二次电池的制作方法

1.本发明的各种实施例涉及一种二次电池。


背景技术：

2.二次电池是提供优异的能量密度以将电能转换为化学能从而存储化学能的电力存储系统。当与不可再充电的一次电池相比时，二次电池是可再充电的并被广泛用于诸如智能电话、蜂窝电话、膝上型计算机、平板pc等的it设备。近来，为了防止环境污染，对电动车辆的兴趣已日益增加，因此，大容量二次电池正被用于电动车辆。这种二次电池需要具有诸如高密度、高输出和稳定性的特性。
3.在用作本发明的背景的技术中公开的上述信息仅用于改善对本发明的背景的理解，因此可以包括不构成现有技术的信息。


技术实现要素：

4.技术问题
5.本发明提供了一种二次电池，其中，即使应用了其中密封力由于绝缘垫圈的低压缩率而劣化的具有平坦的上部结构的压接部分，覆盖上盖的延伸部分的安全板的第二弯曲部分也能够在长度方面进行调节，以防止安全板变形并改善二次电池的密封力。
6.技术方案
7.根据本发明的实施例的二次电池可以包括圆柱形罐、与电解质一起容纳在圆柱形罐中的电极组件、结合到圆柱形罐的上部的盖组件以及设置在盖组件与圆柱形罐之间的绝缘垫圈，其中，盖组件可以包括上盖和包含第二弯曲部分的安全板，安全板安装在上盖的下部上，被构造为围绕上盖的边缘的延伸部分并且被构造为覆盖延伸部分的顶表面的一部分，并且作为第二弯曲部分的长度的第二长度具有作为延伸部分的长度的第一长度的50％或更大至54％或更小中的任何一个值。
8.安全板可以包括：主体，设置在上盖下方；第一弯曲部分，从主体向上弯曲并与延伸部分的边缘表面间隔开预定距离；以及第二弯曲部分，从第一弯曲部分的上部向内水平弯曲以延伸而与延伸部分的顶表面接触。
9.圆柱形罐可以包括圆形的底部部分、从底部部分向上弯曲以延伸的侧面部分、在盖组件的下部处向内凹入的卷边部分、在卷边部分的上部处向内弯曲的压接部分以及被构造为将卷边部分连接到压接部分的罐连接部分。
10.压接部分可以从罐连接部分的上端沿大致水平方向弯曲，使得压接部分的顶表面具有顶表面平坦的上部平坦结构。
11.绝缘垫圈可以包括第一区域和第二区域，第一区域设置在圆柱形罐的压接部分与安全板的第二弯曲部分之间并且被压接部分向第二弯曲部分的方向按压，第二区域设置在圆柱形罐的罐连接部分与安全板的第一弯曲部分之间。
12.作为通过被压接部分按压而压缩的厚度与在第一区域的第一厚度被压接部分按
压之前的厚度的比率的压缩比可以具有10％或更大至15％或更小中的任何一个值。
13.作为通过将由从作为第二区域的厚度的第二厚度减去作为第一区域的厚度的第一厚度获得的值除以第二厚度而获得的值的压缩比可以具有10％或更大至15％或更小中的任何一个。
14.上盖可以包括端子部分、从端子部分的边缘向下弯曲的连接部分和从连接部分的下端水平地向外延伸的延伸部分。
15.第一长度的延长线和第二长度的延长线可以分别穿过上盖的中心点和安全板的中心点。
16.有益效果
17.在根据本发明的实施例的二次电池中，即使应用了其中密封力由于绝缘垫圈的低压缩率而劣化的具有平坦的上部结构的压接部分，覆盖上盖的延伸部分的安全板的第二弯曲部分也能够在长度方面进行调节，以防止安全板变形并改善二次电池的密封力。
附图说明
18.图1a、图1b和图1c是根据本发明的各种实施例的二次电池的透视图、剖视图和分解图。
19.图2是示出根据本发明的各种实施例的二次电池的圆柱形罐和盖组件之间的关系的剖视图。
20.图3是图2的部分3的放大图。
具体实施方式
21.在下文中，将参考附图详细描述优选实施例。
22.然而，本发明可以以许多不同的形式实施，并且不应被解释为限于在此所阐述的实施例；相反，提供这些实施例使得本领域技术人员彻底地理解本发明。相反，提供这些实施例使得本公开将是彻底的和完整的，并且将向本领域技术人员充分地传达本发明的范围。
