CN117855762A - 圆柱形二次电池 - Google Patents

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Abstract

提供了一种圆柱形二次电池，所述圆柱形二次电池包括：圆柱形罐，在其纵向方向上具有敞开的一端；盖板，结合到罐并且在其中具有开口；电极组件，容纳在罐中并且包括第一电极板和第二电极板；以及第一端子。第一端子包括：基体块，电连接到第一电极板；头部，面对基体块并且通过开口暴露于外部；以及易熔连接件，将基体块和头部彼此连接并且具有比头部的直径小的直径。

Description

圆柱形二次电池
本申请要求于2022年10月5日在韩国知识产权局提交的第10-2022-0126939号韩国专利申请的优先权和权益，该韩国专利申请的全部公开通过引用包含于此。
技术领域
本公开的实施例的方面涉及一种圆柱形二次电池。
背景技术
通常，圆柱形二次电池包括卷绕成圆柱形形状的电极组件，电极组件与电解质一起容纳在圆柱形罐中然后用盖板密封。盖板可以提供有作为充当正端子的结构的铆接端子或上盖。
不同于上盖结构，铆接端子必须比上盖结构厚，因为需要物理结合强度以保持对垫圈的抗压强度。此外，因为焊接结合在结构上不可能，所以通过高电流来熔化铆接端子的部分而切断电流的易熔连接件功能是不可能实施的。
在本背景技术部分公开的上述信息用作本公开的背景，并且是为了增强对本公开的背景的理解，因此可能包括不构成相关(或现有)技术的信息。
发明内容
本公开的实施例提供了一种具有电流阻断功能的圆柱形二次电池。
根据本公开的实施例，一种圆柱形二次电池包括：圆柱形罐，在其纵向方向上具有敞开的一端；盖板，结合到罐并且在其中具有开口；电极组件，容纳在罐中并且包括第一电极板和第二电极板；以及第一端子。第一端子包括：基体块，电连接到第一电极板；头部，面对基体块并且通过开口暴露于外部；以及易熔连接件，将基体块和头部彼此连接并且具有比头部的直径小的直径。
易熔连接件可以具有沙漏形状。
易熔连接件可以通过焊接形成。
第一端子还可以包括在基体块和头部之间的绝缘构件。
绝缘构件可以由玻璃-金属密封材料或聚合物材料制成。
绝缘构件可以具有比头部的表面更向外凸出的凸起。
圆柱形二次电池还可以包括：第一电极集流体板，电连接到第一电极板和第一端子；以及第二电极集流体板，电连接到第二电极板和罐。
罐可以在纵向方向上具有两个敞开的端部。盖板可以结合到罐的敞开的端部中的一端，并且圆形的底板可以结合到罐的敞开的端部中的另一端。
第一电极集流体板可以面对盖板，并且第二电极集流体板可以面对底板。
盖板可以包括：平坦的第一板部；倾斜部，从第一板部向上倾斜；第二板部，连接到倾斜部并且平行于第一板部；以及延伸部，从第二板部朝向基体块延伸。
第二板部的表面可以比头部的表面更向外凸出。
附图说明
附图被包括，以提供对本公开的进一步的描述，并且附图被包含在本说明书中并构成说明书的一部分。附图示出了本公开的实施例，并且与描述一起说明本公开的方面和特征。在附图中：
图1是根据实施例的圆柱形二次电池的示意性剖视图；
图2是图1中示出的圆柱形二次电池的盖板和第一端子的放大剖视图；
图3是图1中示出的圆柱形二次电池的底板的放大剖视图；
图4是图1中示出的圆柱形二次电池中的电连接关系的示意性剖视图；
图5是易熔连接件从图4中示出的圆柱形二次电池分离的剖视图；
图6至图8是根据其它实施例的盖板和第一端子的视图；以及
图9和图10是根据其它实施例的盖板和第一端子的视图。
具体实施方式
本公开的实施例可以以许多不同的形式实施，并且不应解释为限于在此描述的实施例。相反，提供这些实施例使得本公开将是彻底的和完整的，并且这些实施例将向本领域技术人员充分传达本公开的范围。
