DE202014011456U1

DE202014011456U1 - Sekundärbatterie

Info

Publication number: DE202014011456U1
Application number: DE202014011456.0U
Authority: DE
Original assignee: LG Chem Ltd
Current assignee: LG Energy Solution Ltd
Priority date: 2013-03-11
Filing date: 2014-03-11
Publication date: 2020-11-05
Anticipated expiration: 2024-03-12
Also published as: EP2905827A4; JP2016501424A; CN104769747A; US20150024255A1; WO2014142525A1; EP2905827A1; US9590224B2; JP6143201B2; CN104769747B; KR20140111623A

Abstract

Sekundärbatterie, umfassend:
eine Zellenanordnung mit einem Stapel von mindestens zwei Einheitszellen, wobei jede Einheitszelle eine Kathodenplatte, einen Separator und eine Anodenplatte umfasst;
eine Kathodenlasche und eine Anodenlasche (nachstehend „Elektrodenlasche“ genannt), die in Vorsprung von der Kathodenplatte und der Anodenplatte für jede Einheitszelle bereitgestellt werden;
eine Kathodenleitung und eine Anodenleitung (nachstehend „Elektrodenleitung“ genannt), die elektrisch mit einer Vielzahl von Kathodenlaschen und einer Vielzahl von Anodenlaschen verbunden sind;
ein Schweißteil, das die Elektrodenlasche mechanisch mit der Elektrodenleitung verbindet; und
ein Gehäuse, das die Zellenanordnung so versiegelt, dass ein Teil der Elektrodenleitung nach außen ausgesetzt ist, wobei das Schweißteil in der Nähe der Zellenanordnung gebildet ist.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf eine Sekundärbatterie, insbesondere auf eine Sekundärbatterie, bei der der Einfluss der Wärme, die an einem Schweißpunkt zwischen einer Elektrodenlasche und einer Elektrodenleitung erzeugt wird, minimiert wird.
STAND DER TECHNIK
Aufgrund ihrer Eigenschaften, leicht auf verschiedene Produkte anwendbar zu sein und aufgrund ihrer elektrischen Eigenschaften wie ihre hohe Energiedichte, wird eine Sekundärbatterie nicht nur üblicherweise auf tragbare Geräte angewendet, sondern auch universell auf ein Elektrofahrzeug (EV) oder ein Hybrid-Elektrofahrzeug (HEV) angewendet, das durch eine elektrische Antriebsquelle angetrieben wird. Diese Sekundärbatterie erlangt Aufmerksamkeit wegen ihrer primären Vorteile, indem sie den Einsatz fossiler Brennstoffe bemerkenswert reduziert und keine Nebenprodukte aus der Nutzung von Energie erzeugt, was sie zu einer neuen umweltfreundlichen und energieeffizienten Energiequelle macht.
In jüngster Zeit ist mit dem wachsenden Interesse an intelligenten Netzen ein Energiespeichersystem mit hoher Kapazität erforderlich, das überschüssige Energie speichert, um ein intelligentes Stromnetz aufzubauen. Um ein Energiespeichersystem mit hoher Kapazität herzustellen, werden eine Vielzahl von Sekundärbatterien in Reihe oder parallel angeschlossen, um die erforderliche Leistungs- und Ladekapazitätskonstruktion zu erreichen.
Mit zunehmender Leistung und Ladekapazität, die für ein Energiespeichersystem benötigt wird, steigt eine Anzahl von Sekundärbatterien. Dazu nimmt mit zunehmender Leistung und Ladekapazität, die für ein Energiespeichersystem benötigt wird, die Größe der Sekundärbatterien zu. In diesem Fall erzeugt eine Sekundärbatterie während des Aufladens und des Entladens Wärme, und bei einem Energiespeichersystem mit hoher Kapazität kann selbst eine geringe Menge an Wärmeerzeugung einen großen Einfluss auf ein gesamtes Energiespeichersystem haben.
Dementsprechend werden aktiv Studien durchgeführt, um den Einfluss der Wärme aus Sekundärbatterien, die ein Energiespeichersystem bilden, zu minimieren.
