CN116802893A - 具有优异的绝缘和散热特性的软包型二次电池 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种软包型二次电池，其包括包含电极组件容纳部和密封部的软包型电池壳体；容纳在电极组件容纳部中的电极组件；以及层压在密封部上的绝缘涂层，并且绝缘涂层包括粘合剂和具有0.2w/(mk)以上的热导率的散热颗粒。

Description

具有优异的绝缘和散热特性的软包型二次电池

技术领域

本申请要求基于2021年8月31日提交的韩国专利申请No.10-2021-0115869和2022年7月18日提交的韩国专利申请No.10-2022-0088456的优先权权益，其全部内容经过引用并入本说明书。

本发明涉及一种具有优异的绝缘和散热特性的软包型二次电池。

背景技术

在近来使用量有所增加的二次电池中，存在对矩形二次电池和软包型二次电池的需求增加的趋势，考虑到电池的形状，所述矩形二次电池和软包型二次电池因厚度薄而可用于诸如移动电话的产品。在材料方面，对诸如锂离子电池和锂离子聚合物电池的锂二次电池的需求增加，锂二次电池具有诸如高的能量密度、放电电压和输出稳定性的优点。

该二次电池可以根据形成具有阳极/分离膜/阴极结构的电极组件的结构来分类。这种电极组件的示例包括其中长的片状阳极和阴极在分离膜插设在它们之间的状态下被卷绕的结构的凝胶卷(卷绕型)电极组件、其中大量切割成预定尺寸的单元的阳极和阴极在分离膜插设在它们之间的状态下按顺序被层压的堆叠型(层压型)电极组件、具有其中双电池或全电池(其中阳极和阴极的预定单元在分离膜插设在它们之间的状态下被层压)与分离膜一起卷绕的结构的堆叠/折叠型电极组件等。

近年来，具有其中堆叠型/折叠型电极组件被组入由铝层压片制成的软包型电池壳体中的软包型电池因低制造率、轻重量和容易变形而引起许多关注，其使用量也逐渐增加。

图1示出了现有技术的典型软包型二次电池的一般结构。参照图1，软包型二次电池100包括电极组件20、从电极组件20延伸的电极片50、焊接到电极片50上的电极引线40，以及容纳该电极组件的电池壳体10。引线绝缘涂层60附接到电极引线40的上表面和下表面的一部分以提高与电池壳体10的密封程度，并同时确保电绝缘状态。

这种软包型电池以将电极组件容纳在层压片中、注入电解液并通过热密封等进行密封的方式来制造。在这种制造工艺中，存在着热密封部(密封部)可能在电解质注入过程中被污染，或树脂层可能因层压片的最内树脂层的过度熔融和/或挤压而向外突出的问题。密封部的污染和内部树脂层的外部突出成为不完全密封状态的原因，并且密封部的缺陷引起严重的问题，如水分渗透和电解质泄漏。

此外，已知软包型电池因作为电池壳体的层压片端部的金属暴露而引起电介质击穿现象。

为了解决该问题，现有技术已经提出了使用PET标签、胶带等使热密封部的外部绝缘的方法。但是，当使用PET标签、胶带等使热密封部的外部绝缘时，已知该标签和胶带可能剥落，并且可能发生诸如气泡和皱褶的缺陷。

近年来，已经也引入了其中向热密封部外部涂布密封助剂以改善密封性的软包型电池。但是，不容易在薄的垂直截面上将具有预定粘度和流动性的密封助剂涂布至热密封部的外部。因为该密封助剂在涂布后的固化过程中向下流动，并且难以获得该效果，似乎难以将其应用于实际的大规模生产工序。

因此，需要开发一种技术，其能够通过解决现有技术的问题改善热密封部的密封性，并可靠地防止电介质击穿现象。

[现有技术文献]

[专利文献]

