CN121663125A - 二次电池、电池模组和用于制造二次电池的方法 - Google Patents
二次电池、电池模组和用于制造二次电池的方法Info
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Abstract
公开二次电池、电池模组和/或用于制造二次电池的方法。二次电池包括容纳电极组件的壳体和联接至壳体的端子,并且端子包括软化区。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求于2024年9月11日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2024-0124171号的优先权和权益,其全部公开通过引用并入本文。
技术领域
本公开的实施方式的方面涉及二次电池、电池模组和/或用于制造二次电池的方法。
背景技术
一般而言,随着使用电池的电子装置(诸如移动电话、笔记本计算机、电动车辆等)的快速供应,对于具有高能量密度和高容量的二次电池的需求快速增加。相应地,对于改善锂二次电池的性能的研究和开发正在积极地进行。
锂二次电池为这样的电池:包括包含能够嵌入和脱嵌锂离子的活性物质的正电极和负电极以及电解液,并且当锂离子嵌入到正电极和负电极中/从正电极和负电极脱嵌时,由于氧化反应和还原反应而产生电能。
提供本公开的背景技术中公开的上述信息用于改善对本公开的背景的理解,并且相应地,本公开的背景技术中公开的上述信息可包括不构成相关领域的信息。
发明内容
根据本发明的实施方式的一方面,提供其中端子的至少一部分被软化的二次电池、电池模组和/或用于制造二次电池的方法。根据本发明的实施方式的另一方面,提供具有改善的与连接构件的焊接性的二次电池、电池模组和/或用于制造二次电池的方法。
根据本发明的实施方式的另一方面,提供其中图案形成在端子的至少一部分上的二次电池、电池模组和/或用于制造二次电池的方法。
根据本发明的实施方式的另一方面,提供其中端子的至少一部分具有粗糙度的二次电池、电池模组和/或用于制造二次电池的方法。
然而,本公开的各方面和待通过本公开解决的技术问题不限于上述方面和待解决的问题,并且本领域技术人员将从以下公开的本发明的描述中清楚地理解未提到的其它方面和待解决的问题。
根据本发明的一个或多个实施方式,二次电池包括容纳电极组件的壳体和联接至壳体的端子,其中端子包括软化区。
根据本发明的一个或多个实施方式,电池模组包括多个二次电池、容纳多个二次电池的外壳和连接构件,多个二次电池各自包括电极组件、容纳电极组件的壳体和联接至壳体并且包括软化区的端子,连接构件接合至软化区并且与多个二次电池中的两个或更多个二次电池连接。
根据本发明的一个或多个实施方式,用于制造二次电池的方法包括形成软化区。
附图说明
包括的下述附图与本说明书一起阐释本发明的一些实施方式,并且包括的下述附图与下述的本发明的详细描述一起提供,用于进一步理解本发明的技术构思;然而,本发明不解释为限于这些附图中描述的主题,其中:
图1为示意性阐释根据本公开的实施方式的电池模组的配置的图;
图2为示意性阐释图1的电池模组的配置的平面图;
图3为示意性阐释根据本发明的实施方式的二次电池的配置的图;
图4为示意性阐释图3的二次电池的配置的截面图;
图5为示意性阐释端子的截面图;
图6A~图6C为示意性阐释根据本发明的实施方式的端子的俯视图;
图7为根据本发明的实施方式的端子的俯视图;
图8为阐释根据本发明的实施方式的图案的示例的视图;
图9为阐释根据本发明的实施方式的包括软化区的端子和不包括软化区的端子之间的硬度差的图;并且
图10为用于描述根据硬度差的焊接强度的图。
具体实施方式
在本文中,将参考所附附图进一步详细描述本公开的一些实施方式。本说明书和权利要求中使用的术语或词语不应局限地解释为具有通用含义或词典含义,并且应基于发明人可作为他/她自己的词典编纂者以适当地限定术语的概念来以最佳方式描述他/她的发明的原理,而解释为具有与本公开的技术构思一致的含义和概念。相应地,本说明书中公开的实施方式和附图中示出的配置仅为本公开的一些示例实施方式,并且不一定表示本公开的全部技术精神,并且应理解,在提交本申请的时候可以有可替代这些示例实施方式的各种等效方案和修改。
进一步,当在本说明书中使用时,“包含(comprise)”或“包括(include)”以及/或者“包含(comprising)”或“包括(including)”指出存在提到的形状、数量、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多个其它形状、数量、步骤、操作、构件、元件和/或其组。
进一步,为了有助于本公开的理解,可不以实际的比例绘制所附附图,并且可放大一些组件的尺寸(例如,厚度)。另外,可对不同实施方式中的相同的组件给予相同的附图标记。
待比较的两个物体“相同”的描述意指两个物体相同或基本上相同。相应地,“相同”或“基本上相同”可包括本领域中认为是低水平的偏差(例如,5%内的偏差)。进一步,特定区中的参数的均匀性可意指从平均的角度来看的均匀性。
尽管“第一”和“第二”等可用于描述各种组件,但是这些组件不受这些术语的限制。这些术语用于区分一个组件与另一组件,并且除非以其它方式叙述,否则第一组件可为第二组件。
贯穿说明书,除非以其它方式叙述,否则每个组件可为单数或复数。
任意组件放置在组件的“上部(或下部)”上或者在组件“上面(或下面)”可不仅意指任意组件与该组件的上表面(或下表面)接触地设置,而且也意指另一组件可插入该组件和设置在该组件上面(或下面)的任意组件之间。
