具有易于冷却的结构的软包型电池单体及其制造方法与流程

1.本技术要求于2021年09月09日提交的韩国专利申请no.2021-0120684的优先权的权益，该专利申请的公开内容通过引用全部并入本说明书中。
2.本发明涉及一种具有易于冷却的结构的软包型电池单体及其制造方法，更具体地涉及这样的一种具有易于冷却的结构的软包型电池单体及其制造方法：软包型电池单体配置为使得软包壳体的相对的两个侧表面中的每一者由金属材料制成，从而改善冷却效率，并且使得当事件发生时气体被引导至期望位置，从而提高安全性。


背景技术：

3.随着信息技术(it)的显著发展，各种便携式信息通信设备已经很普遍。因此，在21世纪，我们正在走向一个无论何时何地都可以获得高质量信息服务的无所不在的社会。
4.锂二次电池对于实现这种无所不在的社会非常重要。具体地，可以充电和放电的锂二次电池已经广泛用作无线移动设备的能源。此外，锂二次电池也被用作电动车辆和混合动力车辆的能源，这被提议用来解决由当前使用化石燃料的汽油和柴油车辆引起的例如空气污染的问题。
5.如上所述，随着锂二次电池可应用的装置的范围的扩大，锂二次电池也多样化，使得锂电池单体可以提供适合于应用锂二次电池的装置的输出和容量。此外，迫切需要减小锂二次电池的尺寸和重量。
6.同时，二次电池可以分为圆柱电池、棱柱电池和软包型电池。在这些电池中，软包型电池单体能够以高集成度堆叠，每单位重量具有高能量密度，价格低廉并且容易变形，从而备受关注。
7.软包型电池单体配置为具有以下结构：包括正极、负极和隔膜的电极组件与电解质溶液一起容纳在由层压片材制成的电池壳体中，并且电池壳体的外周通过热熔合密封。
8.然而，在软包型电池单体的充电和放电的过程中，软包型电池单体不可避免地产生热量。根据情况，由于短路、热冲击、绝缘击穿等会产生热逃逸。这会引起重大事故，例如火灾或爆炸。因此，冷却软包型电池单体非常重要。
9.软包型电池单体通常具有如图1中所示的外部形状，其中，软包型电池单体具有蝙蝠耳(bat ear)部(图1的右侧)和在该处平台(terrace)被折叠的折叠部(图1的左侧)，并且由于其结构方面的问题，不可能通过折叠部进行冷却。
10.同时，当在电池单体的充电和放电的过程中由于过电流和过电压而在软包型电池单体中连续产生气体时，即使电池壳体的一侧的密封部分打开并由此排出气体，电流在其中流动的电极组件也不受影响，因此充电和放电电流在电极组件中连续流动。因此，会持续产生气体，并且由于其温度升高而会引起电池的着火或爆炸。此外，会在用户不期望的位置发生气体爆炸，从而壳体会破裂。
11.(现有技术文献)
12.(专利文献1)韩国专利申请公开no.10-1401230


