CN108028349B - 二次电池和中断二次电池的电流的方法 - Google Patents

二次电池和中断二次电池的电流的方法 Download PDF

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Abstract

披露了一种二次电池和一种中断二次电池的电流的方法。根据本发明，由于将双金属件应用于二次电池，因此当二次电池的内部温度达到预定温度时，甚至是在二次电池的内部压力达到预定压力之前，电流可被中断，以在紧急情况下有效地中断电流，从而防止二次电池发生***或着火。

Description

二次电池和中断二次电池的电流的方法
技术领域
相关申请的交叉引用
本申请要求于2016年6月22日提交的韩国专利申请第10-2016-0077867号的优先权益，通过引用将上述专利申请作为整体结合在此。
技术领域
本发明涉及一种二次电池和一种中断二次电池的电流的方法，且更具体地说，涉及用于在诸如短路之类的紧急情况下中断二次电池中的电流的设备和方法。
背景技术
二次电池是能够重复地充电和放电的电池，根据需要二次电池的电子装置而使用各种二次电池。一般来说，这种二次电池通常根据其用途进行充电或放电操作。然而，当二次电池因外部冲击等而短路时，在二次电池中产生气体而导致二次电池中的压力和温度升高。在这种情况下，当气体未被排放到外部，或二次电池中的温度持续上升时，可能会发生着火或***。为了防止发生这种现象，可在二次电池中安装用于中断二次电池的电流的装置。
图1是图解根据现有技术的二次电池的结构的一个示例的截面图。
如图1中所示，二次电池1可包括电池罐2和盖板3，电池罐2构成二次电池1的壳体并且具有开放的上部，盖板3设置在电池罐2的上部以密封电池罐2的上部。安全阀可设置在电池罐2和盖板3之间。此外，用于进一步将二次电池的内侧与外侧密封的衬垫(gasket)4可设置在电池罐2的内表面和盖板3之间。此外，电流中断装置(CID)滤波器(CurrentInterrupting Device)6可以被焊接至安全阀5的状态而附接至安全阀5的下部。CID滤波器6可以是电流流经的路径以允许流经CID滤波器6的电流从电极组件流向安全阀5。
根据现有技术，当由于二次电池1的短路等导致二次电池1中的压力增加时，整个安全阀5或安全阀5的中央部分可能会膨胀。因而，安全阀5的一部分或全部可能会破裂。当安全阀5破裂时，安全阀5可与CID滤波器6分离以中断电流并将二次电池1内的气体排出。
然而，根据现有技术的二次电池的电流中断原理存在以下问题：当因二次电池的内部压力增加之后电流中断而使得二次电池未适当地密封而导致二次电池的内部压力增加不足时，电流不能适当地中断。此外，存在以下问题：当在二次电池的内部压力达到预定压力之前由于短路等导致过电流流动而使得二次电池的内部温度异常增加时，在电流中断之前已经着火。
发明内容
技术问题
因此，本发明的一个目的是当二次电池的内部温度达到预定温度时中断电流，甚至是在二次电池的内部压力达到预定压力之前，以在紧急情况下有效地中断电流，从而防止二次电池发生***或着火。
技术方案
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；从所述电极组件延伸出的电极接片；容纳所述电极组件并且具有开放的上部的罐构件；耦接至所述罐构件的上部以覆盖所述罐构件的上部的盖组件；和在变形温度以下与所述电极接片和所述盖组件接触的双金属件，其中所述双金属件在所述变形温度或以上与所述盖组件分隔开。
所述盖组件可包括：设置在所述盖组件的最外部的盖板，和安全阀，所述安全阀设置在所述盖板和所述电极组件之间并且具有其上设置有槽口的表面；所述电极接片可包括：正极接片，和负极接片；且所述双金属件可设置在所述安全阀和所述电极组件之间以在所述变形温度以下与所述安全阀和所述正极接片接触并且在所述变形温度或以上与所述安全阀分隔开。
用于制造所述负极接片的材料可具有比镍(Ni)的电阻更小的电阻。
用于制造所述负极接片的材料可包括包镍金属(Ni-Clad)。
所述双金属件可包括：构成所述双金属件的上部的上部双金属件；和构成所述双金属件的下部的下部双金属件，其中所述下部双金属件可具有比所述上部双金属件的热膨胀系数更小的热膨胀系数。
所述双金属件可包括形状记忆合金。
所述变形温度可在75℃至85℃的范围内。
