二次电池和用于制造二次电池的方法与流程

1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求于2021年4月28日提交的韩国专利申请第10-2021-0055218号、于2022年4月15日提交的韩国专利申请第10-2022-0047202号的优先权的权益，上述韩国专利申请通过引用整体并入本文。
3.技术领域
4.本发明涉及二次电池和用于制造二次电池的方法，并且更具体地涉及能够防止正极接片或负极接片的热传递至分隔件的二次电池以及用于制造二次电池的方法。


背景技术：

5.通常，与不可充电的一次电池不同，二次电池是指可充电且可放电的电池。这种二次电池广泛用于高科技电子设备，例如电话、笔记本电脑和摄像装置。
6.二次电池被分类为将电极组件嵌入金属罐中的罐型二次电池和将电极组件嵌入袋中的袋型二次电池。罐型二次电池包括电极组件、电解液、容纳电极组件和电解液的罐以及安装在罐的开口中的盖组件。另外，袋型二次电池包括电极组件、电解液以及容纳电极组件和电解液的袋。
7.罐型二次电池的电极组件具有电极和分隔件交替地堆叠并以果冻卷(jelly-roll)的形式卷绕的结构。另外，电极包括正极和负极，并且正极包括正极接片，而负极包括负极接片。另外，正极接片连接至盖组件，而负极接片连接至罐。
8.然而，在具有上述结构的罐型二次电池中，当外部短路发生时，在正极接片和负极接片中生成高温热，并且当正极接片和负极接片的高温热传递至分隔件时，分隔件收缩，并且因此，正极和负极彼此响应，以引起短路或着火发生的问题。
9.特别地，由于分隔件而不是外围部分紧密地卷绕在靠近正极接片的电极组件的芯体部中，因此分隔件严重收缩，并且因此，存在短路或着火的可能性高的问题。


技术实现要素：

10.技术问题
11.本发明的目的是提供一种二次电池以及用于制造二次电池的方法，该二次电池即使在正极接片和负极接片中生成高温热时也能够防止正极接片或负极接片的热传递至分隔件，以防止分隔件收缩，从而防止发生短路或着火。
12.技术方案
13.本发明的二次电池可以包括：电极组件，在该电极组件中以果冻卷的形式卷绕层压板，层压板具有其中层压设置有正极接片的正极、分隔件和设置有负极接片的负极的结构，并且在该电极组件的中心处形成芯体部；罐，电极组件插入至罐中，并且负极接片连接至罐；盖组件，该盖组件耦接至罐的开口，并且正极接片连接至盖组件；以及增强构件，该增强构件设置在从正极或负极暴露于外部的分隔件的端部上，以防止正极接片或负极接片的
热传递至分隔件。
14.增强构件可以包括第一增强层，该第一增强层仅设置在布置在芯体部中的分隔件的一个表面上。
15.增强构件还可以包括第二增强层，该第二增强层仅设置在相对于正极接片或负极接片布置在设定范围内的分隔件的端部上。
16.增强构件可以由具有电绝缘特性和隔热特性的材料制成。
17.设置在相互对应的分隔件的表面上的第二增强层可以被设置成彼此不接触，从而防止热传递。
18.本发明的用于制造二次电池的方法可以包括：过程(a)，制造电极组件，在该电极组件中以果冻卷的形式卷绕层压板，层压板具有其中层压设置有正极接片的正极、分隔件和设置有负极接片的负极的结构，并且在该电极组件的中心处形成芯体部；过程(b)，将电极组件插入至罐中，并且将设置在电极组件中的负极接片连接至该罐；过程(c)，在从正极或负极暴露于外部的分隔件的端部上施加增强构件，以防止正极接片或负极接片的热传递至分隔件；以及过程(d)，将电极组件的正极接片连接至盖组件，并且将盖组件耦接至罐的开口，以制造二次电池。
19.在过程(c)中，增强构件可以包括第一增强层，该第一增强层仅施加在布置在芯体部中的分隔件的一个表面上。
20.在过程(c)中，增强构件还可以包括第二增强层，该第二增强层仅施加在相对于正极接片或负极接片布置在设定范围内的分隔件的端部上。
