二次电池的制作方法

二次电池
[0001]
相关申请的交叉引用
[0002]
本申请要求于2018年11月28日提交的韩国专利申请no.10-2018-0149369的优先权，其全部内容通过参引合并于本文中。
技术领域
[0003]
本发明涉及一种二次电池，并且更具体地，涉及一种能够改善排气压力分布的二次电池。


背景技术：

[0004]
根据被各种电气/电子设备包围的生活环境，在不能获得向建筑物供电的交流(ac)电源或需要直流(dc)电源时，使用通过材料的物理或化学反应产生电能以向外部供电的电池(电池单元)。
[0005]
在这样的电池中，通常使用一次电池和二次电池，它们是利用化学反应的化学电池单元。一次电池是统称为干电池的消耗性电池单元。另外，二次电池是可再充电电池，其通过使用能够重复多次进行电流与材料之间的氧化和还原过程的材料来制造。也就是说，当通过电流对材料进行还原反应时，电源被充电，而当对材料进行氧化反应时，电源被放电。充电和放电重复进行以发电。
[0006]
二次电池中的锂离子电池以如下方式制造：将具有预定厚度的活性材料施加到正极导电箔和负极导电箔中的每一者上；在两个导电箔之间布置隔离件以将其缠绕若干次成近似果冻卷或圆柱形形状，由此制造电极组件；并且将电极组件容纳在圆柱形或棱柱形的罐、袋等中并进行密封。
[0007]
在韩国专利公开no.10-2011-0095118中公开了一种根据相关技术的二次电池。
[0008]
在该二次电池中，当内部压力增大时，内部气体通过顶盖组件排放到外部，并且顶盖组件包括用于排放内部气体的安全排气口。
[0009]
这样的安全排气口具有如下结构：其中当罐内的内部压力增大时，限定在布置于顶盖组件和罐之间的排气凸缘部中的切口被切断，并且因此提供了用于排出气体的通道。
[0010]
特别地，当发生诸如过度充电之类的异常事故时，圆形电池中的诸如安全排气口之类的特定部件引起排气，以防止电池爆炸和着火。
[0011]
当在预先设计的排气压力下未引起排气时，这种安全排气口可能造成安全问题。
[0012]
此外，根据相关技术，在测量排气压力期间、在切断安全排气口的切口之前顶盖会干扰安全排气口，因此排气可能会延迟。


技术实现要素：

[0013]
技术问题
[0014]
因此，已经做出本发明以解决上述问题，并且本发明的目的是提供一种二次电池，在该二次电池中，防止了顶盖的干扰，从而能够改善排气压力分布。
[0015]
技术解决方案
[0016]
根据本发明的实施方式的一种二次电池，包括：电极组件；罐构件，其将电极组件容纳在其中；以及顶盖组件，其覆盖罐构件的开口，其中，顶盖组件包括位于最上侧部分处的顶盖和位于顶盖下方的安全排气口部，其中，安全排气口部包括：断裂部分，断裂部分在罐构件内的内部压力增加到预定压力或更大时发生断裂；断裂切口部分，断裂切口部分限定断裂部分的边界；以及弯曲切口部分，弯曲切口部分设置在断裂部分的面对罐构件的内部的底表面上并且朝向断裂部分的中心布置在与断裂切口部分间隔开的位置处，其中，当罐构件内的内部压力增大时，弯曲切口部分弯曲。
[0017]
断裂切口部分可以从安全排气口部的下表面凹入，并且弯曲切口部分可以从安全排气口部的下表面凹入，其中，弯曲切口部分的凹入深度小于断裂切口部分的凹入深度。
[0018]
断裂切口部分可以设置在断裂部分的底表面中。
[0019]
顶盖组件可还包括电流中断装置，电流中断装置设置有中断部分，中断部分附接到断裂部分并且在罐构件内的内部压力增大时断裂以中断电流。
[0020]
电流中断装置的中断部分可以在弯曲切口部分的圆周内附接到断裂部分。
[0021]
弯曲切口部分可以具有连续的圆形或椭圆形的形状。
[0022]
