CN110892555B - 电极组件及其制造方法和包括该电极组件的二次电池 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及一种电极组件，该电极组件被配置为具有多个电极层叠的结构，电极接头从每个电极突出，其中，多个电极通过焊接联接将电极接头，其中电极接头联接到具有包裹电极接头的结构的一个电极引线，电极引线包括由第一表面、第二表面和第三表面构成的电极引线主体，第一表面联接到电极接头的上表面，第二表面通过在联接至第一表面的同时在第一弯曲部分处弯曲被联接到电极接头的下表面，第三表面通过在联接至第二表面的同时在第二弯曲部分处弯曲而被抽出到电池壳体外部，其中电极接头通过铆接与电极引线联接。

Description

电极组件及其制造方法和包括该电极组件的二次电池
技术领域
本申请要求于2018年1月9日向韩国知识产权厅提交的韩国专利申请No.2018-0002887的优先权，该韩国专利申请的公开内容通过引用整体并入本文中。
本发明涉及包括应用于电极接头-引线联接部分的塑料元件的电极组件，并且更具体地说，涉及一种被配置为具有以下结构的电极组件，其中，多个电极接头通过焊接彼此联接并且电极引线在包裹电极接头的同时联接到该电极接头，电极引线包括由第一表面、第二表面和第三表面构成的电极引线主体，第一表面被配置为联接到电极接头的上表面，第二表面在连接至第一表面的状态下在第一弯曲部分弯曲以联接到电极接头的下表面，第三表面在连接至第二表面状态下在第二弯曲部分弯曲以抽出到电池壳体外部，并且电极接头通过铆接(clinching)而联接到电极引线。
背景技术
能够充电和放电的二次电池作为用于需要高输出和大容量的装置的电源已引起相当大的关注，这些装置包括已经开发以解决使用化石燃料的现有汽油和柴油车辆造成的诸如空气污染的问题的电动车辆(EV)、混合动力车辆(HEV)和插电式混合动力车辆(Plug-In HEV)。
二次电池可以基于电极组件的结构来分类，电极组件包括有正极、负极和插置于正极与负极之间的隔膜。通常，电极组件可以是果冻卷型(卷绕型)电极组件、层叠型电极组件、或者层叠/折叠型电极组件，果冻卷型(卷绕型)电极组件被配置为具有长片型正极和长片型负极在隔膜插置于正极和负极之间的状态下卷绕的结构，层叠型电极组件被配置为具有切割为具有预定尺寸的多个正极、切割为具有预定尺寸的多个负极在隔膜分别插置于正极和负极之间的状态下顺序层叠的结构，层叠/折叠型电极组件被配置为具有诸如双电芯或全电芯的单元电芯(unit cell)卷绕的结构，每个单元电芯被配置为具有预定数量的正极和负极在隔膜分别设置于正极和负极之间的状态下层叠的结构。
图1是示意性地示出了传统典型袋状二次电池的一般结构的分解立体图。
参照图1，由附图标记10表示的袋状二次电池包括：电极组件30、从电极组件30延伸的电极接头40和50、通过焊接分别连接至电极接头40和50的电极引线60和70、以及被配置为容纳电极组件30的电池壳体20。
电极组件30是包括有在隔膜分别设置于正极和负极之间的状态下顺序层叠的正极和负极的发电元件。电极组件被配置为具有层叠型结构或层叠/折叠型结构。电极接头40和50从电极组件30的相应电极板延伸。电极引线60和70通过焊接电连接至分别从电极组件30的相应电极板延伸出的电极接头40和50。另外，被配置为改善电池壳体20与电极引线60和70之间的密封性并且同时实现电池壳体20与电极引线60和70之间的电绝缘的绝缘膜80，附接到电极引线60和70的上表面和下表面的一部分。
电极接头40和50中的每一个由铝、铜或铝合金制成。突出以从电极组件30的电极集流器延伸出的电极接头40和50通过焊接(例如，以焊接部分的形式)连接至电极引线60和70，在焊接部分处电极接头40和50分别一体地联接到电极引线60和70。