OFFENBARUNG
Technische Aufgabe
Die vorliegende Offenbarung zielt darauf ab, das Problem der verwandten Technik zu lösen, und daher richtet sich die vorliegende Offenbarung darauf, eine Sekundärbatterie bereitzustellen, die dem Einfluss der Wärme weniger unterliegt, die an einem Schweißpunkt zwischen einer Elektrodenlasche und einer Elektrodenleitung erzeugt wird.
Technische Lösung
Um das obige Ziel zu erreichen, umfasst eine Sekundärbatterie gemäß der vorliegenden Offenbarung eine Zellenanordnung mit einem Stapel von mindestens zwei Einheitszellen, wobei jede Einheitszelle eine Kathodenplatte, einen Separator und eine Anodenplatte umfasst; eine Kathodenlasche und eine Anodenlasche (nachstehend „Elektrodenlasche“ genannt), die in Vorsprung von der Kathodenplatte und der Anodenplatte für jede Einheitszelle bereitgestellt werden; eine Kathodenleitung und eine Anodenleitung (nachstehend „Elektrodenleitung“ genannt), die elektrisch mit einer Vielzahl von Kathodenlaschen und einer Vielzahl von Anodenlaschen verbunden sind; ein Schweißteil, das die Elektrodenlasche mechanisch mit der Elektrodenleitung verbindet; und ein Gehäuse, das die Zellenanordnung so versiegelt, dass ein Teil der Elektrodenleitung nach außen ausgesetzt ist, wobei das Schweißteil in der Nähe der Zellenanordnung gebildet wird.
Nach einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann das Schweißteil in der Nähe der Zellenanordnung entlang einer Längsrichtung der Elektrodenleitung in Bezug auf einen Mittelpunkt der Oberfläche gebildet werden, an dem die Elektrodenlasche jeweils mit der Elektrodenleitung in Kontakt steht.
Nach einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann das Schweißteil das Schweißteil innerhalb eines 1/3-Bereichs näher an der Zellenanordnung in einer Längsrichtung der Elektrodenleitung auf einer Oberfläche gebildet werden, an der die Elektrodenlasche jeweils mit der Elektrodenleitung in Kontakt steht.
Nach einer anderen beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann das Schweißteil innerhalb eines Intervalls von 10 mm von einem Ende der im Gehäuse angeordneten Elektrodenleitung gebildet sein.
Nach einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann das Schweißteil innerhalb eines Intervalls von 20 mm von einem Ende der im Gehäuse angeordneten Elektrodenleitung gebildet sein.
Nach einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann das Schweißteil in Form eines Punktes oder einer Linie, oder geometrisch gebildet werden. Außerdem kann das Schweißteil in Vielzahl gebildet werden.
Vorteilhafte Effekte
Nach der vorliegenden Erfindung kann der Einfluss der Wärme, die an einem Schweißpunkt zwischen einer Elektrodenlasche und einer Elektrodenleitung erzeugt wird, auf die Leistung einer Sekundärbatterie minimiert werden. Dementsprechend kann die Batteriewirksamkeit bei der Konstruktion einer Sekundärbatterie mit großer Kapazität nahe einem idealen Zustand sein.
Figurenliste
Die beigefügten Zeichnungen stellen eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung dar und dienen zusammen mit der vorstehenden Offenbarung dazu, den technischen Geist der vorliegenden Offenbarung weiter zu verstehen, und somit wird die vorliegende Offenbarung nicht als beschränkt auf die Zeichnung ausgelegt.

1 ist eine explodierte perspektivische Ansicht, die den Bau einer Sekundärbatterie nach einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt.
2 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Sekundärbatterie nach einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt.
3 ist eine teilweise vergrößerte Querschnittsansicht, die eine Sekundärbatterie nach einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt, seitlich betrachtet.
4 ist ein konzeptionelles Diagramm, das eine Änderung gemäß der Position eines Schweißpunktes schematisch darstellt.
5a bis 7c sind Wärmeverteilungsdiagramme, die ein Ausmaß der Wärmeerzeugung gemäß der Position eines Schweißpunktes veranschaulichen.
8 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zur Herstellung einer Sekundärbatterie nach einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.

