圆柱形二次电池的制作方法

圆柱形二次电池
1.本技术要求于2022年1月11日在韩国知识产权局提交的第10-2022-0004074号韩国专利申请的优先权和权益，该韩国专利申请的全部内容通过引用包含于此。
技术领域
2.本公开的实施例涉及一种具有改善的盖组件结构的圆柱形二次电池。


背景技术：

3.通常，圆柱形二次电池包括圆柱形电极组件、用于容纳电极组件和电解液的圆柱形罐以及结合到罐的上部开口以密封罐并允许在电极组件中产生的电流流到外部装置的盖组件。
4.通过在罐的顶部上形成压接部，将盖组件位于压接部上，并且形成卷边部以固定盖组件来将盖组件固定到罐。因此，盖组件包括用于与罐绝缘的垫圈。然而，当形成卷边部时，盖组件可能在被施加到盖组件的压力按压的同时变形，因此上盖和安全排气孔可能变形。
5.在该背景部分中公开的上面的信息仅用于增强对发明的背景的理解，因此它可能包含不构成现有技术的信息。


技术实现要素：

6.本公开提供了一种具有改善的结构的盖组件的圆柱形二次电池，从而防止部件在组装盖组件时的变形。
7.根据本公开的实施例的圆柱形二次电池可以包括：圆柱形的罐，具有圆形的底部、从底部延伸的侧部、在侧部的一端处凹陷地形成的卷边部、通过将侧部的所述一端弯曲而形成的压接部；电极组件，容纳在罐中；以及盖组件，密封罐且具有用于与罐绝缘的垫圈，其中，垫圈的在远离电极组件的方向上的上部具有比在电极组件的方向上的下部的厚度小的厚度。
8.垫圈可以具有上部的厚度朝向所述一端减小的形状。
9.垫圈可以具有环状的主体、从主体延伸的连接部以及从连接部向下延伸的延伸部，并且主体的厚度朝向所述一端减小。
10.盖组件可以包括设置在压接部与卷边部之间的上盖、设置在上盖下方的安全排气孔以及设置在安全排气孔下方并电连接到电极组件的下盖，并且垫圈可以使安全排气孔和上盖与罐绝缘。
11.安全排气孔的边缘的下表面可以与上盖的上表面紧密接触，并且垫圈可以弯曲以围绕安全排气孔的边缘。
12.垫圈可以具有在主体的内圆周表面上倒角的倾斜表面。
13.倾斜表面可以与安全排气孔的边缘的上表面紧密接触。
14.安全排气孔的弯曲的上表面的弯曲位置(f)(直线段在弯曲位置处开始)可以对应
于倾斜表面的开始位置。
附图说明
15.图1是示出通常的圆柱形二次电池的纵向剖视图。
16.图2a是示出当组装根据图1的盖组件时施加的压力的方向的局部剖视图。
17.图2b是详细示出根据图2a的压力分布的局部剖面图。
18.图3是示出在组装根据图1的盖组件之后的变形状态的ct图像。
19.图4是示出根据图1的盖组件的依据垫圈位置的压缩区域的局部剖视图。
20.图5是用于将根据图1至图4的垫圈与根据本公开的实施例的垫圈进行对比的局部透视图。
21.图6是示出根据本公开的实施例的垫圈的详细结构的局部透视图。
22.图7是将根据图1至图4的垫圈的弯曲状态与根据本公开的实施例的垫圈的弯曲状态进行对比的图。
23.图8是示出组装根据本公开的实施例的盖组件之后的状态的ct图像。
具体实施方式
24.提供本公开的示例以向本领域技术人员更完整地解释本公开，并且以下示例可以以各种其它形式修改。然而，本公开可以以许多不同的形式实施，并且不应该被解释为限于在此阐述的示例(或示例性)实施例。相反，提供这些示例实施例使得本公开将是彻底的和完整的，并且将向本领域技术人员传达本公开的方面和特征。
25.此外，在附图中，为了简洁和清楚起见，夸大了各种组件的尺寸或厚度。同样的标记始终指同样的元件。如在此所使用的，术语“和/或”包括相关所列项中的一个或更多个的任何组合和所有组合。此外，将理解的是，当元件a被称为“连接到”元件b时，元件a可以直接连接到元件b，或者居间元件c可以存在于元件a与元件b之间使得元件a和元件b彼此间接连接。