21.在过程(c)中，增强构件可以由具有电绝缘特性和隔热特性的材料制成。
22.过程(c)还可以包括施加保护层的过程，该保护层被施加至增强构件的外部以保护该增强构件。
23.保护层可以以包围整个增强构件的形式施加。
24.在过程(c)中，施加在相互对应的分隔件的表面上的第二增强层可以被施加成彼此不接触，从而防止热传递。
25.过程(c)还可以包括在施加第二增强层之前进行的以下过程：将保护膜附接至正极接片以防止第二增强层被施加至正极接片的过程；以及当完成第二增强层的施加时去除附接至正极接片的保护膜的过程。
26.在过程(c)中，当施加第一增强层时，第一增强层可以在罐竖直竖立并且罐沿左右方向旋转的状态下施加在分隔件的一个表面上。
27.设定范围可以是相对于正极接片或负极接片的2mm至10mm的旋转半径。
28.有益效果
29.本发明的二次电池可以包括增强构件，该增强构件用于防止正极接片或负极接片的热传递至分隔件，以防止设置在电极组件的芯体部中的分隔件以及与正极接片或负极接片相邻的分隔件收缩，从而提高安全性。
附图说明
30.图1是根据本发明的第一实施方式的二次电池的透视图。
31.图2是根据本发明的第一实施方式的二次电池的截面图。
32.图3是图2中示出的部分“a”的放大图。
33.图4是示出根据本发明的第一实施方式的电极组件的部分的平面图，在该电极组件中设置有二次电池的正极接片。
34.图5是图2中示出的部分“b”的放大图。
35.图6是示出根据本发明的第一实施方式的电极组件的部分的底视图，在该电极组件中布置有二次电池的负极接片。
36.图7是示出根据本发明的第一实施方式的用于制造二次电池的方法的流程图。
37.图8是根据本发明的第二实施方式的二次电池的截面图。
38.图9是示出根据本发明的第二实施方式的二次电池的保护膜的透视图。
具体实施方式
39.在下文中，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可以容易地实现本发明的技术构思。然而，本发明可以以不同的形式实施，并且不应被解释为限于本文中所阐述的实施方式。在附图中，为了清楚起见，将省略对描述本发明而言不必要的任何内容，并且附图中相同的附图标记也表示相同的元件。
40.[根据本发明的第一实施方式的二次电池]
[0041]
如图1至图6所示，根据本发明的第一实施方式的二次电池100包括电极组件110、容纳电极组件110的罐120以及安装在罐120的开口中的盖组件130。
[0042]
电极组件
[0043]
电极组件110具有以果冻卷的形式卷绕层压板的结构，在层压板中，层压正极111、负极112以及插置在正极111与负极112之间的分隔件113。在此，正极111设置有耦接至盖组件130的正极接片111a，并且负极112设置有耦接至罐120的负极接片112a。
[0044]
在以果冻卷的形式卷绕的电极组件的中心处形成当在图1中观察时竖直穿透的芯体部110a。
[0045]
罐
[0046]
罐120具有圆柱形形状，并且包括容纳电极组件110的容纳部、设置在容纳部的上侧处并且耦接至盖组件的耦接部、以及设置在容纳部与耦接部之间以支撑盖组件的卷边部。在此，电极组件110的负极接片112a耦接至罐的底表面。
[0047]
盖组件
[0048]
盖组件130被配置成密封罐的开口，并且具有从下侧依次布置排气口、电流断路器、ptc和顶盖的结构。在此，电极组件110的正极接片111a耦接至排气口的底表面。
[0049]
在二次电池中，当外部短路发生时，从正极接片和负极接片生成热，并且当正极接片和负极接片的热传递至分隔件时，分隔件收缩，并且因此，存在发生短路和着火的问题。特别地，由于设置在电极组件的芯体中的分隔件被紧密地卷绕，因此存在正极接片和接负极接片由于所生成的热而大大收缩的问题。
[0050]
