DE212022000203U1 - Sekundärbatterie und Batteriemodul mit selbiger - Google Patents

Abstract

Sekundärbatterie, aufweisend:
eine Elektrodenanordnung vom Jelly-Roll-Typ, in der eine erste Elektrode, eine zweite Elektrode und ein Separator gewickelt sind;
eine Batteriedose, die die Elektrodenanordnung aufnimmt und in ihrem oberen Bereich offen ist;
eine Kappenanordnung, die an den offenen oberen Bereich der Batteriedose gekoppelt ist;
einen Abstandshalter, der zwischen der Elektrodenanordnung und dem Bodenbereich der Batteriedose angeordnet ist; und
einen Federteil, das zwischen dem Abstandshalter und dem Bodenbereich der Batteriedose angeordnet ist,
wobei die erste Elektrode einen ersten Elektrodenstromabnehmer und ein erstes Elektrodenverlängerungsteil aufweist, wobei der erste Elektrodenstromabnehmer in einer Richtung der Elektrodenanordnung nach unten verlängert und freigelegt ist,
wobei die zweite Elektrode einen zweiten Elektrodenstromabnehmer und ein zweites Elektrodenverlängerungsteil aufweist, wobei der zweite Elektrodenstromabnehmer in einer Richtung der Elektrodenanordnung nach oben verlängert und freigelegt ist,
wobei das erste Elektrodenverlängerungsteil den Abstandshalter kontaktiert und das zweite Elektrodenverlängerungsteil die Kappenanordnung kontaktiert, und
wobei das Federteil eine Formgedächtnislegierung aufweist, so dass ein Abstand zwischen einem höchsten Punkt und einem niedrigsten Punkt des Federteils bei einer Verformungstemperatur oberhalb eines normalen Betriebstemperaturbereichs abnimmt.

