CN116569395A - 二次电池、电池组以及汽车 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种二次电池,包括:电极组件,其设置有第一电极接头和第二电极接头;电池罐,其具有用于容纳电极组件的开口并电连接到第二电极接头;顶帽,其覆盖电池罐的开口并电连接到第一电极接头;导电垫圈,其电连接到电池罐并接触开口的外周的至少一部分;以及绝缘构件,其设置在顶帽与电池罐和电连接到电池罐的导电垫圈之间,并使所述电池罐和所述导电垫圈中的至少一者与所述顶帽电绝缘。所述顶帽包括彼此面对的第一表面和第二表面。所述第一表面面对电极组件并电连接到第一电极接头,并且第二表面具有突出部,所述突出部经由形成在导电垫圈的中央部中的孔暴露。
Description
技术领域
本申请要求2021年2月23日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请10-2021-0024422的优先权和权益,其全部内容通过引用并入本文中。
本发明涉及一种二次电池、电池组及汽车。
背景技术
二次电池易于应用于产品组并且具有诸如高能量密度之类的电特性。因此,二次电池不仅广泛地施加至便携式装置,而且广泛地施加至由电驱动源驱动的电动汽车(EV)或混合动力电动汽车(HEV)。
二次电池作为提高环保特性和能量效率的新能源受到关注,因为二次电池实现了创新地减少化石燃料的使用的主要优点,并且不产生来自能量使用的任何副产物。
目前广泛使用的二次电池类型包括锂离子电池、锂聚合物电池、镍镉电池、镍氢电池、镍锌电池等。单元式二次电池(即,单元电池)的操作电压为约2.5V至4.5V。因此,当需要高于操作电压的输出电压时,多个二次电池串联连接并构成电池组。此外,多个二次电池并联连接并且根据电池组所需的充电/放电容量构成电池组。因此,电池组中包括的二次电池的数量和二次电池之间的电连接的类型可以根据所需的输出电压和/或充电/放电容量而不同地设定。
为了使用圆柱形二次电池制造电池组,通常,多个圆柱形二次电池直立地设置在壳体中,并且多个圆柱形二次电池通过使用正极端子和负极端子连接圆柱形二次电池的上端和下端而彼此电连接。
这是因为容纳在电池罐中的电极组件的负极未涂覆部向下延伸并电连接到电池罐的底表面,并且正极未涂覆部向上延伸并电连接到圆柱形二次电池中的顶帽。即,在圆柱形二次电池中,电池罐的底表面通常用作负极端子,并且配置成覆盖电池罐的上端开口部的顶帽通常用作正极端子。
然而,当圆柱形二次电池的正极端子和负极端子定位在两个相对位置时,用于电连接多个圆柱形二次电池的电连接部件(诸如汇流条)需要施加至圆柱形二次电池的上部分和下部分两者。这使得电池组的电连接结构变得复杂。
此外,在上述结构中,用于确保电绝缘的部件和用于确保防水性的部件需要单独地施加至电池组的上部分和下部分,这增加了要施加的部件的数量并且使结构复杂化。
因此,需要开发具有其中正极端子和负极端子沿相同方向设置的结构的圆柱形二次电池,以便简化多个圆柱形二次电池之间的电连接结构。
发明内容
技术问题
本发明的目的在于提供具有这样一种结构的二次电池,在该结构中,正极端子和负极端子沿相同方向设置,并且用作正极端子的顶帽和用于焊接从电极组件延伸的接头的部件一体地联接,从而实现高能量密度。
本发明的另一目的在于提供一种电池组及包括上述二次电池的汽车。
然而,本发明所要解决的技术问题不限于上述技术问题,并且本领域技术人员通过本发明的以下描述可以清楚地理解上面没有提及的其它技术问题。
技术方案
本发明的实施方式提供了一种二次电池,包括:电极组件,所述电极组件具有第一电极接头和第二电极接头;电池罐,所述电池罐电连接到所述第二电极接头并且具有配置为容纳所述电极组件的开口部;顶帽,所述顶帽配置为覆盖所述电池罐的所述开口部并且电连接到所述第一电极接头;导电垫圈,所述导电垫圈电连接到所述电池罐并且配置为邻接所述开口部的外周部的至少一部分;以及绝缘构件,所述绝缘构件设置在所述顶帽与所述电池罐和电连接到所述电池罐的所述导电垫圈中的至少一者之间,所述绝缘构件配置成使所述顶帽与所述电池罐和所述导电垫圈中的所述至少一者电绝缘,其中,所述顶帽包括彼此面对的第一表面和第二表面,所述第一表面面对所述电极组件并电连接到所述第一电极接头,并且所述第二表面具有突出部,所述突出部经由形成在所述导电垫圈的中央部中的孔暴露。
本发明的另一实施方式提供一种电池组,其包括:根据上述实施方式的二次电池;以及配置为容纳二次电池的电池组壳体。
本发明的又一实施方式提供一种汽车,其包括根据上述实施方式所述的电池组。
有益效果