在电极接头和电极引线由不同材料制成的情况下，可以使用超声波焊接以将电极接头联接到电极引线。在超声波能量的幅度高的情况下，一些电极接头可能由于过焊而被切割。在使用低超声波能量以防止过焊的情况下，由于在将电极接头联接到电极引线时焊接不足，电极接头可能在其间的焊接部分处变为与电极引线分离。
另外，超声波焊接部分的表面可以延伸或突出(即可以形成毛刺)，从而可能损坏电池壳体的内表面。为了防止这种情况，将带附接在电池壳体的与超声波焊接部分相对的表面上。
与此相关，专利文献1公开了一种具有如下结构的电池，其中具有S形弯曲部分的引线端子联接到正极和负极中的每一个的端子部分的一个表面。然而，由于引线端子通过焊接联接到电极接头的一个表面，因此不可能解决上述问题。
专利文献2和专利文献3各自公开了一种具有如下结构的袋状锂二次电池，其中绝缘树脂被涂覆到电极引线和电极接头之间的连接部分，以包裹连接部分。由于电极接头仅在彼此面对的电极接头的一个表面和电极引线的一个表面上联接到电极引线，然而，厚度相对小的电极接头中的一些在联接过程中可能损坏，或者电极接头与电极引线可能由于它们之间的联接力弱而分离。
因此，迫切需要一种被配置为具有以下结构的电极组件，该结构能够稳定地确保电极接头和电极引线之间的联接并且防止电极接头和电极引线之间的连接部分的表面变得粗糙，从而防止电极壳体损坏。
(现有技术文献)
(专利文献1)日本专利申请公开No.2000-215877
(专利文献2)韩国专利申请公开No.2008-0090753
(专利文献3)韩国专利申请公开No.2016-0119509
发明内容
技术问题
本发明是鉴于上述问题而完成的，本发明的目的在于提供一种被配置为具有以下结构的电极组件，其中多个电极接头通过铆接联接到被配置为具有包裹电极接头的结构的电极引线，其中电极引线包括由第一表面、第二表面和第三表面构成的电极引线主体，第一表面被配置为联接到电极接头的上表面，第二表面在连接至第一表面的状态下在第一弯曲部分弯曲以联接到电极接头的下表面，第三表面在连接至第二表面的状态下在第二弯曲部分弯曲以抽出到电池壳体的外部。
技术方案
根据本发明的一个方面，上述和其他目的能够通过提供以下方案来实现：
电极组件，其被配置为具有如下结构：
层叠的多个电极，电极接头从每个电极突出，其中电极通过将电极接头相互焊接而彼此联接；
所述电极接头与被配置为具有包裹电极接头的结构的电极引线联接；
所述电极引线包括：
由第一表面、第二表面和第三表面构成的电极引线主体，第一表面被配置为联接到电极接头的上表面，第二表面在与第一表面连接的状态下在第一弯曲部分处弯曲以联接到电极接头的下表面，第三表面在与第二表面连接的状态下在第二弯曲部分处弯曲以便抽出到电池壳体外部，并且
电极接头通过铆接联接到电极引线。
通常，电极接头从具有层叠了平板状电极(flat-type electrodes)的结构的电极组件的一侧或相对侧突出。具有相同极性的电极的电极接头彼此联接，并且通过焊接(诸如超声波焊接)执行联接。
在执行超声波焊接以将电极接头彼此联接的同时，如上所述，电极接头的外表面可以延伸或突出，即，可能形成毛刺。因此，在电极接头的焊接部分与电池壳体接触的情况下，电池壳体可能被损坏。
在本发明中，电极引线被配置为具有包裹电极接头的结构，并且电极引线被联接到电极接头的上表面和下表面，由此可以防止电极接头的焊接部分的粗糙表面与电池壳体接触。
另外，传统上，存在在使用焊接的联接过程中切割相对薄的电极接头的问题。然而，根据本发明的电极组件包括具有围绕电极接头的相对表面的结构的电极引线，并且电极接头由电极引线保护，由此可以解决电极接头被切割的问题。