Description

• [TECHNISCHES GEBIET]
• Querverweis auf verwandte Anmeldung(en)
• Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der koreanischen Patentanmeldung Nr. 10-2021-0122353 , die am 14. September 2021 beim koreanischen Amt für geistiges Eigentum eingereicht wurde und deren gesamter Inhalt durch Bezugnahme hierin aufgenommen wird.
• Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf eine Sekundärbatterie und ein diese enthaltendes Batteriemodul, und im Besonderen auf eine Sekundärbatterie mit verbesserter Sicherheit und ein diese enthaltendes Batteriemodul.
• [HINTERGRUND]
• In letzter Zeit ist der Bedarf an tragbaren elektronischen Produkten wie Notebooks, Videokameras, Mobiltelefonen oder dergleichen schnell angestiegen; und Elektrofahrzeuge, Energiespeicherbatterien, Roboter, Satelliten oder ähnliches wurden aktiv entwickelt. Dabei wurden viele Studien an Sekundärbatterien durchgeführt, die als ihre Betriebsleistungsquelle verwendet wird.
• Sekundärbatterien umfassen beispielsweise Nickel-Cadmium-Batterien, Nickel-Wasserstoff-Batterien, Nickel-Zink-Batterien, Lithium-Sekundärbatterien und dergleichen. Darunter sind Lithium-Sekundärbatterien auf dem Gebiet der High-Tech-Elektronikgeräte weit verbreitet, da sie Vorteile aufweisen, beispielsweise kaum Speichereffekte im Vergleich zu Nickelbasierten Sekundärbatterien aufweisen und somit frei geladen und entladen werden können; sowie eine sehr niedrige Selbstentladungsrate, eine hohe Betriebsspannung und eine hohe Energiedichte pro Gewichtseinheit aufweisen.
• Abhängig von der Form des Batteriegehäuses werden Sekundärbatterie in zylindrische Batterien, bei denen eine Elektrodenanordnung in einer zylindrischen Metalldose gelagert ist, prismatische Batterien, bei denen eine Elektrodenanordnung in einer prismatischen Metalldose gelagert ist, und Batterien vom Beuteltyp (Pouch-Type) unterteilt, bei denen eine Elektrodenanordnung in einem Beuteltypgehäuse montiert ist, das aus einem Aluminiumlaminatblech gebildet ist. Darunter hat die zylindrische Batterie den Vorteil, dass sie eine relativ große Kapazität aufweist und strukturell stabil ist.
• Die Elektrodenanordnung, die in dem Batteriegehäuse montiert ist, ist eine Elektrizitätserzeugungsvorrichtung, die Laden und Entladen ermöglicht, die eine Anoden/Separator/Kathoden-Laminatstruktur aufweist und unterteilt ist den Jelly-Roll-Typ, den Stapeltyp und den Stapel/Falt-Typ. Der Jelly-Roll-Typ bezeichnet eine Form, bei der ein Separator gerollt ist, der zwischen einer Anode und einer Kathode angeordnet ist, die jeweils aus einem mit aktivem Material beschichteten langen Blech hergestellt sind; der Stapeltyp bezeichnet eine Form, bei der eine Mehrzahl von Anoden und eine Mehrzahl von Kathoden, die jeweils eine vorbestimmte Größe aufweisen, in dieser Reihenfolge dergestalt laminiert ist, dass ein Separator dazwischen angeordnet ist; und der Stapel/Falt-Typ bezeichnet eine Kombination aus dem Jelly-Roll-Typ und dem Stapeltyp. Davon hat die Elektrodenanordnung vom Jelly-Roll-Typ Vorteile, dass die Herstellung einfach ist und die Energiedichte pro Gewicht hoch ist.
• Der Bedarf an zylindrischen Batterien, die in der Lage sind, eine hohe Kapazität, einen geringen Widerstand und Schnellladung zu realisieren, nimmt zu; aber aufgrund von Wärme, die während des Schnellladens erzeugt wird, treten Leistungseinbußen und Sicherheitsprobleme auf. Daher besteht ein Bedarf, eine Technologie zu entwickeln, die die Sicherheit von Sekundärbatterien gegenüber Wärmeerzeugung gewährleisten kann.
• [AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG]
• [Technisches Problem]
• Die vorliegende Offenbarung wurde entwickelt, um die oben genannten Probleme zu lösen, und eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung besteht darin, eine Sekundärbatterie, die Sicherheit gegenüber Wärmeerzeugung gewährleisten kann, und ein diese enthaltendes Batteriemodul bereitzustellen.
• Das technische Problem, das durch Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung gelöst werden soll, ist jedoch nicht auf die oben beschriebenen Probleme beschränkt und kann innerhalb des Umfangs der technischen Idee, die in der vorliegenden Offenbarung enthalten ist, unterschiedlich erweitert werden.
• [Technische Lösung]
• Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung wird eine Sekundärbatterie bereitgestellt, die aufweist: eine Elektrodenanordnung vom Jelly-Roll-Typ, in der eine erste Elektrode, eine zweite Elektrode und ein Separator gewickelt sind; eine Batteriedose, die die Elektrodenanordnung aufnimmt und in ihrem oberen Bereich offen ist; eine Kappenanordnung, die an den offenen oberen Bereich der Batteriedose gekoppelt ist; einen Abstandshalter, der zwischen der Elektrodenanordnung und dem unteren Bereich der Batteriedose angeordnet ist; und ein Federteil, das zwischen dem Abstandshalter und dem unteren Bereich der Batteriedose angeordnet ist, wobei die erste Elektrode einen ersten Elektrodenstromabnehmer und ein erstes Elektrodenverlängerungsteil aufweist, wobei der erste Elektrodenstromabnehmer in einer Richtung der Elektrodenanordnung nach unten verlängert und freigelegt ist, wobei die zweite Elektrode einen zweiten Elektrodenstromabnehmer und ein zweites Elektrodenverlängerungsteil aufweist, wobei der zweite Elektrodenstromabnehmer in einer Richtung der Elektrodenanordnung nach oben verlängert und freigelegt ist, wobei das erste Elektrodenverlängerungsteil den Abstandshalter kontaktiert und das zweite Elektrodenverlängerungsteil die Kappenanordnung kontaktiert, und wobei das Federteil eine Formgedächtnislegierung aufweist, so dass ein Abstand zwischen einem höchsten Punkt und einem niedrigsten Punkt des Federteils bei einer Verformungstemperatur oberhalb eines normalen Betriebstemperaturbereichs abnimmt.
