CN111095594A - 袋状壳体与包括袋状壳体的二次电池 - Google Patents

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Abstract

提供一种二次电池，该二次电池包括：电极组件；电极引线，其连接至所述电极组件；袋状壳体，其接纳所述电极组件并在将所述电极引线引出外部的状态下密封所述电极组件；和密封剂层，其位于所述袋状壳体的边缘和所述袋状壳体与所述电极引线之间的部分中的至少一者处，其中所述密封剂层包括聚合物‑基质复合物。

Description

袋状壳体与包括袋状壳体的二次电池
技术领域
相关申请的交叉引用
本申请要求于2017年10月25日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请10-2017-0139439号的优先权和权益，其全部内容通过引用合并于此。
本发明涉及一种袋状壳体和包括该袋状壳体的二次电池。更具体地，本发明涉及具有高拉伸强度的袋状壳体和袋型二次电池。
背景技术
随着技术的发展和对移动装置的需求的增加，对二次电池作为能源的需求已经迅速增加。因此，已经对能够满足各种需求的二次电池进行了各种研究。
二次电池作为用于诸如电动自行车、电动汽车和混合动力汽车之类的动力驱动装置的能源以及用于诸如蜂窝电话、数码相机和便携式计算机之类的移动装置的能源引起了广泛的关注。
安装有电池单元的小型电池组用于诸如蜂窝电话和数码相机之类的小型装置。另一方面，安装有包括彼此并联和/或串联连接的两个或更多个电池单元的中型或大型电池组用于诸如便携式计算机和电动汽车之类的中型或大型装置。
就二次电池的形状而言，对具有相对较小的厚度并因此适用于诸如蜂窝电话之类的物品的棱柱形二次电池和袋型二次电池的需求很高。在棱柱形锂二次电池的情况下，有利于保护电极组件免受外部冲击并有助于液体注入过程。然而，因为棱柱形锂二次电池的形状是固定的，所以难以减小其体积。另一方面，在袋型锂二次电池的情况下，其优点在于，因为形状和尺寸没有限制，所以适合于薄型电池的生产，并且容易热熔组装，并且因为当发生异常行为时有助于排出气体或液体所以具有很高的安全性。然而，因为袋型二次电池使用薄的软层压片作为壳，所以与棱柱形二次电池相比，由于弱的物理和机械强度以及低的密封可靠性，其对于外部冲击等的稳定性会较低。
发明内容
技术问题
本发明致力于提供一种具有高拉伸强度以改善袋型二次电池的稳定性的袋状壳体以及包括该袋状壳体的二次电池。
然而，本发明的示例性实施方式要解决的问题不限于上述问题，而是可以在本发明的技术精神内进行各种扩展。
技术方案
本发明的示例性实施方式提供了一种袋状壳体，其包括：上壳体和下壳体，其中，所述上壳体的边缘和所述下壳体的边缘中的一者包括顺序层叠的基底层、金属层和密封剂层，并且所述密封剂层包括聚合物-基质复合物。
所述密封剂层的热塑性树脂层中可以分散有多个纤维型或网型的基质。
所述基质可以包括玻璃纤维、碳纤维和芳纶纤维中的至少一种。
所述碳纤维可以包括石墨纳米片。
所述热塑性树脂层可以包括聚丙烯树脂、聚酯树脂或环氧树脂。
本发明的另一示例性实施方式提供一种二次电池，其包括：电极组件；电极引线，其连接至所述电极组件；袋状壳体，其接纳所述电极组件并在将所述电极引线引出外部的状态下密封所述电极组件；和密封剂层，其位于所述袋状壳体的边缘和所述袋状壳体与所述电极引线之间的部分中的至少一者处，其中所述密封剂层包括聚合物-基质复合物。
所述密封剂层的热塑性树脂层中可以分散有多个纤维型或网型的基质。
所述基质可以包括玻璃纤维、碳纤维和芳纶纤维中的至少一种。
所述碳纤维可以包括石墨纳米片。
所述热塑性树脂层可以包括聚丙烯树脂、聚酯树脂或环氧树脂。
位于所述袋状壳体的所述边缘的所述密封剂层可以包括第一密封剂层和第二密封剂层，所述第一密封剂层和所述第二密封剂层位于构成所述袋状壳体的上壳体和下壳体之间，并且位于所述袋状壳体和所述电极引线之间的所述部分处的所述密封剂层包括第三密封剂层和第四密封剂层，所述第三密封剂层和所述第四密封剂层分别形成在所述电极引线的两个表面上。
