CN116438703A - 具有改善的安全性的软包型电池单体 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种具有改善的安全性的软包型电池单体，更具体地，涉及一种软包型电池单体，包括：电极组件，包括负极、隔膜和正极；电池单体壳体，由上部壳体和下部壳体构成，上部壳体和下部壳体被配置为限定被配置为容纳电极组件的空间部，其中，在电池单体壳体的空间部中设置有破裂诱导部，该破裂诱导部被配置为当电池单体壳体中的压力增加时诱导电池单体壳体的破裂。
Description
技术领域
本申请要求于2021年11月01日提交的韩国专利申请No.2021-0148144的优先权的权益，该专利申请的公开内容通过引用全部并入本文中。
本发明涉及一种具有改善的安全性的软包型电池单体，更具体地，涉及一种具有改善的安全性的软包型电池单体，其被配置为使得在壳体中设置破裂诱导部，以便在膨胀时使用压力诱导壳体的破裂并且容易区分电池单体的前表面和后表面。
背景技术
随着诸如智能手机、膝上型计算机和数码相机的移动设备的技术发展以及对其需求的增加，已经积极地进行对能够充电和放电的二次电池的研究。此外，作为替代引起空气污染的化石燃料的能源的二次电池已经应用于电动车辆(EV)、混合动力电动车辆(HEV)、插电式混合动力电动汽车(P-HEV)和储能***(ESS)。
作为目前广泛使用的二次电池，具有锂离子电池、锂聚合物电池、镍镉电池、镍氢电池和镍锌电池。
通常，这种二次电池被配置为使得电极组件和电解溶液容纳在电池单体壳体中，并且根据电池壳体的种类，可以分为具有安装在圆柱形金属罐中的电极组件的圆柱形电池、具有安装在方形金属罐中的电极组件的方形电池、或具有安装在由铝层叠片制成的电池壳体中的电极组件的软包型电池。
同时，二次电池被反复充电和放电，此时产生热量。根据情况，由于短路、热冲击、绝缘击穿等而发生热失控，这导致诸如火灾爆发或***的重大事故。
其原因在于，在充电和放电的过程中从正极脱离的锂离子能够***到的负极内部的空间不足，由此，锂离子可能作为锂金属沉积在负极的表面上，或者在电池的制造过程中混合的金属杂质被再结晶，然后通过隔膜与正极接触。
特别地，对于软包型电池单体来说，由于与圆柱形电池或方形电池不同，容纳电池单体的壳体薄且软，因此，需要更加注意。然而，由于软包型电池单体被配置为具有在其中仅密封电极组件的结构，因此，没有能够确保安全性的可靠的安全装置。
(现有技术文献)
(专利文献1)韩国专利申请公开No.2003-0097964
发明内容
技术问题
鉴于上述问题而做出本发明，并且本发明的一个目的是提供一种具有改善的安全性的软包型电池单体，其能够在软包型电池单体中发生热失控之前使壳体破裂，从而防止诸如火灾爆发或***的二次事故。
本发明的另一目的是提供一种具有改善的安全性的软包型电池单体，其被配置为使得在制造电池模块或电池组时容易识别电池单体的前表面和后表面，由此，可以提高制造的速度和精度。
技术方案
为了实现上述目的，根据本发明的软包型电池单体包括：电极组件(100)，电极组件(100)包括负极(110)、隔膜(120)和正极(130)；以及电池单体壳体(200)，电池单体壳体(200)由下部壳体(210)和上部壳体(220)构成，所述下部壳体和所述上部壳体被配置为限定配置为容纳电极组件(100)的空间部(S)，其中，在所述电池单体壳体(200)的空间部(S)中设置破裂诱导部(300)，该破裂诱导部被配置为当所述电池单体壳体(200)中的压力增加时诱导所述电池单体壳体(200)的破裂。
另外，在根据本发明的软包型电池单体中，破裂诱导部(300)可以为具有预定体积的立方体形状。