• Das Federteil kann eine Wellenfeder sein.
• Das Federteil kann nach oben gebogene Teile und nach unten gebogene Teile aufweisen, die entlang einer Umfangsrichtung abwechselnd angeordnet sind.
• Eine Krümmung (Biegung) des nach oben gebogenen Teils und des nach unten gebogenen Teils kann ab der Verformungstemperatur abnehmen.
• Die erste Elektrode kann ein erstes Elektrodenaktivmaterialteil aufweisen, das durch Auftragen eines ersten Elektrodenaktivmaterials auf den ersten Elektrodenstromabnehmer gebildet ist, und das erste Elektrodenverlängerungsteil kann mehr in der Richtung nach unten verlängert sein als eine Region, in der das erste Elektrodenaktivmaterialteil gebildet ist, und die zweite Elektrode kann ein zweites Elektrodenaktivmaterialteil aufweisen, das durch Auftragen eines zweiten Elektrodenaktivmaterials auf den zweiten Elektrodenstromabnehmer gebildet ist, und das zweite Elektrodenverlängerungsteil kann mehr in der Richtung nach oben verlängert sein als eine Region, in der das zweite Elektrodenaktivmaterialteil gebildet ist.
• Eine obere Oberfläche des Abstandshalters, die dem ersten Elektrodenverlängerungsteil zugewandt ist, kann eine konvex vorstehende Form aufweisen, und eine untere Oberfläche des Abstandshalters, die dem Federteil zugewandt ist, kann eine flache Form aufweisen.
• Der Abstandshalter kann ein metallisches Material aufweisen.
• Wenn der Abstand zwischen einem höchsten Punkt und einem niedrigsten Punkt des Federteils bei der Verformungstemperatur abnimmt, kann der Kontakt zwischen dem ersten Elektrodenverlängerungsteil und dem Abstandshalter und/oder der Kontakt zwischen dem zweiten Elektrodenverlängerungsteil und der Kappenanordnung gelöst werden.
• [Vorteilhafte Effekte]
• Bei Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung kann das Federteil, das eine Formgedächtnislegierung enthält, innen angeordnet sein, um dadurch strukturelle Stabilität und Sicherheit gegenüber Wärmeerzeugung zu gewährleisten.
• Die Effekte der vorliegenden Offenbarung sind nicht auf die oben erwähnten Effekte beschränkt, und zusätzliche andere Effekte, die nicht oben beschrieben sind, werden von Fachleuten aus der Beschreibung der beigefügten Ansprüche klar verstanden.
• [KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN]
• 1 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Sekundärbatterie gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt;
• 2 ist eine perspektivische Explosionsansicht der Sekundärbatterie von 1;
• 3 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Elektrodenanordnung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt;
• 4 ist eine Querschnittsansicht, die einen Querschnitt zeigt, der entlang der Schnittlinie C-C' von 3 geschnitten ist;
• 5 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Federteil gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt;
• 6 ist eine Teilquerschnittsansicht, die einen Querschnitt entlang der Schnittlinie A-A' von 1 zeigt;
• 7 ist eine Teilquerschnittsansicht, die einen Querschnitt entlang der Schnittlinie B-B' von 1 zeigt;
• 8 ist eine Teilquerschnittsansicht, die einen Zustand zeigt, wenn die Temperatur in Bezug auf einen Querschnitt entlang der Schnittlinie A-A' von 1 ansteigt; und
• 9 ist eine Teilquerschnittsansicht, die einen Zustand zeigt, wenn die Temperatur in Bezug auf einen Querschnitt entlang der Schnittlinie B-B' von 1 ansteigt.
• [AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN]
• Im Folgenden werden verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ausführlich beschrieben, sodass Fachleute sie leicht umsetzen können. Die vorliegende Offenbarung kann auf verschiedene Weisen modifiziert werden und ist nicht auf die hier dargelegten Ausführungsformen beschränkt.
• Abschnitte, die für die Beschreibung nicht relevant sind, werden weggelassen, um die vorliegende Offenbarung klar zu beschreiben, und gleiche Bezugszeichen bezeichnen in der gesamten Beschreibung gleiche Elemente.
• Ferner sind in den Zeichnungen die Größe und Dicke jedes Elements der Einfachheit der Beschreibung halber willkürlich dargestellt, und die vorliegende Offenbarung ist nicht notwendigerweise auf die in den Zeichnungen dargestellten beschränkt. In den Zeichnungen ist die Dicke von Schichten, Regionen usw. der Klarheit halber übertrieben dargestellt. In den Zeichnungen ist der Einfachheit der Beschreibung halber die Dicke einiger Schichten und Regionen übertrieben dargestellt.
• Zusätzlich versteht es sich, dass, wenn ein Element, wie etwa eine Schicht, ein Film, eine Region oder eine Platte, als „auf“ oder „über“ einem anderen Element befindlich bezeichnet wird, es sich direkt auf dem anderen Element befinden kann oder Zwischenelemente ebenfalls vorhanden sein können. Wenn im Gegensatz dazu ein Element als „direkt auf“ einem anderen Element befindlich bezeichnet wird, bedeutet dies, dass keine anderen Zwischenelemente vorhanden sind. Ferner bedeutet das Wort „auf“ oder „über“, dass es auf oder unter einem Referenzabschnitt angeordnet ist, und bedeutet nicht notwendigerweise, dass es entgegengesetzt zur Schwerkraftrichtung auf dem oberen Ende des Referenzabschnitts angeordnet ist.
