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CN103026532A - 具有提高的安全性的二次电池 - Google Patents

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CN103026532A CN201180036935XA CN201180036935A CN103026532A CN 103026532 A CN103026532 A CN 103026532A CN 201180036935X A CN201180036935X A CN 201180036935XA CN 201180036935 A CN201180036935 A CN 201180036935A CN 103026532 A CN103026532 A CN 103026532A
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Abstract

本发明涉及一种可充电电池，其中电极组件被容纳在袋状电池壳体的接纳部中，并且本发明提供一种可充电电池，其中电池壳体具有从电极壳体的接纳部的上端向上突出的凸起部，该上端对应于电极组件的接片，从而在用于形成充电电池的电池组壳体的注射成型中，电极接片的连接部（V型部）和电极引线能够抵抗热熔树脂的注射压力而被支撑。

Description

具有提高的安全性的二次电池
技术领域
本发明涉及一种具有提高的安全性的二次电池，并且更加具体地，涉及一种具有被安装在袋状电池壳体的接纳部中的电极组件的二次电池，其中被形成为从电池壳体向上突出的凸起部对应于电极组件的电极接片地被设置在电池壳体的接纳部的上端处。
背景技术
移动装置已经日益地得到发展，并且对于这种移动装置的要求已经增加，作为用于移动装置的能源，对于电池的要求也已经急剧地增加。相应地，对于满足各种需要的电池的大量研究已经展开。
鉴于电池的形状，对于薄到足以被应用于诸如移动电话的产品的棱柱形二次电池或者袋状二次电池的要求是非常高的。另一方面，鉴于用于电池的材料，对于呈现高的能量密度、放电电压和功率稳定性的锂二次电池诸如锂离子电池和锂离子聚合物电池的要求是非常高的。
进而，二次电池可以基于具有阴极/隔板/阳极结构的电极组件的构造而被分类。例如，电极组件可以被构造为具有：蛋卷（缠绕）型结构，其中在分别地在阴极和阳极之间放置隔板时缠绕长片型阴极和阳极；堆叠型结构，其中在分别地在阴极和阳极之间布置隔板时顺序地堆叠具有预定尺寸的多个阴极和阳极；或者堆叠/折叠型结构，其中在分别地在阴极和阳极之间布置隔板时顺序地堆叠具有预定的尺寸的多个阴极和阳极以构成半电池或者全电池并且然后使用分离薄膜缠绕二分电池或者全电池。
近来，由于低制造成本、轻的重量和容易修改形状，已经对于袋状电池产生了大量兴趣，袋状电池被构造为具有如下结构，其中这种堆叠或者堆叠/折叠型电极组件被安装在由铝层压片制成的袋状电池壳体中。结果，袋状电池的使用已经逐渐地增加。
图1是典型地示意常规的代表性袋状二次电池的一般结构的分解透视图。
参考图1，袋状电池单元10包括电极组件30、从电极组件30延伸的多个电极接片40和50、分别地被焊接到电极接片40和50的电极引线60和70和用于接纳电极组件30的电池壳体20。
电极组件30是包括在分别地在阴极和阳极之间布置隔板时顺序地堆叠的阴极和阳极的发电元件。电极组件30被构造为具有堆叠结构或者堆叠/折叠结构。电极接片40和50从电极组件30的相应的电极板延伸。电极引线60和70例如通过焊接而被电连接到电极接片40和50，该电极接片40和50分别地从电极组件30的相应的电极板延伸。电极引线60和70被部分地暴露于电池壳体20的外侧。而且，用于改进在电池壳体20和电极引线60和70之间的可密封性并且同时用于确保在电池壳体20和电极引线60和70之间的电绝缘的绝缘膜80被部分地附接到电极引线60和70的上表面和下表面。