另外，在根据本发明的软包型电池单体中，破裂诱导部(300)可以包括核心部(310)和被配置为包裹核心部(310)的涂层部(320)，所述核心部(310)可以由金属材料制成，所述涂层部(320)可以由非导电树脂制成。
另外，在根据本发明的软包型电池单体中，破裂诱导部(300)可以由非导电树脂制成。
另外，在根据本发明的软包型电池单体中，破裂诱导部(300)可以在电极组件(100)与下部壳体(210)的内表面之间和/或电极组件(100)与上部壳体(220)的内表面之间设置一个或多个。
另外，在根据本发明的软包型电池单体中，当破裂诱导部(300)在电极组件(100)与下部壳体(210)的内表面之间以及电极组件(100)与上部壳体(220)的内表面之间设置多个时，设置在下部壳体(210)的内表面和上部壳体(220)的内表面处的破裂诱导部(300)的布置结构彼此不同。
另外，在根据本发明的软包型电池单体中，下部壳体(210)和/或上部壳体(220)可以设置有破裂诱导部(300)的位置被配置为凸出地突起。
另外，在根据本发明的软包型电池单体中，当电极组件(100)在从最外侧向内的方向上以隔膜(120)、负极(110)、隔膜(120和正极(130)的顺序配置时，破裂诱导部(300)可以位于在电极组件(100)的最外侧处的隔膜(120)与电池单体壳体(200)的内表面之间。
另外，在根据本发明的软包型电池单体中，破裂诱导部(300)可以被固定到位于最外侧的隔膜(120)和/或电池单体壳体(200)的内表面。
另外，在根据本发明的软包型电池单体中，当电极组件(100)在从最外侧向内的方向上以隔膜(120)、负极(110)、隔膜(120和正极(130)的顺序配置时，破裂诱导部(300)可以位于在电极组件(100)的最外侧处的隔膜(120)和与最外侧处的隔膜(120)相邻的负极(110)之间。
另外，在根据本发明的软包型电池单体中，当电极组件(100)在从最外侧向内的方向上以辅助隔膜(120’)、隔膜(120)、负极( 1 1 0)、隔膜(120)和正极(130)的顺序配置时，破裂诱导部(300)可以位于电极组件(100)的辅助隔膜(120’)和与辅助隔膜(120’)相邻的隔膜(120)之间。
另外，本发明提供一种包括所述软包型电池单体的电池组。
有益效果
根据本发明的具有改善的安全性的软包型电池单体的优点在于，在电池单体壳体中设置破裂诱导部，由此，当在壳体中发生膨胀现象时，可以诱导壳体的快速破裂，因此，可以防止火灾爆发或***。
此外，在根据本发明的具有改善的安全性的软包型电池单体中，设置在上部壳体和下部壳体中的破裂诱导部的布置结构彼此不同，由此，可以在电池单体的前表面和后表面之间容易地区分，因此，可以在制造电池模块或电池组时提高制造工艺的速度和精度。
附图说明
图1是根据本发明的第一实施例的软包型电池单体的分解透视图。
图2是图1中所示的软包型电池单体的平面图。
图3是沿图1的线A-A’剖开的软包型电池单体的一部分的剖视图。
图4是示出根据本发明的第一实施例的破裂诱导部的示例的透视图。
图5是根据本发明的第一实施例的破裂诱导部的剖视图。
图6是根据本发明的第二实施例的二次电池的一部分的剖视图。
图7是根据本发明的第三实施例的二次电池的一部分的剖视图。
具体实施方式
在本申请中，应当理解的是，术语“包括”、“具有”、“包含”等指存在所述的特征、数目、步骤、操作、元件、部件或它们的组合，但是不排除存在或加入一个或多个其它特征、数目、步骤、操作、元件、部件或它们的组合。
此外，在整个附图中，将使用相同的附图标记来表示进行相似功能或操作的部件。在本说明书中一个部分被称为与另一部分连接的情况下，该一个部分不仅可以与另一部分直接连接，而且该一个部分还可以通过又一部分与另一部分间接连接。此外，除非另外说明，否则包括特定要素不是指排除其它要素，而是指还可以包括这些要素。
下文中，将参照附图描述根据本发明的具有改善的安全性的软包型电池单体。
