CN117878495A - 二次电池和制造该二次电池的方法 - Google Patents

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Abstract

这里公开了一种其中罐确保了刚性并增加了容量的二次电池和制造该二次电池的方法。二次电池包括：罐，在罐中具有容纳空间；电极组件，容纳在罐的容纳空间中；以及盖组件，密封罐，其中，罐包括凹入到其中容纳有盖组件的区域中的卷边部分，并且卷边部分形成为在罐的表面中具有锐角。

Description

二次电池和制造该二次电池的方法
本申请要求于2022年10月11日提交的第10-2022-0129774号韩国专利申请的优先权和权益，该韩国专利申请的公开内容全部通过引用包含于此。
技术领域
本发明涉及一种其中罐确保了刚性并增大了容量的二次电池和制造该二次电池的方法。
背景技术
由于锂离子二次电池具有高操作电压和每单位重量的高能量密度的优点，因此它们不仅用作便携式电子装置的电源，而且用作混合动力车辆和电动车辆的电源。
这种锂离子二次电池在形状方面可以分为圆柱形、棱柱形和袋型二次电池。二次电池通常包括圆柱形电极组件、结合到电极组件的圆柱形罐、注入到罐的内部中以使锂离子能够移动的电解质以及结合到罐的一侧以防止电解质泄漏并防止电极组件分离的盖组件。
发明内容
本发明旨在提供一种其中罐确保了刚性并增加了容量的二次电池和制造该二次电池的方法。
根据本发明的方面，提供了一种二次电池，所述二次电池包括其中具有容纳空间的罐、容纳在罐的容纳空间中的电极组件以及密封罐的盖组件，其中，罐包括凹入到其中容纳有盖组件的区域中的卷边部分，并且卷边部分形成为在罐的表面中具有锐角。
卷边部分可以沿着罐的圆周连续地形成。
由卷边部分在罐的表面中形成的锐角可以在20°至45°的范围内。
卷边部分在罐内部凹入的深度可以在罐的直径的10％至20％的范围内。
盖组件可以安装在卷边部分的上部上。
根据本发明的另一方面，提供了一种制造二次电池的方法，所述方法包括：容纳将要容纳在罐的容纳空间中的电极组件；通过刀具经由挤压罐的表面形成卷边部分；将盖组件安装在卷边部分的上部上；以及压接罐的端部以结合到盖组件。
卷边部分可以形成为在罐的表面中具有锐角。
卷边部分可以沿着罐的圆周连续地形成。
由卷边部分在罐的表面中形成的锐角可以在60°至80°的范围内。
卷边部分在罐内部凹入的深度可以在罐的直径的10％至20％的范围内。
附图说明
通过参照附图详细描述本发明的示例性实施例，本发明的以上和其他目的、特征和优点对于本领域普通技术人员将变得更加明显，在附图中：
图1是示出根据本发明的一个实施例的二次电池的透视图；
图2是示出根据本发明的一个实施例的二次电池的剖视图；
图3是图2的部分A的放大图；
图4是示出根据本发明的另一实施例的二次电池的剖视图；
图5是示出根据本发明的又一实施例的二次电池的剖视图；以及
图6a至图6d是示出根据本发明的一个实施例的制造二次电池的方法中的卷边工艺和压接工艺的图。
具体实施方式
在下文中，将参照附图详细描述本发明的示例性实施例。
提供本发明的实施例以向本领域技术人员更完整地描述本发明，并且以下实施例可以修改为各种其他形式，并且本发明的范围不限于以下实施例。相反，提供这些实施例是为了使公开更忠实和完整，并且向本领域技术人员充分传达本公开的精神。
另外，在以下附图中，为了描述的方便和清楚，夸大了每层的厚度和尺寸，并且在附图中相同的附图标记指相同的组件。如在这里使用的，术语“和/或”包括一个或更多个所列项目的任何一个和所有组合。另外，本说明书中的“连接”的含义不仅指其中构件A和构件B直接连接的情况，而且指其中构件C置于构件A与构件B之间以使构件A和构件B间接连接的情况。
