用于二次电池的部件及其制造方法、以及使用该部件制造的二次电池和多电池系统的制作方法

用于二次电池的部件及其制造方法、以及使用该部件制造的二次电池和多电池系统的制作方法
【专利摘要】本发明描述了用于二次电池的部件及其制造方法，以及使用该部件制造的二次电池。根据本发明的用于二次电池的部件包括：无铅焊接桥，该无铅焊接桥具有150℃至300℃的熔点且含有作为主要成分的锡（Sn）和铜（Cu）；第一金属板和第二金属板，该第一金属板和第二金属板彼此通过一定的间隙间隔开，并与所述无铅焊接桥联接。根据本发明，当过电流流过该用于二次电池的部件时，无铅焊接桥的温度局部地迅速升高而熔融所述无铅焊接桥，由此，有效地中断过电流的流动。
【专利说明】用于二次电池的部件及其制造方法、以及使用该部件制造的二次电池和多电池系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及二次电池技术，更具体地，涉及提高了二次电池安全性的用于二次电池的部件和制造该部件的方法，以及使用该部件制造的二次电池。
【背景技术】
[0002]本申请要求2011年6月17日提交的韩国专利申请N0.10-2011-0059255的优先权，该韩国申请的公开内容在此通过引用的方式并入。
[0003]本申请要求2011年9月16日提交的韩国专利申请N0.10-2011-0093615的优先权，该韩国申请的公开内容在此通过引用的方式并入。
[0004]本申请要求2012年6月15日提交的韩国专利申请N0.10-2012-0064368的优先权，该韩国申请的公开内容在此通过引用的方式并入。
[0005]随着诸如摄像机、移动电话、便携式PC机等的便携式电子产品的使用的增加，二次电池通常用作主电源，因此，二次电池的重要性也在提高。
[0006]与不可充电的二次电池不同的是，人们对可充电和放电的二次电池进行了广泛的研究，以便它们可用在高科技产业中迅速发展的数字照相机、移动电话、笔记本电脑、电动工具、电动自行车、电动车辆、混合动力车辆、大容量电力存储设备等。
[0007]特别地，与例如铅蓄电池、NiCd电池、NiMH电池、L1-Zinc电池等相比，由于锂二次电池每单位重量的能量密度较高且可快速充电，所以，锂二次电池的使用在增加。
[0008]锂二次电池具有3.6V或更高的工作电压，且用作便携式电子设备的电源，或者，多个锂二次电池串联或并联连接，以用于高功率电动车辆、混合动力车辆、电动工具、电动自行车、电力存储设备、UPS等。
[0009]而且，由于锂二次电池的工作电压高达NiCd电池或NiMH电池的工作电压的三倍，并且具有优异的每单位重量能量密度特性，所以，锂二次电池的使用在广泛地扩展。
[0010]根据电解质的类型，锂二次电池可以分为使用液体电解质的锂离子电池和使用聚合物固体电解质的锂离子聚合物电池。锂离子聚合物电池又可根据聚合物固体电解质的类型而分为两种电池类型:不包含电解质溶液的全固体锂离子聚合物电池；以及，包含电解质溶液且使用胶体型聚合物电解质的锂离子聚合物电池。
[0011]通常，使用液体电解质的锂离子电池被收纳在柱形或棱柱形的金属罐状容器内，并被密闭地密封以便于使用。然而，由于使用金属罐状容器的罐式二次电池的形状是固定的，所以，以罐式二次电池作为电源的电子产品在设计上受到限制，且其体积难以减小。因此，已开发了袋状锂二次电池并投入使用，通过将电极组件和电解质收纳在由膜制成的袋封装内并随后进行密封来制成该袋状锂二次电池。
[0012]然而，当锂二次电池过热时，可能存在爆炸的危险，因此，确保二次电池的安全性是非常必要的。锂二次电池的过热由各种因素引起。一个因素是锂二次电池中存在过电流。即，如果过大电流流过锂二次电池，则由于焦耳加热而产生热量，因此电池的内部温度迅速升高。温度的这种升高导致了电解质的分解反应，该分解反应又引起热流动(thermalrunning)，从而导致电池不可避免地爆炸。当尖锐的金属物穿透锂二次电池时，或者如果阴极板和阳极板之间的绝缘因为介于阴极板和阳极板之间的隔离膜的收缩而被破坏时，或者，如果由于充电电路异常或与外部相连的负载异常而导致施加了冲击电流(rushcurrent)时,会发生过电流。
[0013]为了保护锂二次电池免受异常状况(例如过电流)的影响，电池在使用前通常联接到保护电路，并且，该保护电路包括熔断元件，当发生过电流时，该熔断元件不可逆地断开充电或放电电流所流经的线路。
[0014]图1是示出了与锂二次电池联接的保护电路的构造中的熔断元件的布置结构和运行机制的电路图。
[0015]如图1所示,该保护电路包括:熔断元件10,熔断元件10用于在发生过电流时保护电池组；感测电阻器20，感测电阻器20用于感测过电流；微控制器30，微控制器30用于监测过电流的产生并在发生过电流时操作所述熔断元件10;以及开关40，开关40用于切换工作电流向熔断元件10中的流入。
[0016]熔断元件10安装在与电池组件20的最外侧端子连接的主线路内。该主线路是充电电流或放电电流所流经的电线。图1示出了熔断元件10安装在高电压一侧的线路(PACK+)内。
[0017]熔断元件10具有三个端子，其中两个端子与充电电流或放电电流所流经的主线路接触，余下的一个端子与开关40接触。而且，熔断元件10包括熔断器11和电阻器12，熔断器11与所述主线路串联连接并在预定温度下熔断，电阻器12对熔断器11施加热量。