进一步,当公开特定组件“在”另一组件“上”、“连接至”或“联接至”另一组件时,应理解这些组件可彼此直接连接或联接,或又一组件可“插入”这些组件之间,或者这些组件可通过又一组件“连接”、“联接”或“链接”。
如本说明书中使用的,术语“和/或”包括相关的列举项目中的任何一个以及所有组合。进一步,当描述本公开的实施方式时,“可”的使用涉及“本公开的一个或多个实施方式”。在要素的列表前/后的术语“一个或多个”修饰要素的整个列表,并且不修饰列表的单个要素。
贯穿说明书,除非以其它方式叙述,否则“A和/或B”意指A、B或A和B,并且除非以其它方式指出,否则“C~D”意指大于或等于C且小于或等于D。
当诸如“A、B和C中的至少一个”、“选自A、B和C的组中的至少一个”或“选自A、B和C中的至少一个”的短语用于指出要素A、B和C的列表时,这些短语可指任何一个和所有适当的组合。
术语“使用”可认为与术语“利用”同义。如本说明书中使用的,术语“基本上”、“约”和其它类似的术语用作近似的术语而不用作程度的术语,并且旨在考虑本领域技术人员将认识到的测量值或计算值中的固有变差。
尽管在本说明书中可使用术语“第一”、“第二”、“第三”等,以描述各种元件、组件、区、层和/或部分,但这些元件、组件、区、层和/或部分不受这些术语限制。这些术语用于区分一个元件、组件、区、层或部分与另一元件、组件、区、层或部分。相应地,在不背离本公开的教导的情况下,以下将描述的第一元件、组件、区、层或部分可指第二元件、组件、区、层或部分。
空间相关的术语,诸如“之下”、“下面”、“下”、“上面”和“上”用于对附图中示出的一个元件或特征与另一元件或特征的关系的描述。可提供这些空间相关术语,以根据本公开的各种工艺状态或使用状态来理解本公开,并且不旨在限制本公开。例如,如果将附图中的元件或特征反转,则描述为“在”……“下”或“下面”的元件变为“在”……“上”或“上面”。相应地,“下面”为囊括“上面”和“下面”的概念。
本说明书中使用的术语旨在描述本公开的实施方式,并且不旨在限制本公开。
图1为示意性阐释根据本公开的实施方式的电池模组的配置的图。
图2为示意性阐释图1的电池模组的配置的平面图。
参考图1和图2,根据一个或多个实施方式的电池模组1000可包括外壳1100、二次电池100和汇流条1200。
外壳1100可形成电池模组1000的整体外部,并且提供其中可容纳二次电池100的空间。
根据实施方式的外壳1100可包括外壳主体1110和盖1120。
外壳主体1110可具有具备空的内部和开口侧的箱的形状。然而,外壳主体1110的截面形状不限于图1中示出的四边形形状,并且可为各种形状(诸如多边形形状、圆形形状、椭圆形形状等)中的任何一种。
盖1120可联接至外壳主体1110并且封闭外壳主体1110的内部空间。例如,盖1120可形成为具有一般的板形状并且可设置为面对外壳主体1110的开口侧。盖1120可通过各种类型的联接方法(诸如螺栓连接、焊接、装配等)中的任何一种固定至外壳主体1110。
二次电池100可用作电池模组1000中存储和供应电力的单元结构。
可提供多个二次电池100。在外壳1100中,多个二次电池100可设置为形成各种图案(诸如网格形状、之字形形状等)中的任何一种。多个二次电池100可彼此平行布置。取决于外壳1100的尺寸、形状等,可以以各种方式设计许多二次电池100。以下将描述二次电池100的配置。
汇流条1200可使多个二次电池100彼此电连接。多个二次电池100可通过汇流条1200以串联和/或并联的形式连接。例如,在外壳1100中,汇流条1200可将设置在同一排中的二次电池100彼此并联连接,并且可将设置在相邻的两排中的二次电池100彼此串联连接。汇流条1200可由电导性材料(诸如铜、铝、镍等)形成。
参考图2,根据实施方式的汇流条1200可包括主汇流条1210、第一分支汇流条1220和第二分支汇流条1230。
主汇流条1210可设置在相邻的二次电池100的排之间。可提供多个主汇流条1210。主汇流条1210可在二次电池100的排之间以直线延伸,或者,在实施方式中,可规则地弯曲成之字形形状。多个主汇流条1210可各自设置在不同的相邻的二次电池100的排之间。多个主汇流条1210可彼此电连接。
在实施方式中,第一分支汇流条1220可从主汇流条1210朝向以下描述的二次电池100的铆钉(rivet)或端子延伸。第一分支汇流条1220可通过激光焊接、超声焊接等与铆钉机械连接和电连接。
第二分支汇流条1230可从主汇流条1210朝向以下描述的二次电池100的壳体延伸。第二分支汇流条1230可通过激光焊接、超声焊接等与壳体机械连接和电连接。
在本文中,将描述根据本发明的实施方式的二次电池100。
图3为示意性阐释根据本发明的实施方式的二次电池的配置的图。
图4为示意性阐释图3的二次电池的配置的截面图。
在图3和图4中,附图标记100表示根据本发明的实施方式的二次电池。
参考图3和图4,根据实施方式的二次电池100(包括例如图1和图2中示出的二次电池100)包括电极组件10和容纳电极组件10的壳体20。二次电池100进一步包括端子30和盖板60,端子30插入到壳体20的一侧中形成的孔20h中并且电连接至电极组件10,盖板60覆盖壳体20的另一侧中形成的开口。然而,二次电池100的组件不限于图1中示出的组件,并且二次电池100可仅包括图3和图4中示出的一些组件,并且/或者可进一步包括除了图3和图4中示出的组件之外的其它组件。