电池壳体20由铝层压片制成。电池壳体20具有限定在其中的用于接纳电极组件30的空间。电池壳体20基本上以袋的形状形成。在电极组件30如在图1中所示是堆叠型电极组件的情形中，电池壳体20的内部上端与电极组件30隔开预定的距离使得多个阴极接片40和多个阳极接片50能够分别被联接到电极引线60和70。
图2是示意图1所示二次电池的电池壳体的内部上端的部分放大视图，其中阴极接片在集中状态下被联接到彼此并且被连接到阴极引线。
参考图2，以突出方式从电极组件30的阴极41延伸的多个阴极接片40例如以焊接束的形式连接到阴极引线60的一端，该焊接束通过借助于焊接将阴极接片40一体地相互组合来构造。在阴极引线60的另一端61，即阴极引线60的与阴极引线60的、阴极接片的焊接束所连接的所述一端相对的端，被暴露于电池壳体20的外侧时，阴极引线60被电池壳体20密封。因为该多个阴极接片40被一体地相互组合以构成焊接束，所以电池壳体20的内部上端被与电极组件30的上端表面隔开预定的距离，并且被以焊接束的形式组合的阴极接片40被以近似V形弯曲。相应地，在电极接片和相应的电极引线之间的联接部分可以被称作V型区域。
然而，这种V型区域在电池安全性方面存在问题。具体地，当电池在电池的上端即电池的阴极引线60面向下时坠落或者外部物理力被施加到电池的上端时，电极组件30朝向电池壳体20的内部上端移动，或者电池壳体20的上端被压碎。结果，电极组件30的阳极与阴极接片42或者阴极引线61接触，并且因此，可能在电池内侧发生短路。因此，电池安全性大大地降低。
同时，当通过热熔树脂注射形成二次电池的电池组壳体时，电池壳体的上端被加压，结果V型区域，即在阴极接片和阴极引线之间的联接部分被推动，并且因此，V型区域与阳极接触。结果，发生短路。
因此，能够从根本上解决这种问题的技术是高度必要的。
发明内容
技术问题
因此，已经实现了本发明以解决以上问题和尚未解决的其它技术问题。
由于用于解决如上所述的问题的各种广泛的和深入的研究和试验，本申请的发明人已经发现，当在具有在其中安装的电极组件的二次电池中，被形成为从电池壳体向上突出的凸起部对应于电极组件的电极接片地被设置在电池壳体的接纳部的上端处时，尽管由于二次电池坠落或者向二次电池施加外部力，电极组件移动，也能够防止二次电池发生短路，由此进一步提高二次电池的安全性。已经基于这些发现完成了本发明。
技术方案
根据本发明的一个方面，能够通过提供一种二次电池实现以上和其它目的，该二次电池具有被安装在袋状电池壳体的接纳部中的电极组件，其中在电池壳体的接纳部的上端处、对应于电极组件的电极接片地设置凸起部，该凸起部被形成为从电池壳体向上突出。
由于电池坠落或者向电池施加外部冲击引起的电池的内部短路可以作为电池爆炸或者燃烧的主要原因。这是因为，当电池坠落或者外部冲击被施加到电池时，电极组件移动，结果电极组件的阴极和阳极相互接触，并且因此，由于在这种接触电阻部分之间的电流传导而产生高电阻热。当电池的内部温度由于电阻热而超过临界温度水平时，阴极活性材料的氧化物结构瓦解，并且因此，热击穿现象发生。结果，电池可能着火或者爆炸。
另一方面，在根据本发明的二次电池中，被形成为从电池壳体向上突出的凸起部对应于电极组件的电极接片地被设置在电池壳体的接纳部的上端处。因此，当电池坠落或者外部力被施加到电池时，凸起部部分地吸收冲击。另外，凸起部在电极组件移动时提供间隔以抑制在阴极和阳极之间的接触并且因此防止二次电池的内部短路，由此提高二次电池的安全性。