根据本发明的第一实施方式的二次电池100可以包括增强构件，该增强构件设置在从正极或负极暴露于外部的分隔件113的端部上，并且被配置成防止正极接片111a或负极接片112a的热传递至分隔件113。因此，可以防止分隔件收缩，从而防止短路或着火发生。
[0051]
即，增强构件可以使靠近正极接片111a和负极接片112a的分隔件113以及布置在
电极组件110的芯体部110a中的分隔件113的强度增强，并且防止热传递，从而防止分隔件113收缩，并且还防止短路和着火发生。
[0052]
例如，如图3至图6所示，增强构件包括第一增强层140和第二增强层150。
[0053]
第一增强层140在施加在布置在电极组件110的芯体部110a中的分隔件113的表面上时被设置。即，第一增强层140使分隔件113的强度增强，并且阻止热传递，以防止分隔件收缩。
[0054]
换言之，参照图3和图4，第一增强层140可以以相同的厚度施加至从正极111和负极112暴露的分隔件113的端部(当在图2中观察时，从正极和负极暴露的分隔件的最上端和最下端)，并且因此，可以使暴露于正极和负极外部的整个分隔件的强度增强，以及可以防止正极接片和负极接片的热传递至分隔件，以显著防止分隔件113收缩，从而防止短路和着火发生。
[0055]
第一增强层140可以仅设置在暴露于正极和负极中的每一个的外部的分隔件的端部表面上。因此，可以使电极组件的重量的增加最小化，并且可以使第一增强层的使用最小化。即，分隔件的收缩可能发生在暴露于正极和负极中的每一个的外部的分隔件的端部表面上，并且因此，第一增强层可以仅设置在暴露于正极和负极中的每一个的外部的分隔件的端部表面上，以防止第一增强层被不必要地浪费。
[0056]
增强构件可以包括第二增强层150，该第二增强层150施加在相对于电极组件110的正极接片111a和负极接片112a布置在设定范围内的分隔件113上。
[0057]
特别地，第二增强层150可以仅设置在相对于正极接片或负极接片布置在设定范围内的分隔件的端部上。
[0058]
即，如图4所示，第二增强层150可以设置在相对于正极接片111a布置在设定范围α内的分隔件113的端部处，并且因此，可以防止正极接片的热传递至分隔件，以防止分隔件113收缩。总之，可以防止分隔件在外部短路期间由于正极接片生成的热而收缩。
[0059]
特别地，由于第二增强层150仅设置在相对于正极接片布置在设定范围α内的分隔件的端部上，因此可以防止第二增强层被不必要地浪费，并且因此，可以大大降低制造成本。由于当从正极接片生成热时，收缩最多发生在相对于正极接片布置在设定范围α内的分隔件上，因此没有必要将第二增强层施加至设定范围外的分隔件上。
[0060]
在此，设定范围α可以是相对于正极接片的2mm至10mm的旋转半径。即，正极接片的高温热可以从2mm的旋转半径扩散到10mm的旋转半径，并且因此，有必要在相对于正极接片的2mm至10mm的旋转半径布置的分隔件的端部上设置第二增强层。该设定范围可以根据在正极接片中生成的高温热的扩散范围相对于正极接片偏心地设定。
[0061]
另外，如图5和图6所示，第二增强层150可以设置在相对于负极接片112a布置在设定范围β内的分隔件113的端部上。因此，可以防止负极接片的热传递至分隔件，并且因此，可以防止分隔件113收缩。即，可以防止分隔件在外部短路期间由于负极接片生成的热而收缩。
[0062]
特别地，由于第二增强层150仅设置在相对于负极接片布置在设定范围β内的分隔件的端部上，因此可以防止第二增强层被不必要地浪费，并且因此，可以大大降低制造成本。
[0063]
在此，设定范围β可以是相对于负极接片的2mm至10mm的旋转半径。即，负极接片的
高温热可以从2mm的旋转半径扩散到10mm的旋转半径，并且因此，有必要在相对于负极接片的2mm至10mm的旋转半径布置的分隔件的端部上设置第二增强层。
[0064]