技术实现要素：

13.技术问题
14.鉴于上述问题而做出本发明，并且本发明的一个目的是提供一种具有能够通过软包型电池单体的相对的两个侧表面进行冷却的结构的软包型电池单体，和该软包型电池单体的制造方法。
15.本发明的另一目的是提供一种具有当事件发生时能够将气体排出至期望位置或在期望方向上排出气体的结构的软包型电池单体，和该软包型电池单体的制造方法。
16.技术方案
17.用于实现上述目的的根据本发明的软包型电池单体包括：电极组件，具有一对电极接线片；以及壳体，被配置为容纳电极组件，其中，被配置为分别与电极组件的一对电极接线片连接的一对电极引线被固定至壳体。
18.另外，在根据本发明的软包型电池单体中，每条电极引线的一侧可以位于壳体中，并且每条电极引线的另一侧可以从壳体向外突出。
19.另外，在根据本发明的软包型电池单体中，一对电极引线可以定位为彼此面对。
20.另外，在根据本发明的软包型电池单体中，一对电极引线可以定位为面向相同的方向。
21.另外，在根据本发明的软包型电池单体中，壳体可以包括：下壳体，包括前板、后板、底板和一对侧板；以及上壳体，位于下壳体的上部。
22.另外，在根据本发明的软包型电池单体中，前板、后板、底板和上壳体中的每一者可以由塑料材料制成，并且一对侧板中的每一者可以由导热材料制成。
23.另外，在根据本发明的软包型电池单体中，导热材料可以包含铝、镁、锌和铜中的至少一种。
24.另外，在根据本发明的软包型电池单体中，塑料材料可以包含聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯和聚氯乙烯中的至少一种。
25.另外，在根据本发明的软包型电池单体中，壳体可以设置有凹口，该凹口配置为当壳体中的压力等于或高于预定压力时或者当壳体中的温度等于或高于预定温度时破裂。
26.另外，本发明提供一种电池模块，其中设置有多个根据本发明的软包型电池单体，其中，冷却装置位于与一对侧板中的每一者紧密接触的位置处。
27.另外，本发明提供一种软包型电池单体的制造方法，包括：第一步骤，制备电极组件和下壳体；第二步骤，将电极组件容纳在下壳体中；以及第三步骤，将上壳体与其中容纳有电极组件的下壳体密封。
28.另外，在根据本发明的软包型电池单体的制造方法中，下壳体可以包括前板、后板、底板和一对侧板，上壳体可以位于下壳体的上部，并且在第一步骤中，可以进行注塑成型，使得电极引线的一侧位于下壳体中，并且电极引线的另一侧从下壳体向外突出。
29.另外，在根据本发明的软包型电池单体的制造方法中，第二步骤还可以包括通过焊接将位于下壳体中的电极引线与电极组件的电极接线片彼此连接的步骤。
30.另外，在根据本发明的软包型电池单体的制造方法中，上壳体可以由塑料材料制成，并且在第三步骤中，下壳体和上壳体可以通过塑性焊接彼此固定。
31.有益效果
32.从上面的描述可知，根据本发明的具有易于冷却的结构的软包型电池单体及其制造方法具有以下优点：壳体的侧表面是平坦的，因此不需要导热树脂，并且壳体的相对的两个侧表面中的每一者由金属材料制成，因此散热效果优异。
33.此外，在根据本发明的软包型电池单体及其制造方法中，壳体的外部形状是六面体形状，从而当堆叠多个电池单体时可以最小化不必要的空间，因此可以增加能量密度。
34.此外，根据本发明的软包型电池单体及其制造方法的优点在于，在壳体处设置凹口，从而当事件发生时可以将气体的排出引导至期望位置，因此可以降低二次事故的风险。
附图说明
35.图1是常规软包型电池单体的截面图。
36.图2是根据本发明的第一优选实施例的软包型电池单体的透视图。
37.图3是根据本发明的第一优选实施例的软包型电池单体的分解透视图。
38.图4是当从上方观察时根据本发明的第一优选实施例的下壳体的截面图。
39.图5是根据本发明的第二优选实施例的软包型电池单体的透视图。
40.图6是根据本发明的第二优选实施例的软包型电池单体的分解透视图。
41.图7是示出包括根据本发明的第一优选实施例的电池单体的电池模块的一个示例的图。
42.图8是示出包括根据本发明的第一优选实施例的电池单体的电池模块的另一示例的图。
43.图9是示出制造根据本发明的第一优选实施例的电池单体的方法的流程图。
具体实施方式
44.现在，将参照附图详细描述本发明的优选实施例，使得本发明的优选实施例可以由本发明所属领域的普通技术人员容易地实施。然而，在详细描述本发明的优选实施例的操作原理时，当本文中包含的已知功能和配置的详细描述会使本发明的主旨模糊时，将省略它们。
45.另外，在整个附图中，将使用相同的参考数字来表示进行相似功能或操作的部件。在整个说明书中，在一个部件被称为与另一部件连接的情况下，该一个部件不仅可以直接与其它部件连接，而且可以通过另一部件与其它部分间接连接。此外，除非另外说明，否则包括特定元素不是指排除其它元素，而是指还可以包括这些元素。
46.下文中，将参照附图描述根据本发明的具有易于冷却的结构的软包型电池单体及其制造方法。
47.首先，将描述软包型电池单体。
48.图2是根据本发明的第一优选实施例的软包型电池单体的透视图，图3是根据本发明的第一优选实施例的软包型电池单体的分解透视图，图4是当从上方观察时根据本发明的第一优选实施例的下壳体的截面图。
49.当参照图2至图4描述本发明的第一优选实施例时，软包型电池单体100包括下壳体110、上壳体120和电极组件130。
50.下壳体110配置为具有由分别为矩形的前板111、后板112、一对侧板113和底板114
构成的长方体形状，并且在其中限定了被配置为容纳电极组件的空间。
51.第一电极引线111’和第二电极引线112’分别设置在下壳体110的前板111和后板112处，并且彼此面对。具体地，在前板111处设置与构成电极组件130的一个电极接线片132连接的第一电极引线111’，并且还在后板112处设置与构成电极组件130的另一电极接线片132连接的第二电极引线112’。
52.这里，优选地，前板111、后板112和底板114中的每一者由塑料材料制成，并且优选地，每个侧板113由导热材料制成。
