CN205248318U - 二次电池用外壳和包含其的二次电池、电池组 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及二次电池用外壳和包含其的二次电池、电池组和装置。所述外壳包含由多个层组成的层压片，其中所述层压片包含具有10％以上的伸长率的绝缘层。即使当从外面向外壳施加物理力如针刺、压缩、冲击等时，绝缘层也会伸长。因此，可以防止正极和负极的短路，由此可以抑制着火，从而提高电池安全性。

Description

二次电池用外壳和包含其的二次电池、电池组
技术领域
本实用新型涉及一种包含绝缘层的二次电池用外壳和包含其的锂二次电池。
本申请要求2014年9月26日提交给韩国知识产权局的韩国专利申请号2014-0128971的权益，将所述专利的公开内容以其整体通过引用的方式并入本文中。
背景技术
随着移动装置技术的持续发展和对其需求的持续增加，对作为能源的二次电池的需求正快速增加。在二次电池中，对具有高能量密度和工作电位并且具有长循环寿命以及低自放电率和放电电压的锂二次电池的研究正在进行，且这种锂二次电池是可商购并被广泛使用的。
然而，这种锂二次电池存在安全性方面的问题并且因此正在尝试解决这种问题。
特别地，当锂二次电池过充时，从正极释放出过量的锂并且过量的锂插入负极中，从而在负极表面上析出具有高反应性的锂金属。因此，正极也变得热不稳定，并且由于用作电解质的无机溶剂的分解而导致发生快速的放热反应，从而使电池具有安全性方面的问题，如着火和爆炸等。
另外，当电池被具有电子传导性的物体如钉子刺入时，电池内的电化学能变为热能并且发生快速的热产生。因此，由于随后的热产生，正极或负极材料经受化学反应并且由此发生快速的放热反应，从而使电池具有安全性方面的问题，如着火和爆炸等。
当施加针刺(nailpenetration)、压缩、冲击等时，电池中的正极和负极经受局部短路。在这种情况下，过量电流局部流动并且由此发生热产生。因为由于局部短路而导致的短路的大小(size)与电阻成反比，所以短路电流主要在低电阻处流动。在此，电流流过主要用作集电器的箔片，并且当计算产生的热量时，在用钉子刺入的部分附近局部地产生非常高的热。
当电池中产生热时，隔膜收缩，在正极和负极中诱发另外的短路，并且由于重复的热产生和隔膜的收缩而导致短路的范围扩大。因此，产生热失控，或者包含在电池中的正极、负极和电解质一起反应或者燃烧。因为这种反应是非常高的放热反应，所以电池最终着火或爆炸。这种风险随着锂二次电池的容量和能量密度的增加而增加。
为了解决这种问题并且提高在过充时的安全性，已经尝试了向非水电解质中添加添加剂。然而，通过向非水电解质中添加添加剂并未在诸如针刺、压缩和冲击等的条件下实现安全性保障。
迫切需要开发可以有效地提高电池安全性的二次电池的技术。
实用新型内容
技术问题
因此，已经完成了本实用新型以解决以上和其他尚未解决的技术问题。
作为大量广泛和深入研究和试验的结果，本实用新型的发明人确认，当如下所述使用由层压片组成的二次电池用外壳时，可以实现期望的效果，由此完成本实用新型，所述层压片包含具有10％以上的伸长率的绝缘层。
技术方案
根据本实用新型的一方面，提供一种二次电池用外壳，其包含由多个层组成的层压片，其特征在于所述层压片包含伸长率为10％以上的绝缘层。
优选地，所述绝缘层的伸长率为100％～200％。
优选地，基于所述绝缘层的总重量，所述绝缘层包含80重量％以上的选自聚氨酯类树脂、环氧树脂、氟树脂、聚酰亚胺类树脂、聚酯类树脂、聚烯烃类树脂和酚醛树脂中的至少一种树脂或选自聚氨酯纤维和芳族聚酰胺纤维中的至少一种纤维。