• Ferner bedeutet es in der gesamten Beschreibung, wenn ein Abschnitt als eine bestimmte Komponente „beinhaltend“ bezeichnet wird, dass der Abschnitt ferner andere Komponenten beinhalten kann, ohne die anderen Komponenten auszuschließen, sofern nicht anders angegeben.
• Ferner bedeutet es in der gesamten Beschreibung, wenn er als „planar“ bezeichnet wird, wenn ein Zielabschnitt von der Oberseite betrachtet wird, und wenn er als „Querschnitt“ bezeichnet wird, bedeutet dies, wenn ein Zielabschnitt von der Seite eines vertikal geschnittenen Querschnitts betrachtet wird.
• 1 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Sekundärbatterie gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt. 2 ist eine perspektivische Explosionsansicht der Sekundärbatterie von 1.
• Unter gemeinsamer Bezugnahme auf die 1 und 2 weist eine Sekundärbatterie 100 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung eine Elektrodenanordnung vom Jelly-Roll-Typ 200; eine Batteriedose 300, die die Elektrodenanordnung 200 aufnimmt und in ihrem oberen Bereich offen ist; eine Kappenanordnung 400, die an den offenen oberen Bereich der Batteriedose 300 gekoppelt ist; einen Abstandshalter 500, der zwischen der Elektrodenanordnung 200 und dem Bodenbereich der Batteriedose 300 angeordnet ist; und einen Federteil 600 auf, der zwischen dem Abstandshalter 500 und dem Bodenbereich der Batteriedose 300 angeordnet ist.
• Zunächst wird die Elektrodenanordnung 200 gemäß der vorliegenden Ausführungsform unter Bezugnahme auf die 3 und 4 ausführlich beschrieben. 3 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Elektrodenanordnung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt. 4 ist eine Querschnittsansicht, die einen Querschnitt zeigt, der entlang der Schnittlinie C-C' von 3 geschnitten ist.
• Unter Bezugnahme auf die 3 und 4 weist die Elektrodenanordnung 200 gemäß der vorliegenden Ausführungsform eine erste Elektrode 210, eine zweite Elektrode 220 und einen Separator 230 auf. Die erste Elektrode 210, die zweite Elektrode 220 und der Separator 230 sind gemeinsam gewickelt, um eine Elektrodenanordnung vom Jelly-Roll-Typ 200 zu bilden. Der Separator 230 ist zwischen der ersten Elektrode 210 und der zweiten Elektrode 220 angeordnet. Zusätzlich ist es bevorzugt, ferner einen Separator 230 auf der Außenseite anzuordnen, um zu verhindern, dass die erste Elektrode 210 und die zweite Elektrode 220 miteinander in Kontakt kommen, wenn sie zu einer Jelly-Roll-Form aufgerollt sind.
• Die erste Elektrode 210 weist einen ersten Elektrodenstromabnehmer 211 und ein erstes Elektrodenverlängerungsteil 211E auf, wobei der erste Elektrodenstromabnehmer 211 in der Richtung d1 der Elektrodenanordnung 200 nach unten verlängert und freigelegt ist. Insbesondere weist die erste Elektrode 210 ferner ein erstes Elektrodenaktivmaterialteil 212 auf, das durch Auftragen des ersten Elektrodenaktivmaterials auf den ersten Elektrodenstromabnehmer 211 gebildet ist. Wie in der Figur gezeigt, kann das erste Elektrodenaktivmaterial auf beide Oberflächen des ersten Elektrodenstromabnehmers 211 aufgetragen sein, um das erste Elektrodenaktivmaterialteil 212 zu bilden. Das erste Elektrodenaktivmaterial kann nicht auf die Oberfläche des Abschnitts des ersten Elektrodenstromabnehmers 211 aufgetragen sein, der sich in der Richtung d1 der Elektrodenanordnung 200 nach unten erstreckt, um ein erstes Elektrodenverlängerungsteil 211E zu bilden. Das erste Elektrodenverlängerungsteil 211E kann mehr in einer Richtung d1 nach unten verlängert sein als eine Region, in der das erste Elektrodenaktivmaterialteil 212 gebildet ist, und kann sich zum Wickeln entlang eines Endes der ersten Elektrode 210 erstrecken. Ferner kann sich das erste Elektrodenverlängerungsteil 211E mehr als der Separator 230 in der Richtung d1 nach unten erstrecken. Dementsprechend kann das erste Elektrodenverlängerungsteil 211E an einem Ende der Elektrodenanordnung vom Jelly-Roll-Typ 200 in der Richtung d1 nach unten freigelegt sein.
• Die zweite Elektrode 220 weist einen zweiten Elektrodenstromabnehmer 221 und ein zweites Elektrodenverlängerungsteil 221E auf, wobei der zweite Elektrodenstromabnehmer 221 in der Richtung d2 der Elektrodenanordnung 200 nach oben verlängert und freigelegt ist.
• Insbesondere weist die zweite Elektrode 220 ferner ein zweites Elektrodenaktivmaterialteil 222 auf, das durch Auftragen des zweiten Elektrodenaktivmaterials auf den zweiten Elektrodenstromabnehmer 221 gebildet ist. Wie in der Figur gezeigt, kann das zweite Elektrodenaktivmaterial auf beide Oberflächen des zweiten Elektrodenstromabnehmers 221 aufgetragen sein, um das zweite Elektrodenaktivmaterialteil 222 zu bilden. Das zweite Elektrodenaktivmaterial kann nicht auf die Oberfläche des Abschnitts des zweiten Elektrodenstromabnehmers 221 aufgetragen sein, der sich in der Richtung d2 der Elektrodenanordnung 200 nach oben erstreckt, um ein zweites Elektrodenverlängerungsteil 221E zu bilden. Das zweite Elektrodenverlängerungsteil 221E kann mehr in einer Richtung d2 nach oben verlängert sein als eine Region, in der das zweite Elektrodenaktivmaterialteil 222 gebildet ist, und kann sich zum Wickeln entlang eines Endes der zweiten Elektrode 220 erstrecken. Zusätzlich erstreckt sich das zweite Elektrodenverlängerungsteil 221E mehr als der Separator 230 in der Richtung d2 nach oben. Dementsprechend kann das zweite Elektrodenverlängerungsteil 221E an einem Ende der Elektrodenanordnung vom Jelly-Roll-Typ 200 in der Richtung d2 nach oben freigelegt sein.