23.此外，在附图中，为了清楚说明，可以夸大层和区域的尺寸。同样的附图标记始终表示同样的元件。如在此使用的，术语“和/或”包括相关所列项中的一个或更多个的任何组合和所有组合。在本说明书中，还将理解的是，当构件a被称为连接到构件b时，构件a可以直接连接到构件b，或者间接连接到构件b且其间具有构件c。
24.在此使用的术语仅出于说明本发明的目的，并且不应被解释为限制本发明的含义或范围。如本说明书中使用的，除非根据上下文明确指示特定情况，否则单数形式可以包括复数形式。此外，本说明书中使用的表述“包括/包含”和/或“含有/具有”既不限定所提及的形状、数字(数量)、步骤、操作、构件、元件和/或这些的组，也不排除存在或添加一个或更多个其它不同的形状、数字(数量)、步骤、操作、构件、元件和/或这些的组。在此使用的术语“和/或”包括相关所列项中的一个或更多个的任何组合和所有组合。
25.如在此使用的，诸如“第一”、“第二”等的术语用于描述各种构件、组件、区域、层和/或部分。然而，清楚的是，构件、组件、区域、层和/或部分不应由这些术语限定。所述术语并不意味着特定的顺序、上下或优越性，并且仅用于将一个构件、组件、区域、层或部分与另
一构件、组件、区域、层或部分区分开。因此，在不脱离本发明的教导的情况下，将描述的第一构件、第一组件、第一区域、第一层或第一部分也可以指第二构件、第二组件、第二区域、第二层或第二部分。
26.为了便于描述，在此可以使用诸如“在
……
下方”、“在
……
下面”、“下部(居下)”、“在
……
上方”、“上部(居上)”等的空间相对术语来描述如附图中所示的一个元件或特征与另一(其它)元件或特征的关系。这些空间相对术语旨在根据本发明的各种工艺状态或使用状态容易地理解本发明，因此，本发明不限于此。例如，附图中所示的元件或特征被翻转过来，被描述为“在下面”或“在下方”的元件或特征可以改变为“在上方”或“居上”。因此，术语“在
……
下方”可以涵盖术语“在
……
上方”或“在
……
下方”。
27.图1a、图1b和图1c是根据本发明的各种实施例的二次电池100的透视图、剖视图和分解图。
28.参照图1a、图1b和图1c，根据本发明的二次电池100包括圆柱形罐110、电极组件120和盖组件140。此外，本发明还可以包括结合到电极组件120的中心销130。
29.圆柱形罐110包括圆形的底部部分111和从底部部分111向上延伸预定长度的侧面部分112。在制造二次电池的工艺期间，圆柱形罐110的上部是敞开的。因此，在组装二次电池的工艺期间，电极组件120可以与电解质一起嵌入到圆柱形罐110中。圆柱形罐110可以由钢、钢合金、铝、铝合金或它们的等同物形成，但是其材料不限于此。另外，在圆柱形罐110中，为了防止盖组件140脱离到外部，可以在圆柱形罐110的相对于盖组件140的下部处形成向内凹入的卷边部分113，并且可以在圆柱形罐110的相对于盖组件140的上部处形成向内弯曲的压接部分114。
30.电极组件120容纳在圆柱形罐110中。电极组件120包括涂覆有负极活性物质(例如，石墨、碳等)的负电极板121、涂覆有正极活性物质(例如，过渡金属氧化物(licoo2、linio2、limn2o4等))的正电极板122以及设置在负电极板121与正电极板122之间以防止发生短路并仅允许锂离子移动的隔膜123。负电极板121、正电极板122和隔膜123卷绕成大致圆柱形形状。这里，负电极板121可以是铜(cu)箔或镍(ni)箔，正电极板122可以是铝(al)箔，并且隔膜123可以是聚乙烯(pe)或聚丙烯(pp)，但不限于上述材料。另外，负电极板121可以包括向下突出预定长度的至少一个负电极接线片124，并且正电极板122可以包括向上突出预定长度的至少一个正电极接线片125。这里，负电极接线片124和正电极接线片125可以设置为单独的金属板，并且可以分别焊接到负电极板121和正电极板122。当然，相反，负电极接线片124可以突出并延伸到电极组件120的上侧，并且正电极接线片125可以突出并延伸到电极组件120的下侧。另外，负电极接线片124可以由铜或镍制成，并且正电极接线片125可以由铝制成，但是本发明不限于此。
