JP7416934B2 - 二次電池、電池モジュール及び装置 - Google Patents
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Description
本願の実施形態は電池の技術分野に関し、特に二次電池、電池モジュール及び装置に関する。
［関連出願の相互参照］
本願は、２０１９年１１月１５日に中国特許庁に提出された、出願番号が２０１９２１９８２１６６．２、発明名称が「二次電池、電池モジュール及び装置」である中国特許出願の優先権を主張し、当該出願の全内容は引用により本願に組み込まれている。
［関連出願の相互参照］
本願は、２０１９年１１月１５日に中国特許庁に提出された、出願番号が２０１９２１９８２１６６．２、発明名称が「二次電池、電池モジュール及び装置」である中国特許出願の優先権を主張し、当該出願の全内容は引用により本願に組み込まれている。
二次電池は、高エネルギー、大容量、高電力などの利点があるため、ハイブリッド自動車及び電気自動車の分野に幅広く適用されている。二次電池は、ハウジング、ハウジング内に設置された電極組立体、ハウジングにシール接続されたトップカバープレート、トップカバープレートに設置された極柱、絶縁部材、及び電極組立体のタブと極柱とを接続する集電部材を含む。極柱は絶縁部材を介してトップカバープレートとシールして嵌合される。しかしながら、二次電池の使用過程で、絶縁部材の位置ずれや脱落が発生することがあるため、絶縁部材のシール不良又はシール性能の低下を引き起こし、二次電池の使用安全性を損なってしまう。
従来技術における絶縁部材の位置ずれや脱落による絶縁部材のシール不良又はシール性能の低下の技術的課題を解決するためになされたものである。
一態様では、本願の実施例は二次電池を提供し、その厚さ方向に沿って対向する外面及び内面、及び厚さ方向に沿って延在する電極引出孔を有するトップカバープレートと、電極引出孔に設置され、第１金属層及び第２金属層を含み、内面から外面への方向に沿って、第１金属層と第２金属層が積層して設置される極柱と、トップカバープレートと極柱との間に設置される絶縁部材と、第１接合層であって、絶縁部材と第１金属層との間に設置され、第１金属層と第１接合層とは化学結合によって接合され、絶縁部材と第１接合層とは化学結合によって接合され、絶縁部材は第１接合層を介して第１金属層にシール接続される、第１接合層と、を含む。
従って、第１金属層と第１接合層との間、及び絶縁部材と第１接合層との間の接続が堅固で、信頼でき、第１金属層と絶縁部材との間の接続強度を効果的に向上させ、絶縁部材の位置ずれや脱落による第１金属層と絶縁部材との間のシール不良又はシール性能の低下の可能性を低減させ、それにより二次電池の使用安全性を向上させることができる。
本願の実施例の一態様によれば、第１金属層は第２金属層から離れる第１凹部を有し、絶縁部材の一部は第１凹部内に延在し、第１接合層は第１凹部と絶縁部材との間に延在し、第１凹部は、数が１つであり、環状であり、又は、第１凹部の数は２つ以上であり、２つ以上の第１凹部は極柱の周方向に沿って間隔をおいて設置される。
従って、絶縁部材の第１凹部内に延在する部分と、第１接合層の第１凹部に延在する部分は、共同で軸方向に極柱を拘束及び制限することができ、極柱が軸方向に沿った応力作用を受けた時に軸方向に沿って位置ずれする可能性をさらに低減させることに寄与する。
本願の実施例の一態様によれば、二次電池は、絶縁部材と第２金属層との間に設置される第２接合層をさらに含み、第２金属層と第２接合層とは化学結合によって接合され、絶縁部材と第２接合層とは化学結合によって接合され、絶縁部材は第２接合層を介して第２金属層にシール接続される。
従って、絶縁部材と極柱との全体的な接続強度及びシール信頼性を向上させ、絶縁部材と極柱との間の位置相対移動によるシール不良又はシール性能の低下の可能性を低減させ、電解液が絶縁部材と第２金属層との間に侵入して第２金属層を腐食したり、極柱から溢れ出したりする可能性をさらに低減させる。
本願の実施例の一態様によれば、第２金属層は第１金属層から離れる第２凹部を有し、絶縁部材の一部は第２凹部に近い領域に延在し、第２接合層は第２凹部と絶縁部材との間に延在する。
従って、絶縁部材の第２凹部内に延在する部分と、第２接合層の第２凹部に延在する部分は、共同で軸方向に極柱を拘束及び制限することができ、極柱が軸方向に沿った応力作用を受けた時に軸方向に沿って位置ずれする可能性をさらに低減させることに寄与する。
本願の実施例の一態様によれば、第２凹部は、数が１つであり、環状であり、又は、第２凹部の数は２つ以上であり、２つ以上の第２凹部は極柱の周方向に沿って間隔をおいて設置される。
第２凹部が環状であるため、極柱にかかる力を均一にすることができる。