图1是根据本发明的第一实施例的软包型电池单体的分解透视图，图2是图1中所示的软包型电池单体的平面图，图3是沿图1的线A-A’截取的软包型电池单体的一部分的剖视图。
根据本发明的具有改善的安全性的软包型电池单体包括：电极组件100；被配置为容纳电极组件100的电池单体壳体200；以及破裂诱导部300。
首先，容纳在电池单体壳体200中的电极组件100可以是：果冻卷型电极组件，其被配置为具有长片型负极110和长片型正极130在它们之间***有隔膜120的状态下被卷绕的结构；包括单元电池的堆叠型电极组件，每个单元电池被配置为具有其中矩形正极和矩形负极在它们之间***有隔膜的状态下堆叠的结构；堆叠折叠型电极组件，其被配置为具有使用长隔膜卷绕单元电池的结构；或层压堆叠型电极组件，其被配置为具有单元电池在它们之间***有隔膜的状态下堆叠然后彼此附接的结构。然而，本发明不限于此。
具体地，负极110通过将负极活性材料与粘合剂的浆料混合物涂布到负极集流体来制造。
此处，作为负极活性材料，例如，可以使用碳，如非石墨化碳或石墨类碳；金属复合氧化物，如LixFe2O3(0≤x≤1)、LixWO2(0≤x≤1)、SnxMe1-xMe’yOz(Me：Mn、Fe、Pb、Ge；Me’：Al、B、P、Si、元素周期表中的1族、2族、3族元素，卤素；0＜x≤1；1≤y≤3；1≤z≤8)；金属锂；锂合金；硅类合金；锡类合金；金属氧化物，如SnO、SnO2、PbO、PbO2、Pb2O3、Pb3O4、Sb2O3、Sb2O4、Sb2O5、GeO、GeO2、Bi2O3、Bi2O4或Bi2O5；导电聚合物，如聚乙炔；Li-Co-Ni类材料；或Si类材料，如Si、SiO、SiO2或它们的混合物。然而，本发明不限于此。
正极130通过将正极活性材料与粘合剂的浆料混合物涂布到正极集流体上来制造。
正极活性材料例如可以由如下物质构成：层化的化合物，如锂钴氧化物(LiCoO2)或锂镍氧化物(LiNiO2)，或被一种或多种过渡金属取代的化合物；由化学式Li1+xMn2-xO4(其中，x＝0至0.33)表示的锂锰氧化物，或锂锰氧化物如LiMnO3、LiMn2O3或LiMnO2；锂铜氧化物(Li2CuO2)；钒氧化物，如LiV3O8、LiFe3O4、V2O5或Cu2V2O7；由化学式LiNi1-xMxO2(其中，M＝Co、Mn、Al、Cu、Fe、Mg、B或Ga，且x＝0.01至0.3)表示的Ni位型锂镍氧化物；由化学式LiMn2-xMxO2(其中，M＝Co、Ni、Fe、Cr、Zn或Ta，且x＝0.01至0.1)或化学式Li2Mn3MO8(其中，M＝Fe、Co、Ni、Cu或Zn)表示的锂锰复合氧化物；化学式中的Li的一部分被碱土金属离子取代的LiMn2O4；二硫化合物；或Fe2(MoO4)3。然而，本发明不限于此。
同时，所述负极集流体和所述正极集流体中的每一个由涂布有包含活性材料的浆料的部分和未涂布浆料的未涂覆部分构成，并且可以切割未涂覆部分以形成电极接线片，或者通过超声焊接将单独的导电构件与未涂覆部分连接以形成电极接线片。
电极引线140通过点焊与电极接线片连接，并且绝缘膜150位于电极引线140周围。
此处，绝缘膜150位于下部壳体210与上部壳体220彼此热熔合的密封部分处，以便将电极引线140固定至电池单体壳体200。
因此，防止由电极组件100产生的电经由电极引线140流到电池单体壳体200，并且保持电池单体壳体200的密封。同时，绝缘膜150优选由导电性差的材料，即非导电材料制成。通常，主要使用容易附接至电极引线140的同时具有相对较小厚度的绝缘胶带；然而，本发明不限于此。
接下来，将描述电池单体壳体200。
电池单体壳体200由下部壳体210和上部壳体220构成，并且具有被配置为容纳电极组件100的软包型空间部S。
