二次電池及使用該二次電池的電池組的製作方法

2023-12-06 16:43:41 2

專利名稱：二次電池及使用該二次電池的電池組的製作方法
技術領域：
實施例涉及二次電池及使用該二次電池的電池組。
背景技術：
與未被設計為可再充電的一次電池不同，二次電池是可再充電的，並廣泛用於諸 如蜂窩電話、可攜式計算機和可攜式攝像機之類的各種電子設備。在各種類型的二次電池中，鋰二次電池因為其工作電壓高以及每單位重量能量密 度高而被廣泛使用。鋰二次電池被製造成諸如稜柱形、圓柱形和袋形之類的各種形狀。二次電池的內部氣壓可能會由於過充電、過放電、內部短路或過熱而過度增加。當 內部氣壓過高時，二次電池可能無法被正常地充/放電，而是會表現異常。另外，二次電池 的殼體可能會由於其內部氣壓而膨脹。

發明內容
實施例致力於一種能夠以不同於現有技術所使用的方式利用膨脹現象產生開路 以停止充/放電的二次電池以及使用該二次電池的電池組。其它實施例致力於一種能夠在發生膨脹時通過在結構上切斷電極組件與引線接 線片之間的電連接來產生開路以停止充/放電的二次電池以及使用該二次電池的電池組。根據實施例，所述二次電池及使用該二次電池的電池組被配置為使得所述電極端 子和所述引線接線片可以通過袋狀殼體的變形而分離，所述袋狀殼體由於內部氣壓增加而 膨脹。因此，當殼體發生膨脹時，所述電極組件與所述引線接線片之間的電連接會遭受 到結構上的破壞。這樣可以更可靠地使用二次電池和電池組。在根據本發明的實施例中，一種二次電池包括電極組件，包括第一電極、第二電 極以及在所述第一電極與第二電極之間的隔板；容納所述電極組件的殼體；電連接至所述 第一電極的端子；以及引線接線片，經由在所述殼體內部的所述端子電連接至所述第一電 極，向所述殼體的外部延伸，並且被配置為在所述殼體變形的情況下與所述端子的至少一 部分分離以斷開與所述第一電極的電連接，同時所述引線接線片保持附接至所述殼體。所述二次電池可以進一步包括將所述引線接線片附接至所述端子的粘合元件，所 述粘合元件具有貫穿自身的開口，其中所述引線接線片通過所述開口電連接至所述端子。所述二次電池可以進一步包括將所述引線接線片的一部分附接至所述殼體的接 合元件，其中所述接合元件與所述引線接線片另一部分到所述殼體的附接位置相比離所述 引線接線片與所述端子之間的附接位置更近。
所述端子和所述引線接線片可以經由點焊彼此電連接。所述端子和所述引線接線 片可以在至少一個觸點處彼此電連接。所述二次電池可以進一步包括將所述引線接線片附接至所述端子的粘合元件，其 中所述引線接線片經由所述粘合元件的第一側上的至少一個觸點和所述粘合元件的與所 述第一側相對的第二側上的至少一個另一觸點電連接至所述端子。所述殼體可以包括可變形部分，其中所述引線接線片附接至所述可變形部分，使 得所述引線接線片被配置為在所述可變形部分變形時斷開與所述第一電極的電連接。所述 可變形部分可以具有在所述殼體的兩個平行壁之間的斜面。所述端子上可以具有至少部分圍繞接觸區域的槽，所述端子和所述引線接線片之 間的導電觸點位於所述接觸區域上。所述殼體可以包括可變形部分，所述引線接線片附接至所述可變形部分，並且所 述接觸區域被配置為在所述可變形部分變形時與所述端子的剩餘部分分離。所述槽可以完 全圍繞所述接觸區域。所述槽可以在所述端子的邊緣處部分圍繞所述接觸區域。所述端子可以包括用於提供ΙΟπιΩ或更小的電阻的材料。所述二次電池可以進一步包括用於將所述引線接線片附接至所述殼體的內表面 的接合元件。所述二次電池可以進一步包括用於將所述端子附接至所述殼體的內表面的支 撐元件。所述端子與所述引線接線片之間的附接強度可以低於所述接合元件至所述殼體和 所述引線接線片的附接強度。所述端子可以包括堆疊在一起的第一板和第二板，所述第一板的強度低於所述第 二板的強度，而所述第一板的導電率高於所述第二板的導電率，並且所述第一板經由導電 觸點電連接至所述引線接線片。在根據本發明的另一實施例中，一種電池組包括多個二次電池；以及用於控制 所述多個二次電池的電路板，其中所述多個二次電池中的至少一個二次電池包括電極組 件，包括第一電極、第二電極以及在所述第一電極與第二電極之間的隔板；容納所述電極組 件的殼體；電連接至所述第一電極的端子；以及引線接線片，經由所述殼體內部的所述端 子電連接至所述第一電極，向所述殼體的外部延伸，並且被配置為在所述殼體變形的情況 下與所述端子的至少一部分分離以斷開與所述第一電極的電連接，同時所述引線接線片保 持附接至所述殼體，其中所述引線接線片電連接至所述多個二次電池中的至少另一個二次 電池的引線接線片。


