技术领域
[0001] 本发明涉及中空型二次电池，尤其涉及一种能够将电池内部的热迅速排放到外部，并且能够在电池内部压力非正常上升时自动短路的中空型二次电池。
相关背景技术
[0002] 随着对移动设备的技术开发与需求与日俱增，作为能源的二次电池的需求也在剧增。这些二次电池中关于具有高能量密度、高放电电压的锂二次电池的研究最多，并且已经实现商业化并广泛使用。
[0003] 随着二次电池应用领域及产品的多样化，为了提供与之相符的输出与容量，电池种类也呈现出多样化趋势。例如，随着产品的小型化、纤薄化趋势，智能手机、个人数字助理(PDA)、数码相机、笔记本电脑等小型移动设备中每个设备使用一个或两三个小型、轻量的二次电池(单位电池)。
[0004] 根据外部及内部结构特征，这种二次电池大致分为圆筒型电池、角型电池及袋型电池，根据构成二次电池的具有正极/隔膜/负极结构的电极组件的结构，大致分为卷果冻型(卷绕型)及堆栈型(层积型)。
[0005] 但是，由于目前的这些电池均为内部封闭的结构，因此具有无法将内部发生的热迅速排放到外部的结构上的问题。
[0006] 并且，目前的二次电池具有当发生过充电或外部冲击等导致电池内部压力上升时，用于焊接部位与外部端子或电极组件分离以切断电流的电流切断元件，但电流切断元件在适用于电子开关系统(Electronic Switching System；ESS)、汽车电池等高功率电池的情况下，为了保持焊接部位的电流密度而需要坚固且大量的焊接点，因此不便于设置作业且需要大量时间，因此难以适用于高功率电池。
具体实施方式
[0064] 以下参照附图具体说明本发明的优选实施例。首先需要注意的是在对各附图添加附图标记时，即使相同的构成要素出现于不同的附图，也尽可能添加相同的附图标记。并且，在对本发明进行说明时，判断认为对相关公知结构或功能的具体说明能够混淆本发明的主题的情况下，省略有关具体说明。
[0065] 图1为根据本发明第一实施例的中空型二次电池的立体图，图2为根据本发明第一实施例的中空型二次电池的分解立体图。
[0066] 如图1及图2所示，本发明的中空型二次电池包括电极组件100、外部容器200、内部容器300、第一端子组件400及第二端子组件500。
[0067] 所述电极组件100由带有正极或负极的一对电极板及配置于一对电极板之间且卷绕成卷果冻形状的隔膜(seperator)形成。这种电极组件100的两端部形成有未涂布活性物质的第一无质部110、第二无质部111(参见图25)。第一无质部110形成于带有正极的电极板且具有正极性，第二无质部111形成于带有负极的电极板且具有负极性。
[0068] 当然，电极板的极性发生变更的情况下，第一无质部110及第二无质部120的极性也可以发生变更。以下假设第一无质部110带有正极，第二无质部111具有负极。
[0069] 所述外部容器200构成两端面开放的结构，内部容纳电极组件100。外部容器200由铝、铝合金或镀镍的钢铁等金属材料制成。
[0070] 所述内部容器300插入到电极组件100的中央部起到防止电极组件100变形的作用，并且构成中空的圆筒结构，以确保电极组件100发生的热能够迅速排放到外部。
[0071] 所述第一端子组件400组装于外部容器200的上部对外部容器200进行密封，并且连接于电极组件100使得电流向外部装置流通。并且，内部容器300的上端部插入到第一端子组件400的中央。因此，内部容器300的中空结构通过第一端子组件400并暴露于外部，因此如以上说明，能够迅速向外部排放电极组件100发生的热。
[0072] 这种第一端子组件400包括第一端子部410、第一衬垫420、第一盖430及第一铅板440。
[0073] 图3为显示本发明中第一端子部的上下部结构的立体图。
[0074] 所述第一端子部410如图3所示，包括第一端子板411、形成于所述第一端子板411的上面且具有用于内部容器300插入的第一孔412a的第一内部端子412、形成于所述第一端子板411的上面外廓部且环绕第一内部端子412的第一外部端子413、形成于所述第一端子板411下面的第一端子接头414。
