CN218525612U - 二次电池和包括二次电池的电池组 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及二次电池和包括该二次电池的电池组。根据本实用新型的一个实施方式的二次电池包括电极组件、包围该电极组件的电池盒以及位于电极组件与电池盒之间的密封构件，其中，该密封构件含有在所有方向上膨胀的溶胀聚合物颗粒。

Description

二次电池和包括二次电池的电池组

技术领域

相关申请的交叉引用

本申请要求于2020年1月17日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2020-0006802号的权益，该韩国专利申请的公开内容通过引用整体并入本文。

本公开内容涉及二次电池和包括该二次电池的电池组，并且更特别地，涉及具有提高的抗振动稳定性的二次电池和包括该二次电池的电池组。

背景技术

近来，随着对便携式电子产品例如笔记本电脑、视频摄像装置和移动电话的需求迅速增加并且电动车辆、储能电池、机器人、卫星等的发展在积极推进中，正在对将二次电池用作驱动电源进行大量研究。

安装在电池盒内的电极组件是具有阴极/隔离件/阳极堆叠结构的发电元件，该发电元件可以充电和放电，并且该电极组件被分类为卷绕型、堆叠型和堆叠/折叠型。卷绕型电极组件被配置成具有这样的结构，其中涂敷有活性材料的长片型阴极和长片型阳极在隔离件插入阴极与阳极之间的状态下卷绕；堆叠型电极组件被配置成具有这样的结构，其中具有预定尺寸的多个阴极和具有预定尺寸的多个阳极在隔离件插入阴极与阳极之间的状态下顺序地堆叠；以及堆叠/折叠型电极组件是卷绕型电极组件和堆叠型电极组件的组合。其中，卷绕型电极组件的优点在于制造容易并且每单位质量的能量密度高。

这样的二次电池包括例如镍镉电池、镍氢电池、镍锌电池、锂二次电池等。由于其中的锂二次电池的优点在于其与镍基二次电池相比几乎不具有记忆效应，并且因此可以对其进行自由充电和放电并且其具有非常低的自放电率、高操作电压以及每单位重量的高能量密度，因此，锂二次电池被广泛地用于先进电子设备领域中。

基于电池盒的形状，二次电池可以被分类为其中电极组件安装在圆筒形金属罐中的圆筒形电池、其中电极组件安装在棱柱形金属罐中的棱柱形电池或者其中电极组件安装在由铝层压板形成的袋状壳体中的袋状电池。其中，圆筒形电池的优点在于其具有相对大的容量并且结构上稳定。然而，当圆筒形电池用于电动工具领域时，二次电池中电极组件的移动根据使用环境而发生，并且因此可能难以确保电池的稳定性。当这样的电极组件在没有任何特殊措施的情况下受到振动和冲击时，损坏可能发生于电极组件或内部部件，从而导致性能的下降。

因此，需要开发即使在受到强烈振动或冲击时也可以保持其性能的二次电池。

实用新型内容

技术问题

本公开内容的目的是提供一种具有提高的抗振动稳定性的二次电池和包括该二次电池的电池组。

然而，要由本公开内容的实施方式解决的问题不限于上述问题，并且可以在本公开内容中包括的技术构想的范围内进行各种扩展。

技术方案

根据本公开内容的一个实施方式的二次电池包括：电极组件、围绕电极组件的电池盒以及位于电极组件与电池盒之间的密封构件，其中，该密封构件含有在所有方向上膨胀的溶胀聚合物颗粒。

密封构件可以具有涂敷至粘合剂层上的溶胀聚合物颗粒。

溶胀聚合物颗粒可以吸收电解质溶液并在所有方向上膨胀。

粘合剂层可以与电极组件接触。

溶胀聚合物颗粒可以包括超吸收性聚合物。

溶胀聚合物颗粒可以与聚氨酯材料或聚丙烯酸酯材料混合以形成膜层。

膜层可以在粘合剂层的表面方向和垂直于表面方向的方向上膨胀。

密封构件可以填充电极组件与电池盒之间的间隙。

密封构件可以包括彼此分开的多个子密封构件。

电池盒可以是圆筒形的。

根据本公开内容的另一实施方式的二次电池可以包括上述二次电池。

有益效果

根据本公开内容的实施方式，可以吸收电解质溶液并在所有方向上膨胀的聚合物颗粒可以形成为膜以填充二次电池的电极组件与电池盒之间的间隙，从而提高电池抗振动稳定性。

附图说明

图1是根据本公开内容的一个实施方式的二次电池的截面透视图。

图2是示出图1的二次电池的电极组件的卷绕状态的透视图。

图3是示出与图2的二次电池的电极组件附接的密封构件的截面图。

图4是示出根据比较示例的密封构件的截面图。

图5是示出根据本公开内容的另一示例性实施方式的二次电池的电极组件的卷绕状态的透视图。

具体实施方式

在下文中，将参照附图详细地描述本公开内容的各种实施方式，使得本领域技术人员能够容易地实现它们。本公开内容可以以各种不同的方式进行修改，并且不限于本文中阐述的实施方式。