弯曲切口部分可以具有不连续的圆形或椭圆形的形状。
[0023]
弯曲切口部分可以设置为多个，并且所述多个弯曲切口部分具有不同的长度。
[0024]
断裂切口部分可以具有不连续的圆形或椭圆形的形状。
[0025]
在安全排气口部的断裂部分与边缘部分之间的连接部分可以向上弯曲。
[0026]
断裂部分可以包括：倾斜部段，该倾斜部段倾斜成使得其高度从连接部分朝向弯曲切口部分逐渐减小；以及水平部段，该水平部段呈水平形状并且从倾斜部段的端部朝向断裂部分的中心延伸，其中，弯曲切口部分位于倾斜部段与水平部段之间的边界上。
[0027]
安全排气口部的边缘端部与断裂切口部分之间的间隔距离可以等于断裂切口部分与弯曲切口部分之间的间隔距离。
[0028]
有益效果
[0029]
根据本发明，在安全排气口部的底表面中还设置有弯曲切口部分以及断裂切口部分，并且因此当罐构件内的内部压力增大时安全排气口部不会受顶盖干扰。
[0030]
此外，由于安全排气口部不受顶盖干扰，因此断裂切口部分在预设的排气压力下稳定地进行排气，并且因此可以改善排气压力分布。
附图说明
[0031]
图1是根据本发明的第一实施方式的二次电池的立体图。
[0032]
图2是沿图1的线a-a截取的局部截面图并且图示了二次电池的上侧内部部分中的主要部分。
[0033]
图3是图示了由于图2的罐构件的内部压力增大而使中断部分从电流中断装置断裂的使用状态的视图。
[0034]
图4是图示了图3的安全排气口部的断裂切口部分被切断以提供排气的使用状态的视图。
[0035]
图5是仅图示了根据本发明的第一实施方式的安全排气口部的仰视图。
[0036]
图6是沿着图5的线b-b截取的截面图。
[0037]
图7是仅图示了根据本发明的第二实施方式的安全排气口部的仰视图。
[0038]
图8是仅图示了根据本发明的第三实施方式的安全排气口部的仰视图。
[0039]
图9是沿图8的c-c线截取的截面图。
[0040]
图10是安装有根据相关技术的安全排气口部的二次电池的视图，其图示了在与图3相同的截面上，由于罐构件的内部压力的增大而使中断部分从电流中断装置断裂的使用状态。
[0041]
图11示出了用于比较安装有根据相关技术的安全排气口部的二次电池中的排气压力分布和安装有根据本发明的安全排气口部的二次电池中的排气压力分布的分布程度。
具体实施方式
[0042]
在下文中，现将参照附图详细描述本发明的优选实施方式。
[0043]
在本说明书和权利要求书中使用的术语或词语不应限制性地解释为普通含义或基于字典的含义，而应基于发明人可以适当地定义术语以便以最佳方式描述和解释他或她的发明的原则的概念，被解释为符合本发明范围的含义和概念。因此，在本说明书中描述的实施方式和在附图中图示的构型仅是本发明的优选实施例，并且可能不会穷尽地描述技术思想。因此，应当理解，可以有多种等同物和修改方式代替在本申请的提交日提供的实施方式。
[0044]
在附图中，为了图示的方便和清楚起见，放大、省略或示意性地图示了每个部件或构成该部件的特定部分的尺寸。因此，每个元件的尺寸不能完全反映实际尺寸。此外，将排除与公知功能或构型有关的详细描述，以免不必要地使本发明的主题不清楚。
[0045]
图1是根据本发明的第一实施方式的二次电池的立体图，图2是沿图1的线a-a截取的局部截面图并且图2示出了二次电池的上侧内部部分中的主要部分。
[0046]
如在图1和图2中所图示的，根据该实施方式的二次电池包括电极组件1、用于将电极组件1容纳在其中的罐构件3以及用于覆盖罐构件3的开口的顶盖组件100。顶盖组件100包括位于最上侧部分处的顶盖101和位于顶盖101下方的安全排气口部110。安全排气口部110包括断裂部分111、断裂切口部分113以及弯曲切口部分115，断裂部分111在罐构件3内的内部压力增大到预定压力或更大时发生断裂，断裂切口部分113限定了断裂部分111的边界，弯曲切口部分115设置在断裂部分111的面对罐构件3的内部的底表面上并且朝向断裂部分111的中心设置在与断裂切口部分113间隔开的位置处。弯曲切口部分115在罐构件3内的内部压力增大时弯曲。
