CN220652296U - 纽扣型二次电池和二次电池模块 - Google Patents

Abstract

纽扣型二次电池和二次电池模块。本实用新型涉及一种纽扣型二次电池，当电极组件安装在下罐上并注入电解质时，对上罐进行压配合并联接到下罐，使得上壁部分位于下壁部分内侧，下罐具有沿平坦的下表面的周边向上形成的上壁部分，上罐具有沿平坦的上表面的周边向下形成的下壁部分。纽扣型二次电池的特征在于，其包括：电极组件；垫圈，其被设置在上罐与下罐之间以提供电绝缘；顶部绝缘体，其是电绝缘的并被设置为覆盖电极组件的上表面，并通过吸收电解质而使体积膨胀；以及底部绝缘体，其是电绝缘的并被设置为覆盖电极组件的下表面，并通过吸收该电解质而使体积膨胀，其中，顶部绝缘体和底部绝缘体中的至少一个的表面涂覆有防止热收缩的保护层。

Description

纽扣型二次电池和二次电池模块

相关申请的交叉引用

本申请要求于2021年10月14日提交的韩国专利申请No.10-2021-0136974的优先权，其全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本实用新型涉及一种具有直径大于高度的形状的纽扣型二次电池，并且更具体地，涉及一种纽扣型二次电池，其中顶部绝缘体和底部绝缘体吸收电解质以便膨胀，从而减小传递到电极组件的冲击和振动，并且防止由于冲击而导致的短路发展成火灾或爆炸。

背景技术

通常用作硬币型电池或纽扣型电池的纽扣型电池具有薄的纽扣形状，并且广泛用于诸如遥控器、时钟、玩具、计算机部件等的各种设备中。

这种纽扣型电池主要被制造为不可再充电的一次电池，但是也被广泛地制造为随着小型化设备的发展而可充电和可放电的二次电池。此外，如圆柱形或袋型二次电池那样，纽扣型二次电池还具有其中电极组件和电解质嵌入在壳体中以重复进行充电和放电的结构。

纽扣型电池壳体通常采用压配合方法和焊接方法，在压配合方法中，上罐被压配合到下罐中，在焊接方法中，顶板被焊接到下罐的顶面以与压配合方法中的高度相比减小了高度。

通常，焊接连接方法具有下罐和顶板通过焊接彼此联接的结构。这里，下罐具有片状形状，并且顶板被制造成能够安放在下罐上的圆盘形状，使得边缘部分在被安放在下罐上的状态下通过缝焊联接。

这里，连接到正极接头的正极端子联接到顶板，并且正极端子和顶板通过垫圈彼此绝缘。正极端子可以以铆接方法或热熔合方法联接到顶板，在铆接方法中，正极端子的上端和下端在穿过顶板时直径膨胀，在热熔合方法中，垫圈在正极端子的一部分穿过顶板以将顶板和正极端子彼此固定的状态下热熔合。

并且，如图1所示，在压配合方法中，上罐30被压配合到下罐20中，以便彼此联接。在压配合方法中，上罐30和下罐20被制造成片状形状(schale shape)(直径大于高度的平坦圆柱形形状)。这里，上罐30的直径稍微大于下罐20的直径。在电极组件10安装在下罐20上的状态下，在负极接头12和正极接头11分别焊接到下罐20和上罐30之后，当电解质注入到下罐20中时，上罐被压配合并联接到下罐20上。这里，垫圈40插入在彼此面对的上罐30的上侧壁32和下罐20的下侧壁22之间，上侧壁32和下侧壁22，以使上罐30和下罐20彼此电绝缘。

此外，电极组件10以隔膜，负极，隔膜和正极的顺序(或其它预定顺序)放入并卷绕在旋转芯上，并具有其中当芯分离时形成中心孔10a的平坦圆柱形结构。

此外，在电极组件10中，从负极延伸的负极接头12和从正极延伸的正极接头11分别从顶面和底面突出。而且，根据上述联接方法，负极接头12接合到下罐20的底面21，正极接头11接合到上罐30的顶面31或正极端子。