31.此外，电极组件120的负电极接线片124可以焊接到圆柱形罐110的底部部分111。因此，圆柱形罐110可以用作负电极。当然，相反，正电极接线片125可以焊接到圆柱形罐110的底部部分111，并且在这种情况下，圆柱形罐110可以作为正电极操作。
32.另外，第一绝缘板126可以设置在电极组件120与底部部分111之间，该第一绝缘板126结合到圆柱形罐110并且具有在其中心处的第一孔126a和形成在其外围中的第二孔126b。第一绝缘板126用于防止电极组件120与圆柱形罐110的底部部分111电接触。特别地，第一绝缘板126用于防止电极组件120的正电极板122电接触底部部分111。这里，第一孔
126a用于在由于二次电池中的异常而产生大量气体时允许气体迅速向上移动穿过中心销130，并且第二孔126b用于允许负电极接线片124从中穿过以焊接到底部部分111。
33.另外，第二绝缘板127可以设置在电极组件120与盖组件140之间，该第二绝缘板127结合到圆柱形罐110并且具有在其中心处的第一孔127a和形成在其外围中的多个第二孔127b。第二绝缘板127用于防止电极组件120电接触盖组件140。特别地，第二绝缘板127用于防止电极组件120的负电极板121电接触盖组件140。这里，第一孔127a用于在由于二次电池中的异常而产生大量气体时允许气体迅速移动到盖组件140，并且第二孔127b用于允许正电极接线片125从中穿过以焊接到盖组件140。另外，剩余的第二孔127b用于在注入电解质的工艺期间允许电解质迅速流入电极组件120中。
34.此外，第一绝缘板126的第一孔126a和第二绝缘板127的第一孔127a中的每个具有比中心销130的直径小的直径，使得中心销130不会由于外部冲击而与圆柱形罐110的底部部分111或盖组件140电接触。
35.中心销130可以具有中空圆管形状，并且可以结合到电极组件120的大致中心。中心销130可由钢、钢合金、铝、铝合金或聚对苯二甲酸丁二醇酯形成，但其材料不限于此。中心销130用于在电池的充电和放电期间抑制电极组件120的变形，并且用作二次电池内部产生的气体的通道。在一些情况下，可以省略中心销130。
36.盖组件140可以包括具有多个通孔141d的上盖141、安装在上盖141的下部上的安全板143、安装在安全板143的下部上的连接环145、结合到连接环145并具有第一通孔146a和第二通孔146b的下盖146以及固定到下盖146的下部并电连接到正电极接线片125的子板147。当然，下盖146和子板147可以一体地形成，并且在这种情况下，正电极接线片125可以固定到下盖146。
37.上盖141可以具有凸出的上部以电连接到外部电路。此外，上盖141设置有气体排放孔，该气体排放孔提供了排放圆柱形罐110内部产生的气体所通过的通道。上盖141电连接到电极组件120，以将电极组件120中产生的电流传输到外部电路。
38.安全板143与上盖141对应地设置为圆形板体。向下突出的突起143a形成在安全板143的中心处。安全板143通过使用穿过下盖146的通孔146a的突起143a电连接到固定到下盖146的底表面的子板147。这里，安全板143的突起143a和子板147可以通过激光焊接、超声波焊接、电阻焊接或它们的等效方法进行焊接。此外，用于引导安全板143断裂的凹口143b形成在突起143a的外周上。