当施加导电垫圈以施加具有其中正极端子和负极端子沿相同方向设置正极端子和负极端子沿相同方向设置的结构的圆柱形二次电池时,用作正极端子以获得具有足够大宽度的导电垫圈的顶帽可以以突出部突出到电池罐的外部的形式施加。具有突出部的顶帽可以通过压制制造,并且作为能够电连接到电极组件的中间部件的连接板可以附接到顶帽的下部。
根据本发明的实施方式,单独的连接板没有附接到用作正极端子的顶帽,但是从电极组件延伸的接头可以通过焊接直接附接到包括突出部的顶帽。在这种情况下,能够减少用于电连接的部件的数量,从而减小部件电阻。此外,上述配置的施加可以借助锻造制造的顶帽部件增大顶帽的刚性。
根据本发明的另一实施方式,顶帽处的电阻的减小可以确保正极端子的低电阻,从而增大二次电池的能量密度,借此增大电池尺寸。
附图说明
以下本说明书的附图示出了本发明的示例性实施方式,并且用于与本发明的以下详细描述一起进一步理解本发明的技术精神,并且本发明不应被解释为限于图中所示的项目。
图1是示出根据本发明的比较例的圆柱形二次电池的结构的视图,该圆柱形二次电池采用顶帽作为正极端子并采用导电垫圈作为负极端子,其中单独的连接板部件施加至顶帽的下部分以连接到从电极组件延伸的接头。
图2是示出根据本发明的实施方式的圆柱形二次电池的外观的视图。
图3是示出根据本发明的实施方式的圆柱形二次电池的内部结构的剖视图。
图4是示出根据本发明的实施方式的圆柱形二次电池的结构的视图,其中由于正极锻造顶帽施加至图1中所示的二次电池而消除了连接板部件。
图5至图8是示出根据本发明的实施方式的圆柱形二次电池的上部结构的局部剖视图。
图9和图10是示出施加至本发明的集流板的视图。
图11和图12是示出施加至本发明的集流板与电极组件之间的联接结构的剖视图。
图13是示出根据本发明的实施方式的圆柱形二次电池的下部结构的局部剖视图。
图14是示出根据本发明的实施方式的圆柱形二次电池的下表面的视图。
图15是示出根据本发明的实施方式的电池组的示意图。
图16是示出根据本发明的实施方式的汽车的概念图。
附图标记说明
5:汽车
3:电池组
2:电池组壳体
1:圆柱形二次电池
10:电极组件
11:第一电极接头
12:第二电极接头
20:电池罐
21:卷边部
22:压接部
22a:插入槽
23:排气部
30:顶帽
31:突出部
32:非突出部
33:第一表面(平坦部)
34:第二表面(暴露部)
40:导电垫圈
41:插入突起
55:绝缘构件
50:第二绝缘构件
60:第一绝缘构件
70:集流板
71:子板
72:引线
80:绝缘板
81:引线孔
90:连接板
具体实施方式
下文中,将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施方式。另外,说明书和权利要求书中使用的术语或词语不应被解释为限于一般或字典含义,并且应基于发明人可以适当地定义术语的概念以便通过最佳方法描述他/她自己的发明的原则解释为符合本发明的技术精神的含义和概念。因此,本说明书中公开的示例性实施方式和图中所示的配置仅仅是本发明的最佳优选示例性实施方式,并不代表本发明的所有技术精神。因此,应当理解,可以在提交本申请时做出能够替代示例性实施方式的各种等同物和变型例。
在整个说明书中,除非明确相反地描述,否则词语“包括/包含”及其变体将被理解为暗示包括所述元素,而不排除任何其它元素。此外,说明书中描述的术语“单元”、“部分”等是指处理一个或多个功能或操作的单元。另外,在整个说明书中,术语“A至B”是指“A或更多且B或更少”,即,包括A和B两者在内的数值范围。下文中,参照附图说明本发明的实施方式。
本发明的实施方式提供一种二次电池,该二次电池包括:电极组件,该电极组件具有第一电极接头和第二电极接头;电池罐,该电池罐电连接到第二电极接头并具有配置为容纳电极组件的开口部;顶帽,该顶帽配置为覆盖电池罐的开口部并电连接到第一电极接头;导电垫圈,该导电垫圈电连接到电池罐并配置为邻接开口部的外周部的至少一部分;以及绝缘构件,该绝缘构件设置在顶帽与电池罐之间,并且导电垫圈电连接到电池罐并配置为使电池罐和导电垫圈中的至少一者与顶帽电绝缘,其中顶帽包括彼此面对的第一表面和第二表面,第一表面面对电极组件并电连接到第一电极接头,并且第二表面具有经由形成在导电垫圈的中央部中的孔暴露的突出部。
二次电池包括导电垫圈,从而实施单向电连接,其中正极端子和负极端子沿相同方向设置。在这种情况下,单独的连接板没有附接到用作正极端子的顶帽,但是从电极组件延伸的接头可以通过焊接直接附接到顶帽。因此,能够制造降低部件电阻并增大二次电池的能量密度的顶帽。
此外,上述配置的施加可以借助锻造制造成的顶帽部件增大顶帽的刚性。