将理解的是，当元件或层被称为“在”另一元件或层“上”、“连接到”或“结合到”另一元件或层时，该元件或层可以直接在所述另一元件或层上、直接连接或结合到所述另一元件或层，或者也可以存在一个或更多个中间元件或层。当元件或层被称为“直接在”另一元件或层“上”、“直接连接到”或“直接结合到”另一元件或层时，不存在中间元件或层。例如，当第一元件被描述为“结合”或“连接”到第二元件时，第一元件可以直接结合或连接到第二元件，或者第一元件可以通过一个或更多个中间元件间接结合或连接到第二元件。
在图中，为了图示的清楚，可以夸大各种元件、层等的尺寸。相同的附图标记表示相同的元件。如在此所使用的，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，在描述本公开的实施例时使用“可以(可)”涉及“本公开的一个或更多个实施例”。当诸如“……中的至少一个(者/种)”和“……中的任何一个(者/种)”的表述在一列要素之后时，修饰整列的要素而不是修饰该列中的个别要素。例如，表述“a、b和c中的至少一个(者/种)”指的是仅a、仅b、仅c、a和b两个(者/种)、a和c两个(者/种)、b和c两个(者/种)、a、b和c中的全部，或其变型。如在此所使用的，术语“使用”和其变型可以被认为分别与术语“利用”和其变型同义。如在此所使用的，术语“基本上”、“大约”和类似的术语用作近似的术语而非程度的术语，并且旨在解释本领域普通技术人员将认识到的测量值或计算值中的固有偏差。
将理解的是，虽然在此可以使用术语第一、第二、第三等来描述各种元件、组件、区域、层和/或部分，但是这些元件、组件、区域、层和/或部分不应受这些术语的限制。这些术语用于将一个元件、组件、区域、层或部分与另一元件、组件、区域、层或部分区分开。因此，在不脱离示例实施例的教导的情况下，下面讨论的第一元件、第一组件、第一区域、第一层或第一部分可以命名为第二元件、第二组件、第二区域、第二层或第二部分。
为了易于描述，可以在此使用诸如“在……之下”、“在……下方”、“下”、“在……上方”、“上”等的空间相对术语，以参照图描述一个元件或特征与另一(些)元件或特征的关系。将理解的是，除了在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，如果图中的装置被翻转，则被描述为在其它元件或特征“下方”或“之下”的元件随后将被定向为在其它元件或特征“上方”或“之上”。因此，术语“在……下方”可以涵盖上方和下方两种方位。装置可以被另外定向(旋转90°或处于其它方位)，并且应相应地解释在此使用的空间相对描述语。
在此使用的术语是为了描述本公开的实施例的目的，而不旨在限制本公开。如在此所使用的，单数形式“一”、“一个(者/种)”也旨在包括复数形式，除非上下文另外清楚地指出。还将理解的是，术语“包括”、“包含”和/或其变型用在本说明书中时，说明存在所陈述的特征、整数(或整体)、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、整数(或整体)、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。
在下文中，将参照附图详细描述根据本公开的实施例的圆柱形二次电池。为了方便，基于图1的方位，上侧在此定义为上部，并且下侧定义为下部。
图1是根据实施例的圆柱形二次电池的示意性剖视图；图2是图1中示出的圆柱形二次电池的盖板和第一端子的放大剖视图。图3示出图1中示出的底板的放大剖视图。
参照图1，根据本公开的实施例的圆柱形二次电池10可以包括圆柱形罐100、结合到罐100的一端的盖板500以及结合到罐100的另一端(例如，相对端)的底板600。电极组件200可以与电解质一起容纳在罐100中。电极组件200可以电连接到分别电连接到第一端子700和罐100的第一电极集流体板300和第二电极集流体板400。在罐100和底板600组装之后，连接到第一电极集流体板300和第二电极集流体板400的电极组件200可以容纳在其中，并且可以组装盖板500以密封罐100。