优选地，所述绝缘层由聚氨酯纤维和/或芳族聚酰胺纤维组成。
优选地，所述绝缘层由如下物质的混合组合物组成：选自聚氨酯类树脂、环氧树脂、氟树脂、聚酰亚胺类树脂、聚酯类树脂、聚烯烃类树脂和酚醛树脂中的至少一种树脂或选自聚氨酯纤维和芳族聚酰胺纤维中的至少一种纤维，以及增塑剂。
优选地，所述绝缘层的熔点为100℃以上。
优选地，所述绝缘层的穿刺强度为200gf以上。
优选地，所述绝缘层的厚度为1微米～150微米。
优选地，所述层压片具有包含所述绝缘层的三层以上的结构。
优选地，所述层压片由绝缘层、第一层和第二层组成，且所述绝缘层置于所述第一层和所述第二层之间。
优选地，所述层压片由绝缘层、第一层和第二层组成，且所述绝缘层和所述第二层分别在所述第一层的一侧和另一侧上形成。
优选地，所述第一层具有两层结构，所述两层结构包含由聚合物组成的外层和由金属组成的中间层。
优选地，所述外层由聚对苯二甲酸乙二酯、聚萘二甲酸乙二酯或尼龙组成。
优选地，所述中间层由选自如下的金属或其合金组成：铝、铁、铜、锡、镍、钴、银、不锈钢、碳、铬、锰和钛。
优选地，所述第二层具有两层结构，所述两层结构包含由聚合物组成的内层和由金属组成的中间层。
优选地，所述内层由聚烯烃类树脂组成。
优选地，所述中间层由选自如下的金属或其合金组成：铝、铁、铜、锡、镍、钴、银、不锈钢、碳、铬、锰和钛。
根据本实用新型的另一方面，提供一种二次电池，其特征在于其包含前面所述的外壳、电极组件和电解质。
根据本实用新型的另一方面，提供一种电池组，其特征在于其包含前面所述的二次电池。
根据本实用新型的另一方面，提供一种装置，其特征在于其包含前面所述的电池组。
优选地，所述装置选自：移动电话、便携式计算机、智能电话、平板电脑、智能平板、上网本、轻型电动车辆、电动车辆、混合电动车辆、插电式混合电动车辆和电力储存系统。
在此，伸长率表示在测试期间断裂的物体相对于非测试状态的变形。
在所述范围之外，当绝缘层的伸长率低于10％时，伸长不充分从而不能防止正极和负极的短路。因此，如在其中使用由常规多层组成的层压片组成的外壳情况下，可能不能获得如根据本实用新型的效果的在正极和负极中防止短路的效果。
就这一点而言，根据常规组成构成外壳的层压片的各个层的材料具有约低于10％的伸长率。因此，当从外部施加物理力如针刺、压缩和冲击等时，在伸长至预定长度后不发生另外的伸长并且由此显示穿孔。因此，当钉子的刺入深度加深或外力增加时，容易在正极和负极中发生短路，且由此不能确保电池稳定性。
然而，在还包含根据本实用新型的绝缘层的二次电池用外壳中，具有高伸长率的绝缘层以其中将作为电极的具有导电性的物体包裹的形状非常深地伸长，由此被穿透。因此，所述绝缘层防止具有导电性的物体与电极之间的直接接触或正极与负极之间的直接接触，从而有效地解决以上问题。
根据本实用新型的绝缘层没有限制，只要具有绝缘性质并且伸长率在以上范围内即可，且可以使用多种弹性材料。例如，基于绝缘层的总重量，绝缘层可以包含80重量％以上的选自如下的至少一种树脂：聚氨酯类树脂、环氧树脂、氟树脂、聚酰亚胺类树脂、聚酯类树脂、聚烯烃类树脂和酚醛树脂，或选自聚氨酯纤维和芳族聚酰胺纤维中的至少一种纤维。
即，绝缘层可以仅由以上材料组成或可以包含其他类型的树脂或预定的添加剂等以提高伸长率等。
特别地，当根据本实用新型的绝缘层仅由以上材料组成时，绝缘层优选由具有高伸长率的聚氨酯纤维和/或芳族聚酰胺纤维组成。
同时，当除以上材料外还包含用于提高伸长率的预定添加剂时，添加剂可以为增塑剂。特别地，绝缘层可以由选自聚氨酯类树脂、环氧树脂、氟树脂、聚酰亚胺类树脂、聚酯类树脂、聚烯烃类树脂和酚醛树脂中的至少一种树脂或选自聚氨酯纤维和芳族聚酰胺纤维中的至少一种纤维与增塑剂的混合组合物组成。在此，增塑剂没有具体限制，作为增塑剂，可以使用本领域中公开已知的材料例如邻苯二甲酸酯系材料、己二酸酯系材料、环氧系材料、酯系材料等。