因此，下罐20具有负极性，并且上罐30具有正极性。这里，由于电极组件10处于正极、隔膜和负极被卷绕的状态下，因此由绝缘材料制成的顶部绝缘体1和底部绝缘体2，分别层叠或附接在电极组件10的顶面和底面上，以防止设置在电极组件10中的负极与上罐30接触，并防止设置在电极组件中的正极与下罐20接触。

不管是压配合方法还是焊接方法，电极组件10都嵌入上述下罐20中。此外，当施加外部冲击或振动时，存在的问题是冲击或振动直接传递到电极组件10，或者电极组件10由于下罐20和上罐30中的每一个的挤压而损坏或变形。

特别地，由于正极接头11和负极接头12在焊接期间中可能弯曲，因此如果电极组件10由于冲击和振动而连续地摇动，则存在正极接头11或负极接头12断开的问题。

此外，当在制造电极组件10之后去除芯时，存在由于电极组件10的中心孔10a附近的冲击和振动而引起的变形的可能性进一步增加的问题。

实用新型内容

技术问题

因此，本实用新型的主要目的是提供一种纽扣型二次电池，该纽扣型二次电池具有对外部冲击更坚固并且能够缓冲传递到电极组件的冲击的结构(通过填充上罐和顶部绝缘体之间以及底部绝缘体和下罐之间的内部空间)。

此外，本实用新型的另一个目的是提供一种纽扣型二次电池，其中在顶部绝缘体和底部绝缘体的每一个的表面上施加保护层以防止热收缩发生，从而防止火灾或爆炸发生。

技术方案

为了实现上述目的，本实用新型提供了一种纽扣型二次电池，在该纽扣型二次电池中，当电极组件安装在下罐上并注入电解质时，压配合并连接上罐，使得所述上侧壁设置在下侧壁内侧，在所述下罐上沿平坦的底面的周边向上形成上侧壁，在所述上罐上沿平坦的顶面的周边向下形成所述下侧壁，所述纽扣型二次电池包括：电极组件，该电极组件通过卷绕负极、隔膜和正极而制造，并且负极接头向下延伸，而正极接头向上延伸；垫圈，该垫圈被设置在所述上罐与所述下罐之间以使所述上罐与所述下罐彼此电绝缘；顶部绝缘体，该顶部绝缘体被设置为覆盖所述电极组件的顶面，具有电绝缘，并且通过吸收所述电解质而使体积膨胀；以及底部绝缘体，该底部绝缘体被设置为覆盖所述电极组件的底面，具有电绝缘，并且通过吸收该电解质而使体积膨胀，其中，所述顶部绝缘体和所述底部绝缘体中的至少一个的表面涂覆有保护层，所述保护层被配置为防止热收缩发生。

被配置为防止热收缩发生的保护层可以被涂布到顶部绝缘体的面对上罐的表面和底部绝缘体的面对下罐的表面的全部。

被配置为防止热收缩发生的保护层可以被涂布到与所述顶部绝缘体的面对所述上罐的表面相对的表面和与所述底部绝缘体的面对所述下罐的表面相对的表面。

顶部绝缘体可以被配置为覆盖该电极组件的整个顶面，并且该底部绝缘体可以被设置为具有足以覆盖所述电极组件的整个底面的尺寸的板状。

保护层可以包括无机颗粒，所述无机颗粒被配置成为所述保护层提供耐热性。保护层可以通过混合无机颗粒和粘合剂聚合物来制造，将所述无机颗粒和粘结剂聚合物混合来制造，所述粘结剂聚合物提供结合力以粘合到所述顶部绝缘体的表面或所述底部绝缘体的表面。