本願の実施例の一態様によれば、第１金属層は銅層又は銅合金層であり、第２金属層はアルミニウム層又はアルミニウム合金層であり、及び／又は、
第１接合層は、第１酸化被膜及び第１酸化被膜に設置されたトリアジンチオール誘導体を含み、第２接合層は、第２酸化被膜及び第２酸化被膜に設置されたトリアジンチオール誘導体を含む。
第１接合層は、第１酸化被膜及び第１酸化被膜に設置されたトリアジンチオール誘導体を含み、第２接合層は、第２酸化被膜及び第２酸化被膜に設置されたトリアジンチオール誘導体を含む。
従って、第１金属層が銅層又は銅合金層であり、第２金属層がアルミニウム層又はアルミニウム合金層であることで、第１金属層と負極アダプタ又は第１金属層とタブを溶接することに寄与する。銅元素及びトリアジンチオール誘導体は銅－硫黄化学結合を生成でき、トリアジンチオール誘導体と絶縁部材との間には共有結合が形成される。
本願の実施例の一態様によれば、第２金属層は絶縁部材に直接接続され、第１金属層と第１接合層との間の引張強度は、第２金属層と絶縁部材との間の引張強度よりも大きく、絶縁部材と第１接合層との間の引張強度は、第２金属層と絶縁部材との間の引張強度よりも大きい。
従って、第２金属層がバスバーに溶接接続された後、第２金属層の第１金属層から離れる端部がバスバーの引張作用力を受けた時に、第２金属層がわずかに移動することを可能にするが、引張作用力によって、第１金属層と絶縁部材を分離することはなく、それにより極柱と絶縁部材とのシール信頼性を向上させる。
本願の実施例の一態様によれば、二次電池は、トップカバープレートと絶縁部材との間に設置される第３接合層をさらに含み、トップカバープレートと第３接合層とは化学結合によって接合され、絶縁部材と第３接合層とは化学結合によって接合され、絶縁部材は第３接合層を介してトップカバープレートにシール接続される。
トップカバープレートと第３接合層とは化学結合によって接合され、同時に絶縁部材と第３接合層とは化学結合によって接合されるため、トップカバープレートと第３接合層との間及び絶縁部材と第３接合層との間の接続が堅固で、信頼でき、トップカバープレートと絶縁部材との間の接続強度を効果的に向上させ、絶縁部材の位置ずれや脱落によるトップカバープレートと絶縁部材との間のシール不良又はシール性能の低下の可能性を低減させ、それにより二次電池の使用安全性を向上させることができる。
本願の実施例の一態様によれば、トップカバープレートはアルミニウム層又はアルミニウム合金層であり、及び／又は、第１接合層は、第１酸化被膜及び第１酸化被膜に設置されたトリアジンチオール誘導体を含み、第３接合層は、第３酸化被膜及び第３酸化被膜に設置されたトリアジンチオール誘導体を含む。
第１接合層は、第１酸化被膜及び第１酸化被膜に設置されたトリアジンチオール誘導体を含むため、銅元素及びトリアジンチオール誘導体は銅－硫黄化学結合を生成でき、トリアジンチオール誘導体と絶縁部材との間には共有結合が形成される。
本願の実施例の一態様によれば、電極引出孔の軸方向に沿って、第１金属層の厚さは第２金属層の厚さ以上であり、及び／又は、
極柱の最大外径は電極引出孔の最小孔径未満である。
極柱の最大外径は電極引出孔の最小孔径未満である。
極柱の最大外径は電極引出孔の最小孔径未満であり、このように、極柱のサイズを小さくし、極柱の空間占有率を低減させることに寄与する。
本願の実施例の一態様によれば、絶縁部材は硫酸バリウム粒子を含み、及び／又は、絶縁部材は繊維構造体を含む。
絶縁部材はトップカバープレートと極柱をシールすることに用いられる。
本願の実施例の一態様によれば、電極引出孔の軸方向に沿って、第１金属層の外周面の少なくとも一部は第１接合層によって被覆され、及び／又は、第１接合層の厚さは５０ナノメートル～５００ナノメートルである。
第１金属層の外周面の少なくとも一部が第１接合層によって被覆されるため、第１金属層と第１接合層との接続領域の面積を大きくし、接続強度及びシール信頼性を向上させることに寄与する。
本願の実施例の二次電池によれば、極柱は第１接合層及び絶縁部材を介してトップカバープレートとシールして嵌合される。第１金属層と第１接合層とは化学結合によって接合され、同時に絶縁部材と第１接合層とは化学結合によって接合されるため、第１金属層と第１接合層との間、及び絶縁部材と第１接合層との間の接続が堅固で、信頼でき、第１金属層と絶縁部材との間の接続強度を効果的に向上させ、絶縁部材の位置ずれや脱落による第１金属層と絶縁部材との間のシール不良又はシール性能の低下の可能性を低減させ、それにより二次電池の使用安全性を向上させることができる。
別の態様では、本願の実施例は、上記二次電池を含む電池モジュールを提供する。
電池モジュールは駆動モータに電気エネルギーを提供する。
さらに別の態様では、本願の実施例は、上記二次電池を含む二次電池を電源として使用する装置を提供する。