电池单体壳体200由包括外涂层、金属层和内涂层的层叠片制成，并且在电池单体壳体中形成被配置为容纳电极组件100的空间部。
所述内涂层设置为与电极组件100直接接触，因此，内涂层必须表现出高绝缘性能和高耐电解溶液性。此外，内涂层必须表现出高密封性，以便将电池单体壳体与外部气密地密封，即，内层之间的热粘合密封部分必须表现出优异的热粘合强度。
所述内涂层可以由选自聚烯烃类树脂(例如聚丙烯、聚乙烯、聚乙烯丙烯酸酯或聚丁烯)、聚氨酯树脂和聚酰亚胺树脂的材料制成，这些材料表现出优异的耐化学性和高密封性；然而，本发明不限于此，并且可以最优选使用聚丙烯，其表现出优异的机械性能(例如拉伸强度、刚度、表面硬度和抗冲击性)以及优异的耐化学性。
所述金属层设置为与所述内涂层邻接，所述金属层对应于被配置为防止水分或各种气体从外部渗透到电池中的阻挡层。可以使用轻量且容易成形的铝薄膜作为金属层的优选材料。
在金属层的另一表面上设置外涂层。所述外涂层可以由耐热聚合物制成，该耐热聚合物表现出优异的拉伸强度、耐水分渗透性和耐空气传输性，使得外涂层保护电极组件的同时表现出高耐热性和耐化学性。作为一例，外涂层可以由尼龙或聚对苯二甲酸乙二醇酯制成；然而，本发明不限于此。
尽管在附图中下部壳体210和上部壳体220示出为彼此完全分离，但是下部壳体210的一个边缘和上部壳体210的一个边缘可以彼此连接，或者下部壳体210和上部壳体220中的一个可以具有其中没有空间部的平板结构。
接下来，将描述容纳在电池单体壳体200的空间部S中的破裂诱导部300。
破裂诱导部300为如下构造：其能够在电池单体壳体200中的压力由于膨胀而增加时诱导电池单体壳体200的进一步膨胀，以便使电池单体壳体200破裂并且在使电池单体壳体破裂导致热失控发生之前阻断与相应引线的连接，从而使诸如火灾爆发或***的二次损坏最小化。
图4是示出根据本发明的第一实施例的破裂诱导部的示例的透视图。参照图1至图4，破裂诱导部300可以为具有预定体积的立方体形状。
例如，所述破裂诱导部可以具有：球形，如圆球；由四个或更多个平坦表面形成的立方体形状，如多边形柱、圆锥、截锥、截棱锥；或由平坦和弯曲表面形成的形状，并且对破裂诱导部的形状没有特别限制，只要破裂诱导部被配置为具有体积即可。
此处，虽然对破裂诱导部的尺寸没有特别限定，但是破裂诱导部优选具有6mm以下的最大内径，因为破裂诱导部必须位于电极组件100与电池单体壳体200的内表面之间。
优选地，破裂诱导部300设置在电极组件100与下部壳体210的内表面之间、电极组件100与上部壳体220的内表面之间、或电极组件100与下部壳体210的内表面之间以及电极组件200与上部壳体220的内表面之间，并且更优选地，在它们之间设置有多个破裂诱导部。
特别地，当破裂诱导部设置在电极组件100与下部壳体210的内表面之间以及电极组件100与上部壳体220的内表面之间并且在它们之间设置有多个破裂诱导部时，更优选地，位于下部壳体210的内表面与电极组件100之间的第一破裂诱导部310的布置结构和位于上部壳体220的内表面与电极组件100之间的第二破裂诱导部320的布置结构彼此不同。
通常，通过堆叠多个电池单体得到电池模块。此时，电池单体必须在预定方向上按顺序地堆叠。然而，对于具有设置在上部壳体和下部壳体的每一个中的空间部的软包型电池单体，由于上部壳体和下部壳体的外部形状彼此相似，因此难以容易地识别软包型电池单体。
然而，当破裂诱导部300设置在上部壳体220的内表面和下部壳体210的内表面处时，下部壳体210和上部壳体220的外表面会由于各个破裂诱导部300的体积而突出从而略微凸起。此外，由于设置在各个壳体的内表面处的破裂诱导部300的布置结构彼此不同，因此，可以用肉眼容易地区分上部壳体220和下部壳体210，由此，可以容易地进行堆叠工艺并且可以提高工艺精度。