二次电池可以是圆柱形二次电池。第一电极接头可以是构成电极组件的第一电极集流体的未涂覆部,该未涂覆部不具有第一电极活性材料。第二电极接头可以是构成电极组件的第二电极集流体的未涂覆部,该未涂覆部不具有第二电极活性材料。
第一电极接头和第二电极接头可以朝向电极组件的卷绕中心弯折。
由于电极接头弯折,因此能够有利地确保低电阻并增大二次电池的能量密度。
参照图2至图7,根据本发明的实施方式的圆柱形二次电池1包括电极组件10、电池罐20、顶帽30、导电垫圈40和绝缘构件55。顶帽30包括彼此面对的第一表面33和第二表面34。第一表面33面对电极组件并电连接到第一电极接头11。第二表面34具有经由形成在导电垫圈40的中央部中的孔暴露的突出部。
除了上述部件之外,圆柱形二次电池1还可以包括集流板70和/或绝缘板80。
参照图2至图7,电极组件10包括具有第一极性的第一电极板、具有第二极性的第二电极板以及设置在第一电极板和第二电极板之间的隔膜。电极组件10可以具有卷芯形状。即,电极组件10可以通过绕卷绕中心C卷绕堆叠来制造,该堆叠通过将第一电极板、隔膜和第二电极板顺序地堆叠至少一次而制成。在这种情况下,电极组件10的外围表面上可以设置有隔膜,以实施与电池罐20的绝缘。第一电极板为正极板或负极板,第二电极板为与第一电极板极性相反的电极板。例如,第一电极板可以是正极板,并且第二电极板可以是负极板。
第一电极板包括第一电极集流体以及施加到第一电极集流体的一个表面或两个相对表面上的第一电极活性材料。基于宽度方向(平行于Z轴的方向),在第一电极集流体的一端设置未施加第一电极活性材料的未涂覆部。未涂覆部用作第一电极接头11。第一电极接头11基于高度方向(平行于Z轴的方向)设置在电极组件10的上侧,并且电极组件10容纳在电池罐20中。
第二电极板包括第二电极集流体以及施加到第二电极集流体的一个表面或两个相对表面上的第二电极活性材料。基于宽度方向(平行于Z轴的方向),在第二电极集流体的另一端设置未施加第二电极活性材料的未涂覆部。未涂覆部用作第二电极接头12。第二电极接头12基于高度方向(平行于Z轴的方向)设置在电极组件10的下侧,并且电极组件10容纳在电池罐20中。
即,第一电极接头11可以设置在电极组件的一端,并且第二电极接头可以设置在电极组件的另一端。
参照图2至图7,电池罐20可以具有圆柱形形状。电池罐20可以以具有开口部的圆柱形容器的形式提供。电池罐20可以由具有导电性的金属材料制成。电池罐20经由开口部容纳电极组件10并且还容纳电解质。
电池罐20电连接到电极组件10的第二电极接头12。因此,电池罐20具有与第二电极接头12相同的极性。例如,第二电极接头12可以通过焊接附接到电池罐20。
电池罐20具有设置在其上端处的卷边部21和压接部22。压接部22可以设置在电池罐20的开口部的外周部上。
卷边部21形成在电极组件10的上侧。卷边部21通过按压电池罐20的外围面的外围而形成。卷边部21防止尺寸对应于电池罐20的宽度的电极组件10经由电池罐20的上端的开口部撤出。卷边部21可以用作供安置顶帽30的支撑部。
压接部22形成在卷边部21的上部分上。压接部22延伸并弯折成围绕顶帽30的外围表面的设置在卷边部21上的部分并围绕顶帽30的上表面的一部分。
电池罐可以具有圆柱形形状。电池罐的相对两端中每一端的圆的直径可以为30mm~55mm,并且电池罐的高度可以为60mm~120mm。例如,圆柱形电池罐的圆的直径×高度的值可以是46mm×60mm、46mm×80mm、46mm×90mm或46mm×120mm。
特别地,例如,圆柱形二次电池可以是具有大于约0.4的形状因子的比率(形状因子的比率被定义为通过将圆柱形二次电池的直径除以圆柱形二次电池的高度而得到的值,即,直径Φ与高度H的比率)的圆柱形二次电池。
在这种情况下,形状因子是指指示圆柱形二次电池的直径和高度的值。例如,根据本发明的实施方式的圆柱形二次电池可以是46110电池、48750电池、48110电池、48800电池、46800电池和46900电池。在指示形状因子的数值中,前两个数字指示电池的直径,接下来两个数字指示电池的高度,并且最后数字0指示电池的横截面是圆形的。
根据本发明的实施例的圆柱形二次电池是近似圆柱形的单元,并且圆柱形二次电池可以具有约46mm的直径、约110mm的高度和约0.418的形状因子的比率。
根据另一实施方式的圆柱形二次电池是近似圆柱形的单元,并且电池电芯可以具有约48mm的直径、约75mm的高度和约0.640的形状因子的比率。
根据又一实施方式的圆柱形二次电池是近似圆柱形的单元,并且圆柱形二次电池可以具有约48mm的直径、约110mm的高度和约0.418的形状因子的比率。
根据再一实施方式的圆柱形二次电池是近似圆柱形的单元,并且电池电芯可以具有约48mm的直径、约80mm的高度和约0.600的形状因子的比率。
