圆柱形二次电池、电池组以及车辆制造技术

本实用新型专利技术提供圆柱形二次电池、电池组以及车辆。提供具有改进的电极端子的圆柱形二次电池及其制造方法。根据本公开的圆柱形二次电池具有改进的电极端子结构，并且第一集流板与电极端子借助激光焊接方法联接。形成在第一集流板与电极端子的接触表面上的激光焊接部分位于电极组件的卷绕中心孔、第一集流板与电极端子的交叠区域中。端子的交叠区域中。端子的交叠区域中。

【技术实现步骤摘要】
圆柱形二次电池、电池组以及车辆


[0001]本公开涉及一种圆柱形二次电池及其制造方法。本公开还涉及包括该圆柱形二次电池的电池组和车辆。

技术介绍

[0002]根据产品组别易于应用并具有诸如高能量密度之类的电特性的二次电池不仅普遍应用于便携式装置，而且还应用于由电力驱动源驱动的电动车辆(EV)和混合电动汽车(HEV)。由于这些二次电池具有能够大幅减少化石燃料使用的主要优势以及在使用能源时不产生副产品的优势，因此这些二次电池作为提高生态友好性和能源效率的新能源而备受关注。
[0003]作为二次电池的一种类型，圆柱形、方形和袋型二次电池是已知的。在圆柱形二次电池的情况下，隔膜是这样一种绝缘体，该绝缘体插设在正极和负极之间，并卷绕起来形成卷芯形式的电极组件，该电极组件与电解质一起插入电池罐中，从而形成电池。此外，条状的电极接头可以连接到正极和负极中每一者的未涂覆部分，并且电极接头连接电极组件和暴露于外部的电极端子。然而，根据具有这种结构的传统圆柱形二次电池，由于电流集中在与正极未涂覆部分和/或负极未涂覆部分联接的条形电极接头上，因此电阻很大，产生大量的热，而且集流效率也不好。
[0004]对于外形因数为18650或21700的小型圆柱形二次电池，电阻和热不是主要问题。但是，当增大外形因数以将圆柱形二次电池应用于EV等时，在快速充电过程中，电极接头周围会产生大量的热，因此圆柱形二次电池可能被引燃。这里，外形因数是指表示圆柱形二次电池的直径和高度的值。在代表外形因数的数值中，前两个数字表示电池单元的直径，后两个数字表示电池单元的高度，最后一个数字0表示电池单元具有圆形截面。如果电池单元的高度超过100mm，则最后一个数字0可以省略，因为需要一个3位数的数字来表示电池单元的高度。
[0005]为了解决外形因数增大的圆柱形二次电池中的电阻和热问题，提出了一种圆柱形二次电池，该圆柱形二次电池具有通过使用面积大于条状电极接头(所谓无接头式圆柱形二次电池)的集流板而提高集流效率的结构。
[0006]图1至图3是示出传统的无接头式圆柱形二次电池的制造过程的图。图1示出了电极板的结构，图2示出了卷绕电极板的过程，图3示出了将集流板焊接到未涂覆部分的弯折表面的过程。图4是沿纵向方向Y剖切的传统无接头式圆柱形二次电池的剖视图。
[0007]参考图1，正极板10和负极板11具有这样一种结构，其中片状集流体20涂覆有活性材料21，并且在沿卷绕方向X的一个长边侧设置有未涂覆活性材料的未涂覆部分22。基于沿集流体20的长边方向(X方向)，一侧成为芯，另一侧成为外周。
[0008]通过将正极板10和负极板11与两个隔膜12依次堆叠在一起(如图2中所示)，然后从芯沿一个方向X卷绕而制造成电极组件A。此时，沿集流体20的短边(Y方向)在两个相对的方向上布置正极板10和负极板11的未涂覆部分。
[0009]参考图3，在借助图2的方法制造的电极组件A的内芯中形成卷绕中心孔13。在卷绕工艺后，正极板10的未涂覆部分10a和负极板11的未涂覆部分11a朝芯弯折。之后，集流板30、31连接到未涂覆部分10a、11a。