这里使用的术语是为了描述具体实施例的目的，而不旨在限制本发明。如在这里使用的，单数形式可以包括复数形式，除非上下文另外明确地指示。另外，当在这里使用时，“包括”和/或其变型意味着说明存在所陈述的形状、数目、步骤、操作、构件、元件和/或其组，并且不排除存在或添加一个或更多个其他形状、数目、操作、构件、元件和/或组。
尽管术语第一、第二等在这里用于描述各种构件、部件、区域、层和/或部分，但是明显的是，这些构件、部件、区域、层和/或部分不受这些术语限制。这些术语仅用于将一个构件、组件、区域、层或部分与另一构件、组件、区域、层或部分区分开。因此，在不脱离本发明的教导的情况下，将在下面详细描述的第一构件、组件、区域、层或部分可以指第二构件、组件、区域、层或部分。
诸如“在……下面”、“在……下方”、“下”、“在……上方”和“上”的空间相对术语用于容易理解附图中所示的元件或特征或者其他元件或特征。这些空间相对术语是为了根据本发明的各种工艺状态或使用状态容易理解本发明，并不旨在限制本发明。例如，当附图的元件或特征被翻转时，“在……下面”或“在……下方”的含义变为“在……上方”或“上”。因此，“在……下方”是涵盖“在……上方”或“在……下方”的概念。
图1是示出根据本发明的一个实施例的二次电池的透视图。图2是示出根据本发明的一个实施例的二次电池的剖视图。
如图1至图3中所示，根据本发明的一个实施例的二次电池100可以包括罐110、电极组件120和盖组件140。另外，在一些情况下，二次电池100还可以包括中心销130。另外，在根据本发明的一个实施例的二次电池100中，由于盖组件140也执行电流中断操作，因此在一些情况下盖组件140被称为电流中断器件。
罐110可以包括大致圆形的平坦部分111和从平坦部分111的圆周向上延伸预定长度的圆柱形的侧壁112。在二次电池的制造工艺期间，罐110的顶部是敞开的。因此，在二次电池的组装工艺期间，电极组件120和中心销130可以与电解质一起插入到罐110中。罐110可以由例如钢、不锈钢、铝、铝合金或其等同物制成，但是本发明不限于此。
另外，罐110可以包括基于盖组件140在下部处向内凹入的卷边部分113和在上部处向内弯曲的压接部分114以防止盖组件140与罐110分离。
特别地，卷边部分113通过凹入到罐110的内部中而形成，并且可以将罐110划分为其中容纳有在下部处的电极组件120的区域和其中容纳有在上部处的盖组件140的区域。另外，卷边部分113的高度与实际罐110内部的电极组件120与盖组件140之间的间隙对应，使得降低卷边部分113的高度可以帮助增加电池容量和能量密度。下面将描述卷边部分113的详细构造。
电极组件120可以容纳在罐110内部。电极组件120可以包括其中负电极集流板涂覆有负极活性物质(例如，石墨、碳等)的负电极板121、其中正电极集流板涂覆有正极活性物质(例如，过渡金属氧化物(LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4等))的正电极板122以及位于负电极板121与正电极板122之间以防止短路并且仅允许锂离子移动的隔膜123。另外，负电极板121、正电极板122和隔膜123可以以圆柱形形状的粗略形式卷绕。这里，例如，负电极集流板可以由铜(Cu)箔制成，正电极集流板可以由铝(Al)箔制成，并且隔膜可以由聚乙烯(PE)或聚丙烯(PP)制成，但是本发明不限于此。
另外，向下突出预定长度并延伸的负电极接线片124可以焊接到负电极板121，并且向上突出预定长度并延伸的正电极接线片125可以焊接到正电极板122，反之也是可能的。另外，例如，负电极接线片124可以由Cu或镍(Ni)形成，并且正电极接线片125可以由Al形成，但是本发明不限于此。
