专利名称：二次电池及其制备方法
技术领域：
本发明的各方面涉及一种二次电池及其制造方法。
背景技术：
二次电池通常包括形成于其上壳体上用于与外部装置进行电连接的外部端子。外部端子与和裸电池上部电连接的保护电路模块(PCM)电连接。此外，外部端子和PCM间的电连接可通过手工将外部端子焊接到PCM的印刷电路板(PCB)上来进行。
发明内容
本发明的各方面提供了一种二次电池，其通过将二次电池上壳体处的外部端子与 PCM电连接所需的焊接工艺自动化而具有改进的质量且以简化的方式制造。根据一个实施方式，二次电池包括电极组件；容纳所述电极组件的罐；密封所述罐的盖组件；覆盖所述盖组件的上壳体；以及所述盖组件和所述上壳体之间的保护电路模块，所述保护电路模块包括印刷电路板；通过第一焊料连结到所述印刷电路板的第一保护电路装置；以及通过第二焊料电连结到所述印刷电路板的外部端子，其中所述第一焊料的熔点不低于所述第二焊料的熔点。在实施方式中，所述第二焊料包括锡和铋的合金，其中所述第二焊料为至少约 45wt%的铋，且其中所述第二焊料的熔点约为138°C。在一个实施方式中，所述第二焊料的熔点低于所述上壳体的软化点。此外，在一个实施方式中，所述上壳体由包括约50wt%至约60wt%玻璃纤维的树脂制得，且其中所述上壳体的软化点约为170°C。在一个实施方式中，所述第一焊料在所述印刷电路板的面向外部的表面上，其中所述第二焊料在所述印刷电路板的面向内部的表面上，且其中所述第一焊料的熔点高于所述第二焊料的熔点。此外，所述二次电池可包括在所述印刷电路板的面向内部的表面上的第二保护电路装置，其中所述第二保护电路装置通过第三焊料连结到所述印刷电路板。在一个实施方式中，所述第二焊料的熔点和所述第三焊料的熔点相同，且所述第二焊料和所述第三焊料由相同材料制成。在一个实施方式中，所述第一焊料和所述第二焊料都在所述保护电路板的面向内部的表面上且所述第一焊料和所述第二焊料的熔点相同。所述上壳体可具有第一支撑体，其中第一引线板连结到所述第一支撑体且电连接到所述印刷电路板和所述盖组件。此外，所述外部端子可通过穿过所述印刷电路板的焊接
4引线连接到所述第二焊料。在本发明的另一个实施方式中，提供了一种制造二次电池的方法，所述方法包括使用第一焊料将第一保护装置焊接到印刷电路板上，以使所述第一保护装置电连接到所述印刷电路板；使用第二焊料将位于上壳体上的外部端子焊接到所述印刷电路板，以使所述外部端子电连接到所述印刷电路板，其中所述第二焊料由与所述第一焊料不同的材料制成；使所述上壳体和所述印刷电路板连接到还包括电极组件和壳体的裸电池的盖板，其中所述盖板密封所述罐，其中所述印刷电路板在所述裸电池和所述上壳体之间，且其中所述外部端子穿过所述上壳体露出。在一个实施方式中，所述第一保护装置的焊接在比所述外部端子的焊接更高的温度下进行，且可通过回流焊接进行。此外，所述方法还可包括用第三焊料将第二保护装置焊接到所述印刷电路板，其中所述第二焊料和所述第三焊料包括相同材料。在根据本发明实施方式的所述二次电池中，由于将用于电连接外部端子和PCM的焊接工艺自动化，所以可省略用于消除焊接碎片的清洁工艺，因此简化了制造工艺且节约了加工劳动力。同样，在根据本发明实施方式的所述二次电池中，所述自动化焊接工艺可阻止所述裸电池和PCM因焊料高度间差异而电短路，且可减少加工工人间实施中的偏差。
图1是根据本发明实施方式的二次电池的分解透视图；图2是显示彼此连接的根据本发明实施方式的二次电池的上壳体和PCM的沿图1 线X-X’的截面图；且图3是显示彼此连接的根据本发明另一实施方式的二次电池的上壳体和PCM的截面图。
