中所示,当二次电池1容纳在外壳51中时,二次电池1的长边可以朝下,并且在外壳51的底面上可以形成冷却板(未示出)。因此,可以通过从二次电池1的长边冷却冷却板来提高冷却效率。
通过折叠桥部136而形成的折叠部139形成在二次电池1的一侧,并且作为切割脱气部137之后剩余的区域的边缘134形成在另一侧。然而,如果冷却板从二次电池1的多个表面中的形成有边缘134的一侧冷却,则冷却板与电极组件10之间的距离由于边缘134而增加,使冷却效率变差。因此,优选从二次电池1的长侧面中的形成有折叠部139的一侧冷却冷却板。为此,当将二次电池1容纳在外壳51中时,折叠部139可以在朝向冷却板的方向上,即向下来容纳。
图25是示出根据现有技术的在二次电池3容纳在电池模块5的外壳51中的状态下的放大主视图,图26是示出根据现有技术的在二次电池3容纳在电池模块5的外壳51中的状态下的放大侧视图。
如上所述,在现有技术中在减小蝙蝠耳35的尺寸方面存在限制。
另外,在现有技术中,折叠部339与蝙蝠耳35的内边缘35a之间形成的角度θ′被形成为小于151度。
这里,角度θ′可以指由对应于折叠部339的第一虚线L1和对应于蝙蝠耳35的内边缘35a的第二虚线L2形成的角度。具体地,第一线L1和第二线L2可以通过图像分析来确定。例如,可以通过连接在视觉设备中的感兴趣区域(ROI)中识别的多个边缘点来提取第一线L1和第二线L2。因此,即使当折叠部339或蝙蝠耳35的内边缘35a被部分弯曲或弄弯时,第一线L1和第二线L2也可以清楚地限定。由于图像分析是公知技术,因此将省略其详细描述。
因此,如图25中所示,当二次电池3容纳在外壳51中时,外壳51和折叠部339通过蝙蝠耳35而彼此间隔开较大的间隙d′(例如,大于1.5mm)。因此,间隙d′会干扰冷却板的冷却,因此冷却效率会降低。为了解决这个问题,将导热材料52注入到二次电池1的冷却板与折叠部339之间的空间中,因此冷却板通过导热材料52冷却折叠部139。
然而,如果蝙蝠耳15的尺寸较大,则由于必须注入大量的导热材料52而成本增加,并且由于冷却板与折叠部139之间的间隙d′较大,冷却效率仍然较低。
另外,当通过脱气孔H进行脱气工序时,如图26中所示,当电池壳体33的内压减小时,电池壳体33的折叠部339与电极组件10紧密接触。然而,在现有技术中在减小间隙CL′方面存在限制,并且折叠部339的宽度也形成得较大。因此,杯部333的外壁338与电极组件10之间的空间37形成得较大,并且存在二次电池3的相对于体积的能量密度降低的问题。此外,由于电极组件10与导热膏52分开的距离也增加,存在冷却效率进一步降低的问题。
图27是示出根据本发明的一个实施例的在二次电池1容纳在电池模块的外壳51中的状态下的放大主视图,图28是示出根据本发明的一个实施例的在二次电池1容纳在电池模块的外壳51中的状态下的放大侧视图。
根据本发明的一个实施例的软包型二次电池1包括:电极组件10,在其中堆叠有电极101和隔膜102;以及软包型电池壳体13,其具有在其中容纳电极组件10的杯部133,其中,电池壳体13包括:第一壳体131和第二壳体132,在第一壳体和第二壳体中的至少一个中形成杯部133;折叠部139,用于一体连接第一壳体131和第二壳体132;以及蝙蝠耳15,从折叠部139的两端的一部分向外突出,其中,蝙蝠耳15的长度d为1.5mm以下。
另外,折叠部139与蝙蝠耳15的内边缘15a之间的角度θ可以形成为大于151度。此外,角度θ可以为180度以下。此外,当角度θ为180度时,可以表示不存在蝙蝠耳15的状态。
这里,角度θ′可以指由对应于折叠部139的第一虚线L1和对应于蝙蝠耳15的内边缘15a的第二虚线L2形成的角度。第一线L1和第二线L2的描述可以从上面描述获得。
根据本发明的一个实施例的电池模块5包括:软包型二次电池,其中堆叠有电极101和隔膜102的电极组件10容纳在软包型电池壳体13中形成的杯部133中;以及外壳51,在其中容纳二次电池1,其中,电池壳体13包括:第一壳体131和第二壳体132,在第一壳体和第二壳体中形成有杯部133;折叠部139,用于一体连接第一壳体131和第二壳体132;以及蝙蝠耳15,从折叠部139的两端的一部分向外突出,其中,蝙蝠耳15的长度d为1.5mm以下。
