圆筒形二次电池的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种圆筒形二次电池，其包含：电极组件，其具有正极板、负极板和插入其间的隔膜；用于容纳所述电极组件的壳；用于密封所述壳的开口端的盖组件；以及插入所述壳与所述盖组件之间的垫圈，其中所述垫圈由聚合物树脂制成，所述聚合物树脂具有200℃以上的熔点和100D以下的硬度。
【专利说明】圆筒形二次电池【技术领域】
[0001]本发明涉及圆筒形二次电池，更特别地涉及具有由高耐热性聚合物树脂制成的垫圈的圆筒形锂离子/聚合物二次电池。
[0002]本申请要求2011年7月13日在韩国提交的韩国专利申请10-2011-0069510号的优先权。
[0003]本申请还要求2012年7月13日在韩国提交的韩国专利申请10-2012-0076626号的优先权，其内容通过参考并入本文中。
【背景技术】
[0004]通常，将二次电池称作可充电电池，这是因为其与不能再充电的原电池不同，能够重复充电和放电，并被广泛用作电子装置如便携式电话、笔记本计算机和可携式摄像机或电动车辆中的电源。特别地，锂二次电池具有3.6V以上的运行电压，其为主要用作电子设备的N1-Cd电池或N1-H电池的运行电压的三倍，并具有优异的每单位重量的能量密度特性，由此锂二次电池的使用急剧增加。
[0005]这种锂二次电池主要使用锂基氧化物和碳材料分别作为正极活性材料和负极活性材料。此外，可以将锂二次电池分为棱柱形电池、圆筒形电池或袋形电池。
[0006]锂二次电池包含具有正极/隔膜/负极的结构的电极组件和包覆层，在所述电极组件中依次设置正极、隔膜和 负极，且所述包覆层用于将所述电极组件与其中的电解液密封并容纳在一起。特别地，棱柱形或圆筒形二次电池包含具有开口端的壳和与所述壳的开口端密封并焊接在一起的盖组件作为包覆层。
[0007]可以以如下结构构造电极组件:卷型结构，其通过将隔膜插入正极与负极之间，随后卷绕而得到；或堆叠形结构，其通过将隔膜插入具有预定尺寸的多个正极与负极之间，随后依次堆叠而得到。卷型电极组件具有每单位重量的高能量密度并易于制造，特别地，易于放入壳中，由此被广泛用于圆筒形或棱柱形电池中。同时，将堆叠型电极组件主要用于袋形电池中。
[0008]在二次电池的充/放电过程中，这种电极组件易于因重复的膨胀和收缩而变形。在卷型电极组件的情况中，应力会集中在电池的中心，使得电极透过隔膜并与中心金属销接触，由此造成短路。短路会造成电池发热，所述发热使得有机溶剂分解而产生气体，并提高电池的内部压力，由此使其包覆层破裂。因外部撞击造成的短路也会造成电池中这种气体压力的升高。
[0009]通过提供正温度系数(PTC)装置(安全装置)可以克服电池的这种安全问题。特别地，圆筒形电池包含安全装置(如用于在电池的内部压力升高时中断电流的电流中断装置(CID))和包含构成突出端子的顶盖并用于保护所述安全装置的盖组件，所述盖组件通过与壳配合的垫圈来密封。
[0010]然而，在通过垫圈将盖组件与壳进行组装的同时，在垫圈与盖组件之间或在垫圈与壳之间可以形成间隙。通过形成这种间隙，通常存在常规二次电池的密封性劣化的问题。即，垫圈通常通过夹紧工艺而因壳受到压制并变形，由此使得壳与盖组件之间密切接触。然而，由于常规垫圈与壳和盖组件接触的表面为简单的平面，所以接触变差。特别地，如果在夹紧壳期间垫圈受到不均匀压制，则垫圈的平面不均匀变形，且垫圈的一部分不会与壳或盖组件接触而在其间形成空间，由此垫圈与壳的密封性劣化。因此，需要开发一种盖组件与垫圈之间的密封结构。
[0011]此外，如果具有比其壳的厚度更大的横截面的圆筒形电池暴露在高温条件下，则电解液中的低沸点溶剂会蒸发而提高电池的内部压力，使得电池壳膨胀。而且，电池的特性会因电解液的泄漏和由外部空气和湿气进入所造成的内阻增大而劣化。
[0012]为了克服上述问题，需要改善垫圈和有机电子材料如密封剂的耐热性。
【发明内容】
[0013]技术问题
[0014]本发明用于解决现有技术的问题，因此，本发明的目的是提供一种具有由高耐热性聚合物树脂制成的垫圈的圆筒形二次电池，所述垫圈即使因二次电池内部温度升高而使得所述垫圈暴露在高温环境下仍能够防止由于热变形而造成的短路，并能够提高密封性。
[0015]此外，本发明的另一个目的是提供一种圆筒形二次电池，所述圆筒形二次电池还具有以更完全地密封电解液和/或气体的初始泄漏区域(即垫圈与包含安全阀的盖组件之间的界面)的方式构造的结构。
[0016]技术方案