当所述顶部绝缘体和所述底部绝缘体吸收所述电解质以便膨胀时，所述顶部绝缘体和所述底部绝缘体中的每一个可以膨胀以从上侧垂直向下弹性地按压所述电极组件。

所述顶部绝缘体和所述底部表面中的一个可以比所述顶部绝缘体和所述底部绝缘体中的另一个进一步垂直地膨胀。

所述顶部绝缘体或所述底部绝缘体中的特定部分可以涂覆有所述保护层，以具有大于所述顶部绝缘体或所述底部绝缘体中的各个其它部分的厚度。

此外，本实用新型还可以提供一种二次电池模块，在该二次电池模块中，具有上述特性的多个纽扣型二次电池彼此电连接。

有益效果

根据具有上述技术特征的本实用新型，由于底部绝缘体和顶部绝缘体膨胀以填充上罐和下罐内部的空间，所以可以缓冲传递到电极组件的外部冲击，并且可以减小由振动引起的影响。

因此，可以防止电极组件被损坏，并且可以进一步提高二次电池的耐久性。

此外，可以减少上罐和下罐中的每一个的变形程度。

由于底部绝缘体和顶部绝缘体在安装在电极组件上的状态下膨胀，因此不需要增加下罐的高度，从而防止体积不必要地增加。

用于防止热收缩的保护层可以施加在顶部绝缘体的顶面或两个表面上，以防止顶部绝缘体和/或底部绝缘体由于短路期间产生的热而热收缩。

因此，可以解决由于短路电流的增加(由于上罐与负极之间或下罐与正极之间的接触面积的增加)而引起的火灾或爆炸的问题。

附图说明

图1是根据现有技术的纽扣型二次电池的纵向截面图。

图2是根据本实用新型的纽扣型二次电池的纵向截面图，其示出了保护层被施加在顶部绝缘体和底部绝缘体中的每一个的表面上的状态。

图3是示出图2所示的顶部绝缘体和底部绝缘体通过吸收电解质而膨胀的状态的视图。

图4是根据本实用新型的电极组件的视图，其示出了顶部绝缘体和底部绝缘体膨胀之前(上图)和之后(下图)的阶段。

图5是示出根据现有技术将热量施加到未涂覆有保护层的顶部绝缘体和底部绝缘体的状态(上图)之前和之后，以及根据本实用新型将热量施加到涂覆有保护层的顶部绝缘体和底部绝缘体的状态(下图)之前和之后的视图。

图6是示出其中未涂覆有保护层的顶部绝缘体变形的状态(上图：A)和其中涂覆有保护层的顶部绝缘体在冲击杆在冲击测试期间撞击上罐时变形的状态(下图：B)的视图。

具体实施方式

在下文中，将参照附图以本实用新型所属领域的普通技术人员可以容易地实现本实用新型的技术思想的方式来详细描述本实用新型的优选实施方式。然而，本实用新型可以以不同的形式实施，并且不应该被解释为限于这里阐述的实施方式。

为了清楚地说明本公开，省略了与描述无关的部分，并且相同或相似的部件在整个说明书中被赋予相同的附图标记。

此外，在本说明书和权利要求书中使用的术语或词语不应被限制性地解释为一般含义或基于字典的含义，而应被解释为在发明人可以适当地定义术语的概念以便以最佳方式描述和解释他或她的实用新型的原则的基础上，符合本实用新型的范围的含义和概念。

本实用新型涉及一种纽扣型二次电池，该纽扣型二次电池具有比高度大的直径，并且其特征在于具有一种结构，在该结构中保护电极组件10免受外部冲击，并且即使发生短路，也不会发生火灾或爆炸。在下文中，将参照附图描述根据本实用新型的实施方式。

图2是根据本实用新型的纽扣型二次电池的纵向截面图，其示出了保护层被施加在顶部绝缘体50和底部绝缘体60中的每一个的表面上的状态，图3是示出图2所示的顶部绝缘体50和底部绝缘体60通过吸收电解质而膨胀的状态的视图，并且图4是根据本实用新型的电极组件的视图，其示出了顶部绝缘体50和底部绝缘体60膨胀之前(上图)和之后(下图)的阶段。

与根据现有技术的结构类似，设置在本实用新型的实施方式中的纽扣型二次电池具有这样的结构，其中当电极组件10安装在下罐20上时，上罐30被压配合以联接到下罐20，并且电解质被注入，并且该纽扣型二次电池包括电极组件10、下罐20、上罐30、垫圈40、顶部绝缘体50和底部绝缘体60。

电极组件10具有这样的结构，其中隔膜、负极、隔膜和正极按顺序(或按另一顺序)放入旋转芯中并绕旋转芯卷绕，使得隔膜、负极、隔膜和正极以层压状态卷绕，并且当芯在旋转后分离时，在其中形成中心孔10a。