如上所述,蝙蝠耳15形成为通过折叠桥部136从折叠部139的两端的一部分向外突出。根据本发明的一个实施例,这种蝙蝠耳15的长度可以为1.5mm以下,特别地,1mm以下。蝙蝠耳15的长度可以是从折叠部139侧外壁1381到蝙蝠耳15的最外端测量的长度。在这种情况下,如上所述,由于间隙CL,折叠部139侧外壁1381与底部1332的倾斜角可以为90°至95°。当考虑这一点时,作为测量蝙蝠耳的一个实例,蝙蝠耳15的长度可以是从折叠部139侧外壁1381的最外突出部分到蝙蝠耳15的最外端测量的长度。
蝙蝠耳15的长度可以使用尺子或游标卡尺在与二次电池1直接接触的情况下测量,或者可以使用激光位移传感器或视觉传感器以非接触方式测量。
如上所述,描述了测量蝙蝠耳的长度的方法作为一个实例,并且仅将方法限于上述测量方法的情况不包括在本发明的范围内。蝙蝠耳的长度可以是本发明的含义内的蝙蝠耳的长度,只要其落入本发明的权利要求书和构思的范围内即可。
根据本发明的一个实施例,杯部133的深度D模制为6.5mm以下,桥部136的厚度t形成得更薄,并且杯部133的边缘1611的曲率半径R2和间隙CL可以形成当更小。
因此,蝙蝠耳15的长度d也可以进一步减小至1.5mm以下,特别地,1mm以下。因此,如图27中所示,外壳51与折叠部139之间的间隔d可以缩小至1.5mm以下。因此,外壳51内部的导热膏52的厚度可以为1.5mm以下,因此可以进一步减少导热膏52的注入量,从而降低成本并且改善冷却效率。
另外,如图28中所示,可以使间隙CL更小,并且可以使折叠部139的宽度FW更小。因此,杯部133的外壁138与电极组件10之间的空间17减小,从而可以增加二次电池1的相对于体积的能量密度。此外,由于电极组件10与导热膏52之间的距离也减小,因此可以进一步提高冷却效率。
本发明所属技术领域的普通技术人员将理解的是,本发明可以在不改变技术构思或基本特征的情况下以其它具体形式实施。因此,认为上面公开的实施例是示例性的而不是限制性的。因此,本发明的范围由所附权利要求书而非前述描述和其中描述的示例性实施例限定。在本发明的权利要求书的等同含义内以及在权利要求范围内进行的各种修改应当认为是在本发明的范围内。
[附图标记]
1:二次电池              2:模制装置
3:根据现有技术的二次电池
4:检验装置
5:电极模块              10:电极组件
11:电极接线片           12:电极引线
13:电池壳体             14:绝缘部
15:蝙蝠耳               16:边缘
17:空间                 21:模具
22:冲头                 33:根据现有技术的电池壳体
35:根据现有技术的蝙蝠耳 36:根据现有技术的边缘
37:根据现有技术的空间   38:根据现有技术的胶带
41:视觉传感器           42:控制器
43:显示部               44:存储部
45:警报部               51:外壳
52:导热膏               101:电极
102:隔膜                111:正极接线片
112:负极接线片          121:正极引线
122:负极引线            131:第一壳体
132:第二壳体            133:杯部
134:边缘                135:软包膜
136:桥部                137:脱气部
138:外壁                139:折叠部
161:冲压边缘            162:模具边缘
163:厚度边缘            164:角部
211:模制部              212:分隔壁
213:模具的边缘          221:冲头的边缘
333:根据现有技术的杯部  334:根据现有技术的边缘
336:根据现有技术的桥部  337:根据现有技术的脱气部
338:根据现有技术的外壁  339:根据现有技术的折叠部
361:根据现有技术的冲压边缘