在本文中,将描述其中二次电池100为圆柱形锂离子二次电池的示例。然而,本发明不限于此,并且二次电池100可为例如锂聚合物电池,并且可为例如棱柱形电池。
电极组件10可用作在二次电池100中进行电力的充电和放电操作的单元结构。
电极组件10包括第一电极和第二电极。第一电极为正电极或负电极。第二电极为正电极或负电极并且与第一电极具有不同的极性。
另外,电极组件10可进一步包括在第一电极和第二电极之间的隔膜。隔膜可防止或基本上防止第一电极和第二电极彼此接触,并且可防止或基本上防止在第一电极和第二电极之间发生短路。相应地,电极组件10可通过堆叠第一电极、第二电极以及提供在第一电极和第二电极之间的隔膜来形成。
在实施方式中,电极组件10可形成圆柱形形状,并且包括第一电极、第二电极和隔膜的堆叠结构可被卷绕以形成极芯。例如,电极组件10可具有围绕卷绕轴顺时针或逆时针卷绕的形状。除了圆形形状之外,电极组件10的截面形状可为各种形状(诸如椭圆形形状、多边形形状等)中的任何一种。这里,卷绕轴可指穿过电极组件10的中心部分(例如,卷绕核)的直线。
电极组件10的各组件的进一步的详细描述如下。
正电极活性物质
作为正电极活性物质,可使用能够可逆地嵌入和脱嵌锂的化合物(锂化的嵌入化合物)。在实施方式中,可使用锂与选自钴、锰、镍及其组合中的金属的一种或多种复合氧化物。
复合氧化物可为锂过渡金属复合氧化物,并且示例可包括锂镍类氧化物、锂钴类氧化物、锂锰类氧化物、磷酸锂铁类化合物、无钴的镍锰类氧化物或其组合。
作为示例,可使用由下述化学式中的任何一个表示的化合物:LiaA1-bXbO2-cDc(0.90≤a≤1.8,0≤b≤0.5,0≤c≤0.05);LiaMn2-bXbO4-cDc(0.90≤a≤1.8,0≤b≤0.5,0≤c≤0.05);LiaNi1-b-cCobXcO2-αDα(0.90≤a≤1.8,0≤b≤0.5,0≤c≤0.5,0≤α≤2);LiaNi1-b- cMnbXcO2-αDα(0.90≤a≤1.8,0≤b≤0.5,0≤c≤0.5,0≤α≤2);LiaNibCocL1 dGeO2(0.90≤a≤1.8,0≤b≤0.9,0≤c≤0.5,0≤d≤0.5,0≤e≤0.1);LiaNiGbO2(0.90≤a≤1.8,0.001≤b≤0.1);LiaCoGbO2(0.90≤a≤1.8,0.001≤b≤0.1);LiaMn1-bGbO2(0.90≤a≤1.8,0.001≤b≤0.1);LiaMn2GbO4(0.90≤a≤1.8,0.001≤b≤0.1);LiaMn1-gGgPO4(0.90≤a≤1.8,0≤g≤0.5);Li(3-f)Fe2(PO4)3(0≤f≤2);和LiaFePO4(0.90≤a≤1.8)。
在上面的化学式中,A为Ni、Co、Mn或其组合;X为Al、Ni、Co、Mn、Cr、Fe、Mg、Sr、V、稀土元素或其组合;D为O、F、S、P或其组合;G为Al、Cr、Mn、Fe、Mg、La、Ce、Sr、V或其组合;并且L1为Mn、Al或其组合。
作为示例,正电极活性物质可为高镍类正电极活性物质,基于锂过渡金属复合氧化物(高镍类正电极活性物质)中100mol%的除锂之外的金属,该高镍类正电极活性物质具有80mol%或更大、85mol%或更大、90mol%或更大、91mol%或更大或者94mol%或更大且99mol%或更小的镍含量。高镍类正电极活性物质可实现高容量并且因此可应用于高容量、高能量密度的锂电池。
正电极
用于二次电池100的正电极可包括正电极集流体和形成在正电极集流体上的正电极活性物质层。正电极活性物质层可包括正电极活性物质,并且可进一步包括粘结剂和/或导电材料。
作为示例,正电极可进一步含有可用作牺牲正电极的组分。
在实施方式中,基于100wt%的正电极活性物质层,正电极活性物质的含量可在90wt%~99wt%的范围内,并且基于100wt%的正电极活性物质层,粘结剂和导电材料的含量可各自在0.5wt%~5wt%的范围内。
粘结剂可使正电极活性物质颗粒彼此附接良好,并且也使正电极活性物质与正电极集流体附接良好。粘结剂的代表示例可包括聚乙烯醇、羧甲基纤维素、羟丙基纤维素、二乙酰纤维素、聚氯乙烯、羧化的聚氯乙烯、聚氟乙烯、含环氧乙烷聚合物、聚乙烯吡咯烷酮、聚氨酯、聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、苯乙烯-丁二烯橡胶、(甲基)丙烯酸酯化苯乙烯-丁二烯橡胶、环氧树脂、(甲基)丙烯酸树脂、聚酯树脂、尼龙等,但不限于此。
导电材料可赋予电极导电性,并且在配置的电池中,可使用不造成化学变化的任何适当的电导性材料。导电材料的示例可包括:碳类材料,诸如天然石墨、人造石墨、炭黑、乙炔黑、科琴黑、碳纤维、碳纳米纤维、碳纳米管等;含有铜、镍、铝、银等的呈金属粉末或金属纤维的形式的金属类材料;导电聚合物,诸如聚亚苯衍生物;或其混合物。
在实施方式中,Al箔可用作正电极集流体,但是实施方式不限于此。
负电极活性物质
负电极活性物质可包括能够可逆地嵌入和脱嵌锂离子的材料、锂金属、锂与金属的合金、能够掺杂和去掺杂锂的材料或过渡金属氧化物。
能够可逆地嵌入和脱嵌锂离子的材料可包括碳类负电极活性物质,例如结晶碳、非晶碳或其组合。结晶碳的示例可包括石墨(诸如无定型、板状、片状、球形或纤维状的天然石墨或人造石墨),并且非晶碳的示例可包括软碳、硬碳、中间相沥青碳化物、煅烧焦炭等。
在实施方式中,锂与选自Na、K、Rb、Cs、Fr、Be、Mg、Ca、Sr、Si、Sb、Pb、In、Zn、Ba、Ra、Ge、Al和Sn的金属的合金可用作锂与金属的合金。
