CN116470196A - 二次电池 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种二次电池，并且要解决的技术问题是防止在施加振动或冲击时电极组件与集流板之间的焊接区域的分离或者集流板与罐之间的焊接区域的分离。为此，公开了一种二次电池，该二次电池包括：电极组件；壳体，容纳电极组件；盖板，密封壳体；以及至少一个集流板，焊接到电极组件与壳体之间以及电极组件与盖板之间中的至少一者，其中，至少一个狭缝形成在集流板中。

Description

二次电池

本申请基于并要求于2022年1月20日在韩国知识产权局提交的第10-2022-0008442号韩国专利申请的优先权，该韩国专利申请的公开内容通过引用全部包含于此。

技术领域

本公开的实施例涉及一种二次电池。

背景技术

锂离子二次电池由于例如其高工作电压和每单位重量的高能量密度而用作便携式电子装置以及混合动力车辆或电动车辆的电源。

根据形状，这种二次电池可以分类为圆柱形、棱柱形或袋型形状。具体地，圆柱形二次电池通常包括圆柱形电极组件、电极组件结合到的圆柱形罐、注入到罐的内部以使锂离子能够移动的电解质以及结合到罐的一侧以防止电解质的泄漏并防止电极组件的分离的盖组件。

在该背景技术部分中公开的以上信息仅用于增强对公开的背景的理解，因此其可能包含不构成现有技术的信息。

发明内容

本公开的实施例提供了一种二次电池，该二次电池能够防止在施加振动或冲击时电极组件与集流板之间的焊接区域的分离或者集流板与罐之间的焊接区域的分离。

根据本公开的实施例的二次电池可以包括：电极组件；壳体，容纳电极组件；盖板，密封壳体；以及至少一个集流板，焊接到电极组件与壳体之间以及电极组件与盖板之间中的至少一者，其中，至少一个狭缝形成在集流板中的每个中。

狭缝可以是C形或U形。

集流板可以包括：盘形主体；以及电极焊接部，在主体内部由狭缝分隔，并且焊接到电极组件。

电极焊接部可以通过狭缝与集流板的主体的中心区域分离以是可移动的。

电极组件可以焊接到由狭缝分隔的电极焊接部的内部。

狭缝可以包括相对于集流板的中心以一定角度布置的多个狭缝。

狭缝可以包括相对于集流板的中心对称地布置的偶数个狭缝。

主体的边缘和电极焊接部可以保持在连接状态。

壳体可以通过开口容纳电极组件，可以在面对开口的表面上具有孔，并且还可以包括通过壳体的孔电连接到集流板的第一端子。

第一端子可以包括头部和紧固部，头部定位在壳体外部，紧固部通过壳体的孔焊接并且结合到集流板的中心区域。

附图说明

图1是示出根据本公开的实施例的圆柱形二次电池的透视图。

图2是图1中所示的圆柱形二次电池的剖视图。

图3是示出根据本公开的实施例的二次电池的一部分的剖开的透视图。

图4A和图4B是示出根据本公开的实施例的二次电池中的集流板的焊接区域和应力方向的透视图。

图5是示出图2的圆柱形二次电池的一部分的放大剖视图。

具体实施方式

在下文中，将参照附图详细地描述本公开的优选实施例。

提供本公开的实施例以向本领域技术人员更充分地描述本公开，以下实施例可以以许多不同的形式体现，并且不应解释为限于这里阐述的示例实施例。相反，提供这些示例实施例使得本公开将是彻底的和完整的，并且将向本领域技术人员传达本公开的方面和特征。

另外，在附图中，为了简洁和清楚起见，夸大了各种组件的尺寸或厚度。同样的附图标记始终指同样的元件。如这里所使用的，术语“和/或”包括相关所列项中的一个或更多个的任何组合和所有组合。另外，将理解的是，当元件A被称为“连接到”元件B时，元件A可以直接连接到元件B，或者中间元件C可以存在于它们之间使得元件A和元件B彼此间接连接。

