包括通气构件的袋型电池单元和包括其的电池组的制作方法

本申请要求于2018年12月7日提交的韩国专利申请第2018-0157169号的优先权的权益，其全部公开内容通过引用合并于此。

本发明涉及一种包括通气构件的袋型电池单元以及包括该袋型电池单元的电池组。具体地，本发明涉及袋型电池单元以及包括该袋型电池单元的电池组，该袋型电池单元能够通过在袋型电池单元的外表面上或在包括袋型电池单元的电池组壳体的内表面上增设由形状记忆合金材料制成的通气构件来引起电池单元的通气。

背景技术：

作为能够对诸如移动电话、平板电脑以及吸尘器之类的便携式电子产品进行反复充放电的能源，对二次电池的需求正在迅速增加。用于诸如电动车辆和电力存储装置之类的需要高容量和高效率的装置的二次电池的研究和开发正在进行中。

特别地，在二次电池中，具有诸如高能量密度、高电压、高功率和优异的寿命特性之类的优点的锂二次电池被广泛使用。

可以根据壳体的形状对锂二次电池进行分类。例如，存在圆柱形电池或棱柱形电池，圆柱形电池和棱柱形电池中的每一者均构造成具有安装在金属罐中的电极组件，并且存在袋型电池，袋型电池构造成具有安装在由铝层压板制成的袋型壳体中的电极组件。袋型电池的优点在于，因为能够容易地弯曲或弯曲，所以能够自由地改变形状。

通常，锂二次电池包括作为主要组分的电极活性材料、粘合剂和构成电极的电解质，它们在2.5v至4.3v的操作电压下电化学稳定。然而，当锂二次电池的电压上升到高于操作电压时，这些组分分解而产生气体，因此锂二次电池由于所产生的气体而膨胀并变形。另外，当隔膜被电极混合物中包含的无机材料损坏时，正电极和负电极之间的接触会导致大量电流流动并促进热和气体的产生，从而可能引起二次电池起火并爆炸。

为了除去电池内部产生的气体，圆柱形电池和棱柱形电池在帽组件中设置有诸如排气孔之类的安全装置，而袋型电池仅通过密封强度来确定排气而没有单独的安全装置。但是，存在难以在期望的条件下引导排气的问题。

就这一点而言，专利文献1公开了一种二次电池，其中电池壳体中形成有与内部连通的开口，并且增加了能够开闭该开口的形状记忆合金的安全开闭部。

专利文献1使用一种结构，该结构用于在形成有开口的状态的袋状壳体中开闭开口。但是，因为将安全开闭部应用于袋状电池的密封部，所以因为不能应用其中密封部弯曲的结构，所以存在电池单元的宽度方向上出现死空间的问题。

专利文献2涉及一种二次电池，当温度上升时形状记忆合金的弯曲形状不弯曲而该二次电池具有穿过袋的开口形式。

然而，专利文献2不是优选的，因为形状记忆合金位于袋型电池的内部，并且存在形状记忆合金与电解质等产生副反应的问题。

照此，为了将袋型电池单元内部产生的气体以期望的温度排出，迫切需要一种能够设定气体的排出温度并防止由二次电池的增大的内部压力引起起火和爆炸的技术。

现有技术文献

韩国注册专利第0886570号

韩国专利申请公开第2013-0019477号

技术实现要素：

技术问题

鉴于上述问题做出了本发明，并且本发明的一个目的是提供这样一种袋型电池单元，该袋型电池单元能够通过在袋型电池单元的外表面上施加由形状记忆合金制成的通气构件而在期望的温度下排放电池单元中的气体。

技术方案

根据本发明，上述和其他目的可以通过提供一种袋型电池单元来实现，该袋型电池单元包括电池壳体，所述电池壳体包括金属层和聚合物树脂层，其中，所述电池壳体可以包括：电极组件容纳部，所述电极组件容纳部形成在上壳体和下壳体中的至少一者上；以及通气构件，所述通气构件布置在所述电极组件容纳部的作为所述电池壳体的密封部的相邻部分的外表面上，所述通气构件由形状记忆合金制成，当所述电池单元的温度升高时该形状记忆合金改变形状以穿透所述电池壳体。