参照图1，罐100可以具有中空的圆柱形形状，并且罐100在纵向方向上的一端和另一端的至少一个可以是敞开的。当罐的一端是敞开的时，罐的另一端可以是圆形底部并且侧部从底部延伸。底部和侧部可以彼此成一体。当罐100的两端都是敞开的时，圆形底板600可以单独地结合到罐100(例如，单独地结合到罐的侧部)。罐100可以由钢、钢合金、镀镍钢、镀镍钢合金、铝、铝合金或其等同物制成，但是不限于此。
参照图1，电极组件200可以包括第一电极板210、第二电极板220和隔膜230。例如，第一电极板210可以是在其两个表面中的每个表面上设置有正电极活性物质层(例如，过渡金属氧化物，诸如LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4等)的正电极板。第一电极板210可以具有其上未设置正电极活性物质层的第一电极未涂覆部分212。对于图1，第一电极未涂覆部分212可以设置为面对(例如，可以设置为最接近于)罐100的上部，罐100的上部是罐100的一端。在一些实施例中，第二电极板220可以是在其两个表面中的每个表面上设置有负电极活性物质层(例如，石墨、碳等)的负电极板。第二电极板220可以具有其上未设置负电极活性物质层的第二电极未涂覆部分222。对于图1，第二电极未涂覆部分222可以设置为面对(例如，可以设置为最接近于)罐100的下部，罐100的下部是罐100的另一端。在一些实施例中，隔膜230可以置于第一电极板210与第二电极板220之间，以防止其间的短路同时允许锂离子在其间移动。例如，第一电极板210可以是铝(Al)箔，第二电极板220可以是铜(Cu)或镍(Ni)箔，并且隔膜230可以由聚乙烯(PE)或聚丙烯(PP)制成，但本公开不限于以上材料。第一电极板210、第二电极板220和隔膜230可以卷绕成基本上圆柱形形状并且容纳在罐100中。第一电极未涂覆部分212可以电连接到第一电极集流体板300，并且第二电极未涂覆部分222可以电连接到第二电极集流体板400。
参照图1，第一电极集流体板300可以设置在第一电极未涂覆部分212与盖板500之间，并且电连接到第一电极未涂覆部分212。绝缘体410可以插入第一电极集流体板300与盖板500之间。第一电极集流体板300可以通过焊接(例如，以形成焊接部310)电连接到稍后将描述的第一端子700。因此，因为第一电极未涂覆部分212和第一端子700彼此电连接，所以第一端子700可以是正电极。
第二电极集流体板400可以设置在第二电极未涂覆部分222与底板600之间，并且电连接到第二电极未涂覆部分222。第二电极集流体板400可以与底板600或罐100接触或者焊接到底板600或罐100，因此可以电连接到底板600或罐100。绝缘体410可以插入第二电极集流体板400与底板600之间，以使除了与底板600或罐100接触的部分之外的区域绝缘。因此，因为第二电极未涂覆部分222和罐100彼此电连接，所以罐100可以是负电极。
参照图1和图2，盖板500当从上方观看时可以具有基本上圆板形状，并且盖板500可以焊接到罐100以密封罐100。盖板500可以由铝或与罐100相同的材料制成。盖板500可以具有圆板环形形状，所述圆板环形形状在其中心处具有空心(例如，开口)。底板600可以结合到罐100的面对盖板500的下部。
在一些实施例中，盖板500可以具有与第一电极集流体板300平行的第一板部510、连接到第一板部510并从第一板部510向上倾斜的倾斜部520、连接到倾斜部520并与第一板部510平行的第二板部530以及从第二板部530垂直向下延伸的延伸部540。
向上凸出的凸起512可以沿着第一板部510的边缘(例如，外边缘)设置。凸起512可以是焊接到罐100的部分，并且可以提供焊接部110，焊接部110安置在罐100上以在激光焊接过程中熔化并且焊接到罐100。因为第一板部510焊接到罐100，所以第一板部510可以具有与罐100相同的负极性。
倾斜部520可以向上延伸以相对于第一板部510形成钝角。