[0018]微控制器30通过周期性地检测该感测电阻器20两端的电压来监测是否发生了过电流，当确定发生了过电流时，微控制器30接通开关40。然后，所述主线路内流动的电流被改道而流向熔断元件10并施加到电阻器12。由此，电阻器12产生的焦耳热被传导给熔断器11，从而升高熔断器11的温度，并且，当熔断器11的温度达到熔断温度时，熔断器11熔断，因此所述主线路被不可逆地断开。当所述主线路断开时，不再有过电流流过，由此克服了与过电流有关的问题。
[0019]然而，在上述的常规技术中，存在许多问题。即，如果微控制器30存在故障，即使在发生了过电流时，开关40也可能没有接通。在此情况下，由于电流不流入熔断元件10的电阻器12，则存在该熔断元件10将不起作用的问题。另外，所述保护电路中还需要有用于布置熔断元件10的空间，并且，用于控制该熔断元件10的运行的程序算法必须被加载到微控制器30中。结果，降低了该保护电路的空间效率，且增加了微控制器30的负荷。

【发明内容】

[0020]技术问题
[0021]本发明被设计用于解决现有技术中的问题，因此本发明的一个目的是提供一种新型的用于二次电池的部件，以实现与保护电路的主动过流中断功能分开地手动中断二次电池内的过电流的功能，以及提供该部件的制造方法。
[0022]本发明的另一目的是提供如下一种用于二次电池的部件及该部件的制造方法，该部件能够在结构变化最小且同时维持与常规部件相同的总体形状的情况下手动中断过电流。
[0023]本发明的又一目的是提供一种通过使用所述用于二次电池的部件而制造的二次电池和多电池系统。
[0024]然而，本发明不限于上述技术问题，而是，本领域技术人员根据以下描述可以意识到其它的技术问题。
[0025]技术解决方案
[0026]在尝试提高锂二次电池安全性的过程中，本发明的发明人发现:当把由金属制成且具有板状形状的电极引线断开为第一金属板和第二金属板并通过使用熔点为150°C至300°C的平面状无铅焊接材料将这些板连接时，能够克服与过电流相关的安全性问题。本发明的发明人还确认具有上述结构的电极引线可适用于所有类型的二次电池，并且可广泛用作取代位于电流流路处的各种二次电池部件的部件，最终完成了本发明。
[0027]为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种用于二次电池的部件，该部件包括第一金属板和第二金属板，通过使用无铅焊接桥来连接该第一金属板和第二金属板，该无铅焊接桥具有150°C至300°C的熔点，并且含有作为其主要成分的锡(Sn)和铜(Cu)。
[0028]根据本发明的实施例，第一金属板和第二金属板大致位于同一平面上，并且，所述无铅焊接桥在第一金属板和第二金属板的任一个表面或两个表面上形成第一金属板和第二金属板之间的桥。
[0029]第一金属板和第二金属板通过所述无铅焊接桥彼此连接的部分就其功能而言被称为熔融分离部。
[0030]优选地，在第一金属板和第二金属板之间存在微小缝隙(间隙)。该间隙的宽度越小越好，由此，该间隙的宽度优选为Imm或更小，更优选为0.5mm或更小,最优选为0.3mm或更小，更进一步最优选为0.1mm或更小。
[0031]优选地，在所述熔融分离部的中央部处，该间隙具有从如下项中选出的任一种图案:直线图案、Z字形图案、锯齿状图案、波状图案及它们的组合。
[0032]优选地，所述无铅焊接桥通过第一联接部和第二联接部形成了第一金属板和第二金属板之间的桥，该第一联接部和第二联接部分别与第一金属板及第二金属板联接。取决于该间隙的形状，第一联接部和第二联接部可位于同一条线上或不同的线上。优选地，第一联接部和第二联接部通过使用激光进行的线焊接来形成。替代地，第一联接部和第二联接部也通过超声波焊接、电阻焊接、电弧焊接等来形成。
[0033]优选地，在第一金属板和第二金属板的上表面上执行该线焊接，对应于形成有第一联接部和第二联接部的部位。因此，在第一金属板和第二金属板的表面上与所述间隙相邻地形成线焊接图案。
[0034]根据本发明的另一实施例，第一金属板和第二金属板大致位于同一平面上，并且，所述无铅焊接桥直接介于第一金属板和第二金属板彼此面对的对向表面之间，从而在两者之间形成桥。
[0035]例如，第一金属板和第二金属板的对向表面具有朝向无铅焊接桥的锥形斜面。作为另一个示例，第一金属板和第二金属板的对向表面具有朝向无铅焊接桥凸出的凸起形状，在此构造中，所述对向表面的中央区域具有彼此平行地面对的平坦表面，并且，设置在该中央区域的上端和下端处的外围区域具有朝向彼此相反方向的锥形斜面。作为另一个示例，所述第一金属板和第二金属板的对向表面具有凹部结构。
[0036]优选地，与所述对向表面的形状无关，无铅焊接桥与所述第一和第二金属板的对向表面通过激光焊接来联接。替代地，无铅焊接桥与所述第一和第二金属板的对向表面通过超声波焊接、电阻焊接、电弧焊接等来联接。
[0037]根据本发明的另一实施例，第一金属板和第二金属板大致位于同一平面上，并且，无铅焊接桥在通过第一弯曲部和第二弯曲部的对置而形成的区域处形成第一金属板和第二金属板之间的桥，该第一和第二弯曲部形成在彼此面对的第一金属板和第二金属板的边缘处。优选地，第一弯曲部和第二弯曲部可以是以平面对称或点对称的关系对置的弯曲结构。