• Dabei kann die Richtung d1 nach unten eine Richtung sein, in der der Bodenbereich 310 (siehe 6) der Batteriedose 300 auf der Basis der Elektrodenanordnung 200 angeordnet ist, und die Richtung d2 nach oben kann eine Richtung sein, in der die Kappenanordnung 400 auf der Basis der Elektrodenanordnung 200 angeordnet ist. Ferner kann die erste Elektrode 210 eine Anode sein und die zweite Elektrode 220 kann eine Kathode sein.
• Die Elektrodenanordnung 200 gemäß der vorliegenden Ausführungsform weist keine Form zum Anbringen einer separaten Elektrodenlasche auf, sondern weist eine Form auf, bei der ein erstes Elektrodenverlängerungsteil 211E, das durch Verlängern des ersten Elektrodenstromabnehmers 211 gebildet ist, und ein zweites Elektrodenverlängerungsteil 221E, das durch Verlängern des zweiten Elektrodenstromabnehmers 221 gebildet ist, anstelle einer Elektrodenlasche als Strompfad verwendet werden, um den Widerstand zu verringern. Das heißt, die Elektrodenanordnung 200 gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann eine laschenlose Elektrodenanordnung sein.
• Unter erneuter Bezugnahme auf die 1 und 2 weist die Batteriedose 300 eine Struktur auf, die das Elektrolyt und die Elektrodenanordnung 200 aufnimmt, und sie kann ein metallisches Material aufweisen und kann ein zylindrisches Gehäuse sein.
• Als nächstes werden der Abstandshalter und das Federteil gemäß der vorliegenden Ausführungsform unter Bezugnahme auf die 5 und 6 ausführlich beschrieben.
• 5 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Federteil gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt. 6 ist eine Teilquerschnittsansicht, die einen Querschnitt entlang der Schnittlinie A-A' von 1 zeigt.
• Unter gemeinsamer Bezugnahme auf die 2, 5 und 6 ist der Abstandshalter 500 zwischen der Elektrodenanordnung 200 und dem Bodenbereich 310 der Batteriedose 300 angeordnet, und das Federteil 600 ist, wie oben beschrieben, zwischen dem Abstandshalter 500 und dem Bodenbereich 310 der Batteriedose 300 angeordnet. Das heißt, der Abstandshalter 500, das Federteil 600 und der Bodenbereich 310 der Batteriedose 300 können sukzessive unter der Elektrodenanordnung 200 angeordnet sein.
• Das erste Elektrodenverlängerungsteil 211E gemäß der vorliegenden Ausführungsform kontaktiert den Abstandshalter 500. Insbesondere kann das erste Elektrodenverlängerungsteil 211E die obere Oberfläche 510 des Abstandshalters 500 kontaktieren, und das Federteil 600 kann die untere Oberfläche 520 des Abstandshalters 500 kontaktieren. Zusätzlich kann das Federteil 600 den Bodenbereich 310 der Batteriedose 300 kontaktieren.
• Anstelle einer Elektrodenlasche kann das erste Elektrodenverlängerungsteil 211E die elektrische Verbindung der Elektrodenanordnung 200 führen. Insbesondere kann die Elektrodenanordnung 200 elektrisch mit dem Bodenbereich 310 der Batteriedose 300 durch das erste Elektrodenverlängerungsteil 211E, den Abstandshalter 500 und das Federteil 600 verbunden sein, und der Bodenbereich 310 kann als ein Elektrodenanschluss der Sekundärbatterie 100 dienen. Wenn die erste Elektrode 210 eine Anode ist, kann der Bodenbereich 310 als ein Anodenanschluss dienen. Für dieses Betriebsprinzip können sowohl der Abstandshalter 500 als auch das Federteil 600 ein metallisches Material mit ausgezeichneter elektrischer Leitfähigkeit aufweisen.
• Dabei ist das Federteil 600 ein Element mit Elastizität in der Richtung nach oben und nach unten sein und kann eine Wellenfeder sein, wie in 5 und 6 gezeigt. Das heißt, das Federteil 600 gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann nach oben gebogene Teile 610 und nach unten gebogene Teile 620 aufweisen, die in Umfangsrichtung abwechselnd angeordnet sind. Das nach oben gebogene Teil 610 ist ein Abschnitt, der zum Abstandshalter 500 hin gebogen ist, und das nach unten gebogene Teil 620 ist ein Abschnitt, der zum Bodenbereich 310 der Batteriedose 300 hin gebogen ist. Solche nach oben gebogenen Teile 610 können die untere Oberfläche 520 des Abstandshalters 500 kontaktieren, und die nach unten gebogenen Teile 620 können den Bodenbereich 310 der Batteriedose 300 kontaktieren.
• Aufgrund der elastischen Kraft des Federteils 600 ist die Elektrodenanordnung 200 zwischen dem Abstandshalter 500 und der Kappenanordnung 400, die später beschrieben wird, stark fixiert, so dass sie einen gegenseitigen Kontakt dazwischen aufrechterhalten können. Dementsprechend ist es möglich, zu verhindern, dass die Elektrodenanordnung 200 in die Sekundärbatterie 100 fließt, um die strukturelle Stabilität zu erhöhen und gleichzeitig die elektrische Verbindung stabil zu gewährleisten.
• Als nächstes werden die Kappenanordnung und das zweite Elektrodenverlängerungsteil 221E gemäß der vorliegenden Ausführungsform unter Bezugnahme auf die 2 und 7 ausführlich beschrieben.
• 7 ist eine Teilquerschnittsansicht, die einen Querschnitt entlang der Schnittlinie B-B' von 1 zeigt.
• Unter gemeinsamer Bezugnahme auf die 2 und 7 kontaktiert das zweite Elektrodenverlängerungsteil 221E gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Kappenanordnung 400. Insbesondere kann die Kappenanordnung 400 gemäß der vorliegenden Ausführungsform eine obere Kappe 410, eine Sicherheitsentlüftung 420 und einen CID-Filter 430 (current interrupt device; Stromunterbrechungsvorrichtung) aufweisen. Die obere Kappe 410 und die Sicherheitsentlüftung 420 können eine Struktur in engem Kontakt miteinander bilden. Die Sicherheitsentlüftung 420 ist an dem CID-Filter 430 angeordnet und kann elektrisch mit dem CID-Filter 430 verbunden sein. Insbesondere können die Mitte der Sicherheitsentlüftung 420 und die Mitte des CID-Filters 430 physisch und elektrisch verbunden sein. Das zweite Elektrodenverlängerungsteil 221E kann die untere Oberfläche des CID-Filters 430 kontaktieren.