尽管在图1和图2中示出了，在下部壳体210的内表面处设置有总共6(2×3)个第一破裂诱导部310，使得在第一破裂诱导部以预定距离彼此间隔开的状态下，在水平方向上布置两个第一破裂诱导部并且在垂直方向上布置三个第一破裂诱导部，并且在上部壳体220的内表面处设置有总共6(3×2)个第二破裂诱导部320，使得在第二破裂诱导部以预定距离彼此间隔开的状态下，在水平方向上布置三个第二破裂诱导部并且在垂直方向上布置两个第二破裂诱导部，但是这仅是一个示例，显然地，可以多样地改变破裂诱导部的数目及其布置结构。
同时，在图3中，在从最外侧向内的方向上以隔膜120、负极110、隔膜120和正极130的顺序配置的电极组件100被容纳时，破裂诱导部300可以位于在电极组件100的最外侧处的隔膜120与电池单体壳体200的内表面之间。
在电极组件100与电池单体壳体200的内表面之间可以提供小的空间以增加能量密度，因此，可以在没有单独的固定装置的情况下保持破裂诱导部300的固定状态。然而，可以使用由已知的非导电材料制成的粘合剂以将破裂诱导部300牢固地固定在期望的位置。当然，显然地，破裂诱导部300可以在形成电池单体壳体200的过程中同时形成。
此处，由于破裂诱导部300设置为与电极组件100直接接触，因此，优选地，破裂诱导部由不与电解溶液发生化学反应的非导电材料制成，如聚丙烯、聚乙烯或聚酰亚胺树脂。
图5是根据本发明的第一实施例的破裂诱导部的剖视图。
第一破裂诱导部310可以由核心部311和配置为包裹所述核心部的涂层部312构成，以便当破裂诱导部300由于电池单体壳体200中的压力而与电池单体壳体200的内表面紧密接触时使其体积的减小最小化。
此处，优选地，核心部311由金属材料(例如，铝)制成，并且涂层部312由非导电材料(例如，聚丙烯、聚乙烯或聚酰亚胺树脂)制成，以防止核心部311与电极组件100之间导电。
当然，显然地，第二破裂诱导部320可以以与第一破裂诱导部310相同的方式由核心部和涂层部构成。
图6是根据本发明的第二实施例的二次电池的一部分的剖视图。
除了破裂诱导部300的位置之外，第二实施例在构造上与参照图1至图5描述的第一实施例相同。因此，下文中将仅描述不同的构造。
在第二实施例中，在从最外侧向内的方向上以隔膜120、负极110、隔膜120和正极130的顺序配置的电极组件100被容纳时，第一破裂诱导部310和第二破裂诱导部320各自可以位于在电极组件100的最外侧处的隔膜120和与最外侧处的隔膜120相邻的负极110之间。
在电极组件的制造过程中，将第一破裂诱导部310和第二破裂诱导部320各自***到电极组件100中。在这种情况下，第一破裂诱导部和第二破裂诱导部可以在没有单独的固定装置的情况下固定至电极组件。
尽管在图6中示出为第一破裂诱导部310和第二破裂诱导部320中的每一个的附近是空的，但是提供这种布置以更详细地描述各个破裂诱导部所位于的位置，并且负极110和隔膜120保持彼此紧密接触。
图7是根据本发明的第三实施例的二次电池的一部分的剖视图。
除了破裂诱导部300的位置之外，第三实施例在构造上与参照图1至图5描述的第一实施例相同。因此，下文中将仅描述不同的构造。
在第三实施例中，在从最外侧向内的方向上以辅助隔膜120’、隔膜120、负极110、隔膜120和正极130的顺序配置的电极组件100被容纳时，第一破裂诱导部310和第二破裂诱导部320中的每一个可以位于电极组件100的辅助隔膜120’和与辅助隔膜120’相邻的隔膜120之间。
辅助隔膜120’被配置为再次包裹位于最外侧的隔膜120，以提高绝缘性。因此，以与第二实施例相同的方式，在电极组件的制造过程中，将第一破裂诱导部310和第二破裂诱导部320中的每一个***到电极组件100中，并且第一破裂诱导部和第二破裂诱导部可以在没有单独的固定装置的情况下固定至电极组件。