此外，从负极延伸的负极接头12从电极组件10的底面突出，并且从正极延伸的正极接头11从电极组件10的顶面突出。也就是说，将电极组件10插入下罐20中(在一些情况下，可以沿相反方向插入)，使得负极接头12被放置在下侧，而正极接头11被放置在上侧。

下罐20形成为使得上侧壁22沿着其下表面21的周边垂直向上延伸，并且电极组件10安装在其内部空间中，然后注入电解质。此外，负极接头12焊接到底面21。可以通过将焊接激光照射到中心孔10a中来焊接负极接头12，或者通过使焊机插入中心孔10a中来焊接负极接头12。

当负极接头12焊接到下罐20上时，下罐20可以具有负极性。因此，为了防止下罐20和卷绕在电极组件10中的正极彼此接触，电极组件10以具有电绝缘特性的底部绝缘体60层叠(附接)在电极组件10的底面上的状态安装在下罐20上。

此外，上罐30形成为使得下侧壁32沿顶面31的周边垂直向下延伸，并且在将上罐30压配合到下罐20中之前，将从电极组件10延伸的正极接头11焊接到上罐30的顶面31。

此外，出于相同的原因，为了防止连接到正极接头11的上罐30和卷绕在电极组件10内部的负极彼此接触，具有电绝缘的顶部绝缘体50层叠(附接)在电极组件10的顶面上。

在正极接头11和负极接头12彼此焊接之后，在垫圈40固定连接在上罐30的下侧壁32内侧或下罐20的上侧壁22外侧的状态下，进行上罐30和下罐20之间的压配合。

如图3和图4所示，当在顶部绝缘体50和底部绝缘体60层叠在电极组件10上的状态下将电解质(未示出)注入下罐20中时，顶部绝缘体50和底部绝缘体60吸收电解质以增加体积。因此，下罐20和上罐30中的每一个内部的空间分别由膨胀的顶部绝缘体50和底部绝缘体60的体积的增加来填充。

这里，顶部绝缘体50可以覆盖电极组件的整个顶面，并且底部绝缘体60可以被设置为具有能够覆盖电极组件的整个底面的尺寸的圆盘形状。

此外，当顶部绝缘体50和底部绝缘体60吸收电解质以便膨胀时，电极组件10可以膨胀到顶部绝缘体50和底部绝缘体60能够从上侧和下侧向上和向下弹性地按压电极组件10的程度。

根据电极组件10的高度和侧壁22的高度，顶部绝缘体50和底部绝缘体60中的一个可以被配置为比另一个进一步垂直地膨胀。例如，由于电极组件10和上罐30的顶面31之间的空间大于电极组件10和下罐20的底面21之间的空间，如果顶部绝缘体50比底部绝缘体60膨胀得更多，则可以有效地填充内部空间。另选地，相反的配置也是可以的。

特别地，在本实用新型中，顶部绝缘体50或底部绝缘体60中的至少一个(优选顶部绝缘体50和底部绝缘体60二者)涂覆有防止热收缩发生的保护层。

也就是说，本实用新型提供了一种纽扣型二次电池，其中作为另一实施方式，保护层被施加在顶部绝缘体50和底部绝缘体60的表面上。

如上所述，保护层70不仅可以施加在面对上罐30的顶面31的表面上，而且可以施加在其相对表面上。此外，保护层70可以被涂布到底部绝缘体60的一个表面或全部两个表面上。

然而，如果出于生产成本和工艺的原因仅在顶部绝缘体50和底部绝缘体60中的每一个的一个表面上施加保护层70，则将保护层70涂布到与面对电极组件10的表面相对的表面(也就是，位于顶部绝缘体50中的上侧的表面和位于底部绝缘体60中的下侧的表面)。

此外，如果仅在顶部绝缘体50和底部绝缘体60中的一个上形成保护层70，通常，考虑到纽扣型二次电池的正极安装成布置在上侧并且存在被从上侧落下的物体损坏的可能性，优选的是，保护层70形成在顶部绝缘体50的表面上而不是底部绝缘体60的表面上。