与描述无关的部分将被省略以清楚地描述本公开内容，并且贯穿本说明书，相同的附图标记表示相同的元件。

此外，在附图中，每个元件的尺寸和厚度出于描述方便而任意示出，并且本公开内容不必限于附图中所示出的那些。在附图中，出于清楚起见，夸大了层、区域等的厚度。在附图中，出于描述方便，一些层和区域的厚度被夸大地示出。

另外，应当理解，当元件例如层、膜、区域或板被称为“在”另一个元件“上”或“上方”时，它可以直接在另一个元件上或也可以存在中间元件。相比之下，当一个元件被称为“直接在”另一个元件“上”时，这意指不存在其他中间元件。此外，词语“在……上”或“在……上方”意指设置在参考部分上或参考部分下方，并不一定意指设置在参考部分的朝向重力相反方向的上端上。

此外，贯穿本说明书，当一部分被称为“包括”某个部件时，意指该部分还可以包括其他部件，而不排除其他部件，除非另有说明。

此外，贯穿本说明书，当称为“平面”时，意指当从上侧观察目标部分时，以及当称为“截面”时，意指当从竖直切割的截面的侧面观察目标部分时。

图1是根据本公开内容的一个实施方式的二次电池100的截面透视图。

参照图1，根据本实施方式的二次电池100包括卷绕型电极组件120、位于电极组件120的顶部处的顶部绝缘体160以及位于电极组件120的底部处的底部绝缘体170。

电极组件120具有卷绕型结构，在该卷绕型结构中阴极121和阳极 123以隔离件122插入其间的方式卷绕，并且中心销150可以插入电极组件120的中心部分中。

根据本公开内容的实施方式的二次电池100可以通过以下来形成：将电极组件120容纳在电池盒130中，将电解质溶液注入电池盒130中，并且然后将盖组件140连接至电池盒130的顶部。在本实施方式中，电池盒 130可以是圆筒形的。

此时，电池盒130可以包括卷边部132和压接部133。卷边部132是指电池盒130的一部分沿电极组件120的中心方向凹陷的部分，该部分用于盖组件140的稳定耦接并防止电极组件120的流动。压接部133位于卷边部132上方并且是指围绕盖组件140的部分，该部分用于盖组件140的稳定耦接。

盖组件140可以包括形成阴极端子的顶盖141、与从电极组件120向上延伸的阴极接片144连接的盖板142、以及气密垫圈143。

气密垫圈143安装在压接部133和卷边部132的上内表面上，从而增加盖组件140与电池盒130之间的密封力。

如上所述，阴极接片144可以从电极组件120向上延伸。具体地，阴极接片144可以从电极组件120的阴极121延伸。

阴极接片144连接至盖板142，使得顶盖141可以操作为阴极端子。开口161形成在顶部绝缘体160中，并且阴极接片144可以穿过开口161 以连接至盖板142。

中心销150通常含有金属材料以赋予预定的强度，并且形成为其中将板材弯曲成圆形的圆筒形结构。除了自发热之外，中心销150还可以用作用于固定和支承电极组件120并在进行充电/放电和操作期间释放由内部反应生成的气体的通道。

另一方面，注入电池盒130中的电解质溶液可以是含锂盐的非水性电解质溶液，并且该含锂盐的非水性电解质溶液由非水性电解质溶液和锂盐组成。本文中使用的非水性电解液包括非水性有机溶剂、有机固体电解液、无机固体电解液等，但不限于此。

作为非水性电解液的示例，可以提及非质子有机溶剂，例如，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-咪唑烷酮、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。

有机固体电解液的示例包括聚乙烯衍生物、聚环氧乙烷衍生物、聚环氧丙烷衍生物、磷酸酯聚合物、聚糖化赖氨酸、聚酯硫化物、聚乙烯醇、聚偏二氟乙烯和含有离子解离基团的聚合物。

无机固体电解液的示例包括锂(Li)的氮化物、卤化物和硫酸盐，例如Li₃N、LiI、Li₅NI₂、Li₃N-LiI-LiOH、LiSiO₄、LiSiO₄-LiI-LiOH、Li₂SiS₃、 Li₄SiO₄、Li₄SiO₄-LiI-LiOH、Li₃PO₄-Li₂S-SiS₂。