另外，电极组件120的负电极接线片124可以焊接到罐110的平坦部分111。因此，罐110可以作为负电极操作。当然，相反，正电极接线片125可以焊接到罐110的平坦部分111，并且在这种情况下，罐110可以作为正电极操作。
另外，第一绝缘板126可以置于电极组件120与平坦部分111之间，第一绝缘板126结合到罐110，并且在第一绝缘板126中第一孔126a形成在中心中并且第二孔126b形成在第一孔126a的外侧处。第一绝缘板126用于防止电极组件120与罐110的平坦部分111电接触。特别地，第一绝缘板126用于防止电极组件120的正电极板122与平坦部分111电接触。这里，当由于异常而在二次电池中产生大量气体时，第一孔126a用于允许气体通过中心销130快速向上移动，并且第二孔126b用于允许负电极接线片124穿过并焊接到平坦部分111。
另外，第二绝缘板127可以置于电极组件120与盖组件140之间，第二绝缘板127结合到罐110，并且在第二绝缘板127中第一孔127a形成在中心中并且多个第二孔127b形成在第一孔127a的外侧处。第二绝缘板127用于防止电极组件120与盖组件140电接触。特别地，第二绝缘板127用于防止电极组件120的负电极板121与盖组件140电接触。这里，当由于异常而在二次电池中产生大量气体时，第一孔127a用于允许气体快速移动到盖组件140，并且第二孔127b用于允许正电极接线片125穿过并且焊接到盖组件140。另外，在电解质注入工艺期间，剩余的第二孔127b用于允许电解质快速流入到电极组件120中。
另外，由于第一绝缘板126的第一孔126a和第二绝缘板127的第一孔127a的直径均形成为小于中心销130的直径，因此防止了中心销130由于外部冲击而与罐110的平坦部分111或盖组件140电接触。
中心销130呈中空圆管的形式，并且可以结合到大致电极组件120的中心。中心销130可以由例如钢、不锈钢、铝、铝合金或聚对苯二甲酸丁二醇酯制成，但是本发明不限于此。在电池的充电和放电期间，中心销130用于抑制电极组件120的变形，并且用作二次电池内部产生的气体的通道。可选地，在一些情况下，可以省略中心销130。
盖组件140可以包括顶板141、中间板142、绝缘板143和底板144。
顶板141包括大致平坦的上表面和作为与上表面相对的表面的平坦的下表面，特别地，还可以包括形成在下表面中的至少一个凹口141a。这里，凹口141a可以具有例如“Λ”形状的剖面形状，但是本发明不限于此。可选地，当从下面观看时，凹口141a可以具有大致例如圆形、椭圆形或“C”平面形状，但是本发明不限于此。当二次电池的内部气体的压力大于预定参考压力时，凹口141a被损坏以将二次电池的内部气体释放到外部，从而确保二次电池的安全性。
另外，顶板141的上表面的中心区域可以形成为大致平坦的，并且中心区域用作二次电池100的端子，并且可以电连接到外部装置(例如，负载或充电器)。顶板141的侧部从上表面大致向下弯曲，以从外侧围绕中间板142的边缘。以此方式，顶板141可以结合到中间板142。
另外，顶板141的上表面的高度小于或等于圆形的罐110的压接部分114的高度，使得罐110的内部体积可以相对增加，因此，可以增大二次电池的容量。这里，高度可以是自罐110的平坦部分111的高度。
顶板141可以由例如铝、铝合金或其等同物形成，但是本发明不限于此，因此，由铝制成的汇流条、外部引线或外部装置可以容易地连接(或焊接)。
这里，顶板141可以由为具有99.0％或更高的Al纯度的纯铝的1XXX系列、为Al-Cu基合金的2XXX系列、为Al-Mn基合金的3XXX系列、为Al-Si基合金的4XXX系列、为Al-Mg基合金的5XXX系列、为Al-Mg-Si基合金的6XXX系列和为Al-Zn-(Mg,Cu)基合金的7XXX系列之中的一种形成。