根据再一实施方式的圆柱形二次电池是近似圆柱形的单元,并且电池电芯可以具有约46mm的直径、约80mm的高度和约0.575的形状因子的比率。
根据另一实施方式的圆柱形二次电池是近似圆柱形的单元,并且圆柱形二次电池可以具有约46mm的直径、约90mm的高度和0.511的形状因子的比率。
参照图13和图14,电池罐20还可以包括形成在其下表面中的排气部23。排气部23对应于具有比电池罐20的下表面的外围区域小的厚度的区域。排气部23与外围区域相比在结构方面较弱。因此,当圆柱形二次电池1发生异常并且内部压力增大到预定水平或更高时,排气部23破裂,并且电池罐20中产生的气体被排出。
根据本发明的实施方式的圆柱形二次电池1具有如下结构,其中正极端子和负极端子两者都设置在圆柱形二次电池1的上侧,如下所述。为此,上部结构比下部结构更复杂。因此,排气部23可以形成在电池罐20的下表面中,以顺畅地排出电池罐20中产生的气体。
根据本发明的图仅示出了在电池罐20的下表面上限定圆形的同时连续地形成排气部23的情况,但是本发明不限于此。排气部23可以不连续地形成,同时在电池罐20的下表面上限定圆形。另选地,排气部23可以具有直的形状或其它形状。
参照图2至图7,顶帽30是由具有导电性的金属材料制成的部件并且覆盖电池罐20的开口部。顶帽30电连接到电极组件10的第一电极接头11并且与电池罐20电绝缘。因此,顶帽30可以用作圆柱形二次电池1的第一电极端子。
顶帽30安置在形成于电池罐20上的卷边部21上并由压接部22固定。
顶帽30包括彼此面对的第一表面33和第二表面34。第一表面33面对电极组件并且电连接到第一电极接头11。第二表面34包括经由形成在导电垫圈40的中央部中的孔暴露的突出部31。
第一表面33指向电池罐的内部,并且第二表面34指向电池罐的外部。即,顶帽30可以具有突出到电池罐的外部的突出部31,并且第二表面34可以是突出部31的经由形成在导电垫圈40的中央部中的孔暴露的暴露部。
突出部31可以突出到高于下面将描述的导电垫圈40的上表面,使得突出部31容易地与诸如汇流条之类的电连接部件接触。上表面是指指向圆柱形电池的电池罐外部的方向的表面,即,指向开口部的方向。下表面是指指向电池罐的底表面的方向的表面。
顶帽30的第一表面33可以是电连接到第一电极接头11的平坦部。顶帽30的第二表面34可以是突出部31的经由导电垫圈40的外表面暴露的暴露部。
因此,第一电极接头11可以电连接到顶帽30的第一表面33,而无需附接单独的连接板部件。例如,第一电极接头11可以通过焊接附接到顶帽30的第一表面33。在这种情况下,能够减少用于电连接的部件的数量,从而减小部件电阻。
此外,顶帽30可以借助具有经由电连接到电极组件的导电垫圈40的外表面暴露的暴露部的第二表面34用作圆柱形二次电池1的第一电极端子。即,突出部31的第二表面可以经由形成在导电垫圈的中央部中的孔暴露并且用作第一电极端子。
顶帽30包括不具有突出部31的非突出部32。突出部距第一表面33的高度大于非突出部32距第一表面33的高度。
可以考虑外周部件来设定突出部31和非突出部32距第一表面33的高度之间的比率。突出部31可以突出到高于下面将描述的导电垫圈40的上表面,使得突出部31容易地与诸如汇流条的电连接部件接触。上表面是指朝向圆柱形电池的电池罐外侧的表面,即朝向开口部的方向。下表面是指在朝向电池罐的底表面的方向上指向的表面。
即,突出部距第一表面33的高度可以大于通过将压接部22的厚度T1和导电垫圈40的与压接部22邻接的部分的厚度T2添加到非突出部32距第一表面33的高度而得到的值(参见图6)。
压接部22的厚度T1可以是0.1mm以上、0.15mm以上、0.2mm以上、0.25mm以上、0.3mm以上或0.35mm以上。压接部22的厚度T1可以是0.75mm以下、0.7mm以下、0.65mm以下、0.6mm以下、0.55mm以下或0.5mm以下。
导电垫圈40的与压接部22邻接的部分的厚度T2可以是0.25mm以上、0.3mm以上、0.35mm以上或0.4mm以上。导电垫圈40的与压接部22邻接的部分的厚度T2可以是0.65mm以下、0.6mm以下、0.55mm以下或0.5mm以下。
通过将压接部22的厚度T1和导电垫圈40的与压接部22邻接的部分的厚度T2相加而形成的值可以是0.35mm以上、0.4mm以上、0.45mm以上、0.5mm以上、0.55mm以上、0.6mm以上或0.65mm以上。通过将压接部22的厚度T1和导电垫圈40的邻接压接部22的部分的厚度T2相加而得到的值可以是1.4mm以下、1.35mm以下、1.3mm以下、1.25mm以下、1.2mm以下、1.15mm以下、1.1mm以下、1.05mm以下或1mm以下。