韩国专利No.10-1216422

发明内容

技术问题

本发明旨在解决现有技术的上述问题。

本发明的一个目的是提供一种具有改善的密封部的密封性与绝缘特性的软包型二次电池。

本发明的另一目的是提供一种软包型二次电池，其中密封部的散热特性得到改善。

技术方案

为了实现上述目的，本发明提供一种软包型二次电池，其包括：

包括电极组件容纳部和密封部的软包型电池壳体；以及

容纳在所述电极组件容纳部中的电极组件，

其中，所述密封部包括通过将密封部朝向电极组件容纳部弯曲而形成的弯曲部，

绝缘涂层粘结到基于电极组件容纳部的弯曲部的内表面和外表面，以及在内表面与外表面之间形成边界的弯曲部端面，

粘结到弯曲部的内表面上的绝缘涂层的外表面粘结到电极组件容纳部的壁的外表面上，并且

该绝缘涂层包括粘合剂和具有0.2w/(mk)以上的热导率的散热颗粒，并且粘结到电极组件容纳部的壁的外表面上的接合部不包括所述散热颗粒。

在本发明的一个实施例中，接合部可以具有距电极组件容纳部的壁的外表面1μm至100μm的厚度。

在本发明的一个实施例中，基于电极组件容纳部的弯曲部的内表面和外表面以及在内表面与外表面之间形成边界的弯曲部端面的绝缘涂层可以通过弯曲和粘结绝缘涂覆膜而形成。

在本发明的一个实施例中，绝缘涂覆膜可以通过热密封粘结。

在本发明的一个实施例中，该密封部可以进一步包括平行于电极组件容纳部的上表面或下表面定位的平台部(terrace portion)。

绝缘涂层进一步被层压在平台部与电极组件容纳部的壁的外表面之间形成的空间中，并且

该绝缘涂层包括粘合剂和具有0.2w/(mk)以上的热导率的散热颗粒，并且粘结到电极组件容纳部的壁的外表面上的接合部不包括散热颗粒。

在本发明的一个实施例中，接合部可以具有距电极组件容纳部的壁的外表面1μm至100μm的厚度。

在本发明的一个实施例中，绝缘涂层的高度可以等于或小于电极组件容纳部的壁的高度。

在本发明的一个实施例中，电极引线可以位于平台部的顶端(tip)处。

在本发明的一个实施例中，绝缘涂层的包含散热颗粒的部分可以包括10重量％至90重量％的粘合剂和10重量％至90重量％的散热颗粒。

在本发明的一个实施例中，散热颗粒可以具有0.1μm至10μm的平均粒度。

在本发明的一个实施例中，弯曲部可以包括通过折叠和重叠该密封部两次以上而形成的部分。

有益效果

本发明的软包型二次电池提供一种优异的密封部密封性、优异的绝缘特性、和特别优异的散热特性。

因此，本发明的软包型二次电池提供显著改善电池安全性的效果。

附图说明

图1是以往软包型二次电池的分解透视图。

图2是示意性示出本发明的软包型二次电池的一个实施例的透视图。

图3是沿截面A-A剖开的图2的软包型二次电池的剖视图。

图4是示意性示出作为本发明的一个实施例的绝缘涂覆膜的形式的剖视图。

图5是示意性示出本发明的软包型二次电池的一个实施例的透视图。

图6是沿截面B-B剖开的图5的软包型二次电池的剖视图。

图7是示意性示出作为本发明的一个实施例的绝缘涂覆杆的形式的透视图。

图8至图10是示意性示出本发明的软包型二次电池的一个实施例的剖视图。

具体实施方式

下面，将参照附图详细描述本发明的实施例，以使本领域技术人员能够容易地实施本发明。但是，本发明可以以许多不同形式实现，并且不限于本文中所提出的实施例。在本说明书通篇中通过相同的附图标记表示类似的部件。

当某一组件被称为“连接至、设置或安装在”另一部件中时，其可以直接连接或安装至其他部件，但应当理解的是，在它们之间也可以存在其它构造。另一方面，当某一部件被称为“直接连接至、设置或安装在”另一部件中时，应当理解的是在它们之间不存在其它部件。另一方面，描述构成要素之间的关系的其它表达，即“在…上”和“直接在…上”或“在…之间”和“恰好在…之间”或“与…相邻”和“直接紧邻”也应该以相同的方式解释。

图1是也应用于本发明的以往软包型二次电池的分解透视图，图2和图5是示意性示出本发明的软包型二次电池的一个实施例的透视图。

如图1和图2中所示的本发明的软包型二次电池100包括：包括电极组件容纳部11和密封部12的软包型电池壳体10；以及容纳在电极组件容纳部11中的电极组件20。

密封部12包括通过朝向电极组件容纳部11弯曲而形成的弯曲部12-1。

绝缘涂层30粘结到基于电极组件容纳部11的弯曲部12-1的内表面和外表面，以及在内表面与外表面之间形成边界的弯曲部端面。

粘结到弯曲部12-1的内表面上的绝缘涂层30的外表面粘结到电极组件容纳部11的壁的外表面。

绝缘涂层30包括粘合剂和具有0.2w/(mk)以上的热导率的散热颗粒32，并且粘结到电极组件容纳部的外表面上的接合部30a不包括散热颗粒32。

尽管已经努力改善现有技术的软包型二次电池中密封部的密封性和绝缘特性，但是该效果的改善不足。本发明的特征在于改善了密封部的密封和绝缘特性，并显著改善了散热特性。特别地，在以往密封部上形成的绝缘层的缺点在于，软包型电池壳体的粘合强度在整体上因包含散热颗粒而不足，并且不能长期保持粘合状态。本发明具有解决上述的现有技术的问题的技术特征。