在具体实施方式中，具有所述组成的根据本实用新型的绝缘层的熔点可以为100℃以上，特别地为100℃～130℃。
在所述范围之外，当熔点低于100℃时，在防止具有导电性的物体与电极之间或正极与负极之间直接接触之前，所述绝缘层因由于针刺、压缩、冲击等导致的热产生而损坏。
另外，绝缘层的穿刺强度可以为200gf以上，特别地为200gf～500gf，更特别地为220gf～450gf。
在所述穿刺强度范围之外，当穿刺强度低于200gf时，可能不能显示通过根据本实用新型的绝缘层的伸长而导致的在正极和负极中防止短路的效果。
在此，穿刺强度为约20微米的负载值，并且是指当使用KES-G5手持式压缩试验机利用具有0.5mm的曲率半径的针尖以2mm/秒的穿刺速度实施穿刺试验时获得的最大穿刺负载(punctureload)。
这种绝缘层的厚度可以为1微米～150微米，特别地为5微米～30微米。
在所述范围之外，当绝缘层的厚度低于1微米时，由于太薄的绝缘层而导致穿刺强度降低并且由此难以显示根据本实用新型的效果。当厚度大于150微米时，由于过大的绝缘层厚度而导致二次电池用外壳的厚度增加，并且因此整体体积增加，从而使每单位体积的容量降低。
下文中，对作为根据本实用新型的二次电池用外壳的包含绝缘层的层压片的结构进行详细说明。
特别地，层压片可以具有包含绝缘层的三层以上的结构。
特别地，层压片可以由绝缘层、第一层和第二层组成，所述绝缘层可以置于第一层和第二层之间或者绝缘层和第二层可以分别在第一层的一侧和另一侧上形成。
通过如下方法制造根据本实用新型的二次电池用外壳：使用具有以上层压结构的层压片形成电极组件的接收部。在此，当将包埋电极组件的部分定义为内侧，且在配备有电极组件的外壳中，将与外部接触的部分定义为外侧时，第一层存在于第二层的外侧。因此，层压片从外侧到内侧可以具有第一层-绝缘层-第二层或者绝缘层-第一层-第二层的结构。
在此，第一层和第二层分别为聚合物层或金属层。然而，位于其中包埋电极组件的部分中的第二层优选为不与电解质反应的聚合物层。
同时，第一层或第二层可以更特别地由两层组成。因此，层压片可以具有四层结构。
特别地，当第一层由两层组成时，第一层可以具有两层结构，所述两层结构包含由聚合物组成的外层和由金属组成的中间层。当第二层由两层组成时，第二层可以具有两层结构，所述两层结构包含由聚合物组成的内层和由金属组成的中间层。在此，中间层存在于外层与内层之间。
即，当根据本实用新型的层压片具有四层结构时，层压片从外侧到内侧可以具有诸如如下的结构：外层-中间层-绝缘层-内层、外层-绝缘层-中间层-内层或绝缘层-外层-中间层-内层。
当然，第一层和第二层可以分别具有两个层，且因此层压片可以具有由外层-中间层-绝缘层-中间层-内层组成的五层结构。
为了有效地防止短路同时考虑到伸长率，优选将绝缘层置于第一层与第二层之间。特别地，外层-中间层-绝缘层-内层或外层-绝缘层-中间层-内层的四层结构是优选的。
在此，外层优选具有抵抗外部环境的优异抗性，并且可以由具有预定拉伸强度和耐候性的耐候性聚合物组成。例如，外层可以由聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚萘二甲酸乙二酯(PEN)或尼龙组成。当层压片具有三层结构并且第一层为聚合物层时，第一层也可以由以上材料组成。