为了实现上述目的，根据本发明的另一方面，一种中断二次电池的电流的方法包括：短路步骤，使所述二次电池中的电极发生短路；温度增加步骤，其中随着所述短路步骤中产生的异常电流流经至少一部分与连接至二次电池的电极的电极接片以及二次电池的盖组件接触的双金属件，双金属件的温度增加；和中断步骤，其中双金属件通过所述温度增加步骤发生翘曲，并且当所述双金属件具有变形温度或更高温度时，所述双金属件与所述盖组件分隔开以中断流向所述盖组件的电流。
所述二次电池可包括：电极组件；容纳所述电极组件的罐构件；耦接至所述罐构件的上部的盖组件，其中所述盖组件可包括：设置在所述盖组件的最外部的盖板，和安全阀，所述安全阀设置在所述盖板和所述电极组件之间并且具有其上设置有槽口的表面；其中从所述电极组件延伸出的电极接片可包括：正极接片，和负极接片；在所述温度增加步骤中，所述双金属件可与所述安全阀和所述正极接片接触并且因从所述正极接片流出的电流而温度增加，在所述中断步骤中，所述双金属件可与所述安全阀分隔开以中断流向所述安全阀的电流。
所述负极接片可具有比镍(Ni)的电阻更小的电阻。
用于形成所述负极接片的材料可包括包镍金属(Ni-Clad)。
所述双金属件可包括：构成所述双金属件的上部的上部双金属件；和构成所述双金属件的下部的下部双金属件，其中所述下部双金属件可具有比所述上部双金属件的热膨胀系数更小的热膨胀系数。
所述双金属件可包括形状记忆合金。
所述变形温度可在75℃至85℃的范围内。
有益效果
根据本发明，本发明的一个目的是当二次电池的内部温度达到预定温度时中断电流，甚至是在二次电池的内部压力达到预定压力之前，以在紧急情况下有效地中断电流，从而防止二次电池发生***或着火。
附图说明
图1是图解根据现有技术的二次电池的结构的一个示例的截面图。
图2是图解根据本发明实施方式的二次电池在平时情况下的结构的截面图。
图3是图解根据本发明实施方式的二次电池在紧急情况下的结构的截面图。
图4是图解能够应用于根据本发明实施方式的二次电池的电极组件的结构的平面图。
图5是用于说明根据本发明实施方式的中断二次电池的电流的方法的流程图。
具体实施方式
下文中，将参照附图描述根据本发明实施方式的二次电池的结构。
二次电池
图2是图解根据本发明实施方式的二次电池在平时情况下的结构的截面图，图3是图解根据本发明实施方式的二次电池在紧急情况下的结构的截面图。
图2图解了根据本发明实施方式的二次电池10。二次电池10可具有各种形状。例如，二次电池10可以是具有圆柱形状的圆柱形二次电池。
二次电池10可包括用于容纳如二次电池10的电极组件之类的内部部件的罐构件110。罐构件110可具有上部开放的结构。当二次电池10具有圆柱形状时，罐构件110亦可具有圆柱形状。
盖板120可设置在罐构件110的上部。盖板120可以是用于覆盖罐构件110的上部的部件。也就是说，盖板120可以是将罐构件110的上部密封以使罐构件110的内部空间与外部隔离的部件并且还是形成二次电池的电极端子(本发明的正极端子)的部件。
为了改善罐构件110的内部(或二次电池10的内部)的密封性，可在罐构件110的内表面与盖板120之间设置衬垫130。
此外，安全阀140可设置在盖板120的下部。安全阀140可设置在盖板120与电极组件之间(参见图4)。一个或多个槽口140a可设置在安全阀140上。当在安全阀140上设置有槽口140a时，在二次电池的内部压力增加时，安全阀可通过这些槽口破裂以使安全阀的一部分与安全阀的其他部分分离，从而中断电流的流动。如上所述的盖板120、衬垫130和安全阀140可彼此组装在一起并随后耦接至罐构件110的上部以构成覆盖罐构件110的上部的盖组件。
根据本发明实施方式的二次电池10可包括双金属件150。
双金属件是通过将不同种类的金属附接而制造的部件。在前缀为“双”的含义中，双金属件是指其一般为通过将两种不同种类的金属附接而制造的。然而，本说明书中使用的双金属件可解释为不仅包括将两种金属彼此附接而制造的部件而且还包括将三种以上的金属彼此附接而制造的部件。
如图2中所示，在二次电池正常工作的平时情况下，双金属件150可与安全阀140接触。此外，尽管未示出，双金属件150可与电极组件的正极接片接触。在此，“接触”的含义不仅可解释为直接接触，而且还可以解释为经由其他部件间接接触。
如上所述，根据本发明实施方式的双金属件150可在平时情况下与安全阀140接触并且在二次电池的电极发生短路时与安全阀140分隔开。
更详细地说，如图3中所示，在诸如二次电池发生短路之类的紧急情况下，双金属件150可向下翘曲，从而与安全阀140分隔开。因而，可中断流经安全阀140的电流以确保二次电池的安全性。