362:根据现有技术的模具边缘
421:轮廓提取部          422:图像分析部
423:基准线设置部        424:距离计算部
425:缺陷确定部          1021:外围部分
1331:容纳空间           1332:底部
1333:外壁               1340:临时密封部
1341:密封部             1342:非密封部
1343:外端               1344:第一折叠部
1345:第二折叠部         1351:密封剂层
1352:水分阻挡层         1353:表面保护层
1354:拉伸辅助层         1371:边缘
1381:桥部侧外壁         1382:脱气部侧外壁
1391:凹槽               1611:桥部侧冲压边缘
1612:脱气部侧冲压边缘   1613:第一冲压边缘
1614:第二冲压边缘

Claims (42)

1.一种软包型电池壳体,所述软包型电池壳体包括杯部,所述杯部被配置为容纳通过堆叠电极和隔膜而形成的电极组件,
其中,所述杯部包括多个模具边缘,所述多个模具边缘连接被配置为围绕其外围的多个外壁与边缘或脱气部,并且
所述多个模具边缘中的至少一个以1mm以下的曲率半径倒圆,并且所述杯部的深度为6.5mm以下。
2.根据权利要求1所述的软包型电池壳体,其中,所述模具边缘中的至少一个以0.7mm以下的曲率半径倒圆。
3.根据权利要求1所述的软包型电池壳体,其中,所述模具边缘具有对应于所述杯部的深度的1/20至1/6的曲率半径。
4.根据权利要求1所述的软包型电池壳体,其中,所述杯部还包括:
多个冲压边缘,所述多个冲压边缘连接所述外壁与底部,并且所述多个冲压边缘中的至少一个以1mm以下的曲率半径倒圆;以及
厚度边缘,被配置为与彼此相邻的两个外壁连接。
5.根据权利要求4所述的软包型电池壳体,其中,通过所述模具边缘与模具边缘侧外壁的边界点并且垂直于所述底部的模具边缘垂直线与通过模具边缘侧冲压边缘与所述模具边缘侧外壁的边界点并且垂直于所述底部的边缘垂直线之间的垂直距离为0.5mm以下。
6.根据权利要求4所述的软包型电池壳体,其中,所述厚度边缘与彼此相邻的两个所述冲压边缘连接并形成角部,并且
所述角部中的至少一个以2mm至5mm的曲率半径倒圆,其中,曲率半径大于所述厚度边缘的曲率半径。
7.根据权利要求6所述的软包型电池壳体,其中,所述角部具有在其中变化的曲率半径。
8.根据权利要求7所述的软包型电池壳体,其中,所述角部的中心部分的曲率半径大于所述角部的外围部分的曲率半径。
9.根据权利要求4所述的软包型电池壳体,其中,所述冲压边缘中的至少一个的曲率半径为0.7mm以下。
10.根据权利要求4所述的软包型电池壳体,其中,所述冲压边缘具有对应于所述杯部的深度的1/20至1/6的曲率半径。
11.根据权利要求1所述的软包型电池壳体,所述软包型电池壳体还包括:
第一壳体和第二壳体,在所述第一壳体和所述第二壳体中分别形成杯部;以及
在两个所述杯部之间形成的桥部,
其中,所述桥部的厚度为2mm以下。
12.根据权利要求11所述的软包型电池壳体,其中,所述桥部的厚度为1.4mm以下。
13.根据权利要求11所述的软包型电池壳体,其中,所述桥部具有对应于所述电极组件的宽度的1/200至1/30的厚度。
14.根据权利要求11所述的软包型电池壳体,其中,所述桥部以1mm以下的曲率半径倒圆。
15.根据权利要求14所述的软包型电池壳体,其中,所述桥部以0.7mm以下的曲率半径倒圆。
16.根据权利要求11所述的软包型电池壳体,其中,所述桥部具有对应于两条桥部垂直线之间的距离的厚度,所述两条桥部垂直线分别通过所述桥部与桥部侧外壁的边界点,并且垂直于底部。
17.根据权利要求1所述的软包型电池壳体,其中,外壁以90°至95°的倾斜角从底部倾斜。
18.一种软包型二次电池,包括:
电极组件,其中堆叠有电极和隔膜;
软包型电池壳体,包括被配置为在其中容纳所述电极组件的杯部,
其中,所述电池壳体包括:
第一壳体和第二壳体,所述第一壳体和所述第二壳体中的至少一个包括杯部;以及
折叠部,被配置为一体连接所述第一壳体和所述第二壳体,