而且，在被构造为具有如下结构的二次电池中，分类V型区域的缺陷的过程是不必要的，由此大大地提高生产率：在所述结构中，如上所述被形成为从电池壳体向上突出的凸起部对应于电极组件的电极接片地被设置在电池壳体的接纳部的上端处。
另外，在用于关于二次电池形成电池组壳体的注射成型期间，凸起部抵抗热熔树脂的注射压力支撑在电极接片和相应的电极引线之间的联接部分（V型区域）。因此，能够有效地防止二次电池由于在V型区域和与其相对的电极之间的接触而发生短路是可能的。
电极组件不受特别限制，只要多个电极接片被相互连接以构成阴极和阳极即可。优选地，电极组件被构造为具有堆叠结构和/或堆叠/折叠结构。在已经以本申请的申请人的名义提交的韩国专利申请公报No.2001-0082058、No.2001-0082059和No.2001-0082060中公开了被构造为具有这种堆叠/折叠结构的电极组件的细节。由此通过引用并入上述专利公报的公开。
如以上限定地，被形成为从电池壳体向上突出的凸起部在对应于电极接片的位置处被设置在电池壳体的接纳部的上端处。凸起部可以分别地形成在阴极和阳极处。可替代地，凸起部可以形成在阴极和阳极处从而具有在阴极和阳极之上的一体结构。
凸起部的尺寸不受特别限制，只要凸起部呈现前述效果即可。在优选实例中，每个凸起部均可以具有等于电极组件的厚度的1%到30%，优选地2%到25%，更加优选地5%到20%的高度。而且，每个凸起部均可以具有等于电极组件的接片的宽度的80%到300%，优选地100%到250%，更加优选地110%到220%的宽度。
可以通过在电极组件被安装在接纳部中并且电池壳体被密封之后的后处理过程形成凸起部。可替代地，可以通过在已经形成有凸起部的电池壳体中放置电极组件来制造电池。在之前的实例中，可以以人工方式或者自动地执行后处理过程。
根据情况，每个凸起部均可以填充有减震构件。优选地，减震构件由多孔材料制成。
在根据本发明的二次电池中，电池壳体可以由包括金属层和树脂层的层压片制成。具体地，电池壳体可以是具有在其中安装电极组件的接纳部的由铝层压片制成的袋状壳体。例如，通过在电极组件被安装在电池壳体的接纳部中之后进行热焊接，由层压片制成的电池壳体被密封。
根据本发明的二次电池可以是锂二次电池。具体地，二次电池可以是锂离子聚合物电池，该锂离子聚合物电池被构造成使得电极组件被凝胶型含锂电解质浸渍。
同时，在用于关于二次电池形成电池组壳体的注射成型期间，凸起部可以抵抗热熔树脂的注射压力支撑在电极接片和相应的电极引线之间的联接部分（V型区域）。
根据情况，凸起部可以呈阶梯式地延伸到电极组件、延伸到在电极接片和电极引线之间的联接部分，和延伸到绝缘膜被附接到电池壳体的区域。
因此，带有上述构造的凸起部防止了由于在形成常规的袋状电池壳体期间没有考虑由于在电极组件区域、电极接片和电极引线之间的连接引起的相对厚的区域的厚度而引起的绝缘击穿。
在以上结构中，绝缘膜被附接到电池壳体的区域可以是电极引线不被暴露于外侧的区域。
因此，电池壳体被呈阶梯式地形成到电极引线不被暴露于外侧的区域，即绝缘膜被附接到电池壳体的区域，由此解决在袋密封期间引起的与起皱相关的问题，但是电极引线厚到足以确保高容量和高功率。
本发明的效果
如根据以上说明清楚地，在根据本发明的二次电池中，被形成为从电池壳体向上突出的凸起部对应于电极组件的电极接片地被设置在电池壳体的接纳部的上端处。因此，在用于关于二次电池形成电池组壳体的注射成型期间，抵抗热熔树脂的注射压力，在电极接片和电极引线之间的联接部分（V型区域）被支撑。因此，有效地防止二次电池由于在V型区域和与其相对的电极之间的接触而发生短路是可能的。另外，尽管电极组件由于二次电池坠落或者向二次电池施加外部力而移动，也能够防止二次电池发生短路，由此进一步提高二次电池的安全性。