特别地，顶板141可以由上述系列之中的软铝形成。例如，顶板141可以由为具有优异的强度、抗腐蚀性和可焊接性的Al-Mg基合金的5XXX系列(例如，5052、5056、5083和5454)作为软材料形成，但是本发明不限于此。可选地，除了上述系列之外，为非可热处理合金的1XXX系列、3XXX系列或4XXX系列可以用作用于顶板141的材料。
中间板142定位在顶板141下方，并且可以具有大致平坦形状。另外，中间板142可以包括大致形成在中心中的第一通孔142a。此外，中间板142还可以包括形成在第一通孔142a的周围中的多个第二通孔142b。
这里，第一通孔142a允许下面将描述的底板144穿过并且电连接到顶板141，并且也允许内部气体的压力直接施加到顶板141。另外，第二通孔142b也允许内部气体的压力直接施加到顶板141。
这里，形成在顶板141中的凹口141a可以形成在例如与中间板142的第一通孔142a和第二通孔142b之间的区域对应的区域中，但是本发明不限于此。
中间板142可以由例如铝、铝合金、不锈钢或其等同物形成，但是本发明不限于此。
绝缘板143可以位于中间板142的下部处(或附着到中间板142的下部)，并且可以以其中孔形成在与第一通孔142a对应的中心区域中的圆形环的形式形成。该绝缘板143用于使中间板142与底板144绝缘。绝缘板143可以例如置于中间板142与底板144之间并且超声焊接，但是本发明不限于此。
绝缘板143可以由例如PE、PP、乙烯丙烯二烯单体(EPDM)橡胶(EPDM橡胶)或其等同物形成，但是本发明不限于此。由于这些绝缘材料不与电解质反应，因此尽管二次电池100的长期使用绝缘板143也不会变形。
底板144通过绝缘板143和中间板142的通孔电连接到顶板141，并且附着到绝缘板143。正电极接线片125可以电连接到底板144的下部。另外，当二次电池100的内部气体的压力大于预定压力时，顶板141变形(反转)为向上凸出。在这种情况下，底板144可以与变形的顶板141分离，使得顶板141与底板144之间的电流路径可以被阻断。
底板144可以由例如铝、铝合金或其等同物形成，但是本发明不限于此，因此由铝制成的正电极接线片可以容易到焊接到底板144。
同时，盖组件140还可以包括绝缘垫圈145，绝缘垫圈145使顶板141与罐110的侧壁112绝缘。这里，绝缘垫圈145是在在卷边部分113与压接部分114之间被大致挤压的形式，卷边部分113和压接部分114形成在罐110的侧壁112中。另外，除了顶板141的侧面之外，绝缘垫圈145大致围绕上部和下部的一些区域，从而密封二次电池100的内部。
另外，电解质(图中未示出)可以注入到罐110的内部中，并且电解质用于允许在充电和放电期间由于在电池内部的负电极板121和正电极板122处的电化学反应而产生的锂离子移动。电解质可以是作为锂盐和高纯度有机溶剂的混合物的非水有机电解质。可选地，电解质可以是聚合物或使用聚合物电解质的固体电解质，并且电解质的类型在此不受限制。
在下文中，将更详细地描述形成在根据本发明的一个实施例的二次电池中的罐110中的卷边部分113的构造。
图3是图2的部分A的放大图。
参照图3，示出了形成在罐110中的卷边部分113的放大图。卷边部分113可以形成为与罐110相比向内凹入。在这种情况下，当卷边部分113凹入到罐110的内部中时，相对于内表面113a的深度a可以是罐110的总直径的10％至20％。当卷边部分113以罐110的直径的10％或更大的比例凹入时，可以有利确保物理刚性并支撑位于罐110的上部处的盖组件140。另外，当凹入的深度a为罐110的总直径的20％或更小时，可以有利于通过减小随着卷边部分113的深度增加而增加的高度来确保二次电池100的容量。
