二次电池的制作方法

1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求于2019年2月1日提交的韩国专利申请第10
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2019
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0013848号的优先权的权益，通过引用将上述专利申请整体结合在此。
3.技术领域
4.本发明涉及一种二次电池，更具体地，涉及一种具有能够在二次电池的内部压力增加时有效地排出气体的结构的二次电池。


背景技术：

5.可重复充电和放电的二次电池(secondary battery)根据其结构和制造方法可分为袋型二次电池、棱柱型二次电池和圆柱型二次电池。在这些二次电池之中，这种圆柱型二次电池具有其中电极组件容纳在电池罐中并且顶盖与电池罐的上部结合的结构。
6.随着对与根据相关技术的具有相同体积的二次电池相比具有更大容量的二次电池的需求增加，正在积极进行对二次电池的研究。
7.为了制造与具有相同体积的二次电池相比具有更大容量的二次电池，增加正极内的正极活性材料中包含的镍的含量。然而，随着正极活性材料中包含的镍的含量增加，存在正极活性材料的热稳定性劣化的问题。正极活性材料的热稳定性劣化意味着，由于二次电池内的温度或压力增加，二次电池着火或爆炸的可能性增加。
8.为了解决此问题，可考虑添加能够改善二次电池的热稳定性的化合物的方法。然而，在该方法中，实际上在成本和产率方面存在限制。


技术实现要素：

9.技术问题
10.因此，用于解决上述问题的本发明的目的是通过优化二次电池的结构，消除在二次电池内的压力或温度增加时发生的二次电池着火或爆炸的风险。
11.技术方案
12.为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，一种二次电池，包括：电极组件；配置为容纳所述电极组件并且具有开放的上部的电池罐；和与所述电池罐的所述上部结合的顶盖，其中在所述电池罐的所述上部的端部设置有朝向所述顶盖向内弯折以固定所述顶盖的弯折部分，并且当所述电池罐的内部压力超过预定值时，通过所述顶盖或所述弯折部分的变形来减小当从上方观察时所述顶盖和所述弯折部分彼此重叠的区域(r)，从而使所述顶盖的整个区域与所述电池罐分离。
13.当所述电池罐的内部压力超过所述预定值时，所述顶盖可在成一体而不破碎成多个碎片的状态下与所述电池罐分离。
14.当所述电池罐的内部压力超过所述预定值时，所述弯折部分的弯折程度可被减轻，从而使所述顶盖与所述电池罐分离。
15.当所述电池罐的内部压力超过所述预定值时，所述顶盖的中央部分可向上弯折，从而使所述顶盖与所述电池罐分离。
16.所述预定值可对应于30kgf至60kgf范围内的值。
17.所述电池罐可具有宽度(w)，所述弯折部分具有弯折长度(a)，并且所述弯折部分的弯折长度(a)与所述电池罐的宽度(w)的比率a/w可在2.27
×
10
‑2至7.5
×
10
‑2的范围内。
18.所述弯折部分可具有厚度(t1)，所述弯折部分可具有弯折长度(a)，并且所述弯折部分的弯折长度(a)与所述弯折部分的厚度(t1)的比率a/t1可在1.43至6的范围内。
19.从所述顶盖向上突出的端子区域可具有厚度(t2)，所述弯折部分可具有弯折长度(a)，并且所述弯折部分的弯折长度(a)与所述顶盖的所述端子区域的厚度(t2)的比率a/t2可在1至5的范围内。
20.所述弯折部分的弯折长度(a)可在0.5mm至1.5mm的范围内。
21.所述电池罐的宽度(w)可在20mm至22mm的范围内。
22.所述弯折部分的厚度(t1)可在0.25mm至0.35mm的范围内。
23.所述顶盖的所述端子区域的厚度(t2)可在0.3mm至0.5mm的范围内。
24.所述电池罐包括涂覆有镍(ni)的铁(fe)材料。
25.有益效果
