具有防过充电构件的电池单元的制作方法

本发明涉及具有防过充电构件的电池单元，尤其是涉及包括用于防止由于电池内部的各种因素引起的压力而导致的爆炸的保护构件的电池单元。

背景技术：

作为构成电池的单元电池，袋型锂二次电池具有柔性、相对自由的形状、重量轻和出色的安全性，因此袋型锂二次电池作为诸如智能电话、摄像机和便携式计算机之类的移动电子装置的电源的需求正在增加。

此外，二次电池的形状根据电池壳体的形状来分类。当电极组件内置于圆柱形金属罐或矩形金属罐中时，二次电池被分类为圆柱形电池或矩形电池，当电极组件内置于铝层压片的袋型壳体中时，二次电池被分类为袋型电池。

此外，内置于电池壳体中的电极组件具有由正极、负极和插置在正极与负极之间的隔膜构成的结构，因此允许执行充电/放电。电极组件的形状分为：其中具有长片状并且施加有电极活性材料的正极、负极和隔膜顺序堆叠并卷绕的果冻卷型；和其中具有预定尺寸并且施加有电极活性材料的多个正极、负极和隔膜依序堆叠的堆叠型电极组件。

另外，当由于在高温下长时间储存、充电器或前端控制电路的故障等而出现诸如过充电、过放电或内部短路之类的异常情况时，电池单元因电解质的副反应导致的膨胀现象而膨胀。

膨胀现象增大袋外壳材料的体积并且弱化袋外壳材料的密封区域的粘合，使得电解质通过袋外壳材料的顶部区域泄漏、或者袋外壳材料的内部由于电解质的加速副反应而进入高温高压环境，从而使电池单元燃烧或爆炸。

为了防止这些限制，提供了一种包括防爆炸构件的电池单元，将参照图1描述常规的电池单元。

图1是包括常规的防爆炸构件的电池单元的详细结构示图。

参照图1，常规的电池单元具有包括电极组件和具有凹槽的引线部的结构，从而当出现膨胀现象时，构成凹槽的部分被破坏并且由此解除电池单元的连接。

然而，当给电池单元的引线部设置凹槽时，与没有凹槽的情况相比，引线部的电阻增加，并且当引线部的电阻增加时，存在发生同样多的输出损耗的问题。

因此，需要防止电池单元的输出损耗和由于电池单元内部产生的压力而导致的爆炸的技术。

(相关技术文件)

韩国专利申请公开第2017-0021102号

技术实现要素：

技术问题

本发明提供一种在不影响电池单元的输出的情况下防止由于电池单元内产生的压力而导致的爆炸的电池单元。

技术方案

根据示例性实施方式，一种电池单元包括：电极组件；单元外壳材料，所述单元外壳材料构造为容纳所述电极组件并且包括上外壳材料和下外壳材料；引线部，所述引线部在所述上外壳材料与所述下外壳材料之间从所述电极组件延伸并且从所述单元外壳材料引出；和切割部，所述切割部放置在所述引线部的上端和下端并且构造为在出现过充电时将所述引线部切割和断开。

所述切割部(140)可包括：在朝向所述电极组件的方向上放置的第一切割器部(141)，所述第一切割器部(141)附接到所述上外壳材料并且包括容纳第一切割刀片的框架；在所述第一切割器部的与所述电极组件相对方向的一侧放置的第二切割器部(142)，所述第二切割器部(142)附接到所述下外壳材料并且包括容纳第二切割刀片的框架；和在所述第二切割器部的与所述电极组件相对方向的一侧放置的第三切割器部(143)，所述第三切割器部(143)附接到所述上外壳材料并且包括容纳第三切割刀片的框架，其中当出现过充电时，所述电池单元可膨胀并且所述上外壳材料与所述下外壳材料之间的距离可增大，所述引线部可因此被切割。

在配置所述切割器部时，所述第一切割器部的所述第一切割刀片和所述第三切割器部的所述第三切割刀片可分别设置在所述第一切割器部和所述第三切割器部的框架的下端部上，并且放置在所述引线部的下部。