本願の実施例に係る二次電池を電源として使用する装置は、車両、船舶又は飛行機などであってもよいが、これらに限定されない。
本願の実施例又は従来技術の技術案をより明確に説明するために、以下、実施例又は従来技術の説明で使用される必要がある図面を簡単に説明し、明らかに、以下に説明される図面は本願のいくつかの実施例であり、当業者は、創造的な労働を必要とせずに、さらにこれらの図面に基づいて他の図面を取得することができる。
以下、図面を参照しながら、本願の例示的な実施例の特徴、利点及び技術的効果を説明する。
図面では、図面は実際の縮尺で描かれていない。
以下、図面及び実施例を参照しながら、本願の実施形態をさらに詳細に説明する。以下の実施例の詳細な説明及び図面は、本願の原理を例示的に説明するためのものであり、本願の範囲を限定するものではなく、すなわち、本願は説明される実施例に限定されない。
本願の説明では、説明する必要があるように、特に説明されない限り、「複数」は、２つ以上を意味し、「上」、「下」、「左」、「右」、「内」、「外」などの用語が示した方位又は位置関係は、本願を容易に説明し及び説明を簡素化するためのものに過ぎず、示した装置又は素子が必ずしも特定の方位を有したり、特定の方位で構成及び操作されたりすることを指示又は暗示しないため、本願を限定するものではないと理解すべきである。また、「第１」、「第２」などの用語は、説明するためのものに過ぎず、相対的な重要性を指示又は暗示するものではないと理解すべきである。
本願の説明では、さらに説明する必要があるように、特に明確に規定及び限定されない限り、「取り付け」、「接続」、「連結」という用語は広義に理解されるべきであり、例えば、固定接続であってもよく、取り外し可能な接続、又は一体的な接続であってもよく、直接接続であってもよく、中間媒体を介した間接的接続であってもよい。当業者であれば、具体的な状況に応じて上記用語の本願における具体的な意味を理解することができる。
本願をより良好に理解するために、以下、図１～図８を参照しながら、本願の実施例を説明する。
本願の実施例は二次電池２０を電源として使用する装置を提供する。該装置は、車両、船舶又は飛行機などであってもよいが、これらに限定されない。図１に示すように、本願の一実施例は車両を提供し、車両本体と、電池モジュールとを含む。電池モジュールは車両本体に設置される。車両は、純電気自動車であってもよく、ハイブリッド自動車又はレンジエクステンダー自動車であってもよい。車両本体には、電池モジュールに電気的に接続される駆動モータが設置される。電池モジュールは駆動モータに電気エネルギーを提供する。駆動モータは、伝動機構を介して車両本体の車輪に接続され、それにより自動車の走行を駆動する。いくつかの実施例では、電池モジュールは、車両本体の底部に水平に設置されてもよい。
図２に示すように、電池モジュールは電池パック１であってもよい。電池パック１の設置形態は複数種がある。いくつかの実施例では、電池パック１は、筐体と、筐体内に設置された電池モジュール１０とを含む。電池モジュール１０の数は１つ又は複数である。１つ又は複数の電池モジュール１０は筐体内に並んで配置される。筐体のタイプについて制限がない。筐体は枠状筐体、円盤状筐体又は箱型状筐体などであってもよい。いくつかの実施例では、筐体は、電池モジュール１０を収容するための下筐体と、下筐体と蓋合する上筐体とを含んでもよい。下筐体が下筐体と蓋合されて電池モジュール１０を収容する収容部が形成される。理解できるように、電池モジュールは電池モジュール１０であってもよい。
図３に示すように、電池モジュール１０は複数の二次電池２０を含む。電池モジュール１０の設置形態は複数種があり、一実施例では、電池モジュール１０は、収容部と、収容部内に位置する複数の二次電池２０とを含む。複数の二次電池２０は、収容部内に並んで設置される。収容部の設置形態は複数種があり、例えば、収容部は、ケーシングと、ケーシングに覆設されたカバープレートとを含み、又は、収容部は、順次取り囲んで接続された側板及び端板を含み、又は、収容部は、対向して設置された２つの端板と、端板及び二次電池２０外に巻き付けられたバンドとを含む。
図４に示すように、本願の実施例の二次電池２０は、ハウジング２１、ハウジング２１内に設置された電極組立体２２、及びハウジング２１にシール接続されたトップカバー組立体３０を含む。
本願の実施例のハウジング２１は角形構造又は他の形状である。ハウジング２１は、電極組立体２２及び電解液を収容する内部空間、及び内部空間に連通する開口部を有する。ハウジング２１は、アルミニウム、アルミニウム合金又はプラスチックなどの材料で製造されてもよい。