所述第一密封剂层、所述第二密封剂层、所述第三密封剂层和所述第四密封剂层可以位于所述袋状壳体和所述电极引线之间，并且所述第一密封剂层可以位于所述上壳体与所述第三密封剂层之间，所述第二密封剂层可以位于所述下壳体与所述第四密封剂层之间，所述第三密封剂层可以位于所述第一密封剂层与所述电极引线之间，并且所述第四密封剂层可以位于所述电极引线和所述第二密封剂层之间。
所述袋状壳体可以包括所述上壳体和所述下壳体，所述上壳体可以包括从所述上壳体的外部朝向其内部依次定位的第一基底层、第一金属层以及第一密封剂层，并且所述下壳体可以包括从所述下壳体的外部朝向其内部依次定位的第二基底层、第二金属层和第二密封剂层。
所述第一基底层和所述第二基底层均可以包括尼龙或聚对苯二甲酸乙二酯。
所述二次电池还可以包括：分别位于所述第一基底层和所述第一金属层之间、所述第一金属层和第所述一密封剂层之间、所述第二基底层和所述第二金属层之间以及所述第二金属层和所述第二密封剂层之间的粘合层。
所述第一密封剂层和所述第二密封剂层可以在所述袋状壳体的所述边缘处彼此接触。
所述袋状壳体可以包括上壳体和下壳体，并且所述密封剂层可以分别位于所述上壳体和所述电极引线之间以及所述下壳体和所述电极引线之间。
有益效果
根据本发明的示例性实施方式，聚合物-基质复合物用作袋状壳体的密封材料和电极引线的密封材料中的至少一者，从而能够提供无需额外的增强层即可提高拉伸强度的二次电池。
附图说明
图1是示出根据本发明的示例性实施方式的袋状壳体和包括该袋状壳体的二次电池的放大立体图。
图2是示出包括图1的袋状壳体的袋型二次电池的视图。
图3是图2中所示的区域A的放大剖视图。
图4是图2中所示的区域B的剖视图。
图5是图4中所示的区域S的具体剖视图。
图6是示出图5中描述的二次电池的变型例的剖视图。
图7是示出在将聚丙烯热塑性树脂层与玻璃纤维混合以用作根据本发明的示例性实施方式的聚合物-基质复合物的情况下，取决于玻璃纤维的体积分数的拉伸强度的图表。
图8是示出在将聚丙烯热塑性树脂层与石墨纳米片混合以用作根据本发明的示例性实施方式的聚合物-基质复合物的情况下，取决于石墨纳米片的重量比的拉伸强度的图表。
具体实施方式
在下文中，将参照附图详细描述本发明的示例性实施方式，以使本领域技术人员可以容易地实践本发明。然而，可以以各种不同的形式来实施本发明，并且本发明不限于本文中描述的示例性实施方式。
该描述本质上应被认为是说明性的，而不是限制于详细描述本发明。在整个说明书中，相同的附图标记表示相同或相似的元件。
另外，为了便于说明，附图中所示的每个部件的尺寸和厚度被随机地表示，但是本发明不限于部件的所示尺寸和厚度。在下面的附图中，厚度被放大以便清楚地表示若干层和区域。另外，在附图中，为了清楚起见，放大了一些层和区域的厚度。
将理解的是，当诸如层、膜、区域、板之类的元件被称为在另一元件上或上方时，该元件可以直接在另一元件上，或者它们之间可以存在中间元件。相反，当元件被称为直接在另一个元件上时，则不存在中间元件。此外，词语“在……上”或“在……上方”是指位于对象部分之上或之下，并且不一定表示基于重力方向位于对象部分的上侧。
另外，在整个本说明书中，除非有相反的明确描述，否则词语“包括”任何部件将被理解为暗示包括其它元件而不是排除任何其它元件。
此外，在整个说明书中，词语“在平面上”是指从顶部观察目标的情况，而词语“在剖面上”是指从侧面观察沿竖直方向剖取的目标的剖面的情况。
图1是示出根据本发明的示例性实施方式的袋状壳体和包括该袋状壳体的二次电池的放大立体图。图2是示出包括图1的袋状壳体的袋型二次电池的视图。