• Die Sicherheitsentlüftung 420 ist eine Dünnfilmstruktur, durch die Strom fließt, und kann so ausgebildet sein, dass ihre Mitte in einer unteren Richtung vorsteht, das heißt in einer Richtung, in der der CID-Filter 430 angeordnet ist. Der CID-Filter 430 ist ein Plattenelement, durch das Strom fließt, und kann eine Mehrzahl von Durchgangslöchern zum Entladen von Gas aufweisen.
• Die obere Kappe 410, die Sicherheitsentlüftung 420, der CID-Filter 430 und das zweite Elektrodenverlängerungsteil 221E können in der Reihe verbunden sein. Anstelle einer Elektrodenlasche kann das zweite Elektrodenverlängerungsteil 221E die elektrische Verbindung der Elektrodenanordnung 200 führen. Die obere Kappe 410, die Sicherheitsentlüftung 420, der CID-Filter 430 und das zweite Elektrodenverlängerungsteil 221E sind elektrisch miteinander verbunden, und die obere Kappe 410 kann als ein Elektrodenanschluss dienen, der die elektrische Verbindung der Elektrodenanordnung 200 führt. Wenn die zweite Elektrode 220 eine Kathode ist, kann die obere Kappe 410 als ein Kathodenanschluss dienen.
• Wenn der Innendruck der Sekundärbatterie 100 zunimmt, wird die Form der Sicherheitsentlüftung 420 umgekehrt, und ein Abschnitt des CID-Filters 430, der mit der Sicherheitsentlüftung 420 verbunden ist, und ein Abschnitt, der nicht mit der Sicherheitsentlüftung 420 verbunden ist, werden voneinander getrennt, um den Strom zu unterbrechen.
• Derweil kann eine Dichtung 700 zwischen der Batteriedose 300 und der Kappenanordnung 400 angeordnet sein. Insbesondere kann eine Crimpkopplung durchgeführt werden, indem eine Dichtung 700 zwischen dem oberen Ende der Batteriedose 300 und der Kappenanordnung 400 angeordnet wird und das obere Ende der Batteriedose 300 gebogen wird. Ein solches Crimpkopplungsverfahren ermöglicht es, die Kappenanordnung 400 an die offene Oberseite der Batteriedose 300 zu koppeln. Die Dichtung 700 kann die Dichtungsleistung zwischen der Batteriedose 300 und der Kappenanordnung 400 verbessern und gleichzeitig die elektrische Verbindung zwischen der Batteriedose 300 und der Kappenanordnung 400 unterbrechen.
• Zusätzlich ist eine CID-Dichtung 800 am Außenumfang des CID-Filters 430 angeordnet, um den CID-Filter 430 zu fixieren und gleichzeitig den Kontakt zwischen dem Außenumfangsteil der CID-Dichtung 800 und dem Außenumfangsteil der Sicherheitsentlüftung 420 zu unterbrechen.
• Als Nächstes wird die Stromunterbrechungsfunktion des Federteils 600 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ausführlich beschrieben.
• 8 ist eine Teilquerschnittsansicht, die einen Zustand zeigt, wenn die Temperatur in Bezug auf einen Querschnitt entlang der Schnittlinie A-A' von 1 ansteigt. 9 ist eine Teilquerschnittsansicht, die einen Zustand zeigt, wenn die Temperatur in Bezug auf einen Querschnitt entlang der Schnittlinie B-B' von 1 ansteigt.
• Unter gemeinsamer Bezugnahme auf die 5 bis 9 weist das Federteil 600 gemäß der vorliegenden Ausführungsform eine Formgedächtnislegierung auf, damit der Abstand zwischen dem höchsten Punkt HP und dem niedrigsten Punkt LP des Federteils 600 bei einer Verformungstemperatur oberhalb eines normalen Betriebstemperaturbereichs abnimmt. Hier bedeutet die Verformungstemperatur einen Temperaturpunkt, an dem sich die Form des Federteils 600, das die Formgedächtnislegierung enthält, zu ändern beginnt. Wenn das Federteil 600 eine Wellenfeder ist, kann der höchste Punkt HP ein Punkt des nach oben gebogenen Teils 610 sein und der niedrigste Punkt LP kann ein Punkt des nach unten gebogenen Teils 620 sein.
• 6 zeigt den Abstand D zwischen dem höchsten Punkt HP und dem niedrigsten Punkt LP des Federteils 600 im normalen Betriebstemperaturbereich, und 8 zeigt einen Zustand, in dem der Abstand D' zwischen dem höchsten Punkt HP und dem niedrigsten Punkt LP des Federteils 600 abnimmt, nachdem das Innere der Sekundärbatterie 100 die Verformungstemperatur erreicht.
• Das Erreichen der Verformungstemperatur und das Verringern des Abstands zwischen dem höchsten Punkt HP und dem niedrigsten Punkt LP des Federteils 600 können erreicht werden, wenn die Krümmung des nach oben gebogenen Teils 610 und des nach unten gebogenen Teils 620 abnimmt.
• Das Federteil 600 kann eine oder mehrere Formgedächtnislegierungen umfassen, die aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus einer Nickel-Titan-Legierung (Ni-Ti), einer Kupfer-ZinkLegierung (Cu-Zn), einer Kupfer-Zink-Aluminium-Legierung (Cu-Zn-Al), einer Kupfer-Cadmium-Legierung (Cu-Cd), einer Nickel-Aluminium-Legierung (Ni-Al), einer Kupfer-Zink-Aluminium-Legierung (Cu-Zn-Al) und einer Kupfer-Aluminium-Nickel-Legierung (Cu-Al-Ni) besteht.
• Nachdem das Federteil 600, das die Formgedächtnislegierung enthält, in eine gewünschte Form gebracht wurde, kann die vorhergehende Wärmebehandlung durchgeführt werden, um die Betriebstemperatur zu speichern. Beispielsweise kann es so strukturiert sein, dass die Krümmung des nach oben gebogenen Teils 610 und des nach unten gebogenen Teils 620 des Federteils 600 bei der oben beschriebenen Verformungstemperatur abnimmt.
• Zu diesem Zeitpunkt ist die Verformungstemperatur eine Temperatur oberhalb des normalen Betriebstemperaturbereichs und wird vorzugsweise innerhalb eines Temperaturbereichs eingestellt, in dem Leistungseinbußen oder Sicherheitseinbußen aufgrund von Wärmeerzeugung innerhalb der Sekundärbatterie 100 auftreten können. Beispielsweise kann die Verformungstemperatur 90 °C oder mehr und 150 °C oder weniger, bevorzugter 95 °C oder mehr und 110 °C oder weniger betragen. Dies kann jedoch gemäß der Größe, dem Typ oder der Leistung der anzulegenden Sekundärbatterie 100 eingestellt werden.