分别施加在对应的分隔件113上的第二增强层150可以被设置成彼此不接触，从而防止热传递。即，可以在分别施加在对应的分隔件113上的第二增强层150之间形成空间。
[0065]
增强构件可以由具有隔热特性和电绝缘特性的材料制成。因此，可以防止正极接片和负极接片的热传递至分隔件。例如，增强构件可以由乙烯丙烯或环氧树脂制成。
[0066]
因此，由于根据本发明的第一实施方式的二次电池100可以包括增强构件，以防止正极接片和负极接片的热传递至分隔件，并且因此，防止分隔件由于正极接片和负极接片的高温热而收缩，从而防止短路和着火发生，并且提高安全性。
[0067]
在下文中，将描述根据本发明的第一实施方式的用于制造二次电池的方法。
[0068]
[根据本发明的第一实施方式的用于制造二次电池的方法]
[0069]
如图7所示，根据本发明的第一实施方式的用于制造二次电池的方法包括：制造电极组件的过程(a)；将电极组件容纳在罐中的过程(b)；施加增强构件的过程(c)；制造二次电池的过程(d)。
[0070]
在过程(a)中，以果冻卷的形式卷绕层压板以制造电极组件110，在层压板中层压设置有正极接片111a的正极111、分隔件113以及设置有负极接片112a的负极112。在此，参照图1，由于电极组件110以果冻卷的形式卷绕，因此在电极组件的中心形成竖直穿透的芯体部110a。
[0071]
在过程(b)中，电极组件110插入至罐120中，然后设置在电极组件110中的负极接片112a耦接至罐的底表面。
[0072]
在过程(c)中，在从正极111或负极112暴露于外部的分隔件113的端部上施加增强构件，以防止正极接片111a或负极接片112a的热传递至分隔件113。
[0073]
即，过程(c)包括施加第一增强层的过程，并且在施加第一增强层的过程中，第一增强层140仅施加至布置在电极组件110的芯体部110a中的分隔件113的一个表面上。因此，正极接片的热被第一增强层阻挡，以防止布置在芯体部中的分隔件收缩。在此，通过将第一保护液施加至分隔件113的表面然后干燥第一保护液来形成第一增强层140。
[0074]
特别地，在过程(c)中，当施加第一增强层140时，第一增强层在罐120竖直竖立然后罐120向左右侧旋转的状态下施加在布置在芯体部110a中的分隔件的一个表面上。因此，可以提高可加工性。
[0075]
过程(c)还包括施加第二增强层的过程。在施加第二增强层的过程中，第二增强层150仅施加在相对于正极接片111a或负极接片112a布置在设定范围内的分隔件的端部上。
[0076]
例如，如图4所示，第二增强层150可以设置在相对于正极接片111a布置在设定范围α内的分隔件113的端部处，并且因此，可以防止正极接片的热传递至分隔件。
[0077]
在此，设定范围α可以是相对于正极接片的2mm至10mm的旋转半径。
[0078]
另外，如图6所示，第二增强层150可以设置在相对于负极接片112a布置在设定范围β内的分隔件113的端部上。因此，可以防止负极接片的热传递至分隔件。
[0079]
设定范围β可以是相对于负极接片的2mm至10mm的旋转半径。
[0080]
增强构件可以由具有隔热特性和电绝缘特性的材料制成。例如，第一增强层可以由乙烯丙烯或环氧树脂制成。
[0081]
在过程(c)中，分别施加在相互对应的分隔件113上的第二增强层150可以设置为非接触式结构。可以防止高温热传递至相互对应的第二增强层。
[0082]
第一增强层140和第二增强层150由相同的材料制成，并且第二增强层150被施加为比第一增强层140薄。由于电极组件的芯体部具有低的散热，因此第一增强层具有厚的厚度，并且由于散热朝着电极组件的外围增加，因此第二增强层具有薄的厚度。
[0083]
在过程(d)中，电极组件110的正极接片111a耦接至盖组件130，然后盖组件130耦接至罐120的开口。