本願の実施例の電極組立体２２は、第１極板、第２極板、及び第１極板と第２極板との間に位置するセパレータを共に積み重ねる又は巻回することによって本体部を形成し、セパレータは、第１極板と第２極板との間に位置する絶縁体である。本実施例の本体部は、全体として扁平状構造であり、所定の厚さ、高さ及び幅を有する。本体部の軸方向はその高さ方向である。本体部は、その軸方向に沿って対向する２つの端面を有する。本実施例では、第１極板を正極板、第２極板を負極板として例示的に説明する。正極板活物質は正極板の塗布領域に塗布され、負極板活物質は負極板の塗布領域に塗布される。本体部の塗布領域から延び出す未塗布領域はタブとして機能する。電極組立体２２は、正極タブ及び負極タブである２つのタブを含む。正極タブは正極板の塗布領域から延び出し、負極タブは負極板の塗布領域から延び出す。本体部は、その周方向に沿って交互に設置される幅広面及び幅狭面を有する。
図５～図７に示すように、本願の実施例のトップカバー組立体３０は、トップカバープレート３１、極柱３２、絶縁部材３３及び第１接合層３４を含む。トップカバープレート３１は、その厚さ方向に沿って対向して設置された外面３１ａ及び内面３１ｂと、厚さ方向に沿って延在する電極引出孔３１ｃとを含む。電極引出孔３１ｃの軸方向Ｘはトップカバープレート３１の厚さ方向と同じである。極柱３２は、電極引出孔３１ｃに差し込まれ、絶縁部材３３及び第１接合層３４を介してトップカバープレート３１とシールして嵌合される。極柱３２は、第１金属層３２１及び第２金属層３２２を含む。トップカバープレート３１の内面３１ｂから外面３１ａへの方向に沿って、第１金属層３２１と第２金属層３２２は積層して設置され、すなわち図６に示すように位置を基準とした時に、トップカバープレート３１の内面３１ｂが下向きであり、外面３１ａが上向きである。第１金属層３２１は第２金属層３２２の下方に位置する。第１接合層３４は絶縁部材３３と第１金属層３２１との間に設置される。第１金属層３２１と第１接合層３４とは化学結合によって接合される。絶縁部材３３と第１接合層３４とは化学結合によって接合される。絶縁部材３３は第１接合層３４を介して第１金属層３２１にシール接続される。
本願の実施例の二次電池２０では、極柱３２は第１接合層３４及び絶縁部材３３を介してトップカバープレート３１とシールして嵌合される。第１金属層３２１と第１接合層３４とは化学結合によって接合され、同時に絶縁部材３３と第１接合層３４とは化学結合によって接合されるため、第１金属層３２１と第１接合層３４との間、及び絶縁部材３３と第１接合層３４との間の接続が堅固で、信頼でき、第１金属層３２１と絶縁部材３３との間の接続強度を効果的に向上させ、絶縁部材３３の位置ずれや脱落による第１金属層３２１と絶縁部材３３との間のシール不良又はシール性能の低下の可能性を低減させ、電解液が絶縁部材３３と第１金属層３２１との間に侵入して第１金属層３２１を腐食したり、極柱３２から溢れ出したりする可能性を低減させることもでき、それによりトップカバー組立体３０が適用される二次電池の使用安全性を向上させることができる。
一実施例では、第１金属層３２１の材料は銅又は銅合金である。極柱３２が負極として機能した時に、第１金属層３２１の材料は負極アダプタ又は負極タブの材料と同じであり、第１金属層３２１と負極アダプタ又は第１金属層３２１とタブを溶接することに寄与する。まず、第１金属層３２１に対してトリアジン処理を行い、第１金属層３２１の表面にトリアジンチオール銅塩の被膜を形成し、次に、第１金属層３２１を過酸化水素、過酸化カリウム、過酸化ナトリウム、ヒドロペルオキシドからなる過酸化物溶液に接触させて銅酸化物含有の第１酸化被膜を形成して、第１酸化被膜及びトリアジンチオール誘導体を含む第１接合層３４を形成する。銅元素及びトリアジンチオール誘導体は銅（Ｃｕ）－硫黄（Ｓ）化学結合を生成でき、トリアジンチオール誘導体と絶縁部材３３との間には共有結合が形成される。最終的に、高温高圧下で第１金属層３２１と注入された熱可塑性材料とを接合して一体構造を形成する。注入された熱可塑性材料は最終的に絶縁部材３３を形成する。ここでは、一体構造は、第１金属層３２１と絶縁部材３３を接合した後に取り外すことができず、両者を一体構造として接続することを指す。いくつかの実施例では、絶縁部材３３の材料は、ポリフェニレンサルファイド又はポリブチレンテレフタレートなどの熱可塑性材料であってもよい。
一実施例では、図７に示すように、電極引出孔３１ｃの軸方向Ｘに沿って、第１金属層３２１の外周面の少なくとも一部は第１接合層３４によって被覆される。いくつかの実施例では、第１金属層３２１の外周面全体は第１接合層３４によって被覆されることで、第１金属層３２１、第１接合層３４及び絶縁部材３３の接続領域の面積を大きくし、接続強度及びシール信頼性を向上させることに寄与する。一例では、第１接合層３４の厚さＤは５０ナノメートル～５００ナノメートルであり、いくつかの実施例では、第１接合層３４の厚さは８０ナノメートル～３００ナノメートルである。第１接合層３４の厚さＤは第１金属層３２１から離れる方向に沿った厚さ値である。