这里使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，并且不旨在限制公开。

如这里所使用的，除非上下文另外清楚地指出，否则单数形式也旨在包括复数形式。还将理解的是，当在本说明书中使用术语“包含或包括”和/或其变型时，说明存在所陈述的特征、数量、步骤、操作、元件和/或组件，但是不排除存在或添加一个或更多个其他特征、数量、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。

将理解的是，尽管这里可以使用术语第一、第二等来描述各种构件、元件、区域、层和/或部分，但是这些构件、元件、区域、层和/或部分不应受这些术语限制。这些术语仅用于将一个构件、元件、区域、层和/或部分与另一构件、元件、区域、层和/或部分区分开。因此，例如，在不脱离本发明的教导的情况下，下面讨论的第一构件、第一元件、第一区域、第一层和/或第一部分可以被称为第二构件、第二元件、第二区域、第二层和/或第二部分。

为了易于描述，这里可以使用诸如“在……之下”、“在……下方”、“下”、“在……上方”、“上”等的空间相对术语来描述如图中所示的一个元件或特征与另一(些)元件或特征的关系。将理解的是，除了图中描绘的方位之外，空间相对术语旨在涵盖装置在使用或操作中的不同方位。例如，如果图中的元件或特征被翻转，则描述为“在”其他元件或特征“下方”或“之下”的元件随后将定位为“在”所述其他元件或特征“上”或“上方”。因此，示例性术语“在……下方”可以涵盖上方和下方两种方位。

图1是示出根据本公开的实施例的圆柱形二次电池的透视图。图2是图1中所示的圆筒形二次电池的剖视图。图3是示出根据本公开的实施例的二次电池的一部分的剖开的透视图。图4A和图4B是示出根据本公开的实施例的二次电池中的集流板的焊接区域和应力方向的透视图。图5是示出图2的圆柱形二次电池的一部分的放大剖视图。

如图1至图3中所示，根据本公开的二次电池100可以包括圆柱形罐110、容纳在圆柱形罐110内部的电极组件120、结合到设置在圆柱形罐110的一端处的端子孔的铆接端子150、密封圆柱形罐110的另一端处的开口的盖板160以及结合到设置在盖板160的一部分处的排气孔164a的排气端子180。

圆柱形罐110包括圆形上表面部111和从上表面部111的边缘向下延伸恒定长度的侧表面部112。圆柱形罐110的上表面部111和侧表面部112可以一体地形成。

圆形上表面部111可以呈扁平圆形板形状，并且可以具有穿透其中心的端子孔111a。上表面部111可以通过将铆接端子150插入到端子孔111a中来结合。用于密封和电绝缘的第一垫圈111b还可以置于端子孔111a与铆接端子150之间。第一垫圈111b可以通过防止铆接端子150与圆柱形罐110彼此接触而将铆接端子150与圆柱形罐110彼此电分离。圆柱形罐110的上表面部111的端子孔111a可以由第一垫圈111b密封。第一垫圈111b可以由诸如聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)或聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)的树脂材料制成。

在圆柱形二次电池100的制造工艺期间，圆柱形罐110的下部是敞开的。因此，在圆柱形二次电池100中，在制造工艺期间，电极组件120可以通过圆柱形罐110的敞开的下部插入。这里，电极组件120可以在圆柱形罐110的敞开的下部面向上的状态下插入到圆柱形罐110中。在电极组件120插入到圆柱形罐110中之后，将盖板160结合到敞开的下端。另外，在电解质通过形成在盖板160中的排气孔164a注入到圆柱形罐110中之后，圆柱形罐110可以通过将排气端子180结合到排气孔164a来密封圆柱形罐110的内部。这里，电解质用于使锂离子能够在形成电极组件120的正极板121和负极板122之间移动。电解质可以是作为锂盐和高纯度有机溶剂的混合物的非水性有机电解质溶液。另外，电解质可以是使用聚合物电解质的聚合物或固体电解质，但是电解质的类型不限于此。