[0010]不是将单独的电极接头附接到每个未涂覆部分10a、11a，而是将集流板30、31连接到外部电极端子，并且沿着电极组件A的卷绕轴线方向(见箭头)形成具有大截面的电流路径。因此，存在着降低二次电池的电阻之优势。这是因为电阻与电流流经的路径的截面面积成反比。
[0011]然而，当圆柱形二次电池的外形因数增大，并且快速充电期间的充电电流大小增加时，在无接头的圆柱形二次电池中也会再次出现热问题。
[0012]具体而言，如图4中所示，传统的无接头式圆柱形二次电池40包括电池罐41和密封体42。密封体42包括帽板42a、密封垫片42b和连接板42c。密封垫片42b围绕帽板42a的边缘，并由压接部43固定。此外，电极组件A借助卷边部44固定在电池罐41中，以防止竖向移动。
[0013]通常，正极端子是密封体42的帽板42a，并且负极端子是电池罐41。因此，与正极板10的未涂覆部分10a联接的集流板30借助条状引线45与附接到帽板42a的连接板42c连接。此外，与负极板11的未涂覆部分11a联接的集流板31与电池罐41的底部连接。绝缘体46覆盖集流板30，以防止具有不同的极性电池罐41和正极板10的未涂覆部分10a相互接触并造成短路。
[0014]在圆柱形二次电池40中，当集流板30与连接板42c连接时，使用条状引线45。引线45单独附接到集流板30，或与集流板30一体制造。然而，由于引线45是细条状的，因此当快速充电电流流动时，由于其面积小，会产生大量的热。此外，从引线45产生的过多热可能会传递到电极组件A并使隔膜12收缩(图2)，从而导致内部短路，内部短路是热失控的主要原因。
[0015]引线45在电池罐41内也占据了大量的安装空间。因此，包括引线45的圆柱形二次电池40的空间效率低，从而在提高能量密度方面存在局限性。因此，本领域需求在解决圆柱形二次电池的热问题的同时改进电极端子结构，以提高电池罐内的空间效率。
[0016]另一方面，圆柱形二次电池40包括集流板30、31，并且连接在每个集流板30、31和其它部件之间的部分存在于圆柱形二次电池40的上部分和下部分中。每个集流板30、31和其它部件之间在该位置的连接可以使用各种焊接工艺。此时，重要的是以高效率达到适当的结合强度，并且在不对焊接对象或周围部件造成损坏的情况下进行焊接。
[0017]在焊接工艺中，当使用电阻焊时，如果焊接对象是由铝材料制成的，就会在焊条上沉积氧化膜，这使得无法进行连续焊接。此外，当氧化膜以这种方式沉积时，在焊接对象产生热之前，焊条中已经产生了热。如果集流板30、31中的任何一者是由铝制成的，则由于以上问题，在使用电阻焊时，焊接工艺的效率不可避免地会降低。此外，如果集流板30、31中的任何一者是由铜制成的，则会存在诸如结合强度下降之类的焊接缺陷的问题，因为铜的电阻太低以至于不产生电阻热。此外，电阻焊接装置将焊接对象放置在上下焊条之间并加压，将对象按压成紧密接触状态，并通过施加电流以电阻热进行焊接，因此加压是必不可少的。另外，如果加压不完善，则可能出现部分焊接，这会造成焊接不均匀，并有因加压而造成部件变形的风险。
[0018]此外，在焊接工艺中，当使用超声波焊接时，焊头必须与接触部分在接触的情况下