一実施例では、電極引出孔３１ｃの軸方向Ｘに沿って、第１金属層３２１の厚さは第２金属層３２２の厚さ以上であり、それにより第１金属層３２１、第１接合層３４及び絶縁部材３３の接続領域の面積をさらに大きくし、接続強度及びシール信頼性を向上させることに寄与する。
一実施例では、極柱３２の最大外径は電極引出孔３１ｃの最小孔径未満である。電極引出孔３１ｃの軸方向Ｘに沿って、極柱３２の正投影は電極引出孔３１ｃの孔壁の正投影の内部にある。このように、極柱３２のサイズを小さくし、極柱３２の空間占有率を低減させることに寄与する。極柱３２自体が軸方向に沿った外部応力を受けた時に、極柱３２は第１接合層３４及び絶縁部材３３を介して応力をトップカバープレート３１に伝達する。絶縁部材３３と第１金属層３２１との間に第１接合層３４が設置されるため、絶縁部材３３と第１金属層３２１との間の接続強度を間接的に強化し、従って、極柱３２自体が軸方向に沿った外部応力を受けた時に、第１金属層３２１と絶縁部材３３との分離又は緩みによる第１金属層３２１と絶縁部材３３との間のシール不良又はシール性能の低下の可能性を低減させることができる。
一実施例では、絶縁部材３３の材料は、ポリフェニレンサルファイド又はポリブチレンテレフタレートなどの熱可塑性材料であってもよい。一例では、絶縁部材３３は硫酸バリウム粒子をさらに含む。硫酸バリウム粒子は、絶縁部材３３自体の構造強度を向上させ、それにより絶縁部材３３自体に良好な引張性能を持たせることに寄与できる。いくつかの実施例では、硫酸バリウム粒子の粒径は０．１ミクロン～４ミクロンである。別の例では、絶縁部材３３は繊維構造体を含む。繊維構造体は、絶縁部材３３自体の構造強度を向上させ、それにより絶縁部材３３自体に良好な引張性能を持たせることに寄与できる。いくつかの実施例では、繊維構造体の長さは４０ミクロン～２２０ミクロンである。繊維構造体は、炭素繊維又はガラス繊維であってもよい。
一実施例では、図７に示すように、第１金属層３２１は第２金属層３２２から離れる第１凹部３２１ａを有する。第１凹部３２１ａは、交差して設置された第１軸方向展延面３２１ａａ及び第１径方向展延面３２１ａｂを有する。絶縁部材３３の一部は第１凹部３２１ａ内に延在する。第１接合層３４は第１凹部３２１ａと絶縁部材３３との間に延在する。絶縁部材３３の第１凹部３２１ａ内に延在する部分と、第１接合層３４の第１凹部３２１ａに延在する部分は、共同で軸方向に極柱３２を拘束及び制限することができ、極柱３２が軸方向に沿った応力作用を受けた時に軸方向に沿って位置ずれする可能性をさらに低減させることに寄与する。一例では、第１凹部３２１ａは第１金属層３２１の外周面を貫通する。一例では、第１凹部３２１ａは、数が１つであり、環状である。第１凹部３２１ａは極柱３２の周方向に沿って延在する。別の例では、第１凹部３２１ａの数は２つ以上である。２つ以上の第１凹部３２１ａは、極柱３２の周方向に沿って間隔をおいて設置される。
一実施例では、図８に示すように、トップカバー組立体３０は第２接合層３５をさらに含む。第２接合層３５は絶縁部材３３と第２金属層３２２との間に設置される。第２金属層３２２と第２接合層３５とは化学結合によって接合される。絶縁部材３３と第２接合層３５とは化学結合によって接合される。絶縁部材３３は第２接合層３５を介して第２金属層３２２にシール接続される。このように、絶縁部材３３は第１接合層３４を介して第１金属層３２１にシール接続され、且つ第２接合層３５を介して第２金属層３２２にシール接続され、それにより絶縁部材３３と極柱３２との全体的な接続強度及びシール信頼性をさらに向上させ、絶縁部材３３と極柱３２との間の位置相対移動によるシール不良又はシール性能の低下の可能性を低減させ、電解液が絶縁部材３３と第２金属層３２２との間に侵入して第２金属層３２２を腐食したり、極柱３２から溢れ出したりする可能性をさらに低減させる。
一実施例では、第２金属層３２２の材料はアルミニウム又はアルミニウム合金である。極柱３２が負極として機能した時に、第２金属層３２２の材料はバスバー４０の材料と同じであり、第２金属層３２２とバスバー４０を溶接することに寄与する。まず、第２金属層３２２を酸化処理して第２金属層３２２上に第２酸化被膜を形成し、次に、トリアジン処理により、第２酸化被膜の内部又は表面にトリアジンチオール誘導体を持たせて、第２酸化被膜及びトリアジンチオール誘導体を含む第２接合層３５を形成する。アルミニウム元素及びトリアジンチオール誘導体はＡｌ－Ｓ化学結合を生成でき、トリアジンチオール誘導体と絶縁部材３３との間には共有結合が形成される。最終的に、高温高圧下で第２金属層３２２と注入された熱可塑性材料とを接合して一体構造を形成する。注入された熱可塑性材料は最終的に絶縁部材３３を形成する。いくつかの実施例では、絶縁部材３３の材料は、ポリフェニレンサルファイド又はポリブチレンテレフタレートなどの熱可塑性材料であってもよい。