第二板部530可以具有小于第一板部510的面积的面积。第二板部530的一端可以连接到倾斜部520，并且第二板部530的另一端可以朝向空心设置。第二板部530的朝向空心(例如，朝向空心的端部延伸或最接近于空心)的端部可以向下弯曲以形成延伸部540。第一端子700可以设置在第二板部530和延伸部540的下方。
参照图3，底板600当从下方观看时可以具有基本上圆板形状，并且底板600可以结合到罐100的下部以密封罐100。被构造为如果罐100内部的气体压力超过参考(或预定)值则破裂的凹口610可以设置在底板600的板表面中。凸起620可以沿着底板600的边缘向下凸出。凸起620可以焊接到罐100以形成焊接部110。
参照图1和图2，以上描述的第一端子700可以包括电连接到第一电极集流体板300的基体块710、暴露于外部以电连接到装置的头部720、将基体块710连接到头部720的易熔连接件730以及使第一端子700与盖板500绝缘的绝缘构件740。在一些实施例中，基体块710、头部720和易熔连接件730可以由铝制成。
基体块710当从底部观看时可以具有圆板形状，并且基体块710可以具有平坦的底表面和带有不平坦结构的顶表面。基体块710的底表面可以通过焊接等(例如，以形成焊接部310)连接(例如，电连接)到第一电极集流体板300。在一些实施例中，基体块710可以包括沿着基体块710的顶表面的边缘向上凸出的第一凸起712和在基体块710的顶表面的中心处向上凸出的第二凸起714。在第一凸起712与第二凸起714之间向下凹陷的凹槽716可以限定在基体块710的顶表面中。从基体块710的底表面到第一凸起712的顶表面的高度可以大于从基体块710的底表面到第二凸起714的顶表面的高度(例如，第一凸起712可以比第二凸起714高)。从基体块710的底表面到凹槽716的顶表面的高度可以小于从基体块710的底表面到第二凸起714的顶表面的高度。因此，如上所述，第一凸起712设置在第二板部530下方，并且凹槽716被限定在延伸部540下方。由于该布置，第一端子700的凸出部分可以设置在盖板500的凸出部分上，并且盖板500的凸出部分可以设置在第一端子700的凹陷部分上。在一些实施例中，盖板500和第一端子700可以设置为其中盖板500和第一端子700彼此交替地接合的结构。头部720可以设置为与第二凸起714的顶表面隔开一距离(例如，预定距离)。
头部720可以是暴露于外部的部分，并且通过易熔连接件730电连接到基体块710。因此，头部720具有正极性。在一些实施例中，头部720可以具有圆板形状。头部720的顶表面可以从盖板500的第二板部530的顶表面凸出(例如，可以在盖板500的第二板部530的顶表面上方凸出)，或者可以设置在与盖板500的第二板部530的顶表面相同的高度处。
易熔连接件730可以机械地且电气地将基体块710连接到头部720。易熔连接件730可以具有比头部720的直径小的直径，并且可以具有沙漏形状。在一些实施例中，易熔连接件730可以具有这样的结构：易熔连接件730的从头部720向下延伸的部分(这部分具有朝向下侧逐渐减小的直径)与易熔连接件730的从基体块710向上延伸的部分(这部分具有朝向上侧逐渐减小的直径)彼此连接。在一些实施例中，基体块710和头部720可以焊接到彼此以充当易熔连接件730。在一些实施例中，因为易熔连接件730具有比头部720的直径小的直径，所以易熔连接件730的形状可以不受限制，只要如果高电流经过易熔连接件730则易熔连接件730熔化即可。
绝缘构件740可以由例如玻璃-金属密封(GTMS)材料或聚合物材料制成。绝缘构件740可以通过填充到基体块710与头部720之间的空间中来使盖板500与第一端子700绝缘，并且可以密封罐100的内部。