• Wenn der Abstand D' zwischen dem höchsten Punkt HP und dem niedrigsten Punkt LP des Federteils 600 bei der Verformungstemperatur abnimmt, kann der Kontakt zwischen dem ersten Elektrodenverlängerungsteil 211E und dem Abstandshalter 500 und/oder der Kontakt zwischen dem zweiten Elektrodenverlängerungsteil 221E und der Kappenanordnung 400 gelöst werden. Das heißt, entweder kann der Kontakt zwischen dem ersten Elektrodenverlängerungsteil 211E und dem Abstandshalter 500 oder der Kontakt zwischen dem zweiten Elektrodenverlängerungsteil 221E und der Kappenanordnung 400 gelöst werden, oder sowohl der Kontakt zwischen dem ersten Elektrodenverlängerungsteil 211E und dem Abstandshalter 500 als auch der Kontakt zwischen dem zweiten Elektrodenverlängerungsteil 221E und der Kappenanordnung 400 können gelöst werden.
• 8 zeigt einen Zustand, in dem der Kontakt zwischen dem ersten Elektrodenverlängerungsteil 211E und dem Abstandshalter 500 gelöst ist, und 9 zeigt einen Zustand, in dem der Kontakt zwischen dem zweiten Elektrodenverlängerungsteil 221E und der Kappenanordnung 400 gelöst ist.
• Wenn das Innere der Sekundärbatterie 100 eine Verformungstemperatur oberhalb des normalen Betriebstemperaturbereichs erreicht, wird das Federteil 600 auf diese Weise verformt, so dass der Abstand D' zwischen dem höchsten Punkt HP und dem niedrigsten Punkt LP abnimmt. Wenn der Kontakt zwischen dem ersten Elektrodenverlängerungsteil 211E und dem Abstandshalter 500 und/oder der Kontakt zwischen dem zweiten Elektrodenverlängerungsteil 221E und der Kappenanordnung 400 entsprechend der Verformung des Federteils 600 gelöst wird, wird der Stromfluss zu der Sekundärbatterie 100 unterbrochen. Mit anderen Worten kann es unter dem oben beschriebenen Betriebsprinzip, wenn die Temperatur aufgrund eines anormalen Betriebszustands wie Überstrom, Überspannung usw. ansteigt, den Stromfluss in der Sekundärbatterie wirksam unterbrechen, die Sicherheit gegenüber Wärmeerzeugung gewährleisten und verhindern, dass die Sekundärbatterien zu Explosion oder Zündung führen.
• Währenddessen kann unter erneuter Bezugnahme auf 6 die obere Oberfläche 510, die dem ersten Elektrodenverlängerungsteil 211E des Abstandshalters 500 gemäß der vorliegenden Ausführungsform zugewandt ist, eine konvex vorstehende Form aufweisen, und eine untere Oberfläche 520 des Abstandshalters 500, die dem Federteil 600 zugewandt ist, kann eine flache Form aufweisen. Das erste Elektrodenverlängerungsteil 211E kann so konfiguriert sein, dass es eine Form aufweist, bei der das Vorsprungsteil vom Außenbereich der Elektrodenanordnung 200 zum Zentralbereich hin abnimmt, das heißt eine konkave Form. Das heißt, die untere Oberfläche der Elektrodenanordnung vom Jelly-Roll-Typ 200, die durch das gewickelte erste Elektrodenverlängerungsteil 211E gebildet wird, kann eine konkave Form aufweisen, bei der der Zentralbereich weiter innen liegt als der Außenbereich. Der Abstandshalter 500 kann eine obere Oberfläche aufweisen, die konvex vorsteht, um den Kontakt mit dem ersten Elektrodenverlängerungsteil 211E zu erhöhen. Das heißt, der Kontakt zwischen dem Abstandshalter 500 und dem ersten Elektrodenverlängerungsteil 211E kann durch das konkave erste Elektrodenverlängerungsteil 211E und den Abstandshalter 500, der so vorsteht, dass er diesem entspricht, stabil aufrechterhalten werden. Währenddessen kann die untere Oberfläche 520 des Abstandshalters 500 eine flache Form aufweisen, um den höchsten Punkt HP des Federteils 600 zu kontaktieren.
• Die Begriffe, die Richtungen darstellen, wie etwa die Vorderseite, die Rückseite, die linke Seite, die rechte Seite, die obere Seite und die untere Seite, wurden in der vorliegenden Ausführungsform verwendet, aber die verwendeten Begriffe werden der Einfachheit der Beschreibung halber einfach verwendet und können sich je nach der Position eines Objekts, der Position eines Beobachters oder dergleichen ändern.
• Die Sekundärbatterien gemäß der oben beschriebenen vorliegenden Ausführungsform können in einer Vielzahl von Einheiten zusammengefasst werden, um ein Batteriemodul zu bilden. Die Batteriemodule können zusammen mit verschiedenen Steuer- und Schutzsystemen, wie etwa einem BMS (Batteriemanagementsystem), einer BDU (Batterietrenneinheit) und einem Kühlsystem, montiert werden, um einen Batteriepack zu bilden.
• Die Sekundärbatterie, das Batteriemodul oder der Batteriepack können für verschiedene Vorrichtungen verwendet werden. Sie können beispielsweise für ein Fahrzeug, wie etwa ein Elektrofahrrad, ein Elektrofahrzeug und ein Hybridelektrofahrzeug, oder ein ESS (Energiespeichersystem) verwendet werden, sind aber nicht darauf beschränkt und können für unterschiedliche Vorrichtungen verwendet werden, die Sekundärbatterien verwenden können.
• Obwohl bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung oben ausführlich beschrieben wurden, ist der Umfang der vorliegenden Offenbarung nicht darauf beschränkt, und verschiedene Modifikationen und Verbesserungen können von Fachleuten unter Verwendung der Grundkonzepte der vorliegenden Offenbarung, wie sie in den beigefügten Ansprüchen definiert sind, die ebenfalls in den Umfang der vorliegenden Offenbarung fallen, vorgenommen werden.
• [Beschreibung der Bezugszeichen]