圖1是示出根據一個實施例的處於裝配後的狀態的電池組的透視圖。圖2是示出圖1的電池組的多個二次電池之一的透視圖。圖3是沿圖2的線III-III截取的截面圖。圖4是示出圖3的連接部件的分解透視圖。圖5是示出在圖3的二次電池膨脹時該二次電池的變化的截面圖。圖6是示出藉以產生圖5中所描繪的膨脹和開路的工藝的簡化工藝圖。圖7是示出根據另一實施例的在正極端子與第一引線接線片之間的焊接方法的 透視圖。
圖8是示出根據又一實施例的正極端子與第一引線接線片之間的接合結構的截 面圖。圖9是示出圖8的正極端子的透視圖。圖10是示出根據再一實施例的正極端子的透視圖。圖11是示出根據另一實施例的正極端子與第一引線接線片之間的接合結構的截 面圖。
具體實施例方式現在將參照附圖根據示例實施例描述二次電池及使用該二次電池的電池組。圖1是示出根據一個實施例的處於裝配後的狀態的電池組100的透視圖。參見圖1，電池組100包括多個二次電池110、連接部件200、電路板300和檢測裝 置 400。二次電池110以使二次電池110的主表面彼此面對的方式堆疊。換句話說，二次 電池110的側表面相互平行。電池組100的充電/放電容量以與二次電池110的數目成比 例的方式增加。電池組100可以用於需要高電池容量的諸如混合電動車輛(HEV)或電動車 輛(EV)之類的大型設備，而不是通過僅使用一個二次電池110就可以被充分供電的諸如蜂 窩電話之類的小型設備。然而，本發明並不限於此。二次電池110包括暴露的引線接線片 140。連接部件200將具有相同極性的引線接線片140電連接在一起。換句話說，具有正 極性的引線接線片140通過連接部件200彼此電連接，具有負極性的引線接線片140也通 過連接部件200彼此電連接。連接部件200包括位於相鄰二次電池110之間的連接板210 和電連接至最外面的連接板210的連接杆220。連接部件200可以由具有良好導電性的諸 如銅、鎳或鋁之類的導電金屬形成。電路板300用於控制二次電池110的充電和放電操作，並且可以為多個二次電池 110僅提供一個電路板300。電路板300可以通過連接杆220電連接至二次電池110。由於 二次電池110由單個電路板300控制，因此與為各個二次電池110分別提供電路的情況相 比，電池組100可以具有簡單的結構。電路板300電連接至插入各個引線接線片140或與引線接線片140的外部接合的 檢測裝置400。例如，檢測裝置400可以是電路板300藉以檢測二次電池110的電壓變化的 導線。在圖1的實施例中，電路板300包括附加顯示器310。顯示器310可以輸出通過檢測 裝置400測得的信息。顯示器310上輸出的信息可能主要在測試電池組100時被參考。圖2是示出圖1所示的電池組100的二次電池110之一的透視圖。參見圖2，二次電池110包括袋狀殼體120、電極組件130 (圖3所示)和引線接線 片 140。袋狀殼體120可以具有近似長方體的形狀。袋狀殼體120由諸如鋁之類的金屬制 成的薄板形成。通過使用樹脂塗覆薄板的對立表面，袋狀殼體120可以與接觸塗覆表面的 物體電絕緣。袋狀殼體120的一側可以傾斜以形成斜面121。端部區域或密封部分122從斜面 121延伸以覆蓋或夾住引線接線片140。