[0038]根据本发明的另一实施例，在由第一金属板和第二金属板的、沿竖直方向布置且彼此重叠的边缘形成的区域处，所述无铅焊接桥形成第一金属板和第二金属板之间的桥。
[0039]根据本发明的另一实施例，在通过第一金属板和第二金属板彼此面对的对向部分处形成的沟槽的对置而形成的区域处，所述无铅焊接桥形成第一金属板和第二金属板之间的桥。
[0040]在本发明中，用作所述无铅焊接桥的主要成分的锡的含量可以在80%至98%重量百分比的范围内，并且，用作合金成分的铜的含量可以在2%至20%重量百分比的范围内。
[0041]根据本发明的另一实施例，所述无铅焊接桥还包括至少一种附加金属，该附加金属选自镍、锌和银。该附加金属的总含量优选在0.01%至10%重量百分比的范围内调节。
[0042]上述用于二次电池的部件还包括绝缘带，该绝缘带用于覆盖所述熔融分离部，从而覆盖所述无铅焊接桥。优选地，该绝缘带包括从聚烯烃膜、聚丙烯膜、酸改性聚丙烯膜及其组合中选出的任一组。
[0043]为了实现上述目的，根据本发明的另一个方面，提供了根据本发明的二次电池，该二次电池通过使用上述的用于二次电池的部件作为其电极引线而制成。因此，对于根据本发明的二次电池，阴极引线、阳极引线或二者都可具有前述的用于二次电池的部件的结构。
[0044]本发明的目的还通过如下方式实现:即，在具有彼此串联或并联连接的多个二次电池的多电池系统中，把用于二次电池的部件的结构应用于将相邻的端子相互连接的连接器。
[0045]为了解决上述问题，根据本发明的又一方面，提供了根据本发明的用于二次电池的部件的制造方法，包括如下步骤:通过使相互分开的第一金属板和第二金属板接近并位于大致同一平面上而使第一金属板和第二金属板彼此面对，以在这些板之间形成一个间隙；在第一金属板和第二金属板的对向部分处提供无铅焊接桥，该无铅焊接桥具有150°C至300°C的熔点且含有锡(Sn)和铜(Cu);以及，将无铅焊接桥的一侧与第一金属板联接，并将无铅焊接桥的另一侧与第二金属板联接。
[0046]该用于二次电池的部件的制造方法还可包括如下步骤:用绝缘带覆盖无铅焊接桥、所述间隙，或覆盖它们二者。
[0047]有利效果
[0048]根据本发明各个方面的用于二次电池的部件具有这样的结构:在该结构中，第一金属板和第二金属板通过它们之间的间隙而彼此略微间隔开，并且通过在150°C至300°C下熔融的无铅焊接桥而连接。因此，当过电流流过该用于二次电池的部件时，无铅焊接桥的温度迅速达到上述熔点并且该焊接桥熔融而中断过电流的流动。而且，由于形成在第一金属板和第二金属板之间的间隙具有小的宽度，所以，由无铅焊接桥引起的该部件的电阻增大被限制于可忽略的水平，并不会造成与总体尺寸和形状相关的明显改变。
[0049]根据本发明的另一方面，当用于二次电池的部件用作二次电池的与保护电路分开的电极引线时，二次电池能够不可逆地中断过电流，由此提高二次电池的安全性。另外，当用于二次电池的部件用作电极引线时，电极引线的尺寸和形状并无明显改变，从而可将过电流中断功能移植到二次电池上，而不需要二次电池设计方案中的结构改变。
[0050]根据本发明的另一方面，有利的是，用于二次电池的部件可应用于采用具有板状形状的电极引线的各种二次电池。
[0051]根据本发明的另一方面，如果用于二次电池的部件用作在具有多个二次电池的多电池系统中使用的连接器，则该连接器中可具有过电流中断功能。
【专利附图】

【附图说明】
[0052]从以下参考附图对实施例的描述中，本发明的其他目的及方面将变得更加明显，在附图中:
[0053]图1是示出了与锂二次电池联接的保护电路的构造中的熔断元件的布置结构和运行机制的电路图；
[0054]图2是根据本发明实施例的用于二次电池的部件的透视图；
[0055]图3是沿着图2的线1-1’截取的剖视图；
[0056]图4是示出了与图2的部件的中央区域相对应的熔融分离部的放大平面图；
[0057]图5和图6是示出了熔融分离部中形成的间隙的各种图案的视图；
[0058]图7至图14是示出了根据本发明另一实施例的用于二次电池的部件的横截面图；
[0059]图15是示出根据本发明另一实施例的、用绝缘带覆盖的用于二次电池的部件的横截面图；
[0060]图16是示出根据本发明实施例的、具有弯曲结构的用于二次电池的部件的横截面图；
[0061]图17是示出根据本发明实施例的二次电池的横截面图；
[0062]图18和图19是局部示出了根据本发明实施例的多电池系统的连接器连接部分的视图；
[0063]图20是示出了从根据本发明的短路实验中获得的、电流测量值与时间之间的关系的曲线图；
[0064]图21是示出了从根据本发明的短路实验中获得的、温度测量值与时间之间的关系的曲线图；
[0065]图22是示出了从根据本发明的抗拉强度实验中获得的、抗拉强度特性与铜的含量之间的关系的曲线图。