39.安全板143的外周安装成与上盖141的外周紧密接触。另外，安全板143的外周可以弯曲并向上延伸以围绕上盖141的外周，使得安全板143和上盖141彼此接触。也就是说，安全板143的边缘可以围绕上盖141以延伸到上盖141的上侧，从而覆盖上盖141的顶表面。下面将详细描述安全板143与上盖141之间的关系。当圆柱形罐110中出现异常内部压力时，安全板143排放内部气体并同时阻断电流。在安全板143中，当圆柱形罐110的内部压力等于或大于安全板143的操作压力时，突起143a由于通过下盖146的气体排放孔146b排放的气体而向上上升，并因此与子板147电分离。这里，子板147与安全板143电分离，同时突起143a的焊接部分被撕裂。此外，当圆柱形罐110的内部压力大于或等于比安全板143的操作压力高的破裂压力时，凹口143b破裂以防止二次电池100爆炸。
40.连接环145设置在安全板143与下盖146之间，以使安全板143和下盖146彼此绝缘。
具体地，连接环145设置在安全板143的外周与下盖146的外周之间。连接环145可以由诸如聚乙烯(pe)、聚丙烯(pp)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)等的树脂材料制成。
41.下盖146设置为圆形板体。通孔146a形成在下盖146的中心处，并且安全板143的突起143a穿过通孔146a。此外，气体排放孔146b形成在下盖146的一侧处，并且子板147结合到下盖146的下部。当圆柱形罐110中产生过大的内部压力时，气体排放孔146b用于排放内部气体。这里，安全板143的突起143a可以由于通过气体排放孔146b排放的气体而上升，因此，突起143a可以与子板147分离。子板147焊接在安全板143的穿过下盖146的通孔146a的突起143a与正电极接线片125之间。因此，子板147将正电极接线片125电连接到安全板143。
42.通常，当二次电池100中发生短路时，内部压力增大，因此，内部气体通过下盖146的气体排放孔146b排放。这里，安全板143的突起143a由于排放的气体而上升，然后与子板147电分离以切断电流。
43.此外，提供了使盖组件140与圆柱形罐110的侧面部分112绝缘的绝缘垫圈150。
44.绝缘垫圈150安装在圆柱形罐110的上部开口中。这里，绝缘垫圈150基本上被压缩在形成在圆柱形罐110的侧面部分上的卷边部分113与压接部分114之间。也就是说，绝缘垫圈150通过与上盖141和安全板143的外周以及圆柱形罐110的上部开口紧密接触来组装。这里，结合到安全板143的上盖141可以通过形成在圆柱形罐110的上端上的压接部分114以绝缘垫圈150置于其中的状态固定到圆柱形罐110的上端。
45.绝缘垫圈150可以由诸如聚乙烯(pe)、聚丙烯(pp)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)等的树脂材料制成。绝缘垫圈150可以防止盖组件140与圆柱形罐110分离。
46.此外，将电解质(图中未示出)注入圆柱形罐110内，以用于使得在充电和放电期间由电池内的负电极板121和正电极板122中的电化学反应产生的锂离子可移动。电解质可以是作为锂盐和高纯度有机溶剂的混合物的非水性有机电解质。此外，电解质可以是使用聚合物的聚合物电解质或固体电解质，并且电解质的类型在此不受限制。
47.参照图2，示出了根据本发明的各种实施例的二次电池100中的圆柱形罐110和盖组件140之间的关系，并且参照图3，示出了图2中的部分3的放大图。
48.在下文中，将参照图2和图3详细描述圆柱形罐110与盖组件140之间的结合关系以及盖组件140中的安全板143和上盖141的结合结构。
49.盖组件140的上盖141包括从中心沿向外方向顺序设置的端子部分141a、连接部分141b和延伸部分141c。
50.端子部分141a可以是大致平坦的，并且可以设置在上盖141的大致中心处。另外，当端子部分141a将多个二次电池100串联或并联连接而形成模块时，用于将多个二次电池100彼此连接的正电极组接线片(pt)焊接在端子部分141a的顶表面上。
