包括用于加速热传导的密封带的电池单体的制作方法

相关申请的交叉引用

本申请要求2017年10月11日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请no.10-2017-0131574的优先权和权益，其全部内容通过引用并入本文。

本发明涉及一种包括用于加速热传导的密封带的电池单体。

背景技术：

随着技术发展和对移动设备的需求增加，对于作为能源的可再充电电池的需求急剧增加，在这些可再充电电池当中，具有高能量密度和放电电压的锂可再充电电池常常被研究，并且还被商业化和广泛地使用。

根据电池壳体的形状，可再充电电池被分为：圆柱形电池单体或方形电池单体，其中，电极主体(或“电极组件”)被嵌入圆柱形或方形金属罐中；以及袋型电池单体，其中，电极主体被安装在铝层压片材制成的袋型壳体中。

在这些可再充电电池之中，圆柱形电池单体和方形电池单体根据形状特性被应用于各种设备且在各种设备中使用。

通常，安装在圆柱形电池单体和方形电池单体中的电极主体是形成在正极电极、分隔膜和负极电极被层压的结构中的可充电/可放电发电设备，并且形成为果冻卷形式，其中，分隔膜被置于其上被施加电极活性材料的具有细长片材型的正极电极与负极电极之间，然后基于缠绕芯来进行缠绕。

具有果冻卷形式的电极主体的优点在于制造容易并且单位重量的能量密度高，但是由于具有正极电极、负极电极和分隔膜从缠绕中心部沿着向外方向重叠的结构，从而使得由电化学反应引起的热量容易积聚在内侧。

如上所述，当热量未被散发并且被积聚时，电极与电解质溶液之间的副反应加速，并且通过副反应产生的气体造成电池单体的内部压力增加和电极的变形，从而引起严重的安全问题，诸如电极短路、着火和爆炸。

因此，非常需要能够防止热量积聚的技术。

技术实现要素：

技术问题

本发明致力于解决相关技术中的问题以及过去以来所需的技术目的。

特别地，本发明致力于提供一种包括密封带的电池单体，所述电池单体容纳从电极主体产生的热量，并且将所述热量传导到金属罐。在所述电池单体中，可以加速热量从所述电极主体到所述金属罐的传导，从而解决热量积聚在所述电极主体的内侧的基本问题。

技术方案

本发明的示例性实施例提供一种电池单体，包括：电极主体，其中，正极电极和负极电极以及被置于所述正极电极与所述负极电极之间的分隔膜被卷绕在一起，在所述正极电极和所述负极电极中，电极混合物涂覆在金属集电器的至少一个表面上；金属罐，所述金属罐将所述电极主体与电解质溶液一起容纳；密封带，所述密封带附接到所述电极主体的外部表面，以便固定所述缠绕电极主体的末端部，并且包括加速所述电极主体与所述金属罐之间的热传导的导热材料。

因此，本发明的电池单体具有这样的结构，其中所述密封带将所述电极主体的热量传导到所述金属罐，并且传导到所述金属罐的热量被辐射到外部，从而防止相关技术中的热量积聚在电极主体中的问题。

在一个特定示例中，所述密封带可包括：第一传导层，所述第一传导层包括所述导热材料；以及第二传导层，所述第二传导层包括粘合剂，并且将所述第一传导层结合到所述电极主体的外部表面。

所述第一传导层可以包括从金属材料和聚合物材料中选择的至少一种材料，以作为所述导热材料。

只要所述金属材料具有导热性，则所述金属材料就不特别限制，并且所述金属材料可以是从铝、铜、镍、锡、铅和不锈钢中选择的一种的金属薄膜，或从铝、铜、镍、锡、铅和不锈钢中选择的两种或更多种的金属合金，并且可以特别是铝。