所述通气构件可以在常温下形成为笔直形状，并且当所述温度升高时其至少一端弯曲。

所述通气构件的变形部分可以具有尖端。

所述电池壳体可以构造成具有在上壳体和下壳体中形成有电极组件容纳部的结构；所述电极组件可以是其中电极端子沿一个方向形成的单向电极组件；并且所述通气构件可以布置在所述电极组件容纳部的外表面上，该外表面是所述密封部的布置有所述电极端子之处的相邻部分。

所述电池壳体可以构造成具有在上壳体和下壳体中分别形成有电极组件容纳部的结构；所述电极组件可以是其中电极端子沿两个方向上形成的双向电极组件；并且所述通气构件可以布置在所述上壳体和所述下壳体中的至少一者的所述电极组件容纳部的外表面上，该外表面是密封部的布置有所述电极端子之处的相邻部分或密封部的未布置有电极端子之处的相邻部分。

所述通气构件可以布置在所述电极组件容纳部的、在所述电极组件容纳部的侧表面中的在未布置有电极端子的方向上的外表面上。

所述通气构件可以布置在所述电池壳体的弯曲密封部与所述电极组件容纳部的面向所述弯曲密封部的侧表面之间。

本发明还提供一种包括袋型电池单元的电池模块，其中所述电池模块可以包括：所述袋型电池单元；外壳，所述外壳构造成容纳一个或多个袋型电池单元；以及通气构件，所述通气构件构造成排放所述袋型电池单元中的气体。所述通气构件可以附接至面向所述袋型电池单元的密封部的位置，该位置是所述外壳的内表面。

所述通气构件可以在布置有所述袋型电池单元的电极端子的方向上附接至面向所述密封部的位置。

所述通气构件可以在未布置所述袋型电池单元的电极端子的方向上附接至面向所述密封部的位置。

本发明还提供一种电池组，所述电池组构造成在其中容纳袋型电池单元或包括该袋型电池单元的电池模块，在该电池组中可以包括通气构件，该通气构件构造成通过其形状由于温度变化而改变以穿透所述袋型电池单元的电池壳体，所述通气构件增设到与所述袋型电池单元的电极端子联接的端板或与所述袋型电池单元接触的散热片。

附图说明

图1是示出通气构件变形之前和之后的通气构件的立体图。

图2是示出袋型电池单元的立体图，该袋型电池单元包括单向电极组件以及仅形成在上壳体中的电极组件容纳部。

图3是示出包括双向电极组件的袋型电池单元的平面图。

图4是示出袋型电池单元的分解立体图，该袋型电池单元包括单向电极组件以及形成在上壳体和下壳体中的电极组件容纳部。

图5是示出袋型电池单元的立体图，该袋型电池单元包括双向电极组件并且具有仅形成在上壳体中的电极组件容纳部。

图6是示出其中密封部弯曲的袋型电池单元的立体图。

图7是示出包括袋型电池单元和通气构件的电池组的分解图。

具体实施方式

下文中，将参考附图详细描述本发明的优选实施方式，使得本发明所属领域的技术人员能够容易地实施本发明的优选实施方式。然而，在详细描述本发明的优选实施方式的操作原理时，当包含在此的已知功能和构造的详细描述可能使本发明的主题不清楚时，将省略该详细描述。

此外，在所有附图中将使用相同的附图标记指代执行相似功能或操作的零件。在说明书中称一个零件连接至另一零件的情况下，该一个零件不仅可以直接连接至该另一零件，而且该一个零件可以经由又一零件间接连接至该另一零件。另外，包括特定元件并不意味着排除其他元件，而是意味着可以另外包括这样的元件，另有说明除外。

根据本发明的袋型电池单元可以包括电池壳体，其包括金属层和聚合物树脂层，其中，电池壳体可以包括：形成在上壳体和下壳体中的至少一者上的电极组件容纳部；以及布置在电极组件容纳部的外表面上的通气构件，该外表面是电池壳体的密封部的相邻部分，并且该通气构件由形状记忆合金制成，当所述电池单元的温度升高时该形状记忆合金改变形状以穿透所述电池壳体。