一実施例では、第１金属層３２１の材料は銅又は銅合金である。第２金属層３２２の材料はアルミニウム又はアルミニウム合金である。第１金属層３２１と第２金属層３２２は、複合プロセスを介して複合接続される。
一実施例では、電極引出孔３１ｃの軸方向Ｘに沿って、第２金属層３２２の外周面の少なくとも一部は第２接合層３５によって被覆される。いくつかの実施例では、第２金属層３２２の外周面全体は第２接合層３５によって被覆されることで、第２金属層３２２、第２接合層３５及び絶縁部材３３の接続領域の面積を大きくし、接続強度及びシール信頼性を向上させることに寄与する。一例では、第２接合層３５の厚さは５０ナノメートル～５００ナノメートルであり、いくつかの実施例では、第２接合層３５の厚さは８０ナノメートル～３００ナノメートルである。
一実施例では、図８に示すように、第２金属層３２２は第１金属層３２１から離れる第２凹部３２２ａを有する。第２凹部３２２ａは、交差して設置された第２軸方向展延面３２２ａａ及び第２径方向展延面３２２ａｂを有する。絶縁部材３３の一部は第２凹部３２２ａ内に延在する。第２接合層３５は第２凹部３２２ａと絶縁部材３３との間に延在する。絶縁部材３３の第２凹部３２２ａ内に延在する部分と、第２接合層３５の第２凹部３２２ａに延在する部分は、共同で軸方向に極柱３２を拘束及び制限することができ、極柱３２が軸方向に沿った応力作用を受けた時に軸方向に沿って位置ずれする可能性をさらに低減させることに寄与する。一例では、第２凹部３２２ａは第２金属層３２２の外周面を貫通する。一例では、第２凹部３２２ａは、数が１つであり、環状である。第２凹部３２２ａは極柱３２の周方向に沿って延在する。別の例では、第２凹部３２２ａの数は２つ以上である。２つ以上の第１凹部３２１ａは、極柱３２の周方向に沿って間隔をおいて設置される。
一実施例では、図８に示すように、第２金属層３２２は第１金属層３２１から離れる第３凹部３２２ｂを有する。第３凹部３２２ｂは、第３軸方向展延面３２２ｂａ、及び第２凹部３２２ａに接続された第３径方向展延面３２２ｂｂを有する。電極引出孔３１ｃの軸方向Ｘにおいて、絶縁部材３３は第３径方向展延面３２２ｂｂを超えていない。２つの二次電池２０がバスバー４０を介して直列接続又は並列接続された時に、バスバー４０は、第２金属層３２２の第１金属層３２１から離れる端面に溶接される。第２金属層３２２が第３凹部３２２ｂを有するため、バスバー４０は絶縁部材３３に接触することはなく、それによりバスバー４０が絶縁部材３３に接触して絶縁部材３３を押し出すため、絶縁部材３３が変形し且つシール性能を損なう可能性を低減させる。
一実施例では、絶縁部材３３は、第１接合層３４を介して第１金属層３２１に接続され、絶縁部材３３と第１接合層３４、及び第１接合層３４と第１金属層３２１は互いにシールして嵌合される。第２金属層３２２は絶縁部材３３に直接接続され、第１金属層３２１と第１接合層３４との間の引張強度は、第２金属層３２２と絶縁部材３３との間の引張強度よりも大きく、絶縁部材３３と第１接合層３４との間の引張強度は、第２金属層３２２と絶縁部材３３との間の引張強度よりも大きい。このように、第２金属層３２２がバスバー３７に溶接接続された後、第２金属層３２２の第１金属層３２１から離れる端部がバスバー３７の引張作用力を受けた時に、第２金属層３２２がわずかに移動することを可能にするが、引張作用力によって、第１金属層３２１と絶縁部材３３を分離することはなく、それにより極柱３２と絶縁部材３３とのシール信頼性を向上させる。
一実施例では、図７及び図８に示すように、トップカバー組立体３０は第３接合層３６をさらに含む。第３接合層３６はトップカバープレート３１と絶縁部材３３との間に設置される。トップカバープレート３１と第３接合層３６とは化学結合によって接合される。絶縁部材３３と第３接合層３６とは化学結合によって接合される。絶縁部材３３は第３接合層３６を介してトップカバープレート３１にシール接続される。トップカバープレート３１と第３接合層３６とは化学結合によって接合され、同時に絶縁部材３３と第３接合層３６とは化学結合によって接合されるため、トップカバープレート３１と第３接合層３６との間、及び絶縁部材３３と第３接合層３６との間の接続が堅固で、信頼でき、トップカバープレート３１と絶縁部材３３との間の接続強度を効果的に向上させ、絶縁部材３３の位置ずれや脱落によるトップカバープレート３１と絶縁部材３３との間のシール不良又はシール性能の低下の可能性を低減させ、それにより二次電池２０の使用安全性を向上させることができる。