在配置所述切割部时，所述第二切割器部的所述第二切割刀片可形成在所述第二切割器部的上端部上并且放置在所述引线部的上部。

所述第一切割器部、所述第二切割器部和所述第三切割器部的切割刀片可分别设置成从一侧到另一侧斜倾的形状。

所述第一切割器部、所述第二切割器部和所述第三切割器部的切割刀片可设置成具有各自的放置所述引线部的容纳空间。

可根据出现过充电时产生的压力值来确定所述容纳空间。

根据另一示例性实施方式，一种制造电池单元的方法，所述电池单元包括用于保护电池单元免受过充电期间产生的内部压力损害的切割部，所述方法包括：电极组件制备工序，其中通过电极工序制备电极组件；单元外壳材料形成工序，其中将在所述电极组件制备工序中制备的电极组件容纳在具有所述切割部的单元外壳材料中；和单元组件完成工序，其中将电解质注入到在所述单元外壳材料形成工序中形成的所述单元外壳材料中并且密封所述单元外壳材料。

所述单元外壳材料形成工序可包括：切割部附接工序，其中将第一切割器部、第二切割器部和第三切割器部附接到所述单元外壳材料；位置调整工序，其中调整在所述切割部附接工序中附接的所述第一切割器部、所述第二切割器部和所述第三切割器部的位置；和引线部放置工序，其中将与所述电极组件连接的引线部放置在通过在所述位置调整工序中调整位置而产生的容纳空间中。

有益效果

根据示例性实施方式的具有防过充电构件的电池单元设置有将引线部切割和断开的切割部，因而能够简单地进行电池单元保护而无需额外控制，并且切割部设置为与引线部分离，因此引线部的功能不受影响。

附图说明

图1是包括常规的防爆炸构件的电池单元的详细结构示图。

图2是根据示例性实施方式的电池单元的上表面的结构示图。

图3是根据示例性实施方式的电池单元的侧表面的结构示图。

图4是根据示例性实施方式的电池单元中的切割部的结构示图。

图5是根据示例性实施方式的电池单元中的切割部的切割刀片的结构示图。

图6是用于描绘由于根据示例性实施方式的电池单元中压力增大而导致的切割部的工作机制的示意图。

图7是对根据示例性实施方式的电池单元和没有防过充电构件的常规电池单元进行比较的图。

图8是制造根据示例性实施方式的电池单元的方法的流程图。

图9是用于制造根据示例性实施方式的电池单元的方法中的单元外壳材料形成步骤的流程图。

具体实施方式

下文将参照附图中揭示的特征来详细描述示例性实施方式。然而，本发明不受示例性实施方式的约束或限制。而是，这些实施方式被提供而使得本发明的公开内容是全面且完整的，并将本发明的范围完全传达给本领域技术人员。

虽然本文使用诸如“第一”和“第二”之类的术语来描述各种元件，但这些元件不应受这些术语的限制。这些术语仅用来将一个部件与其他部件区分开。例如，在不背离本发明的范围的情况下，第一部件可被称为第二部件，类似地，第二部件也可被称为第一部件。在下面的描述中，技术术语仅用于解释具体示例性实施方式，而并非限制本发明。单数形式的术语可包括复数形式，除非有相反的描述。

在考虑本发明中的功能时，本发明中使用的术语被选择为尽可能广泛使用的通用术语，但这些术语可能根据本领域技术人员的意图、先例、新技术的出现等而改变。此外，在具体情形中，存在由申请人任意选择的术语，并且在该情形中，将在本发明的相应描述部分中详细描述这些术语的含义。因此，应当基于术语具有的含义和本发明的整体内容来定义本发明中使用的术语，而不是通过简单的术语的名称来定义。

<实施方式1>

下文将描述根据示例性实施方式的电池单元。

当由于压力等于或高于预定压力而导致在电池单元内部出现膨胀现象时，给根据示例性实施方式的电池单元设置用于将电池单元的引线部切割和断开的切割部，因此，可简单地防止电池单元的爆炸而无需复杂的操作配置。