电池壳体可以构造成具有包括外树脂层、金属层以及内树脂层的结构，外树脂层由不受外部环境影响的材料制成，金属层用于防止气体和湿气的流入，并防止电解质的泄漏，并且内树脂层用于密封电池壳体。

电极组件可以分类为：胶卷型(卷绕型)电极组件，其构造成具有如下结构，其中，长片型正极和长片型负极在隔膜分别插设在正极和负极之间的状态下卷绕；堆叠型电极组件，其构造成具有如下结构，其中，切割成具有预定尺寸的多个正极与切割成具有预定尺寸的多个负极在隔膜分别插设在正极和负极之间的状态下顺序地堆叠；堆叠/折叠型电极组件，其构造成具有如下结构，其中，双电芯或全电芯中的每一者均构造成具有其中预定数量的正极和负极在隔膜分别布置在正极和负极之间的状态下堆叠的结构，这样的双电芯或全电芯使用隔膜片卷绕；或者层压/堆叠型电极组件，其构造成具有如下结构，其中，双电芯或全电芯在隔膜分别布置在双电芯或全电芯之间的状态下堆叠并层压。

电极组件可以构造成仅具有一种类型的电极组件，或者可以构造成具有两种或更多种类型的具有不同形状的电极组件。

当电极组件构造成具有两种或更多种类型的电极组件时，考虑到电极组件的尺寸在平面上可以彼此不同的事实，电极组件容纳部可以具有阶梯结构。

通气构件可以由形状记忆合金制成，该形状记忆合金是具有如下性质的金属合金：即使在转变温度下或低于转变温度维持变形状态也能在高于转变温度时返回到其变形之前的原始形状。形状记忆合金通常可以由钛-镍基合金或铜-锌-铝基合金制成。

通气构件可以形成为在常温下呈笔直形状，并且当温度升高时其至少一端可以弯曲。因此，当通气构件沿电池壳体的向内方向弯曲时，在电池壳体中形成通孔以排放气体。

下文中，通气构件的常温形式被称为变形形式(状态)，并且在转变温度以上返回到通气构件变形之前的形式被称为复原形式(状态)。

为了容易地形成用于排放气体的通孔，通气构件在要变形和复原的部分的端部可以具有尖头形状。

在这方面，图1示出了通气构件变形之前和之后的通气构件的立体图。

参考图1，通气构件10具有总体上细的圆柱形形状，并且在常温下以笔直的形式变形。然而，当通气构件10高于转变温度时，因为通气构件10复原至变形前的形状，通气构件10的右端弯曲。

通气构件10具有在转变温度以上时不弯曲的扁平左端，而通气构件10的右端在高于转变温度的温度下弯曲并且具有尖头形状。因此，有利于在电池壳体中形成通孔。

通气构件20具有总体上细的圆柱形形状，并且在常温下以笔直的形式变形。然而，当通气构件20高于转变温度时，因为通气构件20复原至变形前的形状，通气构件20的两端沿相同方向弯曲。

通气构件20在其左端和右端形成为尖头形状，左端和右端在高于转变温度时弯曲。

通气构件30具有总体上细且扁平的矩形柱形状，并且在常温下以笔直的形式变形。然而，当通气构件30高于转变温度时，因为通气构件30复原至变形前的形状，通气构件30的右端弯曲。

通气构件30具有扁平的左端，该左端在转变温度以上不弯曲，而通气构件30的右端在转变温度以上弯曲并且具有尖头形状。因此，有利于在电池壳体中形成通孔。

当根据本发明的通气构件在从笔直变形形式弯曲的状态下变成复原形式时，通气构件的一部分穿透电池壳体并弯曲到电池单元中。因此，需要用于在电池单元内部容纳弯曲的通气构件的空间。

