CN116982212A - 二次电池 - Google Patents

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金大奎
丁贤基
金明燮
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Abstract

本发明涉及一种能够降低成本并且增大容量的二次电池。例如，公开了一种二次电池，其特征在于，二次电池包括：电极组件，包括第一电极、第二电极和隔膜；壳体，容纳电极组件；以及盖组件，结合到壳体的上部，其中，第一电极包括：第一集流体；第一集流接线片结构，具有从第一集流体延伸并弯曲的多个集流部；以及第一引线接线片，电连接到第一集流接线片结构，其中，在第一集流接线片结构中，从电极组件的中心到外部，集流部的宽度增大，并且集流部之间的距离增大。

Description

二次电池
技术领域
本发明涉及一种二次电池。
背景技术
与不能充电的一次电池不同，二次电池是可再充电和可放电的电池。低容量二次电池可以用于各种便携式小型电子装置(诸如智能电话、功能电话、笔记本计算机、数码相机或摄像机)，并且高容量二次电池被广泛用作用于电机驱动的(诸如混合动力车辆或电动车辆中的)电源。这些锂离子二次电池根据形状可以分类为圆柱形、棱柱形和袋型二次电池。
具体地，圆柱形锂离子二次电池通常包括圆柱形电极组件、电极组件结合到其的圆柱形壳体、注入到壳体中以允许锂离子移动的电解质以及结合到壳体的一侧以防止电解质溶液泄漏并且防止电极组件分离的盖组件。
在该背景技术部分中公开的以上信息仅用于增强对发明的背景的理解，因此它可以包含不构成现有技术的信息。
发明内容
技术问题
本发明提供一种能够降低成本并且增大容量的二次电池。
技术方案
根据本发明的二次电池可以包括：电极组件，包括第一电极、第二电极和隔膜；壳体，容纳电极组件；以及盖组件，结合到壳体的上部，其中，第一电极包括：第一集流体；第一集流接线片结构，从第一集流体延伸并且具有多个弯曲的集流部；以及第一引线接线片，电连接到第一集流接线片结构，其中，在第一集流接线片结构中，从电极组件的中心到外部，集流部的宽度增大，并且集流部之间的距离增大。
在第一集流接线片结构中，集流部的高度可以从电极组件的中心朝向外部增大。
集流部可以朝向电极组件的中心弯曲。
在第一集流接线片结构中，集流部布置于直线上，并且第一集流接线片结构具有扇形形状。
由第一集流接线片结构相对于电极组件的中心形成的角可以为90度至180度。
集流部包括多个集流接线片。
在第一集流接线片结构中，集流部可以斜地布置。
第一引线接线片电连接到盖组件。
第二电极可以包括：第二集流体；第二集流接线片结构，具有从第二集流体延伸和弯曲的多个集流部；以及第二引线接线片，电连接到第二集流接线片结构，并且在第二集流接线片结构中，从电极组件的中心到外部，集流部的宽度可以增大，集流部的高度可以增大，并且集流部之间的距离可以增大。
第二引线接线片可以电连接到壳体。
有益效果
根据本发明的实施例的二次电池包括集流接线片结构和连接集流接线片结构的引线接线片，所述集流接线片结构包括多个集流接线片，因此不使用相对昂贵的集流板，从而相应地降低成本，并且内部空间被高度利用，从而增大电极组件的容量。
附图说明
图1是示出根据本发明的实施例的二次电池的透视图。
图2是示出根据本发明的实施例的二次电池的剖视图。
图3是示出根据本发明实施例的电极组件的第一电极和第二电极的平面图。
图4是示出图2的电极组件的平面图。
图5a至图5c是示出用于制造电极组件的方法的图。
图6是示出根据本发明的另一实施例的电极组件的平面图。
具体实施方式
在下文中，将参照附图详细描述本发明的优选实施例。
提供本发明的示例以向本领域技术人员更完整地解释本发明，并且以下示例可以以各种其它形式进行修改。然而，本发明可以以许多不同的形式实施，并且不应被解释为限于在此阐述的示例(或示例性)实施例。相反，提供这些示例实施例使得本发明将是彻底的和完整的，并且将向本领域技术人员传达本发明的方面和特征。