26.在此使用的术语仅用于描述具体实施例的目的，并不旨在限制公开。如在此所使用的，除非上下文另外清楚地指示，否则单数形式也旨在包括复数形式。还将理解的是，当在本说明书中使用术语“包含或包括”和/或其变型时，说明存在所陈述的特征、数量、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除存在或添加一个或更多个其它特征、数量、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。
27.将理解的是，尽管在此可以使用术语第一、第二等来描述各种构件、元件、区域、层和/或部分，但是这些构件、元件、区域、层和/或部分不应该受这些术语的限制。这些术语仅用于将一个构件、元件、区域、层和/或部分与另一构件、元件、区域、层和/或部分区分开。因此，例如，在不脱离本公开的教导的情况下，下面讨论的第一构件、第一元件、第一区域、第一层和/或第一部分可以被称为第二构件、第二元件、第二区域、第二层和/或第二部分。
28.为了易于描述，在此可以使用诸如“在
……
之下”、“在
……
下方”、“下(下部)”、“在
……
上方”、“上(上部)”等的空间相对术语来描述如附图中所示的一个元件或特征与另一(另一些)元件或特征的关系。将理解的是，除了涵盖在附图中描绘的方位之外，空间相对术语旨在还涵盖装置在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的元件或特征被翻转，
则描述为“在”其它元件或特征“下方”或“之下”的元件将随后被定向为“在”其它元件或特征“上”或“上方”。因此，示例性术语“在
……
下方”可以涵盖上方和下方的两种方位。
29.在下文中，将参照附图简要地描述通常的圆柱形二次电池。
30.图1是示出通常的圆柱形二次电池的纵向剖视图。
31.如图1中所示，通常的圆柱形二次电池1包括具有在纵向方向上敞开的一端的圆柱形罐10、容纳在罐10中的电极组件30以及密封罐10的盖组件50。
32.罐10包括圆形的底部12和从底部12向上延伸的侧部14，并且侧部14的顶部是敞开的。在二次电池1的制造工艺中，电极组件30与电解液一起通过罐10的开口被容纳。罐10可以由钢、钢合金、镀镍钢、镀镍钢合金、铝、铝合金或它们的等同物制成。
33.卷边部16和压接部18形成在侧部14上以固定盖组件50。卷边部16通过将侧部14朝向罐10的内部凹陷地弯曲来形成。卷边部16是在组装盖组件50时使盖组件50位于其上的部分。压接部18通过在盖组件50位于罐10上之后将侧部14的端部朝向罐10的内部弯曲来形成。压接部18防止盖组件50分离。卷边部16间隔开以不接触电极组件30。
34.电极组件30包括涂覆有负电极活性材料(例如，石墨、碳等)的负电极板31、涂覆有正电极活性材料(例如，过渡金属氧化物(licoo2、linio2、limn2o4等))的正电极板32以及置于负电极板31与正电极板32之间以防止负电极板31与正电极板32之间的短路的隔膜33。负电极板31可以是铜(cu)箔或镍(ni)箔，正电极板32可以是铝(al)箔，并且隔膜33可以是聚乙烯(pe)或聚丙烯(pp)。向下突出一定长度的负电极接线片34焊接到负电极板31，并且向上突出一定长度的正电极接线片35焊接到正电极板32。负电极接线片34焊接到罐10的底部12，正电极接线片35焊接到盖组件50。因此，罐10作为负电极操作，并且盖组件50作为正电极操作。负电极板31、正电极板32和隔膜33以圆柱形形状卷绕并容纳在罐10内部。