具体实施例方式在下文中，将参照附图详细描述本发明的实施方式。图1是根据本发明实施方式的二次电池的分解透视图，且图2是显示彼此连接的根据本发明实施方式的二次电池的上壳体和PCM的沿图1线X-X’的截面图。参照图1，根据本发明图示实施方式的二次电池包括裸电池50、形成在裸电池50 上且电连接到裸电池50的PCM 60、以及固定至裸电池50同时覆盖PCM 60的上壳体70。在此，裸电池50包括电极组件10、容纳电极组件10于其中的罐20、通过罐20的上部开口插入罐20中的绝缘壳体30、以及形成在绝缘壳体30上且电连接到电极组件10的盖组件40。电极组件10包括负极板、正极板和隔板。负极板和正极板与位于其间的隔板堆叠，且以胶卷形状卷绕。将负极接线片11焊接到负极板，且负极接线片11的一端向电极组件10的上部突出。此外，将正极接线片12焊接到正极板，且正极接线片12的一端向电极组件10的上部突出。本领域技术人员应理解负极接线片11和正极接线片12的极性可颠倒。罐20可由具有大致为立方形的金属元件形成。此外，罐20具有形成顶开口的开放顶部，其中电极组件10通过顶开口接纳。在一些情况下，罐20可用作电极端子且一般可具有与稍后描述的电极端子44相反的极性。如上所述，因为负极接线片11和正极接线片 12的极性可颠倒，所以电极端子44可为负极端子或正极端子。另外，当电极端子44为正极端子时，罐20的极性可为负，且当电极端子44为负极端子时，罐20的极性可为正。基于罐 20的极性为正且电极端子44是负极端子的假定，将对本发明实施方式进行详细描述。绝缘壳体30包括在与负极接线片11大体对应位置处以具有与负极接线片11大体上对应的尺寸和形状的负极接线片孔31，和在与正极接线片12大体对应位置处以具有与正极接线片12大体上对应的尺寸和形状的正极接线片孔32。此外，绝缘壳体30包括形成在一侧以允许电解液通过的电解液孔33。绝缘壳体30对应于罐20的顶开口成型，并被插入到顶开口中以随后连接罐20。 此外，绝缘壳体30使电极组件10与盖组件40绝缘。因此，绝缘壳体30由电绝缘材料制成。盖组件40包括盖板41、插入电极端子孔42中并延伸通过盖板41中央的电极端子 44、和位于电极端子孔42与电极端子44之间的绝缘垫圈43。盖板41包括成形于盖板41 纵向一侧和另一侧的第一螺纹槽41a和第二螺纹槽41b。此外，盖板41包括在大体与电解液孔33对应的位置处且具有大体与电解液孔33对应的尺寸和形状的电解液注入孔45。盖板41可由大体与罐20的顶开口对应而成型并具有大体与绝缘壳体30对应的尺寸和形状的金属板成形。正极接线片12通过焊接连接到盖板41的底面，从而使得电极组件10的正极和盖板41电连接。此外，盖板41用于密封罐20的顶开口。负极接线片11通过焊接连接到电极端子44的底面，从而使得电极组件10的负极和电极端子44电连接。如上所述，绝缘垫圈43位于电极端子孔42和电极端子44之间，从而使得盖板41 和电极端子44彼此电绝缘。现在将描述根据示出实施方式的二次电池的PCM 60和上壳体70的构造，以及PCM 60和上壳体70彼此连接的结构。PCM 60包括印刷电路板(PCB) 61、贴附到PCB 61底面的每一侧的末端的第一和第二引线板61a和61b，以及贴附到PCB 61底面中央的端板61c。此外，PCM 60包括通过使用涂布于PCB 61顶面的第一焊料6 焊接而连接到PCB 61的第一保护电路装置62。该保护电路装置通常用于控制二次电池的充电和放电。此外，其中插入有下文所述的外部端子 73的插入孔68形成在PCB 61的另一侧。将导线图案安装在PCB 61上，使得贴附到PCB 61顶面或底面的诸如保护电路装置或引线板之类的元件可以电连接。第一引线板61a包括在大体与第一螺纹槽41a对应的位置处且具有大体与第一螺纹槽41a对应的尺寸和形状的第一螺纹孔61d。