只要所述聚合物材料具有优异电绝缘性和导热性，所述聚合物材料就不特别限制，但是所述聚合物材料可以包括聚酰亚胺和聚对苯二甲酸乙二醇酯，并且可以特别包括聚酰亚胺。

在所述第一传导层的一个示例中，所述第一传导层可以是由所述金属材料形成的第一薄膜。所述第一薄膜的厚度可以是10μm以上且1000μm以下。

当所述第一薄膜的厚度小于10μm时，所述密封带的硬度低，使得难以牢固地固定所述电极主体的末端部，而当所述第一薄膜的厚度大于1000μm时，存在如下忧虑：所述电池单体的体积增加，并且即使避免了所述体积的增加，所述电极主体的体积也被设计为减小了与所述第一薄膜的厚度一样多，从而造成电池容量减小。

在所述第一传导层的另一示例中，所述第一传导层可以是第二薄膜，所述第二薄膜包括所述聚合物材料，并且涂覆在由所述金属材料形成的所述第一薄膜的一个表面或两个表面上，并且在这种情况下，所述第二薄膜可以包括电绝缘性和导热性。

也就是说，所述第一传导层可以具有由所述第一薄膜和所述第二薄膜形成的双层结构或三层结构，所述第一薄膜由所述金属材料形成，所述第二薄膜由所述聚合物材料形成。

所述多层结构中的每个层的功能是显而易见的。所述第一薄膜可以起到热传导的关键作用。所述第二薄膜可以赋予电绝缘性，以防止所述金属罐与所述电极主体之间的电接触。

在所述多层结构中，所述第一薄膜的厚度可以是10μm以上且1000μm以下，并且所述第二薄膜的厚度可以是1μm以上且100μm以下。

当所述第一薄膜的厚度小于10μm时，所述密封带的硬度降低，使得难以牢固地固定所述电极主体的末端部，而当所述第一薄膜的厚度大于1000μm时，存在如下忧虑：所述电池单体的体积增加，并且即使避免了所述体积的增加，所述电极主体的体积也被设计为减小了与所述第一薄膜的厚度一样多，从而造成电池容量减小。

当所述第二薄膜的厚度是1μm或更小时，所述第二薄膜可能响应于所述电极主体在重复充电/放电过程期间不可避免发生的膨胀而撕裂或者破损，因此1μm或更小的第二薄膜的厚度不是优选的，而当所述第二薄膜的厚度大于100μm时，存在如下忧虑：类似于所述第一薄膜，所述第一传导层的导热率减小并且电池容量可能减小，使得大于100μm的第二薄膜的厚度不是优选的。

所述第二传导层还可以包括分散在所述粘合剂中的导热颜料颗粒。

所述粘合剂可以是合成树脂，诸如丙烯酸基粘合剂、环氧树脂或酚醛树脂，但是不限于此。

所述导热颜料颗粒可以是具有优异导热性的铝、氧化铝或石墨，并且可以特别是铝。

所述导热颜料颗粒可以分散在和所述第二传导层与所述第一传导层之间的界面相邻的区域中。因此，当热量传导到与所述电极主体接触的所述第二传导层时，可以通过所述导热颜料颗粒来加速热量到所述第一传导层的传导。

在一个特定示例中，除了卷绕后的电极主体的上端部和面向所述上端部的下端部以外，所述密封带可以附接并且围绕所述电极主体的整个外部表面。

在另一特定示例中，除了卷绕后的电极主体的上端部和面向所述上端部的下端部以外，所述密封带可以附接并且围绕所述电极主体的外部表面的整个面积的5％至60％的面积。

同时，电池单体的种类未特别限制，但是作为特定示例，所述电池单体可以是锂可再充电电池，诸如锂离子(li-ion)可再充电电池、锂聚合物(li-聚合物)可再充电电池或锂离子聚合物(li-ion聚合物)可再充电电池，其具有高的能量强度、放电电压、输出稳定性等的优点。

通常，所述锂可再充电电池可以包括正极电极、负极电极、分隔膜和包含锂盐的非水电解质溶液。

所述正极电极通过如下方法制造，即：在正极电极集电器和/或扩展集流部上施加正极电极活性材料、导电材料和粘合剂的混合物，然后对所述混合物进行干燥，并且必要时可以向所述混合物额外添加填料。