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表示同样的元件。如在此使用的，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。
在此使用的术语仅用于描述具体实施例的目的，并且不意图限制公开。如在此使用的，除非上下文另外清楚地指出，否则单数形式也意图包括复数形式。还将理解的是，当在本说明书中使用术语“包括”和/或其变型时，表明存在所陈述的特征、数量、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除存在或添加一个或更多个其它特征、数量、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。
图1是示出根据本发明的实施例的二次电池的透视图。图2是示出根据本发明的实施例的二次电池的剖视图。图3是示出根据本发明的实施例的电极组件的第一电极和第二电极的平面图。图4是示出图2的电极组件的平面图。
参照图1和图2，根据本发明的实施例的二次电池100包括电极组件110、壳体150和盖组件160。
电极组件110包括第一电极120、第二电极130和置于第一电极120与第二电极130之间的隔膜140。在电极组件110中，第一电极120、第二电极130和隔膜140的层叠体可以以极芯形状卷绕。这里，第一电极120可以充当正电极，并且第二电极130可以充当负电极。当然，相反的情况也是可能的。
第一电极120可以包括由诸如铝的金属箔制成的第一集流体121、形成在第一集流体121的两个表面上并且涂覆有第一活性物质的第一活性物质层122、电连接到第一集流体121的第一集流接线片结构125以及电连接到第一集流接线片结构125的第一引线接线片126。
参照图3，第一集流接线片结构125可以在与第一集流体121的第一方向X垂直的第二方向Y(或纵向方向)上凸出。第一集流接线片结构125可以从电极组件110向上凸出。第一集流接线片结构125可以包括多个集流部1251、1252、1253和1254。在一些示例中，第一集流接线片结构125可以包括第一集流部1251、第二集流部1252、第三集流部1253和第四集流部1254。尽管示出了包括四个集流部的第一集流接线片结构125，但是第一集流接线片结构125可以包括四个或更多个集流部。第一集流部1251可以位于第一集流体121的卷绕前端侧处，并且第四集流部1254可以位于卷绕终端侧处。
第一集流接线片结构125的集流部1251、1252、1253和1254中的每个可以分别包括多个集流接线片125a、125b、125c和125d。尽管示出了均包括四个集流接线片的集流部1251、1252、1253和1254，但是各个集流部1251、1252、1253和1254可以包括四个或更多个或者四个或更少个集流接线片。这里，构成集流部1251的集流接线片125a中的每个可以具有彼此相同的尺寸，构成集流部1252的集流接线片125b中的每个可以具有彼此相同的尺寸，构成集流部1253的集流接线片125c中的每个可以具有彼此相同的尺寸，构成集流部1254的集流接线片125d中的每个可以具有彼此相同的尺寸。在一些示例中，第一集流接线片结构125的第一集流部1251可以包括四个集流接线片125a。第一集流部1251的集流接线片125a可以彼此间隔开。另外，第一集流部1251的集流接线片125a可以具有相同的宽度和相同的高度。第二集流部1252的集流接线片125b可以彼此间隔开，并且可以具有相同的宽度和相同的高度。这里，第二集流部1252的集流接线片125b的尺寸(宽度或高度)可以与第一集流部1251的集流接线片125a的尺寸(宽度或高度)不同。第三集流部1253的集流接线片125c可以彼此间隔开，并且可以具有相同的宽度和相同的高度。第三集流部1253的集流接线片125c的尺寸可以与第二集流部1252的集流接线片125b的尺寸不同。第四集流部1254的集流接线片125d可以彼此间隔开，并且可以具有相同的宽度和相同的高度。第四集流部1254的集流接线片125d的尺寸可以与第三集流部1253的集流接线片125c的尺寸不同。