第一引线板61a连接到形成在上壳体70和盖板41的顶面中的第一支撑体71a，从而使得PCM 60连接到上壳体70和裸电池50。第二引线板61b包括在大体与第二螺纹槽41b对应的位置处且具有大体与第二螺纹槽41b对应的尺寸和形状的第二螺纹孔61e。第二引线板61b连接到形成在上壳体70和盖板41的顶面中的第二支撑体71b，从而使得PCM60连接到上壳体70和裸电池50。此外， 第二引线板61b电连接到导线图案。端板61c电连接到导线图案。此外，当PCM 60与裸电池50结合时，端板61c连接到电极端子44，因而电极组件20的负极电连接到PCM 60。保护电路装置62电连接到导线图案且控制充电/放电操作，从而保护二次电池。 虽然图2显示由于连接的结果，PCM 60(即安装在PCB 61顶面上的三个第一保护电路装置 62)连接到上壳体70，但是本发明不限于所示的第一保护电路装置62的数量。本发明不限于图2所示的实施方式。第一焊料62a由锡(Sn)、银(Ag)和铜(Cu)的合金制成。在一个实施方式中，合金的组成包括约96. 5衬％的Sn、约3. 0衬％的Ag和约0. 5衬％的Cu。在此情况下，因为第一焊料62a的熔点为约220°C，所以第一焊接在约220°C或更高温度下进行。第一焊接可为流体焊接或回流焊接。如果第一焊接基于回流焊接，那么回流条件可包括约250°C和约255°C 之间的峰值温度和约30至70秒的峰值时间。进行第一焊接，使得焊料熔融并置于焊料罐中，摇动焊料，并由传送装置传输PCB 使摇动后的焊料通过其上安装有元件的PCB。进行通常也称作表面贴装技术(SMT)的回流焊接，使得霜状焊料被印刷在PCB上，各元件被贴附到PCB，且使具有元件的PCB通过回流焊接设备。在此情况下，回流焊接设备通过熔化霜状焊料来进行焊接。上壳体70包括覆盖PCM 60和盖组件40的盖子71、和从上壳体的盖子71的边缘向罐20延伸的侧壁72。此外，第一支撑体71a和第二支撑体71b形成在大体向罐20延伸的盖子71的每一侧。第一支撑体71a包括在大体与第一螺纹孔61d对应的位置处以具有大体与第一螺纹孔61d对应的尺寸和形状的第三螺纹孔71c。此外，第二支撑体71b包括在大体与第二螺纹孔61e对应的位置处以具有大体与第二螺纹孔61e对应的尺寸和形状的第四螺纹孔71d。此外，盖子71包括在大体与形成在PCB 61中的插入孔68对应的位置处的外部端子73，且焊接引线73a形成在外部端子73的底面上。使上壳体70的形状和尺寸大体与盖板41和罐20的开孔对应。上壳体70由包括加入量为约50wt%至约60wt%范围的玻璃纤维的树脂制成。在一个实施方式中，上壳体70 的软化点(即固体材料受热开始变形时的温度)为170°C或更高。如果树脂包括少于50wt%的玻璃纤维，软化点低至足以使在焊接引线73a上进行焊接，特别是第二焊接时，上壳体70会变形。如果树脂包括多于60wt %的玻璃纤维，上壳体 70会很难形成。在玻璃纤维的上述范围中，上壳体70的模压收缩率(通常在垂直方向上)在约 0. 5和约1之间的范围内，且在一个实施方式中为约0. 7。第一支撑体71a通过第一螺纹7 与构成PCM 60的第一引线板61a结合，因而使 PCM 60固定到上壳体70。第二支撑体71b通过第二螺纹7 与构成PCM 60的第二引线板 61b结合，因而使PCM 60固定到上壳体70。外部端子73电连接到PCB 61，使得形成在外部端子73底面上的焊接引线73a延伸通过PCB 61而插入到插入孔68中，然后用涂布在PCB 61底面上的第二焊料7 进行焊