所述正极电极集电器和/或所述扩展集流部通常具有3至500μm的厚度。只要所述正极电极集电器和所述扩展集流部不会对本领域的电池造成化学变化，并且具有高导电性，则所述正极电极集电器和所述扩展集流部就不特别限制，并且可以使用例如不锈钢、铝、镍、钛、焙烧碳、通过用碳、镍、钛、银等对铝或不锈钢的表面进行表面处理而形成的材料等。所述正极电极集电器和所述扩展集流部可以在其表面上形成有微细的不均匀性，以提高所述正极电极活性材料的粘合强度，并且可以具有各种形式，诸如膜、片材、箔、网、多孔体、泡沫和无纺布体。

所述正极电极活性材料可以是分层化合物，诸如锂钴氧化物(licoo2)和锂镍氧化物(linio2)或取代一种或多种过渡金属的化合物；具有化学式li1+xmn2-xo4(这里，x是0至0.33)、limno3、limn2o3和limno2的锂锰氧化物；锂铜氧化物(li2cuo2)；钒氧化物，诸如liv3o8、life3o4、v2o5和cu2v2o7；通过化学式lini1-xmxo2所表达的ni位型锂镍氧化物(在此，m是co、mn、al、cu、fe、mg、b或ga，并且x是0.01至0.3)；通过化学式limn2-xmxo2(这里m是co、ni、fe、cr、zn或ta，并且x是0.01至0.1)或li2mn3mo8(这里m是fe、co、ni、cu或zn)所表达的锂锰复合氧化物；limn2o4，其中化学式的li的一部分被碱土金属离子取代；二硫化物化合物；fe2(moo4)3；等，但是不限于此。

通常基于包括所述正极电极活性材料的所述混合物的总重量来按1至30wt％添加所述导电材料。只要所述导电材料不会对本领域的电池造成化学变化，并且具有导电性，则所述导电材料就不特别限制，例如，以下材料可以被用作所述导电材料：石墨，诸如天然石墨或人造石墨等；炭黑，诸如炭黑、乙炔黑、科琴黑、槽黑、炉黑、灯黑和热黑；导电纤维，诸如碳纤维或金属纤维；金属粉末，诸如氟碳、铝和镍粉末；导电威士忌(whiskey)，诸如氧化锌和钛酸钾；导电金属氧化物，诸如氧化钛；以及导电材料，诸如聚亚苯基衍生物。

结合剂是有助于所述活性材料、所述导电材料等结合以及所述集电器的结合的成分，并且通常基于包括所述正极电极活性材料的所述混合物的总重量按1至30wt％添加。所述结合剂的示例可以包括聚偏氟乙烯、聚乙烯醇、羧甲基纤维素(cmc)、淀粉、羟丙基纤维素、再生纤维素、聚乙烯吡咯烷酮、四氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、乙烯-丙烯-二烯三元共聚物(epdm)、epdm磺化物、丁苯橡胶、氟橡胶和各种共聚物。

所述填料是抑制所述正极电极的膨胀的成分，并且被选择性地使用，并且只要所述填料不会对本领域的电池造成化学变化，并且是织物材料，所述填料就不特别限制，例如，以下材料被用作所述填料：烯烃基聚合物，诸如聚乙烯和聚丙烯；以及织物材料，诸如玻璃纤维和碳纤维。

所述负极电极通过如下方式制造：在负极电极集电器和/或扩展集流部上施加负极电极活性材料，并且对所述负极电极活性材料进行干燥，并且必要时可以选择性地额外包括上述成分。

所述负极电极集电器和/或所述扩展集流部通常具有3至500μm的厚度。只要所述负极电极集电器和所述扩展集流部不会对本领域中的电池引起化学变化并具有导电性，所述负极电极集电器和所述扩展集流部就不特别限制，例如可以使用以下材料：铜、不锈钢、铝、镍、钛、焙烧碳、通过用碳、镍、钛、银等对铜或不锈钢的表面进行表面处理而形成的材料、铝镉合金等。另外，类似于所述正极电极集电器，所述负极电极集电器和所述扩展集流部可以在其表面上形成有微细的不均匀性，以提高所述负极电极活性材料的粘合强度，并且可以被以各种形式使用，诸如膜、片材、箔、网、多孔体、泡沫和无纺布体。