在一些示例中，集流接线片125a、125b、125c和125d可以通过冲压(或切割)第一集流体121的在第二方向Y上的一端来形成。集流接线片125a、125b、125c和125d可以是第一集流体121的部分。换言之，集流接线片125a、125b、125c和125d可以是从第一集流体121延伸的部分。
在第一集流接线片结构125中，每个集流部1251、1252、1253、1254的集流接线片125a、125b、125c和125d的宽度和高度可以从卷绕前端到卷绕终端逐渐增大。这里，宽度表示在第一方向X上的长度，并且高度表示在第二方向Y上的长度。在一些示例中，第二集流部1252的集流接线片125b的宽度可以大于第一集流部1251的集流接线片125a的宽度。另外，第二集流部1252的集流接线片125b的高度可以大于第一集流部1251的集流接线片125a的高度。第三集流部1253的集流接线片125c的宽度大于第二集流部1252的集流接线片125b的宽度，并且第三集流部1253的集流接线片125c的高度可以大于第二集流部1252的集流接线片125b的高度。第四集流部1254的集流接线片125d的宽度大于第三集流部1253的集流接线片125c的宽度，并且第四集流部1254的集流接线片125d的高度可以大于第三集流部1253的集流接线片125c的高度。
参照图3和图4，当形成电极组件110时，第一集流接线片结构125以规则的间隔间隔开，因此各个集流部1251、1252、1253和1254在相同的位置对齐。因此，如图4中所示，彼此间隔开的集流接线片125a、125b、125c和125d中的每个之间的狭缝S可以呈直线形状。另外，在第一集流接线片结构125中，集流部1251、1252、1253和1254的间隔可以从卷绕前端到卷绕终端逐渐增大。这是因为由于随着第一电极120、隔膜140和第二电极130卷绕在一起，即，随着卷绕次数的增加，电极组件110的厚度逐渐增大，集流部1251、1252、1253和1254仅在其间的间隔增大时才能在同一条线上对齐。例如，第二集流部1252与第三集流部1253之间的距离d2可以大于第一集流部1251与第二集流部1252之间的距离d1。另外，第三集流部1253与第四集流部1254之间的距离d3可以大于第二集流部1252与第三集流部1253之间的距离d2。另外，第二集流部1252可以与第一集流部1251完全叠置，第三集流部1253可以与第二集流部1252完全叠置，并且第四集流部1254可以与第三集流部1253完全叠置。
另外，在第一集流接线片结构125中，集流部1251、1252、1253和1254中的每个可以在一个方向上弯曲以彼此接触。在一些示例中，集流部1251、1252、1253和1254中的每个在朝向电极组件110的中心的方向上弯曲，使得邻近的集流部1251、1252、1253和1254彼此叠置。例如，第一集流部1251可以朝向电极组件110的中心弯曲，并且第二集流部1252可以弯曲以与第一集流部1251叠置。另外，第三集流部1253和第四集流部1254可以弯曲，使得第三集流部1253与第二集流部1252的顶部叠置，并且第四集流部1254与第三集流部1253的顶部叠置。另外，由于集流部1251、1252、1253和1254中的每个分别包括彼此间隔开的多个集流接线片125a、125b、125c和125d，因此容易使集流部1251、1252、1253和1254朝向电极组件110的中心弯曲。
参照图4，第一集流接线片结构125可以密集地对齐于电极组件110的一部分。在一些示例中，由于集流接线片125a、125b、125c和125d中的每个的宽度从卷绕前端到卷绕终端增大，因此第一集流接线片结构125可以以扇形形状布置在电极组件110上。这里，由第一集流接线片结构125相对于电极组件110的中心形成的角α可以是90度至180度。更优选地，由第一集流接线片结构125相对于电极组件110的中心形成的角α可以是135度。这里，当由第一集流接线片结构125相对于电极组件110的中心形成的角α小于90度时，电极组件110的输出可能降低。另外，当由第一集流接线片结构125相对于电极组件110的中心形成的角α大于180度时，可能难以将电解质注入到电极组件110中。另外，如上所述，通过使第一集流接线片结构125相对于电极组件110的中心具有预定角，在焊接期间使基材在一个方向上被压紧和叠置，从而改善可焊接性。