同时，由从罐110的表面凹入的卷边部分113形成的角α可以形成为具有锐角。形成在现有结构的圆柱形电池中的卷边部分简单地向内凹入，因此由卷边部分形成的角通常为0°。另一方面，在根据本发明的一个实施例的二次电池100中，卷边部分113可以形成为具有锐角，优选地，20°至45°。
在这种情况下，当由卷边部分113形成的角α为20°或更大时，卷边部分113的弯曲部分能够承受沿着罐110的长度在竖直方向上施加的压力，因此当罐110被挤压时，可以防止卷边部分113折叠，从而可以有利于确保刚性。另外，当由卷边部分113形成的角α为45°或更小时，由于卷边部分113的形成而导致的高度增加被减小，从而可以有利于确保二次电池100的容量。
如上所述，在根据本发明的一个实施例的二次电池100中，具有锐角的卷边部分113相对于罐110的边缘形成，从而确保必要的刚性，并且在完成压接之后二次电池100的总高度减小，从而可以增加容量。
在下文中，将描述根据本发明的另一实施例的二次电池的构造。
图4是示出根据本发明的另一实施例的二次电池的剖视图。对与上述实施例相同的组件给予相同的附图标记，并且将主要描述与上述实施例的差异。
参照图4，根据本发明的另一实施例的二次电池200可以包括罐210、电极组件120和盖组件240。另外，在一些情况下，二次电池200还可以包括中心销130。
这里，罐210包括卷边部分213。卷边部分213通过凹入到罐210的内部中而形成，并且可以将罐210划分为其中容纳有在下部处的电极组件120的区域和其中容纳有在上部处的盖组件240的区域。另外，如在上述实施例中，卷边部分213可以是罐210的总直径的10％至20％。另外，由从罐210的表面凹入的卷边部分213形成的角α可以形成为具有锐角。因此，可以通过形成在罐210中的卷边部分213来确保必要的刚性，并且可以通过在完成压接之后减小了二次电池100的总高度来增加容量。
同时，盖组件240可以包括上盖241、形成在上盖241下方的下盖246和形成在下盖246上的绝缘环242以及连接到正电极接线片125并且结合在大致下盖246的中心处的子板244。具有上述上盖结构的盖组件240具有正极性并向上突出的上盖，并且其他结构可以以与上述实施例相同的方式操作。
在下文中，将描述根据本发明的又一实施例的二次电池的构造。
图5是示出根据本发明的又一实施例的二次电池的剖视图。
参照图5，根据本发明的又一实施例的二次电池300可以包括罐310、容纳在罐310内部的电极组件120、密封罐310的一端处的开口的盖组件340以及结合到设置在罐310的另一端处的端子孔的铆钉端子350。
罐310包括圆形的平坦部分111和从平坦部分111的边缘向下延伸预定长度的侧表面112。在本实施例中，平坦部分111可以构成顶表面而不是底表面。另外，端子孔111a形成在大致平坦部分111的中心处，并且绝缘构件111b沿着端子孔111a的边缘设置，使得铆钉端子350可以插入。另外，罐310的侧表面112通过负电极集流板324结合到电极组件120的负电极板121，使得整个罐310可以表示负电极。
另外，罐310可以包括卷边部分313。卷边部分313通过凹入到罐310的内部中而形成，并且如在上述实施例中那样，卷边部分313可以是罐310的总直径的10％至20％。另外，由从罐310的表面凹入的卷边部分313形成的角α可以形成为具有锐角。因此，可以通过形成在罐310中的卷边部分313来确保必要的刚性，并且可以通过在完成压接之后减小了二次电池300的总高度来增加容量。
盖组件340可以通过形成在侧表面112的下侧上的卷边部分313结合到罐110。盖组件340包括盖板341，盖板341可以由圆形金属板形成，结合到罐310且绝缘垫圈145置于盖板341与罐310之间，并且被压接。另外，可以在盖板341中形成不规则性以确保刚性，并且可以在一些区域中形成凹口341a。