例如，当将堆叠型电极组件用作电极组件时，定位有电极接头和电极引线连接部的空间可以用作容纳弯曲的通气构件的空间。

作为根据本发明的第一实施方式，图2示出了袋型电池单元的立体图，该袋型电池单元包括单向电极组件和仅形成在上壳体中的电极组件容纳部。

参考图2，袋型电池单元100具有这样的结构，其中形成有电极组件容纳部111的上壳体110的外边缘的密封部与扁平形状的下壳体120的外边缘的密封部被密封。

电极组件容纳部111构造成容纳单向电极组件，在该单向电极组件中，在一个方向上形成有正极端子101和负极端子102。电极组件容纳部111的外表面上布置有通气构件131，该外表面作为密封部141的布置有正极端子101和负极端子102之处的相邻部分。

通气构件131可以具有图1中所示的任何一个通气构件的结构，并且在通气构件的一端或两端在转变温度以上朝电池壳体弯曲时变为复原形式。借助呈复原形式的通气构件在电池壳体中形成通孔，并且电池单元的内部气体可以经由该通孔排放。

但是，优选的是，弯曲的通气构件131的端部不与电极端子接触。因此，当使用如图2中所示的单向电极组件时，可以使用弯曲成仅其一端变成复原形式的通气构件10和30，并且通气构件131的弯曲端可以被容纳在电池单元的布置在正极端子101与负极端子102之间的内部空间中。

作为根据本发明的第二实施方式，图3示出了包括双向电极组件的袋型电池单元的平面图。

参考图3，袋型电池单元200构造成具有形成在上壳体210中的电极组件容纳部211，并且电极组件容纳部211构造成容纳双向电极组件，在该双向电极组件中，正极端子201和负极端子202沿相反的方向突出。

袋型电池单元200的下壳体可以是扁平的形状，或者可以具有其中形成有电极组件容纳部的结构。

电极组件容纳部211的外表面上布置有通气构件231，该外表面作为密封部241的布置有正极端子201之处的相邻部分。电极组件容纳部211的外表面上布置有通气构件232，该外表面作为密封部242的布置有负极端子202之处的相邻部分。

通气构件231可以具有图1中所示的任何一个通气构件的结构，并且在通气构件的一端或两端在转变温度以上朝电池壳体弯曲时变为复原形式。借助呈复原形式的通气构件在电池壳体中形成通孔，并且电池单元的内部气体可以经由该通孔排放。

当袋型电池单元包括如图3中所示的双向电极组件时，优选形成多个排气口，以使得能够快速排放电池单元的内部气体。因此，通气构件231和232可以应用复原形式，使得其两端都弯曲(如图1的通气构件20中所示)。通气构件231和232的弯曲端可以被容纳在电池单元的布置在正极端子201与负极端子202之间的内部空间中。

图3的袋型电池单元200可以具有其中电极组件容纳部形成在下壳体中的结构。在这种情况下，可以在形成于下壳体中的电极组件容纳部的作为密封部241的布置有正极端子201之处的相邻部分的外表面以及形成于下壳体中的电极组件容纳部的作为密封部242的布置有负极端子202之处的相邻部分的外表面中的每一者额外地增设通气构件。

当在上壳体和下壳体的每一者中形成电极组件容纳部时，电极组件的尺寸会增加，因此由于电池单元中的内部副反应而产生的气体会增加。因此，可以通过将通气构件分别增设到上壳体和下壳体实现快速排气。另外，在使用在复原形式下两端变形的通气构件(例如图1的通气构件20)的情况下，由于增加了排气口的数量，因此优选获得快速的排气效果。

作为根据本发明的第三实施方式，图4示出了袋型电池单元的分解立体图，该袋型电池单元包括单向电极组件以及分别形成在上壳体和下壳体中的电极组件容纳部。

参考图4，袋型电池单元300构造成具有形成在上壳体310中的电极组件容纳部311以及形成在下壳体320中的电极组件容纳部321。袋型电池单元300具有其中容纳有单向电极组件的结构，在该单向电极组件中，正极端子301和负极端子302沿同一方向突出。

在上壳体310的电极组件容纳部311的外表面上布置有通气构件331，该外表面是密封部341的布置有正极端子301和负极端子302之处的相邻部分。在上壳体310的电极组件容纳部311的外表面上布置有通气构件332，该外表面是密封部341的布置有负极端子302之处的相邻部分。