接合部30a可以具有距电极组件容纳部11的壁的外表面1μm至100μm、优选5μm至20μm的厚度。如果接合部30a的厚度小于1μm，则粘合强度降低，如果接合部30a的厚度超过100μm，则散热效果降低。

基于电极组件容纳部11的弯曲部12-1的内表面和外表面和在内表面与外表面之间形成边界的弯曲部端面的绝缘涂层30可以彼此连接。

基于电极组件容纳部11的弯曲部的内表面和外表面，以及在内表面与外表面之间形成边界的弯曲部端面的绝缘涂层30可以如图4所示通过弯曲和粘结绝缘涂覆膜34来形成。此时，可以粘结绝缘涂覆膜34的弯曲部，以便位于在内表面与外表面之间形成边界的弯曲部端面上。

绝缘涂覆膜34的粘附可以通过热熔合来进行。

在本发明的一个实施例中，可以以图4中示出的形式制造绝缘涂覆膜34。绝缘涂覆膜34例如可以通过以下方法来制造：制备含有粘合剂和具有0.2w/(mk)以上的热导率的散热颗粒绝缘涂覆散热组合物，将该散热组合物涂布到基底上并固化该组合物以形成第一涂层，然后将第一涂层的上表面划分，在该上表面的一部分中涂覆该绝缘涂覆散热组合物，并在另一部分中涂覆并固化粘合剂组合物。绝缘涂覆膜34可以通过已知的挤出(注射)方法制造。

此外，绝缘涂覆膜34可以通过以下方法制造：形成第一涂层，随后将第一涂层的上表面划分，并仅在其一部分(仅接合部30a)中涂覆和固化粘合剂组合物。绝缘涂覆膜34也可以通过已知的挤出(注射)方法来制造。

在本发明的一个实施例中，绝缘涂覆膜34的厚度可以为20μm至1μm、优选40μm至200μm。

在本发明的一个实施例中，密封部12进一步包括在与电极组件容纳部11的上表面或下表面平行的方向上定位的平台部(非弯曲部)。此时，如图5和图6中所示，绝缘涂层30’可以进一步层压在平台部与电极组件容纳部11的壁的外表面之间形成的空间中。

绝缘涂层30’包括粘合剂和具有0.2w/(mk)以上的热导率的散热颗粒32，并且粘结到电极组件容纳部的壁的外表面上的接合部30’a可以具有不包括散热颗粒32的形式。

接合部30’a可以具有距电极组件容纳部11的壁的外表面1μm至100μm、优选5μm至20μm的厚度。如果接合部30’a的厚度小于1μm，则粘合强度降低，如果接合部30’a的厚度超过100μm，则散热效果降低。

绝缘涂层30’可以以适于在平台部与电极组件容纳部11的壁的外表面之间形成的空间的形式形成，并且例如可以以类似于图5和6所示的方柱(square column)的形式形成，但不限于此。

绝缘涂层30’可以使用如图7所示的绝缘涂覆杆36来形成。绝缘涂覆杆36可以具有类似于方柱的形状，但可以根据软包型电池壳体形状具有合适的形状。

绝缘涂覆杆36可以通过热熔合而粘结，或也可以使用另一粘合剂来粘结。

在本发明的一个实施例中，绝缘涂层30’可以仅在平台部上在电极引线40所位于的方向上形成，或如图5和图6所示，绝缘涂层30’可以在电极引线40所位于的方向上的平台部上和在其相对侧上的平台部上形成。

在本发明的一个实施例中，如图9所示，绝缘涂层30’可以以覆盖平台部的顶端的形式形成，并也可以以覆盖平台部的顶端和平台部下表面的一部分或全部的形式形成。

在本发明的一个实施例中，绝缘涂层30’的高度可以与电极组件容纳部11的壁的高度相同或低于电极组件容纳部11的壁的高度。

在本发明的一个实施例中，如图5和6所示，电极引线40可以放置在平台的顶端处。

在本发明的一个实施例中，绝缘涂层30和30’中包含散热颗粒的部分30b和30’b可以包含10重量％至90重量％的粘合剂和10重量％至90重量％的散热颗粒。优选地，其可以包含30重量％至70重量％的粘合剂和30重量％至70重量％的散热颗粒、更优选40重量％至60重量％的粘合剂和40重量％至60重量％的散热颗粒。此外，除上述成分外，其可进一步包括本领域中用于绝缘涂层的已知成分。