一実施例では、トップカバープレート３１の材料はアルミニウム又はアルミニウム合金である。まず、トップカバープレート３１を酸化処理してトップカバープレート３１上に第３酸化被膜を形成し、次に、トリアジン処理により、第３酸化被膜の内部又は表面にトリアジンチオール誘導体を持たせて、第３酸化被膜及びトリアジンチオール誘導体を含む第３接合層３６を形成する。アルミニウム元素及びトリアジンチオール誘導体はＡｌ－Ｓ化学結合を生成し、トリアジンチオール誘導体と絶縁部材３３との間には共有結合が形成される。最終的に、高温高圧下でトップカバープレート３１と注入された熱可塑性材料とを接合して一体構造を形成する。注入された熱可塑性材料は最終的に絶縁部材３３を形成する。いくつかの実施例では、絶縁部材３３の材料は、ポリフェニレンサルファイド又はポリブチレンテレフタレートなどの熱可塑性材料であってもよい。
一実施例では、トップカバープレート３１の材料は銅又は銅合金である。まず、トップカバープレート３１に対してトリアジン処理を行い、トップカバープレート３１の表面にトリアジンチオール銅塩の被膜を形成させ、次に、トップカバープレート３１を過酸化水素、過酸化カリウム、過酸化ナトリウム、ヒドロペルオキシドからなる過酸化物溶液に接触させて銅酸化物含有の第３酸化被膜を形成して、第３酸化被膜及びトリアジンチオール誘導体を含む第３接合層３６を形成する。銅元素及びトリアジンチオール誘導体はＣｕ－Ｓ化学結合を生成でき、トリアジンチオール誘導体と絶縁部材３３との間には共有結合が形成される。最終的に、高温高圧下でトップカバープレート３１と注入された熱可塑性材料とを接合して一体構造を形成する。注入された熱可塑性材料は最終的に絶縁部材３３を形成する。ここでは、一体構造は、トップカバープレート３１と絶縁部材３３を接合した後に取り外すことができず、両者を一体構造として接続することを指す。いくつかの実施例では、絶縁部材３３の材料は、ポリフェニレンサルファイド又はポリブチレンテレフタレートなどの熱可塑性材料であってもよい。
一実施例では、トップカバー組立体３０は絶縁板３７をさらに含む。絶縁板３７はトップカバープレート３１の下方に設置される。絶縁板３７は電極引出孔３１ｃに対応する貫通孔を有する。絶縁板３７は、電極組立体２２を押し当てて、電極組立体２２がハウジング２１内を移動する可能性を低減させることに用いられる。いくつかの実施例では、絶縁板３７の材料は、ゴム又はプラスチックであってもよい。
本願の実施例の二次電池２０は、トップカバープレート３１、極柱３２、第１接合層３４及び絶縁部材３３を含む。絶縁部材３３は、トップカバープレート３１と極柱３２をシールすることに用いられる。絶縁部材３３は、第１接合層３４を介して第１金属層３２１に接続して固定され、同時に絶縁部材３３と第１接合層３４とは化学結合によって接合され、第１金属層３２１と第１接合層３４とは化学結合によって接合されるため、第１金属層３２１と絶縁部材３３との間の接続強度及びシール信頼性を効果的に向上させ、極柱３２に対する絶縁部材３３の位置移動によるシール不良又はシール性能の低下の可能性を低減させ、電解液が絶縁部材３３と第１金属層３２１との間に侵入して第１金属層３２１を腐食したり、極柱３２から溢れ出したりする可能性をさらに低減させ、二次電池２０の安全性を向上させる。
いくつかの実施例を参照して本願を説明したが、本願の範囲から逸脱することなく、様々な改良を行い、等価物でその中の部材を置き換えることができる。特に、構造上の矛盾がない限り、各実施例に記載されている各技術的特徴を任意に組み合わせることができる。本願は本明細書に開示されている特定の実施例に限定されず、特許請求の範囲内にある全ての技術案を含む。
[符号の簡単な説明]
１ 電池パック
１０ 電池モジュール
２０ 二次電池
２１ ハウジング
２２ 電極組立体
３０ トップカバー組立体
３１ トップカバープレート
３１ａ 外面
３１ｂ 内面
３１ｃ 電極引出孔
３２ 極柱
３２１ 第１金属層
３２１ａ 第１凹部
３２１ａａ 第１軸方向展延面
３２１ａｂ 第１径方向展延面
３２２ 第２金属層
３２２ａ 第２凹部
３２２ａａ 第２軸方向展延面
３２２ａｂ 第２径方向展延面
３２２ｂ 第３凹部
３２２ｂａ 第３軸方向展延面
３２２ｂｂ 第３径方向展延面
３３ 絶縁部材
３４ 第１接合層
３５ 第２接合層
３６ 第３接合層
３７ 絶縁板
４０ バスバー
Ｘ 軸方向
１ 電池パック
１０ 電池モジュール
２０ 二次電池
２１ ハウジング
２２ 電極組立体
３０ トップカバー組立体
３１ トップカバープレート
３１ａ 外面
３１ｂ 内面
３１ｃ 電極引出孔
３２ 極柱
３２１ 第１金属層
３２１ａ 第１凹部
３２１ａａ 第１軸方向展延面
３２１ａｂ 第１径方向展延面
３２２ 第２金属層