53.更具体地，优选地，用于前板111、后板112和底板114中的每一者的材料为聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯和聚氯乙烯中的至少一种，并且虽然对材料没有特别地限制，只要材料是塑料即可，但更优选地，使用具有最好的水分阻隔效果的聚丙烯。
54.优选地，每个侧板113由导电材料制成，例如铝、镁、锌和铜中的至少一种，更优选地，使用铝制成。
55.如前文所描述，常规软包壳体的侧表面不是平坦的，因此必须在其上涂覆单独的导热树脂，并且特别地，不能冷却软包壳体的密封部分被弯曲的一个侧表面。
56.然而，在本发明中，由于侧表面是平坦的，所以不需要导热树脂。此外，热量通过相对的两个侧表面散发，因此散热效果优异。此外，由于壳体的外部形状是六面体形状，所以当多个电池单体堆叠时，可以最小化不必要的空间，从而可以增加能量密度。
57.同时，分别位于前板111和后板112处的第一电极引线111’和第二电极引线112’中的每一者的一侧位于壳体中，以与电极接线片132电连接，并且第一电极引线和第二电极引线中的每一者的另一侧从壳体向外突出，以与汇流条等连接。
58.前板111的凹口111”是配置为当事件发生时(例如，当气体过度产生从而压力升高至预定水平或更高时，或者当温度升高时)优先破裂。气体可以通过凹口111”排出至期望位置，从而当发生事件时可以降低二次事故的风险。
59.尽管在图中示出了在前板111中形成的一个凹口111”，然而这只是一个示例，凹口可以设置在后板112处，并且凹口的位置和数目可以改变。
60.上壳体120设置并固定在下壳体110的上端，即，下壳体110的边缘处，并且还具有四边形平板形状。优选地，上壳体120由与下壳体110的前板111或后板112相同的材料制成。这是因为其有利于塑性焊接。
61.接下来，将描述容纳在下壳体110中的电极组件130。电极组件130包括：叠层131，具有插设在正极与负极之间的隔膜；以及电极接线片132，从叠层向外突出预定长度。
62.具体地，电极组件130可以是：果冻卷型电极组件，被配置为具有长片型正极和长片型负极以在二者之间插设有隔膜的状态下卷绕的结构；堆叠型电极组件，包括单元电池，每个单元电池配置为矩形正极和矩形负极在二者之间插设有隔膜的状态下堆叠的结构；堆叠折叠型电极组件，被配置为具有使用长隔膜卷绕单元电池的结构；或者层压和堆叠型电极组件，被配置为具有单元电池在二者之间插设有隔膜的状态下堆叠，然后彼此附接的结构。然而，本发明不限于此。上述电极组件是公知的，因此，将省略其更详细的描述。
63.接下来，将参照图5和图6描述本发明的第二优选实施例。
64.图5是根据本发明的第二优选实施例的软包型电池单体的透视图，图6是根据本发明的第二优选实施例的软包型电池单体的分解透视图。
65.根据本发明的第二优选实施例的下壳体110包括前板111、后板112、底板114和一对侧板113。具体地，仅在前板111处设置一对电极引线111’。因此，电极组件130的一对电极接线片132沿一个方向设置。
66.这里，前板111、后板112、底板114、上壳体130和一对侧板113中的每一者的材料与上述第一实施例中的材料相同，并且将省略其详细描述。
67.接下来，将描述包括根据本发明的第一优选实施例的电池单体的电池模块。
68.图7是示出包括根据本发明的第一优选实施例的电池单体的电池模块的一个示例的图，图8是示出包括根据本发明的第一优选实施例的电池单体的电池模块的另一示例的图。
69.如图7中所示，多个电池单体100在垂直方向上并排设置。在这种情况下，冷却装置200可以分别设置在电池单体100的上部和下部处，并且与各个电池单体的侧板中的相应的一个紧密接触。
70.另外，如图8中所示，多个电池单体100在水平方向上并排设置。在这种情况下，冷却装置200可以设置在电池单体100的相对的两个侧表面中的每一个处，并且与各个电池单体的侧板中的相应的一个紧密接触。
71.这里，显然，已知的冷却装置，例如散热器、冷却板或冷却管道，可以用作冷却装置200。
72.接下来，将描述制造根据第一实施例的电池单体的方法。图9是示出制造根据本发明的第一优选实施例的电池单体的方法的流程图。
73.根据本发明的电池单体制造方法包括：第一步骤，制备电极组件和下壳体；第二步骤，将电极组件容纳在下壳体中；以及第三步骤，将上壳体与其中容纳有电极组件的下壳体密封。
74.具体地，在制备电极组件和下壳体的第一步骤中，通过双注塑方法(嵌件注塑)制备下壳体的前板和后板，使得电极接线片与其集成，并且分别制备由金属材料制成的侧板。当然，也要制备底板和上壳体。
75.这里，可以同时制备前板、后板和底板。在这种情况下，在它们的各个界面处进行弯曲。
76.由此制备的前板、后板、底板和一对侧板彼此连接，并且形成仅上部处于打开的状态的空间。优选地，使用塑性焊接方法。
77.当然，本发明不限于上述方法，并且可以使用已知的双注塑方法，例如嵌件注塑来制备整个下壳体。
78.在将电极组件容纳在下壳体中的第二步骤中，电极组件容纳在下壳体的空间中。此时，突出到下壳体的空间中的电极引线和电极组件的电极接线片通过例如焊接的已知方法彼此连接。
79.最后，在将上壳体与其中容纳有电极组件的下壳体密封的第三步骤中，可以进行焊接，优选地，塑性焊接。然而，本发明不限于此。
80.同时，前板111的凹口111”可以在制备前板111之后单独形成，或者可以在双注塑时与前板同时形成。
81.另外，由于需要确保上壳体120和下壳体110之间的密封性，所以可以使用表现出
优异的阻燃性或水分阻隔能力的已知涂层剂在包括接合区域的上侧表面和下侧表面上形成涂层，以改善安全性并且提高塑性焊接后的水分阻隔能力。当然，显然也可以在嵌件注塑之后在下壳体上形成涂层。
82.本发明所属领域的技术人员将理解的是，基于上面描述，在本发明的范畴内，各种应用和修改是可能的。
83.(附图标记说明)
84.100：电池单体
85.110：下壳体
86.111：前板
87.111’：第一电极引线
88.111”：凹口
89.112：后板
90.112’：第二电极引线
91.113：侧板
92.114：底板
93.120：上壳体
94.130：电极组件
95.131：叠层
96.132：电极接线片
97.200：冷却装置
98.300：电池模块