電極組件130與電解液一起容納在由袋狀殼體120形成的內部空間⑶中(參見 圖3)。每個引線接線片140的一端連接(例如，電連接)至電極組件130，並且該引線接線 片140的另一端暴露於袋狀殼體120的外部。引線接線片140包括在密封部分122的寬度方向上彼此分隔開的第一引線接線片 141和第二引線接線片142。第一引線接線片141可以電連接至正極板或負極板，並且可以 具有正電極性或負電極性。第二引線接線片142可以電連接至負極板或正極板，並且可以 具有與第一引線接線片141的電極性相反的電極性。圖3是沿圖2的線III-III截取的截面圖。參見圖3，電極組件130包括正極板131、負極板132以及位於正極板131與負極 板132之間的隔板133。正極板131通過用正電極塗料塗覆正電極集電體而形成，而負極板132通過用負 電極塗料塗覆負電極集電體而形成。正極板131的正電極集電體由導電金屬形成，以便在對二次電池110充電時，電子 可以從正電極塗層聚集至正電極集電體，然後遷移至外部電路。在一個實施例中，正電極塗 料通過將正電極活性材料、導電材料和粘結劑進行混合來製備，並且被塗覆在正電極集電 體上(例如，塗覆至預定的厚度)。負極板132的負電極集電體由導電金屬形成，以便在對二次電池110放電時，電子 可以從負電極塗層聚集至負電極集電體，然後遷移至外部電路。負電極塗料通過將負電極 活性材料、導電材料和粘結劑進行混合來製備，並且被塗覆在負電極集電體上(例如，塗覆 至預定的厚度)。隔板133由絕緣材料形成，以便正極板131和負極板132可以彼此電絕緣。正極板131、隔板133和負極板132位於電極組件130的內部空間(S)(例如，容納 空間)中，處於正極板131、隔板133和負極板132順次堆疊或者將它們順次堆疊並卷繞成 膠捲形狀的狀態下。然後，將電解液注入內部空間(S)以利用電解液浸泡電極組件130。導電的正極端子135從電極組件130的正極板131延伸。正極端子135由用於提 供大約ΙΟπιΩ或更小的電阻的材料形成，使得中容量或大容量電池所需的電流水平可以流 過正極端子135。正極端子135連接至導電的第一引線接線片141。正極端子135和第一 引線接線片141通過導電的連接部件145電連接。隨著袋狀殼體120的形成密封部分122的兩部分，即殼體下部123和殼體上部IM 被密封，第一引線接線片141被這兩部分123和IM覆蓋。通過密封這兩部分123和124， 可以在電極組件130和電解液容納於內部空間(S)的狀態下密封該內部空間(S)。將第一引線接線片141設置得比正極端子135高，使得密封部分122的殼體下部 123可以以階梯形狀提升至高於袋狀殼體120的最低的外表面的水平。支撐元件161位於正極端子135和袋狀殼體120之間，以相對於袋狀殼體120支 撐並固定正極端子135。例如，支撐元件161可以由絕緣帶形成。接合元件162位於第一引線接線片141和袋狀殼體120之間，從而將第一引線接 線片141接合至袋狀殼體120的內部空間。接合元件162可以由諸如聚丙烯膜或聚乙烯膜 之類的具有高接合強度(coupling strength)的材料形成。雖然已描述了支撐元件161和接合元件162，但如果正極端子135牢固地接合至電極組件130，則只能使用或只需要接合元件162。如果正極端子135牢固地接合至電極組件 130，則當二次電池110膨脹時，儘管接合元件162採用使得第一引線接線片141與正極端 子135分隔開的方式使第一引線接線片141與袋狀殼體120 —起變形，但支撐元件161發 揮相對較少的功能，因此可以省略支撐元件161。可以將諸如絕緣帶之類的粘合元件150額外地置於正極端子135和第一引線接線 片141之間。粘合元件150的兩側分別粘結至正極端子135和引線接線片140的彼此面對 的表面。正極端子13和第一引線接線片141的彼此面對的表面(主表面)可以通過粘合 元件150(例如，以預定的距離)相互分隔開。粘合元件150的存在使得正極端子135和第一引線接線片141之間可以進行結構 上的牢固接合(粘結)。因此，即使二次電池110在正常工作期間受到衝擊或外力，導電的 連接部件145斷開的可能性也會由於粘合元件150而減小。