中间层可以为金属层以防止诸如气体、湿气等的材料进入或泄露，并且提高外壳的强度。例如，中间层可以由选自如下的金属或其合金组成：铝(Al)、铁(Fe)、铜(Cu)、锡(Sn)、镍(Ni)、钴(Co)、银(Ag)、不锈钢、碳(C)、铬(Cr)、锰(Mn)和钛(Ti)，但本实用新型不限于此。当层压片具有三层结构时，金属层可以有上述材料组成。
内层优选由热固性聚合物组成，所述热固性聚合物具有热固性(热粘结性)和低吸湿性以抑制电解质的引入，并且不会膨胀或被腐蚀。例如，热固性聚合物可以为聚烯烃类树脂，更特别地为流延聚丙烯(CPP)树脂。当层压片具有三层结构并且第二层为聚合物层时，第二层可以由以上材料组成。
另外，本实用新型提供包含二次电池用外壳、电极组件和电解质的二次电池，所述外壳由包含绝缘层的层压片组成。二次电池没有具体限制并且可以特别地为其中利用包含锂盐的电解质对电极组件进行浸渍的锂二次电池。
电极组件包含正极和负极，使得充放电是可能的。例如，电极组件可以具有其中将正极、负极和在正极与负极之间的隔膜进行层压的折叠型(果冻卷型)、堆叠型或堆叠/折叠型结构。电极组件的正极耳片和负极耳片可以直接或通过连接电极耳片的单独引线突出到电池的外侧。
通过如下制造正极：将正极活性材料、导电材料和粘合剂的混合物涂布在正极集电器上，并且对涂布的正极集电器进行干燥和压制。根据需要，混合物可以还包含填料。
正极集电器通常制成3μm～500μm的厚度。正极集电器没有特别限制，只要其在制造的二次电池中不引起化学变化且具有高导电性即可。例如，正极集电器可以由不锈钢，铝，镍，钛，烧结碳，或者用碳、镍、钛、银等进行表面处理的铝或不锈钢等制成。正极集电器可以在其表面具有微小的不规则处，以增加正极活性材料与正极集电器之间的粘附性。另外，可以以包括膜、片、箔、网、多孔结构、泡沫和无纺布的各种形式中的任一种使用正极集电器。
正极活性材料的实例包括：层状化合物如锂钴氧化物(LiCoO2)和锂镍氧化物(LiNiO2)，或者用一种或多种过渡金属取代的化合物；锂锰氧化物如式Li1+xMn2-xO4的化合物，其中0≤x≤0.33，LiMnO3，LiMn2O3和LiMnO2；锂铜氧化物(Li2CuO2)；钒氧化物如LiV3O8、LiV3O4、V2O5和Cu2V2O7；具有式LiNi1-xMxO2的Ni位点型锂镍氧化物，其中M＝Co、Mn、Al、Cu、Fe、Mg、B或Ga且0.01≤x≤0.3；具有式LiMn2-xMxO2的的锂锰复合氧化物，其中M＝Co、Ni、Fe、Cr、Zn或Ta，且0.01≤x≤0.1，或具有式Li2Mn3MO8的锂锰复合氧化物，其中M＝Fe、Co、Ni、Cu或Zn；由LiNixMn2-xO4表示的尖晶石结构的锂锰复合氧化物；其中一些Li原子被用碱土金属离子取代的LiMn2O4；二硫化物化合物；和Fe2(MoO4)3，但本实用新型不限于此。
相对于包含正极活性材料的混合物的总重量，通常以1重量％～30重量％的量添加导电材料。对于导电材料没有特别限制，只要其在制造的电池中不引起化学变化并具有导电性而即可。导电材料的实例包括石墨如天然石墨或人造石墨；炭黑类如炭黑、乙炔黑、科琴黑、槽法炭黑、炉黑、灯黑和热裂法炭黑；导电纤维如碳纤维和金属纤维；金属粉末如氟化碳粉末、铝粉和镍粉；导电晶须如氧化锌和钛酸钾；导电金属氧化物如二氧化钛；以及聚亚苯基衍生物。
粘合剂是有助于活性材料与导电材料之间的粘合及电极活性材料对集电器的粘合的成分。相对于包含正极活性材料的混合物的总重量，通常以1重量％～30重量％的量添加粘合剂。粘合剂的实例包括聚偏二氟乙烯、聚乙烯醇、羧甲基纤维素(CMC)、淀粉、羟丙基纤维素、再生纤维素、聚乙烯基吡咯烷酮、四氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、乙烯-丙烯-二烯三元共聚物(EPDM)、磺化的EPDM、丁苯橡胶、氟橡胶和各种共聚物。