[0047]
电极组件1可以通过将涂覆有正极活性材料的正极、涂覆有负极活性材料的负极、以及插入在负极与正极之间的隔离件堆叠多次来制造。
[0048]
此外，电极组件1可以通过将正极、隔离件和负极彼此堆叠的堆叠体缠绕成果冻卷结构来制造。
[0049]
罐构件3为圆柱形锂离子二次电池中的如下金属容器：该金属容器为具有敞开的顶表面的大致圆筒形结构，或者罐构件3为棱柱形锂离子二次电池中的如下金属容器：该金属容器为具有敞开的顶表面的大致棱柱结构。罐构件3由通常是轻质的并且易于控制腐蚀的铝或铝合金制成。
[0050]
罐构件3用作电极组件1和电解质(未示出)的容器。电极组件1经由上开口端部，即罐构件3中敞开的上端部，插入到罐构件3中，然后罐构件3的上开口端部被顶盖组件100密封。
[0051]
顶盖组件100还可以包括电流中断装置120，该电流中断装置120设有中断部分121，当罐构件3内的内部压力增大时，该中断部分121断裂以中断电流。
[0052]
图3是图示了由于图2的罐构件的内部压力的增大而使中断部分从电流中断装置断裂的使用状态的图。
[0053]
参照图3，电流中断装置120的中断部分121附接到安全排气口部110的断裂部分111。中断部分121从电流中断装置120断裂并且与安全排气口部110的断裂部分111一起朝着顶盖组件100的顶盖101向上运动。
[0054]
根据本发明，电流中断装置120的中断部分121可以在弯曲切口部分115的圆周内部附接到断裂部分111中的中心。
[0055]
安全排气口部110的断裂切口部分113从安全排气口部110的表面凹入，以便当罐构件3内的内部压力增大时被切断。
[0056]
断裂切口部分113可以限定在安全排气口部110的顶表面和底表面中的一者中。在断裂切口部分113设置在安全排气口部110的面对罐构件3的内部的底表面中的情况下，可以在由于罐构件3内的内部压力使安全排气口部110向上上升时有利地确保安全排气口部110到顶盖101的间隔距离d。
[0057]
与断裂切口部分113类似，弯曲切口部分115从安全排气口部110的表面凹陷地凹入(或开槽)。弯曲切口部分115的凹入深度小于断裂切口部分113的凹入深度。
[0058]
这样做是为了将切口的厚度保持为允许切口不被切断的厚度，并且因此弯曲切口部分115不会由于罐构件3内的内部压力被切断而是发生弯曲。
[0059]
此外，弯曲切口部分115设置在安全排气口部110的底表面中，并且因此可以在安全排气口部110由于罐构件3内的内部压力而向上运动时确保安全排气口部110到顶盖101的间隔距离d。
[0060]
图4是图示了图3的安全排气口部的断裂切口部分被切断以提供排气的使用状态的视图。
[0061]
如图4所图示，在安全排气口部110由于罐构件3内的内部压力而向上运动时，通过设置在安全排气口部110的底表面中的弯曲切口部分115的弯曲来确保安全排气口部110到顶盖101的间隔距离d的情况下，断裂切口部分113在预定的排气压力下被切断，并且因此罐构件3内的气体可以安全地排放到外部。
[0062]
图5是仅图示了根据本发明的第一实施方式的安全排气口部的仰视图。
[0063]
根据图5所图示的本发明的实施方式，断裂切口部分113在安全排气口部110的底表面中可以具有不连续的圆形或椭圆形形状。
[0064]