因此，在電極組件130的正常 工作期間，可以保證電極組件130與外部電路之間的穩定電連接。絕緣帶171和172可以位於第一引線接線片141與袋狀殼體120的密封部分122 的對立側之間。絕緣帶171和172提供第一引線接線片141與密封部分122之間的絕緣。雖然只論述了正極端子135與第一引線接線片141之間的連接結構，但連接至負 極板132並以與第二引線接線片142對應的方式延伸的負極端子，可以以基本相同的結構 連接至第二引線接線片142。圖4是示出圖3的連接部件145的分解透視圖。參見圖4，穿透孔151被形成為穿過位於正極端子135與第一引線接線片141之間 的粘合元件150。除了粘合元件150的形成穿透孔151的區域外，粘合元件150被粘結至正 極端子135和第一引線接線片141的相互面對的表面。可以將電極Wl和W2置於正極端子135和第一引線接線片141的與穿透孔151對 應的區域，即區域135'和141'，以便進行電焊。詳細地說，一端接觸區域135'的第一電 極Wl與一端接觸區域141'的第二電極W2對齊成一行，並且第一電極Wl和第二電極W2推 壓區域135'和141'。在短時間內，允許電流經正極端子135和第一引線接線片141流過 第一電極Wl和第二電極W2，從而產生焦耳熱。由於此焦耳熱，正極端子135的區域135' 和第一引線接線片141的區域141'的相互面對的表面熔合在一起並且彼此粘附。然後，該 粘附部分冷卻並硬化以形成導電的連接部件145。可以通過反覆進行點焊來(在不同位置處)形成多個導電的連接部件145。正極 端子135和第一引線接線片141之間的接合(焊接)強度可以通過增加點焊工藝(例如， 點焊位置)的數目來得到增加。圖5是示出在圖3所示的二次電池110膨脹時該二次電池110的變化的截面圖， 並且圖6是示出藉以產生圖5所描繪的膨脹和開路的過程的簡化過程圖。參見圖5和6，如果二次電池110的內部溫度(例如，內溫)和二次電池110的 內部氣壓由於諸如過充電和過放電之類的極限條件而增大至某一水平，則袋狀殼體120可 能會膨脹，這被稱為「膨脹現象」。可能主要是袋狀殼體120在長度方向上的兩端被吹脹 (inflate)，具體而言，斜面121可能擴張(expand)得最厲害。如果斜面121向外擴張，則第一引線接線片141的通過接合元件162連接至斜面 121且位於內部空間(S)中的端部也會向外彎曲。由於這種變形，第一引線接線片141的該端部被拉離正極端子135。因此，如果內部氣壓超過某一水平，則第一引線接線片141可 能會與正極端子135分離。主要由於這種分離，連接部件145可能會分裂成兩部分14 和 145b。隨著這兩部分14 和14 被分離，正極端子135和第一引線接線片141之間的 電連接遭受到結構上的破壞。也就是說，電極組件130與外部電路電斷開。當在接合元件162與袋狀殼體120或第一引線接線片141分離之前發生連接部件 145的斷裂時，該斷裂會根據上述機制而發生。為此，正極端子135和第一引線接線片141之 間的焊接強度(連接部件145的強度)低於接合元件162至袋狀殼體120和第一引線接線 片141的粘結強度。例如，如果前者的強度是2. 5kgf或更小，則後者的強度可以是3. Okgf 或更高。如果後者的強度為以上提及的值，則即使接合元件162以50mm/min的速度被拉離 袋狀殼體120或第一引線接線片141，接合元件162也不會被剝掉。如果多個二次電池110中的任一個與外部電路斷開，則這將通過檢測裝置400(圖 1所示)被檢測到。然後，連接至檢測裝置400的電路板300可以控制其它的二次電池110 或報告二次電池110之一的故障。為此，電路板300可以包括圖1中示出的顯示器310或 發光單元。在圖1中示出的實例中，顯示器310指示第二二次電池110出現故障。現在將描述在使用粘合元件150的情況下粘合元件150的與連接部件145的斷裂 有關的功能。當二次電池Iio的溫度增加時，熱量集中在正極端子135和第一引線接線片 141處。