因此,突出部距第一表面33的高度可以大于通过将非突出部32距第一表面33的高度与0.35mm以上、0.4mm以上、0.45mm以上、0.5mm以上、0.55mm以上、0.6mm以上、0.65mm以上、1.4mm以下、1.35mm以下、1.3mm以下、1.25mm以下、1.2mm以下、1.15mm以下、1.1mm以下、1.05mm以下或1mm以下相加而得到的值。
基于突出部31和非突出部32距第一表面33的高度之间的比率,突出部31的第二表面可以经由形成在导电垫圈的中央部中的孔暴露,并且有利地用作第一电极端子。
图1是示出根据本发明的比较例的圆柱形二次电池的结构的视图,该圆柱形二次电池采用顶帽作为正极端子并采用导电垫圈作为负极端子,其中单独的连接板施加至顶帽的下部分以连接到从电极组件延伸的接头。
参照图1,在施加导电垫圈40来制作大的负极端子的圆柱形二次电池的结构中,正极顶帽的突出部31(其通过按压正极顶帽30而突出以获得导电垫圈的期望面积)可以插入导电垫圈40的中央部的孔中,并且连接板90可以附接到顶帽30的下表面以与电极组件形成电流路径。
然而,与施加连接板部件90的情况相比,可以施加正极锻造顶帽以减小电阻和部件的数量。
图4是示出根据本发明的实施方式的圆柱形二次电池的结构的视图,其中由于正极锻造顶帽应用于图1中所示的二次电池而消除了连接板部件。
即,图4示出了其中用作正极的外部端子的部件和用于焊接从电极组件延伸的接头的部件一体地联接的结构。配置为单个部件的正极锻造顶帽可以通过锻造来制造,因此与现有技术中的顶帽相比具有增大的刚性,并且单个集成部件的施加也可以减小部件电阻。
锻造顶帽30是指通过锻造工艺制造的顶帽。锻造工艺是指通过在从顶帽30的上表面的第二表面34到第一表面33的方向上向非突出部32施加压力来形成突出部31的工艺。
顶帽30含有铝。因此,与现有技术中的顶帽相比,能够增大刚性,并且确保从电极组件延伸的接头可以被焊接的空间。
如上所述,根据本发明的正极锻造顶帽部件的施加可以允许单个部件发挥两种功能,即,正极的外部端子的功能和用于附接内接头的部件的功能。与现有技术中的顶帽部件相比,锻造工艺可以获得更高的刚性,并且与单独施加两个部件的情况相比,锻造工艺可以获得更低的部件电阻。
参照图2至图8,导电垫圈40由具有导电性的金属材料制成。导电垫圈40是具有近似圆盘形状、在其中央部中形成有的孔的部件。
导电垫圈40在朝向中央部的方向上从导电垫圈40的上表面的外周部延伸,该外周部邻接电池罐的开口部的外周部。导电垫圈40具有形成在其中央部中的孔,使得可以暴露顶帽30的突出部31。
上表面是指指向圆柱形电池的电池罐外部的方向(即,朝向开口部的方向)的表面。下表面是指指向电池罐的底表面的方向的表面。中央部是指导电垫圈40的上表面和/或下表面的中心区域。
导电垫圈40可以电连接到电池罐并且邻接开口部的外周部的至少一部分,或者特别地邻接电池罐20的压接部22。即,二次电池具有设置在电池罐的开口部的外周部上的压接部,并且导电垫圈40邻接压接部22。当导电垫圈40邻接压接部22时,导电垫圈40可以具有与电池罐相同的极性并用作具有第二极性的第二电极端子。
例如,导电垫圈40可以通过焊接联接到压接部22。例如,焊接可以是激光焊接。
导电垫圈40与顶帽30电绝缘。顶帽30经由形成在导电垫圈40的中央部中的孔暴露。导电垫圈40与顶帽30的突出部31间隔开。此外,导电垫圈40与除了顶帽30的突出部31之外的其余部分向上和向下间隔开。因此,导电垫圈40可以电连接到第二电极接头12和电池罐20,并且用作圆柱形二次电池1的第二电极端子。
即,根据本发明的实施方式的圆柱形二次电池1包括导电垫圈40,使得圆柱形二次电池1具有其中具有第一极性的第一电极端子和具有第二极性的第二电极端子均两者都沿相同方向设置的结构。
参照图5,导电垫圈40的宽度D2大于电池罐20的压接部22的上表面的宽度D1。
这将在诸如汇流条之类的电连接部件联接到导电垫圈40以便连接多个圆柱形二次电池1时增大电连接部件与导电垫圈40之间的联接面积。由于如上所述增大了电连接部件与导电垫圈40之间的联接面积,因此可以顺畅地进行焊接工艺,可以增大两个部件之间的紧固力,并且可以减小联接部分上的电阻。
上表面是指指向圆柱形电池的电池罐外部的方向(即,朝向开口部的方向)的表面。下表面是指指向电池罐的底表面的方向的表面。导电垫圈40的宽度D2是指在朝向中央部的方向上从导电垫圈40的上表面的外周部延伸的长度,该外周部邻接电池罐的开口部的外周部。压接部22的上表面的宽度D1是指从电池罐的上表面的外周部沿朝向中央部的方向从电池罐的开口部的外周部延伸的长度。压接部22的上表面是指在压接部22的端部处除了围绕压接部22的横向部分和边缘部分的弯曲部分之外的部分。