如上所述，断裂切口部分113可以设置成对应于安全排气口部110的底表面。也就是说，在安全排气口部110的底表面呈圆形形状的情况下，断裂切口部分113也可以呈圆形形状，而在安全排气口部110的底表面呈椭圆形状的情况下，断裂切口部分113也可以呈椭圆形形状。
[0065]
弯曲切口部分115可以在安全排气口部110的底表面中呈连续的圆形或椭圆形形
状。
[0066]
与断裂切口部分113相似，弯曲切口部分115也可以设置成对应于安全排气口部110的底表面。
[0067]
此外，弯曲切口部分115的周向尺寸小于断裂切口部分113的周向尺寸，并且因此弯曲切口部分115可以在安全排气口部110的底表面中设置成位于断裂切口部分113的圆周内部。
[0068]
这里，如果从安全排气口部110的底表面观察时，安全排气口部110的底表面上的边缘端部与断裂切口部分113之间的间隔距离等于断裂切口部分113与弯曲切口部分115之间的间隔距离而不是向一侧偏置，则当安全排气口部110由于罐构件3内的内部压力而向上运动时，可以最有效地确保安全排气口部110与顶盖101之间的间隔。
[0069]
图6是沿着图5的线b-b截取的截面图。
[0070]
如图6所图示，在根据本发明的实施方式的二次电池中，安全排气口部110的断裂部分111与边缘部分117之间的连接部分119可以向上弯曲。
[0071]
即，由于连接部分119向上弯曲，因此尽管安全排气口部110由于罐构件3内的内部压力而向上运动，但断裂切口部分113不易被切断，安全排气口部110可以向上运动。
[0072]
断裂部分111可以包括倾斜部段111a，该倾斜部段111a倾斜成使得其高度从连接部分119朝向弯曲切口部分115逐渐减小。
[0073]
另外，断裂部分111可以包括水平部段111b，水平部段111b呈水平形状并且从倾斜部段111a的端部朝向断裂部分111的中心延伸。
[0074]
此外，弯曲切口部分115可以位于倾斜部段111a与水平部段111b之间的边界上。
[0075]
也就是说，由于倾斜部段111a倾斜成使得其高度朝向水平部段111b逐渐减小，因此补偿了连接部分119因向上弯曲而导致的高度增大。因而，允许断裂部分111的水平部段111b处于最低位置，以保持水平程度。
[0076]
如上所述，断裂部分111的水平部段111b可以位于安全排气口部110的最下部处，以与安装在下侧的电流中断装置120的中断部分121联接。
[0077]
另外，当弯曲切口部分115位于倾斜部段111a与水平部段111b之间的边界上时，在使弯曲切口部分115弯曲以确保与顶盖101的最佳间隔距离d方面可能是显著有效的。
[0078]
图7是仅图示了根据本发明的第二实施方式的安全排气口部的仰视图。
[0079]
如图7所图示，在根据本发明第二实施方式的二次电池中，安全排气口部110的弯曲切口部分115可以呈不连续的圆形或椭圆形形状。
[0080]
当弯曲切口部分115具有不连续的圆形或椭圆形形状时，弯曲切口部分115的凹入区域可以被最小化，并且因此可以有效地防止弯曲切口部分115在罐构件3内的内部压力增大时被切断。
[0081]
图8是仅图示了根据本发明的第三实施方式的安全排气口部的仰视图，图9是沿图8的c-c线截取的截面图。
[0082]
如图8和图9中所图示，在根据本发明的第三实施方式的二次电池中，安全排气口部110的多个弯曲切口部分115设置成具有不同的长度。
[0083]
在多个弯曲切口部分115设置为具有不同的长度的情况下，即使当由于罐构件3内的内部压力的瞬时增大而导致安全排气口部110迅速上升时，多个弯曲切口部分115也可以
弯曲以减轻上升的冲击。
[0084]