任选地使用填料作为抑制正极膨胀的成分。填料没有特别限制，只要其为在制造的电池中不引起化学变化的纤维材料即可。填料的实例包括烯烃系聚合物如聚乙烯和聚丙烯；以及纤维材料如玻璃纤维和碳纤维。
通过在负极集电器上对负极活性材料进行涂布、干燥和压制而制造负极，并且根据需要，还可以选择性地包含导电材料、粘合剂、填料等。
负极集电器通常制成3μm～500μm的厚度。负极集电器没有特别限制，只要其在制造的二次电池中不引起化学变化并具有导电性即可。例如，负极集电器可以由铜，不锈钢，铝，镍，钛，烧结碳，用碳、镍、钛或银进行表面处理的铜或不锈钢，和铝-镉合金制成。与正极集电器类似，负极集电器也可以在其表面上具有微小的不规则处以增加负极集电器和负极活性材料之间的粘附性。另外，可以以包括膜、片、箔、网、多孔结构、泡沫和无纺布的各种形式使用负极集电器。
作为负极活性材料，例如可以使用：碳如硬碳、石墨系碳；金属复合氧化物如LixFe2O3(0≤x≤1)、LixWO2(其中0≤x≤1)、SnxMe1-xMe’yOz(其中Me：Mn，Fe，Pb或Ge；Me’：Al，B，P，Si，第I、II和III族元素，或者卤素；0<x≤1；1≤y≤3；且1≤z≤8)；锂金属；锂合金；硅系合金；锡系合金；金属氧化物如SnO、SnO2、PbO、PbO2、Pb2O3、Pb3O4、Sb2O3、Sb2O4、Sb2O5、GeO、GeO2、Bi2O3、Bi2O4和Bi2O5；导电聚合物如聚乙炔；和Li-Co-Ni系材料；等。
将隔膜置于正极与负极之间。作为隔膜，使用具有高离子渗透性和机械强度的绝缘薄膜。隔膜的孔径通常为0.01μm～10μm且其厚度通常为5μm～300μm。这种隔膜的实例包括由烯烃聚合物如聚丙烯制成的片或无纺布、具有耐化学性和疏水性的玻璃纤维或聚乙烯、牛皮纸等。当将固体电解质用作电解质时，固体电解质也充当隔膜。
电解质可以为含锂盐的非水电解质，含锂盐的非水电解质由非水电解质和锂盐组成，非水电解质的实例包括非水有机溶剂、有机固体电解质、无机固体电解质等，但本实用新型不限于此。
非水有机溶剂的实例包括非质子有机溶剂如N-甲基-2-吡咯烷酮、碳酸亚丙酯、碳酸亚乙酯、碳酸亚丁酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、γ-丁内酯、1,2-二甲氧基乙烷、四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃、二甲基亚砜、1,3-二氧戊环、甲酰胺、二甲基甲酰胺、二氧戊环、乙腈、硝基甲烷、甲酸甲酯、乙酸甲酯、磷酸三酯、三甲氧基甲烷、二氧戊环衍生物、环丁砜、甲基环丁砜、1,3-二甲基-2-咪唑啉酮、碳酸亚丙酯衍生物、四氢呋喃衍生物、醚、丙酸甲酯和丙酸乙酯等。
有机固体电解质的实例包括但不限于聚乙烯衍生物、聚环氧乙烷衍生物、聚环氧丙烷衍生物、磷酸酯聚合物、聚搅动赖氨酸、聚酯硫化物、聚乙烯基醇、聚偏二氟乙烯和含有离子性离解基团的聚合剂。
无机固体电解质的实例包括但不限于锂(Li)的氮化物、卤化物和硫酸盐如Li3N、LiI、Li5NI2、Li3N-LiI-LiOH、LiSiO4、LiSiO4-LiI-LiOH、Li2SiS3、Li4SiO4、Li4SiO4-LiI-LiOH和Li3PO4-Li2S-SiS2。
锂盐是易溶于非水电解质的材料。其实例包括但不限于LiCl、LiBr、LiI、LiClO4、LiBF4、LiB10Cl10、LiPF6、LiCF3SO3、LiCF3CO2、LiAsF6、LiSbF6、LiAlCl4、CH3SO3Li、(CF3SO2)2NLi、氯硼烷锂、低级脂族羧酸锂、四苯基硼酸锂和亚氨基锂。