图2是根据示例性实施方式的电池单元的上表面的结构示图。

图3是根据示例性实施方式的电池单元的侧表面的结构示图。

参照图2和图3，根据示例性实施方式的电池单元100包括：电极组件110；单元外壳材料120，单元外壳材料120容纳电极组件110并且由上外壳材料和下外壳材料构成；引线部130，引线部130在上外壳材料与下外壳材料之间从电极组件110延伸并且从单元外壳材料120引出；和切割部140，切割部140放置在引线部130的上端和下端并且在出现过充电时将引线部切割和断开。

此外，电池单元构造为包括电解质，电解质在电池单元的重复充电/放电期间接触电极组件并且用作将锂离子传输到电极组件的负极或正极的媒介。

下面将更加详细地描述电池单元100的此种构造。

电极组件110具有由正极、负极和插置在正极与负极之间的隔膜构成的结构，并且电极组件110可制备成果冻卷型和堆叠型，在果冻卷型中，具有长片状并且施加有电极活性材料的正极、隔膜和负极顺序堆叠并卷绕，在堆叠型中，具有预定尺寸并且施加有电极活性材料的多个正极、隔膜和负极顺序堆叠。在此，负极活性材料由碳基化合物组成，正极活性材料由锂基金属化合物组成。

此外，单元外壳材料120由金属薄层和将所述金属薄层夹在中间的聚合物薄层构成，单元外壳材料120设置为上外壳材料和下外壳材料，单元外壳材料120容纳电池组件110和电解质，并且单元外壳材料120通过外周密封区域以利用密封构件的热熔合的方式而密封。

在此，密封构件围绕在与引线部130交叉的单元外壳材料的密封区域中的引线部130并与其熔合，因而提高袋外壳材料的密封特性。

此外，可在单元外壳材料120中设置具有预定宽度的附接部，使得可放置切割部140。这使得切割部140能够确保具有预定空间。

引线部130是在上外壳材料与下外壳材料之间从电极组件110延伸并且从单元外壳材料120引出的部件，引线部130由电极组件的接片131、密封构件132和电池单元引线133构成。

电极组件的接片131是电极组件110内部的与电极组件连接的部件，当电极组件的构造是果冻卷型时，电极组件的接片131构造为一个接片，当电极组件的构造是堆叠型时，电极组件的接片131是通过重叠多个接片而形成的单一形式。

此外，密封构件132由下膜和上膜构成，下膜和上膜由具有热熔性质的诸如聚烯烃或改性聚烯烃之类的树脂组合物构成。

因此，密封构件132通过上膜和下膜而围绕电池单元引线133并且通过粘合剂或热熔合而接合到电池单元引线。

在此，由于密封构件132和电池单元引线133彼此紧密接合，因此可有效地防止来自外部的水分渗透穿过单元外壳材料120的接合界面。

此外，电池单元引线133由金属材料构成，从电极组件110在一个方向或两个方向上放置两个电池单元引线以提供用于充电/放电电流的电路径。

此外，电池单元引线133允许接合且电连接至电极组件131的接片131。

另外，将参照图4更加详细地描述切割部140。

图4是根据示例性实施方式的电池单元中的切割部的结构示图。

参照图4，切割部140是放置在引线部的上端和下端并且在出现过充电时将引线部切割和断开的部件，并且切割部140构造为包括形成在矩形框架中的第一切割器部141、第二切割器部142和第三切割器部143。

在朝向电极组件的方向上放置第一切割器部141，第一切割器部141包括附接到上外壳材料并且构造为容纳第一切割刀片的框架。

此外，在就第一切割器部141来说与电极组件相对的方向上放置第二切割器部142，第二切割器部142包括附接到下外壳材料并且容纳第二切割刀片的框架。

此外，在就第二切割器部来说与电极组件相对的方向上放置第三切割器部142，第三切割器部142包括附接到上外壳材料并且容纳第三切割刀片的框架。

在此，第一切割器部141、第二切割器部142和第三切割器部143可在各自的框架上进一步设置有细微的凹凸部分，以便彼此紧密放置。

此外，在配置切割器部时，第一切割器部141的第一切割刀片和第三切割器部143的第三切割刀片可分别设置在第一切割器部和第三切割器部的框架的下端部上，并且放置在引线部的下部。