导电垫圈40的宽度D2可以设定为根据二次电池的直径而变化。圆柱形二次电池是近似圆柱形的电芯。例如,导电垫圈40的宽度D2可以是电芯的最大直径的10%以上、11%以上、12%以上或者13%以上。圆柱形二次电池是近似圆柱形的电芯。例如,导电垫圈40的宽度D2可以是电芯的最大直径的50%以下、45%以下、43%以下或40%以下。
压接部22的上表面的宽度D1小于导电垫圈40的宽度D2。圆柱形二次电池是近似圆柱形的电芯。例如,压接部22的上表面的宽度D1可以是电芯的最大直径的1%以上、2%以上、或3%以上。圆柱形二次电池是近似圆柱形的电芯。例如,压接部22的上表面的宽度D1可以是电芯的最大直径的13%以下、12%以下、11%以下或10%以下。
参照图6,压接部22的邻接导电垫圈40的部分的厚度T1和导电垫圈40的调整压接部22的部分的厚度T2的总和是导电垫圈40的不邻接压接部22的部分的厚度T’的90%至200%。
例如,压接部22的厚度T1可以是0.1mm以上、0.15mm以上、0.2mm以上、0.25mm以上、0.3mm以上或0.35mm以上。压接部22的厚度T1可以是0.75mm以下、0.7mm以下、0.65mm以下、0.6mm以下、0.55mm以下或0.5mm以下。
导电垫圈40的邻接压接部22的部分的厚度T2可以是0.25mm以上、0.3mm以上、0.35mm以上或0.4mm以上。导电垫圈40的邻接压接部22的部分的厚度T2可以是0.65mm以下、0.6mm以下、0.55mm以下或0.5mm以下。
导电垫圈40的不邻接压接部22的部分的厚度T’可以是0.4mm以上、0.45mm以上或0.5mm以上。导电垫圈40的不邻接压接部22的部分的厚度T’可以是0.7mm以下、0.65mm以下或0.6mm以下。
当导电垫圈的厚度设定为根据区域而变化时,金属厚度可以在电流的所有路线中是恒定的,从而减小总电阻。
同时,参照图8,电池罐20可以包括设置在压接部22的上表面中的插入槽22a。导电垫圈40可以包括插入突起41,插入突起41具有对应于插入槽22a的形状并且联接到插入槽22a。
插入槽22a和插入突起41可以增大导电垫圈40与压接部22之间的接触面积,从而增大紧固力并减小联接部分上的电阻。此外,当导电垫圈40安置在压接部22上时,插入槽22a和插入突起41可以引导导电垫圈40的安置位置,从而防止导电垫圈40与顶帽30的突出部31之间的接触。此外,插入槽22a和插入突起41可以防止导电垫圈40在焊接过程中在压接部22上移动,从而提高工艺性能。
参照图2至图7,顶帽30与电池罐20和电连接到电池罐的导电垫圈40中的至少一者之间设置有绝缘构件55,并且绝缘构件55使顶帽30与电池罐20和导电垫圈40中的至少一者电绝缘。根据一个实施方式,绝缘构件55可以使顶帽30与电池罐20和导电垫圈40两者电绝缘。
绝缘构件55包括第一绝缘构件60和第二绝缘构件50,第一绝缘构件60设置在导电垫圈40与顶帽30之间并且配置成使导电垫圈40和顶帽30电绝缘,第二绝缘构件50设置在电池罐与顶帽之间并且配置成使电池罐和顶帽电绝缘。绝缘构件55由具有绝缘性能的材料制成。
第二绝缘构件50设置在电池罐20和顶帽30之间,并且使电池罐和顶帽电绝缘。例如,第二绝缘构件50可以是垫片。第二绝缘构件50可以设置在顶帽30和电池罐20的压接部22之间,从而确保电池罐20的密封性并使电池罐20和顶帽30之间的部分电绝缘。
根据本发明的实施方式的圆柱形二次电池1,顶帽30用作具有第一极性的第一电极端子,导电垫圈40用作具有与第一极性相反的第二极性的第二电极端子。因此,顶帽30和导电垫圈40需要保持在电绝缘状态。因此,可以施加第一绝缘构件60以稳定地维持绝缘状态。
第一绝缘构件60可以设置在顶帽30与导电垫圈40的下表面之间。如上所述,导电垫圈40的宽度D2大于压接部22的上表面的宽度D1,并且在从压接部22朝向顶帽30的突出部31的方向上延伸。因此,第一绝缘构件60可以延伸成覆盖形成在导电垫圈40的中央部中的孔的内表面,使得形成在导电垫圈40中的孔的内表面不能与顶帽30的突出部31接触。
当第一绝缘构件60由树脂材料制成时,第一绝缘构件60可以通过热结合联接到导电垫圈40和顶帽30。在这种情况下,第一绝缘构件60和导电垫圈40之间的联接界面以及第一绝缘构件60和顶帽30之间的联接界面处的密封性可以得到提高。