[0075] 所述第一端子接头414可以通过以下说明的第一衬垫420、第一盖430、第一下部衬垫450、第一铅板440及第一绝缘板460并电连接至电极组件100。第一端子接头414在具有能够连接电极组件100与第一端子部410的结构的前提下，其形状不受特殊限制。
[0076] 图4为显示本发明中第一衬垫的上下部结构的立体图。
[0077] 所述第一衬垫420起到容纳第一端子部410使第一端子部410绝缘的作用。
[0078] 这种第一衬垫420如图4所示，包括第一衬垫板421、形成于所述第一衬垫板421的上面且具有与第一孔412a连通的第二孔422a的第一内部衬垫422、形成于所述第一衬垫板421的上面外廓部且环绕所述第一内部衬垫422的第一外部衬垫423、形成于第一衬垫板421的下面且其内部用于插入所述第一端子接头414的第一端子接头衬垫424。
[0079] 所述第一内部衬垫422的外面接触第一内部端子412的内面使得第一内部端子412被绝缘，第一外部衬垫423环绕第一外部端子413的外面使得第一外部端子413被绝缘。并且，第一端子接头衬垫424环绕插入到其内部的第一端子接头414使得被绝缘。
[0080] 图5为具体显示本发明中第一盖的结构的立体图。
[0081] 所述第一盖430在第一衬垫420的下面结合于外部容器200。这种第一盖430如图5所示，包括与第二孔422a连通的第三孔431、用于所述第一端子接头414插入的第一贯通孔432。
[0082] 所述第一铅板440由导电材料制成，并且电连接于电极组件100的上面。具体来讲，所述第一铅板440可通过超声波焊接、激光焊接等焊接到电极组件100的第一无质部110。
[0083] 图6为显示本发明中第一铅板的上下部结构的立体图。
[0084] 这种第一铅板440如图6所示，包括与第三孔431连通的第四孔441、用于第一端子接头414插入的第二贯通孔442。可以切断第一铅板440的一侧使得容易向电池内部注入电解液。
[0085] 并且，第一铅板440还可以包括第一电流切断部件443。
[0086] 第一电流切断部件443在电池内部温度及压力达到预先设定值(例如，工作基准温度：125℃，工作基准压力18.5kgf/cm2)时，中央部通过压力向上侧膨胀并接触第一盖430。这种第一电流切断部件443与以下说明的第二电流切断部件543一起使电流向外部容器200流通，以使电池内部短路。
[0087] 另外，所述第一盖430与所述第一铅板440之间设置有用于绝缘的第一下部衬垫450。
[0088] 图7为显示本发明中第一下部衬垫的结构的立体图。
[0089] 所述第一下部衬垫450包括为插入内部容器300而分别与第三孔431及第四孔441连通的第五孔451、用于第一端子接头414插入的第三贯通孔452。
[0090] 并且，第一下部衬垫450还可以包括第一插入孔453，此处，通过压力向上侧膨胀的第一电流切断部件443的中央部从第一插入孔453通过。第一电流切断部件443的中央部在膨胀时通过第一插入孔453并接触第一盖430。
[0091] 未说明的附图标记415、425、433、444、454是为注入电解液而分别形成于第一端子部410、第一衬垫420、第一盖430、第一铅板440、第一下部衬垫450且彼此连通的注入口。
[0092] 所述第二端子组件500组装于所述外部容器200的下部且对外部容器200的下面进行密封，连接于上述电极组件100使得电流向外部装置流通。
[0093] 并且，第二端子组件500的中央用于插入内部容器300的下端部。
[0094] 因此，内部容器300的上端部及下端部分别通过第一端子组件400、第二端子组件500暴露于外部，因此电极组件100发生的热能够通过内部容器300的中空迅速排放到外部。
[0095] 这种第二端子组件500包括第二端子部510、第二衬垫520、第二盖530及第二铅板540。
[0096] 图8为显示本发明中第二端子部的上下部结构的立体图。
[0097] 所述第二端子部510如图8所示，包括第二端子板511、形成于所述第二端子板511的上面且中央具有用于内部容器300插入的第六孔512a的第二内部端子512、延长形成于所述第二端子板511的上面外廓部且环绕所述第二内部端子512的第二外部端子513、形成于所述第二内部端子512与第二外部端子513之间的第二端子接头514。