51.连接部分141b通过从端子部分141a的边缘向下弯曲而形成，并且包括至少一个通孔141d。通孔141d构造为当安全板143的凹口143b破裂时将圆柱形罐110内的气体排放到外部。
52.此外，延伸部分141c可以从连接部分141b的下端沿水平方向向外延伸。延伸部分141c的边缘表面141cc可以被安全板143围绕。优选地，延伸部分141c的底表面141cb和顶表面141ca的部分可以与安全板143接触。这里，边缘表面141cc可以是延伸部分141c的连接底表面141cb和顶表面141ca的表面。
53.上盖141可以由从常规铝、铝合金、钢、钢合金、镍、镍合金和它们的等同物中选择的任何一种制成，并且其材料在本发明中不受限制。
54.盖组件140的安全板143包括从中心沿向外方向顺序设置的主体143c、第一弯曲部分143d和第二弯曲部分143e。主体143c设置在上盖141的下部处，多个凹口143b形成在主体143c的上表面中。此外，向下突出的突起143a形成在子板147的大致中心处并连接到子板147。这里，突起143a和凹口143b可以设置在主体143c的中心区域143x中。这里，中心区域143x是设置在上盖141的端子部分141a和连接部分141b下方的区域。另外，主体143c的外部区域143y可以与上盖141的延伸部分141c的底表面141cb接触。
55.第一弯曲部分143d可以从主体143c的边缘向上弯曲以围绕上述上盖141的延伸部分141c的边缘表面141cc。也就是说，第一弯曲部分143d的内表面143da可以面对延伸部分141c的边缘表面141cc。这里，第一弯曲部分143d可以与上盖141的延伸部分141c的边缘表面141cc间隔开预定距离。
56.第二弯曲部分143e可以从第一弯曲部分143d的上部向内水平弯曲以延伸，从而部分地覆盖上盖141的延伸部分141c的顶表面141ca。第二弯曲部分143e可以向内弯曲以与上盖141的延伸部分141c的顶表面141ca接触。也就是说，安全板143可以通过第一弯曲部分143d和第二弯曲部分143e围绕上盖141的延伸部分141c，以结合到上盖141。
57.其中上盖141和安全板143结合的盖组件140可以安置在圆柱形罐110的上端上，然后通过圆柱形罐110的压接部分114的弯曲而结合并固定到圆柱形罐110。这里，用于电绝缘的绝缘垫圈150可以设置在圆柱形罐110与盖组件140之间。更详细地，在将盖组件140以绝缘垫圈150置于其中的状态设置在圆柱形罐110的卷边部分113的上部上之后，圆柱形罐110的压接部分114可以向盖组件140的内部方向弯曲以按压具有均匀厚度的绝缘垫圈150，从而将盖组件140和圆柱形罐110彼此结合。
58.这里，压接部分114可以弯曲成与安全板143的第二弯曲部分143e和上盖141的延伸部分141c大致水平。如上所述，压接部分114可以具有其顶表面大致平坦的上部平坦结构，并且当端子部分141a将多个二次电池100串联连接或并联连接以形成模块时，用于将多个二次电池100彼此连接的负电极组接线片(pt)焊接在压接部分114的顶表面上。也就是说，在设置有具有上部平坦结构的压接部分114的多个二次电池100中，由于正电极组接线片和负电极组接线片都焊接到上部区域，因此可以不需要在二次电池100的下部区域上设置单独的线结构，因此，可以简化模块的结构。
59.这里，圆柱形罐110还可以包括罐连接部分115，罐连接部分115将卷边部分113连接到压接部分114并且在大致竖直方向上延伸。