另外，电极接头通过铆接联接到电极引线。与使用焊接的联接相比，焊接强度增加了，并且防止了由于过焊而导致电极接头损坏或者由于焊接不足导致粘合强度降低的问题，从而提高了焊接可靠性。
在电极接头联接到包裹电极接头的上表面和下表面的电极引线的电极组件中，如上所述，电极可以是正极和负极中的任一个或两个。考虑到电池安全性的提高，优选的是正极和负极都具有上述结构。
电池壳体可以是袋状电池壳体，该袋状电池壳体包括被配置为容纳电极组件的凹入部分设置在上壳体或下壳体中的至少一个中的结构。
电池壳体被制造为具有电极组件容纳部分，该电极组件容纳部分具有与容纳在电极组件容纳部分中的电极组件的尺寸和厚度相对应的形状。用于高容量电池的电极组件可以具有增加的厚度。在这种情况下，也可以增加在电池壳体中形成的电极组件容纳部分的深度。然而，由于电池壳体的层压板的耐久性和可成形性，电极组件容纳部分的深度能够增加的程度受到限制。因此，考虑到电池壳体中所容纳的电极组件的容量或厚度以及层压板的厚度来制造电池壳体。
在根据本发明的电极组件中，电极接头可以联接到电极引线，并且电极引线主体的第三表面可以通过电池壳体的密封部分抽出到电池壳体外部。因此，电极接头联接部分的位置可以依据被配置为容纳电极组件的凹入部分的形成位置而改变。
也就是说，被配置为容纳电极组件的凹入部分可以设置在上壳体或下壳体中，或者被配置为容纳电极组件的凹入部分可以设置在上壳体和下壳体中的每一个中。电极接头联接部分可以沿电极组件的层叠方向设置在电极组件的中间部分，或者可以沿电极组件的层叠方向设置在电极组件的一侧。
例如，在凹入部分设置在上壳体中的情况下，电极接头在电极组件的下侧彼此联接，并且电极接头联接到电极引线。在凹入部分设置在下壳体中的情况下，电极接头在电极组件的上侧处彼此联接，并且电极接头联接到电极引线。
而且，在上壳体和下壳体中的每一个中形成有凹入部分的情况下，电极接头联接部分沿电极组件的层叠方向设置在电极组件的中间部分。
在具体示例中，可以添加塑料构件以围绕电极引线主体的第二表面和第三表面的外边缘。由于添加了塑料构件，因此可以包裹在电极接头之间进行联接的超声波焊接时在电极接头表面上形成的毛刺或在电极引线主体的外边缘处形成的毛刺，从而可以防止损坏电池壳体。
塑料构件的厚度可以等于电极引线主体的厚度，或者可以小于电极引线主体的厚度。在塑料构件的厚度大于电极引线主体的厚度的情况下，电极接头和电极引线之间的联接可能受到不利影响，这是不希望的。
第一弯曲部分位于电极引线主体的第一表面和第二表面之间，并且电极引线在第一弯曲部分处弯曲180度，使得第一表面和第二表面在电极接头位于第一表面和第二表面之间的状态下彼此面对。因此，可以在第一弯曲部分中形成凹口，使得电极引线容易弯曲以包裹电极接头。具体地，在沿执行弯曲的方向在内部形成凹口的情况下，在作为弯曲的结果第一表面和第二表面彼此面对的同时，可以防止第一弯曲部分的厚度增加，从而能够容易地弯曲。
第二弯曲部分弯曲使得第二表面和第三表面彼此垂直连接。如下所述，保持第二弯曲部分的弯曲状态，使得即使当电极接头弯曲时，第二表面和第三表面也定位为彼此垂直，因此电极引线主体的第三表面变形，从而被抽出到电池壳体外部。
在具体示例中，可以进一步向第三表面添加绝缘膜。绝缘膜附接到电极引线的延伸通过电池壳体的密封部分的部分，以防止电池壳体的密封力降低。
同时，为了通过减小联接到电极引线的电极组件的整体尺寸来最小化电池壳体中死区的形成，电极组件可以被容纳在被配置为容纳电极组件的凹入部分中，然后联接到电极引线的电极接头可以被弯曲，以便与电极组件的层叠方向平行。
根据本发明的另一方面，提供了一种二次电池，该二次电池被配置为具有电极组件被容纳在袋状电池壳体中并且电极引线主体的第三表面通过电池壳体的密封部分被抽出到电池壳体外部的结构。