[0084]
当上述过程完成时，可以制造成品二次电池100。
[0085]
在下文中，在本发明的另一实施方式的描述中，具有与上述实施方式相同的配置和功能的构成要素在附图中被赋予相同的附图标记，并且因此将省略重复的描述。
[0086]
[根据本发明的第二实施方式的二次电池]
[0087]
如图8所示，根据本发明的第二实施方式的二次电池包括电极组件110、容纳电极组件110的罐120以及安装在罐120的开口中的盖组件130。
[0088]
另外，二次电池包括施加在电极组件110的芯体部上的第一增强层140以及施加在与电极组件110的正极接片111a和负极接片112a相邻的分隔件上的第二增强层150。
[0089]
在此，用于保护第一增强层140和第二增强层150的保护层160可以施加在第一增强层140和第二增强层150中的每一个的外部上，并且因此，可以防止第一增强层140和第二增强层150被损坏。
[0090]
特别地，保护层160被施加以包围整个第一增强层140和整个第二增强层150，并且因此，可以可靠地保护整个第一增强层140和整个第二增强层150。
[0091]
保护层160可以由比第一增强层140和第二增强层150便宜的绝缘材料制成，以降低制造成本。
[0092]
在下文中，将描述根据本发明的第二实施方式的用于制造二次电池的方法。
[0093]
[根据本发明的第二实施方式的用于制造二次电池的方法]
[0094]
如图8和图9所示，根据本发明的第二实施方式的用于制造二次电池的方法包括：制造电极组件的过程(a)；将电极组件容纳在罐中的过程(b)；施加增强构件的过程(c)；将盖组件耦接至罐以制造二次电池的过程(d)。
[0095]
在此，过程(a)、(b)、(c)和(d)具有与上述第一实施方式的制造方法相同的制造方法，并且因此将省略重复的描述。
[0096]
然而，根据本发明的第二实施方式的二次电池制造方法还包括施加保护层的过程。
[0097]
即，如图8所示，在施加保护层的过程中，保护层160被施加在第一增强层140和第二增强层150的外部上。特别地，保护层160被施加以包围整个第一增强层140和整个第二增强层150。因此，可以保护第一增强层和第二增强层。
[0098]
参照图9，过程(c)可以包括在施加第二增强层150之前附接保护膜的过程。在附接保护膜的过程中，保护膜170被附接至正极接片111a，以防止第二增强层150被施加在正极接片上。
[0099]
过程(c)还可以包括当完成第二增强层150的施加时去除保护膜的过程。在去除保护膜的过程中，可以去除附接至正极接片111a的保护膜170，以预先防止电极组件被污染。
[0100]
因此，本发明的范围是由所附权利要求书而不是由前述说明书和其中描述的示例性实施方式限定。在本发明的权利要求的等同物的含义内和在权利要求内做出的各种修改被认为在本发明的范围内。
[0101]
[附图标记的描述]
[0102]
100：二次电池
[0103]
110：电极组件
[0104]
110a：芯体部
[0105]
111：正极
[0106]
111a：正极接片
[0107]
112：负极
[0108]
112a：负极接片
[0109]
113：分隔件
[0110]
120：罐
[0111]
130：盖组件
[0112]
140：第一增强层
[0113]
150：第二增强层
[0114]
160：保护层
[0115]
170：保护膜

技术特征：
