二次电池的制作方法

1.本技术要求于2020年6月15日提交的韩国专利申请no.10-2020-0072596的优先权的权益，该专利申请的全部内容通过引用并入本说明书中。
2.本发明涉及一种电极组件和电解液嵌入软包(pouch)中的二次电池，更具体地，涉及一种具有当软包中产生气体时能够将气体排出至外部的阀的软包型二次电池。


背景技术：

3.在移动设备和电动汽车领域中，对高效二次电池的需求正在迅速增加。在这些二次电池中，具有高能量密度、保持较高的电压并且具有低的自放电率的锂二次电池在商业上广泛使用，并且正在积极地进行改善其性能的研究和开发。
4.二次电池具有电极组件和电解液嵌入到例如硬壳(can)或软包的外壳中的结构。电极组件具有正极、隔膜和负极重复堆叠的结构。通常，电极组件可以分为处于堆叠状态的正极、隔膜和负极被卷绕以嵌入到外壳中的卷绕型电极组件和分别被切割为预定尺寸的正极、隔模和负极堆叠的堆叠型(堆叠)电极组件。
5.由于卷绕型电极组件具有螺旋缠绕结构，卷绕形电极组件适合安装在圆柱形电池上，但是对于棱柱形或软包型电池，在空间利用率方面存在劣势。另一方面，由于当切割电极和隔膜时堆叠型电极组件的尺寸被调节，容易得到与外壳匹配的棱柱形状，但是制造过程比较复杂，并且堆叠型电极组件相对容易受到外部冲击的影响。此外，已经开发一种堆叠折叠方法，以将卷绕型和堆叠型的优点结合。在堆叠折叠方法中，将c型双电池(具有正极/隔膜/负极/隔膜/正极的堆叠结构的双电池)和a型双电池(具有负极/隔膜/正极/隔膜/负极的堆叠结构的双电池)放置在折叠隔膜上以将双电池折叠，从而制造电极组件。
6.将如上所述以各种方式制造的电极组件安装在例如硬壳或软包的外壳中。
7.在这些电池中，软包型电池具有例如每单位重量和体积的能量密度更高、能够形成更薄且更轻的电池以及外装材料成本更低的优点，因此，近年来得到积极发展。如示出了在软包1打开的状态下安装电极组件3的状态的图1中所示，制造软包型二次电池使得在软包1的上部和下部彼此分离的状态下将电极组件3安置在软包1中，并且当注入电解液时，在上部和下部的边缘形成的密封部2a和2b被密封。此处，从电极组件3引出的电极引线3a的端部以被设置为向外部突出的状态被密封。
8.软包型电池的问题在于，在制造过程中以及在进行制造之后用作充电/放电装置的过程中发生膨胀。
9.这种膨胀是由于电解液的蒸发而在软包1内部产生气体，从而使软包1的外观变形并使二次电池的充电/放电性能劣化，并且在严重的情况下，有爆炸的危险。
10.因此，当在软包内产生气体时，必须去除气体。