AUSFÜHRUNGSFORM DER ERFINDUNG
Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ausführlich beschrieben. Der Beschreibung voran ist es zu verstehen, dass die in der Beschreibung und in dem beigefügten Ansprüchen verwendeten Begriffe nicht als beschränkt auf deren allgemeinen und Wörterbuchbedeutungen ausgelegt werden sollten, sondern gemäß der Bedeutungen und Konzepte, die den technischen Aspekten der vorliegenden Offenbarung entsprechen, gemäß dem Grundsatz, wonach der Erfinder Begriffe passend definieren darf, um die beste Erklärung zu erhalten. Daher stellt die hier vorgeschlagene Beschreibung nur ein bevorzugtes Beispiel zur Veranschaulichung dar, das nicht dazu dient, den Umfang der Offenbarung zu begrenzen. Daher sollte verstanden werden, dass andere Äquivalente und Änderungen daran vorgesehen werden könnten, ohne vom Geist und Umfang der Offenbarung abzuweichen.
1 ist eine explodierte perspektivische Ansicht, die den Bau einer Sekundärbatterie 100 nach einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt.
Mit Bezug auf 1 ist eine Art von Sekundärbatterie, eine taschenartige Sekundärbatterie, dargestellt. Je nach Gehäuseform kann eine Sekundärbatterie als dosenförmige Sekundärbatterie, prismatische Sekundärbatterie und taschenartige Sekundärbatterie klassifiziert werden. Unter ihnen ist eine taschenartige Sekundärbatterie weitverbreitet, da sie einfach herzustellen ist. Dementsprechend wird in der Beschreibung der Sekundärbatterie gemäß der vorliegenden Offenbarung eine Beschreibung auf der Grundlage einer taschenartigen Sekundärbatterie bereitgestellt. Der Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung ist jedoch nicht durch die Gehäuseform begrenzt.
Die Sekundärbatterie 100 gemäß der vorliegenden Offenbarung umfasst eine Hülle 110, eine Zellenanordnung 120, eine Kathodenlasche 130, eine Anodenlasche 140, eine Kathodenleitung 150 und eine Anodenleitung 160.
Die Zellenanordnung 120 umfasst eine Stapelung von mindestens zwei Einheitszellen, wobei jede Einheitszelle eine Kathodenplatte, einen Separator und eine Anodenplatte umfasst. Außerdem sind für jede Einheitszelle eine Kathodenlasche 130 und eine Anodenlasche 140 in Vorsprung von der Kathodenplatte bzw. der Anodenplatte vorgesehen.
Als Material für die Kathodenplatte wird hauptsächlich Aluminium verwendet. Alternativ kann die Kathodenplatte aus rostfreiem Stahl, Nickel, Titan, gebackenem Kohlenstoff (im Englischen „baked carbon“), Aluminium oder Edelstahl hergestellt werden, was mit Kohlenstoff, Nickel, Titan und Silber auf dessen Oberfläche behandelt wird. Ferner kann jedes Material für die Kathodenplatte verwendet werden, soweit es keinen chemischen Wechsel der Sekundärbatterie verursacht und eine hohe Leitfähigkeit aufweist.
Die Kathodenlasche 130 ist an einem bestimmten Bereich der Kathodenplatte vorgesehen und kann in Form einer Erstreckung der Kathodenplatte gebildet werden. Alternativ kann die Kathodenlasche 130 gebildet werden, indem ein Mitglied eines leitfähigen Materials mit einem bestimmten Bereich der Kathodenplatte verbunden wird, z. B. durch Schweißen. Außerdem kann die Kathodenlasche 130 durch Beschichten und Trocknen eines Kathodenmaterials auf einem bestimmten Bereich der Peripherie der Kathodenplatte gebildet werden.
Als Material für die Anodenplatte, die der Kathodenplatte entspricht, wird hauptsächlich Kupfer verwendet. Alternativ kann die Anodenplatte aus Edelstahl, Aluminium, Nickel, Titan, gebackenem Kohlenstoff, Kupfer oder rostfreiem Stahl hergestellt werden, was mit Kohlenstoff, Nickel, Titan und Silber auf dessen Oberfläche behandelt wird, und eine Aluminium-Cadmium-Legierung kann verwendet werden.
Die Anodenlasche 140 ist auch an einem bestimmten Bereich der Anodenplatte vorgesehen, und ähnlich der oben beschriebenen Kathodenlasche 130, kann die Anodenlasche 140 in Form einer Erstreckung der Anodenplatte verwirklicht werden, und kann durch ein Verfahren verbunden werden, das ein Mitglied eines leitfähigen Materials einem bestimmten Bereich der Anodenplatte schweißt, und die Anodenlasche 140 kann durch Beschichten und Trocknen eines Anodenmaterials auf einem bestimmten Bereich der Peripherie der Anodenplatte gebildet werden.