【具体实施方式】[0066]在下文中，将参考附图详细描述本发明的优选实施例。在描述之前，应当理解，说明书和所附权利要求中使用的术语不应解释为仅局限于一般性的含义及字典中的含义，而是，应在允许发明人适当地定义术语以最佳地进行说明的原则基础上、基于与本发明的技术方面相对应的含义和构思来解释。因此，本文给出的描述仅是出于说明性目的的优选示例，并非旨在限制本公开的范围，因而应当理解，在不偏离本公开的精神和范围的前提下，可以获得其他等同物和变型例。
[0067]图2是根据本发明实施例的、用于二次电池的部件的透视图，图3是沿着图2的线1-1’截取的剖视图，图4是示出了与图2的部件的中央相对应的熔融分离部的放大平面图。
[0068]参考图2至图4，根据本发明的用于二次电池的部件被构造为具有第一金属板22和第二金属板23，该第一金属板22和第二金属板23通过无铅焊接桥21彼此连接且通过间隙24彼此间隔开。
[0069]间隙24是第一金属板22和第二金属板23之间的微小缝隙。间隙24起到了电阻器件的作用，它允许流经所述部件20的大部分电流从第一金属板22通过无铅焊接桥21流到第二金属板23。另外，间隙24的宽度与通过无铅焊接桥21的电流流路的变化直接相关，并且，间隙24的宽度的增加导致所述部件20的电阻增大。因此，间隙24的宽度越小越好，从而，间隙24的宽度优选为Imm或更小，更优选为0.5mm或更小,最优选为0.3mm或更小，更进一步最优选为0.1mm或更小。
[0070]第一金属板22和第二金属板23大致位于XY平面上[hel]，且由电阻为0.1m Ω或更低的金属或合金构成。例如，第一金属板22和第二金属板23可以由铜基板、铝基板、或涂覆有镍的铜基板制成。第一金属板22和第二金属板23可由相同材料或不同材料制成。
[0071]无铅焊接桥21具有150°C至300°C的熔点，该熔点低于第一金属板22和第二金属板23的熔点，无铅焊接桥21含有作为主要成分的锡(Sn)和作为合金成分的铜(Cu)，并且由环保材料构成，而不含有对人体和环境有害的铅(Pb )。
[0072]考虑到打算中断的过电流水平来设定无铅焊接桥21的熔点范围。如果熔点低于150°C，则该无铅焊接桥可能在正常的电流下就熔融了。例如，如果这种用于二次电池的部件20用在电动车辆的二次电池中且熔点低于150°C，则无铅焊接桥21可能由于快速的充电或放电电流而熔融。另外，如果熔点高于300°C,则难以有效地中断过电流,从而,使用该用于二次电池的部件20并未带来有利效果。
[0073]在无铅焊接桥21的成分中，锡影响该焊接桥21的熔点和抗拉强度特性。为了使无铅焊接桥21具有在150°C至300°C范围内的熔点并且还具有良好的抗拉强度特性，锡的含量被调整为80%重量百分比或更大，优选地在85%至98%重量百分比的范围内。铜的作用是提高该用于二次电池的部件20的导电率，因此铜的含量被调整到2%至20%重量百分比的范围内，优选在4%至15%重量百分比的范围内。此处使用的“重量百分比”是基于无铅焊接桥21中包括的材料总重量的单位，其在下文具有同样的含义。
[0074]如上所述，通过将锡和铜的含量调整到上述范围内，不仅实现了无铅焊接桥21的良好抗拉强度，而且可以把无铅焊接桥21引起的电阻的增大限制为低水平，在百分之几以内。
[0075]为具有更进一步提高的特性，除了锡和铜之外，无铅焊接桥21还可包括具有优异导电率的金属以作为附加合金成分，例如镍(Ni)、银(Ag)、锌(Zn)。按总的材料重量来计，该附加合金成分的含量优选为0.01%至10%重量百分比。
[0076]无铅焊接桥21在第一金属板22及第二金属板23的一个表面(B卩，下表面)上形成第一金属板22和第二金属板23之间的桥。
[0077]在此，如果无铅焊接桥21的温度升高到150°C至300°C，则该焊接桥21熔融为液体，并且，第一金属板22和第二金属板23断开，并基于间隙24被分成两个分离的板。
[0078]相应地，下文中，第一金属板22和第二金属板23通过无铅焊接桥21而彼此连接的部分被称为熔融分尚部A。
[0079]熔融分离部A包括第一联接部25和第二联接部26。第一联接部25表示无铅焊接桥21和第一金属板22彼此联接的区域，而第二联接部26表示无铅焊接桥21和第二金属板23相互联接的区域。
[0080]第一联接部25和第二联接部26通过沿Y轴行进的线焊接来形成。第一联接部25形成在第一金属板22和无铅焊接桥21之间的界面处，第二联接部26形成在第二金属板23和无铅焊接桥21之间的界面处。
[0081]所述线焊接优选在第一金属板22和第二金属板23的上部(见部分B)处进行。因此，在第一金属板22和第二金属板23的表面上、与间隙24相邻地形成线焊接图案。所述线焊接优选是激光焊接，但诸如超声波焊接、电阻焊接、电弧焊接等的其他各种焊接技术也适用于此。
[0082]同时，为了提高焊接强度，可以增加所执行的线焊接的次数。在此情况下，会在熔融分离部A处另外形成多个联接部，这在现有技术中是显而易见的。而且，第一联接部25和第二联接部26具有连续或不连续的线性图案，但本发明不限于此。
[0083]图5和图6不出了:第一金属板22和第二金属板23之间的间隙24可修改为具有各种形状。