进行振动。在这里，如果焊头的振动方向是直线或之字形的，则会很可能导致焊头破裂。例如，在圆柱形二次电池40中，如果集流板31超声波焊接到电池罐41的底部，则焊头必须穿过电极组件A的卷绕中心孔13插入以进行焊接，因而焊头的长度必须等于或大于从卷绕中心孔13的一端延伸至另一端的长度。另外，如果由于长度过长，在直线或之字形方向上发生强烈的振动，则很可能使焊头破裂。考虑到这一点，可以采用焊头旋转的方法。然而，即使在这种情况下，也会存在产生大量毛刺的问题，而且难以确认是否存在部分未联接的区域。此外，在本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种圆柱形二次电池，其特征在于，该圆柱形二次电池包括：卷芯型的电极组件，该电极组件具有其中片状的第一电极板和第二电极板与插设在所述第一电极板和所述第二电极板之间的隔膜沿一个方向卷绕的结构，所述第一电极板包括在长边端暴露于所述隔膜的外部的未涂覆部分，所述第二电极板包括在与所述第一电极板的所述未涂覆部分相对的方向上的长边端暴露于所述隔膜的外部的未涂覆部分，所述电极组件在内部芯中具有卷绕中心孔；圆柱形的电池罐，该电池罐配置成借助形成在一侧的开放部分容纳所述电极组件，并与所述第二电极板的所述未涂覆部分连接；密封体，该密封体配置成密封所述电池罐的所述开放部分，以使得与所述电池罐绝缘；第一集流板，该第一集流板与所述第一电极板的所述未涂覆部分连接；电极端子，该电极端子穿过在所述电池罐的底部中形成的通孔而被铆接，并与所述第一集流板连接，所述电池罐的所述底部与所述电池罐的所述开放部分相对；以及激光焊接部分，该激光焊接部分形成在所述第一集流板和所述电极端子的接触表面上，其中，所述激光焊接部分位于所述卷绕中心孔、所述第一集流板和所述电极端子的交叠区域上。2.根据权利要求1所述的圆柱形二次电池，其特征在于，暴露于所述第一集流板的表面的所述激光焊接部分的转换直径为0.15D至0.90D，其中，D是所述卷绕中心孔的直径。3.根据权利要求1所述的圆柱形二次电池，其特征在于，所述电极端子包括：插入所述通孔中的本体部分；外凸缘部分，该外凸缘部分配置成从所述本体部分的经由所述电池罐的所述底部的外表面暴露的一个侧周边沿着所述外表面延伸；内凸缘部分，该内凸缘部分配置成从所述本体部分的经由所述电池罐的所述底部的内表面暴露的另一侧周边朝向所述内表面延伸；以及平坦部分，该平坦部分设置到所述内凸缘部分的内侧。4.根据权利要求3所述的圆柱形二次电池，其特征在于，在所述平坦部分中，所述电极端子和所述第一集流板借助所述激光焊接部分联接。5.根据权利要求1所述的圆柱形二次电池，其特征在于，所述激光焊接部分是在所述第一集流板与所述电极端子的联接区域中，从所述第一集流板的朝向所述卷绕中心孔的内侧取向的一个表面朝向所述电极端子形成的。6.根据权利要求1所述的圆柱形二次电池，其特征在于，所述电极端子的外表面是光滑表面。7.根据权利要求1所述的圆柱形二次电池，其特征在于，所述激光焊接部分是针对所述卷绕中心孔的中央部分的交叠叠加型焊珠。