此外，顶部绝缘体50或底部绝缘体60的特定部分可被涂覆以具有比其它部分更厚的保护层。例如，在由于外部冲击而导致短路的可能性相对较高的部分处(例如，在正极接头和负极接头附近)，保护层可以形成为比其它部分厚，从而进一步减小在该点处短路的可能性。

保护层70包括赋予保护层70耐热性的无机颗粒。更具体地，通过将无机颗粒和粘结剂聚合物混合来制备保护层。

这里，无机颗粒以纳米尺度(纳米单位尺寸)提供。更具体地，在专利注册No.10-0775310中公开的无机颗粒和粘结剂聚合物的混合物可用作施加在隔膜的基材上的涂层。

由于无机颗粒的耐热性，保护层70在高温(例如，120℃至140℃范围内的温度)下不会引起顶部绝缘体50和底部绝缘体60的热收缩。

图5是示出根据现有技术将热量施加到未涂覆有保护层70的顶部绝缘体1和底部绝缘体2的状态(上图)之前和之后，以及根据本实用新型将热量施加到涂覆有保护层70的顶部绝缘体50和底部绝缘体60的状态(下图)之前和之后的视图，图6是示出其中未涂覆有保护层70的顶部绝缘体50变形的状态(上图：A)和其中涂覆有保护层70的顶部绝缘体50在冲击杆80在冲击测试期间撞击上罐时变形的状态(下图：B)的视图。

也就是说，在二次电池领域中使用的肿胀带可用于底部绝缘体60和顶部绝缘体50，使得底部绝缘体60和顶部绝缘体50具有电绝缘特性质并同时吸收电解质以便膨胀。

然而，如图5所示，当施加高温热量时，作为肿胀带提供的底部绝缘体60和顶部绝缘体50与吸收的电解质的蒸发一起经受热收缩。

因此，当根据现有技术在没有保护层70的情况下对底部绝缘体2和顶部绝缘体1施加热量时，厚度减小(w1→w2)，并且长度也减小(d1→d2)。

另一方面，根据本实用新型的在其表面上涂覆有保护层70的底部绝缘体60和顶部绝缘体50即使在施加热量时也可以保持相同的厚度和长度(w3＝w4，d3＝d4)。

因此，如图6所示，在冲击测试期间，当冲击杆80撞击上罐30的顶面31的中心，并且因此上罐30的挤压部分与电极组件10的负极接触时，由于短路(通过正极和负极之间的接触而发生)而产生热量。

这里，在保护层70没有施加在顶部绝缘体50上的情况<A>下，顶部绝缘体1由于短路产生的热量而收缩，并且正极和上罐30之间的接触面积或负极和垫圈40之间的接触面积以顶部绝缘体收缩的程度增加。

因此，由于在因初始微小短路仅产生很少的热量短路就终止的情况下，随着短路的面积的增加短路的尺寸逐渐增加，随着短路的尺寸逐渐增加(因为短路电流增加)，火灾或爆炸的风险增加。

另一方面，在保护层70施加在顶部绝缘体50上的情况<B>下，由于短路产生的热量使得顶部绝缘体50可以保持其原始面积。因此，通过由冲击杆80的撞击引起的初始微小短路的大小来维持短路状态，然后，切断电流以终止该情况(即，由于短路电流不增大而是逐渐减小，因此产生的热量也逐渐减小，从而不会导致火灾或爆炸)。

也就是说，当如本实用新型那样在顶部绝缘体50和底部绝缘体60上涂覆保护层70时，即使由于从二次电池的上侧和下侧施加的冲击而发生短路，由于不发生火灾或爆炸以终止该情况，因此稳定性也更加提高。

根据具有上述技术特征的本实用新型，由于底部绝缘体60和顶部绝缘体50膨胀以填充下罐内部的空间，因此可以缓冲传递到电极组件10的外部冲击并且缓冲振动，并且可以减小由振动引起的影响。

此外，由于通过施加保护层70可以预期增加底部绝缘体60和顶部绝缘体50的厚度的效果，所以不仅可以进一步降低发生短路的可能性，而且即使发生短路，也可能仅产生最小的短路电流。