[0084]如图5所示，间隙24可具有锯齿形状。在此情况下，通过沿着间隙24的中心在Y轴方向上执行线焊接，无铅焊接桥21可以与第一金属板22和第二金属板23联接。该线焊接优选在这些板的上表面处进行，并且，取决于该线焊接被执行的次数，在无铅焊接桥21与第一金属板22之间以及在无铅焊接桥21与第二金属板23之间形成具有至少一条线的联接部27。联接部27具有如下的结构特征，即:在无铅焊接桥21与第一金属板21之间形成的第一联接部27a以及在无铅焊接桥21与第二金属板23之间形成的第二联接部27b交替地位于同一条线上。
[0085]另外，如图6所示，间隙24可具有交互地接合的方形凸起图案的形状。在此情况下，取决于该线焊接被执行的次数，在无铅焊接桥21与第一金属板22之间以及在无铅焊接桥21与第二金属板23之间形成具有至少一条线的联接部28。另外，联接部28具有如下的结构特征，即:在无铅焊接桥21与第一金属板22之间形成的第一联接部28a以及在无铅焊接桥21与第二金属板23之间形成的第二联接部28b交替地位于同一条线上。
[0086]同时，间隙24也可具有除了图5和图6所示图案之外的其他各种图案。另外，间隙24也可具有将上述图案相组合的图案，而不是具有单一图案。
[0087]图7至图14是横截面图，示出了该用于二次电池的部件20可具有的多种变型结构。在图7至图14中，箭头是执行线焊接的点。在此，将省略关于该焊接的详细说明。
[0088]参考图7，在熔融分离部A的上表面上可形成有另外的无铅焊接桥21’。无铅焊接桥21’由与下侧的无铅焊接桥21相同的材料制成，并且通过相同的焊接技术与第一金属板22及第二金属板23联接。
[0089]参考图8a，无铅焊接桥21可在如下的区域处形成第一金属板22和第二金属板23之间的桥:该区域通过在彼此面对的第一金属板22和第二金属板23的每一端处形成的第一弯曲部22a和第二弯曲部23a的对置而形成。
[0090]参考图Sb，无铅焊接桥21可在如下的区域处形成第一金属板22和第二金属板23之间的桥:该区域通过在彼此面对的第一金属板22和第二金属板23的每一端处形成的沟槽的对置而形成。
[0091 ] 对于图Sb中的变型结构，无铅焊接桥21也可通过如下工艺来形成，而不是通过焊接。
[0092]S卩，首先，准备一块金属板，并在该金属板的上表面上形成线状沟槽，无铅焊接桥21将形成在该线状沟槽处。
[0093]该线状沟槽可通过使用从如下项中选出的任一种技术来形成:物理或化学蚀刻技术、使用锯齿刀片等的机械切割技术、使用高硬度刀(例如金刚石)的局部划刻技术、使用电子束的蚀刻技术、以及磨削技术。
[0094]在形成该线状沟槽之后，把用于形成无铅焊接桥21的焊接材料布置在该沟槽的形成位置处。对于此焊接材料，可使用其横截面结构与无铅焊接桥21的横截面结构相同或相似的的焊丝。替代地，也可使用其中分布有微小焊粉的焊膏作为焊接材料。
[0095]要考虑到如下因素来确定该焊接材料中包含的锡、铜和附加金属的含量:将形成在所述沟槽内的无铅焊接桥21所允许的熔融温度范围；要通过使用该用于二次电池的部件来中断的过电流水平；以及，要赋予该用于二次电池的部件的电气特性或机械特性。
[0096]当布置该焊接材料时，至少在焊接材料的布置位置处通过用夹具、滚子等施加压力来进行滚压过程。能够引起局部熔融的热能被施加到该焊接材料与所述沟槽的内表面相接触的位置。然后，所述金属板和焊接材料中含有的各个金属成分沿该接触界面形成合金。与此类似，当由不同的金属成分形成合金时，可使该焊接材料和金属板之间的界面中形成的表面电阻最小。
[0097]可使用多种方法来施加上述热能，例如热传导法、超声波振动法、电能束辐射法、电磁感应法等。然而，本发明不限于上述这些具体的施加热能的方法，而是，也可使用现有技术中已知的、能够在滚压过程进行的同时被施加压力的部分处产生热能的各种方法。
[0098]在完成该滚压过程之后，在所述沟槽内形成了无铅焊接桥21，并且在无铅焊接桥21的下部处形成了一个间隙，以将第一金属板22及第二金属板23与所述金属板分开。可利用用于形成上述沟槽的任一种技术来形成该间隙。
[0099]在形成该间隙之后，把附着于第一金属板22和第二金属板23上的焊接材料的残留物去除，以完成该用于二次电池的部件的制造。
[0100]同时，在图8a的变型结构中，第一弯曲部22a和第二弯曲部23a处于平面对称的关系。然而，如图9所示，第一弯曲部22a和第二弯曲部23a也可以处于点对称的关系。图9中的弯曲结构也可省去。也就是说，无铅焊接桥21可形成在当第一金属板22的端部和第二金属板23的端部以预定宽度沿竖直方向叠置时产生的空间内。
[0101]参考图10，通过在箭头标记的部位处进行焊接，无铅焊接桥21可以与第一金属板22及第二金属板23的彼此面对的对向表面(S1、S2)直接联接。为了实现这一点，优选最小化该无铅焊接桥21的宽度。
[0102]同时，为了扩大该无铅焊接桥21与第一金属板22、第二金属板23之间的联接区域的尺寸并提高其抗拉强度特性，可以将上述对向表面S1、S2修改为其他的各种形状。
[0103]例如，如图11所示，所述对向表面S1、S2中的每一个均可以具有朝向无铅焊接桥21的锥形斜面。作为另一个示例，如图12所示，为了具有朝向无铅焊接桥21凸出的凸起形状，所述对向表面S1、S2的中央区域可具有彼此平行的平坦表面，并且，设置在该中央区域的上端和下端处的外围区域具有朝向彼此相反方向的锥形斜面。作为另一个示例，如图13所示，所述对向表面S1、S2具有沟槽(沟渠)形状的凹部结构。该凹部可具有各种形状，例如楔形形状、方形形状、半圆形形状等。作为另一个示例，如图14所示，该凹部结构可具有突出到这些金属板的上部和下部的侧壁。
