CN117501517A - 具有提高的安全性的二次电池 - Google Patents

Abstract

所公开的发明涉及一种棱柱形二次电池，所述棱柱形二次电池包括壳体和至少一个电极组件，所述壳体具有六面体形状并且由金属制成，所述至少一个电极组件穿过形成在壳体的顶表面处的开口表面插入并且被容纳在壳体中。在一个示例中，在壳体的前表面和后表面中的至少一个表面中形成凹面，所述电极组件通过与所述凹面的接触而被支承，并且所述电极组件具有楔形形状的插入端部。

Description

具有提高的安全性的二次电池

技术领域

本发明涉及二次电池，并且更具体地涉及能够防止容纳在壳体中的电极组件的晃动并抑制由于电极组件的膨胀而引起的壳体的变形的二次电池。

本申请要求于2022年5月27日提交的韩国专利申请No.10-2022-0065161的优先权，并且该韩国专利申请的全部内容通过引用并入本文。

背景技术

二次电池不同于一次电池是可再充电的，并且由于它们的紧凑尺寸和高容量电位而进行了许多研究和开发。作为能量源的二次电池的需求由于技术发展和对移动设备的需求的增加并且还由于与当代对环境保护的需求一致出现的电动车辆和能量存储系统而更快速地增加。

二次电池根据电池壳体的形状被分类为硬币型电池、圆柱型电池、棱柱型电池和袋型电池。在这种二次电池中，安装在电池壳体中的电极组件是具有电极和隔膜堆叠在其中的结构的可充电或可放电的发电装置。

电极组件可以大致分类成啫喱卷型电极组件、堆叠型电极组件以及堆叠/折叠型电极组件，在啫喱卷型电极组件中，隔膜介于正极和负极之间，正极和负极中的每一个以涂覆有活性材料的片材的形式提供，并且然后正极、隔膜和负极被卷绕，在堆叠型电极组件中，多个正极和负极被顺序地堆叠且隔膜介于正极和负极之间，在堆叠/折叠型电极组件中，堆叠型单元电芯被缠绕有具有较长的长度的分隔膜。

在棱柱形二次电池中，由于电极组件被封闭在金属壳体中，电极接头与电极组件的电极端子之间的电连接需要一定的空间。由于这样的空间，电极组件在壳体内晃动。当在稳定的环境中使用棱柱形二次电池时，电极组件的晃动不是严重的问题。然而，当棱柱形二次电池用于振动严重的环境中时，如在电动车辆中，电极组件的晃动可能在安全方面引起严重的问题。例如，由于应力重复作用在电极接头上，因此电极接头可能短路而结束二次电池的寿命，或者可能发生内部短路而引起火灾或爆炸。

此外，二次电池长时间使用时发生的膨胀现象会导致棱柱形二次电池逐渐膨胀且变形，并且这种壳体的变形也会不利地影响安全性。

因此，为了长时间保持二次电池的安全性，需要一种能够防止电极组件晃动的有效方法。

[相关技术文献]

(专利文献1)韩国专利公开No.10-2013-0128344(2013年11月26日公开)

发明内容

技术问题

本发明的目的是通过防止容纳在棱柱形二次电池内部的电极组件的晃动引起的各种问题的发生来令人满意地保持棱柱形二次电池的安全性。

然而，本发明要解决的技术目的并不限于上述目的，本领域技术人员可以根据本发明的以下描述清楚地理解本文未描述的其他目的。

技术方案

根据本发明，提供了一种棱柱形二次电池，所述棱柱形二次电池包括：壳体，所述壳体由金属制成并且具有六面体形状；以及一个或更多个电极组件，所述一个或更多个电极组件通过在所述壳体的上表面处形成的开口表面插入并且被容纳在所述壳体中。在一个示例中，在所述壳体的前表面和后表面中的至少一个表面中可以形成凹面，所述电极组件可以通过与所述凹面的接触而被支承，并且所述电极组件的插入端部可以具有楔形形状。