技术特征：
1.一种软包型电池单体，包括：电极组件，具有一对电极接线片；以及壳体，被配置为容纳所述电极组件，其中，被配置为分别与所述电极组件的所述一对电极接线片连接的一对电极引线被固定至所述壳体。2.根据权利要求1所述的软包型电池单体，其中，每条所述电极引线的一侧位于所述壳体中，并且每条所述电极引线的另一侧从所述壳体向外突出。3.根据权利要求2所述的软包型电池单体，其中，所述一对电极引线定位为彼此面对。4.根据权利要求2所述的软包型电池单体，其中，所述一对电极引线定位为面向相同的方向。5.根据权利要求2所述的软包型电池单体，其中，所述壳体包括：下壳体，包括前板、后板、底板和一对侧板；以及上壳体，位于所述下壳体的上部。6.根据权利要求5所述的软包型电池单体，其中，所述前板、所述后板、所述底板和所述上壳体中的每一者由塑料材料制成，并且所述一对侧板中的每一者由导热材料制成。7.根据权利要求6所述的软包型电池单体，其中，所述导热材料包含铝、镁、锌和铜中的至少一种。8.根据权利要求6所述的软包型电池单体，其中，所述塑料材料包含聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯和聚氯乙烯中的至少一种。9.根据权利要求1所述的软包型电池单体，其中，所述壳体设置有凹口，所述凹口配置为当所述壳体中的压力等于或高于预定压力时或者当所述壳体中的温度等于或高于预定温度时破裂。10.一种电池模块，其中设置有多个根据权利要求1至9中任意一项所述的软包型电池单体，其中，冷却装置分别位于与一对侧板中的每一者紧密接触的位置处。11.一种制造根据权利要求1至9中任意一项所述的软包型电池单体的方法，所述方法包括：第一步骤，制备电极组件和下壳体；第二步骤，将所述电极组件容纳在所述下壳体中；以及第三步骤，将上壳体与其中容纳有所述电极组件的所述下壳体密封。12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述下壳体包括前板、后板、底板和一对侧板，所述上壳体位于所述下壳体的上部，并且在所述第一步骤中，进行注塑成型使得电极引线的一侧位于所述下壳体中，并且所述电极引线的另一侧从所述下壳体向外突出。13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述第二步骤还包括通过焊接将位于所述下壳体中的所述电极引线与所述电极组件的电极接线片彼此连接的步骤。14.根据权利要求12所述的方法，其中，
所述上壳体由塑料材料制成，并且在所述第三步骤中，所述下壳体和所述上壳体通过塑性焊接彼此固定。

技术总结
本发明涉及一种具有易于冷却的结构的软包型电池单体及其制造方法，更具体地，涉及一种软包型电池单体及其制造方法，该软包型电池单体包括：电极组件，具有一对电极接线片；以及配置为容纳电极组件的壳体，其中，被配置为分别与电极组件的一对电极接线片连接的一对电极引线被固定至壳体。极引线被固定至壳体。极引线被固定至壳体。


技术研发人员：崔圭铉 孔镇鹤 康宰赫
受保护的技术使用者：株式会社LG新能源
技术研发日：2022.08.02
技术公布日：2023/7/12