圆柱形罐110可以由钢、钢合金、铝、铝合金或其等同物制成，但是材料不限于此。另外，在圆柱形罐110中，为了防止电极组件120脱离到外部，可以在盖板160的上部上形成向内凹陷的卷边部113，并且可以在盖板160的下部上形成压接部114。

在电极组件120通过圆柱形罐110的敞开的下端插入之后，卷边部113形成为防止电极组件120与圆柱形罐110分离。卷边部113包括与上表面部111基本上平行的上平坦部113a和下平坦部113b以及将上平坦部113a和下平坦部113b彼此连接的连接部113c。上平坦部113a和下平坦部113b的外表面可以彼此面对。这里，外表面可以是圆柱形罐110的外表面。

电极组件120的下表面的边缘可以安置在卷边部113的上平坦部113a上。也就是说，电极组件120的下表面的边缘可以接触卷边部113的上平坦部113a的上表面。

电极组件120包括涂覆有正极活性物质的正极板121、涂覆有负极活性物质的负极板122以及置于正极板121与负极板122之间以防止它们之间的短路并且仅允许锂离子移动的隔膜123。在堆叠正极板121、负极板122和隔膜123之后，电极组件120从卷绕端卷绕以具有大致圆柱形形状。另外，在电极组件120中，未涂敷正极活性物质的正极未涂覆部可以从正极板121沿向上方向凸出，并且未涂敷负极活性物质的负极未涂覆部可以从负极板122向下凸出。

正极板121具有涂覆在正极集流板的至少一个表面上的由过渡金属氧化物制成的正极活性物质，正极集流板是由铝(Al)制成的板形金属箔。另外，正极板121可以具有在其上部上未涂覆正极活性物质的正极未涂覆部。正极未涂覆部可以从电极组件120向上凸出。也就是说，正极板121的正极未涂覆部可以比负极板122和隔膜123向上凸出得多。

负极板122具有涂覆在负极集流板的至少一个表面上的诸如石墨或碳的负极活性物质，负极集流板是由铜(Cu)或镍(Ni)制成的板形金属箔。另外，负极板122可以具有在其上部上未涂覆负极活性物质的负极未涂覆部。负极未涂覆部可以从电极组件120向下凸出。也就是说，负极板122的负极未涂覆部可以比正极板121和隔膜123向下凸出得多。

隔膜123可以是聚乙烯(PE)或聚丙烯(PP)，但在本公开中不限于此。隔膜可以防止正极板121与负极板122之间的电短路，并且仅允许锂离子的移动。

正极集流板130可以是成形为与电极组件120的上表面对应的圆形金属板。正极集流板130的平面尺寸可以等于或小于电极组件120的上表面的尺寸。正极集流板130可以包括铝、铝合金、镍、镍合金、铜或铜合金。正极集流板130可以在其下表面与电极组件120的上表面接触的状态下通过焊接固定并电连接到暴露在电极组件120的上侧的正极板121。正极集流板130可以在其上表面与铆接端子150的下表面接触的状态下通过焊接固定并电连接到铆接端子150。正极集流板130用作电极组件120的正极板121与铆接端子150之间的电流流动的通道。

正极集流板130包括第一主体131和第一电极焊接部132。

第一主体131可以以大致盘形状设置。

第一电极焊接部132在第一主体131内部由第一狭缝135分隔并且焊接到电极组件120。

第一电极焊接部132通过第一狭缝135与正极集流板130的第一主体131的中心区域分离以可移动。这里，第一主体131的边缘和第一电极焊接部132保持在连接状态。另外，电极组件120焊接到由第一狭缝135分隔的第一电极焊接部132的内部。

第一狭缝135可以包括相对于正极集流板130的中心以一定角度布置的多个狭缝。优选地，第一狭缝135可以包括相对于正极集流板130的中心对称地布置的偶数个狭缝。

第一电极焊接部132可以包括第一悬臂133、第一中心部134和第一狭缝135。

第一悬臂133可以以一端固定到第一主体131的圆周并且在向内方向上延伸的另一端是自由的形式设置。在一些示例中，第一悬臂133的形状可以包括一端具有相对小的宽度并且另一端具有相对大的宽度的马蹄形状。另外，多个正极板121可以沿着第一悬臂133的长度方向焊接。在一些示例中，可以沿着第一悬臂133的纵向方向(例如，通过激光束)设置焊接区域。在一些示例中，第一悬臂133可以包括以一定角度布置在第一中心部134外部的多个第一悬臂。在一些示例中，第一悬臂133可以包括对称地布置在第一中心部134外部的偶数个第一悬臂。