26.根据本发明，可优化二次电池的结构，以消除在二次电池内的压力或温度增加时发生的二次电池着火或爆炸的风险。
附图说明
27.图1是图解根据本发明的二次电池的结构的侧视剖面图。
具体实施方式
28.下文中，将参照附图描述根据本发明的二次电池的结构。
29.二次电池
30.图1是图解根据本发明的二次电池的结构的侧视剖面图。
31.如图1中所示，根据本发明的二次电池10可包括：电极组件(未示出)、容纳电极组件并且具有开放的上部的电池罐100、和与电池罐100的上部结合的顶盖200。如图1中所示，顶盖200可具有中央部分向上突出的结构。下文中，在本技术中，顶盖200的向上突出的区域将被称为“端子区域”。
32.根据本发明的二次电池可以例如是圆柱型二次电池，但是应用本发明的二次电池的类型不限于此。此外，电池罐100可具有圆柱形形状，但是电池罐100的形状不限于此。电池罐100可包括含镍(ni)的铁(fe)材料。
33.可在电池罐100的上部的内侧与顶盖200的外周边之间设置用于密封的衬垫300。此外，可与顶盖200的底表面紧密接触地设置安全通气部400。
34.继续参照图1，在电池罐100的上部的端部可设置有朝向顶盖200向内弯折的弯折部分110。如图1中所示，由于弯折部分110向下按压衬垫300，因此顶盖200可被弯折部分110固定。可在设置于电池罐100中的弯折部分110的下方设置具有向内凹陷形状的卷边部分120。
35.在此，如图1中所示，当从上方观察二次电池10时，可限定出其中顶盖200和弯折部分110彼此重叠的区域r(下文中，称为“重叠区域”)。
36.根据本发明的二次电池10可具有其中当二次电池内的压力增加时，顶盖200的整个区域与电池罐100分离从而将二次电池10内的气体排出到外部的结构。
37.为此，根据本发明的二次电池10可具有这样的结构，即，当二次电池内的压力超过预定值时，顶盖或弯折部分110的形状变形，以减小当从上方观察时顶盖200与弯折部分110之间的重叠区域r的面积，从而减小顶盖200与弯折部分110之间的结合力，使得顶盖200的整个区域与电池罐100分离。
38.在根据本发明的二次电池10中，当电池罐100的内部压力超过预定值时，其中顶盖200的整个区域与电池罐100分离的方式可主要分为两种方式。
39.第一，存在这样的方式(下文中，称为“第一分离方式”)，其中由于二次电池10的内部压力增加，顶盖200和衬垫300向上按压设置在电池罐100的上部的端部的弯折部分110，从而减轻弯折部分100弯折的程度，因而弯折部分110和顶盖200在重叠区域r中彼此相对滑动，从而使顶盖200与电池罐100分离。
40.第二，存在这样的方式(下文中，称为“第二分离方式”)，其中由于二次电池10的内部压力的增加，二次电池10的内部压力向上按压顶盖200的中央部分的底表面，从而使顶盖200的中央部分(即，端子区域)向上弯折，因而弯折部分110和顶盖200在重叠区域r中彼此相对滑动，从而使顶盖200与电池罐100分离。
41.当顶盖200的整个区域与电池罐100分离时，上述方式可不是选择性地发生，而是可在彼此相对组合的状态下同时发生。
42.当由于二次电池的内部压力的增加，顶盖的整个区域与电池罐分离时，如果顶盖在破碎成多个碎片的状态下与电池罐分离，则多个碎片可能沿各个方向分散，从而导致安全事故。
43.在根据本发明的二次电池10中，当电池罐100的内部压力超过预定值时，顶盖200可在其中顶盖200成一体而不会破碎成多个碎片的状态下与电池罐100分离。
44.如上所述，在根据本发明的二次电池10中，当二次电池内的压力超过预定值时，由于顶盖200或弯折部分110的形状变形，顶盖200的整个区域可与电池罐100分离。在此，预定值可以是在30kgf至60kgf范围内的值。
45.当预定值小于30kgf时，顶盖200与电池罐100之间的结合会太弱。结果，即使二次电池内部的气体不需要排出到外部，顶盖200也会与电池罐100分离。另一方面，当预定值超过60kgf时，顶盖200与电池罐100之间的结合会太强。结果，即使由于二次电池100的内部压力的增加而需要将气体排出到外部，顶盖200也不会与电池罐100分离。更优选地，预定值可以是在30kgf至55kgf范围内的值。