因此，可以防止电极组件10被损坏，并且可以进一步提高二次电池的耐久性。

此外，可以减小上罐30和下罐20的变形程度。

由于底部绝缘体60和顶部绝缘体50在安放电极组件10上的状态下膨胀以填充空的空间，因此可以不需要增加下罐20的高度，防止体积不必要地增加。

此外，本实用新型还可以提供一种二次电池模块，其中具有上述特性的多个纽扣型二次电池彼此电连接。

虽然已经参照特定实施方式描述了本实用新型的实施方式，但是对于本领域技术人员而言显而易见的是，在不脱离由所附权利要求限定的本实用新型的精神和范围的情况下，可以进行各种改变和修改。

[附图标记]

10:电极组件

20：下罐

30：上罐

40：垫圈

50：顶部绝缘体

60：底部绝缘体

70：保护层

Claims (10)

1.一种纽扣型二次电池，在该纽扣型二次电池中，其特征在于，当电极组件安装在下罐上并注入电解质时，压配合并联接上罐，使得上侧壁设置在下侧壁内侧，在所述下罐上沿平坦的底面的周边向上形成所述上侧壁，在所述上罐上沿平坦的顶面的周边向下形成所述下侧壁，所述纽扣型二次电池包括：

电极组件，该电极组件通过卷绕负极、隔膜和正极而制造，并且在所述电极组件中，负极接头向下延伸，而正极接头向上延伸；

垫圈，该垫圈被设置在所述上罐与所述下罐之间以使所述上罐与所述下罐彼此电绝缘；

顶部绝缘体，该顶部绝缘体被设置为覆盖所述电极组件的顶面，具有电绝缘，并且通过吸收所述电解质而使体积膨胀；以及

底部绝缘体，该底部绝缘体被设置为覆盖所述电极组件的底面，具有电绝缘，并且通过吸收该电解质而使体积膨胀，

其中，所述顶部绝缘体和所述底部绝缘体中的至少一个的表面涂覆有保护层，所述保护层被配置为防止热收缩发生。

2.根据权利要求1所述的纽扣型二次电池，其特征在于，被配置为防止热收缩发生的所述保护层被涂布到所述顶部绝缘体的面对所述上罐的表面和所述底部绝缘体的面对所述下罐的表面的全部。

3.根据权利要求2所述的纽扣型二次电池，其特征在于，被配置为防止热收缩发生的所述保护层被另外涂布到与所述顶部绝缘体的面对所述上罐的表面相对的表面和与所述底部绝缘体的面对所述下罐的表面相对的表面。

4.根据权利要求1所述的纽扣型二次电池，其特征在于，所述顶部绝缘体被配置为覆盖所述电极组件的整个顶面，并且

所述底部绝缘体被设置为具有足以覆盖所述电极组件的整个底面的尺寸的板状。

5.根据权利要求1所述的纽扣型二次电池，其特征在于，所述保护层包括无机颗粒，所述无机颗粒被配置成为所述保护层提供耐热性。

6.根据权利要求5所述的纽扣型二次电池，其特征在于，所述保护层通过将所述无机颗粒和粘结剂聚合物混合来制造，所述粘结剂聚合物提供结合力以粘合到所述顶部绝缘体的表面或所述底部绝缘体的表面。

7.根据权利要求1所述的纽扣型二次电池，其特征在于，当所述顶部绝缘体和所述底部绝缘体吸收所述电解质以膨胀时，所述顶部绝缘体和所述底部绝缘体中的每一个膨胀以从上侧垂直向下弹性地按压所述电极组件。

8.根据权利要求7所述的纽扣型二次电池，其特征在于，所述顶部绝缘体和所述底部绝缘体中的一个比所述顶部绝缘体和所述底部绝缘体中的另一个进一步垂直地膨胀。

9.根据权利要求2所述的纽扣型二次电池，其特征在于，所述顶部绝缘体或所述底部绝缘体中的一部分涂覆有所述保护层，以具有大于所述顶部绝缘体或所述底部绝缘体中的各个其它部分的厚度。

10.一种二次电池模块，其特征在于，在该二次电池模块中，多个根据权利要求1至9中的任一项所述的纽扣型二次电池彼此电连接。