参照图8,第一绝缘构件60可以延伸成覆盖导电垫圈40的上表面的总面积的1%以上、2%以上、3%以上或者4%以上的面积。第一绝缘构件60可以延伸成覆盖导电垫圈40的上表面的总面积的10%以下、9%以下、8%以下或7%以下的面积。当满足上述范围时,可以进一步提高防止导电垫圈40与顶帽30接触的效果。
第一绝缘构件60延伸以覆盖导电垫圈40的上表面的一部分的宽度C可以是0.1mm以上、0.15mm以上、0.2mm以上、0.25mm以上、0.3mm以上或0.35mm以上。第一绝缘构件60延伸以覆盖导电垫圈40的上表面的一部分的宽度C可以是3mm以下、2.5mm以下、2mm以下、1.5mm以下、1mm以下或0.5mm以下。
第一绝缘构件60延伸以覆盖导电垫圈40的上表面的一部分的宽度C是指由第一绝缘构件60覆盖的部分在从导电垫圈40的中央部朝向宽度D2的外周部的方向上的长度。导电垫圈40的宽度D2可以被设定为根据二次电池的直径而变化。圆柱形二次电池是近似圆柱形的单元。例如,导电垫圈40的宽度D2可以是单元的最大直径的10%以上、11%以上、12%以上或者13%以上。圆柱形二次电池是近似圆柱形的单元。例如,导电垫圈40的宽度D2可以是单元的最大直径的50%以下、45%以下、43%以下或40%以下。
当第一绝缘构件60如上所述延伸到导电垫圈40的上表面的边缘区域时,可以更准确且快速地进行将导电垫圈40安置在压接部22上的过程。第一绝缘构件60穿过导电垫圈40的孔插入并固定到导电垫圈40,然后包括导电垫圈40和第一绝缘构件60的联接体安置在压接部22和顶帽30上,使得导电垫圈40可以自然地安置在准确的位置上。在这种情况下,顶帽30的突出部31通过形成在第一绝缘构件60的中央部中的孔暴露于电池罐的外部。
图8中所示的第一绝缘构件60和导电垫圈40的联接体可以通过嵌件注塑而制造。即,进行嵌件注塑,使得由金属材料制成的导电垫圈40插入/固定到由树脂材料制成的第一绝缘构件60,使得可以制造第一绝缘构件60和导电垫圈40的联接体。当联接体设置在压接部22和顶帽30上时,可以自然地进行对准。
参照图2至图7,集流板70连接到电极组件10的上部。集流板70由具有导电性的金属材料制成并且连接到第一电极接头11。引线72可以连接到集流板70。引线72可以从电极组件10向上延伸并且直接联接到顶帽30的第一表面33。由于顶帽30具有能够电连接到第一电极接头11的第一表面33,因此引线72不联接到可联接到顶帽30的第一表面33的连接板90。由于引线72直接联接到顶帽30的第一表面33而不联接到连接板90,因此能够减少要电连接的部件的数量并减小部件电阻。
参照图9和图10,集流板70可以包括从其中央部径向延伸的多个子板71。集流板70和引线72可以是集成的。在这种情况下,类似于子板71,引线72可以以从集流板70的中央部向外延伸的长板的形式提供。引线72可以形成在相邻子板71之间。然而,本发明不受集流板70的结构限制。集流板70可以具有对应于电极组件10的上表面的形状,以便覆盖第一电极接头11的整个上部。
虽然图中未示出,但是集流板70可以包括在其下表面上径向形成的多个凹凸部。当形成凹凸部时,可以通过推动集流板70将凹凸部压入电极接头11和12中。
参照图11,集流板70联接到第一电极接头11的端部。例如,第一电极接头11和集流板70可以通过激光焊接而联接。激光焊接可以通过部分地熔化集流板70的基底材料来进行。另选地,激光焊接可以在焊接焊料插设在集流板70和第一电极接头11之间的状态下进行。在这种情况下,焊料可以具有比集流板70和第一电极接头11低的熔点。
参照图12,集流板70可以联接到通过在平行于集流板70的方向上弯折第一电极接头11的端部而形成的联接表面。例如,第一电极接头11的弯折方向可以是朝向电极组件10的卷绕中心的方向。在第一电极接头11具有如上所述的弯折形状的情况下,可以减小第一电极接头11所占据的空间,从而提高能量密度。
参照图13,集流板70也可以联接到电极组件10的下表面。在这种情况下,集流板70的一个表面可以通过焊接联接到电极组件10的第二电极接头12,并且集流板70的另一个表面可以通过焊接联接到电池罐20中的底表面。第二电极接头12和联接到电极组件10的下表面的集流板70之间的联接结构与联接到电极组件10的上表面的集流板70基本相同。
虽然在图中未示出,但是与第一电极接头11类似,第二电极接头12也可以具有在朝向电极组件10的卷绕中心的方向上弯折的形状。
绝缘板80设置在卷边部21与电极组件10的上端之间或卷边部21与联接到电极组件10的上部的集流板70之间,并且防止第一电极接头11与电池罐20之间的接触或集流板70与电池罐20之间的接触。
绝缘板80具有引线孔81,从集流板70或第一电极接头11向上延伸的引线72可以延伸穿过引线孔81。