Die Kathodenleitung 150 ist elektrisch mit der Kathodenlasche 130 auf der Kathodenplatte verbunden, und die Anodenleitung 160 ist elektrisch mit der Anodenlasche 140 auf der Anodenplatte verbunden. Vorzugsweise sind die Kathodenleitung 150 und die Anodenleitung 160 mit einer Vielzahl von Kathodenlaschen 130 und einer Vielzahl von Anodenlaschen 140 verbunden.
Um die Haftung zwischen Gehäuse 110 und Kathodenleitung 150 und Anodenleitung 160 zu verbessern, sind vorzugsweise die Kathodenleitung 150 und die Anodenleitung 160 jeweils mit einem Isolierband 170 versehen. Das Isolierband 170 ist auf keinen bestimmten Materialtyp beschränkt, solange es isolierend ist und die Haftung zwischen Kathodenleitung 150 und Anodenleitung 160 und Gehäuse 110 verbessert.
Beispielsweise kann das Isolierband 170 aus Polyethylen, Polyacetylen, PTFE, Nylon, Polyimid, Polyethylenterephthalat, Polypropylen oder aus Kombinationen davon bestehen.
Die Kathodenplatte und die Anodenplatte sind mit einem kathodischen Aktivmaterial bzw. einem anodischen Aktivmaterial beschichtet. Als Beispiel ist das kathodische Aktivmaterial ein Lithium-basiertes Aktivmaterial, und als typisches Beispiel können Metalloxide verwendet werden, wie LiCoO₂, LiNiO₂, LiMnO₂, LiMn₂O₄, LiFePO₄ oder Li₁+zNi_1-x-yCo_xM_yO₂(0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1, 0≤Z≤1, wobei M ein Metall wie Al, Sr, Mg, La und Mn repräsentiert). Das anodische Aktivmaterial ist ein Aktivmaterial aus Kohlenstoffbasis, und als anodisches Aktivmaterial kann ein Kohlenstoffmaterial wie kristalliner Kohlenstoff, amorpher Kohlenstoff, ein Kohlenstoffverbundmaterial und eine Kohlefaser, ein Lithiummetall, und eine Lithiumlegierung verwendet werden. Typen und chemische Zusammensetzungen des kathodischen Aktivmaterials und des anodischen Aktivmaterials können je nach Art der Sekundärbatterie variieren, und es muss verstanden werden, dass die obengenannten spezifischen Beispiele nur anschaulich sind.
Der Separator ist nicht auf einen bestimmten Typ beschränkt, solange er aus einem porösen Material besteht. Der Separator ist eine poröse Polymermembran, zum Beispiel eine poröse Polyolefinmembran, Polyvinylidenfluorid-co-hexafluoropropylen, Polyvinylidenfluorid-trichlorethylen, Polymethylmetacrylat, Polyacrylnitril, Polyvinylpyrrolidon, Polyvinylacetat, das Ethylen-Vinylacetat-Copolymer, Polyethylenoxid, Celluloseacetat, Celluloseacetat-Butylat, Celluloseacetatpropionat, Cyanoethylpullulan, Cyanoethylpolyvinylalkohol, Cyanoethylcellulose, Cyanoethylsaccharose, Pullulan, Carboxylmethylcellulose, das Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymer, Polyimid, Polyethylenterephthalat, Polybutylenterephthalat, Polyester, Polyacetal, Polyamid, Polyetheretherketon, Polyethersulfon, Polyphenylenoxid, Polyphenylensulfid, Polyethylennaphthalin, eine Vliesmembran, eine Membran mit poröser Netzstruktur oder Kombinationen davon. Anorganische Partikel können an eine Oberfläche oder an beide Oberflächen des Separators gebunden sein.
