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CN113728497B - 包括正极接片固定构件的圆柱形二次电池 - Google Patents

包括正极接片固定构件的圆柱形二次电池 Download PDF

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CN113728497B CN202080030873.0A CN202080030873A CN113728497B CN 113728497 B CN113728497 B CN 113728497B CN 202080030873 A CN202080030873 A CN 202080030873A CN 113728497 B CN113728497 B CN 113728497B
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Abstract

公开了一种圆柱形二次电池，包括：电极组件，电极组件具有正极片和负极片在它们之间插置有隔膜的状态下被卷绕的结构；配置为容纳电极组件的圆柱形罐；以及安装至圆柱形罐的敞开的上端的盖组件，其中盖组件包括：位于盖组件的上部的顶盖，顶盖具有突出结构；通气构件，通气构件在包裹顶盖的外周边缘的同时位于顶盖的下部，通气构件向下凹陷；以及衬垫，衬垫配置为气密地密封圆柱形罐，电极组件的正极接片直接结合至通气构件的下表面，并且圆柱形二次电池进一步包括配置为固定正极接片的位置的绝缘的固定构件。

Description

包括正极接片固定构件的圆柱形二次电池
技术领域
本申请要求于2019年6月28日提交的韩国专利申请第2019-0077738号的优先权的权益，通过引用将上述专利申请的整个公开内容结合在此。
本发明涉及一种包括正极接片固定构件的圆柱形二次电池，更具体地，涉及这样一种圆柱形二次电池，该圆柱形二次电池配置为从盖组件省去电流中断装置，正极接片直接结合至通气构件，并且包括配置为固定正极接片的固定构件。
背景技术
基于电池壳体的形状，锂二次电池分为：具有安装在圆柱形金属罐中的电极组件的圆柱形二次电池、具有安装在棱柱形金属罐中的电极组件的棱柱形二次电池、以及具有安装在由铝层压片制成的袋壳体中的电极组件的袋形二次电池中。这些电池之中，圆柱形二次电池的优点在于，圆柱形二次电池的容量相对较大并且圆柱形二次电池结构上稳定。
圆柱形二次电池配置为，盖组件位于圆柱形壳体的敞开的上端，并且在衬垫插置在圆柱形壳体与盖组件之间的状态下圆柱形二次电池被气密地密封。衬垫还具有确保与电极组件的正极接片连接的盖组件和与电极组件的负极接片连接的圆柱形壳体之间的绝缘的功能。
图1是常规的圆柱形二次电池的垂直剖面图。参照图1，圆柱形二次电池100配置为：电极组件110被容纳在圆柱形罐120中，盖组件130位于圆柱形罐120的上部，并且圆柱形二次电池100通过压接衬垫133气密地密封。
盖组件130包括通气构件132和电流中断装置135，通气构件132在围绕顶盖131的外周的状态下位于顶盖的下部，电流中断装置135在与通气构件132的中央部分接触的状态下位于通气构件132下方。下部衬垫134位于电流中断装置135的外周边缘，下部衬垫134配置为防止通气构件132与电流中断装置135在除通气构件的中央部分以外的其他部分处彼此接触。
电极组件110的正极接片111附接至电流中断装置135的下表面，从而盖组件130用作正极端子。
如上所述，圆柱形二次电池的盖组件包括顶盖、通气构件、压接衬垫、电流中断装置和下部衬垫，其中在二次电池中发生短路时的压力由于通气构件的变形而减小。
此外，在盖组件的部件保持不变的同时减小盖组件的总体高度的情况下，通气构件变形的空间不足，从而通气构件变形缓慢。结果，难以指定短路发生的时间点。此外，气体排出路径变窄，这成为气体排出的障碍。
与此相关，专利文献1涉及一种盖组件，该盖组件配置为具有其中电极组件的正极接片与安全通气部彼此焊接的结构，当内部压力由于气体的产生而增加时，安全通气部与正极接片之间的焊接部分断裂，从而发生短路，并且正极接片由衬垫固定。
在专利文献1中，正极接片被固定至安全通气部，从而实现结构上的简化。然而，正极接片必须附接成横穿衬垫的中央部分，从而通过衬垫固定正极接片，并且衬垫以变形的形状使用。