也就是说，可以防止断裂切口部分113由于瞬时且突然的上升冲击而在达到预设的排气压力之前的压力下被切断。
[0085]
提供图10作为比较例。图10是安装有根据相关技术的安全排气口部的二次电池的视图，其图示了在图3相同的截面上，由于罐构件的内部压力增大而使中断部分从电流中断装置断裂的使用状态。
[0086]
在如图10所图示的根据相关技术的二次电池中，在安全排气口部110
′
中仅设有断裂切口部分113’而没有本发明的弯曲切口部分。
[0087]
在根据相关技术的这种二次电池中，当罐构件3内的内部压力增大时，安全排气口部110’向顶盖101’移动。在此，安全排气口部110’的离安全排气口部110’的联接至罐构件3的边缘最远的中央部分可由于气体的内部压力而上升到最上侧。
[0088]
因此，安全排气口部110’的中央部分升高至顶盖101’的附近，并接近顶盖101’，直到它们之间的间隔距离d2接近大约123μm。此外，安全排气口部110’的中央部分可以与顶盖101’接触。
[0089]
当安全排气口部110’与顶盖101’之间的间隔距离d2非常小时，或者如上所述安全排气口部110’与顶盖101’接触时，断裂切口不会被切断。即，由于断裂切口在内部气体应当被排出的预定排气压力下没有被切断，因而可能无法稳定地进行排气。
[0090]
在这种情况下，可能发生诸如爆炸、发热和二次电池着火的安全问题。
[0091]
在如图3所示的根据本发明的实施方式的二次电池中，当罐构件3内的内部压力增大时，安全排气口部110朝着顶盖101移动，同时断裂部分111的倾斜部段111a向上弯曲。当安全排气口部110朝着顶盖101移动时，弯曲切口部分115弯曲并吸收罐构件3内的一部分内部压力，并且因此可以防止断裂部分111的水平部段111b朝着顶盖101升高。
[0092]
因此，安全排气口部110与顶盖101之间的间隔距离d1可被充分地确保为大约186μm。
[0093]
由于如上所述地确保了安全排气口部110与顶盖101之间的间隔距离d1，所以在预定的排气压力下切断了断裂切口部分113，这可以防止受到顶盖101的干扰并稳定地排出在罐构件3内的气体。
[0094]
图11示出了用于比较其中安装有根据相关技术的安全排气口部的二次电池中的排气压力分布和其中安装有根据本发明的安全排气口部的二次电池中的排气压力分布的分布程度。
[0095]
在图11中，v0是排气压力的分布组，m
x
是排气压力的最大值，m
n
是排气压力的最小值，并且v1和v2中的每一者是排气压力分布的一部分。
[0096]
当参照图11对未设置弯曲切口部分的根据相关技术的安全排气口部的排气压力和设置有弯曲切口部分的根据本发明的改进的安全排气口部的排气压力进行比较时，可以发现，与根据相关技术的安全排气口部的排气压力分布相比，根据本发明的安全排气口部的排气压力分布得到了改善。它们之间的差可以是大约1.5倍。
[0097]
特别地，在根据相关技术的安全排气口部排出罐构件内的气体期间，安全排气口部的中央部分在断裂切口部分未被切断的状态下与顶盖接触，因此无法在预设的排气压力下合适地执行排气。在上述异常排气期间排气压力大大改变的分布可以表示为v1和v2。
[0098]
根据如上所述的本发明，在安全排气口的底表面中进一步设置了弯曲切口部分和断裂切口部分，并且因此，当罐构件内的内部压力增大时，安全排气口不会受顶盖干扰。
[0099]
此外，由于安全排气口不受顶盖干扰，因此断裂切口部分在预设的排气压力下进行排气，并且因此可以改善排气压力分布。
[0100]
尽管已经参考如上所述的示例性附图描述了根据本发明的二次电池，但是本发明不限于以上所描述的实施方式以及以上所图示的附图，而是可以由属于本发明的领域的技术人员在所附权利要求书的范围内做出各种实施方式。