另外，虽然在图7中示出为第一破裂诱导部310和第二破裂诱导部320中的每一个的附近是空的，但是提供这种布置以更详细地描述各个破裂诱导部所处的位置，并且隔膜120和辅助隔膜120’彼此紧密接触。
可以堆叠多个软包型电池单体以构成电池模块或电池组，并且它们可以用作各种设备(例如，电动车辆和能量储存***)的电力供应源。
虽然已经详细描述了本发明的具体细节，但是本领域技术人员将理解，详细描述仅公开了本发明的优选实施例，因此，不限制本发明的范围。因此，本领域技术人员将理解，在不脱离本发明的类别和技术构思的情况下，可以进行各种改变和修改，并且显然地，这种改变和修改落入所附权利要求书的范围内。
(附图标记的说明)
100：电极组件
110：负极
120：隔膜
120’：辅助隔膜
130：正极
140：电极引线
150：绝缘膜
200：电池单体壳体
210：下部壳体
220：上部壳体
300：破裂诱导部
310：第一破裂诱导部
311：核心部312：涂层部
320：第二破裂诱导部。
Claims (12)
1.一种软包型电池单体，包括：
电极组件，所述电极组件包括负极、隔膜和正极；以及
电池单体壳体，所述电池单体壳体由下部壳体和上部壳体构成，所述下部壳体和所述上部壳体被配置为限定被配置为容纳所述电极组件的空间部，
其中，在所述电池单体壳体的所述空间部中设置有破裂诱导部，所述破裂诱导部被配置为当所述电池单体壳体中的压力增加时诱导所述电池单体壳体的破裂。
2.根据权利要求1所述的软包型电池单体，其中，所述破裂诱导部为具有预定体积的立方体形状。
3.根据权利要求2所述的软包型电池单体，其中，
所述破裂诱导部包括核心部和被配置为包裹所述核心部的涂层部，
所述核心部由金属材料制成，并且
所述涂层部由非导电树脂制成。
4.根据权利要求2所述的软包型电池单体，其中，所述破裂诱导部由非导电树脂制成。
5.根据权利要求2所述的软包型电池单体，其中，在所述电极组件与所述下部壳体的内表面之间和/或所述电极组件与所述上部壳体的内表面之间设置有一个或多个所述破裂诱导部。
6.根据权利要求5所述的软包型电池单体，其中，当在所述电极组件与所述下部壳体的所述内表面之间以及所述电极组件与所述上部壳体的所述内表面之间设置有多个所述破裂诱导部时，设置在所述下部壳体的所述内表面处的所述破裂诱导部的布置结构与设置在所述上部壳体的所述内表面处的所述破裂诱导部的布置结构彼此不同。
7.根据权利要求6所述的软包型电池单体，其中，所述下部壳体和/或所述上部壳体的设置有所述破裂诱导部的位置被配置为凸出地突起。
8.根据权利要求2所述的软包型电池单体，其中，当所述电极组件在从最外侧向内的方向上按照隔膜、负极、隔膜和正极的顺序配置时，所述破裂诱导部位于在所述电极组件的最外侧处的隔膜与所述电池单体壳体的内表面之间。
9.根据权利要求8所述的软包型电池单体，其中，所述破裂诱导部被固定至位于所述最外侧处的所述隔膜和/或所述电池单体壳体的所述内表面。
10.根据权利要求2所述的软包型电池单体，其中，当所述电极组件在从最外侧向内的方向上按照隔膜、负极、隔膜和正极的顺序配置时，所述破裂诱导部位于在所述电极组件的最外侧处的隔膜和与位于所述最外侧处的所述隔膜相邻的负极之间。
11.根据权利要求2所述的软包型电池单体，其中，当所述电极组件在从最外侧向内的方向上按照辅助隔膜、隔膜、负极、隔膜和正极的顺序配置时，所述破裂诱导部位于所述电极组件的辅助隔膜和与所述辅助隔膜相邻的隔膜之间。
12.一种电池组，包括根据权利要求1至11中任一项所述的软包型电池单体。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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