35.盖组件50包括安全排气孔51、设置在安全排气孔51上方的上盖52和设置在安全排气孔51下方的下盖53。盖组件50还包括绝缘构件54和绝缘垫圈55，绝缘构件54插入在安全排气孔51与下盖53之间用于绝缘，以防止除了安全排气孔51的中心部分之外的部分接触下盖53，绝缘垫圈55用于使盖组件50和罐10彼此绝缘。在安全排气孔51中，罐10的中心部分与下盖53接触，并且由绝缘构件54支撑的部分与下盖53间隔开。安全排气孔51具有凹口51a，凹口51a形成为当内部压力升高超过一定水平时通过被破裂而排出气体。
36.图2a是示出当组装根据图1的盖组件时施加的压力的方向的局部剖视图。图2b是详细示出根据图2a的压力分布的局部剖面图。图3是示出在组装根据图1的盖组件之后的变形状态的ct图像。图4是示出根据图1的盖组件的依据垫圈位置的压缩区域的局部剖视图。
37.如图2a中所示，为了形成卷边部16，当罐10的侧部14用侧部夹具(压接工具)按压时，压力从卷边部16按箭头
①
、
②
和
③
的顺序施加到垫圈55。此外，为了形成压接部18，当侧部14的顶端用上部夹具按压时，压力从压接部18按
①
、
②
和
③
的顺序施加到垫圈55。
38.在此，图2b的区域a是通过从顶部施加的压力产生载荷的区域，并且区域b是通过从底部施加的压力产生应力的区域。因此，垫圈55因接收竖直方向上的压力而被压缩。此外，传递到垫圈55的压力使垫圈55压缩，并且沿图2b的箭头的方向经由上盖52、安全排气孔51和绝缘构件54传递到下盖53。由此传递的力导致安全排气孔51和上盖52在向下方向上变形。
39.参照图3，实际上在盖组件50的ct图像上，可以看出的是，上盖52的上表面52a和下
表面52b不平行于与水平中心线l1平行的引导线l1-1和l1-2，而是在向下方向上下垂。即，上盖52在向下方向上变形。由于上盖52的变形，安全排气孔51也接收载荷并且在向下方向上变形(在图3中，竖直引导线l2和l2-1是用于指示l1、l1-1和l1-2垂直于竖直引导线的引导线。)。
40.参照图4，如果作为垫圈55的上部区域的区域d与变形之前相比被压缩7％，则作为垫圈55的下部区域的区域e与变形之前相比表现出54％的压缩度。即，下部区域(区域e)可以接收相对大量的压力。这是因为垫圈55与安全排气孔51(图4中由粗线指示的部分是接触部分)之间的接触面积存在差异，并且与其它部分相比具有较小的接触面积的下部可以接收到较大的载荷。因此，在小的接触面积的方向上发生局部变形(凹进)，并且局部可能下垂。
41.如上所述，当盖组件50变形时，二次电池1的稳定性和可靠性会劣化。因此，为了解决该问题，在本实施例中，提出了一种具有新型形状的垫圈500(将省略与图1至图4的结构相同的结构的详细描述。)，其中，在垫圈55的作为具有相对大的接触面积的区域的上部区域中，改变了与安全排气孔51接触的区域c的形状。
42.图5是用于将根据图1至图4的垫圈与根据本公开的实施例的垫圈进行对比的局部透视图。图6是示出根据本公开的实施例的垫圈的详细结构的局部透视图。
43.如图1和图5中所示，垫圈55具有基本上环形状，以围绕并支撑安全排气孔51的边缘和上盖52的边缘。垫圈55具有外圆周表面55a和内圆周表面55b，并且内圆周表面55b的上表面被部分倒角(斜切)以具有短的倾斜表面55c。然而，与形成在垫圈55的内圆周表面55b上的短的倾斜表面55c相比，根据本公开的实施例的垫圈500具有倒角为具有长的倾斜表面516的形状。