46.如图1中所示，在根据本发明的二次电池10中，电池罐100可具有预定宽度w。当电池罐100具有圆柱形状时，图1中所示的宽度w可被视为电池罐100的直径。
47.此外，设置在电池罐100上的弯折部分110可具有弯折长度a，弯折长度a是弯折部分弯折到电池罐100的内部的预定长度。此外，弯折部分110可具有预定厚度t1。
48.顶盖200可具有预定厚度t2。顶盖200可在其整个区域上具有恒定厚度。然而，为了方便起见，在本技术中，作为示例将描述其中从顶盖200向上突出的端子区域具有厚度t2的
情况。
49.在根据本发明的二次电池10中，弯折部分110的弯折长度a与电池罐100的宽度w可具有恒定比率。就是说，弯折部分110的弯折长度a与电池罐100的宽度w的比率a/w可在2.27
×
10
‑2至7.5
×
10
‑2的范围内。
50.当比率a/w小于2.27
×
10
‑2时，电池罐100与顶盖200之间的结合力可太小。结果，即使在二次电池10的内部压力为正常的情况下，弯折部分110的弯折程度也会被减轻，从而引起其中顶盖200与电池罐100分离的问题。相反，当比率a/w超过7.5
×
10
‑2时，电池罐100与顶盖200之间的结合力可太大。结果，在二次电池10的内部压力为异常的情况下，顶盖200不会与电池罐100分离，从而导致二次电池10爆炸的风险。
51.此外，在根据本发明的二次电池10中，弯折部分110的弯折长度a与弯折部分110的厚度t1也可具有恒定比率。就是说，弯折部分110的弯折长度a与弯折部分110的厚度t1的比率a/t1可在1.43至6的范围内。
52.当比率a/t1小于1.43时，弯折部分110的厚度t1可相对较大，而弯折长度a可相对较短。结果，可难以在电池罐的上部的端部模制出弯折部分110，因而弯折部分110的模制性可劣化。另一方面，当比率a/t1超过6时，弯折部分110的厚度t1可相对较小，而弯折长度a可相对较大。结果，当弯折部分110被模制时，形成弯折部分的区域的耐久性可劣化，从而引起弯折部分110的损坏。更优选地，比率a/t1可在2.0至4.3的范围内。
53.此外，在根据本发明的二次电池10中，弯折部分110的弯折长度a与顶盖200的端子区域的厚度t2也可具有恒定比率。就是说，弯折部分110的弯折长度a与顶盖200的端子区域的厚度t2的比率a/t2可在1.0至5.0的范围内。
54.当比率a/t2小于1.0时，顶盖200的端子区域的厚度t2可相对较大，而弯折长度a可相对较小。结果，可几乎不发生顶盖200的端子区域中的变形，因而当由于二次电池10的内部压力增加，顶盖200的整个区域与电池罐100分离时，可主要仅通过“第一分离方式”来实现分离。另一方面，当比率a/t2超过5.0时，顶盖200的端子区域的厚度t2可相对较小，而弯折长度a可相对较大。结果，可几乎不发生弯折部分的弯折程度的减轻，因而当由于二次电池10的内部压力增加，顶盖200的整个区域与电池罐100分离时，可主要仅通过“第二分离方式”来实现分离。如果当顶盖200的整个区域与电池罐100分离时仅根据第一分离方式来分离，则当根据二次电池的使用状态无法执行第一分离方式时，顶盖200不会与电池罐100分离，因而二次电池10可爆炸。即使在仅根据第二分离方式时也是相同的。因此，为了不管二次电池的使用状态如何都使顶盖200与二次电池10分离，必须设定比率a/t2，使得协调地执行第一分离方式和第二分离方式。
55.根据本发明的二次电池10的弯折部分110的弯折长度a可在0.5mm至1.5mm的范围内。
56.当弯折部分110的弯折长度a小于0.5mm时，弯折长度a可太短。结果，难以在电池罐100的上部的端部模制出弯折部分110，因而弯折部分110的模制性可劣化。此外，电池罐100与顶盖200之间的结合力可由于弯折部分110而在正常时间内劣化，从而引起其中即使在正常情况下顶盖200也与电池罐100分离的问题。另一方面，当弯折部分110的弯折长度a超过1.5mm时，弯折长度a可太长。结果，电池罐100与顶盖200之间的结合力可过大，因而即使在由于二次电池10的内部压力增加，顶盖200必须与电池罐100分离的情况下，顶盖200也不会