其中,所述折叠部的宽度为1mm至3.2mm,并且
所述杯部的深度为6.5mm以下。
19.根据权利要求18所述的软包型二次电池,其中,所述电极组件的面积为15000mm2至100000mm2
20.根据权利要求18所述的软包型二次电池,其中,所述折叠部的宽度为1mm至1.6mm。
21.根据权利要求18所述的软包型二次电池,其中,所述折叠部包括向内凹陷的凹槽。
22.根据权利要求21所述的软包型二次电池,其中,所述电池壳体包括向外突出的一对突起并且所述凹槽在所述一对突起之间,并且
所述凹槽的最内侧部分与所述突起的最外侧部分之间的距离为0.8mm以下。
23.根据权利要求18所述的软包型二次电池,其中,所述杯部与所述电极组件的宽度的差为2.5mm以下。
24.根据权利要求23所述的软包型二次电池,其中,所述杯部与所述电极组件的宽度的差为1.7mm以下。
25.根据权利要求23所述的软包型二次电池,其中,所述杯部的宽度是所述杯部的两个外壁的两端之间的距离。
26.根据权利要求18所述的软包型二次电池,其中,所述杯部包括:
多个冲压边缘,连接被配置为围绕其外围的多个外壁与底部,并且所述冲压边缘中的至少一个以1mm以下的曲率半径倒圆;
多个模具边缘,连接所述外壁与边缘或脱气部,并且所述多个模具边缘中的至少一个以1mm以下的曲率半径倒圆;以及
厚度边缘,被配置为与彼此相邻的两个所述外壁连接。
27.根据权利要求26所述的软包型二次电池,其中,通过所述模具边缘与模具边缘侧外壁的边界点并且垂直于所述底部的模具边缘垂直线与通过模具边缘侧冲压边缘与所述模具边缘侧外壁的边界点并且垂直于所述底部的边缘垂直线之间的垂直距离为0.5mm以下。
28.根据权利要求27所述的软包型二次电池,其中,在所述电极组件中,所述电极中的至少一个的一端设置为使得距所述边缘垂直线的垂直距离为0.75mm以下。
29.根据权利要求28所述的软包型二次电池,其中,在所述电极组件中,所述电极中的至少一个的一端设置为使得距所述边缘垂直线的垂直距离为0.5mm以下。
30.根据权利要求26所述的软包型二次电池,其中,在所述隔膜中,从所述电极向外突出的外围部分在所述底部相对于所述电极的一端的相反方向上折叠。
31.根据权利要求30所述的软包型二次电池,其中,在所述电极组件中,所述电极和所述隔膜中的每一者被设置为多个,
在容纳在所述第一壳体的所述杯部中的所述隔膜中,所述外围部分朝向所述第二壳体折叠,并且
在容纳在所述第二壳体的所述杯部中的所述隔膜中,所述外围部分朝向所述第一壳体折叠。
32.根据权利要求31所述的软包型二次电池,其中,所述隔膜中的至少一个的所述外围部分与相邻的隔膜的所述外围部分对齐并且被折叠。
33.根据权利要求26所述的软包型二次电池,其中,所述冲压边缘中的至少一个的曲率半径为0.7mm以下。
34.根据权利要求26所述的软包型二次电池,其中,所述冲压边缘具有对应于所述杯部的深度的1/20至1/6的曲率半径。
35.根据权利要求26所述的软包型二次电池,其中,所述模具边缘中的至少一个的曲率半径为0.7mm以下。
36.根据权利要求26所述的软包型二次电池,其中,所述模具边缘具有对应于所述杯部的深度的1/20至1/6的曲率半径。
37.根据权利要求26所述的软包型二次电池,其中,外壁从所述底部以90°至95°的倾斜角倾斜。
38.根据权利要求26所述的软包型二次电池,其中,所述厚度边缘与彼此相邻的两个所述冲压边缘连接并形成角部,并且
所述角部中的至少一个以2mm至5mm的曲率半径倒圆,其中,曲率半径大于所述厚度边缘的曲率半径。
39.根据权利要求38所述的软包型二次电池,其中,所述角部具有在其中变化的曲率半径。
40.根据权利要求39所述的软包型二次电池,其中,所述角部的中心部分的曲率半径大于所述角部的外围部分的曲率半径。
41.根据权利要求18所述的软包型二次电池,所述软包型二次电池还包括从所述折叠部的两端的一部分向外突出1.5mm的长度的蝙蝠耳。
42.根据权利要求41所述的软包型二次电池,其中,所述折叠部与所述蝙蝠耳的内边缘之间的角度大于151度。
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