[0104]参考图15，为了保护熔融分离部A免受空气影响，可用绝缘带30覆盖该熔融分离部A。与图15不同，绝缘带30也可不将熔融分尚部A的上部分和下部分都覆盖,而是仅覆盖其一个部分。绝缘带30可适用于本公开中描述的所有类型的用于二次电池的部件。绝缘带30可以是从聚烯烃膜、聚丙烯膜、酸改性聚丙烯膜及其组合中选出的任一种，但本发明不限于此。
[0105]参考图16，取决于该用于二次电池的部件20的使用需求，通过弯曲第一金属板22或第二金属板23的中间部分，可改变根据本发明的用于二次电池的部件20以使其具有各种形状。
[0106]基于前述实施例，容易理解根据本发明的用于二次电池的部件的制造方法。首先，制备第一金属板和第二金属板，以良好地符合附图所示的部件的结构。第一金属板和第二金属板在同一平面上相邻且在二者之间形成有间隙的情况下彼此面对。如图所示，第一金属板和第二金属板彼此面对的部分具有各种结构。然后，在第一金属板和第二金属板的彼此面对的对向部分处提供具有150°C至300°C的熔点且含有锡(Sn)和铜(Cu)的无铅焊接桥。然后，将该无铅焊接桥的一侧焊接到第一金属板，并将该无铅焊接桥的另一侧焊接到第二金属板。然而，尽管不是必需的，也可以进行附接绝缘带的附加步骤，以将无铅焊接桥或所述间隙与空气隔离。
[0107]根据本发明的用于二次电池的部件能够以各种方式用于制造二次电池。
[0108]图17是示出了根据本发明实施例的袋型二次电池的横截面图，其中，通过使用上述的用于二次电池的部件来制造该二次电池。
[0109]参考图17，根据本发明的二次电池40包括电极组件43，在该电极组件43中，阴极引线41和阳极引线42彼此电连接。
[0110]阴极引线41和阳极引线42与根据本发明的用于二次电池的部件具有大致相同的结构。即，阴极引线41和阳极引线42具有如下结构:即，两个金属板通过使用桥状的熔融分离部A而彼此连接。与图17不同，根据本发明的用于二次电池的部件的结构也可仅应用于阴极引线41或阳极引线42。
[0111]电极组件43具有如下结构:其中，至少一个或更多个单元电池堆叠在一起，并且每个单元电池具有位于阴极和阳极之间的隔离膜。该阴极和阳极中的至少一个被涂覆有二次电池工作所需的活性材料，并且，将这些单元电池之间的电连接断开的绝缘膜可介于相邻的单元电池中。例如，阴极和阳极可分别涂覆有锂基阴极活性材料和碳基阳极活性材料。所述隔离膜和绝缘膜可以包括聚烯烃基的多孔聚合物膜。上述的这种二次电池结构在现有技术中是公知的，本发明不限于电极组件43的这种具体结构和材料成分。
[0112]电极组件43包括从阴极和阳极分别延伸的多个阴极接头44和阳极接头45。所述多个阴极接头44和阳极接头45通过第一次焊接而整体汇集在一起，然后，在第二次焊接之后分别与阴极引线41及阳极引线42联接。
[0113]电极组件43在阴极引线41的端部和阳极引线42的端部暴露于外部的情况下紧密地密封在封装件46内。封装件46包括铝袋膜，其中，在其内侧形成有朝向电极组件43的热粘附层。因此，通过沿着该封装件46的边缘施加热量，将电极组件43密封在封装件46内。根据二次电池的类型，封装件46可以包括液体电解质、固体电解质、凝胶型电解质等。
[0114]由于根据本发明的二次电池40包括布置在电极引线中的熔融分离部A，所以，当过电流流过电极引线且熔融分离部A中包括的无铅焊接桥的温度升高到150°C至300°C时，导致电极引线从熔融分离部A的中心断开，从而不可逆地中断了过电流的流动。因此，可以独立于保护电路来保护二次电池不受过电流的影响。
[0115]根据本发明的用于二次电池的部件20还可用作连接器部件，用于将多个二次电池串联或并联连接，而不是使用二次电池的电极引线。
[0116]图18和图19是示出了根据本发明的用于二次电池的部件20用作连接器部件的实施例的视图。
[0117]如图18所示，根据本发明的用于二次电池的部件20可通过焊接而连接到其相邻的端子50、60。另外，如图19所示，根据本发明的用于二次电池的部件20可通过使用螺栓而连接到其相邻的端子50、60。虽然图18和图19中未示出，但该用于二次电池的部件20也可通过使用铆钉而连接到相邻的端子50、60。端子50、60表示设置在如下部件中的端子:该部件是其内汇聚有多个二次电池的大容量多电池系统中的电连接所需的部件，并且，所述端子的类型并无特殊限制。另外，根据本发明的用于二次电池的部件20和端子50、60也可通过使用上述方法以外的各种其他方法来连接，这在本领域中是显而易见的。
[0118]“多电池系统”是指:多个二次电池彼此串联或并联连接的电池模块:多个电池模块彼此串联或并联连接的电池组；多个电池组彼此串联或并联连接的电池组组件等。
[0119]如上所述，当用于二次电池的部件20介于相邻的端子50、60之间且过电流在端子50、60之间流过而使该用于二次电池的部件20中包括的无铅焊接桥的温度升高到150°C至300°C时，端子50、60之间的电连接主要从熔融分离部A处断开，从而不可逆地中断过电流的流动。因此，可以独立于保护电路来保护多电池系统不受过电流的影响。