44.如图6中所示，本实施例的垫圈500具有基本上环形状，并且包括沿着竖直方向具有预定的长度的主体510、从主体510基本上垂直地弯曲(基本上垂直于主体510弯曲)的连接部530以及从连接部530近似向下垂直地延伸(近似垂直于连接部530向下延伸)的延伸部550。在此，表达“基本上垂直”意味着主体510与连接部530之间以及连接部530与延伸部550之间的角度是垂直的或接近垂直的，但不限于这些角度。
45.主体510可以包括在竖直方向上平坦的外圆周表面512、外圆周表面512内部的内圆周表面514和倾斜表面516以及连接外圆周表面512和倾斜表面516的上表面518。与图1的垫圈55一样，外圆周表面512是与罐10的侧部14接触的表面。内圆周表面514是与安全排气孔(51’，见图8)的边缘和上盖(52’，见图8)的边缘紧密接触的部分，并且指外圆周表面512的在竖直方向上被大致平分的下部。当垫圈500弯曲时，仅内圆周表面514的上侧的一部分弯曲，以与安全排气孔51’的上部接触。倾斜表面516指外圆周表面512的在竖直方向上被大致平分的上部。倾斜表面516是通过对先前为内圆周表面的部分进行倒角而形成为倾斜形状的表面。倾斜表面516具有距外圆周表面512的距离(主体的厚度)朝向上侧减小的形状。即，垫圈500的特征在于：上部的在远离电极组件30的方向上的厚度小于下部(连接部和延伸部所定位的部分)的厚度。此外，垫圈500的特征在于：具有朝向其顶端减小的上部厚度。
46.连接部530是基本上垂直于主体510弯曲以在水平方向上再次具有预定的长度的部分。连接部530具有外表面532和内表面534，并且外表面532与内表面534之间的距离(连接部的厚度)可以等于或接近于主体510的外圆周表面512和内圆周表面514之间的距离。
47.延伸部550是在连接部530的端部处基本上垂直地弯曲并且向下延伸以具有预定的长度的部分。延伸部550具有外圆周表面552和内圆周表面554、连接到连接部530的内表面534的倾斜连接表面556以及连接外圆周表面552和内圆周表面554的下表面558。
48.上文已经单独描述了主体510、连接部530和延伸部550，但是这仅是为了清楚地示出结构。主体510、连接部530和延伸部550一体地形成，并且垫圈500被成形为作为整体连接的环。
49.图7是将根据图1至图4的垫圈的弯曲状态与根据本公开的实施例的垫圈的弯曲状态进行对比的图。
50.如图7中所示，与常规的垫圈55不同，根据本实施例的垫圈500可以以倒角从弯曲位置f开始到顶部的形状形成倾斜表面。在此，弯曲位置f是在垫圈500形成卷边部(见图2a)以围绕安全排气孔51的边缘和上盖52的边缘时，垫圈500弯曲以开始接触安全排气孔51’的上表面的位置。即，弯曲位置f意味着平坦的直线部分(直线段)在安全排气孔51’弯曲的部分处开始的点。通过从该部分到上表面的倒角来形成倾斜表面516的原因是通过减小如图4中所描述的垫圈55的上部与安全排气孔51’接触的接触面积来使向下施加到垫圈500的压力向其它部分的传递最小化。
51.如上所述，通过形成比现有的垫圈55相对较长的倾斜表面516，可以通过减小垫圈500的上部厚度(主体510的厚度)来最小化由于罐加工引起的垫圈500的压缩和变形。因此，可以防止盖组件的部分的变形。
52.图8是示出组装根据本公开的实施例的盖组件之后的状态的ct图像。