３２２ａ 第２凹部
３２２ａａ 第２軸方向展延面
３２２ａｂ 第２径方向展延面
３２２ｂ 第３凹部
３２２ｂａ 第３軸方向展延面
３２２ｂｂ 第３径方向展延面
３３ 絶縁部材
３４ 第１接合層
３５ 第２接合層
３６ 第３接合層
３７ 絶縁板
４０ バスバー
Ｘ 軸方向
Claims (14)
- 二次電池であって、
その厚さ方向に沿って対向する外面及び内面、及び前記厚さ方向に沿って延在する電極引出孔を有するトップカバープレートと、
前記電極引出孔に設置され、第１金属層及び第２金属層を含み、前記内面から前記外面への方向に沿って、前記第１金属層と前記第２金属層が積層して設置される極柱と、
前記トップカバープレートと前記極柱との間に設置される絶縁部材と、
第１接合層であって、前記絶縁部材と前記第１金属層との間に設置され、前記第１金属層と前記第１接合層とは化学結合によって接合され、前記絶縁部材と前記第１接合層とは化学結合によって接合され、前記絶縁部材は前記第１接合層を介して前記第１金属層にシール接続される、第１接合層と、
を含み、
前記第１金属層は前記第２金属層から離れる第１凹部を有し、前記絶縁部材の一部は前記第１凹部内に延在し、前記第１接合層は前記第１凹部と前記絶縁部材との間に延在する、二次電池。 - 前記第１凹部は、数が１つであり、環状であり、又は、前記第１凹部の数は２つ以上であり、２つ以上の前記第１凹部は前記極柱の周方向に沿って間隔をおいて設置される、請求項１に記載の二次電池。
- 前記二次電池は、前記絶縁部材と前記第２金属層との間に設置される第２接合層をさらに含み、前記第２金属層と前記第２接合層とは化学結合によって接合され、前記絶縁部材と前記第２接合層とは化学結合によって接合され、前記絶縁部材は前記第２接合層を介して前記第２金属層にシール接続される、請求項１又は２に記載の二次電池。
- 前記第２金属層は前記第１金属層から離れる第２凹部を有し、前記絶縁部材の一部は前記第２凹部に近い領域に延在し、前記第２接合層は前記第２凹部と前記絶縁部材との間に延在する、請求項３に記載の二次電池。
- 前記第２凹部は、数が１つであり、環状であり、又は、前記第２凹部の数は２つ以上であり、２つ以上の前記第２凹部は前記極柱の周方向に沿って間隔をおいて設置される、請求項４に記載の二次電池。
- 前記第１金属層は銅層又は銅合金層であり、前記第２金属層はアルミニウム層又はアルミニウム合金層であり、及び／又は、
前記第１接合層は、第１酸化被膜及び前記第１酸化被膜に設置されたトリアジンチオール誘導体を含み、前記第２接合層は、第２酸化被膜及び前記第２酸化被膜に設置されたトリアジンチオール誘導体を含むことを特徴とする請求項３～５のいずれか一項に記載の二次電池。 - 前記第２金属層は前記絶縁部材に直接接続され、前記第１金属層と前記第１接合層との間の引張強度は、前記第２金属層と前記絶縁部材との間の引張強度よりも大きく、前記絶縁部材と前記第１接合層との間の引張強度は、前記第２金属層と前記絶縁部材との間の引張強度よりも大きい、請求項１～６のいずれか一項に記載の二次電池。
- 前記二次電池は、前記トップカバープレートと前記絶縁部材との間に設置される第３接合層をさらに含み、前記トップカバープレートと前記第３接合層とは化学結合によって接合され、前記絶縁部材と前記第３接合層とは化学結合によって接合され、前記絶縁部材は前記第３接合層を介して前記トップカバープレートにシール接続される、請求項１～７のいずれか一項に記載の二次電池。
- 前記トップカバープレートはアルミニウム層又はアルミニウム合金層であり、及び／又は、前記第１接合層は、第１酸化被膜及び前記第１酸化被膜に設置されたトリアジンチオール誘導体を含み、前記第３接合層は、第３酸化被膜及び前記第３酸化被膜に設置されたトリアジンチオール誘導体を含むことを特徴とする請求項８に記載の二次電池。
- 前記電極引出孔の軸方向に沿って、前記第１金属層の厚さは前記第２金属層の厚さ以上であり、及び／又は、
前記極柱の最大外径は前記電極引出孔の最小孔径未満であることを特徴とする請求項１～９のいずれか一項に記載の二次電池。 - 前記絶縁部材は硫酸バリウム粒子を含み、及び／又は、前記絶縁部材は繊維構造体を含む、請求項１～１０のいずれか一項に記載の二次電池。
- 前記電極引出孔の軸方向に沿って、前記第１金属層の外周面の少なくとも一部は前記第１接合層によって被覆され、及び／又は、前記第１接合層の厚さは５０ナノメートル～５００ナノメートルである、請求項１～１１のいずれか一項に記載の二次電池。
- 請求項１～１２のいずれか一項に記載の二次電池を含む電池モジュール。
- 請求項１～１２のいずれか一項に記載の二次電池を含む二次電池を電源として使用する装置。
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