在其中绝缘构件740由GTMS材料制成的实施例中，通过将粘合剂与玻璃粉混合，然后将混合物压制并模制成期望的形状，然后将盖板500和第一端子700设置在混合物上并且在烧结工艺中使所有三个组件成一体，可以制备出绝缘构件740。在其中绝缘构件740由聚合物材料制成的实施例中，绝缘构件740可以被制造成比盖板500与基体块710之间的间隙厚，然后设置在盖板500下方，并且可以通过热处理使第一端子700结合为与盖板500紧密接合。
在根据本公开的实施例的圆柱形二次电池中，将在下面描述高电流产生的情况下易熔连接件的操作和二次电池的状态。
图4是示出了图1中示出的圆柱形二次电池中的电连接关系的示意性剖视图。图5示出了图4中示出的圆柱形二次电池在分离状态下的剖视图。
参照图4，在圆柱形二次电池10中，外部正电极端子30可以连接到第一端子700的头部720，并且外部负电极端子20可以连接到盖板500。如果由于例如外部短路或发热而产生超过极限值的高电流，则参照图5，具有比头部720或基体块710的直径小的直径的易熔连接件730中的电阻可以显著地增大，使得易熔连接件730熔化并且断开。在一些实施例中，外部正电极端子30和第一端子700的头部720可以与基体块710分离。在一些实施例中，易熔连接件730可以用作用于切断电流的熔断器。
当绝缘构件由GTMS材料制成时，绝缘构件740可以非常耐高热，因此，参照图5，即使头部720脱离并分离，基体块710和盖板500也可以保持绝缘并且在它们之间密封，因为绝缘构件740填充在盖板500和第一端子700的凸出结构和凹陷结构交替地设置的空间中。因此，即使产生了高电流且电流被切断，也可以确保二次电池10的密封和绝缘，因此，可以保持安全性。
在一些实施例中，圆柱形二次电池的盖板和第一端子可以具有与上述的实施例的结构不同的结构。在下文中，为了方便，将省略与上述实施例的结构相同的结构的详细描述。
图6至图8是根据其它实施例的盖板和第一端子的图。
图6中示出的盖板500a可以具有与图3中示出的盖板500相同的结构。
图6中示出的第一端子700a可以包括电连接到第一电极集流体板300的基体块710a、暴露于外部的头部720a、将基体块710a连接到头部720a的易熔连接件730a以及使第一端子700a与盖板500a绝缘的绝缘构件740a。例如，基体块710a和头部720a中的每个可以由铝制成，并且易熔连接件730a可以通过焊接形成。在一些实施例中，通过焊接将基体块710a连接到头部720a而产生的连接部分可以充当易熔连接件730a。为此，基体块710a可以具有例如以与图2中示出的基体块710相同的方式形成的第一凸起712a和凹槽716a，基体块710a可以具有凸出为与头部720a相邻的第二凸起714a。在一些实施例中，第二凸起714a的顶表面可以具有比第一凸起712a的顶表面更靠近于(例如，更接近于)头部720a的形状。其它结构可以与图2中示出的实施例中的结构相同。在图6中示出的实施例中，因为作为焊接部分的易熔连接件730a可以具有比头部720a或基体块710a的尺寸小的尺寸，并且具有比铝的熔点小的熔点，所以如果产生高电流，则易熔连接件730a可以熔化以阻断电流。在一些实施例中，因为绝缘构件740a是GTMS材料，所以如果产生高电流，则易熔连接件730a会破损，但是即使头部720a分离，也可以保持二次电池10的绝缘和密封。
图7和图8中示出的盖板500b和500c除了延伸部540之外可以具有与图2中示出的盖板500相同的结构。
图7中示出的第一端子700b可以包括电连接到第一电极集流体板300的基体块710b、暴露于外部的头部720b、将基体块710b连接到头部720的易熔连接件730b以及使第一端子700b与盖板500b绝缘的绝缘构件740b。
基体块710b可以包括板形状的第一凸起712b以及比第一凸起712b更向上凸出的第二凸起714b，而在这个实施例中可以省略凹槽。与图2中示出的实施例相似，将第二凸起714b的顶表面连接到头部720b的易熔连接件730b可以具有沙漏形状。在一些实施例中，不同于图7中示出的实施例，参照图8，可以通过焊接仅形成易熔连接件730c。因此，图8中示出的基体块710c的仅第二凸起714c的高度可以大于图7中示出的第二凸起714b的高度。