第一引线接线片126可以附着到第一集流接线片结构125。在一些示例中，第一引线接线片126可以通过焊接电连接到多个弯曲的集流部1251、1252、1253和1254。第一引线接线片126可以将电极组件110和盖组件160电连接。在一些示例中，第一引线接线片126的一端可以电连接到第一集流接线片结构125，并且另一端可以从电极组件110向上凸出并且电连接到盖组件160。
第二电极130可以包括由诸如铜或镍的金属箔制成的第二集流体131、形成在第二集流体131的两个表面上并且涂覆有第二活性物质的第二活性物质层132、电连接到第二集流体131的第二集流接线片结构135以及电连接到第二集流接线片结构135的第二引线接线片136。
第二活性物质层132可以形成在第二集流体131的两个表面上。在一些示例中，第二活性物质层132可以在第二集流体131的两个表面上连续地形成。
第二集流接线片结构135可以在第二集流体131的第二方向Y上凸出。第二集流接线片结构135可以在与第一集流接线片结构125的凸出方向相反的方向上凸出。换言之，第二集流接线片结构135可以从电极组件110的下部凸出。第二集流接线片结构135可以具有与第一集流接线片结构125对应的形式。然而，参照图2，第二集流接线片结构135可以基于第一方向X位于第一集流接线片结构125的相对侧。因此，如图3中所示，第一集流接线片结构125和第二集流接线片结构135的起始部分在卷绕前端处可以不同。第二集流接线片结构135可以包括多个集流部1351、1352、1353和1354。在一些示例中，第二集流接线片结构135可以包括第一集流部1351、第二集流部1352、第三集流部1353和第四集流部1354。第一集流部1351可以位于第二集流体131的卷绕前端侧处，并且第四集流部1354可以位于卷绕终端侧处。第二集流接线片结构135的集流部1351、1352、1353和1354中的每个可以分别包括多个集流接线片135a、135b、135c和135d。第二集流接线片结构135与上述第一集流接线片结构125相同，因此将省略重复描述。
第二引线接线片136可以附着到第二集流接线片结构135。在一些示例中，第二引线接线片136可以通过焊接电连接到多个弯曲的集流部1351、1352、1353和1354。另外，第二引线接线片136可以电连接到壳体150的下板152。在一些示例中，第二引线接线片136的一端可以电连接到第二集流接线片结构135，并且另一端可以电连接到壳体150的下板152。
隔膜140位于第一电极120与第二电极130之间，以防止第一电极120与第二电极130之间的短路并且使锂离子能够移动。隔膜140可以由聚乙烯、聚丙烯或者聚乙烯和聚丙烯的复合膜制成。
图5a至图5c是示出用于制造电极组件的方法的图。
将参照图5a至图5c简要描述用于制造电极组件的方法。首先，如图5a中所示，将第一电极120、第二电极130以及置于第一电极120与第二电极130之间的隔膜140的层叠体以极芯的形式卷绕。第一集流接线片结构125从电极组件110向上凸出，并且第二集流接线片结构135从电极组件110向下凸出。另外，第一集流接线片结构125在电极组件110的顶部处在一个方向上对齐，并且第二集流接线片结构135在电极组件110的底部处在另一个方向上对齐。在第一集流接线片结构125和第二集流接线片结构135中，集流部的高度可以从电极组件110的中心到外部逐渐增大。
接下来，参照图5b，使第一集流接线片结构125和第二集流接线片结构135朝向电极组件110的中心弯曲。在一些示例中，使第一集流接线片结构125和第二集流接线片结构135弯曲的工艺可以被称为压紧(compaction)工艺。第一集流接线片结构125的各个集流部可以彼此叠置。第一集流接线片结构125中的位于卷绕前端处的集流部可以具有这样的高度：当卷绕电极组件110时，定位有芯的区域(电极组件的中心处的中空部)不被覆盖。另外，第二集流接线片结构135的各个集流部可以彼此叠置。第二集流接线片结构135中的位于卷绕前端处的集流部可以具有这样的高度：当卷绕电极组件110时，定位有芯的区域(电极组件的中心处的中空部)不被覆盖。