如果散热颗粒少于10重量％，可能无法期待散热效果。如果散热颗粒超过10重量％，则绝缘涂层30和30’的粘合强度可能劣化，因此不优选。

可光固化聚合物或热固性聚合物可用作粘合剂。聚氨酯树脂、聚乙烯树脂、聚丙烯树脂、聚丁烯树脂、聚苯乙烯树脂、聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂、聚碳酸酯树脂、聚丁二烯树脂、不饱和聚酯类树脂、聚酰亚胺类树脂、聚丙烯酸酯类树脂等可以单独使用或以两种以上的混合物的形式使用，但不限于此。聚丙烯酸酯类树脂的示例可以包括聚酯丙烯酸酯、环氧丙烯酸酯、聚氨酯丙烯酸酯等。

具有0.2w/(mk)以上的热导率的散热颗粒的示例包括铝、碳、铜、铬、钛、不锈钢颗粒等，其可以单独使用或以两种以上的组合形式使用。

散热颗粒可以具有0.1μm至10μm的平均粒度，但不限于该范围。

散热颗粒优选具有0.2S/cm以下的电导率。如果电导率高于上述范围，则绝缘特性可能劣化，这是不优选的。

在本发明的一个实施例中，在绝缘涂层30和30’中不包括散热颗粒的相对于电极组件容纳部的壁的外表面的接合部30a和30’a可以包括本领域中常规用于改善粘合强度的粘合剂和添加剂，并可以仅由上述粘合剂构成。

在本发明的一个实施例中，如图2、图3和图8所示，密封部12包括通过朝向电极组件容纳部弯曲密封部而形成的弯曲部12-1。

基于密封部的非弯曲部，弯曲部12-1可以弯曲80度至180度、优选85度至145度、更优选90度至100度。

在本发明的一个实施例中，如图8所示，弯曲部12-1可以包括其中密封部折叠和重叠两次以上的部分。

在本发明的一个实施例中，由于电极组件20可以没有限制地具有本领域中已知的任何形式，因此将省略其详细描述。

电极组件20没有特殊限制，只要其具有连接多个电极片以形成阳极和阴极的结构即可，可以具有堆叠/折叠型结构或层压堆叠型结构。

此外，电池壳体10由包括金属层和树脂层的层压片，例如铝层压片制成，并可以是包括电极组件容纳部和密封部的软包型电池壳体。

该电池壳体10可以由单个单元的层压片制成，在这种情况下，可以形成包括围绕弯曲部的电极组件容纳部的壳体主体部以及结合至壳体主体以包围电极组件容纳部的覆盖部。

具有电极端子(所述电极端子具有从电极组件突出的电极片与电极引线连接的结构)的平台部可以位于面向层压片的弯曲部的部分处，并且各自与平台部的两个端部相邻的侧面密封部可以位于此。弯曲部可以在侧面密封部中形成。

实施例1：制造绝缘涂覆膜

将聚氨酯粘合剂和作为具有0.2W/(mk)以上的热导率的散热颗粒的铝/碳复合材料(粒度：0.1μm)以1∶9的重量比添加到丙酮溶剂中以制备绝缘涂覆散热组合物。

此外，将聚氨酯粘合剂添加到丙酮溶剂中以制备绝缘涂覆粘合剂组合物。

将绝缘涂覆散热组合物涂布到基底上并固化以形成第一涂层。

接着，根据图4中所示绝缘涂覆膜的形式划分第一涂层的上表面，并用绝缘涂覆粘合剂组合物涂覆要粘结到电极组件容纳部的壁的外表面上的部分，用绝缘涂覆散热组合物涂覆剩余部分并固化以制备图4所示的绝缘涂覆膜。

对比例1：制造绝缘涂覆膜

将实施例1中制备的用于绝缘涂层的散热组合物涂布至与实施例1中制备的绝缘涂覆膜相同的厚度并固化以制备绝缘涂覆膜。

实施例2：在软包型二次电池的密封部上形成绝缘层

在其中容纳电极组件的软包型电池壳体的密封部中，留下电极组件容纳部的侧面的一部分，剩余部分朝向电极组件容纳部弯曲90度以形成弯曲部。随后，将实施例1中制备的绝缘涂覆膜折叠并随后热密封以形成如图2所示的绝缘涂层。