60.被压接部分114按压的绝缘垫圈150的压缩比可以是10％或更大至15％或更小中的任何一个。这里，压缩比可以通过第一厚度a1和第二厚度a2来计算，第一厚度a1是绝缘垫圈150的设置在圆柱形罐110的压接部分114与安全板143的第二弯曲部分143e之间的第一区域151的厚度，第二厚度a2是绝缘垫圈150的设置在罐连接部分115与安全板143的第一弯曲部分143d之间的第二区域152的厚度。这里，第一厚度a1和第二厚度a2在被压接部分114按压之前可以相同。绝缘垫圈150的压缩比cg可以是通过被压接部分114按压而压缩的厚度与在第一区域151的第一厚度a1被压接部分114按压之前的厚度的比率，并且可以如下面的等式1中所表示。
61.[等式1]
[0062][0063]
这里，由于第一厚度a1和第二厚度a2在被压接部分114按压之前是相同的，因此第二厚度a2可以是在第一厚度a1被压接部分114按压之前的厚度。
[0064]
另外，作为安全板143的第二弯曲部分143e的长度的第二长度b2可以具有作为延伸部分141c的总长度的第一长度b1的50％或更大至54％或更小中的任何一个值。也就是说，第二弯曲部分143e可以覆盖与延伸部分141c的顶表面的边缘相邻的区域的一部分。这里，第一长度b1和第二长度b2可以与上盖141和安全板143的直径设置在同一线上。也就是说，第一长度b1和第二长度b2的延长线可以分别穿过上盖141的中心点和安全板143的中心点。
[0065]
如果第二长度b2超过第一长度b1的54％，则当安全板143中的第二弯曲部分143e弯曲时，第二弯曲部分143e可能因由于重叠或褶皱引起的变形而无法与上盖141的延伸部分141c的顶表面紧密接触。此外，当第二长度b2小于第一长度b1的50％时，可能无法保持盖组件140与圆柱形罐110之间的密封。
[0066]
在下面的表1中，示出了根据第二长度b2与第一长度b1的比率的盖组件140与圆柱形罐110之间的密封值以及关于安全板是否变形的实验结果数据。在当第一长度b1具有恒定值(例如，3.56mm)时根据比率改变第二长度b2的大小的同时测得以下实验结果数据。
[0067]
[表1]
[0068]
b2/b1(％)密封值(kgf/cm2)安全板是否变形57％30变形56％30变形55％30变形54％30x53％30x52％30x51％30x50％30x49％20.22x48％19.34x47％18.78x46％16.56x
[0069]
另外，可以看出，表2示出了，为了计算表1中的密封值，根据第二长度b2与第一长度b1的比率测量密封值五次，并且将通过计算五次测量的密封值的平均值获得的结果用作表1中的密封值。也就是说，通过根据第二长度b2与第一长度b1的比率多次测量密封值并计算其平均值来获得表1中的密封值，因此，减少了在结果数据的测量中可能发生的误差的发生。
[0070]
[表2]
[0071][0072]
如表1和表2的实验结果中所示，当第二长度b2与第一长度b1的比率为55％(超过54％)时，在安全板143中发生变形。另外，当第二长度b2与第一长度b1的比率为49％(小于50％)时，密封值为20.22kgf/cm2(小于作为正常密封值的30kgf/cm2)，因此，可能无法保持盖组件140与圆柱形罐之间的密封状态而引起诸如电解质泄漏的问题。在如上所述的二次电池中，即使在应用了具有其中密封压力由于绝缘垫圈150的压缩比而降低的上部平坦结构的压接部分114时，也可以调节安全板143的覆盖上盖141的延伸部分141c的第二弯曲部分143e的长度来防止安全板变形，并且还可以增大二次电池100的密封压力。
[0073]
上述实施例仅是二次电池的一个实施例，因此，本发明不限于前述实施例，并且本领域普通技术人员还将理解的是，在不脱离如由所附权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可以在其中进行形式和细节上的各种改变。
[0074]
工业实用性
[0075]
本发明可以应用于家用、工业用和车辆用二次电池领域。