Die anorganischen Partikel sind vorzugsweise anorganische Partikel mit einer größer oder gleich 5 hohen Dielektrizitätskonstante und vorzugsweise anorganische Partikel mit einer größer oder gleich 10 und einer geringen Dichte vorweisenden hohen Dielektrizitätskonstante. Dies erleichtert die Übertragung von Lithium-Ionen, die sich in der Batterie bewegen. Nicht begrenzende Beispiele für anorganische Partikel mit einer hohen Dielektrizitätskonstante, die größer oder gleich 5 beträgt, sind Pb(Zr,Ti)O₃ (PZT), Pb_1-xLa_xZr_1-yTi_yO₃ (PLZT), PB(Mg₃Nb_2/3)O₃-PbTiO₃(PMN-PT), BaTiO₃, Hafniumdioxid(HfO₂), SrTiO₃, TiO₂, Al₂O₃, ZrO₂, SnO₂, CeO2, MgO, CaO, ZnO, Y₂O₃ oder Mischungen davon.
Die Zellenanordnung 120 kann eine einfache Stapelstruktur mit einer Vielzahl von Einheitszellen mit einer zwischen den Einheitszellen versehenen Isoliermembran aufweisen. Als weiteres Beispiel kann die Zellenanordnung 120 eine Stapelfaltstruktur aufweisen, in der Einheitszellen in einem angemessenen Intervall auf einer Oberfläche und/oder einer unteren Oberfläche einer Isoliermembran angeordnet sind und die Isoliermembran zusammen mit den Einheitszellen in einer Richtung gefaltet wird, so dass die Einheitszellen zwischen der gefalteten Isoliermembran eingesetzt ist. Als weiteres Beispiel kann die Zellenanordnung 120 eine Biskuitrollenstruktur vorweisen, die gebildet wird, indem auf einer Isoliermembran eine Einheitszelle montiert wird, die sich in Form eines Strangs erstreckt, und die Einheitszelle und die Isoliermembran kontinuierlich in eine Richtung aufgerollt werden. Die Isoliermembran kann aus einem Material bestehen, das als Separator verwendet werden kann. Je nach Umständen kann die Isoliermembran aus der gleichen Materialmembran und/oder mit der gleichen Struktur wie der Separator bestehen.
Die Hülle 110 enthält eine obere Taschenfolie 111 und eine untere Taschenfolie 112. Die untere Taschenfolie 112 hat eine Nut, die der Form der Unterseite der Zellenanordnung 120 entspricht, um die Unterseite der Zellenanordnung 120 anzubringen. Außerdem hat die obere Taschenfolie 111 eine Nut, die der Form der Oberseite der Zellenanordnung 120 entspricht, um die Oberseite der Zellenanordnung 120 anzubringen. Je nach Umständen kann die Nut ausgelassen werden. Obwohl die Taschenhülle 110, die in die obere Taschenfolie 111 und die untere Taschenfolie 112 unterteilt ist, in dieser Ausführungsform verwendet wird, können verschiedene Arten von Taschenhüllen verwendet werden. Beispielsweise kann ein taschenartiges Gehäuse verwendet werden, das eine Struktur aufweist, in der eine obere Taschenfolie und eine untere Taschenfolie an einer Ecke verbunden sind.
Die Taschenfolie hat eine Struktur, in der eine obere Oberfläche und eine untere Oberfläche einer Metallfolie mit einem isolierenden Polymer laminiert sind. Die Metallfolie verhindert, dass die äußere Feuchtigkeit und Gas die Zellenanordnung 120 durchdringen, und unterbindet, dass chemische Substanzen, die in die Tasche 110 eingegossen werden, austreten, und verbessert gleichzeitig die mechanische Festigkeit des Taschengehäuses 110. Als Metallfolie kann mindestens eine unter den Legierungen aus Eisen, Kohlenstoff, Chrom und Mangan, Legierungen aus Eisen, Chrom und Nickel, Aluminium, und Äquivalente dazu ausgewählte Legierung verwendet werden, ohne die vorliegende Offenbarung darauf zu beschränken. Wenn die Metallfolie aus einem Material besteht, das Eisen enthält, erhöht sich die mechanische Festigkeit, und wenn die Metallfolie aus einem Material besteht, das Aluminium enthält, wird die Flexibilität verbessert. Typischerweise wird vorzugsweise eine Aluminiummetallfolie verwendet.
2 ist eine perspektivische Ansicht, die die Sekundärbatterie 100 nach einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt.