作为所述负极电极活性材料，例如，可以使用以下材料：碳，诸如硬碳和石墨碳；金属复合氧化物，诸如lixfe2o3(0≤x≤1)、lixwo2(0≤x≤1)、snxme1-xme'yoz(me：mn、fe、pb、ge；me'：al、b、p、si、元素周期表的第1、2和3族元素、卤素；0<x≤1；1≤y≤3；1≤z≤8)；锂金属；锂合金；硅基合金；锡基合金；金属氧化物，诸如sno、sno2、pbo、pbo2、pb2o3、pb3o4、sb2o3、sb2o4、sb2o5、geo、geo2、bi2o3、bi2o4和bi2o5；导电聚合物，诸如聚乙炔；以及li-co-ni基材料。

所述分隔膜被置于所述正极电极与所述负极电极之间，并且使用具有高的离子透射率和机械强度的绝缘薄膜。所述分隔膜的孔径通常是0.01至10μm，并且所述分隔膜的厚度通常是5至300μm。作为所述分隔膜，例如使用以下材料：烯烃基聚合物，诸如耐化学和疏水性聚丙烯；由玻璃纤维、聚乙烯等形成的片材或无纺布；等。当固体电解质(诸如聚合物)被用作电解质时，固体电解质还可以用作所述分隔膜。

所述电解质溶液可以是包含锂盐的非水电解质溶液，并且由非水电解质溶液和锂盐形成。作为所述非水电解质溶液，使用非水有机溶剂、有机固体电解质、无机固体电解质等，但是所述非水电解质溶液不限于此。

作为所述非水有机溶液，例如，可以使用非原生有机溶剂，诸如n-甲基-2-吡咯烷酮、碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、碳酸丁烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、γ-丁内酯、1,2-二甲氧基乙烷、四羟基法郎(franc)、2-甲基四氢呋喃、二甲基亚砜、1,3-二氧戊环、甲酰胺、二甲基甲酰胺、二氧戊环、乙腈、硝基甲烷、甲酸甲酯、乙酸甲酯、磷酸三酯、三甲氧基甲烷、二氧戊环衍生物、环丁砜、甲基环丁砜、1,3-二甲基-2-咪唑烷酮、碳酸丙烯酯衍生物、四氢呋喃衍生物、醚、丙酸甲酯和丙酸乙酯。

作为所述有机固体电解质，例如，可以使用聚乙烯衍生物、聚环氧乙烷衍生物、聚环氧丙烷衍生物、磷酸酯聚合物、聚搅拌赖氨酸、聚酯硫化物、聚乙烯醇、聚偏二氟乙烯以及包括离子可离解基团的聚合物。

作为所述无机固体电解质，例如，可以使用li的氮化物、卤化物以及硫酸盐，诸如li3n、lii、li5ni2、li3n-lii-lioh、lisio4、lisio4-lii-lioh、li2sis3、li4sio4、li4sio4-lii-lioh和li3po4-li2s-sis2。

所述锂盐是在非水电解质中很好地溶解的材料，并且例如，可以使用licl、libr、lii、liclo4、libf4、lib10cl10、lipf6、licf3so3、licf3co2、liasf6、lisbf6、lialcl4、ch3so3li、cf3so3li、(cf3so2)2nli、氯硼烷锂、低脂肪碳酸锂、4苯基硼酸锂和酰亚胺。

另外，所述非水电解质溶液旨在改进充电/放电特性、阻燃性等，并且例如可以添加吡啶、亚磷酸三乙酯、三乙醇胺、环醚、乙二胺、n-甘醇二甲醚、六磷酸三酰胺、硝基苯衍生物、硫、醌亚胺染料、n-取代恶唑烷酮、n,n-取代咪唑烷、乙二醇二烷基醚、铵盐、吡咯、2-甲氧基乙醇和三氯化铝。取决于情况，为了赋予不燃性，可以进一步包括包含卤素(诸如四氯化碳和三氟乙烯)的溶剂，并且为了改进高温保存特性，可以进一步包括二氧化碳气体，并且可以进一步包括氟碳酸亚乙酯(fec)、丙烯磺内酯(prs)等。