引线72向上延伸穿过引线孔81并且联接到连接板90的下表面或顶帽30的下表面。如上所述,根据本发明的实施方式的圆柱形二次电池1具有这样的结构,其中基于纵向方向(图2中平行于Z轴的方向)设置在电池罐20的一侧的顶帽30和导电垫圈40可以分别用作第一电极端子和第二电极端子。因此,当根据本发明的实施方式的多个圆柱形二次电池1电连接时,诸如汇流条之类的电连接部件可以仅设置在圆柱形二次电池1的一侧。因此,能够简化结构,提高能量密度。
参照图15,根据本发明的实施方式的电池组3包括:通过电连接上述根据本发明的实施方式的二次电池1而配置的二次电池组件;以及配置成容纳二次电池组件的电池组壳体2。为了便于图示,在图中省略了用于电连接的诸如汇流条和电力端子之类的部件。
参照图16,例如,根据本发明的实施方式的汽车5可以是电动汽车,并且包括根据本发明的实施方式的电池组3。汽车5通过从根据本发明的实施方式的电池组3接收电力来操作。
已经参照有限的实施方式和附图描述了本发明,但是本发明不限于此。本发明所属领域的技术人员可以在本发明的技术精神内并且在与所附权利要求等同的范围内改变或变型所描述的实施方式。
Claims (18)
1.一种二次电池,所述二次电池包括:
电极组件,所述电极组件具有第一电极接头和第二电极接头;
电池罐,所述电池罐电连接到所述第二电极接头并且具有配置为容纳所述电极组件的开口部;
顶帽,所述顶帽配置为覆盖所述电池罐的所述开口部并且电连接到所述第一电极接头;
导电垫圈,所述导电垫圈电连接到所述电池罐并且配置为邻接所述开口部的外周部的至少一部分;以及
绝缘构件,所述绝缘构件设置在所述顶帽与所述电池罐和电连接到所述电池罐的所述导电垫圈中的至少一者之间,所述绝缘构件配置成使所述顶帽与所述电池罐和所述导电垫圈中的所述至少一者电绝缘,
其中,所述顶帽包括彼此面对的第一表面和第二表面,所述第一表面面对所述电极组件并电连接到所述第一电极接头,并且所述第二表面具有突出部,所述突出部经由形成在所述导电垫圈的中央部中的孔暴露。
2.根据权利要求1所述的二次电池,其中,所述顶帽包括不具有所述突出部的非突出部,并且所述突出部距所述第一表面的高度大于所述非突出部距所述第一表面的高度。
3.根据权利要求1所述的二次电池,其中,所述顶帽含有铝。
4.根据权利要求1所述的二次电池,其中,所述电池罐具有圆柱形形状。
5.根据权利要求1所述的二次电池,其中,所述绝缘构件包括:
第一绝缘构件,所述第一绝缘构件设置在所述导电垫圈与所述顶帽之间并且配置成使所述导电垫圈与所述顶帽电绝缘;以及
第二绝缘构件,所述第二绝缘构件设置在所述电池罐和所述顶帽之间并且配置成使所述电池罐和所述顶帽电绝缘。
6.根据权利要求5所述的二次电池,其中,所述第一绝缘构件覆盖形成在所述导电垫圈的所述中央部中的所述孔的内表面。
7.根据权利要求5所述的二次电池,其中,所述第一绝缘构件延伸成覆盖所述导电垫圈的上表面的总面积的1%以上且10%以下的面积。
8.根据权利要求5所述的二次电池,其中,所述第一绝缘构件通过热结合联接到所述导电垫圈和所述顶帽。
9.根据权利要求1所述的二次电池,其中,压接部设置在所述电池罐的所述开口部的所述外周部上,并且所述导电垫圈邻接所述压接部。
10.根据权利要求9所述的二次电池,其中,所述导电垫圈的宽度大于所述压接部的上表面的宽度。
11.根据权利要求9所述的二次电池,其中,所述压接部的邻接所述导电垫圈的部分的厚度与所述导电垫圈的邻接所述压接部的部分的厚度之和为所述导电垫圈的不邻接所述压接部的部分的厚度的90%至200%。
12.根据权利要求9所述的二次电池,其中,所述电池罐包括设置在所述压接部的上表面中的插入槽。
13.根据权利要求12所述的二次电池,其中,所述导电垫圈包括插入突起,所述插入突起具有与所述插入槽对应的形状并且联接到所述插入槽。
14.根据权利要求1所述的二次电池,其中,所述电池罐包括形成在其下表面中的排气部。
15.根据权利要求1所述的二次电池,其中,所述第一电极接头是构成所述电极组件的第一电极集流体的未涂覆部,所述未涂覆部不具有第一电极活性材料,并且所述第二电极接头是构成所述电极组件的第二电极集流体的未涂覆部,所述未涂覆部不具有第二电极活性材料。
16.根据权利要求1所述的二次电池,其中,所述第一电极接头和所述第二电极接头朝向所述电极组件的卷绕中心弯折。
17.一种电池组,所述电池组包括:
根据权利要求1至16中的任一项所述的二次电池;以及
电池组壳体,所述电池组壳体配置为容纳所述二次电池。
18.一种汽车,所述汽车包括根据权利要求17所述的电池组。
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