接下来，参照图5c，将第一引线接线片126焊接在第一集流接线片结构125上，并且将第二引线接线片136焊接在第二集流接线片结构135上。第一引线接线片126的一端可以通过压紧工艺焊接到叠置的第一集流接线片结构125，并且另一端可以弯曲并从电极组件110向上凸出。第二引线接线片136的一端可以通过压紧工艺焊接到叠置的第二集流接线片结构135，并且另一端可以弯曲并从电极组件110的下部凸出。
如上所述，根据本发明的二次电池100包括集流接线片结构125、135和引线接线片126、136，集流接线片结构125、135包括多个集流部1251、1252、1253和1254、1351、1352、1353和1354，引线接线片126、136与集流接线片结构125、135连接，因此不使用成本相对较高的集流板，从而相应地降低了成本，并且内部空间被高度利用，从而相对于相同面积增大了二次电池100的容量。
电极组件110与电解质一起容纳在壳体150内部。这里，电解质是包含盐的有机液体，以允许锂离子在构成电极组件110的第一电极120与第二电极130之间移动。电解质可以包括非水有机电解质溶液，非水有机电解质溶液是锂盐(诸如LiPF6、LiBF4或LiClO4)和高纯度有机溶剂的混合物，但是本发明不限于此。
另外，第一绝缘板115可以置于电极组件110与盖组件160之间，并且第二绝缘板116可以置于电极组件110与壳体150的下板152之间。第一绝缘板115可以用于防止电极组件110电接触盖组件160。具体地，第一绝缘板115可以防止电极组件110的第二电极130电接触盖组件160。第一引线接线片126穿过其的孔和电解质或内部气体穿过其移动的孔可以形成在第一绝缘板115中。
第二绝缘板116可以用于防止电极组件110电接触壳体150的下板152。具体地，第二绝缘板116可以防止电极组件110的第一电极120电接触壳体150的下板152。第二引线接线片136穿过其的孔和内部气体穿过其移动的孔可以形成在第二绝缘板116中。
壳体150可以包括侧板151和下板152，侧板151是具有一定直径的圆柱形主体以形成其中容纳有电极组件110的空间，下板152密封侧板151的下部。在一些示例中，壳体150可以被称为圆柱形壳体或圆柱形罐。壳体150的顶部开口是敞开的以在插入电极组件110之后进行密封。另外，卷边部153可以形成在壳体150的上部上以防止电极组件110移动。另外，用于固定盖组件160的压接部154可以形成在壳体150的最顶部处。
盖组件160可以位于电极组件110上方，并且可以结合到壳体150的顶部开口以密封壳体150。盖组件160可以包括上盖161、安全排气孔162、绝缘件163、下盖164、子板165和垫圈166。
上盖161具有凸出的顶部以电连接到外部电路。另外，上盖161具有形成在其中的排放孔161a以提供从壳体150的内部产生的气体可以通过其排放的路径。上盖161电连接到电极组件110，并且将从电极组件110产生的电流传输到外部电路。
安全排气孔162形成为与上盖161对应的圆形板体。向下凸出的凸起162a形成在安全排气孔162的中心处。凸起162a可以通过穿过下盖164的通孔164a电连接到子板165。另外，用于引导安全排气孔162破裂的凹口162b形成在凸起162a的外周上。
安全排气孔162的外周安装为与上盖161的除了向上凸出的部分之外的剩余部分紧密接触。也就是说，安全排气孔162的外周和上盖161的外周彼此接触。另外，安全排气孔162的边缘围绕上盖161并且延伸到上盖161的顶部。当在壳体150内部产生异常内部压力时，安全排气孔162在阻断电流的同时排放内部气体。当壳体150的内部压力等于或者大于安全排气孔162的工作压力时，在凸起162a通过内部气体向上上升的同时，安全排气孔162与子板165电分离。另外，当壳体150的内部压力等于或者大于高于安全排气孔162的工作压力的破裂压力时，安全排气孔162的凹口162b破裂，从而防止二次电池100爆炸。