在一个特定示例中，可以通过向以下各项的混合溶剂添加诸如lipf6、liclo4、libf4和lin(so2cf3)2这样的锂盐来制备包含锂盐的非水电解质：作为高介电溶剂的ec或pc的环状碳酸盐；以及作为低粘度溶剂的dec、dmc或emc的线性碳酸盐。

有利效果

如上所述，根据本发明的电池单体包括密封带，所述密封带能够加速热传导，使得所述密封带将所述电极主体的热量传导到所述金属罐，并且传导到所述金属罐的所述热量被辐射到外部，从而抑制所述电极主体的热积聚现象。

附图说明

图1是根据本发明的一个示例性实施例的电池单体的示意图。

图2是根据本发明的一个示例性实施例的密封带的竖直横截面图。

图3是根据本发明的另一示例性实施例的密封带的竖直横截面图。

图4是根据本发明的另一示例性实施例的密封带的竖直横截面图。

具体实施方式

在下文中，将参考附图描述本发明的示例性实施例。然而，在解释本描述时，为了澄清本描述的要点，将省略对已经公知的功能或构造的描述。

将省略与说明书无关的部分，以清楚地描述本发明，并且在整个本说明书中，将利用相同的附图标记来标示相同的元件。此外，为了理解和易于描述，任意性地示出了附图中所示的每种构造的大小和厚度，但是本发明不限于此。

图1是根据本发明的一个示例性实施例的电池单体的示意图。

参考图1，电池单体100可以包括金属罐120、容纳在金属罐120的内部的电极主体110以及固定电极主体110的密封带200。

金属罐120可以包括容器部121以及在容器部121的上端处联接到容器部121的盖组件122。

电极主体110可以具有在隔离膜被置于正极电极与负极电极之间的状态下缠绕的果冻卷形式。

正极电极引线112附接到正极电极，使得正极电极通过正极电极引线112连接到盖组件122，并且负极电极引线(未示出)附接到负极电极，使得负极电极通过负极电极引线连接到金属罐120的下端。

在根据图1的电池单体100中，除了上表面和面向该上表面的下表面以外，密封带200附接到整个外部表面，即电极主体110的侧表面，其中，正极电极引线112和负极电极引线分别从所述上表面和下表面突出。

根据情况，密封带200还可以以如下形式附接：围绕电极主体110的外周面和电极主体110的末端部，同时在相反方向上与上表面和下表面具有预定余量。

因此，密封带200位于金属罐120与电极主体110的侧表面之间，并且电极主体110的热量经由密封带200传导到金属罐120。

此后，可以通过外部冷却手段(例如，空气循环或液体制冷剂)来消散容纳在金属罐120中的热量。

如上所述，密封带200的优异导热性(特别地1000w/mk或更高的热导率)导致经由密封带200的热量传导，并且将参考图2至图4详细地描述具有导热性的密封带200的结构。

首先，参见图2，密封带200包括第一传导层210和第二传导层220，所述第一传导层210包括导热材料，并且与金属罐120的容器部121的内部表面接触，所述第二传导层220包括将第一传导层210结合到电极主体110的外部表面的粘合剂221。第二传导层220可以具有这样的形式，其中粘合剂221具有固相或预定粘度的流动性。

第一传导层210可以具有第一薄膜211的形式，其包括作为导热材料的金属材料，特别是铝。第一薄膜211可以具有大约500μm的厚度。

第二传导层220可以包括分散在粘合剂221内的导热颜料颗粒222。

导热颜料颗粒222可以是具有优异导热性的铝，并且可以分散在与第二传导层220和第一传导层210的界面相邻的区域中。

因此，当热量传导到与电极主体110接触的第二传导层220时，可以通过导热颜料颗粒222来加速热量到第一传导层210的传导。

图3是根据另一示例性实施例的密封带300的竖直横截面图。

参考图3，密封带300包括第一传导层310和第二传导层320，所述第一传导层310包括导热材料，并且与金属罐120的容器部121的内部表面接触，所述第二传导层320包括粘合剂321，并且将第一传导层310结合到电极主体110的外部表面。