另外，为了改善充放电特性和阻燃性，例如，可以向电解质中添加吡啶、亚磷酸三乙酯、三乙醇胺、环醚、乙二胺、正甘醇二甲醚、六磷酰三胺(hexaphosphorictriamide)、硝基苯衍生物、硫、醌亚胺染料、N-取代的唑烷酮、N,N-取代的咪唑烷、乙二醇二烷基醚、铵盐、吡咯、2-甲氧基乙醇、三氯化铝等。如果必要的话，为了赋予不燃性，电解质可以还包含含卤素的溶剂如四氯化碳、三氟乙烯。此外，为了提高高温存储特性，电解质可以还包含二氧化碳气体、氟代碳酸亚乙酯(FEC)、丙烯磺酸内酯(PRS)等。
在具体实施方式中，通过将锂盐如LiPF6、LiClO4、LiBF4、LiN(SO2CF3)2添加到包含作为高介电溶剂和环状碳酸酯的EC或PC和作为低粘度溶剂和线性碳酸酯的DEC、DMC或EMC的混合溶剂中可以制备含锂盐的非水电解质。
本实用新型提供包含所述二次电池的电池组和包含所述电池组的装置。
在此，所述装置的实例包括但不限于移动电话、便携式计算机、智能电话、平板电脑、智能平板、上网本、轻型电动车辆(LEV)、电机驱动的电动工具；电动车辆(EV)、混合电动车辆(HEV)和插电式混合电动车辆(PHEV)；电动两轮车辆如电动自行车和电动踏板车；电动高尔夫球车；和电力储存系统。
这种装置的结构及其制造方法在本领域中是公知的，因此在本说明书中省略其详细说明。
有益效果
如上所述，根据本实用新型的二次电池用外壳包含具有10％的伸长率的绝缘层，且因此即使当从外面向外壳施加物理力如针刺、压缩、冲击等时，绝缘层也会伸长。因此，可以防止正极和负极的短路，由此可以抑制着火，从而提高电池安全性。
附图说明
参照附图，由下面的详细说明将会更加清楚地理解本实用新型的以上和其它目的、特征及其它优点，其中：
图1说明根据本实用新型实施方式的二次电池用外壳的局部横截面图；
图2说明根据本实用新型另一个实施方式的二次电池用外壳的局部横截面图；
图3说明根据本实用新型另一个实施方式的二次电池用外壳的局部横截面图；和
图4说明当利用针状导体将使用图1的外壳的二次电池刺入时最外面部分的局部横截面图。
具体实施方式
现在，将参照附图对本实用新型进行更详细地说明。这些实施例仅为了说明目的而提供并且不应被解释为限制本实用新型的范围和主旨。
图1～3示意性示出根据本实用新型实施方式的二次电池用外壳100、200和300的局部横截面图。
首先，参照图1，外壳100包含外层101、内层103和中间层102，并且由四层层压片组成，所述层压片还包含在内层103与中间层102之间的绝缘层104，所述绝缘层104具有10％以上的伸长率以确保抵抗外力的安全性。
特别地，外层101由聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚萘二甲酸乙二酯(PEN)或尼龙组成，内层103由聚烯烃类树脂组成，并且中间层102由选自如下的金属或其合金组成：铝(Al)、铁(Fe)、铜(Cu)、锡(Sn)、镍(Ni)、钴(Co)、银(Ag)、不锈钢、碳(C)、铬(Cr)、锰(Mn)和钛(Ti)。
同时，作为具有高伸长率和确保的电池安全性的绝缘材料的绝缘层104没有具体限制，只要确保高伸长率并且由作为主要成分的选自聚氨酯类树脂、环氧树脂、氟树脂、聚酰亚胺类树脂、聚酯类树脂、聚烯烃类树脂和酚醛树脂中的至少一种树脂或选自聚氨酯纤维和芳族聚酰胺纤维中的至少一种纤维组成即可。所述绝缘层104具有200gf以上的穿刺强度。
参照图1、2和3，示出了其中绝缘层204和304的位置不同的由层压片组成的外壳200和300的局部横截面图。