[0098] 第二端子接头514与第二端子板511一体形成，可贯通以下说明的第二衬垫520、第二盖530、第二下部衬垫550、第二铅板540并电连接到电极组件100。
[0099] 这种第二端子接头514在具有能够连接电极组件100与第二端子部510的结构的前提下，其形状不受特殊限制。例如，可以将第二端子接头514制作成圆柱形状或环绕第六孔512a的形状。
[0100] 所述第二衬垫520起到容纳第二端子部510使得第二端子部510被绝缘的作用。
[0101] 图9为显示本发明中第二衬垫的上下部结构的立体图。
[0102] 这种第二衬垫520如图9所示，包括第二衬垫板521、延长形成于所述第二衬垫板521的下面且具有与所述第六孔512a连通的第七孔522a的第二内部衬垫522、延长形成于所述第二衬垫板521的下面外廓部且环绕第二内部衬垫522的第二外部衬垫523、凸出地形成于所述第二内部衬垫522与第二外部衬垫523之间的结合部524、延长形成于第二衬垫板521的上面且具有能够插入第二端子接头514的上下面开放的中空结构的第二端子接头衬垫
525。
[0103] 图10为显示本发明中第二衬垫与第二端子部的结合结构的立体图。
[0104] 因此如图10中(a)所示，通过将结合部524插入第二内部端子512与第二外部端子513之间，将第二端子部510结合到第二衬垫520的情况下如图10中(b)所示，所述第二内部衬垫522插入第二内部端子512的第六孔512a，第二外部衬垫523相隔预定间隔环绕第二外部端子513的外面，第二端子接头514插入第二端子接头衬垫525的内部。
[0105] 图11为具体显示本发明中第二盖的结构的立体图。
[0106] 所述第二盖530位于第二衬垫520的上部，通过超声波或激光焊接等结合于外部容器200。这种第二盖530如图11所示，包括与第七孔522a连通的第八孔531、用于所述第二端子接头514插入的第四贯通孔532。
[0107] 所述第二铅板540由导电材料制成，并且电连接于电极组件100的下面。具体来讲，第二铅板540可通过超声波焊接、激光焊接等焊接到电极组件100的第二无质部111。
[0108] 图12为显示本发明中第二铅板的上下部结构的立体图。
[0109] 这种第二铅板540如图12所示，包括与第八孔531连通的第九孔541、用于第二端子接头514插入的第五贯通孔542。
[0110] 并且，第二铅板540还可以包括第二电流切断部件543。第二电流切断部件543在电池内部温度及压力达到预先设定值(例如，工作基准温度：125℃，工作基准压力18.5kgf/cm2)时，中央部通过压力向下侧膨胀并接触第二盖530。因此，上述第一电流切断部件443与第二电流切断部件543通过压力同时膨胀并分别接触第一盖430、第二盖530时发生短路，二次电池的功能中断，因此能够预先防止安全事故(过热、起火等)的发生。
[0111] 另外，所述第二盖530与所述第二铅板540之间设置有用于绝缘的第二下部衬垫550。
[0112] 图13为显示本发明中第二下部衬垫的结构的立体图。
[0113] 第二下部衬垫550包括为插入内部容器300而分别与第八孔531及第九孔541连通的第十孔551、用于第二端子接头514插入的第六贯通孔552。
[0114] 并且，第二下部衬垫550还可以包括第二插入孔553，此处，通过压力向下侧膨胀的第二电流切断部件543的中央部通过第二插入孔553。第二电流切断部件543的中央部在膨胀时通过第二插入孔553并接触第二盖530。
[0115] 第二下部衬垫550的下面可以形成从第十孔551的外廓部延长的台阶554。台阶554可以插入第二盖530的第八孔531使得第二下部衬垫550与第二盖530牢牢结合。
[0116] 另外，本发明的中空型二次电池还可以包括设置于电极组件100上面的第一绝缘板460及设置于电极组件100下面的第二绝缘板560。
[0117] 图14为显示本发明中第一绝缘板、第二绝缘板的结构的立体图，图15为显示第一绝缘板、第二绝缘板设置于外部容器的状态的示意图。