第一中心部134可以基本上设置在第一主体131的中心处。圆柱形罐110的铆接端子150可以焊接到第一中心部134。在一些示例中，第一中心部134可以(例如，通过电阻焊接或超声波焊接)设置有焊接区域。

第一狭缝135可以设置在第一主体131、第一悬臂133和第一中心部134之间。在一些示例中，第一狭缝135的形状可以包括大致C形状或U形状。在一些示例中，第一狭缝135可以沿着第一悬臂133的圆周或者沿着第一中心部134的圆周设置。在一些示例中，多个第一狭缝135可以通过经由激光束、切割器或冲头去除第一主体131的一部分来提供。

负极集流板140可以包括与电极组件120的下表面对应的圆形平面部141和从平面部141的边缘向下延伸的延伸部142。平面部141的上表面可以与电极组件120的下表面接触。平面部141的上表面可以在与电极组件120的下表面接触的状态下通过焊接固定并且电连接到暴露于电极组件120的下部的负极板122。

延伸部142可以包括沿着平面部141的边缘彼此间隔开的多个延伸部。在图5中，示出了示出在负极集流板140在形成圆柱形罐110的卷边部113之后安置在卷边部113的下平坦部113b上的状态下的圆柱形二次电池100的底部的放大剖视图。如图5中所示，延伸部142被示出为具有布置为相对于平面部141彼此对称的四个延伸部，但在本公开中不限于此。延伸部142可以从平面部141的边缘向下弯曲以延伸。另外，延伸部142可以接触卷边部113的连接部113c和下平坦部113b的内表面。这里，内表面可以是圆柱形罐110的内表面。延伸部142的一端可以位于卷边部113的下平坦部113b下方。延伸部142可以在与卷边部113的下平坦部113b的内表面接触的状态下通过焊接固定并电连接到圆柱形罐110。因此，负极集流板140用作电极组件120的负极板122与圆柱形罐110之间的电流流动路径。

如图5中所示，在负极集流板140安置在卷边部113的下部上的状态下，在形成圆柱形罐110的压接部114之前，可以在延伸部142的方向上执行延伸部142和卷边部113的焊接。当然，在密封圆柱形罐110之后，卷边部113可以从圆柱形罐110的外侧焊接到延伸部142。这里，为了防止由于焊接引起的对第二垫圈170的损坏，第二垫圈170还可以在与焊接部分对应的区域中包括凹槽。

铆接端子150可以插入到设置在圆柱形罐110的上表面部111中的端子孔111a中并且电连接到正极集流板130。铆接端子150可以由与正极集流板130和正极板121的材料相同或相似的材料制成。铆接端子150包括头部150a和紧固部150b，头部150a从圆柱形罐110向上暴露，紧固部150b通过端子孔111a焊接并结合到设置在正极集流板130中的第一中心部134以便位于圆柱形罐110内部。铆接端子150可以从底部到顶部结合到圆柱形罐110的上表面部111的端子孔111a，然后头部150a可以通过诸如按压或旋转的处理方法被压缩和变形(压缩模制)，然后与上表面部111紧密接触。这里，第一垫圈111b可以置于铆接端子150与端子孔111a之间，以使铆接端子150和圆柱形罐110电绝缘并密封铆接端子150和圆柱形罐110。铆接端子150可以通过设置在正极集流板130中的第一电极焊接部132的第一中心部134电连接到电极组件120的正极板121。

盖板160是圆形金属板，并且可以结合到圆柱形罐110的下端。盖板160可以在第二垫圈170置于圆柱形罐110与盖板160之间的状态下结合到圆柱形罐110的下端，从而防止盖板160电连接到圆柱形罐110。盖板160不电连接到电极组件120的负极和正极，因此可以不具有单独的电极性。