所述凹面可以沿宽度方向和高度方向中的任一个方向形成。

所述凹面可以沿所述壳体的宽度方向和高度方向中的任一个方向从一端到另一端连续地形成。

所述凹面可以被形成为弯曲的或平坦的。

所述凹面作为弯曲表面或平坦表面可以连接到在所述高度方向或所述宽度方向上的两端中的每一端，所述高度方向或所述宽度方向与所述凹面延伸的方向相交。

所述凹面可以被形成为阶梯表面。

所述凹面可以被形成在所述壳体的所述前表面和所述后表面中的至少一个表面的中心部分中。在这种情况下，所述凹面可以通过连续的倾斜表面连接到所述壳体的边缘。

所述电极组件的所述插入端部可以不与所述凹面接触。

所述棱柱形二次电池还可以包括设置在由所述凹面形成的空间中的吸热器。

所述吸热器的外部材料可以是袋，并且所述袋可以对浸渍有吸收外部热并蒸发的液体的吸收材料进行密封。

所述吸收材料可以包括超级吸收基质(super absorbent matrix)，例如，超级吸收聚合物(SAP)或超级吸收纤维(SAF)。

有益效果

根据具有上述构造的本发明的棱柱形二次电池，由于电极组件通过与在壳体中形成的凹面接触而被支承，所以防止了各种问题(诸如，由电极组件在壳体中的移动而引起的对电极接头的损坏)。

此外，根据本发明的棱柱形二次电池，即使当发生电极组件膨胀的膨胀现象时，由于凹面而具有改善的结构刚性的壳体的变形也被抑制，从而提高了棱柱形二次电池的安全性。

在本发明的棱柱形二次电池中包括的电极组件中，由于插入端部具有楔形形状，因此当将电极组件插入壳体中时，电极组件被凹面损坏的风险显著地减小，因此电极组件的结构也显著地提高了棱柱形二次电池的安全性。

此外，通过使用在棱柱形二次电池的前表面和/或后表面上形成的凹面的空间，可以在空间中设置吸热器以顺利地冷却棱柱形二次电池，并且因此，在本发明中，可以在不另外提供单独的冷却空间的情况下实现有效的冷却。

然而，通过本发明可获得的技术效果不限于上述效果，并且本领域技术人员根据本发明的以下描述将清楚地理解本文未描述的其他效果。

附图说明

附图例示了本发明的示例性实施方式，并且与本发明的详细描述一起用于提供对本发明的技术精神的进一步理解。然而，本发明不应被解释为限于附图。

图1是根据本发明的棱柱形二次电池的分解立体图。

图2是示出棱柱形二次电池的沿着图1的切割线A-A的截面图。

图3是示出沿壳体的宽度方向形成凹面的另一实施方式的图。

图4和图5是示出沿壳体的宽度方向形成凹面的实施方式的图。

图6是示出形成为阶梯表面的凹面的一个实施方式的图。

图7是示出在壳体的中心部分中形成的凹面的一个实施方式的图。

图8是示出包括吸热器的实施方式的图。

具体实施方式

由于本发明可以被不同地改变并且具有各种实施方式，所以下面将详细描述具体实施方式。

然而，应当理解，不旨在将本发明限制于特定实施方式，相反，本发明将覆盖落入本发明的精神和范围内的所有修改、等同物和替代方案。

在本申请中，应当理解，诸如“包括”和“具有”的术语旨在指示在说明书中描述的特征、数量、步骤、操作、部件、零件或其组合的存在，并且它们不排除存在或添加一个或更多个其他特征或数量、步骤、操作、部件、零件或其组合的可能性。

此外，当诸如层、膜、区域、板等的第一部分被称为“在”第二部分“上”时，这不仅包括第一部分“直接在”第二部分“上”的情况，而且还包括第三部分介于第一部分和第二部分之间的情况。另一方面，当诸如层、膜、区域、板等的第一部分被称为“在”第二部分“下方”时，这不仅包括第一部分“直接”在第二部分“下方”的情况，而且还包括第三部分介于第一部分和第二部分之间的情况。此外，本申请中的被设置“在…上”可以包括被设置在底部以及顶部的情况。

本发明涉及一种棱柱形二次电池，所述棱柱形二次电池包括由金属制成并且具有六面体形状的壳体以及一个或更多个电极组件，所述一个或更多个电极组件通过形成在壳体的上表面处的开口表面被插入并且被容纳在壳体中。

在本发明的棱柱形二次电池中，在一个示例中，在壳体的前表面和后表面中的至少一个表面中形成凹面。电极组件通过与凹面的接触而被支承，并且电极组件的插入端部具有楔形形状。