[0118] 所述第一绝缘板460、第二绝缘板560如图14所示，包括第一绝缘板面板461、第二绝缘板面板561、形成于所述第一绝缘板、第二绝缘板的中央且能够插入内部容器300的第一绝缘板贯通孔462、第二绝缘板贯通孔562、从所述第一绝缘板面板461、第二绝缘板面板561的一侧外周面延长形成且能够容纳第一端子组件400、第二端子组件500的第一容纳部
463、第二容纳部563、从所述第一绝缘板面板461、第二绝缘板面板561的另一侧外周面延长形成且用于容纳电极组件100的上部及下部的第三容纳部464、第四容纳部564。
[0119] 因此如图15所示，第一绝缘板460、第二绝缘板560设置在外部容器内部的情况下，第一端子组件、第二端子组件400分别容纳于第一容纳部463、第二容纳部563，防止第一铅板、第二铅板等直接接触外部容器200，并且电极组件100的上部及下部分别容纳于第三容纳部464、第四容纳部564，防止电极组件100接触外部容器200。
[0120] 其中，第一容纳部463、第二容纳部563的直径可以大于第三容纳部464、第四容纳部564的直径。这种情况下，设置第一绝缘板460、第二绝缘板560后施加压力使得在外部容器200形成向内侧凹陷的卷边部的情况下，第一容纳部463、第二容纳部563的侧面受到卷边部的支撑，第一绝缘板460、第二绝缘板560能够牢牢地固定在外部容器200内部。
[0121] 图16至图19为显示外部容器具有四角剖面结构的第一实施例的中空型二次电池的示意图，图20至图23为显示外部容器具有六角剖面结构的第一实施例的中空型二次电池的示意图。
[0122] 另外，上述第一端子组件400、第二端子组件500及第一绝缘板460、第二绝缘板560的结构如图16至图23所示，可根据外部容器200的形状或需要进行任意变形。
[0123] 例如如图16至图19所示，外部容器200具有四角剖面的情况下，第一衬垫板421、第二衬垫板521、第一盖430、第二盖530、第一铅板440、第二铅板540、第一下部衬垫450、第二下部衬垫550、第一绝缘板面板461、第二绝缘板面板561也同样具有四角剖面。
[0124] 并且如图20至图23所示，外部容器200具有六角剖面的情况下，第一衬垫板421、第二衬垫板521、第一盖430、第二盖530、第一铅板440、第二铅板540、第一下部衬垫450、第二下部衬垫550、第一绝缘板面板461、第二绝缘板面板561也同样具有六角剖面。
[0125] 图24为显示根据本发明第一实施例的中控型二次电池的串联状态的示意图。
[0126] 另外，为了能够串联多个中空型二次电池，上述第一端子组件400可以与第二端子组件500结合。
[0127] 为此如图24所示，结合有第一端子部410的第一衬垫420结合到结合有第二端子部510的第二衬垫520的下面。
[0128] 此处，第一外部衬垫423与第一外部端子413插入第二外部衬垫523与第二外部端子513之间，第一内部端子412与第一内部衬垫422插入第二外部端子513与第二内部衬垫522之间。
[0129] 能够如上结合第一端子组件400、第二端子组件500的情况下，不需要用于串联中空型二次电池的其他连接装置，并且在串联状态下各二次电池的内部容器300连通，因此各二次电池内部发生的热能够通过内部容器300的中空迅速排放到外部。
[0130] 图25为显示根据本发明第二实施例的中空型二次电池的切断部立体图，图26为显示根据本发明第二实施例的中空型二次电池的切断部剖面图。
[0131] 如图25及图26所示，根据本发明第二实施例的中空型二次电池包括电极组件100、外部容器200、第三盖610、第四盖620、第三铅板630、第四铅板640、第一短路部700、第二短路部800。
[0132] 所述电极组件100由带有正极性或负极性的一对电极板及配置于一对电极板之间且卷绕成卷果冻形状的隔膜(seperator)形成。