特别地，在图2中，外壳200包含外层201、内层203和中间层202，并且由四层层压片组成，所述层压片还包含在外层201与中间层202之间的绝缘层204，所述绝缘层204具有10％以上的伸长率以确保抵抗外力的安全性。在图3中，外壳300包含外层301、内层303和中间层302，并且由四层层压片组成，所述层压片还在外层301的外面包含作为最外层的绝缘层304，所述绝缘层304具有10％以上的伸长率以确保抵抗外力的安全性。
如在图1～3中所示，当使用包含绝缘层的外壳时，即使在从外面施加物理力诸如针刺、压缩、冲击等时，绝缘层也会伸长，由此防止正极和负极的短路，从而抑制着火并且提高电池安全性。
为了特别地说明这种功能，在图4中示出，利用针状导体130垂直刺入作为示例性实施方式的包含图1中示出的外壳100的二次电池120。
参照图4，二次电池200包含电极组件110和位于电极组件110的外层的外壳100，所述电极组件110局部地包含层压的正极113/隔膜112/负极111结构。然而，图4为局部地说明二次电池的图，并且因为二次电池的整体结构与本领域中已知的整体结构相同，所以没有将其单独示出。
当利用针状导体130垂直(a)刺入包含电极组件110和外壳100的二次电池200时，针状导体130以如下顺序依次刺入二次电池200：作为最外层的外壳100的外层101、中间层102、绝缘层104和内层103，以及构成电极组件的负极111、隔膜112和正极113。在此，针状导体130刺入二次电池200，同时由于对外壳100的层101、102、104和103中的每个的刺入力和摩擦力而引起在针状导体130的移动方向上的伸长。在此，外层101和中间层102不具有高伸长率，因此不会伸长到预定深度以上。另一方面，具有非常高的伸长率的根据本实用新型的绝缘层104以包裹针状导体130的形状非常深地伸长且然后被刺入。因此，绝缘层104防止针状导体130与电极111和113之间的直接接触，或正极113与负极111之间的直接接触。
因此，通过防止由于外力如利用针状导体130的刺入导致的二次电池200的热失控而引起的着火可以显著提高安全性。
现在，将参照以下实施例对本实用新型进行更详细的说明。这些实施例仅用于说明目的而提供并且不应解释为对本实用新型的范围和主旨的限制。
<实施例1>
将LiCoO2用作正极活性材料，且将96重量％的LiCoO2、2.0重量％的作为导电材料的乙炔黑(DenkaBlack)和2.0重量％的作为粘合剂的PVdF添加到作为溶剂的N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)中，从而制备正极混合物浆料。随后，在铝箔上对浆料进行涂布、干燥和压制，从而制造正极。
将人造石墨用作负极活性材料，且将96重量％的人造石墨、1重量％的作为导电材料的乙炔黑和3重量％的作为粘合剂的PVdF添加到作为溶剂的NMP中，从而制备负极混合物浆料。随后，在铜箔上对浆料进行涂布、干燥和压制，从而制造负极。
将具有16μm厚度的多孔聚乙烯膜置于正极与负极之间，从而制造电极组件。如在图1中所示，电极组件包埋在由层压片组成的根据本实用新型的外壳中，所示层压片具有外层/中间层/绝缘层/内层的结构。随后，将1MLiPF6碳酸酯系溶液注入电极组件中，从而完成二次电池。在此，作为绝缘层，使用了具有100％的伸长率和400gf的穿刺强度的聚氨酯树脂。
<比较例1>
以与实施例1中相同的方式制造了二次电池，不同之处在于，使用了由层压片组成的常规外壳作为电池壳，所述层压片具有外层/中间层/内层的结构。
<比较例2>