与电池罐100分离。因此，二次电池可爆炸。
57.此外，根据本发明的二次电池10的电池罐100中设置的弯折部分110的厚度t1可在0.25mm至0.35mm的范围内。
58.当弯折部分110的厚度t1小于0.25mm时，设置弯折部分110的区域的耐久性可劣化，从而引起其中在形成弯折部分110的工序中弯折部分110被损坏的问题。另一方面，当弯折部分110的厚度t1超过0.35mm时，可难以在电池罐100的上端模制出弯折部分110，从而劣化弯折部分110的模制性。
59.此外，根据本发明的二次电池10的顶盖200的厚度t2可在0.3mm至0.5mm的范围内
60.如果顶盖200的厚度t2小于0.3mm，则当由于二次电池10的内部压力增加，顶盖200的整个区域与电池罐100分离时，可主要仅通过“第二分离方式”来实现分离。另一方面，如果顶盖200的厚度t2超过0.3mm，则当由于二次电池10的内部压力增加，顶盖200的整个区域与电池罐100分离时，可主要仅通过“第一分离方式”来实现分离。更优选地，厚度t2可具有在0.35mm与0.45mm之间的值。
61.此外，根据本发明的二次电池10的电池罐100的宽度w可在20mm至22mm的范围内，从而提高二次电池10的产率和使用二次电池10时的效率。
62.在圆柱型二次电池的情况下，通常可设置安全通气部400(见图1)。根据相关技术，当圆柱型二次电池的内部压力增加时，安全通气部可破裂，从而将二次电池内的气体和电解质排出到外部，由此防止二次电池的爆炸。
63.然而，根据相关技术，即使安全通气部破裂，也会存在二次电池内的气体和电解质的排出被限制在安全通气部中的破裂区域的问题，因而可难以快速地排出气体和电解质。特别是，当二次电池的直径或尺寸较大时，例如，当二次电池的直径超过11mm时，可需要尽可能快地排出气体和电解质，以防止二次电池的爆炸。然而，由于安全通气部中的破裂区域是局部的，因此可存在这样的问题：因为气体和电解质没有快速排出到外部，所以不能安全地确保二次电池的安全性。此外，即使安全通气部破裂，顶盖也会保持在结合至电池罐的状态。结果，安全通气部仍可被约束在顶盖的下部，从而顶盖限制安全通气部中的破裂和打开区域的尺寸。
64.然而，如上所述，根据本发明，当电池罐100的内部压力超过预定值时，由于电池罐100的弯折部分110与顶盖200之间的结合力减小，从而使顶盖200的整个区域与电池罐100分离，因此二次电池内的气体和电解质可快速排出到外部。此外，由于顶盖与电池罐分离，因此安全通气部的破裂和打开区域的尺寸可不被顶盖限制。结果，安全通气部的破裂区域的尺寸可增加，从而将二次电池内的气体和电解质快速排出到外部。
65.实施方式1
66.制备圆柱型二次电池。电池罐的直径是21.05mm，电池罐的厚度是0.3mm，在电池罐的上部的端部形成的弯折部分的厚度也是0.3mm。此外，与电池罐的上部的弯折部分结合的顶盖的厚度是0.4mm。此外，弯折部分的弯折长度是0.5mm。
67.实施方式2
68.以与实施方式1中相同的方式来制造圆柱型二次电池，不同之处在于，弯折部分的弯折长度是1.5mm。
69.实验例
70.在根据实施方式1和实施方式2制造的圆柱型二次电池内的压力增加时，测量顶盖的整个区域在成一体的状态下与电池罐分离时的二次电池内的压力。
71.在根据实施方式1的圆柱型二次电池中，顶盖的整个区域在成一体的状态下与电池罐分离时的二次电池内的压力为33kgf。
72.在根据实施方式2的圆柱型二次电池中，顶盖的整个区域在成一体的状态下与电池罐分离时的二次电池内的压力为50kgf。
73.尽管已经参照具体实施方式描述了本发明的实施方式，但是对于本领域技术人员将显而易见的是，在不背离以下权利要求中所限定的本发明的精神和范围的情况下，可做出各种变化和修改。