技术实现要素：

11.技术问题
12.为了解决上述问题，本发明的一个目的是提供一种具有当软包内产生气体而使内部压力增加时能够将气体排出至外部的阀的二次电池。
13.技术方案
14.为了实现上述目的，本发明提供一种设置有软包的二次电池，其中，当电极组件和电解液被封装时，在二次电池的边缘上形成的密封部被密封，二次电池包括：阀，其安装在密封部上，使得该阀的一端设置在软包的内部，而该阀的另一端设置在软包的外部，并将软包内产生的气体排出至外部，其中，阀包括内管，该内管填充有粘合剂并由当发生膨胀时变形的材料制成，并且当发生膨胀而使软包内的压力增加时，在填充有粘合剂的部分中产生间隙，并且软包内的气体通过该间隙排出至外部。
15.阀可以包括安装在密封部上的外管，使得该阀的一端设置在软包的内部并且该阀的另一端设置在软包的外部，并且被安装为使得内管在纵向方向上插入到外管内部，外管和内管的两端可以彼此连接以被密封，使得在外管与内管之间形成腔室，腔室为密封空间，并且内管可以在外管内变形。
16.外管可以由即使当发生膨胀时也不变形的材料制成，并且当发生膨胀以增加软包内部的压力时，内管可以变形，使得腔室的体积收缩。
17.外管和内管可以分别由作为软包中包含的材料的聚丙烯制成，其中，外管可以被制造为与内管相比具有较低的柔韧性和较高的刚性，并且内管可以被制造为与外管相比具有较高的柔韧性和较低的刚性。
18.可以将气态氮(n2)注入到腔室中，并且可以用其它稳定气体代替气态氮(n2)。
19.外管和内管可以分别具有圆形横截面或椭圆形横截面。
20.粘合剂可以是包含环氧粘合剂的材料。粘合剂可以是包含丙烯酸酯粘合剂的材料。
21.可以将多个钩子分别安装在内管内的彼此面对的一个表面和另一表面上，使得钩子以粘扣带(hook-and-loop)紧固件的方式彼此物理连接。
22.在排出气体之后在内管中形成的间隙可以被再次填充。
23.阀可以设置为平行于电极引线，该电极引线从电极组件引出以突出至软包外部。
24.本发明可以另外提供一种二次电池模块，其通过将具有上述配置的多个二次电池彼此连接而制造。
25.有益效果
26.在具有上述配置的本发明中，可以将粘合剂填充在内管中以防止电解液泄漏并且防止外部水分渗入，但是仅当软包内部的压力增加时才会产生间隙以排出气体，从而有效地防止发生膨胀。
27.由于将内管设置在外管中以使内管变形以扩大直径，因此，可以保护内管免受外部冲击。
28.可以将气态氮注入到在内管与外管之间形成的腔室中以保护内管，并且在内管膨胀时气态氮会收缩，以促进粘合剂中的间隙的产生。
29.此外，可以将多个钩子分别安装在内管内部的彼此面对的一个表面和另一表面上，使得这些钩子以粘扣带紧固件的方式彼此物理连接，以调节在粘合剂中产生间隙的软包内的内压标准(pressure standard)，以及间隙的膨胀速度。
附图说明
30.图1是示出在软包打开的状态下安装电极组件的状态的透视图；
31.图2是示出根据将本发明的第一实施例的阀安装在软包型二次电池中的状态的图；
32.图3是根据本发明的第一实施例的阀的横截面图；
33.图4是示出在根据本发明的第一实施例的阀中的粘合剂中产生间隙g的状态的横截面图；
34.图5是当根据本发明的第一实施例的阀处于正常状态时的纵向横截面图和横截面图(左图)，以及当软包内部产生气体而使内部压力增加时的纵向横截面图和横截面图(右图)；
35.图6是根据本发明的第二实施例的阀的横截面图。
具体实施方式
36.下文中，将参照附图详细描述本发明的优选实施例，以使得本发明所属领域的普通技术人员可以容易地实施本发明的技术构思。然而，本发明可以以不同的形式实施，并且不应理解为局限于本文中阐述的实施例。
37.为了清楚地描述本发明，省略与描述无关的部件，并且在整个说明书中，相同的附图标记被分配给相同或相似的部件。
38.另外，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理解为常规含义或基于字典的含义，而是应当基于发明人可以适当地定义术语的概念，以最佳方式描述和说明他或她的发明的原则，理解为符合本发明范围的含义和概念。
39.本发明涉及一种设置有软包1的二次电池，其中，当电极组件3和电解液被封装时，在边缘2上形成的密封部2a和2b被密封，更具体地，涉及一种设置有阀10的二次电池，使得当软包1的内部产生气体而使内部压力增加时，将气体排出至外部。下文中，将参照附图描述根据本发明的实施例。
40.第一实施例
41.图2是示出根据将本发明的第一实施例的阀安装在软包型二次电池中的状态的图，图3是根据本发明的第一实施例的阀的横截面图，图4是示出在根据本发明的第一实施例的阀中的粘合剂中产生间隙g的状态的横截面图。
42.参照附图，如图2中所示，根据本说明书的二次电池包括阀10。阀10被安装为使得阀10的一端设置在软包内部，并且阀10的另一端设置在软包外部(更详细地，阀10安装在彼此粘合的密封部之间)。也就是说，阀10与电极引线3a平行地设置，该电极引线3a从电极组件引出并以一定间隔伸出软包外。
43.阀10具有将软包1内产生的气体排出至外部的功能，并且具有如下结构：管10中形成的连通软包1的内部与外部的通道被管10中的粘合剂13阻塞。