参照图1和图2，根据本发明的示例性实施方式的二次电池包括袋状壳体100和电极组件200。袋状壳体100包括上壳体110和下壳体120。图1中示出了上壳体110和下壳体120彼此连接以一体形成的情况，但是上壳体110和下壳体120可以彼此分离。袋状壳体100的形状不限于图1中所示的形状，并且可以具有能够接纳和密封电极组件200的任何形状。图1的上壳体110和下壳体120均包括具有凹形形状的接纳部。接纳部可以接纳电极组件200和电解质。
电极组件200可以构造成具有阴极板、阳极板以及插设在阴极板和阳极板之间的隔膜。在这种情况下，电极组件200可以具有其中一个阴极板和一个阳极板在其间插设隔膜的情况下缠绕的结构，或者具有其中多个阴极板和多个阳极板在其间插设隔膜的情况下层叠的结构。阴极板和阳极板中的每一者均可以具有涂覆有活性材料浆料的电极集流体。通常，可以通过将溶剂添加至活性材料、导电材料、粘合剂、增塑剂等并搅拌其混合物来获得浆料。
在电极组件200中，电极板可具有未涂覆有浆料的未涂覆部分。每个未涂覆部分均可以具有与每个电极板相对应的电极接头。详细地，如图1中所示，阴极接头310可以附接至电极组件200的阴极板，并且阳极接头410可以附接至电极组件200的阳极板。阴极接头310和阳极接头410分别电连接至阴极引线320和阳极引线420以分别形成电极端子300和400。在这种情况下，如图2中所示，阴极引线320和阳极引线420可引出到袋状壳体100的外部。
图2的袋型二次电池是这样的袋型二次电池的实施例，在该实施例中，图1中所示的上壳体110和下壳体120彼此粘合并密封。
图3是图2中所示的区域A的放大剖视图。
参照图3，构成根据本发明的示例性实施方式的袋状壳体的上壳体110和下壳体120中的每一者均包括密封部，该密封部形成在袋状壳体100的围绕接纳图1的电极组件200的接纳部的边缘处。密封部沿着袋状壳体100的所述边缘形成，并且密封部可以是上壳体110和下壳体120彼此结合的结合区域的全部或部分。上壳体110和下壳体120可以热熔合以密封袋状壳体100。
将描述位于结合区域中的袋状壳体100的剖面结构。均包括基底层、金属层和密封剂层的上壳体110和下壳体120彼此接触。包括在上壳体110中的基底层、金属层和密封剂层的层叠方向与包括在下壳体120中的基底层、金属层和密封剂层的层叠方向相反。具体地，如图3中所示，上壳体110包括从上壳体110的外部朝向其内部顺序地定位的第一基底层112、第一金属层114和第一密封剂层116。下壳体120包括从下壳体120的外部朝向其内部顺序地定位的第二基底层122、第二金属层124和第二密封剂层126。在这种情况下，第一密封剂层116和第二密封剂层126可以彼此接触。
粘合层113、115、123和125可以分别位于第一基底层112和第一金属层114之间、第一金属层114和第一密封剂层116之间、第二基底层122和第二金属层124之间以及第二金属层124和第二密封剂层126之间。
第一基底层112和第二基底层122可以由诸如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PFT)树脂、尼龙树脂之类的绝缘材料形成，以确保二次电池与外部绝缘并确保二次电池的可模制性。
第一金属层114和第二金属层124可以包括选自由铜、铝、镍、铁，碳、铬、锰及其合金组成的组中的任何一者。
根据示例性实施方式的第一密封剂层116和第二密封剂层126可以由聚合物-基质复合物形成。详细地，包括在第一密封剂层116和第二密封剂层126中的聚合物-基复合物可以具有其中多个纤维型或网型基质分别分散在热塑性树脂106和206中的结构。作为实施例，图3中示出了其中多个纤维型基质105和205分别分散在热塑性树脂106和206中的结构。根据示例性实施方式的纤维型基质105和205可以包括玻璃纤维、碳纤维和芳纶纤维中的至少一种。在此，碳纤维可以包括石墨纳米片，并且热塑性树脂106和206可以包括聚丙烯树脂、聚酯树脂或环氧树脂。
图4是图2中所示的区域B的剖视图。