在本发明的棱柱形二次电池中，由于这种构造，由于电极组件通过与壳体中形成的凹面的接触而被支承，所以防止了各种问题，诸如，由电极组件在壳体中的移动而引起的对电极接头的损坏。

此外，即使在发生电极组件膨胀的膨胀现象的情况下，由于凹面而使结构刚性提高的壳体的变形也被抑制，从而提高了棱柱形二次电池的安全性。

在本发明的棱柱形二次电池中包括的电极组件中，由于插入端部具有楔形形状，因此当电极组件插入到壳体中时，电极组件被凹面损坏的风险显著地减小，因此电极组件的结构也显著地提高了棱柱形二次电池的安全性。

用于实施本发明的模式

在下文中，将参考附图描述本发明的棱柱形二次电池的具体实施方式。为了参考，除非另有说明，否则用于指定在以下描述中使用的相对位置的前后方向或上、下、左、右方向旨在帮助理解本发明并且是基于附图中所示的方向的。

[第一实施方式]

图1是根据本发明的棱柱形二次电池10的分解立体图。图2是示出棱柱形二次电池10的沿图1的切割线A-A的截面图。

本发明的棱柱形二次电池10包括壳体100和一个或更多个电极组件200，所述壳体100由金属制成并且具有六面体形状，所述一个或更多个电极组件200通过形成在壳体100的上表面处的开口表面插入并且被容纳在所述壳体中。

这里，在本发明的棱柱形二次电池10的壳体100和电极组件200的结构中，在壳体100的前表面和后表面中的至少一个表面中形成凹面110，并且因此电极组件200通过与凹面110的接触而被支承。此外，电极组件200的插入端部210具有楔形形状。

这里，附图示出了凹面110被形成在壳体100的前表面和后表面中的每一个中的实施方式。尽管在附图中未示出，但是只要凹面110可以与电极组件200接触以支承电极组件200，凹面110就可以仅形成在前表面和后表面的一个表面中。电极组件200的插入端部210指的是当电极组件200通过壳体100的开口上表面插入时形成前端的一个端部。也就是说，电极组件200的首先进入壳体100的内部空间的一个端部与插入端部210相对应。

由于具有楔形形状的插入端部210可以减小电极组件200的容量，所以插入端部210可以优选地被形成为具有适当的长度，以便当电极组件200被完全容纳在壳体100中时不与凹面110接触。

在本发明的棱柱形二次电池10中，由于在壳体100的前表面和/或后表面中形成凹部分，所以电极组件200通过与凹面110的接触而被支承，并且因此防止了各种问题(诸如，由电极组件200在壳体100中移动而引起的对电极接头的损坏)。

此外，即使当发生电极组件200膨胀的膨胀现象时，由于凹面110而具有提高的结构刚性的壳体100的变形被抑制，从而提高了棱柱形二次电池10的安全性。

由于电极组件200具有以楔形形状形成的插入端部210，因此当电极组件200被插入到壳体100中时电极组件200可能被凹面110损坏的风险(例如，用于使电极组件200绝缘的隔膜可以被撕裂的风险)减小，并且因此具有楔形形状的插入端部210的电极组件200也显著地改善了棱柱形二次电池10的安全性。

在本发明的一个实施方式中，凹面110沿壳体100的宽度方向W和高度方向H中的任一个方向形成。凹面110沿宽度方向W和高度方向H中的任一个方向从一端到另一端连续地形成。也就是说，凹面110被形成为沿宽度方向W或高度方向H在壳体100的前表面和/或后表面的整个中心部分上是长的。

图1至图3示出了沿壳体100的宽度方向W形成凹面110的实施方式的示例，并且图4和图5示出了沿壳体100的宽度方向W形成凹面110的实施方式的示例。这里，在附图中，为了清楚地理解凹面110的截面形状，图2和图3示出了高度方向H上的截面，并且图4和图5示出了宽度方向W上的截面。

如图所示，凹面110可以被形成为弯曲的或平坦的。弯曲凹面110的有益之处在于弯曲凹面110弹性地支承电极组件200，并且平坦凹面110的有益之处在于与电极组件200的接触区域变宽。