[0017]为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供一种圆筒形二次电池，其包含:
[0018]电极组件，其具有正极板、负极板和插入其间的隔膜；
[0019]用于容纳所述电极组件的壳；
[0020]用于密封所述壳的开口端的盖组件；以及[0021 ] 插入所述壳与所述盖组件之间的垫圈，
[0022]其中所述垫圈由聚合物树脂制成，所述聚合物树脂具有200°C以上的熔点和100D以下的硬度，并包含10~30mol%的由式⑴表示的重复单元和70~90mol%的由式(II)表示的重复单元:
[0023]
【权利要求】
1.一种圆筒形二次电池,其包含: 电极组件，其具有正极板、负极板和插入其间的隔膜； 用于容纳所述电极组件的壳； 用于密封所述壳的开口端的盖组件；以及 插入所述壳与所述盖组件之间的垫圈， 其中所述垫圈由聚合物树脂制成，所述聚合物树脂具有200°c以上的熔点和IOOD以下的硬度，并包含10~30mol%的由式(I)表示的重复单元和70~90mol%的由式(II)表示的重复单元:
2.如权利要求1所述的圆筒形二次电池，其中所述垫圈还包含在其表面上的浙青涂层。
3.—种圆筒形二次电池,其包含: 电极组件，其具有正极板、负极板和插入其间的隔膜； 用于容纳所述电极组件的壳； 用于密封所述壳的开口端的盖组件；以及 插入所述壳与所述盖组件之间的垫圈，所述垫圈发生弯曲而具有相互面对的两个横截面，其中所述垫圈的一个横截面具有形成在其上的不平坦结构，且其另一个横截面具有形成在其上的突出结构，所述盖组件的边缘插入到所述不平坦结构与所述突出结构之间，其中所述垫圈由聚合物树脂制成，所述聚合物树脂具有200°C以上的熔点和100D以下的硬度。
4.如权利要求3所述的圆筒形二次电池，其中所述聚合物树脂选自如下物质:热塑性聚酯弹性体(TPEE)、四氟化物-全氟烷基乙烯基醚共聚物(PFA)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)及它们的混合物。
5.如权利要求3所述的圆筒形二次电池，其中所述盖组件包含: 顶盖，用于对所述壳的开口端进行密封并以与所述垫圈的突出结构接触的方式设置； PTC装置，所述PTC装置以与所述顶盖接触的方式设置；以及 安全阀，所述安全阀以在其一个表面上与所述PTC装置接触且在其另一个表面的一部分上与垫圈的不平坦结构接触的方式设置，所述安全阀与所述电极组件电连接。
6.如权利要求3所述的圆筒形二次电池，其中所述盖组件包含: 用于密封所述壳的开口端的顶盖；以及 以在两端处发生弯曲的方式构造的安全阀，其一个表面与所述顶盖所有的侧面、顶面和底面都接触，同时其另一个表面与在所述垫圈的内周面上形成的所述不平坦结构和所述突出结构接触，且所述安全阀与所述电极组件电连接。
7.如权利要求5或6所述的圆筒形二次电池，其中所述盖组件还包含电流中断装置，所述电流中断装置的顶部焊接到所述安全阀的底部，且所述电流中断装置的底部与所述电极组件连接。
8.如权利要求7所述的圆筒形二次电池，除了插入所述盖组件的边缘的所述垫圈之外，所述二次电池还包含用于包围所述电流中断装置的外周面的辅助垫圈。
9.如权利要求8所述的圆筒形二次电池，其中插入所述盖组件的边缘的所述垫圈包围所述辅助垫圈以及所述电流中断装置的底面。
10.如权利要求8所述的圆筒形二次电池，其中插入盖组件的边缘的所述垫圈包围所述辅助垫圈以及所述电流中断装置的顶面。
11.如权利要求7所述的圆筒形二次电池，除了插入所述盖组件的边缘的所述垫圈之外，所述二次电池还包含插入所述安全阀与所述电流中断装置之间从而以相互配合的状态来容纳其的辅助垫圈。
12.如权利要求11所述的圆筒形二次电池，其中插入所述盖组件的边缘的所述垫圈具有倾斜或阶梯部分，其中放置所述电流中断装置的端子以进一步将所述电流中断装置容纳在所述安全阀与所述垫圈之间。
13.如权利要求3所述的圆筒形二次电池，其中所述不平坦结构和所述突出结构各自独立地具有三角形、矩形、梯形或半圆形横截面。
14.如权利要求3所述的圆筒形二次电池，其中所述不平坦结构或所述突出结构还包含倒刺形部分。
15.如权利要求5或6所述的圆筒形二次电池，其中所述安全阀由金属制成。
16.如权利要求3所述的圆筒形二次电池，其中所述垫圈还包含在其表面上的浙青涂层。
【文档编号】H01M2/12GK103650199SQ201280034631
【公开日】2014年3月19日 申请日期:2012年7月13日 优先权日:2011年7月13日
【发明者】李帝俊, 金成钟, 具滋训 申请人:株式会社Lg化学