盖板160可以通过在其边缘安置在圆柱形罐110的卷边部113的下平坦部113b下方的状态下在圆柱形罐110的下端处形成压接部114来固定。这里，在圆柱形罐110的开口的底部面向上的状态下，盖板160可以安置在卷边部113上。

更具体地，盖板160可以在第二垫圈170置于圆柱形罐110的卷边部113的下平坦部113b下方的状态下安置。此后，圆柱形罐110的压接部114可以朝向盖板160的内侧弯曲以按压第二垫圈170，因此盖板160和圆柱形罐110彼此结合。这里，由于负极集流板140的一端位于卷边部113的下平坦部113b上，因此可以在第二垫圈170置于盖板160与圆柱形罐110之间的状态下更容易地执行盖板160和圆柱形罐110的密封。例如，在负极集流板140的一端延伸超过卷边部113的下平坦部113b的情况下，如果为了密封盖板160和圆柱形罐110，第二垫圈170按压压接部114，则负极集流板140的一端可能会断裂或破裂。因此，盖板160与圆柱形罐110之间的密封会是不容易的。

盖板160可以包括向下凸出的至少一个凸出部161。作为示例，盖板160的凸出部161可以与中心间隔开并且可以向下凸出以在平面上具有环形形状。作为另一示例，盖板160的凸出部161可以向下凸出，以便具有多个图案。通过包括凸出部161，盖板160可以支撑圆柱形罐110的内部压力。另外，盖板160的凸出部161的下表面可以定位得比圆柱形罐110的压接部114的下表面高。也就是说，圆柱形罐110的压接部114可以比盖板160的凸出部161向下凸出得多。因此，当将圆柱形二次电池100放置在平坦的表面上时，圆柱形罐110的压接部114可以与所述表面接触，而盖板160的凸出部161可以与所述表面间隔开。另外，由于圆柱形罐110的压接部114比盖板160的凸出部161向下凸出得多，因此即使盖板160由于圆柱形罐110的内部压力而膨胀，也能够防止盖板160与所述表面接触。因此，即使在圆柱形罐110的内部压力增大时，圆柱形二次电池100也可以保持整体高度。

另外，凹口162形成在盖板160中，以便通过设定压力而敞开。当圆柱形罐110的内部压力超过破裂压力时，凹口162可以破裂以防止圆柱形二次电池100爆炸。也就是说，当在圆柱形罐110内部产生过大的内部压力时，凹口162破裂，从而可以排出过大的内部压力。盖板160的凹口162可以形成为与中心间隔开，并且在平面图中可以具有环形形状。作为另一示例，凹口162可以形成为具有多个图案，并且凹口162的形状在本公开中不受限制。

另外，凹口162可以形成为与凸出部161间隔开。优选地，通过不在盖板160中形成凸出部161，凹口162可以设置在与凸出部161相比在圆柱形罐110的方向上凹入地形成的凹入部163中。盖板160由于凹入部163和凸出部161而具有不平坦性，因此即使圆柱形罐110的内部压力增大也可以承受内部压力。

另外，盖板160具有通过其注入电解质的排气孔164a。电极组件120在圆柱形罐110的敞开的下部面向上的状态下插入到圆柱形罐110中，并且在盖板160结合到圆柱形罐110的敞开的下端之后，通过排气孔164a注入电解质。在完成电解质注入之后，通过将排气端子180从底部到顶部插入到排气孔164a中来密封圆柱形罐110的内部。第三垫圈164b可以置于排气孔164a与排气端子180之间，以使排气孔164a与排气端子180彼此紧密接触。第三垫圈164b可以由诸如聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)或聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)的树脂材料制成，以按压并密封排气孔164a和排气端子180，并且可以防止排气端子180与排气孔164a分离。

第二垫圈170可以由诸如聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)或聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)的树脂材料制成，以按压并密封圆柱形罐110与盖板160之间的部分，并且可以防止盖板160与圆柱形罐110分离。