接，特别是第二焊接。第二焊料7 和第一焊料6 可由不同材料制成。在一个实施方式中，第二焊料 73b由锡(Sn)和铋(Bi)的合金制成。当与其它金属形成合金时，Bi在低于其自身熔点，即 271°C的温度下熔化。第二焊料73b的合金包含约45wt%或更多的Bi，且在一个实施方式中为约58wt%。在此情况下，第二焊料73b的熔点为约138°C。因此，用于熔化第二焊料73b的第二焊接在约138°C或更高时进行。在一个实施方式中，第二焊接在低于上壳体70的软化点和第一焊料6 的熔点的温度，即低于170°C的温度下进行。更具体地，在一个实施方式中，进行第二焊接的温度高于 138°C且低于170°C，例如在约150°C至约160°C的温度范围内。在一个实施方式中，第二焊接基于回流焊接。在将各元件安装在PCB 61顶面上之后，霜状焊料被涂布在PCB 61的底面上，然后与上壳体70结合，随后通过回流装置，因而实现加工自动化。如果第二焊接基于回流焊接，则回流条件可包括约150°C和约165°C之间的峰值温度以及约30至100秒之间的峰值时间。换句话说，即使第二焊接基于回流焊接，第一焊料62a的熔点高于进行第二焊接时的温度。因此，第一焊料6 在第二焊接期间将不会明显熔化。如上所述，在PCM 60与上壳体70结合后，将第一引线板61a和第二引线板61b分别连接到盖板41，因而使PCM 60和裸电池50结合。在一个实施方式中，PCM 60和裸电池 50间的结合通过用位于盖板41上的第一螺纹槽41a和第二螺纹槽41b上紧第一螺纹7 和第二螺纹7 来实现。 在此方式中，根据本发明已示出实施方式的二次电池通过首先将PCM60和上壳体 70结合，然后将上壳体70与裸电池50结合来完成。此外，制造根据本发明已示出实施方式的二次电池，以使第二焊接温度低于第一焊接温度。因此，PCM 60与上壳体70结合的操作通过一个循环的回流工艺实现，从而提高了生产效率。接下来，将阐述根据本发明另一实施方式的二次电池。图3是显示彼此连接的根据本发明另一实施方式的二次电池的上壳体和PCM的截面图。参照图3，根据本发明已示出实施方式的二次电池与根据之前的实施方式的二次电池在构造和操作方面基本相同，除了将第二保护电路装置63与第三焊料63a进一步形成在PCB 61底面上。因此，以下描述将主要致力于根据本发明示出实施方式的二次电池与根据之前的实施方式的二次电池之间的差异，且不再进行重复描述。对形成在PCB 61底面上的第二保护电路装置63使用涂布在PCB 61底面上的第三焊料63a进行焊接，特别是第三焊接，从而使第二保护电路装置63和PCB 61的底面结合。尽管图3显示PCB 61的顶面和底面上各安装了三个保护电路装置，其仅以实施例的方式提供，但本发明保护电路装置的数量与位置不限于所说明的实施例。在一个实施方式中，第三焊料63a和第一焊料6 由不同材料制成且第三焊料63a 和第二焊料73b由相同材料制成。更具体地，第三焊料63a由Sn和Bi的合金制成。因此， 第三焊料63a的合金包括约45wt%或更高的Bi，且在一个实施方式中为约58wt%。在此情况下，第三焊料63a的熔点为约138°C。因此，用于熔化第三焊料63a的第三焊接在约138°C或更高温度下进行。此外，在一个实施方式中，第三焊接在低于上壳体70的软化点和第一焊料62a的熔点的温度下进行。因此，第三焊接应在低于170°C的温度下进行。在一个实施方式中，进行第三焊接的温度高于138°C且低于170°C，更具体地，在约150°C至约160°C范围内的温度下。