根据本发明的另一方面，提供了一种制造电极组件的方法，该方法包括以下步骤：
(a)制备电极组件，该电极组件被配置为具有在隔膜插置于正极与负极之间的状态下层叠所述正极和所述负极的结构；
(b)将所述电极组件的电极接头彼此初步联接；
(c)将电极引线定位为围绕所述电极接头；以及
(d)通过铆接将所述电极接头联接到所述电极引线。
也就是说，在根据本发明的制造电极组件的方法中，首先，将具有相同极性的电极的电极接头彼此初步联接，然后将被配置成包裹所联接的电极接头的外表面的电极引线通过铆接联接到电极接头。因此，不仅可以增加电极接头和电极引线之间的联接力，而且可以防止在使用焊接方法联接时损坏电极接头或防止电池壳体由于焊接表面被损坏。
在步骤(b)中，电极接头可以通过焊接(特别是超声波焊接)彼此联接。该方法还可以包括在步骤(d)之后弯曲电极接头以便平行于电极组件的层叠方向。
根据本发明的另一方面，提供了一种包括电池单元的电池组和包括该电池组的装置。电池组和装置在本发明所属领域中是公知的，因此将省略其详细描述。
例如，所述装置可以是膝上型计算机、上网本计算机、平板PC、移动电话、MP3播放器、可穿戴电子装置、电动工具、电动车辆(EV)、混合动力车辆(HEV)、插电式混合动力车辆(PHEV)、电动自行车(E-bike)、电动踏板车(E-scooter)、电动高尔夫球车或蓄能***。然而，本发明不限于此。
附图说明
图1是示出包括层叠型电极组件的典型袋状锂二次电池的一般结构的立体图。
图2是示出根据本发明实施方式的电极引线的立体图。
图3是图2的局部放大图。
图4是示出根据本发明另一实施方式的电极引线的立体图。
图5是示出图4的电极引线联接到电极组件的状态的侧视图。
图6是示出将图5的电极组件容纳在电池壳体中的状态的侧截面图。
具体实施方式
现在，将参照附图详细描述本发明的优选实施方式，使得本发明的优选实施方式能够由本发明所属领域的普通技术人员容易地实现。然而，在详细描述本发明优选实施方式的操作原理时，当本文包含的已知功能和配置的详细描述可能模糊本发明的主题时，将省略对本文包含的已知功能和配置的详细描述。
在可能的情况下，在整个附图中将使用相同的附图标记来指代执行类似功能或操作的部件。同时，在本发明的以下描述中一个部件被称为“连接”到另一部件的情况下，不仅一个部件可以直接连接至另一部件，而且一个部件可以是经由又一部件间接连接至另一部件。另外，“包括”某个元件并不意味着排除其他元件，而是表示可以进一步包括这些元件,除非另有说明。
现在将参照本发明的优选实施方式详细进行说明，其示例在附图中示出。
图2是示出根据本发明实施方式的电极引线的立体图，并且图3是图2的局部放大图。
参照图2和图3，由附图标记100表示的电极引线包括电极引线主体110，该电极引线主体110包括第一表面101、第一弯曲部分104、第二表面102、第二弯曲部分105和第三表面103。第一表面101基于第一弯曲部分104位于电极引线主体110的一端，第二表面102位于电极引线主体110的中间部分，并且第一弯曲部分104位于第一表面101和第二表面102之间。第三表面103位于电极引线主体110的另一端，第二弯曲部分105位于第三表面103和第二表面102之间，并且第二弯曲部分105弯曲，使得第二表面102和第三表面103彼此垂直连接。
绝缘膜130被示为添加到第三表面103；然而，不具有绝缘膜130的电极引线100也包括在本发明中。
作为图2的放大图的图3示出了电极引线完全弯曲前的电极引线的状态(左侧电极引线放大图)和电极引线完全弯曲后的电极引线的状态(右侧电极引线放大图)。沿执行弯曲的向内方向在第一弯曲部分104中形成有凹口106。可以容易地执行弯曲处理，使得第一表面101和第二表面102位于电极接头的上表面和下表面。