[0120]该多电池系统可作为用于如下设备的大容量二次电池系统来使用:电动工具；由电力驱动的车辆，包括电动车辆(EV)、混合动力车辆(HEV)和外接插电式混合动力车辆(PHEV);电动卡车；或电力存储设备。
[0121]下面，利用实施例来更详细地解释本发明。然而，如下的实施例能够以各种方式进行变型，本发明不应解释为仅限于此。
[0122]示例 I
[0123]先制造具有45Ah容量的袋型锂二次电池，并将图2的用于二次电池的部件的结构仅应用于阳极引线。因此，该阳极引线具有如下结构:即，两个铜板通过线焊接而与无铅焊接桥联接。所述铜板和无铅焊接桥的厚度分别为0.2mm和0.5mm。通过使用处于施加3.5kV能量条件下的激光来执行该线焊接。执行该线焊接的点之间的距离为1mm。无铅焊接桥由含有96%重量百分比的锡和4%重量百分比的铜的焊接合金基板形成，且具有3mm的宽度。
[0124]示例2
[0125]重复示例I的过程,不同之处在于:使用包括99.4%重量百分比的锡、0.5%重量百分比的铜和0.1%重量百分比的镍的合金基板来形成无铅焊接桥，以制造具有45Ah容量的袋型锂二次电池。
[0126]比较例
[0127]重复示例I的过程，不同之处在于:使用了不具有无铅焊接桥且由0.2_厚度的铜板制成的阳极引线，以制造具有45Ah容量的袋型锂二次电池。
[0128]实骀例1:锂二次电池的电阳测量实骀
[0129]在25°C下、在大气压力下对示例I的锂二次电池进行充电和放电，其中，充电电流和放电电流的水平被分别设定为72A和95A。当锂二次电池充电时，每当荷电状态(SOC)增大10%，就测量该二次电池的电阻，从而获得了 1.515πιΩ的平均电阻值。
[0130]类似地，对示例2的锂二次电池的电阻进行测量，从而获得了 1.529mΩ的平均电阻值。
[0131]另外，对所述比较例的锂二次电池的电阻进行测量，从而获得了 1.494πιΩ的平均电阻值。
[0132]根据该实验的结果，示例I的锂二次电池与所述比较例相比表现出增大1.4%的电阻特性，而示例2的锂二次电池与所述比较例相比表现出增大2.3%的电阻特性。因此，应当理解，即使根据本发明的用于二次电池的部件被应用于阳极引线，其电阻水平与常规的锂二次电池相比也不会明显地改变。
[0133]另外，在示例2中，考虑到铜的0.5%重量百分比的极低含量，则明显的是:如果将无铅焊接桥中包含的铜的含量调整到2%到20%重量百分比的范围内，则上述电阻特性的增大将至少在小于2.3%的水平。
[0134]实骀例2:锂二次电池的短路实齡
[0135]为了测试使用根据本发明的用于二次电池的部件作为电极引线的锂二次电池的安全性，在过电流的情形下执行短路实验。
[0136]示例I和示例2的锂二次电池被完全充电至S0C100%，且将其阴极引线和阳极引线彼此连接以形成短路状态。在形成短路状态之后，以预定的时间间隔测量短路电流的水平，并在一段时间内观察阳极引线的板和二次电池封装件的中央部分的、随时间进行的温度变化。图20和21示出了关于短路电流和温度的监测结果。
[0137]如图20所示，在形成短路状态之后，示例I和示例2中的锂二次电池的短路电流的水平迅速增大到1465A，在该短路电流开始流动之后的一秒钟内，在阳极引线内产生断路，由此将短路电流减小到零。阳极引线内的断路意味着:阳极引线内包括的无铅焊接桥的温度迅速升高至其熔点。
[0138]另外，如图21所示，可以确认:尽管示例I和示例2的锂二次电池的短路电流均迅速增大，二次电池的温度并未明显改变，并且，在发生过电流之后，电极引线的温度升高到比室温[he2]高大约18°C，然后在一分钟内恢复到室温。[0139]对于所述比较例的电池模块进行相同的短路实验。基于实验结果，可以确认:锂二次电池的温度在两分钟内迅速升高到100°c或更高，并且，锂二次电池的密封部分被打开而进行排气。在排气之后，锂二次电池的温度维持在大约60°c。
[0140]基于对示例I和示例2的锂二次电池进行的上述实验的结果，可以理解:一旦出现短路电流，由于电极引线的断开而立即中断该过电流，而且，仅在电极引线的其中无铅焊接桥熔融的断开部分处，温度局部地从150°C升高至300°C，从而，过电流的产生并未实质上影响该二次电池。
[0141]因此，可以确认，如果根据本发明的用于二次电池的部件的结构被应用于锂二次电池的电极引线，则能够提高锂二次电池在过电流情形下的安全性。
[0142]实验例3:二次电池的过充实验
[0143]为了评估二次电池(其中，根据本发明的用于二次电池的部件的结构被应用于锂二次电池的电极引线)在过充状态下的安全性，执行如下实验。
[0144]使用在示例I和示例2以及比较例中制造的锂二次电池，并且每个二次电池在10V/1A的条件下被过充，监测结果如下表1所示。
[0145]表1
[0146]
【权利要求】
1.一种用于二次电池的部件，包括: 无铅焊接桥，所述无铅焊接桥具有150°c至300°C的熔点，并含有作为主要成分的锡(Sn)和铜(Cu)； 第一金属板和第二金属板，所述第一金属板和所述第二金属板彼此以微小的间隙间隔开，并与所述无铅焊接桥联接。
2.根据权利要求1所述的用于二次电池的部件，其中，所述第一金属板和所述第二金属板位于同一平面上。