[0133] 这种电极组件100的两端部形成有第一无质部110、第二无质部111。第一无质部110形成于带有正极的电极板且具有正极性，第二无质部111形成于带有负极的电极板且具有负极性。当然，电极板的极性发生变更的情况下，第一无质部110及第二无质部111的极性也可以发生变更。
[0134] 所述外部容器200构成两端面开放的结构，内部容纳所述电极组件100。这种外部容器200由铝、铝合金或镀镍的钢铁等金属材料制成。
[0135] 所述第三盖610、第四盖620分别结合于外部容器200中开放的一侧面及另一侧面使得上述电极组件100容纳于外部容器200内部。这种第三盖610、第四盖620也由导电性金属材料制成。
[0136] 所述第三铅板630设置于电极组件100的一侧面与第三盖610之间且与电极组件100电连接。具体来讲，所述第三铅板630电连接于所述电极组件100的第一无质部110。
[0137] 图27为显示图25中A部位的放大示意图，图28为显示图26中A部位的放大示意图。
[0138] 为此，如图27及图28所示，由导电材料形成的第一接头板120通过焊接等方式结合到第一无质部110，第一接头板120与第三铅板630之间配置有由导电材料形成且分别与第一接头板120及第三铅板630接触使得第一无质部110与第三铅板630电连接的第一接头130。
[0139] 当然，第三铅板630与电极组件100的连接结构不限于此，在第一接头130能够直接接触第一无质部110的前提下，可以进行多种变形。
[0140] 另外，可以在第一接头板120的上面设置使第一接头板120与外部容器200之间绝缘的第一绝缘体140。这种情况下，为了使第一接头130通过第一绝缘体140并接触第一接头板120，第一绝缘体140上形成有插入孔140a。
[0141] 并且，可以在所述第三盖610与第三铅板630之间设置使第三盖610与第三铅板630之间绝缘的由聚丙烯等材料形成的第三衬垫150。这种情况下，第三盖610与第三铅板630配置在第三衬垫150的两侧彼此相对。
[0142] 所述第四铅板640设置于电极组件100的另一侧面与第四盖620之间且电连接于电极组件100。具体来讲，所述第四铅板640电连接于所述电极组件100的第二无质部111。
[0143] 图29为显示图25中B部位的放大示意图，图30为显示图26中B部位的放大示意图。
[0144] 为此，如图29及图30所示，由导电材料形成的第二接头板121通过焊接等方式结合到第二无质部111，第二接头板121与第四铅板640之间配置有分别与第二接头板121及第四铅板640接触使得第二无质部111与第四铅板640电连接的由导电材料形成的第二接头131。
[0145] 当然，第四铅板640与电极组件100的连接结构也不限于此，在第二接头131能够直接接触第二无质部111的前提下能够进行多种变形。
[0146] 另外，可以在第二接头板121的下面设置使第二接头板121与外部容器200之间绝缘的第二绝缘体141。这种情况下，为了使第二接头131能够在通过第二绝缘体141后接触第二接头板121，第二绝缘体141上形成有插入孔141a。
[0147] 并且，可以在所述第四盖620与第四铅板640之间设置使第四盖620与第四铅板640之间绝缘的由聚丙烯等材料形成的第四衬垫151。这种情况下，第四盖620与第四铅板640配置在第四衬垫151的两侧彼此相对。
[0148] 所述第一短路部700、第二短路部800分别设置在形成于第三铅板630、第四铅板640的第一开口部(opening)631、第二开口部641，在所述外部容器200的内部压力上升时弹性变形并分别接触第三盖610、第四盖620，以使电池内部短路(参见图27至图30)。
[0149] 具体来讲，当过充电或外部冲击等引起的气体导致电池内部压力上升时，第一短路部700接触所述第三盖610使得第三铅板630、第三盖610、外部容器200电连接，同时，所述第二短路部800接触所述第四盖620使得第四铅板640、第四盖620、外部容器200电连接，以使电池内部短路。
[0150] 这种第一短路部700包括设置于第一开口部631且密封第一开口部631的第一弹性部件710及形成于所述第一短路部700的外周部且接触第三铅板630的第一连接器720，第二短路部800包括设置于第二开口部641且密封第二开口部641的第二弹性部件810及形成于所述第二短路部800的外周部且接触第四铅板640的第二连接器820。