图4是示出根据本发明另一实施方式的电极引线的立体图。
参照图4，由附图标记200表示的电极引线包括电极引线主体210和设置为围绕电极引线主体210的一部分的外边缘的塑料构件220。
电极引线200具有与图2中的电极引线100的结构相对应的结构。电极引线主体210包括第一表面201、第二表面202和第三表面203。绝缘膜230附接到第三表面203，并且添加塑料构件220以围绕第三表面203的一部分的外边缘、第一表面201的外边缘和第二表面202的外边缘。
塑料构件220被配置为具有包裹在第一表面201到第三表面203的外边缘处可能形成的毛刺的结构，并且能够防止电池壳体被电极引线损坏。
图5是示意性地示出图4的电极引线联接到电极组件的状态的侧视图，并且图6是示意性地示出图5的电极组件容纳在电池壳体中的状态的侧截面图。
参照图5和图6，由附图标记330表示的电极组件是层叠型电极组件，在层叠型电极组件中，正极331和负极332在隔膜(未示出)分别插置于该正极331和负极332之间的状态下层叠。从负极332的一侧端突出的负极接头333在其突出端处彼此联接，以形成一束电极接头。如图6所示，电极引线弯曲180度，使得第一表面301和第二表面302在一束电极接头333位于他们之间的状态下彼此面对。电极引线主体的第一表面301位于一束电极接头333的上表面，电极引线主体的第二表面302位于一束电极接头333的下表面。
电极引线主体的厚度h1示出为大于塑料构件的厚度h2。然而，另选地，电极引线主体的厚度可以等于塑料构件的厚度。
在铆接冲头351(clinching punch)定位为面对电极引线主体的第一表面301并且模具352定位为面对电极接头和电极引线主体的第二表面302的状态下，向下推动铆接冲头351以完成电极接头和电极引线之间的联接。
电极组件330被配置为使得电极接头联接部分沿电极组件330的层叠方向设置在电极组件330的中间部分。电极组件330容纳在图6的电池壳体(即，具有被配置为容纳电极组件的凹入部分设置在上壳体341和下壳体342二者中的结构的电池壳体)中。
当然，考虑到电极组件330的厚度和设置在电池壳体中的凹入部分的位置，电极接头333可以在电极组件330的层叠方向上形成在电极组件330的上部或下部。
电极接头333在电极接头333的与电极引线联接的部分被弯曲以与电极组件330的层叠方向平行的状态下被容纳在电池壳体中。在电极接头333在该电极接头333不弯曲的状态下被容纳在电池壳体中的情况下，电池壳体中的死区(dead space)的尺寸增大，这是不希望的。
本发明所属领域的普通技术人员将理解，在不脱离本发明的范围的情况下，基于以上描述，各种应用和变型都是可行的。
(附图标记的描述)
10：袋状二次电池
20：电池壳体
30：电极组装
40、50：电极接头
60、70：电极引线
80：绝缘膜
100、200：电极引线
101、201、301：第一表面
102、202、302：第二表面
103、203、303：第三表面
104：第一弯曲部分
105：第二弯曲部分
106：凹口
110、210：电极引线主体
130、230：绝缘膜
220、320：塑料构件
330：电极组件
331：正极
332：负极
333：负极接头
341：上壳体
342：下壳体
351：铆接冲头
352：模具
h1：电极引线主体的厚度
h2：塑料构件的厚度
工业实用性
从以上描述显而易见的是，根据本发明的电极组件被配置为具有这样一种结构，在该结构中，多个电极接头层叠并且被配置为具有包裹电极接头外表面的结构的电极引线通过铆接联接到电极接头。由于电极引线被配置为具有包裹电极接头的上表面和下表面两者的结构，因此可以防止电极接头在联接过程中被损坏。
