二次电池的制作方法

相关申请的交叉引用

本申请要求于2017年7月6日提交的韩国专利申请第10-2017-0086050号的优先权的权益，通过引用将上述专利申请的公开内容作为整体并入本文。

技术领域

本发明涉及一种二次电池，更具体地，涉及一种钉子穿过其时产生的短路电流被分散以确保安全性的二次电池。

背景技术：

一般来说，与不可充电的原电池不同，二次电池(secondarybattery)是指可充电和可放电的电池。二次电池广泛应用于诸如移动电话、笔记本电脑和摄像机之类的高科技电子领域。

这种二次电池分为其中电极组件内置于金属罐中的罐型二次电池和其中电极组件内置于袋中的袋型二次电池。袋型二次电池包括电极组件、电解质以及容纳电极组件和电解质的袋。此外，电极组件具有其中多个电极和多个隔膜交替层压的结构，并且多个电极包括正极和负极。

然而，当钉子穿过上述二次电池时，正极和负极可能会短路，使得流过过量的短路电流，因此，由于短路电流，可能产生热量，从而引起着火和爆炸。

技术实现要素：

技术问题

本发明旨在解决上述问题，本发明的目的在于提供一种二次电池，这种二次电池分散钉子穿过其时产生的过量的短路电流以防止发生着火和爆炸。

技术方案

为了实现上述目的，根据本发明第一实施方式的二次电池包括：电极组件，所述电极组件包括其中第一电极和第二电极在隔膜位于它们之间的状态下而交替地层压的多个基本单元和和围绕被重复地层压的所述多个基本单元的隔离膜，其中所述电极组件包括分别层压在设置在所述隔离膜的最上端或最下端上的最外面的隔离膜上的保护单元，所述保护单元具有其中从设置在所述电极组件的最上端或最下端上的最外面的隔离膜依次层压第二保护电极、隔膜、第一保护电极的结构，所述第二保护电极具有包括第二集流体和在所述第二集流体的内表面上被涂覆有第二电极活性材料的第二电极活性材料部分的截面涂层结构，并且所述内表面是面向所述电极组件的中心的表面。

当钉子穿过所述电极组件而引起所述电极组件的短路(shortcircuit)时，所述保护单元可以将短路电流旁路(bypass)至通过钉子连接的所述第二保护电极，从而减少热量。

所述第一保护电极可包括第一集流体和设置在所述第一集流体的两个表面中的每个表面上的第一电极活性材料部分。

根据本发明第二实施方式的二次电池包括：电极组件，所述电极组件包括其中第一电极和第二电极在隔膜位于它们之间的状态下而交替地层压的多个基本单元和围绕被重复地层压的所述多个基本单元的隔离膜，其中所述电极组件包括分别层压在设置在所述隔离膜的最上端或最下端上的最外面的隔离膜上的保护单元，所述保护单元具有其中从设置在所述电极组件的最上端或最下端上的最外面的隔离膜依次层压第一保护电极、隔膜、第二保护电极的结构，所述第二保护电极具有包括第二集流体和在所述第二集流体的内表面上被涂覆有第二电极活性材料的第二电极活性材料部分的截面涂层结构，其中所述内表面是面向所述电极组件的中心的表面，并且所述第一保护电极具有包括第一集流体和在所述第一集流体的内表面上被涂覆有第一活性材料的第一电极活性材料部分的截面涂层结构，其中第一集流体的所述内表面是面向所述电极组件的所述中心的表面。

当钉子穿过所述电极组件而引起所述电极组件的短路(shortcircuit)时，所述保护单元可以将短路电流旁路(bypass)至通过所述钉子连接的分别具有所述截面涂层结构的所述第二保护电极和所述第一保护电极，从而减少热量。

所述多个基本单元中的每一个可设置为双电池(bicell)，所述双电池具有其上设置有具有相同极性的电极的两端，第一电极可设置在位于所述电极组件的最上端和最下端中的每一端上的双电池的两端中的每一端上。

所述第二集流体可以由cu、al、ni、fe和pb中的一种金属制成。

所述第二集流体可以由al金属制成，所述第一集流体可以由cu金属制成。

所述第一电极和所述第一保护电极中的每一个可以是负极，并且所述第二电极和所述第二保护电极中的每一个可以是正极。

二次电池可进一步包括保护膜，所述保护膜围绕层压在电极组件的最上端或最下端上的保护单元。

设置在所述第二保护电极中的所述第二集流体的厚度可以大于设置在所述基本单元的所述第二电极中的第二集流体的厚度。

所述保护单元可不耦接至所述电极组件的所述最外面的隔离膜，或者可以以比所述第一电极与所述隔膜之间的耦合力或第所述二电极与所述隔膜之间的耦合力小的耦合力耦接至所述最外面的隔离膜。