Si类负电极活性物质和/或Sn类负电极活性物质可用作能够掺杂和去掺杂锂的材料。Si类负电极活性物质可包括硅、硅-碳复合物、SiOx(0<x≤2,例如,SiO2)、Si-Q合金(Q选自碱金属、碱土金属、第13族元素、第14族元素(排除Si)、第15族元素、第16族元素、过渡金属、稀土元素和其组合)或其组合。Sn类负电极活性物质可为Sn、SnOk(0<k≤2,例如,SnO2)、Sn类合金或其组合。
硅-碳复合物可为硅和非晶碳的复合物。根据实施方式,硅-碳复合物可呈表面涂覆有非晶碳的硅颗粒的形式。例如,硅-碳复合物可包括其中聚集硅初级颗粒的次级颗粒(核)和位于次级颗粒的表面上的非晶碳涂层(壳)。非晶碳可位于硅初级颗粒之间,并且例如硅初级颗粒可涂覆有非晶碳。次级颗粒可分散在非晶碳基质中。
硅-碳复合物可进一步包括结晶碳。例如,硅-碳复合物可包括含有结晶碳和硅颗粒的核以及位于核的表面上的非晶碳涂层。
Si类负电极活性物质和/或Sn类负电极活性物质可与碳类负电极活性物质组合使用。
负电极
用于二次电池100的负电极可包括负电极集流体和位于负电极集流体上的负电极活性物质层。负电极活性物质层可包括负电极活性物质并且可进一步包括粘结剂和/或导电材料。
在实施方式中,例如,基于100wt%的负电极活性物质层,负电极活性物质层可包括90wt%~99.5wt%的负电极活性物质、0.5wt%~5wt%的粘结剂和0wt%~5wt%的导电材料。
粘结剂可使负电极活性物质颗粒附接良好,并且也使负电极活性物质与负电极集流体附接良好。非水粘结剂、水性粘结剂、干粘结剂或其组合可用作粘结剂。
非水粘结剂可包括聚氯乙烯、羧化的聚氯乙烯、聚氟乙烯、乙烯丙烯共聚物、聚苯乙烯、聚氨酯、聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺酰亚胺、聚酰亚胺或其组合。
水性粘结剂可选自苯乙烯-丁二烯橡胶、(甲基)丙烯酸酯化苯乙烯-丁二烯橡胶、(甲基)丙烯腈-丁二烯橡胶、(甲基)丙烯酸橡胶、丁基橡胶、氟弹性体、聚环氧乙烷、聚乙烯吡咯烷酮、聚环氧氯丙烷、聚磷腈、聚(甲基)丙烯腈、乙烯丙烯二烯共聚物、聚乙烯吡啶、氯磺化聚乙烯、乳胶、聚酯树脂、(甲基)丙烯酸树脂、酚醛树脂、环氧树脂、聚乙烯醇和其组合。
如果水性粘结剂用作负电极活性物质层中的粘结剂,则可进一步含有纤维素类化合物以赋予粘度。可通过混合羧甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素、甲基纤维素和其碱金属盐中的一种或多种来使用该纤维素类化合物。在实施方式中,Na、K或Li可用作碱金属。
干粘结剂为能够纤维化的聚合物材料,并且可为例如聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯、聚偏二氟乙烯-六氟丙烯共聚物、聚环氧乙烷或其组合。
导电材料可赋予电极导电性,并且在配置的电池中,可使用不造成化学变化的任何适当的电导性材料。具体示例可包括:碳类材料,诸如天然石墨、人造石墨、炭黑、乙炔黑、科琴黑、碳纤维、碳纳米纤维、碳纳米管等;含有铜、镍、铝、银等的呈金属粉末或金属纤维的形式的金属类材料;导电聚合物,诸如聚亚苯衍生物;或其混合物。
作为负电极集流体,可使用选自铜箔、镍箔、不锈钢箔、钛箔、泡沫镍、泡沫铜、涂覆导电金属的聚合物基板和其组合中的一种。
隔膜
取决于二次电池100的类型,隔膜可存在于正电极和负电极之间。作为隔膜,可使用聚乙烯隔膜、聚丙烯隔膜、聚偏二氟乙烯隔膜或其两个或更多个层的多层膜(诸如聚乙烯/聚丙烯双层隔膜、聚乙烯/聚丙烯/聚乙烯三层隔膜或聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯三层隔膜)。
隔膜可包括多孔基板以及位于多孔基板的一侧或两侧(例如,两个相反的侧)上的涂层,该涂层含有有机材料、无机材料或其组合。
多孔基板可为由选自以下的聚合物或者其两种或更多种的共聚物或混合物形成的聚合物膜:聚烯烃(诸如聚乙烯和聚丙烯)、聚酯(诸如聚对苯二甲酸乙二醇酯和聚对苯二甲酸丁二醇酯)、聚缩醛、聚酰胺、聚酰亚胺、聚碳酸酯、聚醚酮、聚芳基醚酮、聚醚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺、聚苯并咪唑、聚醚砜、聚苯醚、环烯烃共聚物、聚苯硫醚、聚萘二甲酸乙二醇酯、玻璃纤维和聚四氟乙烯(例如,特氟龙)。
在实施方式中,有机材料可包括聚偏二氟乙烯类聚合物或(甲基)丙烯酸类聚合物。
无机材料可包括选自Al2O3、SiO2、TiO2、SnO2、CeO2、MgO、NiO、CaO、GaO、ZnO、ZrO2、Y2O3、SrTiO3、BaTiO3、Mg(OH)2、勃姆石和其组合的无机颗粒,但不限于此。
有机材料和无机材料可在一个涂层中作为混合物存在,或以其中含有有机材料的涂层和含有无机材料的涂层堆叠的形式存在。
壳体20容纳电极组件10。壳体20将容纳的电极组件10与电解液一起密封。
电解液
用于二次电池100的电解液可包括非水有机溶剂和锂盐。
非水有机溶剂可用作参与电池的电化学反应的离子可通过其移动的介质。
非水有机溶剂可包括碳酸酯类溶剂、酯类溶剂、醚类溶剂、酮类溶剂、醇类溶剂、非质子溶剂或其组合。
碳酸酯类溶剂可包括碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸二丙酯(DPC)、碳酸甲丙酯(MPC)、碳酸乙丙酯(EPC)、碳酸甲乙酯(MEC)、碳酸亚乙酯(EC)、碳酸亚丙酯(PC)、碳酸亚丁酯(BC)等中的任何一种。