另外，由于电极引线被配置为具有覆盖电极接头的外表面的结构，如上所述，可以防止电池外壳的内表面在联接电极接头的过程中被形成在电极接头的外表面上的毛刺损坏。

Claims (11)

1.一种电极组件，该电极组件被配置为具有层叠了多个电极的结构，电极接头从每个电极突出，在所述电极组件中：
所述电极通过将所述电极接头相互焊接而彼此联接，
所述电极接头与被配置为具有包裹所述电极接头的结构的电极引线联接，
其中，电极接头联接部分沿所述电极组件的层叠方向设置在所述电极组件的中间部分，
所述电极引线包括电极引线主体，所述电极引线主体包括第一表面、第二表面和第三表面，所述第一表面被配置为与所述电极接头的上表面联接，所述第二表面在与所述第一表面连接的状态下在第一弯曲部分处弯曲以与所述电极接头的下表面联接，所述第三表面在与所述第二表面连接的状态下在第二弯曲部分处弯曲以便被抽出到电池壳体外部，所述第二弯曲部分被弯曲使得所述第二表面和所述第三表面彼此垂直地连接，并且
所述电极接头通过铆接与所述电极引线联接，
其中，所述电池壳体是袋状电池壳体，该袋状电池壳体包括被配置为容纳所述电极组件的凹入部分设置在上壳体和下壳体中的结构，并且
其中，在所述凹入部分设置在所述上壳体中的情况下，所述电极接头在所述电极组件的下侧彼此联接，并且在所述凹入部分设置在所述下壳体中的情况下，所述电极接头在所述电极组件的上侧彼此联接，
其中，所述电极组件进一步包括塑料构件，该塑料构件被添加以围绕所述电极引线主体的所述第二表面和所述第三表面的外边缘，并且该塑料构件被配置为具有包裹在所述第一表面到所述第三表面的外边缘处会形成的毛刺的结构，并且
其中，所述电极引线主体的厚度大于或等于所述塑料构件的厚度。
2.根据权利要求1所述的电极组件，其中，每个电极是正极和/或负极。
3.根据权利要求1所述的电极组件，其中，在所述第一弯曲部分中形成有凹口。
4.根据权利要求1所述的电极组件，所述电极组件进一步包括绝缘膜，该绝缘膜被添加到所述第三表面。
5.根据权利要求1所述的电极组件，其中，与所述电极引线联接的所述电极接头被弯曲成与所述电极组件的层叠方向平行。
6.一种二次电池，该二次电池被配置为具有根据权利要求1至5中的任一项所述的电极组件被容纳在袋状电池壳体中并且电极引线主体的第三表面穿过所述电池壳体的密封部分被抽出到所述电池壳体外部的结构。
7.一种制造根据权利要求1至5中的任一项所述的电极组件的方法，该方法包括以下步骤：
（a） 制备电极组件，该电极组件被配置为具有在隔膜***置于正极与负极之间的状态下层叠所述正极和所述负极的结构；
（b）将所述电极组件的电极接头彼此初步联接；
（c）将电极引线定位为围绕所述电极接头；以及
（d）通过铆接将所述电极接头与所述电极引线联接。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，在步骤（b），所述电极接头通过焊接彼此联接。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，在步骤（b），所述电极接头通过超声波焊接彼此联接。
10.根据权利要求7所述的方法，该方法进一步包括以下步骤：在步骤（d）之后使所述电极接头弯曲以便与所述电极组件的层叠方向平行。
11.根据权利要求7所述的方法，其中，所述电极引线包括电极引线主体，所述电极引线主体包括第一表面、第二表面和第三表面，所述第一表面被配置为与所述电极接头的上表面联接，所述第二表面在与所述第一表面连接的状态下在第一弯曲部分处弯曲以与所述电极接头的下表面联接，所述第三表面在与所述第二表面连接的状态下在第二弯曲部分处弯曲以便被抽出到电池壳体外部。
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