在图7和图8中示出的实施例中，如果产生高电流，则易熔连接件730b和730c可以熔化以阻断(或切断)电流。在一些实施例中，因为绝缘构件740b和740c中的每个是GTMS材料，所以如果产生高电流，则易熔连接件730b和730c中的每个会破损(例如，会熔化)，因此，即使头部720b和720c中的每个分离，也可以保持二次电池的绝缘和密封。
根据本公开的实施例的二次电池还可以包括用于防止外部短路的结构。
图9和图10是根据其它实施例的盖板和第一端子的图。
在一些实施例中，参照图9，在盖板500′中，第二板部530′的表面(例如，参照图9，顶表面)可以比第一端子700的头部720的表面更向外凸出。在一些实施例中，参照图9，第二板部530′的表面高度可以比头部720的表面高度高。因此，第二板部530′的厚度可以比第一板部510或倾斜部520的厚度大。
在一些实施例中，例如，参照图10，绝缘构件740′可以包括设置在其比第一端子700′的头部720的表面更向外凸出的顶表面(例如，暴露在第二板部530和头部720之间的表面)上的凸起742′。
由于图9或图10中示出的结构，即使线形金属物体与二次电池10的外部接触，也可以保持第一端子与盖板之间的绝缘，从而使外部短路的发生最小化。在一些实施例中，可以防止发生诸如电短路标记(short circuit mark)、电压下降、损坏、外观不良、泄漏等的限制。
根据本公开的实施例，可以改进铆接端子结构，从而如果产生高电流则切断电流，进而改进二次电池的安全性。
以上提及的实施例仅为本公开的一些实施例，因此本公开不限于以上的实施例。本领域普通技术人员将理解的是，在不脱离如权利要求及其等同物所限定的本公开的精神和范围的情况下，可以在其中进行形式和细节上的各种改变。

Claims (11)

1.一种圆柱形二次电池，所述圆柱形二次电池包括：
圆柱形罐，在其纵向方向上具有敞开的一端；
盖板，结合到所述罐并且在其中具有开口；
电极组件，容纳在所述罐中并且包括第一电极板和第二电极板；以及
第一端子，所述第一端子包括：基体块，电连接到所述第一电极板；头部，面对所述基体块并且通过所述开口暴露于外部；以及易熔连接件，将所述基体块和所述头部彼此连接并且具有比所述头部的直径小的直径。
2.根据权利要求1所述的圆柱形二次电池，其中，所述易熔连接件具有沙漏形状。
3.根据权利要求1所述的圆柱形二次电池，其中，所述易熔连接件通过焊接形成。
4.根据权利要求1所述的圆柱形二次电池，其中，所述第一端子还包括在所述基体块和所述头部之间的绝缘构件。
5.根据权利要求4所述的圆柱形二次电池，其中，所述绝缘构件由玻璃-金属密封材料或聚合物材料制成。
6.根据权利要求4所述的圆柱形二次电池，其中，所述绝缘构件具有比所述头部的表面更向外凸出的凸起。
7.根据权利要求1所述的圆柱形二次电池，所述圆柱形二次电池还包括：
第一电极集流体板，电连接到所述第一电极板和所述第一端子；以及
第二电极集流体板，电连接到所述第二电极板和所述罐。
8.根据权利要求7所述的圆柱形二次电池，其中，所述罐在纵向方向上具有两个敞开的端部，
其中，所述盖板结合到所述罐的所述敞开的端部中的一端，并且
其中，圆形的底板结合到所述罐的所述敞开的端部中的另一端。
9.根据权利要求8所述的圆柱形二次电池，其中，所述第一电极集流体板面对所述盖板，并且
其中，第二电极集流体板面对所述底板。
10.根据权利要求1所述的圆柱形二次电池，其中，所述盖板包括：
平坦的第一板部；
倾斜部，从所述第一板部向上倾斜；
第二板部，连接到所述倾斜部并且平行于所述第一板部；以及
延伸部，从所述第二板部朝向所述基体块延伸。
11.根据权利要求10所述的圆柱形二次电池，其中，所述第二板部的表面比所述头部的表面更向外凸出。
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