Mit Bezug auf 2 sind die peripheren Bereiche der oberen Taschenfolie 111 und der unteren Taschenfolie 112 durch Hitze verschweißt. In diesem Fall wird eine durch das Wärmeschweißen gebildete Linie als Wärmeschweißlinie 113 bezeichnet. Mittlerweile sind Teile der Kathodenleitung 150 und der Anodenleitung 160 dem Gehäuseaußenbereich ausgesetzt. Das Aufladen und Entladen erfolgt durch eine nach außen führende elektrische Verbindung durch die Kathodenleitung 150 und die Anodenleitung 160, die nach außen ausgesetzt sind.
3 ist eine teilweise vergrößerte Querschnittsansicht, die die Sekundärbatterie 100 nach einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt, seitlich betrachtet.
Mit Bezug auf 3, ist die Kathodenleitung 150, die dem Außenbereich des Gehäuses 110 ausgesetzt ist, mit einer Schablone 180 verbunden. Obwohl die Ausführungsform der 3 sich auf die Kathodenleitung 150 richtet, hat auch die Anodenleitung 160 die gleiche Struktur. Dementsprechend ist zu verstehen, dass die nachstehende Beschreibung sich auf die Kathodenlasche 130 und die Kathodenleitung 150 richtet, obwohl das Gleiche auf die Anodenlasche 140 und die Anodenleitung 160 angewendet werden kann.
Die hier verwendete Schablone wird als Element zur Bildung einer elektrischen Verbindung der Sekundärbatterie 100 gemäß der vorliegenden Offenbarung an ein externes Gerät oder eine benachbarte andere Sekundärbatterie bezeichnet. Die Schablone 180, die jeweils an der Kathodenleitung 150 und an der Anodenleitung 160 angebracht ist, kann aus verschiedenen Materialien gebildet werden. Beispielsweise kann die Schablone 180, die an der Kathodenleitung 150 angebracht ist, aus dem gleichen Material wie die Kathodenleitung 150 bestehen, das heißt, Aluminium, und die Schablone 180, die an der Anodenleitung 160 angebracht ist, kann aus dem gleichen Material wie die Anodenleitung 160 bestehen, das heißt, Kupfer oder Kupfer, das mit Nickel beschichtet ist. Als Material der Schablone 180 kann jedoch irgendwelches leitfähige Material verwendet werden. Außerdem kann die Schablone 180 verschiedene Größen und Formen vorweisen, und die vorliegende Offenbarung wird nicht durch die Größe, Form und Materialart der Schablone 180 beschränkt.
Die Kathodenlasche 130 und die Kathodenleitung 150 sind nicht nur elektrisch, sondern auch mechanisch verbunden, um eine Trennung oder Abweichung durch einen äußeren Aufprall zu verhindern. In diesem Fall dient ein Schweißteil dazu, die Kathodenlasche 130 und die Kathodenleitung 150 mechanisch zu verbinden.
Nach einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung wird das Schweißteil durch Widerstandsschweißen, Ultraschallschweißen, Laserschweißen oder einen leitfähigen Klebstoff gebildet. In diesem Fall kann das Schweißteil auf verschiedene Weise in Form eines Punktes oder einer Linie, oder geometrisch gebildet werden. Übrigens kann eine Vielzahl von Schweißteilen gebildet werden.
4 ist ein konzeptionelles Diagramm, das eine Änderung gemäß der Position eines Schweißpunktes schematisch darstellt.
Mit Bezug auf 4 werden Schweißteile an drei verschiedenen Stellen über eine Region gebildet, in der die Kathodenlasche 130 und die Kathodenleitung 150 in Kontakt miteinander sind. Hier wird in diesem Beispiel angenommen, dass das Schweißteil durch Ultraschallschweißen gebildet wird.
Erstens wird „A“ an einer Position gebildet, die 10 mm von einem Ende der Kathodenleitung entfernt ist, die im Gehäuse 110 angeordnet ist, „B“ an einer 20 mm entfernten Position und „C“ an einer 30 mm entfernten Position. Wenn die Sekundärbatterie 100 geladen oder entladen wird, fließt ein elektrischer Strom durch die Kathodenlasche 130 und die Kathodenleitung 150. In diesem Fall tritt ein Kontaktwiderstand im Schweißteil auf. Somit tritt ein Wärmeerzeugungsphänomen aus dem Schweißteil auf.