此外，在配置切割部时，第二切割器部142的第二切割刀片可形成在第二切割器部的上端部上并且放置在引线部的上部。

在此，第一切割器部141和第三切割器部143的附接位置可与第二切割器部的位置彼此交换，切割刀片的位置也可改变并因此被附接到单元外壳材料。

此外，第一切割器部141、第二切割器部142和第三切割器部143的切割刀片中的每一个设置成从一侧到另一侧倾斜的形状，使得能够确保用于容纳引线部130的空间。

此外，当设置引线部130时，第一切割刀片、第二切割刀片和第三切割刀片相遇的部分形成预定的容纳空间，并且根据在出现诸如过充电之类的异常时由于异常而产生的压力值来确定该容纳空间。这是为了防止由于一般反应中的轻微膨胀而导致引线部130破损。

此外，将参照图5详细描述切割部140中使用的切割刀片。

图5是根据示例性实施方式的电池单元中的切割部的切割刀片的结构示图。

参照图5，图5的(a)示出一个切割刀片的放大图，图5的(b)示出在侧视图中观看时的切割部的切割刀片。在此，切割部140的每个切割刀片具有以下形状：仅切割刀片的端部是锋利且尖锐的而切割刀片的其他部分大体是矩形的。

此外，切割刀片由陶瓷基材料形成并且不影响充电/放电期间在电池中激活的化学反应。

此外，每个切割器部的切割刀片形成为如图5的(b)所示，因此，可容易地切割引线部。

另外，将参照图6更加详细地描述切割部140的工作机制。

图6是用于描绘由于根据示例性实施方式的电池单元中压力增大而导致的切割部的工作机制的示意图。

图6的左侧示出电池单元100的侧表面部分的结构示图，图6的右侧示出在从电极组件的方向上观看时电极组件110和切割部140的结构示图。

参照图6，首先，图6的(a)是引线部130和切割部140处于正常状态的示图。在正常状态下，如右侧的图中所示，引线部130和切割部140设置成具有其中切割部140的切割刀片不接触引线部130的预定容纳空间的形状。

当电池单元内部由于过充电或其他异常状态而快速产生气体时，单元外壳材料120也由于电池单元内部产生的气体而膨胀，使得切割部140也慢慢被拆开，并且引线部130也接触切割部140，如图6的(b)所示。

然后，如图6的(c)所示，当进一步产生气体时，由于单元外壳材料120进一步膨胀，因此切割部140被完全拆开并且引线部130断开。

此外，可在图7中详细地看出由于切割部140的动作而产生的效果。图7是对根据示例性实施方式的电池单元和没有防过充电构件的常规电池单元进行比较的图。在此，实线表示电压，宽虚线表示温度。

参照图7，当电池单元中进行过充电时，电池单元的电压从预定范围快速升高并且温度也突然升高，因此，在没有防过充电构件的常规电池单元中出现爆炸。

然而，在设置有本发明的防过充电构件的电池单元中，切割部140通过其中温度慢慢升高并且内部压力也增大的特性来切割引线部130，因此，可防止电池单元爆炸。

<实施方式2>

接下来，将描述制造根据示例性实施方式的电池单元的方法。

在制造根据示例性实施方式的电池单元的方法中，包括防过充电构件而使得将切割部附接到单元外壳材料并且将电极组件的引线部放置到所附接的切割部的适当位置的制造电池单元的方法，在不影响充电/放电的同时防止由于出现过充电时产生的内部压力而导致爆炸。

图8是制造根据示例性实施方式的电池单元的方法的流程图。

参照图8，在制造根据示例性实施方式的电池单元的方法中，首先，通过电极工序首先制备电极组件(电极组件制备步骤：s810)，将所制备的电极组件容纳在设置有切割部的单元外壳材料中(单元外壳材料形成步骤：s820)。

然后，将电解质注入到单元外壳材料中，并且密封单元外壳材料(单元组件完成步骤：s830)。

制造电池单元的方法的工序是制造工序之中的组装工序，并且制造一般电池单元的工序大致分为诸如电极工序、组装工序和化成工序之类的三个工序。

首先，在电极工序中：以适当比例混合(mixing)材料来制造正极和负极；正极用铝进行涂覆并且负极用铜箔(copperfoil)进行涂覆(coating)；通过辊压(rollpress)将所得物以恒定厚度压平；然后进行分切(slitting)工序以切割所得物，以便与电极尺寸匹配。