附图说明
与附图相结合，根据以下详细说明，将更加清楚地理解本发明的以上和其它目的、特征和其它优点，其中：
图1是典型地示意常规的代表性袋状二次电池的一般结构的分解透视图；
图2是示意图1所示二次电池的电池壳体的内部上端的部分放大视图，其中阴极接片在集中状态下被联接到彼此并且被连接到阴极引线；
图3是示意被施加到在电极接片和电极引线之间的联接部分的热熔树脂的注射压力的典型视图；
图4是示意二次电池的上部的局部透视图；
图5是示意根据本发明的实施例其中在电池壳体的接纳部的上端处形成凸起部的结构的局部透视图；
图6是典型地示意图5的二次电池的前视图；
图7是示意被施加到在图5的二次电池中的电极接片和电极引线之间的联接部分的热熔树脂的注射压力的典型视图；
图8和图9是示意在图4的二次电池中由于注射压力引起的接片区域的变形的照片；
图10是示意在图5的二次电池中由于注射压力引起的接片区域的变形的照片；并且
图11是示意根据本发明的另一个实施例的袋形式的二次电池的局部典型视图。
具体实施方式
现在，将参考附图详细描述本发明的示例性实施例。然而，应该指出，本发明的范围不受所示意的实施例限制。
图3是示意被施加到在电极接片和电极引线之间的联接部分的热熔树脂的注射压力的典型视图，并且图4是典型地示意二次电池的上部的局部透视图。
参考这些附图，当通过热熔树脂注射形成电池组时，电池单元10的电池壳体20的上端沿着由箭头示意的方向被热熔树脂加压，结果阴极接片42的V型区域A被挤压，并且因此，V型区域A与阳极51接触。结果，发生短路并且产生热量。热熔树脂注射是使用热熔树脂在电池单元的外侧处一体地形成将在其中安装电池单元的电池组壳体的方法。
图5是典型地示意根据本发明的实施例其中在电池壳体的接纳部的上端处形成凸起部的结构的局部透视图，并且图6是典型地示意图5的二次电池的前视图。
参考这些附图，二次电池10a具有被安装在袋状电池壳体20a的接纳部中的电极组件30a。
而且，被形成为从电池壳体20a向上突出的凸起部90对应于电极组件30a的电极接片地被设置在电池壳体20a的接纳部的上端处。因此，在用于关于电池单元形成电池组壳体的注射成型期间，抵抗热熔树脂的注射压力，在电极接片和相应的电极引线之间的联接部分即V型区域被支撑。
图7是示意被施加到在图5的二次电池中的电极接片和相应的电极引线之间的联接部分的热熔树脂的注射压力的典型视图。
参考图7，每个凸起部90均填充有由多孔材料制成的减震构件92。
因此，当热熔树脂的注射压力沿着由箭头示意的方向被施加到电池壳体20的上端时，凸起部90吸收冲击以防止阴极接片和阳极在电极接片和相应的电极引线之间的联接部分A’处相互接触并且因此防止发生短路。
图8和图9是示意在图4的二次电池中由于注射压力引起的接片区域的变形的照片，并且图10是示意在图5的二次电池中由于注射压力引起的接片区域的变形的照片。
首先参考图8和图9所示电池单元10，能够看到热熔树脂的注射压力被集中在电极接片和相应的电极引线之间的联接部分上，即V型区域A上。
另一方面，对于其中在电池壳体的接纳部的上端处形成凸起部的图10的电池单元10a，热熔树脂的注射压力遍布凸起部90地分散。因此，能够看到被施加到在电极接片和相应的电极引线之间的联接部分即V型区域的热熔树脂的注射压力低于在图9的电池单元10中的注射压力。
图11是示意根据本发明的另一个实施例的袋形式的二次电池的局部典型视图。
参考图11，袋状二次电池包括在其中形成有阴极和阳极而阴极和阳极被隔板绝缘的电极组件、从电极组件230延伸的电极接片240、被焊接到电极接片240的电极引线260和用于接纳电极组件230的袋状电池壳体220。