专利文献2涉及一种二次电池，该二次电池配置为使得电极接片将电极组件与盖组件彼此电连接，电极接片设置有凹口并且附接至安全通气部的下部，其中当等于或高于基准电流的电流流过时，凹口被切断。
专利文献3涉及一种二次电池组件，该二次电池组件配置为使得具有高导电性的网状金属栅格位于电极组件的上侧，其中二次电池组件包括：配置为接触正极的正极栅格、和配置为支撑正极栅格的导电正极集流体板。电极与集流体之间的接触点的数量增加，从而可减小接触电阻。
专利文献2和专利文献3的每一个能够提供具有提高的安全性的电池单元，但是没有提出即使当电池单元的结构改变时也能增加电池单元的容量的方法。
因此，高度需要这样一种圆柱形二次电池，该圆柱形二次电池配置为具有其中在减小盖组件的总体高度的同时稳定地发生短路，从而增加电池容量的结构。
(现有技术文献)
(专利文献1)韩国专利申请公开第2018-0005455号(2018.01.16)
(专利文献2)韩国专利申请公开第2014-0082270号(2014.07.02)
(专利文献3)韩国专利申请公开第2000-0026860号(2000.05.15)
发明内容
技术问题
鉴于上述问题而做出了本发明，本发明的目的是提供一种具有稳定结构的圆柱形二次电池，其中盖组件的构造被简化，从而增加电池的容量，并且当二次电池的内部压力由于二次电池中产生的气体而增加时，通气构件容易与正极接片分离，从而容易实现气体排出。
技术方案
为了实现上述目的，根据本发明的圆柱形二次电池包括：电极组件，所述电极组件包括正极片、负极片和插置在所述正极片与所述负极片之间的隔膜，所述正极片、所述负极片和所述隔膜被卷绕；配置为容纳所述电极组件的圆柱形罐；以及安装至所述圆柱形罐的敞开的上端的盖组件，其中所述盖组件包括：位于所述盖组件的上部的顶盖，所述顶盖具有突出结构；通气构件，所述通气构件在包裹所述顶盖的外周边缘的同时位于所述顶盖的下部，所述通气构件向下凹陷；以及衬垫，所述衬垫配置为气密地密封所述圆柱形罐，所述电极组件的正极接片直接结合至所述通气构件的下表面，并且所述圆柱形二次电池进一步包括配置为固定所述正极接片的位置的绝缘的固定构件。
所述正极接片可包括正极接片主体、和从所述正极接片主体的一端弯曲的结合部，所述结合部结合至所述通气构件的所述下表面，并且所述固定构件可插置在所述正极接片主体与所述结合部之间。
在所述固定构件的与所述结合部面对的表面处，所述固定构件可粘附至所述结合部。
所述固定构件与所述结合部之间的结合力可高于所述结合部与所述通气构件之间的结合力。
所述固定构件可位于所述衬垫的下部。
所述固定构件可通过与所述衬垫啮合而结合至所述衬垫。
所述固定构件当在平面图中观察时可形成为扇形或条形。
所述固定构件可与位于所述电极组件和所述盖组件之间的上绝缘板一体结合。
所述固定构件可从所述上绝缘板的外周部向上延伸，可朝向所述上绝缘板的中央部分弯曲并且可平行于所述上绝缘板设置。
本发明提供了一种制造根据一实施方式的圆柱形二次电池的方法，所述方法包括以下步骤：将电极组件容纳在圆柱形罐中，所述电极组件包括正极片、负极片和插置在所述正极片与所述负极片之间的隔膜，所述正极片、所述负极片和所述隔膜被卷绕；将上绝缘板定位在所述电极组件的上部；形成卷边部；将所述电极组件的正极接片结合至构成盖组件的通气构件的下表面；将固定构件结合至构成所述盖组件的衬垫；以及将所述盖组件结合至所述圆柱形罐并且压接所述圆柱形罐。
将所述固定构件结合至所述衬垫的步骤可包括：将所述正极接片的结合部与所述固定构件彼此结合。
本发明还提供了一种制造根据另一实施方式的圆柱形二次电池的方法，所述方法包括以下步骤：将电极组件容纳在圆柱形罐中，所述电极组件包括正极片、负极片和插置在所述正极片与所述负极片之间的隔膜，所述正极片、所述负极片和所述隔膜被卷绕；将上绝缘板定位在所述电极组件的上部；形成卷边部；所述电极组件的正极接片结合至构成盖组件的通气构件的下表面；将所述正极接片固定至与所述上绝缘板一体结合的固定构件；以及将所述盖组件结合至所述圆柱形罐并且压接所述圆柱形罐。
将所述正极接片固定的步骤可包括：使所述正极接片延伸经过所述固定构件的下表面，弯曲所述正极接片，并且将所述正极接片附接至所述固定构件的上表面。
附图说明