酯类溶剂可包括乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸正丙酯、乙酸二甲酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、癸内酯、甲羟戊酸内酯、戊内酯、己内酯等中的任何一种。
醚类溶剂可包括二丁醚、四甘醇二甲醚、二甘醇二甲醚、乙二醇二甲醚、2-甲基四氢呋喃、2,5-二甲基四氢呋喃、四氢呋喃等中的任何一种。在实施方式中,酮类溶剂可包括环己酮等。可使用乙醇、异丙醇等作为醇类溶剂,并且可使用腈类(诸如R-CN(R为具有2~20个碳原子的直链烃基、支链烃基或环状烃基,并且可包括双键、芳环或醚基))、酰胺(诸如二甲基甲酰胺)、二氧戊环(诸如1,3-二氧戊环或1,4-二氧戊环)、环丁砜等作为非质子溶剂。
非水有机溶剂可单独使用或以两种或更多种的组合使用。
在实施方式中,如果使用碳酸酯类溶剂,可混合和使用环状碳酸酯和链状碳酸酯,并且环状碳酸酯和链状碳酸酯可以以1:1~1:9的体积比混合。
锂盐为溶解在非水有机溶剂中并且在电池中充当锂离子的源的物质,确保锂电池的基本操作并促进锂离子在正电极和负电极之间的移动。锂盐的代表性示例包括选自LiPF6、LiBF4、LiSbF6、LiAsF6、LiClO4、LiAlO2、LiAlCl4、LiPO2F2、LiCl、LiI、LiN(SO3C2F5)2、Li(FSO2)2N(双(氟磺酰)亚胺锂(LiFSI))、LiC4F9SO3、LiN(CxF2x+1SO2)(CyF2y+1SO2)(x和y为1~20的整数)、三氟甲磺酸锂、四氟乙磺酸锂、二氟双(草酸)磷酸锂(LiDFBOP)和双(草酸)硼酸锂(LiBOB)中的一种或多种。
如上述,在接收电极组件10和电解液后将壳体20密封。例如,壳体20可通过盖板60密封。
壳体20形成二次电池100的整体外部。在实施方式中,壳体20包括上表面和侧表面,上表面形成圆柱形上部,侧表面连接至上表面的外表面并且从上表面垂直延伸以形成侧部分。
壳体20可具有在其上表面中形成的孔20h。孔20h通过穿过壳体20的上表面形成。孔20h可位于壳体20的上表面的中心。孔20h可形成在例如垂直于电极组件10的卷绕核和平行于壳体20的上表面的平面(例如,地面)的位置。孔20h的形状可对应于端子30的形状。例如,如果端子30的截面为圆形,孔20h的截面可形成为圆形形状。在该情况下,孔20h的截面的直径大于端子30的截面的直径。
壳体20可具有开放的圆柱形下部。壳体20可具有内部,该内部通过由盖板60密封开口来密封。相应地,壳体20可防止或基本上防止电解液渗漏至外侧并且保护电极组件10。
壳体20可由例如钢、不锈钢、铝、铝合金、其组合或其等同材料制成。
盖板60在覆盖壳体20中的开口的同时密封壳体20。
在实施方式中,二次电池100可进一步包括垫片80以进一步确保密封壳体20。垫片80形成为例如环形状。垫片80可在围绕盖板60的外表面的同时位于盖板60和壳体20的内表面之间。相应地,垫片80可防止或基本上防止二次电池100内侧的电解液渗漏至外侧或造成安全性问题。
在实施方式中,壳体20中可形成压边部分21以固定盖板60相对于壳体20的开口的位置。例如,压边部分21形成在壳体20的下侧上。压边部分21通过使壳体20向内凹陷形成。由于凹陷部分,压边部分21防止或基本上防止盖板60从壳体20的开口进一步进入壳体20。在实施方式中,壳体20中可进一步形成压接部分(crimping portion)22以固定盖板60相对于壳体20的开口的位置。压接部分22可通过将壳体20的开口的端部朝向壳体20的内侧卷曲来形成。例如,压接部分22可通过在将盖板60提供在壳体20的开口中后将壳体20的开口的端部朝向壳体20的内侧弯曲来形成。相应地,盖板60可覆盖壳体20的开口。
在实施方式中,盖板60可同时(例如,同步)用作排气口。在实施方式中,例如,盖板60可包括槽61。如果壳体20内侧的压力增加或温度增加,则槽61可破裂。槽61可破裂以将壳体20内侧生成的气体排放至外侧。
在实施方式中,壳体20电连接至容纳在壳体20中的电极组件10。在实施方式中,例如,壳体20电连接至第二电极。第二电极可为例如负电极。
二次电池100可进一步包括位于电极组件10下面以电连接壳体20和第二电极的第二集流体板70。例如,第二集流体板70可位于电极组件10的底部和盖板60的顶部之间。在该情况下,第二集流体板70和盖板60可通过垫片80彼此绝缘。在实施方式中,第二集流体板70为例如负电极集流体板。第二集流体板70连接至第二电极。例如,第二集流体板70连接至第二电极的接线片。在实施方式中,第二集流体板70联接至壳体20。相应地,壳体20可电连接至第二电极并且与第二电极具有相同的极性。即,例如,壳体20可具有负极性。
端子30插入到形成在壳体20的上表面中的孔20h中。端子30插入到孔20h中并且电连接至容纳在壳体20中的电极组件10。例如,端子30电连接至第一电极。第一电极可为例如正电极。
二次电池100可进一步包括位于电极组件10的顶部以电连接端子30和第一电极的第一集流体板40。第一集流体板40为例如正电极集流体板。第一集流体板40连接至第一电极。例如,第一集流体板40连接至第一电极的接线片。另外,第一集流体板40连接至端子30。相应地,端子30可电连接至第一电极并且与第一电极具有相同的极性。即,例如,端子30可具有正极性。