当袋型电池单元300使用单向电极组件时，通气构件331和332(例如，图2的通气构件131)使用在复原形式下仅其一端弯曲的通气构件。弯曲的通气构件331和332的端部可以被容纳在布置在正极端子301和负极端子302之间的电池单元内部空间中。

如在图2至图4的袋型电池单元中，当通气构件沿电极端子的布置方向布置在电极组件容纳部的作为密封部的相邻部分的外表面上时，该通气构件在变形状态下布置在密封部的形成有电极端子的所述相邻部分，并且处于复原状态的通气构件的弯曲部分被容纳在被视为电池单元内部的死空间的部分中。因此，能够防止由于增设了通气构件增大电池单元的尺寸的问题。

作为根据本发明的第四实施方式，通气构件可以在未布置有电极端子上的方向上布置在电极组件容纳部的外表面上。

就此而言，图5示出了袋型电池单元的立体图，该袋型电池单元包括双向电极组件并且具有仅形成在上壳体中的电极组件容纳部。

参考图5，袋型电池单元400可以具有形成在上壳体410上的电极组件容纳部411，并且下壳体420可以是扁平的形状或者可以具有其中形成有电极组件容纳部的结构。

在袋型电池单元400中，电极组件容纳部411构造成容纳双向电极组件，在该双向电极组件中，正极端子401和负极端子402沿相反方向突出。

一个或多个通气构件431可以布置在上壳体410的电极组件容纳部411的外表面上，该外表面是密封部441和442的未布置有正极端子401和负极端子402之处的相邻部分。

另一方面，当在下壳体420中形成电极组件容纳部时，可以在下壳体420的电极组件容纳部的外表面上另外布置通气构件，该外表面是密封部441和442的未布置有电极端子之处的相邻部分。

此外，除了与负极端子402相邻布置的通气构件431之外，还可以在与负极端子402对称的正极端子401相邻的位置增设通气构件。

与图2至图4中所示的通气构件不同，通气构件431布置在密封部的未布置有电极端子之处的相邻部分处，因此优选的是，仅通气构件431的在靠近电极端子的方向上的端部呈复原形式。另外，复原的通气构件的端部可以被容纳在布置在正极端子401和负极端子402的两侧处的电池单元内部空间中。

另外，通气构件431可以布置在上壳体410的电极组件容纳部411的外表面上，该外表面是密封部的布置有正极端子401和/或负极端子402之处的相邻部分。

作为根据本发明的第五实施方式，通气构件可以布置在电池壳体的弯曲密封部与电极组件容纳部的面向弯曲密封部的侧表面之间。

就这方面而言，图6示出了其中密封部弯曲的袋型电池单元的立体图。

参考图6，袋型电池单元500构造成具有形成在上壳体510中的电极组件容纳部511以及形成在下壳体520中的电极组件容纳部521。袋型电池单元500具有如下结构，其中容纳有正极端子501和负极端子502沿同一方向突出的单向电极组件。

袋型电池单元500处于密封部在非电极端子突出方向上弯曲的状态，因此在弯曲的密封部540与下壳体520的电极组件容纳部521的侧表面之间布置有通气构件531。

通气构件531具有与图5的通气构件431相同的形状，因此，仅在布置负极端子502的方向上的端部呈能够穿透电池壳体的复原形式。

另外，可以在弯曲密封部540的相反侧与电极组件容纳部的侧表面之间进一步布置通气构件。复原的通气构件531的端部可以被容纳在正极端子401和负极端子402外部的电池单元内部空间中。

在袋型电池单元500的情况下，尽管未在布置电极端子的方向上在密封部541的相邻部分处布置通气构件，但是在弯曲的密封部与电极组件容纳部的侧表面之间布置有通气构件。因此，优选地，应用诸如图1的通气构件30之类的薄且扁平的矩形柱状通气构件30。

增设通气构件的方法没有特别限制，只要可以将通气构件稳定地固定至袋型电池单元的外表面即可。例如，可以将粘合剂材料施加至待附接的通气构件的外表面，或者可以增设并固定能够物理安装通气构件的设备。