100

Sekundärbatterie

200

Elektrodenanordnung

300

Batteriedose

400

Kappenanordnung

500

Abstandshalter

600

Federteil

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
• Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
• Zitierte Patentliteratur
• KR 1020210122353 [0001]

Claims (9)

1. Sekundärbatterie, aufweisend: eine Elektrodenanordnung vom Jelly-Roll-Typ, in der eine erste Elektrode, eine zweite Elektrode und ein Separator gewickelt sind; eine Batteriedose, die die Elektrodenanordnung aufnimmt und in ihrem oberen Bereich offen ist; eine Kappenanordnung, die an den offenen oberen Bereich der Batteriedose gekoppelt ist; einen Abstandshalter, der zwischen der Elektrodenanordnung und dem Bodenbereich der Batteriedose angeordnet ist; und einen Federteil, das zwischen dem Abstandshalter und dem Bodenbereich der Batteriedose angeordnet ist, wobei die erste Elektrode einen ersten Elektrodenstromabnehmer und ein erstes Elektrodenverlängerungsteil aufweist, wobei der erste Elektrodenstromabnehmer in einer Richtung der Elektrodenanordnung nach unten verlängert und freigelegt ist, wobei die zweite Elektrode einen zweiten Elektrodenstromabnehmer und ein zweites Elektrodenverlängerungsteil aufweist, wobei der zweite Elektrodenstromabnehmer in einer Richtung der Elektrodenanordnung nach oben verlängert und freigelegt ist, wobei das erste Elektrodenverlängerungsteil den Abstandshalter kontaktiert und das zweite Elektrodenverlängerungsteil die Kappenanordnung kontaktiert, und wobei das Federteil eine Formgedächtnislegierung aufweist, so dass ein Abstand zwischen einem höchsten Punkt und einem niedrigsten Punkt des Federteils bei einer Verformungstemperatur oberhalb eines normalen Betriebstemperaturbereichs abnimmt.
2. Sekundärbatterie nach Anspruch 1, wobei: das Federteil eine Wellenfeder ist.
3. Sekundärbatterie nach Anspruch 2, wobei: das Federteil nach oben gebogene Teile und nach unten gebogene Teile aufweist, die entlang einer Umfangsrichtung abwechselnd angeordnet sind.
4. Sekundärbatterie nach Anspruch 3, wobei: eine Krümmung des nach oben gebogenen Teils und des nach unten gebogenen Teils bei der Verformungstemperatur abnimmt.
5. Sekundärbatterie nach Anspruch 1, wobei die erste Elektrode ein erstes Elektrodenaktivmaterialteil aufweist, das durch Auftragen eines ersten Elektrodenaktivmaterials auf den ersten Elektrodenstromabnehmer gebildet ist, und das erste Elektrodenverlängerungsteil mehr in der Richtung nach unten verlängert ist als eine Region, in dem das erste Elektrodenaktivmaterialteil gebildet ist, und die zweite Elektrode ein zweites Elektrodenaktivmaterialteil aufweist, das durch Auftragen eines zweiten Elektrodenaktivmaterials auf den zweiten Elektrodenstromabnehmer gebildet ist, und das zweite Elektrodenverlängerungsteil mehr in der Richtung nach oben verlängert ist als eine Region, in der das zweite Elektrodenaktivmaterialteil gebildet ist.
6. Sekundärbatterie nach Anspruch 1, wobei eine obere Oberfläche des Abstandshalters, die dem ersten Elektrodenverlängerungsteil zugewandt ist, eine konvex vorstehende Form aufweist, und eine untere Oberfläche des Abstandshalters, die dem Federteil zugewandt ist, eine flache Form aufweist.
7. Sekundärbatterie nach Anspruch 1, wobei der Abstandshalter ein metallisches Material aufweist.
8. Sekundärbatterie nach Anspruch 1, wobei: wenn der Abstand zwischen einem höchsten Punkt und einem niedrigsten Punkt des Federteils bei der Verformungstemperatur abnimmt, der Kontakt zwischen dem ersten Elektrodenverlängerungsteil und dem Abstandshalter und/oder der Kontakt zwischen dem zweiten Elektrodenverlängerungsteil und der Kappenanordnung gelöst wird.
9. Batteriemodul, das die Sekundärbatterie nach Anspruch 1 aufweist.

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