[0151] 其中，所述第一弹性部件710、第二弹性部件810具有预定厚度，可制作成向第一无质部110、第二无质部111弯曲的半球形状。这种情况下，第一弹性部件710、第二弹性部件810在电池内部压力上升到预定程度以上时如图28及图30中虚线所示，在内部压力的作用下向远离第一无质部110、第二无质部111的方向翻转，分别与第三盖610、第四盖620接触。
可通过调节第一弹性部件710、第二弹性部件810的材质或厚度变更使第一弹性部件710、第二弹性部件810翻转的电池内部压力。
[0152] 另外，所述第一短路部700还包括第三绝缘体730，第二短路部800还可以包括第四绝缘体830。
[0153] 所述第三绝缘体730环绕第一连接器720的外侧周面使得第三盖610与第一连接器720之间绝缘，所述第四绝缘体830环绕第二连接器820的外侧周面使得第四盖620与第二连接器820之间绝缘。
[0154] 图31为本发明中第一短路部、第二短路部的分解立体图。
[0155] 为此如图31所示，第三绝缘体730、第四绝缘体830的内面分别形成有第一凸起部731、第二凸起部831，所述第一连接器、第二连接器720的外侧周面分别形成有用于所述第一凸起部731、第二凸起部831插入的第一结合槽721、第二结合槽821。
[0156] 并且，所述第三绝缘体730结合于第三盖610使得第一短路部700能够稳定地固定于第三盖610与第三铅板630之间，所述第四绝缘体830结合于第四盖620使得第二短路部800能够稳定地固定于第四盖620与第四铅板640之间。
[0157] 图32为具体显示本发明中第一盖、第二盖的结构的立体图。
[0158] 此处，所述第三盖610、第四盖620如图8所示，分别形成有具有预定深度、用于所述第三绝缘体730、第四绝缘体830的一端部插入的第一槽611、第二槽621。这种情况下，在所述第一弹性部件710、第二弹性部件810通过电池内部压力翻转时，第一弹性部件710、第二弹性部件810分别接触所述第一槽611、第二槽621的中央部(参见图28及图30)。
[0159] 当然，为固定第一短路部700、第二短路部800，也可以将第一连接器720、第二连接器820分别焊接到第三铅板630、第四铅板640，但这种情况下还另外需要焊接作业，因此不优选。
[0160] 未说明的附图标记650是电连接于第三铅板630且带有正极性的第一外部端子，未说明的附图标记660是电连接于第四铅板640且带有负极性的第二外部端子。
[0161] 并且，未说明的附图标记670是设置于第三盖610的上面且包围所述第一外部端子650以起到绝缘作用的衬垫，未说明的附图标记680是电连接于第四盖620的下面且包围所述第二外部端子660以起到绝缘作用的衬垫。
[0162] 以下简单说明如上构成的本发明第二实施例的中空型二次电池内部短路的过程。
[0163] 首先，过充电或外部冲击等引起电池内部发生气体，从而导致电池内部压力逐渐上升时，这种压力通过第一开口部631、第二开口部641传递到第一弹性部件710、第二弹性部件810。
[0164] 此处，第一弹性部件710、第二弹性部件810保持向第一无质部110、第二无质部111弯曲的形状，当压力上升到预定程度以上时向第三盖610、第四盖620翻转并分别与第三盖610、第四盖620接触。
[0165] 第一弹性部件710、第二弹性部件810如上接触第三盖610、第四盖620时，第一无质部110与外部容器200通过第一弹性部件710电连接，并且第二无质部111与外部容器200通过第二弹性部件810电连接，因此向第一外部端子650、第二外部端子660流通的电流的通路向外部容器200变更，电流出现短路。
[0166] 以上参照本发明的优选实施例进行了说明，但本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以在不脱离技术方案记载的本发明思想及领域的范围内对本发明进行多种修改及变形。