在该情况下,端子30可包括用于与第一电极电连接的导电材料。在实施方式中,例如,端子30包括金属。在实施方式中,例如,端子30包括铝(Al)。
在实施方式中,二次电池100可进一步包括绝缘层90。绝缘层90可提供在第一集流体板40上。绝缘层90防止或基本上防止第一集流体板40和壳体20电连接。
通过该配置,根据本发明的实施方式的二次电池100可通过从其上部去除压边部分21来提供具有改善的容量的电池。另外,二次电池100可通过将盖板60放置在其下部来避免如果二次电池100向上爆炸可能发生的安全性或成本问题。
图5为示意性阐释端子的截面图。
在图1~图4中,描述了根据本发明的实施方式的二次电池100和包括二次电池100的电池模组1000。如上述,电池模组1000包括多个二次电池100。
多个二次电池100连接至连接构件以彼此电连接并且/或者与外侧电连接。连接构件可包括接合至二次电池100的组件,以与二次电池100电连接。连接构件可包括例如汇流条1200和/或接线片(未示出)。在本文中,描述了其中连接构件包括汇流条1200的情况作为示例。例如,如果二次电池100包括盖组件(未示出),则二次电池100可通过盖组件连接至汇流条1200。例如,如果二次电池100包括端子30(见图3和图4),则二次电池100可通过端子30连接至汇流条1200(见图3和图4)。
随着对于二次电池100的需求增加,对于高容量且安全的电池模组1000的需求也增加。
为了增加电池模组1000的容量,电池模组1000包括更大数量的二次电池100并且/或者二次电池100具有增加的容量。另外,随着二次电池100的尺寸增加,可实现高容量。
另外,为改善电池模组1000的安全性,期望二次电池100稳定地接收电并且受到更少的来自外侧的冲击。
本发明的一个或多个实施方式提供安全且具有高容量的二次电池100和/或电池模组1000。例如,根据本发明的一个或多个实施方式的电池模组1000包括多个二次电池100。在实施方式中,电池模组1000可包括多个具有增加的尺寸的二次电池100。在该情况下,为改善电池模组1000的安全性,提供其中二次电池100可稳定连接至电池模组1000的内侧和外侧的方法。例如,电池模组1000提供其中多个二次电池100可以以高强度联接至汇流条1200的方法。以下将进一步详细描述这种方法。
在图5中,200阐释根据本发明的实施方式的端子(诸如图3和图4的端子30)。
如图5中所示,端子200包括金属层210和形成在金属层210上的镀层220。
图1~图5阐释其中二次电池100通过端子200(或端子30)连接至汇流条1200的结构,但是根据本公开的一个或多个实施方式的二次电池100不限于此。二次电池100可通过盖组件和/或盖板60连接至汇流条1200和/或接线片。在该情况下,根据本公开的实施方式的端子200的描述可以以相同的或类似的方式应用于盖组件和/或盖板60。
金属层210执行端子200的基本作用。例如,金属层210电连接至电极组件10。金属层210用作电流可通过其从外侧朝向电极组件10移动的通道或电流可通过其从电极组件10朝向外侧移动的通道。
相应地,金属层210包括电导性材料。例如,金属层210可包括诸如铝(Al)、铜(Cu)、镍(Ni)等金属。
镀层220通过在金属层210的表面上镀覆形成。镀层220可保护金属层210。另外,镀层220可有助于金属层210的物理特性。例如,镀层220可防止或基本上防止金属层210的氧化并且/或者改善金属层210的强度。镀层220可包括例如金属(诸如镍(Ni))。
在实施方式中,镀层220可形成为具有大于或等于镀层220的预期厚度的厚度(即,发生质量扩散,使得镀层220包括另外的镀层)。在实施方式中,当接触空气时,镀层220可另外形成氧化物膜。在实施方式中,当接触外侧时,镀层220可具有积沉在镀层220内侧和外侧的污染物膜。
包括这种另外的镀层、氧化物膜、污染物膜等的镀层220可不利地影响在端子200和汇流条1200之间的焊接部分的形成。例如,如果在镀层220中发生质量扩散(qualitydispersion),或者如果在镀层220内侧或外侧产生氧化物膜和/或污染物膜,可降低端子200和汇流条1200之间的焊接强度。在该情况下,二次电池100和/或包括二次电池100的电池模组1000中可发生短路,或者可减少二次电池100和/或包括二次电池100的电池模组1000的容量。
因此,根据本发明的一个或多个实施方式的二次电池100包括容纳电极组件10的壳体20和联接至壳体20的端子200。在该情况下,端子200可包括软化区。
在该情况下,软化区表示具有低硬度(表面的硬度)的区。
例如,软化区表示比非软化区具有更低的硬度的区。相应地,当端子200的一部分区的硬度和另一部分区的硬度彼此不同时,可认为包括根据本公开的实施方式的软化区。
在实施方式中,软化区表示具有小于或等于特定(例如,预定)硬度的硬度的区。在实施方式中,例如,特定(例如,预定)硬度为500HV或更小。例如,如果端子200在其部分区中包括具有500HV或更小的特定(例如,预定)硬度的区,则可认为端子200包括软化区。
在实施方式中,软化区可形成在端子200的整个外表面上。在该情况下,软化区可形成在端子200的上表面上。例如,软化区可形成在其中端子200预定连接至汇流条1200的区中。
在该情况下,软化区可形成在镀层220上。软化区可形成在镀层220上以改善端子200的质量。