二次电池可进一步包括容纳其上层压有所述保护单元的所述电极组件的壳体，其中所述电极组件可以在所述保护单元面向所述壳体的内表面的状态下被容纳在所述壳体中。

所述保护膜可以在所述保护膜整体连接至所述隔离膜的远端的状态下，围绕层压在所述电极组件的最上端或最下端上的保护单元。

有益效果

本发明具有如下效果。

首先：根据本发明的二次电池可包括保护单元，该保护单元包括第一保护电极、隔膜和第二保护电极。第二保护电极可具有其中仅一个表面涂覆有电极活性材料的截面涂层结构。因此，当由于钉子的穿刺引起电极组件发生短路(shortcircuit)时，短路电流可以被旁路(bypass)至通过钉子连接的第二保护电极。也就是说，短路电流可被分散到第二保护电极。因此，可以显著减少由短路电流产生的热量，此外，可以防止着火和爆炸，从而显著确保稳定性。

第二：在根据本发明的二次电池的保护单元中，第一保护电极可具有其中两个表面都涂覆有电极活性材料的结构。因此，可以提高保护单元的强度。另外，设置在二次电池中的第一电极可以用作第一保护电极，从而提高了使用的便利性和效率。

第三：在根据本发明的二次电池的保护单元中，第一保护电极可具有其中仅一个表面涂覆有电极活性材料的结构。因此，当钉子的穿刺引起二次电池发生短路时产生的短路电流可以通过钉子同时被旁路(bypass)至第一和第二保护电极。也就是说，短路电流可被分散到第一和第二保护电极。因此，可以显著减少由短路电流产生的热量，此外，可以防止着火和爆炸，从而显著确保稳定性。

第四：根据本发明的二次电池的基本单元具有两端设置有相同极性的电极的双电池。因此，可以在第一方向上层压多个基本单元以充分确保电池的容量。

第五：在根据本发明的二次电池的保护单元中，第二保护电极的第二集流体可以由al制成，第一保护电极的第一集流体可以由cu制成。因此，可以更稳定地旁路短路电流，从而减少热量。

第六：根据本发明的二次电池的保护单元可以被连接至隔离膜的端部的保护膜保护。因此，该保护单元可被保护免受外部冲击，并且可以获得稳定的固定力。

第七：在根据本发明的二次电池的保护单元中，第二保护电极的第二集流体的厚度可以大于设置在基本单元中的第二集流体的厚度。因此，可以更稳定地旁路短路电流，从而防止发生着火和爆炸。

第八：根据本发明的二次电池的保护单元可以不耦接至最外面的隔离膜，或者可以弱耦接至最外面的隔离膜。因此，最外面的隔离膜可以容易地与保护单元分离。

第九：在根据本发明的二次电池中，其中层压有保护单元的电极组件可被容纳在壳体中。在此，保护单元可以被容纳以面向壳体的内表面。因此，穿过壳体的钉子可以穿过保护单元，从而稳定地旁路短路电流。

附图说明

图1是根据本发明第一实施方式的二次电池的剖面视图。

图2是图解根据本发明第一实施方式的被层压之前的电极组件的状态的视图。

图3是图解根据本发明第一实施方式的被层压之后的电极组件的状态的视图。

图4是图解根据本发明第一实施方式的电极组件的保护单元的放大剖面视图。

图5是图解其中钉子穿过根据本发明第一实施方式的电极组件的状态的剖面视图。

图6是根据本发明第二实施方式的电极组件的剖面视图。

图7是根据本发明第三实施方式的电极组件的剖面视图。

具体实施方式

下文中，将参照附图以使得本发明所属领域的普通技术人员可以容易地实施本发明的技术构思的方式详细描述本发明的实施方式。然而，本发明可以以不同的形式实施，且不应被解释为限于在此阐述的实施方式。在附图中，为了清楚起见，将省略对于描述本发明来说任何不必要的内容，并且附图中相似的参考数字表示相似的元件。

[根据本发明第一实施方式的二次电池]