3.根据权利要求1所述的用于二次电池的部件，其中，所述无铅焊接桥在所述第一金属板和所述第二金属板的任一个表面或两个表面上与所述第一金属板及所述第二金属板联接。
4.根据权利要求1所述的用于二次电池的部件，其中，所述间隙具有0.3_或更小的宽度。
5.根据权利要求1所述的用于二次电池的部件，其中，所述间隙具有从如下项中选出的任一种图案:直线图案、Z字形图案、锯齿状图案、波状图案及它们的组合。
6.根据权利要求1所述的用于二次电池的部件，其中，所述锡的含量在80%至98%重量百分比的范围内，所述铜的含量在2%至20%重量百分比的范围内。
7.根据权利要求6所述的用于二次电池的部件，其中，所述无铅焊接桥还包括至少一种附加金属，所述附加金属选自镍、锌和银。
8.根据权利要求7所述的用于二次电池的部件，其中，所述附加金属的含量在0.01%至10%重量百分比的范围内。
9.根据权利要求1所述的用于二次电池的部件，还包括绝缘带，用于覆盖所述无铅焊接桥、所述间隙、或覆盖它们二者。
10.根据权利要求1所述的用于二次电池的部件，其中，所述无铅焊接桥直接介于所述第一金属板和所述第二金属板彼此面对处的对向表面之间，以与所述第一金属板及所述第二金属板联接。
11.根据权利要求10所述的用于二次电池的部件，其中，所述对向表面具有朝向所述无铅焊接桥的锥形斜面。
12.根据权利要求10所述的用于二次电池的部件，其中，所述对向表面具有朝向无铅焊接桥凸出的凸起形状。
13.根据权利要求12所述的用于二次电池的部件，其中，所述对向表面的中央区域具有彼此平行地面对的平坦表面，并且，设置在所述中央区域的上端和下端处的外围区域具有朝向彼此相反方向的锥形斜面。
14.根据权利要求10所述的用于二次电池的部件，其中，所述第一金属板和所述第二金属板的所述对向表面具有凹部结构。
15.根据权利要求1所述的用于二次电池的部件，其中，在通过第一弯曲部和第二弯曲部的对置而形成的区域处，所述无铅焊接桥与所述第一金属板及第二金属板联接，所述第一弯曲部和第二弯曲部形成在彼此面对的所述第一金属板和所述第二金属板各自的边缘处。
16.根据权利要求15所述的用于二次电池的部件，其中，所述第一弯曲部和所述第二弯曲部以平面对称或点对称的关系对置。
17.根据权利要求1所述的用于二次电池的部件，其中，在由所述第一金属板和第二金属板的、沿竖直方向布置且彼此重叠的边缘形成的区域处，所述无铅焊接桥与所述第一金属板及所述第二金属板联接。
18.根据权利要求1所述的用于二次电池的部件，其中，在通过在所述第一金属板和第二金属板的边缘处形成的沟槽的对置而形成的区域处，所述无铅焊接桥与所述第一金属板及所述第二金属板联接。
19.根据权利要求1所述的用于二次电池的部件，其中，所述无铅焊接桥通过线焊接而与所述第一金属板和所述第二金属板联接。
20.根据权利要求19所述的用于二次电池的部件，其中，在所述第一金属板和所述第二金属板的表面上、与所述间隙相邻地形成有线焊接图案。
21.根据权利要求19所述的用于二次电池的部件，其中，所述线焊接是激光焊接、超声波焊接、电阻焊接或电弧焊接。
22.—种二次电池，包括: 电极组件，在所述电极组件中，阴极引线和阳极引线彼此电联接；和 封装件，所述封装件用于在所述阴极引线的一部分和所述阳极引线的一部分暴露于外部的情况下密封所述电极组件， 其中，根据权利要求1至19中任一项所述的用于二次电池的部件用作所述阴极引线、所述阳极引线、或者用作所述阴极引线和阳极引线。`
23.一种具有多个二次电池的多电池系统，包括: 连接器，所述连接器用于将多个二次电池彼此串联、并联、或者串联及并联连接， 其中，根据权利要求1至19中任一项所述的用于二次电池的部件用作所述连接器。
24.根据权利要求23所述的多电池系统，其中，所述多电池系统用作如下设备的电源:电动工具；由电力驱动的车辆，包括电动车辆(EV)、混合动力车辆(HEV)和外接插电式混合动力车辆(PHEV);电动卡车；或电力存储设备。
25.一种用于二次电池的部件的制造方法，包括: 通过使彼此分开的第一金属板和第二金属板接近并基本位于同一平面上而使所述第一金属板和所述第二金属板彼此面对，从而在所述板之间形成间隙； 在所述第一金属板和所述第二金属板彼此面对的对向部分处设置有无铅焊接桥，所述无铅焊接桥具有150°C至300°C的熔点并含有锡(Sn)和铜(Cu);以及 将所述无铅焊接桥的一侧与所述第一金属板联接，并将所述无铅焊接桥的另一侧与所述第二金属板联接。
26.根据权利要求25所述的用于二次电池的部件的制造方法，还包括:用绝缘带覆盖所述无铅焊接桥、所述间隙、或覆盖它们二者。
27.根据权利要求25所述的用于二次电池的部件的制造方法，其中，通过线焊接将所述无铅焊接桥与所述第一金属板及所述第二金属板联接。
28.根据权利要求27所述的用于二次电池的部件的制造方法，其中，所述线焊接是激光焊接、超声波焊接、电阻焊接或电弧焊接。
【文档编号】H01M2/34GK103534839SQ201280022728
【公开日】2014年1月22日 申请日期:2012年6月15日 优先权日:2011年6月17日
【发明者】梁正勋, 崔丞惇, 全志勋, 赵永锡 申请人:株式会社Lg 化学