具体地，可以使用胶带附接通气构件，或者可以通过模制袋状壳体来使用用于插入通气构件的槽等。可以使用通过使用将通气构件装配至袋状壳体或电极端子的单独构件(例如夹子)而将通气构件附接或物理固定在密封部上的方法。

本发明还提供了一种包括袋型电池单元的电池模块，其中，电池模块可以包括：袋型电池单元；外壳，其构造成容纳一个或多个袋型电池单元；以及通气构件，其构造成排放袋型电池单元中的气体。通气构件可以附接至面向袋型电池单元的密封部的位置，该位置是外壳的内表面。另外，能够制造并使用这样的外壳，该外壳包括用于将通气构件装配到外壳的内表面中或者将通气构件插入成安装在外壳的内表面上的结构。

具体地，通气构件可以附接或固定至在袋型电池单元的布置电极端子的方向上面向密封部的位置或者在袋型电池单元的未布置电极端子的方向上面向密封部的位置。

就这方面而言，图7示出了包括袋型电池单元和通气构件的电池模块的分解图。

参考图7，电池模块包括围绕袋型电池单元600的外表面的一对外壳651和652。通气构件631在袋型电池单元600的未布置有电极端子的方向上布置在面向密封部642的位置，该位置是外壳651的内表面。

另外，与图7中所示的不同，根据本发明的电池模块可以具有如下形式：通气构件在布置有电极端子的方向上增设至外壳的面向密封部641的内表面。

通气构件631可以在转变温度下朝袋型电池单元600弯曲成复原形式，因此通过使通气构件复原，可以在电池壳体中形成用于排放气体的通孔。

如图7中所示，因为通气构件增设至电池模块内部的被视为死空间的部分(该部分是袋型电池单元的相邻部分)，所以可以防止电池模块的尺寸由于增设通气构件而改变。

本发明还提供一种电池组，该电池组构造成在其中容纳袋型电池单元或包括该袋型电池单元的电池模块，在该袋型电池单元中，通过温度的变化使其形状改变而穿透袋型电池单元的电池壳体的通气构件可以增设至与袋型电池单元的电极端子联接的端板或与袋型电池单元接触的散热片。

另外，可以通过将槽、环、夹子等安装至外壳、端板或散热片的内表面来固定通气构件。

这样，通气构件不是增设至袋型电池单元的外表面的结构，而是可以附接至与袋型电池单元相邻的端板或散热片。因此，当通气构件在转变温度以上变为处于复原状态时，在通气构件朝向袋型电池单元弯曲的情况下，可以在电池壳体中形成用于排放气体的通孔。

对端板和散热片的结构没有特别限制，并且即使将通气构件应用于不影响整体尺寸的结构，也可以应用不影响电池组的整体尺寸的结构。

照此，因为包括在根据本发明的袋型电池单元中的通气构件由形状记忆合金制成，所以通气构件可以设计成在需要排放袋型电池单元的气体的温度下改变其形状。

如上所述，本发明包括形状记忆合金材料的通气构件，能够通过在期望温度下通气而防止电池单元的爆炸和引火。

本发明所属领域的技术人员将理解，在不脱离本发明的范围的情况下，基于以上描述的各种应用和变型是可行的。

附图标记

10、20、30、131、231、232、331、332、431、531、631：通气构件

100、200、300、400、500、600：袋型电池单元

101、201、301、401、501：正极端子

102、202、302、402、502：负极端子

110、210、310、410、510：上壳体

111、211、311、321、411、511、521：电极组件容纳部

120、320、420、520：下壳体

141、241、242、341、541、641：布置有电极端子的密封部

441、442、642：未布置电极端子的密封部

540：弯曲的密封部

651、652：外壳

工业实用性

如上所述，根据本发明的袋型电池单元可以通过在期望温度下在电池壳体中形成通孔来排放。

此外，通过在电池单元的外部增设通气构件，能够防止布置在电池单元内部的通气构件引起与电解质等的副反应的问题。

此外，因为将通气构件增设到电池单元的剩余空间，所以能够防止由于增设通气构件而导致电池单元的尺寸增大。