44.也就是说，如图3中所示，阀10包括：内管11，该内管11具有设置在软包1内部的一端和设置在软包1外部的另一端，并且填充有粘合剂13；和外管12，其安装在密封部上以使其一端设置在软包1内部，并且其另一端设置在软包1外部，并且还安装为使得内管11在纵向方向上插入到外管12的内部。
45.内管11由当在软包中产生膨胀而使压力增加时能够变形的材料制成。因此，当内部压力增加时，在填充有粘合剂13的部分中产生间隙g，并且当间隙g沿内管11的纵向方向打开粘合剂13时，软包内部的气体通过间隙g排出至外部。
46.此处，外管12和内管11的两端彼此连接以被密封，使得在外管12与内管11之间形成腔室c，腔室c为密封空间。内管11可以在外管12内沿其直径扩大的方向变形。
47.外管12由即使当发生膨胀时也不变形的材料制成。因此，当发生膨胀而使软包1内的压力增加时，内管11变形，使得腔室c的体积收缩。
48.也就是说，当气体的压力作用于软包1内部的内管11的端部时，应力作用于粘合剂13的表面上，因此，如图4中所示，产生至少一个或多个间隙g(与图4的形状不同，可以在边缘部分或中心处产生一个间隙)。即，虽然在图4中形成了多个间隙g，并且在图5中通过单箭头示出了气体通过的通道，但是根据粘合剂的种类或类型，可以形成多个间隙g或一个间隙g，此外，间隙可以具有各种尺寸。
49.如图5中所示，其示出了当阀10处于正常状态时的纵向横截面图和横截面图(左边的上图和下图)，以及当软包内部产生气体而使内部压力增加时的纵向横截面图和横截面图(右边的上图和下图)，由于对间隙g持续施加压力，间隙g在内阀11的长度方向上扩大并向内阀11的外部打开。
50.因此，软包1内部的气体沿着由间隙g打开的通道排出至外部。随着间隙g的形成和间隙的扩大，内管11的直径增大，使得腔室c收缩。
51.此处，由于外阀12的形状不发生变形，因此，腔室c中气体的收缩和内阀11的膨胀可以同时进行。由于腔室c内部的空气的收缩和内管11的直径增加同时进行，使得粘合剂13的自由体积(free volume)能够增加的间隙g的尺寸会增大，以形成气体通过其排出的通道。
52.优选地，外管12和内管11分别由聚丙烯制成，聚丙烯是软包中包含的材料，其使得当密封时软包1被密封。
53.然而，外管12被制造为与内管11相比具有较低的柔韧性和较高的刚性，并且内管11被制造为与外管12相比具有较高的柔韧性和较低的刚性。这样，可以通过控制成型条件或加入添加剂来调节柔韧性和刚性。
54.另外，可以将气态氮(n2)注入到腔室c中，或者可以注入其它稳定气体代替气态氮。
55.优选地，外管12和内管11分别具有圆形横截面或椭圆形横截面，使得在所有方向上施加的压力相对均匀，但是可以制造为具有正方形或其它多边形的横截面。此外，外管12和内管11分别可以制造为使得软包1内的部分具有相对大的直径，而相对的部分具有相对小的直径，以便有效地施加气体的压力。
56.另外，粘合剂13可以是包含环氧粘合剂的材料或含有丙烯酸粘合剂的材料。粘合剂13可以选自不与电解液发生反应的各种材料，并且可以以凝胶或以凝胶和软固态的形式填充在内管11中。
57.另外，在本发明中，在气体排出之后在内管11中形成的间隙g可以被再次填充。因此，根据本发明的阀10可以在反复排出气体之后反复提供密封的功能，直至二次电池的寿命结束。
58.第二实施例
59.图6是根据本发明的第二实施例的阀的横截面图。与第一实施例中相同，根据该实施例的阀10具有内管11设置在外管12的内部并且在内管11中填充有粘合剂13的结构。此外，为了增加物理结合力，如图6中所示，另外安装多个钩子14。
60.也就是说，内管11的内周表面设置有多个成对的钩子14，以增加特定方向上的结合力。
61.由于钩子14以粘扣带紧固件的方法(即，velcro胶带连接方法)彼此物理连接，因此，产生间隙g的压力和间隙的扩大速度可以减小。
62.在具有上述配置的本发明中，粘合剂13可以填充在内管11中以防止电解液泄漏并且防止外部水分渗入，但是仅当软包内部的压力增加时才会产生间隙g以排出气体，从而有效地防止发生膨胀。
63.由于内管11设置在外管12中使得内管11变形以扩大直径，因此，内管11可以被外管12保护以免受外部冲击。
64.可以将气态氮注入到在内管11与外管12之间形成的腔室c中以保护(缓冲)内管11，并且在内管11膨胀时气态氮可以收缩，以促进在粘合剂中产生间隙。
65.另外，多个钩子14可以分别安装在内管11内的彼此面对的一个表面和另一表面上，使得钩子以粘扣带紧固件的方式彼此物理连接，以调节在粘合剂13中产生间隙g的软包内部的内压标准以及间隙的膨胀速度。
66.虽然已经参照具体实施例描述了本发明的实施例，但是对于本领域技术人员显而易见的是，在不脱离如下面权利要求书中限定的本发明的构思和范围的情况下，可以进行各种改变和修改。
67.[附图标记]
[0068]
10：阀
[0069]
11：内管
[0070]
12：外管
[0071]
13：粘合剂
[0072]
14：钩子
[0073]
c：腔室
[0074]
g：间隙