8.根据权利要求1所述的圆柱形二次电池，其特征在于，所述激光焊接部分配置成线性形状。9.根据权利要求8所述的圆柱形二次电池，其特征在于，所述激光焊接部分形成连续的闭合直线或闭合曲线。10.根据权利要求8所述的圆柱形二次电池，其特征在于，所述激光焊接部分是以所述卷绕中心孔的中央部分为中心的环状圆型和以所述卷绕中心孔的中央部分为中心的摆动圆型中的任何一种。11.根据权利要求1所述的圆柱形二次电池，其特征在于，所述激光焊接部分是相对于所述卷绕中心孔的中央部分在径向对称位置中形成的多点型。12.根据权利要求1所述的圆柱形二次电池，其特征在于，所述激光焊接部分是两条线与所述卷绕中心孔的中央部分相交的X型、以所述卷绕中心孔的中央部分为中心的矩形边框型、两条线相遇于一点的L型和两圆相接的8字型中的任何一种。13.根据权利要求1所述的圆柱形二次电池，其特征在于，所述激光焊接部分具有在所述卷绕中心孔的中央部分中的中心，具有多边形的规则或不规则的外周，并以交织方式形成焊珠以填充所述外周。14.根据权利要求1所述的圆柱形二次电池，其特征在于，由所述激光焊接部分在所述第一集流板和所述电极端子之间的所述焊接部分的拉伸力为3kgf以上且15kgf以下。15.根据权利要求1所述的圆柱形二次电池，其特征在于，所述第一集流板和所述电极端子由含有铝作为主要成分的材料制成。16.根据权利要求3所述的圆柱形二次电池，其特征在于，所述卷绕中心孔的直径为2mm以上且8mm以下。17.根据权利要求16所述的圆柱形二次电池，其特征在于，暴露于所述第一集流板的表面的所述激光焊接部分的转换直径为2mm以上。18.根据权利要求17所述的圆柱形二次电池，其特征在于，所述电极端子的所述平坦部分的直径为3mm至14mm。19.根据权利要求18所述的圆柱形二次电池，其特征在于，暴露于所述第一集流板的表面的所述激光焊接部分的面积与所述电极端子的所述平坦部分的面积之比为2.04％至44.4％。20.根据权利要求3所述的圆柱形二次电池，其特征在于，所述平坦部分和所述底部的所述内表面彼此平行。21.根据权利要求3所述的圆柱形二次电池，其特征在于，所述内凸缘部分与所述底部的所述内表面之间的角度为0度至60度。22.根据权利要求3所述的圆柱形二次电池，其特征在于，所述内凸缘部分与所述平坦部分之间设置有凹进部分。23.根据权利要求22所述的圆柱形二次电池，
其特征在于，所述凹进部分具有不对称槽的截面结构。24.根据权利要求3所述的圆柱形二次电池，其特征在于，该圆柱形二次电池进一步包括插设在所述电极端子与所述通孔之间的铆钉垫片，其中，所述铆钉垫片包括：插设在所述外凸缘部分与所述底部的所述外表面之间的外垫片；以及插设在所述内凸缘部分与所述底部的所述内表面之间的内垫片，其中，所述内垫片根据位置而具有不同的厚度。25.根据权利要求24所述的圆柱形二次电池，其特征在于，所述平坦部分的高度等于或大于所述内垫片的端部相对于所述底部的所述内表面的高度。26.根据权利要求3所述的圆柱形二次电池，其特征在于，所述平坦部分的高度等于或大于所述内凸缘部分相对于所述底部的所述内表面的高度。27.根据权利要求24所述的圆柱形二次电池，其特征在于，所述内凸缘部分的高度等于或大于所述内垫片的端部相对于所述底部的所述内表面的高度。28.根据权利要求3所述的圆柱形二次电池，其特征在于，所述电极端子从所述外凸缘部分的下表面到所述平坦部分的表面的高度为1.5mm至7mm。29.根据权利要求3所述的圆柱形二次电池，其特征在于，所述外凸缘部分相对于所述电池罐的所述底部的所述外表面的高度为0.8mm以上。30.根据权利要求24所述的圆柱形二次电池，其特征在于，所述外垫片的至少一部分暴露于所述外凸缘部分的外部，并且在平行于所述电池罐的所述底部的所述外表面的方向上测量的所述外垫片的暴露宽度为0.1mm至...

【专利技术属性】
技术研发人员：金珉祐，金度均，
申请(专利权)人：株式会社LG新能源，
类型：新型
国别省市：