如图1所示，根据本发明第一实施方式的二次电池包括电极组件100、电解质(未示出)和壳体130，电极组件100和电解质容纳在壳体130中。

电极组件

如图2和图3所示，电极组件100包括其中第一电极和第二电极在隔膜位于它们之间的状态下而交替地层压的多个基本单元和围绕被重复地层压的多个基本单元的隔离膜130。

多个基本单元可以设置为双电池，每个双电池具有其上设置有具有相同极性的电极的两端。第一电极设置在位于电极组件100的最上端和最下端上的双电池的两端中的每一端上。例如，多个基本单元包括第一双电池110和第二双电池120。第一双电池110具有其中依次层压有第一电极10、隔膜20、第二电极30、隔膜20和第一电极10的五层结构，第二双电池120具有其中依次层压有第二电极30、隔膜20、第一电极10、隔膜20和第二电极30的五层结构。

如上所述，通过交替地层压第一双电池110和第二双电池120而形成电极组件100。第一双电池层压在电极组件100的最外面部分(最上端和最下端)上。

隔离膜130设置在第一双电池110与第二双电池120之间，并且具有长片形状。第一双电池110和第二双电池120交替地层压在隔离膜的顶表面上。例如，参照图2，在隔离膜130中，从左侧到右侧依次设置第一双电池110、第一双电池110、第二双电池120、第二双电池120和第一双电池110。此外，当隔离膜130从右侧卷绕到左侧时，如图3所示，第一双电池110、第二双电池120、第一双电池110、第二双电池120和第一双电池110在隔离膜130设置在它们之间的状态下依次层压，以制造电极组件100。在此，隔离膜的远端可以卷绕在电极组件100的外侧，其中双电池被层压至少一次以保护电极组件100。

在此，第一电极10可以是负极，第二电极30可以是正极。

壳体

壳体200可密封地容纳电极组件和电解质。壳体200包括容纳电极组件100和电解质的容纳部210以及可密封地密封容纳部210的密封部220。

根据本发明第一实施方式的二次电池包括保护单元140，保护单元140旁路、即分散当钉子穿过电极组件时产生的短路电流以减少热量，从而防止发生着火或爆炸，以确保安全性。

保护单元

如图3所示，保护单元140具有这样的结构，其中保护单元140分别层压在设置在电极组件100的最上端或最下端上的最外面的隔离膜130上，并且从设置在电极组件100的最上端或最下端上的最外面的隔离膜130依次层压第二保护电极141、隔膜142和第一保护电极143。

第二保护电极141具有截面涂层结构。例如，第二保护电极141包括第二集流体141a和在第二集流体141a的内表面上被涂覆有第二电极活性材料的第二电极活性材料部分141b。第二集流体141a的内表面可以是面向电极组件100的中心的表面。未涂覆有第二电极活性材料的未涂覆部分形成在第二集流体141a的外表面上。

如上所述，如图4和图5所示，在第二保护电极141中，涂覆在内表面上的第二电极活性材料部分141b和与最外面的隔离膜130接触的第一双电池110的第一电极10可以彼此相互作用以增加电池容量。另外，当钉子1穿过电极组件100而引起电极组件100短路(shortcircuit)时，短路电流可以被旁路(bypass)到通过钉子1连接的第二保护电极141，即形成在第二保护电极的第二集流体141a的外表面上的整个未涂覆部分，以减少热量，从而因电极组件100的温度降低而防止发生着火和爆炸，从而显著确保了二次电池的安全性。

第一保护电极143配置为保护第二保护电极141，并且第一保护电极143包括第一集流体143a和设置在第一集流体143a的两个表面中的每一个表面上的第一电极活性材料部分143b。

在此，第一保护电极143可以是负极，第二保护电极141可以是正极。

第二集流体141a可配置为稳定地分散短路电流并且由cu、al、ni、fe和pb中的一种金属制成。具体地，第二集流体141a可以由能够极大地改善短路电流的分散的al金属制成。

第一集流体143a可以由cu金属制成，以更稳定地保护第二保护电极141。

为了保护层压在电极组件100的最上端或最下端上的保护单元140，可以设置保护膜131。在包括层压在电极组件100的最上端或最下端上的保护单元140的状态下，保护膜131围绕电极组件至少一次。在此，保护膜131和隔离膜130可以由相同的材料制成。

保护单元140可以不耦接至电极组件100的最外面的隔离膜130，或者可以以比第一电极10与隔膜20之间的耦合力或者第二电极30与隔膜20之间的耦合力小的耦合力耦接至最外面的隔离膜130。

也就是说，由于基本单元与保护单元140之间的粘附力，保护单元140可以容易地与最外面的隔离膜130分离。在此，可以通过基本单元与保护单元140之间的粘附力来防止基本单元的电极与隔膜的分层。

当电极组件100容纳在壳体200中时，包括保护单元140的电极组件100在保护单元140面向壳体200的内表面(例如，当在图1中观察时，面向内部的顶表面或底表面)的状态下容纳在壳体200中。也就是说，保护单元140设置成面向可能发生钉子穿刺的部分。