图1是常规的圆柱形二次电池的垂直剖面图。
图2是根据一实施方式的圆柱形二次电池的垂直剖面图。
图3是图1和图2的上部的放大图。
图4是示出制造圆柱形二次电池的工序的一部分的示图。
图5是示出固定构件结合至图4的圆柱形二次电池的状态的示图。
图6是根据一实施方式的固定构件的透视图。
图7是结合了根据一实施方式的固定构件的上绝缘板的透视图。
具体实施方式
现在，将参照附图详细描述本发明的实施方式，使得本发明所属领域的普通技术人员能够容易地实现本发明的优选实施方式。然而，在详细描述本发明的优选实施方式的工作原理时，当在此结合的已知功能和配置的详细描述可能模糊本发明的主题时，将省略对它们的详细描述。
此外，在整个附图中将使用相同的参考标记表示执行相似功能或操作的部分。在本申请中称一个部分连接至另一个部分的情况下，不仅可以是该一个部分直接连接至该另一个部分，而且还可以是该一个部分可经由另外的部分间接连接至该另一个部分。此外，包括某个要素不是指排除其他要素，而是指可进一步包括其他要素，除非另有说明。
将参照附图详细描述本发明的实施方式。
图2是根据一实施方式的圆柱形二次电池的垂直剖面图。
参照图2，圆柱形二次电池200配置为：电极组件210被容纳在圆柱形罐220中，盖组件230位于圆柱形罐220的上部，并且圆柱形二次电池200通过衬垫233气密地密封。
盖组件230包括：具有向上突出的中央部分的顶盖231；通气构件232，通气构件232在包裹顶盖231的外周边缘的同时位于顶盖231的下部，通气构件232向下凹陷；以及衬垫233，衬垫233配置为在与圆柱形罐220接触的状态下气密地密封二次电池。
就是说，根据本发明的盖组件230不包括应用于常规圆柱形二次电池的盖组件中所包括的电流中断装置以及添加到电流中断装置的外周边缘的衬垫。
因此，在根据本发明的圆柱形二次电池200中，正极接片211直接结合至通气构件232的下表面。
然而，在通气构件由于圆柱形二次电池的内部压力增加而变形为倒置形状的情况下，通气构件必须与正极接片分离，以使得发生短路。为此，添加配置为固定正极接片211的位置的固定构件240。
具体地，正极接片的下端附接至电极组件，并且正极接片的上端结合至通气构件的下表面。正极接片可包括正极接片主体211a和结合至通气构件的下表面的结合部211b。
结合部211b是从正极接片主体211a的上端弯曲然后延伸的部分。结合部211b和正极接片主体211a定位为彼此面对，并且固定构件240位于结合部211b与正极接片主体211a之间。因此，当通气构件232与正极接片分离时，正极接片的位置被固定，以使得正极接片不移动。
可通过固定构件240防止正极接片主体211a的分离。然而，为了防止与通气构件232结合的结合部211b与通气构件232一起向上移动，固定构件240和结合部211b可在它们彼此面对的表面处彼此粘附。
就是说，结合部211b的上表面结合至通气构件232，并且结合部211b的下表面结合至固定构件240。然而，当通气构件232变形并且与结合部211b分离时，必须保持结合部211b与固定构件240之间的结合。因此，优选地，结合部211b与固定构件240之间的结合力高于结合部211b与通气构件232之间的结合力。
如上所述，由于省去了构成常规盖组件的一些构件，所以减小了盖组件的总体高度。因此，当比较具有相同长度的圆柱形二次电池中的电池单元的容量时，根据本发明的圆柱形二次电池能够确保较大的电极组件容纳空间，从而可提供高容量的二次电池。
与此相关，图3是图1和图2的上部的放大图。
参照图3，并排示出了图1的圆柱形二次电池100的上部和图2的圆柱形二次电池200的上部，由此可对盖组件的部件以及盖组件的总体高度进行比较并且可确认供通气构件变形的空间的尺寸的变化。
具体地，根据本发明的圆柱形二次电池200具有从常规的圆柱形二次电池100省去下部衬垫134和电流中断装置135的结构。
此外，根据本发明的圆柱形二次电池200的顶盖231与通气构件232之间的距离大于常规的圆柱形二次电池100的顶盖131与通气构件132之间的距离。
通常，为了增加电池单元的容量，减小盖组件的总体高度，从而顶盖与通气构件之间的距离被设计为较短。结果，即使在电池单元的内部压力增加时需要由于通气构件的突然变形而引起短路，通气构件仍变形缓慢，从而难以指定短路发生的时间点。