在实施方式中,软化区可通过例如对端子200(例如,镀层220)进行表面处理来形成。在该情况下,表面处理可包括例如激光处理、抛光处理和/或蚀刻处理中的至少一种。激光处理为其中通过用激光照射端子200而在端子200的表面上形成软化区的处理。抛光处理为其中通过对端子200施加物理力而在端子200的表面上形成软化区的处理。蚀刻处理为其中通过对端子200施加化学处理在端子200的表面上形成软化区的处理。
这样,根据本公开的实施方式的二次电池100可阐示通过包括软化区的端子200改善二次电池100和汇流条1200之间的联接强度(例如,焊接强度)的方法。
图6A~图6C为示意性阐释根据本发明的实施方式的端子的俯视图。
在图6A~图6C中,将描述在端子200上形成的软化区的示例。
根据本发明的实施方式的软化区包括例如图案。图案可例如通过雕刻、轧花(embossing)和/或其组合形成。图案可以以例如直线、螺旋形状、点形状、圆、多边形和/或其组合形成。然而,根据本公开的实施方式的图案不限于参照图6A~图6C描述的内容,并且图案可包括可通过雕刻、轧花和/或其组合形成在端子200上的形状中的任何一种。
图6A示出其中图案以如线性图案201a中的直线形成的示例。在实施方式中,如图6A中所示,线性图案201a可形成为等距间隔开的多条直线。在实施方式中,直线的宽度和直线之间的间距可根据端子200的尺寸不同地设置。然而,与图6A不同,线性图案201a可形成为非等间距间隔开的具有相同宽度的多条直线。在实施方式中,线性图案201a可形成为等距间隔开的以不同宽度形成的多条直线。在实施方式中,线性图案201a可形成为非等间距间隔开的以不同宽度形成的多条直线。
图6B示出其中图案以如螺旋图案201b中的螺旋形状形成的示例。螺旋图案201b可例如以从端子200的中心向外螺旋的螺旋形状形成。在实施方式中,螺旋图案201b可形成为具有从中心朝向外部部分的均匀的宽度。在实施方式中,螺旋图案201b可形成有从中心朝向外部部分逐渐增加的宽度。在实施方式中,螺旋图案201b可形成有从中心朝向外部部分逐渐减少的宽度。在实施方式中,螺旋图案201b可形成有从中心朝向外部部分屡次地增加或减少的宽度。
图6C示出其中图案以如椭圆形图案201c中的椭圆形形状形成的示例。圆形图案201c可包括例如多个椭圆形形状。
在实施方式中,多个圆形形状可形成为具有相同的尺寸。在实施方式中,如图6C中所示,多个圆形形状可以以简单的立方体(SC)结构彼此相邻设置。在实施方式中,与图6C中不同,多个圆形形状可以以面心立方体(FCC)结构彼此相邻设置。在实施方式中,与图6C中不同,多个圆形形状可以以体心立方体(BCC)结构彼此相邻设置。
在实施方式中,多个圆形形状可具有不同尺寸。在实施方式中,多个圆形形状可彼此形成包含关系以形成◎形状。在实施方式中,可设置多个圆形形状以彼此接触或彼此间隔开而不彼此形成包含关系。
根据本发明的实施方式的软化区可例如通过激光处理形成。
在实施方式中,激光处理为例如其中将具有在10kHz~1000kHz的范围内的频率的激光照射至端子200上以形成软化区的处理。在实施方式中,激光处理为其中将激光以在例如10mm/s~10,000mm/s的范围内的速度照射至端子200上以形成软化区的处理。如果激光偏离这种频率范围和/或照射速度,则可劣化软化区的焊接性。因此,在实施方式中,将激光以例如在10kHz~1000kHz的范围内的频率和/或以在10mm/s~10,000mm/s的范围内的速度照射。由此,软化区可形成有例如500HV或更小的硬度。
图7为根据本发明的实施方式的端子的俯视图。
图7示出软化区形成前(处理前)的端子200和软化区形成后(处理后)的端子200。
从图7中软化区形成前和形成后的端子200可见,软化区形成后的端子200可在表面上具有粗糙度。
例如,软化区可包括具有粗糙度的多条直线的图案(例如,图6A中描述的线性图案201a)。例如,软化区可包括具有粗糙度的螺旋图案(例如,图6B中描述的螺旋图案201b)。然而,软化区的示例不限于此,并且软化区可包括各种类型的图案中的任何一种和/或具有形成在端子200上的粗糙度。
在该情况下,可在端子200的表面上具有粗糙度的同时形成软化区。在实施方式中,粗糙度(Ra)可为例如0.01μm~2.50μm。在实施方式中,粗糙度(Ra)可为例如0.01μm~2.00μm。在实施方式中,粗糙度(Ra)可为例如0.01μm~1.90μm。在实施方式中,粗糙度(Ra)可为例如0.01μm~1.80μm。在实施方式中,粗糙度(Ra)可为例如0.01μm~1.70μm。在实施方式中,粗糙度(Ra)可为例如0.01μm~1.60μm。在实施方式中,粗糙度(Ra)可为例如0.01μm~1.50μm。在实施方式中,粗糙度(Ra)可为例如0.01μm~1.30μm。在实施方式中,粗糙度(Ra)可为例如0.01μm~1.00μm。
如果粗糙度(Ra)小于0.01μm,因为不产生蚀刻的效果,所以可存在几乎没有软化效果的问题。如果粗糙度(Ra)超过2.50μm,则之后在表面上可发生不规则氧化,这对表面特征造成不利影响。因此,在实施方式中,软化区形成为具有0.01μm或更大且2.50μm或更小的粗糙度(Ra)。
该软化区可例如通过抛光形成。抛光处理包括例如能够通过向端子200的表面施加物理力研磨端子200的表面的各种处理中的任何一种。抛光处理可包括例如使用砂纸研磨端子200的上表面以形成软化区的处理。
通过该配置,根据本发明的一个或多个实施方式的二次电池100阐示例如用于改善与汇流条1200的焊接性的方法。
图8为阐释根据本发明的实施方式的图案的示例的视图。