图1至图5的实施方式中的凹面110连接到在高度方向H或宽度方向W上的两端中的每一端，高度方向H或宽度方向W与作为弯曲表面或平坦表面的凹面110延伸的方向相交。也就是说，凹面110作为弯曲表面或平坦表面和缓地连接到外围边缘。凹面110的和缓的形状有利于壳体100的塑料加工。

另外，本发明的棱柱形二次电池10中提供的凹面110可以具有其他修改的形状，并且这种修改的实施方式在图6和图7中示出。

图6示出了被形成为阶梯表面112的凹面110的实施方式。示出了沿壳体100的宽度方向W形成作为阶梯表面112的凹面110的情形的示例。包括弯曲的阶梯表面的凹形阶梯表面112与电极组件200的外表面接触以支承电极组件200。

图7示出了修改的实施方式，在该修改的实施方式中，凹面110被形成在壳体100的前表面和后表面中的至少一个表面的中心部分中。也就是说，不是沿壳体100的宽度方向W和高度方向H中的任一个方向从一端到另一端连续地形成图7中的凹面110，而是中心部分形成凹面。

这里，优选地，凹面110具有通过连续的倾斜表面连接到壳体100的边缘的结构使得形成在中心部分中的凹面110可以弹性地支承电极组件200。换句话说，图7的凹面110的表面轮廓具有类似于四边形截头锥体的形状。

如上所述，在本发明的棱柱形二次电池10中，电极组件200通过与形成在壳体100中的凹面110的接触而被支承，从而抑制内部移动。此外，由于电极组件200的插入端部210具有楔形形状，因此减小了当电极组件200插入到壳体100中时损坏的风险。

[第二实施方式]

图8是示出根据本发明的第二实施方式的棱柱形二次电池10的图。所示的棱柱形二次电池10还包括设置在由凹面110形成的外部空间中的吸热器300。

吸热器300是通过吸收从棱柱形二次电池10产生的热来促进稳定操作的部件。特别地，吸热器300用于通过在诸如热失控等的过热情况下有效地吸收热量来延迟火灾或爆炸。此外，吸热器300还执行抑制相邻电池之间的热传递的隔热功能。

如上所述，在本发明的第二实施方式中，通过使用形成在棱柱形二次电池10的前表面和/或后表面上的凹面110的空间，吸热器300可以被设置在该空间中以顺利地冷却棱柱形二次电池10，从而实现有效的冷却，而无需另外提供单独的冷却空间。

在所示的第二实施方式中，吸热器300的外部材料310是袋，并且袋作为外部材料310对浸渍有吸收外部热并蒸发的液体的吸收材料320进行密封。

这里，浸渍有具有吸热功能的液体的吸收材料320可以是包括超级吸收基质(例如，超级吸收聚合物(SAP)或超级吸收纤维(SAF))的吸收材料320。超级吸收基质是多孔的或纤维的并且表现出毛细管作用，因此可以吸收大量液体，并且SAF可以通过加工SAP制成纤维形式，例如，非织造织物。

在本发明中，不特别限制SAP和由其产生的SAF的具体类型，并且可以不受限制地使用具有吸收流体(特别是水)的优异能力的任何材料。SAP的示例可以包括选自由以下项组成的组中的至少一种：聚丙烯酸、聚丙烯酸盐、聚丙烯酸酯接枝聚合物、淀粉、交联羧甲基化纤维素、丙烯酸共聚物、水解淀粉-丙烯腈接枝共聚物、淀粉-丙烯酸接枝共聚物、皂化乙酸乙烯酯-丙烯酸酯共聚物、水解丙烯腈共聚物、水解丙烯酰胺共聚物、乙烯-马来酸酐共聚物、异丁烯-马来酸酐共聚物、聚乙烯磺酸、聚乙烯基膦酸、聚乙烯磷酸、聚乙烯硫酸、磺化聚苯乙烯、聚乙烯胺、聚二烷基氨基烷基(甲基)丙烯酰胺、聚乙烯亚胺、聚丙烯胺、聚烯丙基胍、聚二甲基二烯丙基氢氧化铵、季铵化聚苯乙烯衍生物、胍改性聚苯乙烯、季铵化聚((甲基)丙烯酰胺、聚乙烯基胍及其混合物，并且可优选包括选自由以下项组成的组中的至少一种：交联聚丙烯酸盐、交联聚丙烯酸和交联丙烯酸共聚物，但本发明不限于此。