在本发明中，如图3中所示，顶盖与通气构件之间的距离被设计为增加，从而可解决上述问题。
此外，在根据本发明的圆柱形二次电池200中，与常规的圆柱形二次电池100相比，盖组件的总体高度减小，从而可实现本发明的用于制造高容量二次电池的目的。
根据本发明的制造圆柱形二次电池200的方法可包括以下步骤：将电极组件容纳在圆柱形罐中，电极组件正极片、负极片和插置在正极片与负极片之间的隔膜，正极片、负极片和隔膜被卷绕；将上绝缘板定位在电极组件的上部；形成卷边部；将电极组件的正极接片结合至构成盖组件的通气构件的下表面；将固定构件结合至构成盖组件的衬垫；以及将盖组件结合至圆柱形罐并且压接圆柱形罐。
此外，将固定构件结合至衬垫的步骤可包括将正极接片的结合部与固定构件彼此结合的步骤。
与此相关，图4是示出制造圆柱形二次电池的工序的一部分的示图，图5是示出固定构件结合至图4的圆柱形二次电池的状态的示图。
参照图4和图5，电极组件210被容纳在圆柱形罐220中，上绝缘板250位于电极组件的上部，并且卷边部260形成在上绝缘板250的上部。
在盖组件230被组装的状态下，将附接至电极组件210的正极接片211附接至通气构件232的下表面。正极接片211的一个表面结合至通气构件232，并且正极接片211的另一个表面结合至固定构件240。盖组件230在与正极接片211和固定构件240结合的状态下被结合至圆柱形罐220的上部，并且将圆柱形罐220压接。
固定构件240可位于衬垫233的下部，并且固定构件240的与衬垫233重叠的一端可通过与衬垫233啮合而结合至衬垫233。
在一具体示例中，固定构件240当在平面图中观察时可形成为扇形或条形。
与此相关，图6是根据一实施方式的固定构件的透视图。
参照图6，固定构件241当在平面图中观察时形成为条形，并且固定构件241包括：配置为固定正极接片的矩形基部241a、和配置为通过与衬垫啮合而结合至衬垫的啮合部241b。在使用这种较小的固定构件241的情况下，可使由于添加固定构件而引起的圆柱形二次电池的重量增加最小化。
另外，固定构件242当在平面图中观察时形成为扇形，诸如半圆形，并且固定构件242包括：配置为固定正极接片的半圆形基部242a、和配置为通过与衬垫啮合而结合至衬垫的啮合部242b。在使用包括较大基部的固定构件，诸如固定构件242的情况下，在基于正极接片的延伸位置设定固定构件的位置时几乎没有限制，并且即使在包括多个正极接片的情况下，也可稳定地固定正极接片。
此外，可进一步提出其中固定构件被一体地添加到常规电池单元部件的形状。例如，固定构件可与位于电极组件与盖组件之间的上绝缘板一体结合。具体地，固定构件可从上绝缘板的外周部向上延伸，可朝向上绝缘板的中央部分弯曲并且可平行于上绝缘板设置。
与此相关，图7是结合了根据一实施方式的固定构件的上绝缘板的透视图。
参照图7，与上绝缘板251一体结合的固定构件243被添加到上绝缘板251的上表面的外周部。固定构件243从上绝缘板251的平面垂直向上延伸，弯曲90度并且定位成平行于上绝缘板。
上绝缘板251设置有多个通孔，附接至电极组件而从电极组件向上延伸的正极接片211通过多个通孔中的一个通孔延伸。正极接片211在通过多个通孔中的一个通孔延伸之后，延伸经过固定构件243与上绝缘板251之间的重叠部分，弯曲180度，并且结合至固定构件243的上表面。
然而，正极接片211可在结合至通气构件的下表面的状态下位于固定构件与上绝缘板之间。在使用固定构件243的情况下制造圆柱形二次电池的方法可包括以下步骤：将电极组件容纳在圆柱形罐中，电极组件包括正极片、负极片和插置在正极片与负极片之间的隔膜，正极片、负极片和隔膜被卷绕；将上绝缘板定位在电极组件的上部；形成卷边部；将电极组件的正极接片结合至构成盖组件的通气构件的下表面；将正极接片固定至与上绝缘板一体结合的固定构件；以及将盖组件结合至圆柱形罐并且压接圆柱形罐。
如上所述，在本发明中，包括固定构件，使得当通气构件变形时正极接片与通气构件完全分离，从而发生短路，确保了通气构件能够变形的更大的空间，以使得可稳定地发生短路，并且减小了盖组件的总体高度，从而可提供高容量的二次电池。
本发明所属领域的技术人员将理解，在不背离本发明的范围的情况下，可基于以上描述进行各种应用和修改。
(参考标号说明)
100、200：圆柱形二次电池