1.一种二次电池，包括：电极组件，在所述电极组件中以果冻卷的形式卷绕层压板，所述层压板具有其中层压设置有正极接片的正极、分隔件和设置有负极接片的负极的结构，并且在所述电极组件的中心处形成芯体部；罐，所述电极组件插入至所述罐中，并且所述负极接片连接至所述罐；盖组件，所述盖组件耦接至所述罐的开口，并且所述正极接片连接至所述盖组件；以及增强构件，所述增强构件设置在从所述正极或所述负极暴露于外部的所述分隔件的端部上，以防止所述正极接片或所述负极接片的热传递至所述分隔件。2.根据权利要求1所述的二次电池，其中，所述增强构件包括第一增强层，所述第一增强层仅设置在布置在所述芯体部中的所述分隔件的一个表面上。3.根据权利要求2所述的二次电池，其中，所述增强构件还包括第二增强层，所述第二增强层仅设置在相对于所述正极接片或所述负极接片布置在设定范围内的所述分隔件的端部上。4.根据权利要求1所述的二次电池，其中，所述增强构件由具有电绝缘特性和隔热特性的材料制成。5.根据权利要求3所述的二次电池，其中，设置在相互对应的所述分隔件的表面上的所述第二增强层被设置成彼此不接触，从而防止热传递。6.一种用于制造二次电池的方法，所述方法包括：过程(a)，制造电极组件，在所述电极组件中以果冻卷的形式卷绕层压板，所述层压板具有其中层压设置有正极接片的正极、分隔件和设置有负极接片的负极的结构，并且在所述电极组件的中心处形成芯体部；过程(b)，将所述电极组件插入至所述罐中，并且将设置在所述电极组件中的所述负极接片连接至所述罐；过程(c)，在从所述正极或所述负极暴露于外部的所述分隔件的端部上施加增强构件，以防止所述正极接片或所述负极接片的热传递至所述分隔件；以及过程(d)，将所述电极组件的所述正极接片连接至盖组件，并且将所述盖组件耦接至所述罐的开口，以制造所述二次电池。7.根据权利要求6所述的方法，其中，在所述过程(c)中，所述增强构件包括第一增强层，所述第一增强层仅施加在布置在所述芯体部中的所述分隔件的一个表面上。8.根据权利要求7所述的方法，其中，在所述过程(c)中，所述增强构件还包括第二增强层，所述第二增强层仅施加在相对于所述正极接片或所述负极接片布置在设定范围内的所述分隔件的端部上。9.根据权利要求6所述的方法，其中，在所述过程(c)中，所述增强构件由具有电绝缘特性和隔热特性的材料制成。10.根据权利要求6所述的方法，其中，所述过程(c)还包括施加保护层的过程，所述保护层被施加至所述增强构件的外部以保护所述增强构件。11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述保护层以包围整个所述增强构件的形式施加。12.根据权利要求10所述的方法，其中，在所述过程(c)中，施加在相互对应的所述分隔
件的表面上的所述第二增强层被施加成彼此不接触，从而防止热传递。13.根据权利要求8所述的方法，其中，所述过程(c)还包括在施加所述第二增强层之前进行的以下过程：将保护膜附接至所述正极接片以防止所述第二增强层被施加至所述正极接片的过程；以及当完成所述第二增强层的施加时去除附接至所述正极接片的所述保护膜的过程。14.根据权利要求7所述的方法，其中，在所述过程(c)中，当施加所述第一增强层时，所述第一增强层在所述罐竖直竖立并且所述罐沿左右方向旋转的状态下施加在所述分隔件的一个表面上。15.根据权利要求8所述的方法，其中，所述设定范围是相对于所述正极接片或所述负极接片的2mm至10mm的旋转半径。

技术总结
本发明的二次电池包括：电极组件，在该电极组件中以果冻卷配置卷绕层压板，层压板包括具有正极接片的正极、分隔件和具有负极接片的负极，并且在该电极组件的中心处形成芯体部；罐，电极组件插入至罐中并且负极接片连接至罐；盖组件，该盖组件耦接至罐的开口，并且正极接片连接至盖组件；以及增强构件，该增强构件设置在从正极或负极暴露于外部的分隔件的端部处，并且防止正极接片或负极接片的热传递至分隔件。因此，可以防止分隔件收缩，并且因此，可以防止短路或着火。可以防止短路或着火。可以防止短路或着火。


技术研发人员：权纯宽 郑守宅 张锡勋 郑赫 裵尚镐 李秉揆 崔成元 金玟旭 李镕骏
受保护的技术使用者：株式会社LG新能源
技术研发日：2022.04.19
技术公布日：2023/10/8