以与实施例1中相同的方式制造了二次电池，不同之处在于，使用了具有5％的伸长率和150gf的穿刺强度的聚氨酯树脂。
<试验例1>
将根据各实施例1和比较例1～2中的每个制造的20个二次电池完全充电至4.35V。如在图4中所示，使用针刺计利用具有2.5mm直径的由铁组成的钉子刺入各个电池的中间部分，并且对其着火进行观察。
在此，将钉子的刺入速度恒定地设定为12米/分钟。将结果总结于下表1中。
【表1】
着火
实施例1 没有着火
比较例1 着火
比较例2 着火
如在表1中所示，可以确认，在根据本实用新型的全部20个二次电池中都没有引起短路且因此没有发生着火，但在根据比较例1和2的大部分二次电池中观察到了短路和着火。
尽管已经出于说明目的而公开了本实用新型的优选实施方式，但本领域的技术人员将会理解，在不背离如在所附权利要求书中公开的本实用新型的范围和主旨的情况下，各种修改、添加和替换都是可能的。

Claims (19)

1.一种二次电池用外壳，其包含由多个层组成的层压片，其特征在于所述层压片包含伸长率为10％以上的绝缘层。
2.根据权利要求1所述的外壳，其特征在于所述绝缘层的伸长率为100％～200％。
3.根据权利要求1所述的外壳，其特征在于基于所述绝缘层的总重量，所述绝缘层包含80重量％以上的选自聚氨酯类树脂、环氧树脂、氟树脂、聚酰亚胺类树脂、聚酯类树脂、聚烯烃类树脂和酚醛树脂中的至少一种树脂或选自聚氨酯纤维和芳族聚酰胺纤维中的至少一种纤维。
4.根据权利要求3所述的外壳，其特征在于所述绝缘层由聚氨酯纤维和/或芳族聚酰胺纤维组成。
5.根据权利要求3所述的外壳，其特征在于所述绝缘层由如下物质的混合组合物组成：选自聚氨酯类树脂、环氧树脂、氟树脂、聚酰亚胺类树脂、聚酯类树脂、聚烯烃类树脂和酚醛树脂中的至少一种树脂或选自聚氨酯纤维和芳族聚酰胺纤维中的至少一种纤维，以及增塑剂。
6.根据权利要求1所述的外壳，其特征在于所述绝缘层的熔点为100℃以上。
7.根据权利要求1所述的外壳，其特征在于所述绝缘层的穿刺强度为200gf以上。
8.根据权利要求1所述的外壳，其特征在于所述绝缘层的厚度为1微米～150微米。
9.根据权利要求1所述的外壳，其特征在于所述层压片具有包含所述绝缘层的三层以上的结构。
10.根据权利要求9所述的外壳，其特征在于所述层压片由绝缘层、第一层和第二层组成，且所述绝缘层置于所述第一层和所述第二层之间。
11.根据权利要求9所述的外壳，其特征在于所述层压片由绝缘层、第一层和第二层组成，且所述绝缘层和所述第二层分别在所述第一层的一侧和另一侧上形成。
12.根据权利要求10或11所述的外壳，其特征在于所述第一层具有两层结构，所述两层结构包含由聚合物组成的外层和由金属组成的中间层。
13.根据权利要求12所述的外壳，其特征在于所述外层由聚对苯二甲酸乙二酯、聚萘二甲酸乙二酯或尼龙组成。
14.根据权利要求12所述的外壳，其特征在于所述中间层由选自如下的金属或其合金组成：铝、铁、铜、锡、镍、钴、银、不锈钢、碳、铬、锰和钛。
15.根据权利要求10或11所述的外壳，其特征在于所述第二层具有两层结构，所述两层结构包含由聚合物组成的内层和由金属组成的中间层。
16.根据权利要求15所述的外壳，其特征在于所述内层由聚烯烃类树脂组成。
17.根据权利要求15所述的外壳，其特征在于所述中间层由选自如下的金属或其合金组成：铝、铁、铜、锡、镍、钴、银、不锈钢、碳、铬、锰和钛。
18.一种二次电池，其特征在于其包含根据权利要求1所述的外壳、电极组件和电解质。
19.一种电池组，其特征在于其包含根据权利要求18所述的二次电池。
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