如果熱量從諸如正極端子135之類的部件傳遞至粘合元件150時，則粘合元件150 的溫度增加，而粘合元件150的粘結能力減小。因此，從二次電池110開始出現故障起的一 段時間(例如，預定時間)之後，正極端子135和第一引線接線片141無法通過粘合元件 150牢固接合。與二次電池110正常工作的情況不同，當二次電池110工作異常時，粘合元 件150不能防止正極端子135與第一引線接線片141分離。圖7是示出根據另一實施例的正極端子135與第一引線接線片141之間的焊接方 法的透視圖。參見圖7，與圖4的實施例不同，並未形成穿過粘合元件150'的穿透孔。相反，粘 合元件150'小於在前述實施例中示出的粘合元件，並且被粘結至正極端子135和第一引 線接線片141的相互面對的表面。粘合元件150'位於正極端子135和第一引線接線片141相互面對的部分之間的 中心處，使得相互面對的部分的兩側可以用作焊接區域135"和141"。在當前實施例中， 焊接區域135"和141"位於粘合元件150'的兩側附近。在此結構中，可以通過使用兩個電極Wl和W2執行兩次點焊。然後，可以通過兩個 連接部件(參見圖3的連接部件145)將正極端子135和第一引線接線片141彼此接合。圖8是示出根據另一實施例的正極端子13 和第一引線接線片141之間的接合 結構的截面圖，並且圖9是示出圖8的正極端子13 的透視圖。參見圖8和9，與前述實施例類似，正極端子13 和第一引線接線片141通過由焊 接形成的導電的連接部件145彼此接合。進一步，與前述實施例類似，可以在正極端子13 和第一引線接線片141之間額外地提供粘合元件150。再次參見圖8和9，槽1351形成在正極端子13 中。槽1351可以具有諸如圖9所 示的圓形形狀之類的閉合環形形狀。導電的連接部件145位於由槽1351限定的區域1352中。即使導電的連接部件145在膨脹現象期間不斷裂，但是如果正極端子13 的由槽 1351限定的區域1352與正極端子13 的其它區域分離，則正極端子13 和第一引線接線 片141也會彼此分離。圖10是示出根據另一實施例的正極端子13 的透視圖。參見圖10，槽1353具有非閉合的環形形狀，並且槽1353的開放端部延伸至正極端 子13 的一端。連接部件可以位於由槽1353和正極端子13 的該端部限定的區域13M中。在此結構中，與前述實施例的區域1352的情況相比，區域13M可以更容易地與正 極端子13 的其它區域分離。圖11是示出根據另一實施例的正極端子135c和第一引線接線片141之間的接合 結構的截面圖。參見圖11，正極端子135c可以具有第一板1356和第二板1357彼此接合的覆層結 構。第一板1356的強度低於第二板1357的強度，但第一板1356的導電率高於第二板1357 的導電率。第一引線接線片141通過連接部件145連接至具有較高導電率的第一板1356。 第二板1357增強正極端子135c的整體硬度。第二板1357具有位於端部的中心處的開放區域1358。連接部件145位於該區域 1358 中。此結構的存在可以使正極端子135c的強度增加，同時保持正極端子135c的導電 率。因此，當第一引線接線片141變形時，正極端子135c並不會被第一引線接線片141拉 動，而是可以保持其位置。因此，第一引線接線片141可以更容易地與正極端子135c分離。另外，在膨脹現象期間，正極端子135c的與第一引線接線片141、連接部件145和 區域1358對應的部分可以更容易地與正極端子135c的其它部分分離。此處已公開示例性實施例，雖然採用了特定術語，但這些術語僅在一般和描述性 的意義上使用和被解釋。因此，本領域技術人員應當理解，可以以不背離在以下權利要求及 其等同物中所提出的本發明的精神和範圍的方式在形式和細節方面進行各種改變。10
權利要求
1.一種二次電池，包括電極組件，包括第一電極、第二電極以及在所述第一電極與第二電極之間的隔板；容納所述電極組件的殼體；電連接至所述第一電極的端子；以及引線接線片，經由在所述殼體內部的所述端子電連接至所述第一電極，向所述殼體的 外部延伸，並且被配置為在所述殼體變形的情況下與所述端子的至少一部分分離以斷開與 所述第一電極的電連接，同時所述引線接線片保持附接至所述殼體。