由于圆柱形二次电池100具有设置在其上表面上的负极和正极两者，因此在通过汇流条电连接多个圆柱形二次电池100时，多个圆柱形二次电池100仅需要在其上表面处连接，从而简化了汇流条连接结构。

图4A和图4B是示出根据本公开的实施例的二次电池中的集流板的焊接区域和应力方向的透视图。这里，将作为示例描述正极集流板130。

在图4A中所示的示例中，正极集流板130包括多个第一悬臂133和第一中心部134，并且焊接区域可以设置到多个第一悬臂133中的每个和一个第一中心部134。在一些示例中，多个第一悬臂133可以包括沿着纵向方向的焊接区域，并且因此可以固定到电极组件120的多个正极板121。在一些示例中，第一中心部134可以具有设置在第一中心部134的中心处的焊接区域，以固定到圆柱形罐110的铆接端子。

在图4B中，箭头指示应力方向。在图4B中所示的示例中，正极集流板130的第一悬臂133和第一中心部134可以在相反的方向上移动。例如，第一悬臂133可以沿基本上向下的方向移动，第一中心部134可以沿基本上向上的方向移动。这是因为第一悬臂133和第一中心部134两者都具有沿着第一主体131的圆周固定的一端。换句话说，第一悬臂133具有固定到第一主体131的圆周的一端，第一中心部134具有固定到第一主体131的圆周的相对区域，使得第一悬臂133和第一中心部134可以在相反的方向上移动。换句话说，第一悬臂133的移动和第一中心部134的移动互不干涉。因此，难以发生设置到第一悬臂133和第一中心部134的焊接区域的分离现象。尽管未示出，但是负极集流板140也以与正极集流板130的方式相同的方式设计，并且可以执行相同的操作。

如上所述，本公开的实施例提供了一种二次电池，该二次电池能够防止在施加振动或冲击时电极组件与集流板之间的焊接区域的分离或集流板与罐之间的焊接区域的分离。

虽然已经描述了前述实施例以实践根据本公开的二次电池，但是应当理解的是，这里描述的实施例应当仅在描述性意义上考虑，而不是出于限制的目的，并且在不脱离由所附权利要求限定的公开的精神和范围的情况下，可以在形式和细节上进行各种改变。

Claims (10)

1.一种二次电池，所述二次电池包括：

电极组件；

壳体，容纳所述电极组件；

盖板，密封所述壳体；以及

至少一个集流板，焊接到所述电极组件与所述壳体之间以及所述电极组件与所述盖板之间中的至少一者，

其中，至少一个狭缝形成在所述集流板中。

2.根据权利要求1所述的二次电池，其中，所述狭缝为C形或U形。

3.根据权利要求1所述的二次电池，其中，所述集流板包括：

盘形主体；以及

电极焊接部，在所述主体内部由所述狭缝分隔，并且焊接到所述电极组件。

4.根据权利要求3所述的二次电池，其中，所述电极焊接部通过所述狭缝与所述集流板的所述主体的中心区域分离以是可移动的。

5.根据权利要求3所述的二次电池，其中，所述电极组件焊接到由所述狭缝分隔的所述电极焊接部的内部。

6.根据权利要求1所述的二次电池，其中，所述狭缝包括相对于所述集流板的中心以一定角度布置的多个狭缝。

7.根据权利要求6所述的二次电池，其中，所述狭缝包括相对于所述集流板的所述中心对称地布置的偶数个狭缝。

8.根据权利要求3所述的二次电池，其中，所述主体的边缘和所述电极焊接部保持在连接状态。

9.根据权利要求1所述的二次电池，其中，所述壳体通过开口容纳所述电极组件，在面对所述开口的表面上具有孔，并且还包括通过所述壳体的所述孔电连接到所述集流板的第一端子。

10.根据权利要求9所述的二次电池，其中，所述第一端子包括头部和紧固部，所述头部定位在所述壳体外部，所述紧固部通过所述壳体的所述孔焊接并且结合到所述集流板的中心区域。