锂盐是易溶于上述非水性电解液的材料。锂盐可以包括：例如，LiCl、 LiBr、LiI、LiClO₄、LiBF₄、LiB₁₀Cl₁₀、LiPF₆、LiCF₃SO₃、LiCF₃CO₂、LiAsF₆、 LiSbF₆、LiAlCl₄、CH₃SO₃Li、CF₃SO₃Li、(CF₃SO₂)₂NLi、氯硼烷锂、低脂肪族羧酸锂、四苯基硼酸锂和酰亚胺。

另外，为了提高充电/放电特性和阻燃性，非水性电解液还可以包括：例如，吡啶、亚磷酸三乙酯、三乙醇胺、环醚、乙二胺、n-甘醇二甲醚、六磷酸三酰胺、硝基苯衍生物、硫、醌亚胺染料、N-取代的恶唑烷酮、 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。在一些情况下，为了赋予不燃性，电解液还可以包括含卤素的溶剂，例如四氯化碳和三氟化乙烯。此外，为了提高高温保持特性，电解液还可以包括二氧化碳气体。另外，电解液还可以包括氟代碳酸乙烯酯 (FEC)、丙烯磺内酯(PRS)等。

在一个具体示例中，将锂盐例如LiPF₆、LiClO₄、LiBF₄和LiN(SO₂CF₃)₂添加至EC或PC的环状碳酸酯作为高介电溶剂与DEC、DMC或EMC的线性碳酸酯作为低粘度溶剂的混合溶剂，以制备含锂盐的非水性电解液。

图2是示出图1的二次电池的电极组件的卷绕状态的透视图。

参照图2，根据本公开内容的一个实施方式的二次电池包括密封构件 230，该密封构件230位于电极组件120的外周表面上，电极组件120包括阴极121、阳极123和隔离件122。密封构件230位于电极组件120与电池盒130之间。根据本实施方式的密封构件230含有在所有方向上膨胀的溶胀聚合物颗粒。

图2中的密封构件230以与电极组件120的外周表面的顶部和底部分开定位的形式示出，但是这是为了描述方便，并且可以被定位成围绕电极组件120的整个外周表面。

电极组件120可以具有位于密封构件230的至少一部分与电极组件 120的外周表面之间的电极接片。

电极接片包括附接至阳极123的阳极接片164以及附接至阴极121的阴极接片144。在图2中，阳极接片164附接至电极组件120的外周表面，使得阳极接片164位于密封构件230的至少一部分与电极组件120的外周表面之间，并且阴极接片144被示出为位于电极组件120的中心部分处。然而，不言而喻，阴极接片144可以附接至电极组件120的外周表面并且阳极接片164可以位于电极组件120的中心部分处。另外，尽管未示出，但是对于高功率模型，可以附加地附接一个或更多个阴极接片和阳极接片。

密封构件230的至少一部分可以粘附至电极组件120的外周表面的结束部155，并且该结束部155可以位于隔离件122的最外端处。由于密封构件230的至少一部分被压靠在电极组件120上，同时覆盖结束部155，因此可以保持电极组件120的卷绕状态，并且可以防止其中电极组件120 由于内部应力而未卷绕的现象。

图3是示出与图2的二次电池的电极组件附接的密封构件的截面图。

参照图2和图3，根据本实施方式的密封构件230可以形成这样的结构，其中溶胀聚合物颗粒230b被涂敷至粘合剂层230a上以形成膜层。粘合剂层230a的下表面可以与电极组件120接触。此时，当吸收电解质溶液时，溶胀聚合物颗粒230b可以在多个方向上膨胀。具体地，溶胀聚合物颗粒230b不仅基于平行于粘合剂层230a的表面在水平方向和竖直方向上膨胀，而且还可以在垂直于粘合剂层230a的方向上膨胀。因此，如图3 的右侧所示，可以示出其中溶胀聚合物颗粒230b'相对膨胀的状态。

如上所述，由于根据本实施方式的密封构件230吸收电解质溶液并在多个方向上膨胀，因此可以均匀地填充图1的电极组件120与电池盒130 之间的间隙，使得二次电池可以提高抗振动稳定性。

根据本实施方式的密封构件230可以通过将溶胀聚合物颗粒230b涂敷至粘合剂层230a上来形成。溶胀聚合物颗粒230b可以是超吸收性聚合物(SAP)。

在修改的实施方式中，密封构件230可以通过以下步骤形成。

首先，将聚合物树脂单体与溶胀聚合物颗粒混合并聚合，并且然后形成含有溶胀聚合物颗粒的聚合物树脂膜。聚合物树脂可以由不与电解质溶液反应的芳香族异氰酸酯化合物、多元醇化合物、丙烯酸基化合物或氟基化合物组成。树脂的聚合可以与聚氨酯、丙烯酸酯聚合、聚偏二氟乙烯 (PVDF)聚合方法等相同。此后，将丙烯酸基粘合剂涂敷至含有溶胀聚合物颗粒的聚合物膜上，以制备溶胀胶带。