在此，双金属件150的翘曲可由双金属件的温度增加引起。也就是说，根据本发明的实施方式，由于将其中具有不同热膨胀系数的金属彼此附接的双金属件150应用于二次电池，因此双金属件150可随温度发生形状改变。因此，当双金属件150达到预定温度或以上，双金属件150可与安全阀140分隔开。下文中，在本说明书和权利要求书中，双金属件150开始与安全阀140或盖组件分隔开的温度将被称为“变形温度”。
根据本发明，双金属件150的变形温度可为约80℃。也就是说，根据本发明的实施方式，双金属件150在平时情况下与安全阀140接触。随后，当双金属件150具有大于约80℃的温度时，双金属件150可与安全阀140分隔开以中断流经安全阀140的电流。例如，根据本发明的实施方式，双金属件150可具有范围在75℃至85℃的变形温度。
双金属件150是通过将两种以上的金属彼此附接而制造的。因此，双金属件150可包括构成双金属件150的上部的上部双金属件152和构成双金属件150的下部的下部双金属件154。上部双金属件152在平时情况下可与安全阀140接触。
由于根据本发明实施方式的双金属件在变形温度或以上时必须与安全阀间隔开，因此双金属件需要在变形温度或以上时发生翘曲。为此，下部双金属件154可具有比上部双金属件152的热膨胀系数更小的热膨胀系数。此外，双金属件150可包括形状记忆合金。
当将形状记忆合金应用于双金属件150时，由于双金属件150具有随其温度变化的均匀的形状，因此可确保双金属件150与安全阀140接触并且在变形温度时与安全阀140分隔开，从而在发生短路时提高二次电池的安全性。
图4是图解能够应用于根据本发明实施方式的二次电池的电极组件的结构的平面图。
电极组件160可通过交替地堆叠电极和隔板而制造。例如，电极组件160可通过各种制造方法制造并且具有各种形状。
如图4中所示，从电极组件160延伸出的正极接片162和负极接片164可设置在电极组件160的两端上。在此，正极接片162可如上所述与双金属件接触。
负极接片164可利用各种材料来制造。根据本发明的实施方式，用于制造负极接片164的材料可具有比镍(Ni)的电阻更小的电阻。此外，用于制造负极接片164的材料可以是包镍金属(Ni-Clad)。
根据本发明的实施方式，在诸如电极发生短路之类的紧急情况下，与双金属件接触的正极接片的温度增加，因而，双金属件的温度也会增加。在此，需要使正极接片的温度快速升高以使得在紧急情况下双金属件更快速地与安全阀分隔开。在此，虽然相同的电极发生短路，但当负极接片具有相对较大的电阻时，电流强度下降。因此，正极接片的温度可能会相对缓慢地增加，因而，双金属件的温度也可能会相对缓慢地增加。因此，当负极接片具有相对较大的电阻时，由于双金属件的温度相对缓慢地增加，因此当发生短路时电流可能不会很快被中断。
因此，根据本发明的实施方式，用于制造负极接片164的材料可具有比镍(Ni)的电阻更小的电阻，镍(Ni)是通常用于制造根据现有技术的负极接片的材料。
具体地说，用于制造负极接片164的材料例如可以是藉由将镍附接至诸如铜之类的金属的表面而形成的包镍金属。由于包镍金属具有比镍的电阻更小的电阻，因此当使用包镍金属作为形成负极接片的材料时，当电极发生短路时电流强度可进一步增加，因而，正极接片的温度可非常迅速地增加。因此，由于与正极接片接触的双金属件的温度迅速而急剧地增加，因而在电极短路的情况下发生事故之前电流可被有效地中断。正极接片162可利用铝制造。
下文中，将描述根据本发明实施方式的中断二次电池的电流的方法。
中断二次电池的电流的方法
图5是用于说明根据本发明实施方式的中断二次电池的电流的方法的流程图。
如图5中所示，根据本发明实施方式的中断二次电池的电流的方法可包括使二次电池中的电极发生短路的短路步骤。当执行短路步骤时，短路步骤中产生的异常电流可流经至少一部分与连接至二次电池的电极的电极接片(更具体地说，正极接片)以及二次电池的安全阀接触的双金属件。因而，可执行其中双金属件的温度增加的温度增加步骤。当执行温度增加步骤时，双金属件可通过温度增加步骤发生翘曲。因而，可执行其中双金属件与安全阀分隔开以中断流向安全阀的电流的中断步骤。在如上所述的本说明书中，当双金属件与安全阀分隔开时双金属件的温度可被定义为“变形温度”。
尽管已参照具体实施方式描述了本发明的各实施方式，但对本领域技术人员来说显而易见的是，在不背离如以下权利要求书中所限定的本发明的精神和范围的情况下，可做出各种改变和修改。