绝缘件163置于安全排气孔162与下盖164之间，以使安全排气孔162和下盖164绝缘。具体地，绝缘件163置于安全排气孔162的外周与下盖164的外周之间。绝缘件163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)的树脂材料形成。
下盖164形成为圆形板体。通孔164a形成在下盖164的中心中，并且安全排气孔162的凸起162a穿过通孔164a。另外，排放孔164b形成在下盖164的一侧，并且子板165结合到下盖164的下部。排放孔164b可以排放内部气体。
子板165焊接在安全排气孔162的凸起162a与第一引线接线片126之间。因此，子板165将第一引线接线片126和安全排气孔162电连接。
垫圈166安装在壳体150的顶部开口中。也就是说，垫圈166紧密接触地组装在上盖161和安全排气孔162的外周与壳体150的顶部开口之间。垫圈166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。垫圈166可以防止盖组件160与壳体150分离。
图6是示出根据本发明的另一实施例的电极组件的平面图。
参照图6，电极组件100可以卷绕使得第一集流接线片结构125'的集流部1251'、1252'、1253'和1254'以斜线对齐。换言之，彼此间隔开的集流接线片125a、125b、125c和125d中的每个之间的狭缝S可以具有弯曲形状。第二集流部1252'可以与第一集流部1251'部分地叠置，第三集流部1253'可以与第二集流部1252'部分地叠置，并且第四集流部1254'可以与第三集流部1253'部分地叠置。
虽然已经提供了前述实施例用于实施根据本发明的二次电池，但是应当理解的是，在此描述的实施例应当仅以描述性意义来考虑，而不是为了限制的目的，并且在不脱离如由权利要求限定的发明的精神和范围的情况下，可以进行形式和细节上的各种改变。

Claims (10)

1.一种二次电池，所述二次电池包括：
电极组件，包括第一电极、第二电极和隔膜；
壳体，容纳所述电极组件；以及
盖组件，结合到所述壳体的上部，
其中，所述第一电极包括：第一集流体；第一集流接线片结构，具有从所述第一集流体延伸并弯曲的多个集流部；以及第一引线接线片，电连接到所述第一集流接线片结构，其中，在所述第一集流接线片结构中，从所述电极组件的中心到外部，所述集流部的宽度增大，并且所述集流部之间的距离增大。
2.根据权利要求1所述的二次电池，其中，在所述第一集流接线片结构中，所述集流部的高度从所述电极组件的所述中心朝向所述外部增大。
3.根据权利要求1所述的二次电池，其中，所述集流部朝向所述电极组件的所述中心弯曲。
4.根据权利要求1所述的二次电池，其中，在所述第一集流接线片结构中，所述集流部布置于直线上，并且所述第一集流接线片结构具有扇形形状。
5.根据权利要求4所述的二次电池，其中，由所述第一集流接线片结构相对于所述电极组件的所述中心形成的角为90度至180度。
6.根据权利要求1所述的二次电池，其中，所述集流部包括多个集流接线片。
7.根据权利要求1所述的二次电池，其中，在所述第一集流接线片结构中，所述集流部斜地布置。
8.根据权利要求1所述的二次电池，其中，所述第一引线接线片电连接到所述盖组件。
9.根据权利要求1所述的二次电池，其中，所述第二电极包括：第二集流体；第二集流接线片结构，具有从所述第二集流体延伸并弯曲的多个集流部；以及第二引线接线片，电连接到所述第二集流接线片结构，并且在所述第二集流接线片结构中，从所述电极组件的所述中心到所述外部，所述集流部的宽度增大，所述集流部的高度增大，并且所述集流部之间的距离增大。
10.根据权利要求9所述的二次电池，其中，所述第二引线接线片电连接到所述壳体。
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