第一传导层310由第一薄膜311和第二薄膜312形成，所述第一薄膜311包括作为导热材料的金属材料，特别是铝，并且所述第二薄膜312包括聚合物材料，特别是聚酰亚胺，并且涂覆在第一薄膜311的一个表面上。然而，第二薄膜312可以与金属罐120的容器部121的内部表面紧密接触。

也就是说，第一传导层310可以具有由第一薄膜311和第二薄膜312形成的双层结构，所述第一薄膜311由金属材料形成，所述第二薄膜312由聚合物材料形成。

双层结构中的每个层的功能是显而易见的。第一薄膜311可以起到热传导的关键作用。第二薄膜312可以赋予电绝缘性，并且防止金属罐120与电极主体110之间的电接触，更具体地，防止金属罐120的容器部121与电极主体110之间的电接触。

第一薄膜311的厚度可以是大约500μm或更小，第二薄膜312的厚度可以是大约10μm。

第二传导层320还可以包括分散在粘合剂321内的导热颜料颗粒322。

导热颜料颗粒322可以是具有优异导热性的铝，并且可以分散在与第二传导层320和第一传导层310的界面相邻的区域中。

因此，当热量传导到与电极主体110接触的第二传导层320时，可以通过颜料颗粒322来加速热量到第一传导层310的传导。

图4是根据另一示例性实施例的密封带400的竖直横截面图。

参考图4，密封带400包括第一传导层410和第二传导层420，所述第一传导层410包括导热材料，并且与金属罐120的容器部121的内部表面接触，所述第二传导层420包括粘合剂421，并且将第一传导层410结合到电极主体110的外部表面。

第一传导层410由第一薄膜411及第二薄膜412a和412b形成，所述第一薄膜411包括作为导热材料的金属材料，特别是铝，所述第二薄膜412a和412b包括聚合物材料，特别是聚酰亚胺，并且涂覆在第一薄膜411的两个表面上。

因此，在第二薄膜412a和412b之中，位于最外侧的一个第二薄膜412a可以与金属罐120的容器部121的内部表面紧密接触，而另一个第二薄膜412b可以与第二传导层420接触。

也就是说，第一传导层410可以具有由第一薄膜411以及第二薄膜412a和412b形成的多层结构，所述第一薄膜由金属材料形成，所述第二薄膜由聚合物材料形成。

多层结构中的每个层的功能是显而易见的。

首先，第一薄膜411可以起到热传导的关键作用。

与金属罐120的容器部121的内部表面紧密接触的第二薄膜412a可以确保电绝缘性，并且防止金属罐120与电极主体110之间的电接触。

同时，第一薄膜411在第二传导层420被置于第一薄膜411与电极主体110之间的情况下与电极主体110接触，然而，这不完全保证第一薄膜411对于电极主体110的电绝缘性，从而，与第二传导层420接触的第二薄膜412b可以进一步改进第一薄膜411对于电极主体110的电绝缘性。

第一薄膜411的厚度可以是大约500μm或更小，第二薄膜412的厚度可以是大约10μm。

第二传导层420可以包括分散在粘合剂421内的导热颜料颗粒422。

导热颜料颗粒422可以是具有优异导热性的铝，并且可以分散在与第二传导层420和第一传导层410的界面相邻的区域中。

因此，当热量传导到与电极主体110接触的第二传导层420时，可以通过颜料颗粒422来加速热量到第一传导层410的传导。

虽然已经结合目前被认为是实际示例性实施例的所公开的实施例一起描述了本发明，但是应当理解的是，本发明不限于所公开的实施例。相反，本发明旨在涵盖包括在所附权利要求书的精神和范围内的各种修改和等同布置。