因此，根据本发明第一实施方式的二次电池可包括具有保护单元140的电极组件100，以更有效地分散当钉子穿过电极组件100时产生的短路电流，由此可以大大减少电极组件100的热量，以防止发生着火或爆炸，从而确保安全性。

下文中，在对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组件在附图中被赋予相同的参考数字，因此将省略重复的描述。

[根据本发明第二实施方式的二次电池]

如图6所示，根据本发明第二实施方式的二次电池包括电极组件100’。电极组件100’包括其中第一电极和第二电极在隔膜位于它们之间的状态下而交替地层压的多个基本单元和围绕被重复地层压的多个基本单元的隔离膜130。

多个基本单元可以设置为双电池(bicell)，每个双电池具有其上设置有具有相同极性的电极的两端。第一电极设置在位于电极组件100’的最上端和最下端上的双电池的两端中的每一端上。也就是说，多个基本单元包括第一双电池110和第二双电池120(图6中未示出)。

在此，多个基本单元可具有与根据第一实施方式的多个基本单元相同的构成和功能，因此，将省略对它们的重复描述。

根据本发明第二实施方式的二次电池包括保护单元140’，保护单元140’旁路、即分散当钉子穿过电极组件100’时产生的短路电流以减少热量，从而防止发生着火或爆炸，以确保安全性。保护单元140’具有这样的结构，其中保护单元140’分别层压在设置在电极组件100’的最上端或最下端上的最外面的隔离膜130上，并且从设置在电极组件100’的最上端或最下端上的最外面的隔离膜130依次层压第二保护电极141、隔膜142和第一保护电极143’。

第二保护电极141包括第二集流体141a和在第二集流体141a的内表面上上被涂覆有第二电极活性材料的第二电极活性材料部分141b。第二集流体141a的内表面可以是面向电极组件100’的中心的表面。

第一保护电极143’具有包括第一集流体143a和在第一集流体143a的内表面上被涂覆有第一电极活性材料的第一电极活性材料部分143b的截面涂层结构。第一集流体143a的内表面可以是面向电极组件100’的中心的表面。

具有上述配置的保护单元140’可具有其中电极活性材料仅施加至第一保护电极143’和第二保护电极141中的每一个的一个表面上的截面涂层结构。因此，当由于钉子穿刺而发生电极组件100’的短路(shortcircuit)时，短路电流可被旁路到通过钉子连接的第一保护电极143’和第二保护电极141，更具体地，被旁路(bypass)到第一集流体143a和第二集流体141a，以显著减少热量，从而显著降低电极组件100’的温度，从而防止发生着火或爆炸。

因此，根据本发明第二实施方式的二次电池可设置有包括保护单元140’的电极组件100’。在此，保护单元140’的第一保护电极143’和第二保护电极141中的每一个可具有其中电极活性材料仅施加至第一保护电极143’和第二保护电极141中的每一个的一个表面上的截面涂层结构，从而显著确保二次电池的安全性。

[根据本发明第三实施方式的二次电池]

如图7所示，根据本发明第三实施方式的二次电池包括第二保护电极141的第二集流体141a。第二集流体141a的厚度大于设置在基本单元的第二电极30中的第二集流体的厚度。因此，可以在很大程度上确保设置在第二保护电极141中的第二集流体141a的面积，以改善短路电流的分散，从而更加显著地确保二次电池的安全性。

[根据本发明第四实施方式的二次电池]

在根据本发明第四实施方式的二次电池中，两个或更多个保护单元140可以连续地层压，两个或更多个保护单元140中的每一个层压在设置在电极组件100的最上端或最下端上的最外面的隔离膜130上。也就是说，两个或更多个保护单元140可以连续地层压在最外面的隔离膜130上，以确保由于钉子穿刺引起的安全性。

[根据本发明第五实施方式的二次电池]

在根据本发明第五实施方式的二次电池中，保护膜131在保护膜131整体连接至最外面的隔离膜130的远端的状态下，围绕层压在电极组件100的最上端或最下端上的保护单元140。

也就是说，如图2所示，在根据本发明第五实施方式的二次电池中，两个保护单元140和多个基本单元可设置在保护膜整体地与其连接的隔离膜130的顶表面上，然后，可以卷绕隔离膜130以制造具有设置在其最上端或最下端上的保护单元140的二次电池100。

因此，本发明的范围由所附权利要求限定，而不是由前面的描述和其中描述的示例性实施方式限定。在本发明的权利要求及其等同含义范围内的做出的各种修改被认为落在本发明的范围内。