在一个实施方式中，第三焊接基于回流焊接。将霜状焊料涂布在PCB 61底面上， 将各元件安装在PCB 61底面上，然后使PCB 61与上壳体70结合。在此状态下，使所产生的结构一次全部通过回流装置，由此实现了加工自动化。因而，第二焊接和第三焊接同时进行。因此，即使第三焊接基于回流焊接，第一焊料62a的熔点也高于进行第三焊接时的温度。因而，第一焊料6 在第三焊接期间将不会明显熔化。图3中示出的实施方式涉及在经过第一焊接将元件安装在PCB 61顶面上之后安装在PCB 61底面上的其它元件。在将全部元件安装在PCB 61底面上而非将元件安装在PCB 61的顶面上后，形成在外部端子73底面的焊接引线73a可连接到PCB 61，且PCB 61和上壳体70的组件可随后一次全部通过回流装置以组装各元件且使端子相互连接。现在将阐述制造根据本发明实施方式的二次电池的方法。制造根据本发明示例性实施方式的二次电池的方法包括(Si)安装第一保护电路装置62，(S2)进行第一焊接，(S； )使PCB 61与上壳体70结合，(S4)进行第二焊接，和 (S5)使上壳体连接到裸电池50。在步骤Sl中，将第一焊料6 涂布在PCB 61顶面位置处，此处将安装第一保护电路装置62，且第一保护电路装置62被插入到其将被安装的位置中。在步骤S2中，使用第一焊料6 进行第一焊接，因而将第一保护电路装置62固定在PCB 61顶面上且使第一保护电路装置62和PCB 61彼此电连接。在步骤S3中，将第二焊料7 涂布在形成插入孔68的PCB 61底面部分上，且形成在上壳体70的外部端子73底面上的焊接引线73a被插入到插入孔68中。如上所述，在一个实施方式中，第二焊料7 具有比第一焊料6 更低的熔点。在步骤S4中，使用第二焊料7 进行第二焊接，从而使外部端子73经焊接引线 73a固定到PCB 61。此外，由于进行第二焊接(即步骤S5)的结果，外部端子73和PCB 61 彼此电连接。在一个实施方式中，进行第二焊接的温度低于进行第一焊接的温度，且第二焊接基于回流焊接。在步骤S5中，将与PCB 61结合的上壳体70连接到形成裸电池50的盖板41。在此，上述连接通过用第一螺栓7 和第二螺栓7 螺旋拧紧来实现。以下将阐述制造根据本发明另一实施方式的二次电池的方法。根据本发明已示出实施方式的二次电池的制造方法与根据前述实施方式的二次电池的制造方法基本相同，除了该方法进一步包括(S21)安装第二保护电路装置63。因此不再进行重复描述。步骤S21在步骤S2和S3之间进行。在S21中，将第三焊料63a涂布在将安装第二保护电路装置63的位置上，然后将第二保护电路装置63插入到将要安装的位置。如上所述，在一个实施方式中，第三焊料63a的熔点低于第一焊料6 的熔点且第三焊料63a在用第二焊料7 进行第二焊接同时被焊接。如上所述，通过使外部端子和PCM电连接的焊接工艺自动化，以此可省略用于去除焊接碎片的清洁工艺，根据本发明实施方式的二次电池能有效简化制造工艺且节约加工劳动力。此外，在根据本发明实施方式的二次电池中，自动化的焊接工艺能阻止裸电池和 PCM因焊料高度间的差异而电短路，且可减少加工工人间实施中的偏差。尽管已参照优选实施方式具体示出并说明了本发明，但本领域技术人员应理解，可进行各种形式和细节上的改变，而不背离本发明的精神和范围。<附图标记说明>
10电极组件11负极接线片
12正极接线片20罐
30绝缘壳体31负极接线片孔
32正极接线片孔33电解液孔
40盖组件41盖板
42电极端子孔43绝缘衬垫
44电极端子45电解液注入孔
50裸电池60保护电路模块(PCM)
61印刷电路板(PCB)61a:第一引线板
61b第二引线板61c端板
62第一保护电路装置62a第一焊料
63第二保护电路装置63a第三焊料
68外部端子插入孔70上壳体
71盖子
71a第一支撑体71b第二支撑体
72侧壁
73外部端子73a 焊接引线
73b第二焊料
权利要求