因此，可以在与诸如聚氨酯和聚丙烯酸酯的其他聚合物材料混合的状态下将溶胀聚合物颗粒230b涂敷至粘合剂层230a上，从而形成膜层。当以这种方式将溶胀聚合物颗粒230b与诸如聚氨酯的其他聚合物材料混合以形成膜层时，溶胀聚合物颗粒与聚合物材料基质之间的相溶性极好，使得可以稳定地形成膜。由于基质在表面方向上溶胀并且溶胀聚合物颗粒可在所有方向上溶胀，因此可以使溶胀效果最大化。此外，根据修改的实施方式，通过将溶胀聚合物颗粒简单地涂敷至粘合剂层上，可以防止在组装电池单元之后溶胀聚合物颗粒由于电解质溶液而与密封构件分开。

图4是示出根据比较示例的密封构件的截面图。

参照图4，当密封构件230形成有其中聚合物膜23b附接在粘合剂层 23a上的结构时，密封构件230仅在一侧的方向上膨胀，该侧是平行于粘合剂层23a的表面，使得形成具有褶皱的粘合剂层23a'和聚合物膜23b'。由于电极组件与电池盒之间的间隙被褶皱结构所填充，因此难以牢固地固定电极组件。例如，根据比较示例的聚合物膜23b可以由含有酯基或羧基的聚合物材料、聚二氟乙烯、聚丁二烯和聚异戊二烯中的任一种形成。

图5是示出根据本公开内容的另一示例性实施方式的二次电池的电极组件的卷绕状态的透视图。由于图5的实施方式与参照图2描述的实施方式几乎相同，因此下面将仅描述具有差异的部分。

参照图5，根据本实施方式的密封构件330以规则的间隔彼此分开并且附接至电极组件120的外周表面。具体地，密封构件330由彼此分开的多个子密封构件制成，并且子密封构件可以附接至电极组件120的特定区域以覆盖结束部155。子密封构件的前表面可以形成为方形形状。优选地，子密封构件的前表面可以形成为竖直长的矩形形状以实现均匀的形状。

除了上述差异之外，图2中描述的内容适用于所有本实施方式。

上述根据本示例性实施方式的二次电池可以安装在一个或更多个框架上以形成电池组。上述二次电池或电池组可以应用于各种设备。这些设备可以应用于运输工具例如电动自行车、电动车辆、混合动力车辆，但是本公开内容不限于此，并且这些设备可以应用于可以使用电池模块或使用包括电池模块的电池组的各种设备。

尽管上面已经详细描述了本公开内容的优选实施方式，但是本公开内容的范围不限于此，并且本领域技术人员使用所附权利要求中定义的本公开内容基本概念进行的各种修改和改进也属于权利的范围。

附图标记说明

100：二次电池

120：电极组件

230：密封构件

144：阴极接片

164：阳极接片

230a：粘合剂层

230b：溶胀聚合物颗粒

Claims (10)

1.一种二次电池，包括：

电极组件，以及

围绕所述电极组件的电池盒，

其特征在于，所述二次电池还包括位于所述电极组件与所述电池盒之间的密封构件，

其中，所述密封构件含有在所有方向上膨胀的溶胀聚合物颗粒。

2.根据权利要求1所述的二次电池，

其特征在于，所述密封构件具有涂敷至粘合剂层上的所述溶胀聚合物颗粒。

3.根据权利要求2所述的二次电池，

其特征在于，所述溶胀聚合物颗粒吸收电解质溶液。

4.根据权利要求3所述的二次电池，

其特征在于，所述粘合剂层与所述电极组件接触。

5.根据权利要求3所述的二次电池，

其特征在于，所述溶胀聚合物颗粒包括超吸收性聚合物。

6.根据权利要求2所述的二次电池，

其特征在于，所述溶胀聚合物颗粒在所述粘合剂层的表面方向和垂直于所述表面方向的方向上膨胀。

7.根据权利要求1所述的二次电池，

其特征在于，所述密封构件填充所述电极组件与所述电池盒之间的间隙。

8.根据权利要求1所述的二次电池，

其特征在于，所述密封构件包括彼此分开的多个子密封构件。

9.根据权利要求1所述的二次电池，

其特征在于，所述电池盒是圆筒形的。

10.一种电池组，其特征在于，所述电池组包括根据权利要求1所述的二次电池。

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