本发明中用作SAP的丙烯酸共聚物的类型没有特别限制，但是优选地，丙烯酸共聚物可以是包括选自由以下项组成的组中的至少一种：丙烯酸单体、马来酸、衣康酸、丙烯酰胺、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、2-(甲基)丙烯酰乙基磺酸、2-羟乙基(甲基)丙烯酸酯和苯乙烯磺酸。

在本发明中，SAP吸收的水量的范围可以为10g/g至500g/g，并且优选地为50g/g至200g/g，但本发明不限于此。也就是说，每1g SAP可以吸收10g至500g的水，优选地50g至200g的水。

在本发明中，随着SAP吸收的水量增加，可以改善冷却效果的持续时间。然而，当SAP吸收的水量超过500g/g时，由于SAP的流动性增加，可能难以保持SAP的形状，这使得有效的冷却是不可能的，并且当SAP吸收的水量小于10g/g时，冷却效果的持续时间太短，这使其无效。

在本发明的一个实施方式中，浸渍在吸收材料330中的液体可以是水。水是在容易获得的液体中具有最高比热和潜热的材料。因此，由于包含在吸收材料330中的水在温度上升至沸点以引起相变为气体的过程期间吸收了很多热量，因此水适合用作容纳在本发明的吸热器300中的液体。

以上通过附图和实施方式更详细地描述了本发明。然而，附图中描述的配置或说明书中的实施方式仅仅是本发明的实施方式，并不代表本发明的所有技术思想。因此，应当理解，在提交本申请的时候，可以存在可以替换它们的各种等同物和变型。

[附图标记的描述]]

10：棱柱形二次电池 100：壳体

110：凹面 112：阶梯表面

200：电极组件 210：插入端部

300：吸热器 310：外部材料(袋)

320：吸收材料 W：宽度方向

H：高度方向 T：厚度方向

Claims (13)

1.一种棱柱形二次电池，所述棱柱形二次电池包括：

壳体，所述壳体由金属制成并且具有六面体形状；以及

一个或更多个电极组件，所述一个或更多个电极组件通过在所述壳体的上表面处形成的开口表面插入并且被容纳在所述壳体中，

其中，在所述壳体的前表面和后表面中的至少一个表面中形成凹面，

所述电极组件通过与所述凹面的接触而被支承，并且

所述电极组件的插入端部具有楔形形状。

2.根据权利要求1所述的棱柱形二次电池，其中，所述凹面沿宽度方向和高度方向中的任一个方向形成。

3.根据权利要求2所述的棱柱形二次电池，其中，所述凹面沿所述壳体的宽度方向和高度方向中的任一个方向从一端到另一端连续地形成。

4.根据权利要求3所述的棱柱形二次电池，其中，所述凹面被形成为弯曲的或平坦的。

5.根据权利要求4所述的棱柱形二次电池，其中，所述凹面作为弯曲表面或平坦表面连接到在高度方向或宽度方向上的两端中的每一端，所述高度方向或所述宽度方向与所述凹面延伸的方向相交。

6.根据权利要求4所述的棱柱形二次电池，其中，所述凹面被形成为阶梯表面。

7.根据权利要求1所述的棱柱形二次电池，其中，所述凹面被形成在所述壳体的所述前表面和所述后表面中的至少一个表面的中心部分中。

8.根据权利要求7所述的棱柱形二次电池，其中，所述凹面通过连续的倾斜表面连接到所述壳体的边缘。

9.根据权利要求1所述的棱柱形二次电池，其中，所述电极组件的所述插入端部不与所述凹面接触。

10.根据权利要求1所述的棱柱形二次电池，所述棱柱形二次电池还包括设置在由所述凹面形成的空间中的吸热器。

11.根据权利要求10所述的棱柱形二次电池，其中，所述吸热器的外部材料是袋，并且

所述袋对浸渍有吸收外部热并蒸发的液体的吸收材料进行密封。

12.根据权利要求11所述的棱柱形二次电池，其中，所述吸收材料是超级吸收基质。

13.根据权利要求12所述的棱柱形二次电池，其中，所述超级吸收基质包括超级吸收聚合物SAP或超级吸收纤维SAF。