1.一种二次电池，包括 电极组件；容纳所述电极组件的罐； 密封所述罐的盖组件； 覆盖所述盖组件的上壳体；和在所述盖组件和所述上壳体之间的保护电路模块，所述保护电路模块包括 印刷电路板；和通过第一焊料连接到所述印刷电路板的第一保护电路装置；以及通过第二焊料电连接到所述印刷电路板的外部端子，其中所述第一焊料的熔点不低于所述第二焊料的熔点。
2.如权利要求1所述的二次电池，其中所述第二焊料包括锡和铋的合金。
3.如权利要求2所述的二次电池，其中所述第二焊料包括至少约45wt%的铋。
4.如权利要求1所述的二次电池，其中所述第二焊料的熔点为约138°C。
5.如权利要求1所述的二次电池，其中所述第二焊料的熔点低于所述上壳体的软化点ο
6.如权利要求1所述的二次电池，其中所述上壳体包括含50wt%至60wt%玻璃纤维的树脂。
7.如权利要求1所述的二次电池，其中所述上壳体的软化点为约170°C。
8.如权利要求1所述的二次电池，其中所述第一焊料在所述印刷电路板的面向外部的表面上，其中所述第二焊料在所述印刷电路板的面向内部的表面上，且其中所述第一焊料的熔点高于所述第二焊料的熔点。
9.如权利要求8所述的二次电池，进一步包括在所述印刷电路板面向内部的表面上的第二保护电路装置，其中所述第二保护电路装置通过第三焊料连接到所述印刷电路板。
10.如权利要求9所述的二次电池，其中所述第二焊料的熔点和所述第三焊料的熔点相同。
11.如权利要求9所述的二次电池，其中所述第二焊料和所述第三焊料包括相同的材料。
12.如权利要求1所述的二次电池，其中所述第一焊料和所述第二焊料在所述保护电路板的面向内部的表面上，且其中所述第一焊料和所述第二焊料的熔点相同。
13.如权利要求1所述的二次电池，其中所述上壳体具有第一支撑体，且其中第一引线板连接到所述第一支撑体并电连接到所述印刷电路板和所述盖组件。
14.如权利要求1所述的二次电池，其中所述外部端子通过穿过所述印刷电路板的焊接引线连接到所述第二焊料。
15.一种制造二次电池的方法，所述方法包括使用第一焊料将第一保护装置焊接到印刷电路板上，以使所述第一保护装置电连接到所述印刷电路板；使用第二焊料将位于上壳体上的外部端子焊接到所述印刷电路板，以使所述外部端子电连接到所述印刷电路板，其中所述第二焊料包括不同于所述第一焊料的材料；使所述上壳体和所述印刷电路板连接到还包括电极组件和罐的裸电池的盖板，其中所述盖板密封所述罐，其中所述印刷电路板在所述裸电池和所述上壳体之间，且其中所述外部端子穿过所述上壳体露出。
16.如权利要求15所述的方法，其中所述第一保护装置的焊接在比所述外部端子的焊接更高的温度下进行。
17.如权利要求15所述的方法，其中所述外部端子的焊接通过回流焊接进行。
18.如权利要求15所述的方法，进一步包括使用第三焊料将第二保护装置焊接到所述印刷电路板，其中所述第二焊料和所述第三焊料包括相同材料。
19.如权利要求18所述的方法，其中所述第一保护装置和所述第二保护装置分别位于所述印刷电路板的相背侧上。
全文摘要
一种二次电池，包括电极组件；容纳所述电极组件的罐；密封所述罐的盖组件；覆盖所述盖组件的上壳体；以及在所述盖组件和所述上壳体之间的保护电路模块，所述保护电路模块具有印刷电路板；和通过第一焊料连接到所述印刷电路板的第一保护电路装置；以及通过第二焊料电连接到所述印刷电路板的外部端子，其中所述第一焊料的熔点不低于所述第二焊料的熔点。本发明还公开了一种制备二次电池的方法。
文档编号H01M2/34GK102544602SQ20111025901
公开日2012年7月4日 申请日期2011年9月2日 优先权日2010年12月29日
发明者林成日, 金大根, 金钟弼 申请人:三星Sdi株式会社