此外，组装工序是这样的工序，即其中执行以正极、隔膜和负极的顺序圆形地卷绕正极、隔膜和负极的卷绕(winding)步骤和重复堆叠正极、隔膜和负极的堆叠(stacking)步骤，用铝膜包装材料封装，然后加入电解质，并且将所得物密封为真空状态，组装工序是本发明中执行的制造方法的工序。

在最后的化成工序中，在对组装的电池单元进行重复充电/放电的同时激活电池单元，在激活期间执行排出电池单元中产生的气体的除气步骤，然后完成最终的电池单元。

此外，下面将更加详细地描述制造电池单元的方法的各步骤。

电极组件制备步骤s810是通过电极工序制备电极组件的步骤，通过描述的与电极工序有关的方法来制备电极组件。

此外，单元外壳材料形成步骤s820是将在电极组件制备步骤中制备的电极组件容纳在设置有切割部的单元外壳材料中的步骤，将参照图9更加详细地描述。

图9是制造根据示例性实施方式的电池单元的方法中的单元外壳材料形成步骤的流程图。

参照图9，在单元外壳材料形成步骤s820中，将第一切割器部、第二切割器部和第三切割器部附接到单元外壳材料(切割部附接步骤：s821)，并调整已附接的第一切割器部、第二切割器部和第三切割器部的位置(位置调整步骤：s822)。

然后，将与电极组件连接的引线部放置在通过调整第一切割器部、第二切割器部和第三切割器部的位置而产生的容纳空间中(引线部放置步骤：s823)。

切割部附接步骤s821是将第一切割器部、第二切割器部和第三切割器部附接到单元外壳材料的步骤，并且切割部附接步骤s821是在制备了其中已形成用于附接切割部的附接部的单元外壳材料的前提下进行的。

因此，首先，在电极组件的方向上将第一切割器部附接到单元外壳材料的上外壳材料，然后在就第一切割器部来说与电极组件相对的方向上将第二切割器部附接到单元外壳材料的下外壳材料。

最后，在就第二切割器部来说与电极组件相对的方向上将第三切割器部附接到单元外壳材料的上外壳材料。

此外，位置调整步骤s822是调整附接到单元外壳材料的第一切割器部、第二切割器部和第三切割器部的步骤，由于每个切割器部仅附接到单元外壳材料的一侧，因此每个切割器部的位置可能形成在非正确位置处。

此外，由于调整了每个切割器部的切割刀片，因此确保了其中可在没有损坏的情况下放置引线部的预定容纳空间。

此外，引线部放置步骤s823是用于将与电极组件连接的引线部放置在通过调整第一切割器部、第二切割器部和第三切割器部的位置而产生的容纳空间中的步骤，并且引线部放置步骤s823是在此步骤之前已执行将引线部接合到电极组件的步骤的前提下进行的。

此外，单元组件完成步骤s830是将电解质注入到在单元外壳材料形成步骤中形成的单元外壳材料中并且密封单元外壳材料的步骤，在此步骤中，可在热熔合除其一部分以外的单元外壳材料之后注入电解质、或者热熔合单元外壳材料的整个表面然后形成注入口部分并且将电解质注入其中，然后可再次熔合单元外壳材料。

此外，通过化成(formation)工序，执行其中在对上述步骤中组装的电池单元进行重复充电/放电时激活电池单元并且排出激活期间在电池单元中产生的气体的步骤，在此步骤中，可确保引线部与切割部之间的空间为预定范围或更大，使得在此步骤中切割部不工作。

至此，已经参照上述实施方式具体地描述了本发明的技术构思，但应注意的是，提供前述实施方式仅用于说明，而不是限制本发明。此外，本发明所属技术领域的普通技术人员可实现本文阐述的权利要求范围内的各种实施方式。

[符号说明]

100：电池单元

110：电极组件

120：单元外壳材料

130：引线部

131：电极组件的接片

132：密封构件

133：电池单元引线

140：切割部

141：第一切割器部

142：第二切割器部

143：第三切割器部