对比例2：在软包型二次电池的密封部上形成绝缘层

以与实施例2相同的方式形成绝缘涂层，不同之处在于使用制备实施例1中制备的绝缘涂覆膜。

测试例1：绝缘涂层的粘附性能评估

在65℃以下的温度下储存实施例2和对比例2的软包型二次电池的同时检查了绝缘涂层是否脱落，结果显示在下表1中。

[表1]

尽管已经参照有限的实施方案和附图描述了本发明，但是本发明不限于此，并且显而易见的是，在本发明的技术精神的等同物和下面描述的权利要求的范围内，本发明所属领域的普通技术人员可以进行各种修改和变化。

[附图标记说明]

10：电池壳体，11：电极组件容纳部，

12：密封部，12-1：弯曲部，

20：电极组件，30，30’：绝缘涂层，

30a，30’a：绝缘涂层相对于电极组件容纳部的壁的外表面的接合部，30b，30’b：绝缘涂层的包含散热颗粒的部分，

32：散热颗粒，34：绝缘涂覆膜，

36：绝缘涂覆杆，

40：电极引线，50：电极片，

60：引线绝缘涂层。

Claims (12)

1.一种软包型二次电池，包括：

软包型电池壳体，包括电极组件容纳部和密封部；以及

电极组件，容纳在所述电极组件容纳部中，

其中，所述密封部包括通过将所述密封部朝向所述电极组件容纳部弯曲而形成的弯曲部，

绝缘涂层粘结到所述弯曲部的基于所述电极组件容纳部的内表面和外表面，以及在所述内表面与所述外表面之间形成边界的弯曲部端面，

粘结到所述弯曲部的所述内表面上的所述绝缘涂层的外表面粘结到所述电极组件容纳部的壁的外表面上，并且

所述绝缘涂层包括粘合剂和具有0.2w/(mk)以上的热导率的散热颗粒，并且粘结到所述电极组件容纳部的所述壁的所述外表面上的接合部不包括所述散热颗粒。

2.根据权利要求1所述的软包型二次电池，其中，

所述接合部距所述电极组件容纳部的所述壁的所述外表面具有1μm至100μm的厚度。

3.根据权利要求1所述的软包型二次电池，其中，

所述弯曲部的基于所述电极组件容纳部的所述内表面和所述外表面、以及在所述内表面与所述外表面之间形成所述边界的所述弯曲部端面的所述绝缘涂层彼此连接。

4.根据权利要求3所述的软包型二次电池，其中，

通过弯曲和粘结绝缘涂覆膜而形成所述弯曲部的基于所述电极组件容纳部的所述内表面和所述外表面、以及在所述内表面与所述外表面之间形成所述边界的所述弯曲部端面的所述绝缘涂层。

5.根据权利要求4所述的软包型二次电池，其中，

所述绝缘涂覆膜通过热密封粘结。

6.根据权利要求1所述的软包型二次电池，其中，

所述密封部进一步包括平行于所述电极组件容纳部的所述上表面或所述下表面定位的平台部，

所述绝缘涂层进一步层压在所述平台部与所述电极组件容纳部的所述壁的外表面之间形成的空间中，并且所述绝缘涂层包括粘合剂和具有0.2w/(mk)以上的热导率的散热颗粒，并且粘结到所述电极组件容纳部的所述壁的所述外表面上的接合部不包括散热颗粒。

7.根据权利要求6所述的软包型二次电池，其中，

所述接合部距所述电极组件容纳部的所述壁的所述外表面具有1μm至100μm的厚度。

8.根据权利要求6所述的软包型二次电池，其中，

所述绝缘涂层的高度等于或小于所述电极组件容纳部的所述壁的高度。

9.根据权利要求8所述的软包型二次电池，其中，

电极引线位于所述平台部的顶端处。

10.根据权利要求1或6所述的软包型二次电池，其中，

所述绝缘涂层的包括散热颗粒的部分包括10重量％至90重量％的粘合剂以及10重量％至90重量％的散热颗粒。

11.根据权利要求10所述的软包型二次电池，其中，

所述散热颗粒具有0.1μm至10μm的平均粒度。

12.根据权利要求1所述的软包型二次电池，其中，

所述弯曲部包括通过折叠和重叠所述密封部两次以上形成的部分。