参照图4，电极组件200包括阴极板211、阳极板213、隔膜212和电极接头410。在图4中，其中隔膜212插设在阴极板211和阳极板213之间的电极组件200被示为层叠型电极组件，但是电极组件200可以是卷芯(jelly-roll)型电极组件。
阴极板211可以具有涂覆有阴极活性材料的铝电极集流体，并且阳极板213可以具有涂覆有阳极活性材料的铜电极集流体。电极接头410可以与电极板211和213一体地形成，并且对应于电极板211和213中的未涂覆有电极活性材料的未涂覆部分。
电极引线420连接至电极接头410，并且可以引出到上壳体110和下壳体120的外部。电极引线420可以由铝或铜材料形成。第三密封剂层133和第四密封剂层134分别位于两个表面上。第三密封剂层133位于上壳体110的远端表面与电极引线420之间，并且第四密封剂层134位于下壳体120的远端表面与电极引线420之间。下文中将参照图5详细描述根据本发明的示例性实施方式的袋型二次电池的外部材料。
图5是图4中所示的区域S的具体剖视图。
参照图5，上壳体110和下壳体120基于电极引线420定位。电极引线420和上壳体110可以通过热熔合而彼此结合，并且电极引线420和下壳体120可以通过热熔合彼此结合。因为上壳体110和下壳体120的部件与图3中描述的那些部件相同，所以将省略其详细描述。第三密封剂层133位于上壳体110的第一密封剂层116与电极引线420之间。第四密封剂层134位于下壳体120的第二密封剂层126与电极引线420之间。
根据示例性实施方式的第三密封剂层133和第四密封剂层134可以由聚合物-基质复合物形成，类似于第一密封剂层116和第二密封剂层126。关于聚合物-基质复合物的详细描述与参照图1对第一密封层116和第二密封层126的描述相同，这些描述将应用于第三密封剂层133和第四密封剂层134。
在图5的示例性实施方式中，描述了第一密封剂层116、第二密封剂层126、第三密封剂层133和第四密封剂层134全部由聚合物-基质复合形成的情况。然而，作为图5中描述的示例性实施方式的变型例，第一、第二、第三和第四密封剂层中的至少一者可以由聚丙烯树脂、聚酯树脂或环氧树脂形成。
图6是示出图5中描述的二次电池的变型例的剖视图。
图6中描述的示例性实施方式与图5中描述的示例性实施方式大部分相同。因此，将仅描述不同的部件，并且图5的示例性实施方式中描述的内容可以应用于其它部件。
参照图6，图5中所示的包括在上壳体110中的第一密封剂层116和位于电极引线420的一个端表面上的第三密封剂层133结合而形成图6的示例性实施方式中的一个密封剂层137。图5中所示的包括在下壳体120中的第二密封剂层126和位于电极引线420的一个端表面上的第四密封剂层134结合而形成图6的示例性实施方式中的一个密封剂层138。
如上所述的根据本发明的示例性实施方式的袋状壳体和包括该袋状壳体的二次电池可以通过使用聚合物-基质复合物代替现有的聚丙烯作为袋状壳体或电极引线的外部材料来提高袋状壳体或电极引线本身的拉伸强度。因此，可以改善袋状壳体和电极引线在热熔合过程之后的拉伸强度。
图7是示出在将聚丙烯热塑性树脂层与玻璃纤维混合以用作根据本发明的示例性实施方式的聚合物-基质复合物的情况下，取决于玻璃纤维的体积分数的拉伸强度的图表。
参照图7，可以证实，通过在室温下使用聚丙烯和玻璃纤维的聚合物-基质复合物，当玻璃纤维的体积分率变更为0％、20％或30％时，拉伸强度提高。
图8是示出在将聚丙烯热塑性树脂层与石墨纳米片混合以用作根据本发明的示例性实施方式的聚合物-基质复合物的情况下，取决于石墨纳米片的重量比的拉伸强度的图表。
参照图8，可以证实，通过使用马来酸酐接枝聚丙烯和石墨纳米片的聚合物-基质复合物，随着石墨纳米片的重量比的增加，拉伸强度增加，直至15wt％，而在20wt％时拉伸强度略有下降。
尽管已经结合当前被认为是实用的示例性实施方式描述了本发明，但是应当理解，本发明不限于所公开的实施方式，相反，本发明理应覆盖包括在所附权利要求书的精神和范围之内的各种变型和等同布置。