Claims (8)

1.一种二次电池，包括：
电极组件；
从所述电极组件延伸出的电极接片；
容纳所述电极组件并且具有开放的上部的罐构件；
耦接至所述罐构件的上部以覆盖所述罐构件的上部的盖组件；和
在变形温度以下与所述电极接片和所述盖组件接触的双金属件，
其中所述双金属件在所述变形温度或更高温度与所述盖组件分隔开；
其中所述盖组件包括：
设置在所述盖组件的最外部上的盖板；和
安全阀，所述安全阀设置在所述盖板和所述电极组件之间并且具有其上设置有槽口的表面，
所述电极接片包括：正极接片；和负极接片，且
所述双金属件设置在所述安全阀和所述电极组件之间以在所述变形温度以下与所述安全阀和所述正极接片接触并且在所述变形温度或更高温度与所述安全阀分隔开；
其中用于制造所述负极接片的材料具有比镍(Ni)的电阻更小的电阻，
其中所述双金属件在所述变形温度或更高温度向下翘曲，从而与所述安全阀分隔开，
其中用于制造所述负极接片的材料包括包镍金属(Ni-Clad)，使得与用于制造所述负极接片的材料为镍的情况相比，进一步增加当电极发生短路时的电流强度，并且
其中所述安全阀在所述二次电池的内部压力增加时通过所述槽口破裂以使所述安全阀的一部分与所述安全阀的其他部分分离。
2.根据权利要求1所述的二次电池，其中所述双金属件包括：
构成所述双金属件的上部的上部双金属件；和
构成所述双金属件的下部的下部双金属件，
其中所述下部双金属件具有比所述上部双金属件的热膨胀系数更小的热膨胀系数。
3.根据权利要求1所述的二次电池，其中所述双金属件包括形状记忆合金。
4.根据权利要求1所述的二次电池，其中所述变形温度在75℃至85℃的范围内。
5.一种中断二次电池的电流的方法，所述方法包括：
短路步骤，使所述二次电池中的电极发生短路；
温度增加步骤，其中随着所述短路步骤中产生的异常电流流经至少一部分与连接至所述二次电池的所述电极的电极接片以及所述二次电池的盖组件接触的双金属件，所述双金属件的温度增加；和
中断步骤，其中所述双金属件通过所述温度增加步骤发生翘曲，并且当所述双金属件具有变形温度或更高温度时，所述双金属件与所述盖组件分隔开以中断流向所述盖组件的电流；
其中所述二次电池包括：
电极组件；
容纳所述电极组件的罐构件；和
耦接至所述罐构件的上部的盖组件，
其中所述盖组件包括：
设置在所述盖组件的最外部上的盖板；和
安全阀，所述安全阀设置在所述盖板和所述电极组件之间并且具有其上设置有槽口的表面，
其中从所述电极组件延伸出的电极接片包括：正极接片；和负极接片，
在所述温度增加步骤中，所述双金属件与所述安全阀和所述正极接片接触并且因从所述正极接片流出的电流而温度增加，并且
在所述中断步骤中，所述双金属件与所述安全阀分隔开以中断流向所述安全阀的电流；
其中所述负极接片具有比镍(Ni)的电阻更小的电阻，
其中所述双金属件在所述变形温度或更高温度向下翘曲，从而与所述安全阀分隔开，
其中用于形成所述负极接片的材料包括包镍金属(Ni-Clad)，使得与用于制造所述负极接片的材料为镍的情况相比，进一步增加当电极发生短路时的电流强度，并且
其中所述安全阀在所述二次电池的内部压力增加时通过所述槽口破裂以使所述安全阀的一部分与所述安全阀的其他部分分离。
6.根据权利要求5所述的方法，其中所述双金属件包括：
构成所述双金属件的上部的上部双金属件；和
构成所述双金属件的下部的下部双金属件，
其中所述下部双金属件具有比所述上部双金属件的热膨胀系数更小的热膨胀系数。
7.根据权利要求5所述的方法，其中所述双金属件包括形状记忆合金。
8.根据权利要求5所述的方法，其中所述变形温度在75℃至85℃的范围内。
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