铆钉端子350可以插入到设置在罐110的平坦部分111中的端子孔111a中并且电连接到正电极集流板325。因此，铆钉端子350可以根据结合到正电极集流板325的正电极板122的极性表示正电极。
在下文中，将描述根据本发明的一个实施例的制造二次电池的方法。
图6a至图6d是示出根据本发明的一个实施例的制造二次电池的方法中的卷边工艺和压接工艺的图。
首先，参照图6a，在根据本发明的一个实施例的制造二次电池的方法中，可以将电极组件120容纳在罐110内部。在这种情况下，罐110的卷边部分113和压接部分114尚未弯曲，并且可以沿着罐110形成圆柱形侧壁。因此，可以将电极组件120容易地容纳在罐110内部。
接下来，参照图6b，可以通过刀具10从罐110的外部在指定区域处形成卷边部分113。另外，可以如上所述形成到卷边部分113的内表面113a的深度。然而，在上述最终结构中，由卷边部分113沿着罐110的表面形成的角可以被设定为稍微大于二次电池100的角。例如，当形成卷边部分113时，卷边部分113的角可以形成为具有范围为60°至80°的角。此后，即使当角随着压接工艺而减小并且因此卷边部分113被挤压时，所述角也可以保持在作为上述最终结构的二次电池100中的角的范围在20°至45°的角处。
参照图6c，可以从罐110的顶部容纳盖组件140。另外，盖组件140可以被设定为基本上适配罐110的内直径，并且以卡在卷边部分113上的形式结合。
最后，参照图6d，对压接部分114执行压接工艺，使得压接部分114可以变形以围绕绝缘垫圈145的上部。因此，压接部分114可以机械地结合到绝缘垫圈145，以使盖组件140固定到罐110的内部。
依据根据本发明的二次电池，具有锐角的卷边部分形成在罐的边缘中，从而可以确保必要的刚性，并且通过在完成压接之后减小了二次电池的总高度而可以增加容量。
以上描述仅仅是用于实现根据本发明的二次电池的一个示例，并且本发明不限于以上实施例，并且如所附权利要求中所描述的，在不脱离本发明的主旨的情况下，本发明的技术精神将被认为是本领域技术人员可以进行各种修改的程度。

Claims (10)

1.一种二次电池，所述二次电池包括：
罐，在所述罐中具有容纳空间；
电极组件，容纳在所述罐的所述容纳空间中；以及
盖组件，密封所述罐，
其中，所述罐包括凹入到其中容纳有所述盖组件的区域中的卷边部分，并且所述卷边部分形成为在所述罐的表面中具有锐角。
2.根据权利要求1所述的二次电池，其中，所述卷边部分沿着所述罐的圆周连续地形成。
3.根据权利要求1所述的二次电池，其中，由所述卷边部分在所述罐的所述表面中形成的所述锐角在20°至45°的范围内。
4.根据权利要求1所述的二次电池，其中，所述卷边部分在所述罐内部凹入的深度在所述罐的直径的10％至20％的范围内。
5.根据权利要求1所述的二次电池，其中，所述盖组件安装在所述卷边部分的上部上。
6.一种制造二次电池的方法，所述方法包括以下步骤：
容纳将要容纳在罐的容纳空间中的电极组件；
通过刀具经由挤压所述罐的表面形成卷边部分；
将盖组件安装在所述卷边部分的上部上；以及
压接所述罐的端部以结合到所述盖组件。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述卷边部分形成为在所述罐的所述表面中具有锐角。
8.根据权利要求6所述的方法，其中，所述卷边部分沿着所述罐的圆周连续地形成。
9.根据权利要求7所述的方法，其中，由所述卷边部分在所述罐的所述表面中形成的所述锐角在60°至80°的范围内。
10.根据权利要求6所述的方法，其中，所述卷边部分在所述罐内部凹入的深度在所述罐的直径的10％至20％的范围内。
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