53.参照图8，实际上在盖组件50’的ct图像上，可以看出的是，上盖52’的上表面52a’和下表面52b’平行于与水平中心线l3平行的引导线l3-1和l3-2。即，即使形成压接部18’，上盖52’也未在向下方向上变形。由于上盖52’未变形，因此安全排气孔51’未变形，表明盖组件50’的部分未变形(在图8中，竖直引导线l4是用于指示l3、l3-1和l3-2垂直于竖直引导线的引导线。)。
54.如上所述，根据本公开的实施例，通过改善垫圈的形状，诸如上盖、安全排气孔等的部件不因用于组装盖组件在罐中形成压接部和卷边部时的压力而变形。因此，可以改善二次电池的稳定性。
55.在本公开的实施例中，通过改善垫圈的形状，诸如上盖、安全排气孔等的部件不会因针对盖组件的组装在罐中形成压接部和卷边部时的压力而变形，从而改善了二次电池的稳定性。
56.尽管前述实施例仅是用于执行本公开的一个实施例，本公开不限于该实施例，但是本领域技术人员将理解的是，在不脱离如由权利要求限定的本公开的精神和范围的情况下，可以在形式和细节上进行各种改变。

技术特征：
1.一种圆柱形二次电池，所述圆柱形二次电池包括：圆柱形的罐，具有圆形的底部、从所述底部延伸的侧部、在所述侧部的一端处凹陷地形成的卷边部、通过将所述侧部的所述一端弯曲而形成的压接部；电极组件，容纳在所述罐中；以及盖组件，密封所述罐且具有用于与所述罐绝缘的垫圈，其中，所述垫圈的在远离所述电极组件的方向上的上部具有比在所述电极组件的方向上的下部的厚度小的厚度。2.根据权利要求1所述的圆柱形二次电池，其中，所述垫圈具有所述上部的所述厚度朝向所述一端减小的形状。3.根据权利要求2所述的圆柱形二次电池，其中，所述垫圈具有环状的主体、从所述主体延伸的连接部以及从所述连接部向下延伸的延伸部，并且所述主体的厚度朝向所述一端减小。4.根据权利要求3所述的圆柱形二次电池，其中，所述盖组件包括设置在所述压接部与所述卷边部之间的上盖、设置在所述上盖下方的安全排气孔以及设置在所述安全排气孔下方并电连接到所述电极组件的下盖，并且所述垫圈使所述安全排气孔和所述上盖与所述罐绝缘。5.根据权利要求4所述的圆柱形二次电池，其中，所述安全排气孔的边缘的下表面与所述上盖的上表面紧密接触，并且所述垫圈弯曲以围绕所述安全排气孔的所述边缘。6.根据权利要求5所述的圆柱形二次电池，其中，所述垫圈具有在所述主体的内圆周表面上倒角的倾斜表面。7.根据权利要求6所述的圆柱形二次电池，其中，所述倾斜表面与所述安全排气孔的所述边缘的上表面紧密接触。8.根据权利要求7所述的圆柱形二次电池，其中，所述安全排气孔的弯曲的上表面的使直线部分开始的弯曲位置对应于所述倾斜表面的开始位置。

技术总结
本公开的实施例涉及一种圆柱形二次电池，所述圆柱形二次电池包括：圆柱形的罐，具有圆形的底部、从底部延伸的侧部、在侧部的一端处凹陷地形成的卷边部、通过将侧部的这一端弯曲而形成的压接部；电极组件，容纳在罐中；以及盖组件，密封罐且具有用于与罐绝缘的垫圈，其中，垫圈的在远离电极组件的方向上的上部具有比在电极组件的方向上的下部的厚度小的厚度。根据本公开的实施例，通过改善垫圈的形状，诸如上盖、安全排气孔等的部件不因用于组装盖组件在罐上形成压接部和卷边部时的压力而变形。因此，可以改善二次电池的稳定性。可以改善二次电池的稳定性。可以改善二次电池的稳定性。


技术研发人员：崔友赫 李泰润 权俊焕 梁准虎 金锺九 朴贤锡 柳官铉 李东燮
受保护的技术使用者：三星SDI株式会社
技术研发日：2023.01.10
技术公布日：2023/7/19