2.根據權利要求1所述的二次電池，進一步包括將所述引線接線片附接至所述端子的 粘合元件，所述粘合元件具有貫穿自身的開口，其中所述引線接線片通過所述開口電連接 至所述端子。
3.根據權利要求1所述的二次電池，進一步包括將所述引線接線片的一部分附接至所 述殼體的接合元件，其中所述接合元件與所述引線接線片另一部分到所述殼體的附接位置 相比離所述引線接線片與所述端子之間的附接位置更近。
4.根據權利要求1所述的二次電池，其中所述端子和所述引線接線片經由點焊彼此電 連接。
5.根據權利要求1所述的二次電池，其中所述端子和所述引線接線片在至少一個觸點 處彼此電連接。
6.根據權利要求1所述的二次電池，進一步包括將所述引線接線片附接至所述端子的 粘合元件，其中所述引線接線片經由所述粘合元件的第一側上的至少一個觸點和所述粘合 元件的與所述第一側相對的第二側上的至少一個另一觸點電連接至所述端子。
7.根據權利要求1所述的二次電池，其中所述殼體包括可變形部分，其中所述引線接 線片附接至所述可變形部分，使得所述引線接線片被配置為在所述可變形部分變形時斷開 與所述第一電極的電連接。
8.根據權利要求7所述的二次電池，其中所述可變形部分具有在所述殼體的兩個平行 壁之間的斜面。
9.根據權利要求1所述的二次電池，其中所述端子上具有至少部分圍繞接觸區域的 槽，所述端子和所述引線接線片之間的導電觸點位於所述接觸區域上。
10.根據權利要求9所述的二次電池，其中所述殼體包括可變形部分，所述引線接線片 附接至所述可變形部分，並且所述接觸區域被配置為在所述可變形部分變形時與所述端子 的剩餘部分分離。
11.根據權利要求9所述的二次電池，其中所述槽完全圍繞所述接觸區域。
12.根據權利要求9所述的二次電池，其中所述槽在所述端子的邊緣處部分圍繞所述 接觸區域。
13.根據權利要求1所述的二次電池，其中所述端子包括用於提供ΙΟπιΩ或更小的電阻 的材料。
14.根據權利要求1所述的二次電池，進一步包括用於將所述引線接線片附接至所述 殼體的內表面的接合元件。
15.根據權利要求14所述的二次電池，進一步包括用於將所述端子附接至所述殼體的 內表面的支撐元件。
16.根據權利要求14所述的二次電池，其中所述端子與所述引線接線片之間的附接強 度低於所述接合元件至所述殼體和所述弓I線接線片的附接強度。
17.根據權利要求1所述的二次電池，其中所述端子包括堆疊在一起的第一板和第二 板，所述第一板的強度低於所述第二板的強度，而所述第一板的導電率高於所述第二板的 導電率，並且所述第一板經由導電觸點電連接至所述引線接線片。
18.一種電池組，包括多個二次電池；以及用於控制所述多個二次電池的電路板，其中所述多個二次電池中的至少一個二次電池包括電極組件，包括第一電極、第二電極以及在所述第一電極與第二電極之間的隔板；容納所述電極組件的殼體；電連接至所述第一電極的端子；以及引線接線片，經由所述殼體內部的所述端子電連接至所述第一電極，向所述殼體的外 部延伸，並且被配置為在所述殼體變形的情況下與所述端子的至少一部分分離以斷開與所 述第一電極的電連接，同時所述引線接線片保持附接至所述殼體，其中所述引線接線片電 連接至所述多個二次電池中的至少另一個二次電池的引線接線片。
全文摘要
提供一種二次電池及使用該二次電池的電池組。在所述二次電池中，從電極組件延伸的電極端子結構連接且電連接至引線接線片以接通電路，如果發生膨脹，則接合至袋狀殼體的所述引線接線片由於所述袋狀殼體的擴張而與所述電極端子分隔開，以切斷所述電極端子與所述引線接線片之間的結構連接，從而斷開電路。
文檔編號H01M2/20GK102055038SQ20101054004
公開日2011年5月11日 申請日期2010年11月2日 優先權日2009年11月2日
發明者安昶範 申請人:三星Sdi株式會社