110、210：电极组件
111、211：正极接片
120、220：圆柱形罐
130、230：盖组件
131、231：顶盖
132、232：通气构件
133：压接衬垫
134：下部衬垫
135：电流中断装置
211a：正极接片主体
211b：结合部
233：衬垫
240、241、242、243：固定构件
241a、242a：基部
241b、242b：啮合部
250、251：上绝缘板
260：卷边部。
工业实用性
从上述描述显见的是，根据本发明的圆柱形二次电池包括被省去了电流中断装置和添加到电流中断装置的外周边缘的衬垫的盖组件，其中盖组件的总体高度减小，从而确保由电极组件占据的更大空间，因此可提供具有增加的容量的二次电池。
此外，可使用固定构件稳定地固定附接至通气构件的正极接片，从而当通气构件由于二次电池的内部压力增加而变形时，通气构件与被固定的正极接片分离，因此可中断电流的流动。

Claims (11)

1.一种圆柱形二次电池，包括：
电极组件，所述电极组件包括正极片、负极片和插置在所述正极片与所述负极片之间的隔膜，所述正极片、所述负极片和所述隔膜被卷绕；
配置为容纳所述电极组件的圆柱形罐；以及
安装至所述圆柱形罐的敞开的上端的盖组件，其中
所述盖组件包括：位于所述盖组件的上部的顶盖，所述顶盖具有突出结构；通气构件，所述通气构件在包裹所述顶盖的外周边缘的同时位于所述顶盖的下部，所述通气构件向下凹陷；以及衬垫，所述衬垫配置为气密地密封所述圆柱形罐，
所述电极组件的正极接片直接结合至所述通气构件的下表面，并且
所述圆柱形二次电池进一步包括配置为固定所述正极接片的位置的绝缘的固定构件，
其中所述正极接片包括正极接片主体、和从所述正极接片主体的一端弯曲的结合部，所述结合部结合至所述通气构件的所述下表面，并且
所述结合部和所述正极接片主体定位为彼此面对，并且所述固定构件插置在所述正极接片主体与所述结合部之间，
其中在所述固定构件的与所述结合部面对的表面处，所述固定构件粘附至所述结合部。
2.根据权利要求1所述的圆柱形二次电池，其中所述固定构件与所述结合部之间的结合力高于所述结合部与所述通气构件之间的结合力。
3.根据权利要求1所述的圆柱形二次电池，其中所述固定构件位于所述衬垫的下部。
4.根据权利要求3所述的圆柱形二次电池，其中所述固定构件通过与所述衬垫啮合而结合至所述衬垫。
5.根据权利要求1所述的圆柱形二次电池，其中所述固定构件当在平面图中观察时形成为扇形或条形。
6.根据权利要求1所述的圆柱形二次电池，其中所述固定构件与位于所述电极组件和所述盖组件之间的上绝缘板一体结合。
7.根据权利要求6所述的圆柱形二次电池，其中所述固定构件从所述上绝缘板的外周部向上延伸，朝向所述上绝缘板的中央部分弯曲并且平行于所述上绝缘板设置。
8.一种制造根据权利要求1至7中任一项所述的圆柱形二次电池的方法，所述方法包括以下步骤：
将电极组件容纳在圆柱形罐中，所述电极组件包括正极片、负极片和插置在所述正极片与所述负极片之间的隔膜，所述正极片、所述负极片和所述隔膜被卷绕；
将上绝缘板定位在所述电极组件的上部；
形成卷边部；
将所述电极组件的正极接片结合至构成盖组件的通气构件的下表面；
将固定构件结合至构成所述盖组件的衬垫；以及
将所述盖组件结合至所述圆柱形罐并且压接所述圆柱形罐。
9.根据权利要求8所述的方法，其中将所述固定构件结合至所述衬垫的步骤包括：将所述正极接片的结合部与所述固定构件彼此结合。
10.一种制造根据权利要求1至7中任一项所述的圆柱形二次电池的方法，所述方法包括以下步骤：
将电极组件容纳在圆柱形罐中，所述电极组件包括正极片、负极片和插置在所述正极片与所述负极片之间的隔膜，所述正极片、所述负极片和所述隔膜被卷绕；
将上绝缘板定位在所述电极组件的上部；
形成卷边部；
所述电极组件的正极接片结合至构成盖组件的通气构件的下表面；
将所述正极接片固定至与所述上绝缘板一体结合的固定构件；以及
将所述盖组件结合至所述圆柱形罐并且压接所述圆柱形罐。
11.根据权利要求10所述的方法，其中将所述正极接片固定的步骤包括：使所述正极接片延伸经过所述固定构件的下表面，弯曲所述正极接片，并且将所述正极接片附接至所述固定构件的上表面。
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