根据本发明的实施方式的图案可通过至少部分重叠初始图案形成。通过至少部分重叠初始图案形成的图案具有例如0%或更大且99%或更小的重叠率。初始图案可为图6A~图6C和图7中示出的线性图案201a、螺旋图案201b、圆形图案201c或其一部分,但本公开不限于此。重叠率指重叠的两个初始图案的重叠部分的面积与一个初始图案的面积的比。
图8示出端子200的上表面的图像以及对于其中初始图案彼此重叠0%、25%、50%、75%和99%的情况的上表面的示意图。正因如此,可通过彼此整体重叠或部分重叠初始图案来形成图案。
这样,通过彼此重叠初始图案形成图案,使得可通过控制施加到表面的热量来控制蚀刻的量。另外,通过彼此重叠初始图案形成的图案可控制表面的粗糙度。
在图6A~图6C中,描述了包括图案的软化区的示例。在图7中,描述了具有粗糙度的软化区的示例。在图8中,描述了通过至少部分重叠初始图案形成的图案的示例。然而,软化区的示例不限于此。
尽管未示出,但软化区可同时包括图案和具有粗糙度。例如,软化区可形成螺旋雕刻图案,并且表面粗糙度(Ra)可形成为0.01μm~1.50μm。
另外,尽管未示出,但软化区可同时(例如,同步)包括图案和具有通过重叠全部或部分的初始图案形成的粗糙度。在实施方式中,例如,软化区可通过重叠50%形成三角形雕刻图案,并且表面粗糙度Ra可形成为0.01μm~1.50μm。
图9为阐释根据本发明的实施方式的包括软化区的端子和不包括软化区的端子之间的硬度差的图。
图10为描述根据硬度差的焊接强度的图。
在图9中,“处理后”表示根据本发明的实施方式的包括软化区的端子200。在图9中,“处理前”表示不包括软化区的常规端子。
如图9中所示,可见根据本发明的实施方式的包括软化区的端子200形成为比不包括软化区的常规端子具有更低的硬度。
同时,图10示出描述根据包括在端子200中的软化区的硬度的焊接强度的实验数据。在图10中,示出了:“镀覆前”,作为镀层220形成前的端子200;SPL 1、SPL 2和SPL 3,作为包括具有110HV~500HV的硬度的软化区的端子200;SPL 4和SPL 5,作为具有500HV~600HV的硬度的端子200;以及SPL 6和SPL 7,作为具有600HV或更大的硬度的端子200。
镀覆前端子200中没有诸如焊接分散或焊接强度减少的问题。然而,在镀覆前的端子200的情况下,未形成镀层220,使得存在端子200的物理特性减少的问题。在SPL 1~SPL3中,不存在诸如焊接分散或减少焊接强度的问题。在SPL 4和SPL 5中,发生焊接分散。在SPL 6和SPL 7中,焊接强度降低。
由此可见,根据本发明的实施方式的端子200包括具有适当的范围内(例如,500HV或更小,或者例如,110HV或更大且500HV或更小)的硬度的软化区,从而提供改善与汇流条1200的焊接强度的方法。
根据本发明的一个或多个实施方式,提供具有改善的焊接性的二次电池、包括二次电池的电池模组和/或用于制造二次电池的方法。
例如,根据本发明的一个或多个实施方式的二次电池可在接线片和端子之间具有改善的焊接性。
根据本发明的一个或多个实施方式,提供具有改善的加工能力的二次电池、包括二次电池的电池模组和/或用于制造二次电池的方法。
然而,通过本公开可获得的方面和技术效果不限于上述方面和技术效果,并且本领域技术人员将从本发明的描述中清楚地理解未提到的其它方面和技术效果。
尽管参考附图中示出的一些实施方式描述了本公开,但这些实施方式只是示例,并且本领域技术人员将理解,各种修改和等效方案是可能的。
相应地,本公开的技术范围应通过权利要求来限定。
Claims (13)
1.一种二次电池,包括:
壳体,容纳电极组件;和
端子,联接至所述壳体,
其中所述端子包括软化区。
2.根据权利要求1所述的二次电池,其中所述软化区形成有500HV或更小的硬度。
3.根据权利要求1所述的二次电池,其中所述端子包括金属层和在所述金属层上的镀层,并且
所述软化区形成在所述镀层中。
4.根据权利要求1所述的二次电池,其中所述软化区通过表面处理形成,并且
所述表面处理包括激光处理、抛光处理和蚀刻处理中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的二次电池,其中所述软化区包括通过雕刻形成的图案。
6.根据权利要求5所述的二次电池,其中所述图案包括直线、螺旋形状、点形状、圆和多边形中的至少一种。
7.根据权利要求5所述的二次电池,其中所述图案通过至少部分重叠初始图案形成。
8.根据权利要求7所述的二次电池,其中通过至少部分重叠所述初始图案形成的所述图案具有0%或更大且99%或更小的重叠率。
9.根据权利要求1所述的二次电池,其中所述软化区形成为具有0.01μm~1.50μm的粗糙度Ra。
10.一种电池模组,包括:
多个二次电池,各自根据权利要求1~9中的任一项所述;
外壳,容纳所述多个二次电池;以及
连接构件,接合至所述软化区并且与所述多个二次电池中的至少一些电连接。
11.一种用于制造根据权利要求1~9中的任一项所述的二次电池的方法,所述方法包括在所述端子中形成所述软化区。
12.根据权利要求11所述的方法,其中当通过激光处理形成所述软化区时,所述激光处理包括通过照射具有在10kHz~1000kHz的范围内的频率的激光形成所述软化区。
13.根据权利要求11所述的方法,其中当通过激光处理形成所述软化区时,所述激光处理包括通过以在10mm/s~10,000mm/s的范围内的速度照射激光形成所述软化区。
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