电极组件230是发电元件，其包括在分别地在阴极和阳极之间布置隔板的同时顺序地堆叠的阴极和阳极。电极组件230被构造为具有堆叠结构或者堆叠/折叠结构。
电极接片240从电极组件的电极板延伸。电极引线260被电连接到从相应的电极板延伸的多个电极接片（阴极接片和阳极接片）。电极引线260的部分261被暴露于电池壳体的外侧。
而且，绝缘膜280被附接到电极引线260的上表面和下表面以当袋状电池壳体220的上端密封部分被热焊接装置热焊接时防止在热焊接装置和电极引线260之间发生短路并且确保在电极引线260和电池壳体220之间的可密封性。
另外，袋形成部延伸到电极组件230所位于的区域La、从电极组件延伸的电极接片240被连接到相应的电极引线260的焊接区域Lb和绝缘膜280被附接到袋形电池壳体的区域Lc。考虑到在区域之间的厚度差异地，袋形成部被呈阶梯式地构造。
虽然已经为了示意性的意图公开了本发明的示例性实施例，但是本领域技术人员可以理解，在不偏离如在所附权利要求中所公开的本发明的范围和精神的情况下，各种变型、添加和替代是可能的。

Claims (16)

1.一种二次电池，所述二次电池具有被安装在袋状电池壳体的接纳部中的电极组件，其中，在所述电池壳体的所述接纳部的上端处、对应于所述电极组件的电极接片地设置凸起部，所述凸起部被形成为从所述电池壳体向上突出。
2.根据权利要求1所述的二次电池，其中，所述电极组件被构造为具有堆叠结构或者具有堆叠/折叠结构。
3.根据权利要求1所述的二次电池，其中，所述凸起部在对应于阴极接片和阳极接片的位置处形成在所述电池壳体的所述接纳部的上端处。
4.根据权利要求1所述的二次电池，其中，所述凸起部在对应于阴极接片和阳极接片的位置处形成在所述电池壳体的所述接纳部的上端处，从而具有位于阴极和阳极之上的一体结构。
5.根据权利要求1所述的二次电池，其中，每个所述凸起部的高度等于所述电极组件的厚度的1%到30%。
6.根据权利要求1所述的二次电池，其中，每个所述凸起部的宽度等于所述电极组件的所述接片的宽度的80%到300%。
7.根据权利要求1所述的二次电池，其中，每个所述凸起部均填充有减震构件。
8.根据权利要求7所述的二次电池，其中，所述减震构件由多孔材料制成。
9.根据权利要求1所述的二次电池，其中，通过在所述电极组件被安装在所述接纳部中并且所述电池壳体被密封之后的后处理过程而形成所述凸起部。
10.根据权利要求1所述的二次电池，其中，通过在已经形成有所述凸起部的所述电池壳体中放置所述电极组件来制造所述电池。
11.根据权利要求1所述的二次电池，其中，所述电池壳体由包括金属层和树脂层的层压片制成，并且在所述电极组件被安装在所述接纳部中之后，所述电池壳体通过热焊接而被密封。
12.根据权利要求11所述的二次电池，其中，所述片是铝层压片。
13.根据权利要求1所述的二次电池，其中，所述电池是锂离子聚合物电池。
14.根据权利要求1所述的二次电池，其中，在形成关于所述二次电池的电池组壳体的注射成型期间，所述凸起部抵抗热熔树脂的注射压力而支撑在所述电极接片和相应的电极引线之间的联接部分（V型区域）。
15.根据权利要求1所述的二次电池，其中，所述凸起部呈阶梯式地延伸到所述电极组件、延伸到在所述电极接片和相应的电极引线之间的联接部分、以及延伸到所述电池壳体的附接绝缘膜的区域。
16.根据权利要求15所述的二次电池，其中，所述电池壳体的附接绝缘膜的所述区域是所述电极引线不暴露于外侧的区域。
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