附图标记
110：袋状壳体
105、205：基质
116：第一密封剂层
126：第二密封剂层
133：第三密封剂层
134：第四密封剂层
200：电极组件
420：电极引线

Claims (18)

1.一种袋状壳体，该袋状壳体包括：
上壳体和下壳体，
其中，所述上壳体的边缘和所述下壳体的边缘中的一者包括顺序层叠的基底层、金属层和密封剂层，并且
所述密封剂层包括聚合物-基质复合物。
2.根据权利要求1所述的袋状壳体，其中：
所述密封剂层的热塑性树脂层中分散有多个纤维型或网型的基质。
3.根据权利要求2所述的袋状壳体，其中：
所述基质包括玻璃纤维、碳纤维和芳纶纤维中的至少一种。
4.根据权利要求3所述的袋状壳体，其中：
所述碳纤维包括石墨纳米片。
5.根据权利要求2所述的袋状壳体，其中：
所述热塑性树脂层包括聚丙烯树脂、聚酯树脂或环氧树脂。
6.根据权利要求1所述的袋状壳体，该袋状壳体进一步包括：
分别位于所述基底层和所述金属层之间以及所述金属层和所述密封剂层之间的粘合层。
7.一种二次电池，该二次电池包括：
电极组件；
电极引线，所述电极引线连接至所述电极组件；
袋状壳体，所述袋状壳体接纳所述电极组件并在将所述电极引线引出外部的状态下密封所述电极组件；和
密封剂层，所述密封剂层位于所述袋状壳体的边缘和所述袋状壳体与所述电极引线之间的部分中的至少一者处，
其中，所述密封剂层包括聚合物-基质复合物。
8.根据权利要求7所述的二次电池，其中：
所述密封剂层的热塑性树脂层中分散有多个纤维型或网型的基质。
9.根据权利要求8所述的二次电池，其中：
所述基质包括玻璃纤维、碳纤维和芳纶纤维中的至少一种。
10.根据权利要求9所述的二次电池，其中：
所述碳纤维包括石墨纳米片。
11.根据权利要求8所述的二次电池，其中：
所述热塑性树脂层包括聚丙烯树脂、聚酯树脂或环氧树脂。
12.根据权利要求7所述的二次电池，其中：
位于所述袋状壳体的所述边缘处的所述密封剂层包括第一密封剂层和第二密封剂层，所述第一密封剂层和所述第二密封剂层位于构成所述袋状壳体的上壳体和下壳体之间，并且
位于所述袋状壳体和所述电极引线之间的所述部分处的所述密封剂层包括第三密封剂层和第四密封剂层，所述第三密封剂层和所述第四密封剂层分别形成在所述电极引线的两个表面上。
13.根据权利要求12所述的二次电池，其中：
所述第一密封剂层、所述第二密封剂层、所述第三密封剂层和所述第四密封剂层位于所述袋状壳体和所述电极引线之间，并且
所述第一密封剂层位于所述上壳体与所述第三密封剂层之间，所述第二密封剂层位于所述下壳体与所述第四密封剂层之间，所述第三密封剂层位于所述第一密封剂层与所述电极引线之间，并且所述第四密封剂层位于所述电极引线和所述第二密封剂层之间。
14.根据权利要求12所述的二次电池，其中：
所述袋状壳体包括所述上壳体和所述下壳体，
所述上壳体包括从所述上壳体的外部朝向其内部依次定位的第一基底层、第一金属层以及第一密封剂层，并且
所述下壳体包括从所述下壳体的外部朝向其内部依次定位的第二基底层、第二金属层以及第二密封剂层。
15.根据权利要求14所述的二次电池，其中：
所述第一基底层和所述第二基底层均包括尼龙或聚对苯二甲酸乙二酯。
16.根据权利要求14所述的二次电池，所述二次电池还包括：
分别位于所述第一基底层和所述第一金属层之间、所述第一金属层和所述第一密封剂层之间、所述第二基底层和所述第二金属层之间以及所述第二金属层和所述第二密封剂层之间的粘合层。
17.根据权利要求14所述的二次电池，其中：
所述第一密封剂层和所述第二密封剂层在所述袋状壳体的所述边缘处彼此接触。
18.根据权利要求7所述的二次电池，其中：
所述袋状壳体包括上壳体和下壳体，并且
所述密封剂层分别位于所述上壳体和所述电极引线之间以及所述下壳体和所述电极引线之间。
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