Wenn die Konvektionskühlung durch die umgebende Luft schwach ist, wird die vom Schweißteil erzeugte Wärme durch ein Wärmeleitungsphänomen auf die Schablone 180 oder die Zellenanordnung 120 übertragen. In diesem Fall ändert sich eine Wärmemenge, die auf die Schablone 180 und die Zellenanordnung 120 übertragen wird, gemäß den Positionen der drei verschiedenen Stellen A, B und C. Wenn das Schweißteil an der Stelle A gebildet wird, die der Zellenanordnung 120 am nächsten liegt, wird eine Wärmemenge, die auf die Zellenanordnung 120 übertragen wird, größer sein als eine Wärmemenge, die auf die Schablone 180 übertragen wird. Im Gegensatz dazu, wenn das Schweißteil an der Stelle C gebildet wird, die der Schablone 180 am nächsten liegt, ist eine Wärmemenge, die auf die Schablone 180 übertragen wird, größer als eine Wärmemenge, die auf die Zellenanordnung 120 übertragen wird. Zudem, wenn das Schweißteil an der Zwischenstelle B gebildet wird, wird eine Menge an übertragener Wärme auf einer Zwischenstufe zwischen A und C liegen.
Wenn ein Material erhitzt wird und seine Temperatur ansteigt, weist das Material im Allgemeinen eine Eigenschaft auf, wonach ein Innenwiderstand zunimmt. Dementsprechend, wenn die Wärmeerzeugung aus einem Schweißteil während des Aufladens und Entladens einer Sekundärbatterie ein unvermeidliches Phänomen ist, führten die Erfinder ein Experiment durch, um eine Position zu finden, an der die Leistung einer Sekundärbatterie am wenigsten durch Wärme beeinträchtigt wird.
5a bis 7c sind Wärmeverteilungsdiagramme, die ein Ausmaß der Wärmeerzeugung gemäß der Position eines Schweißpunktes veranschaulichen.
In Bezug auf 5a bis 7c, wenn Schweißteile an verschiedenen Stellen gebildet werden, kann ein Ausmaß der Temperaturerhöhung der Schablone 180 und der Zellenanordnung 120 durch Farbe identifiziert werden. Außerdem wurde in diesem Experiment jede Sekundärbatterie bei 25°C und mit einer Rate von 2C entladen.

Die folgende Tabelle 1 fasst die Spezifikation der Sekundärbatterien zusammen, die in den jeweiligen Experimenten verwendet werden. [Tabelle 1]

Klassifizierung	Anzahl der Einheitszellen	Ladekapazität	Zellenlänge	Zellenbreite	Dicke der Zelle	Leitung-Lasche-Dicke
5	11	15 Ah	20,0 cm	14,5 cm	5,5 mm	0,2 mm
6	22	30 Ah	20,0 cm	14,5 cm	11,0 mm	0,3 mm
7	33	45 Ah	20,0 cm	14,5 cm	15,5 mm	0.4 mm

In Bezug auf 5a bis 7c zusammen betrachtet kann gesehen werden, dass, wenn die Position des Schweißteils von A nach C verstellt wird, das heißt, wenn die Position des Schweißteils näher an der Schablone 180 gebracht wird, erhöht sich die Temperatur der Schablone 180, und die Temperatur der Zellenanordnung 120 nimmt im Gegenteil ab. Es ist jedoch zu sehen, dass, wenn die Position des Schweißteils von A nach C geht, ein Ausmaß der Temperaturabnahme der Zellenanordnung 120 im Vergleich zu einem Ausmaß der Temperaturerhöhung der Schablone 180 niedrig ist.
Mit anderen Worten, wenn die Position des Schweißteils von A nach C verstellt wird, erhöht sich die Temperatur der Schablone 180, und wenn die Position des Schweißteils von C nach A verstellt wird, erhöht sich die Temperatur der Zellenanordnung 120. Es ist jedoch sichtbar, dass ein Ausmaß der Temperaturerhöhung der Zellenanordnung 120, wenn die Position des Schweißteils von C nach A geht, nicht groß ist, verglichen mit einem Ausmaß der Temperaturerhöhung der Schablone 180, wenn die Position des Schweißteils von A nach C geht. Es ist zudem sichtbar, dass je größer die Ladekapazität der Sekundärbatterie, desto größer der Einfluss auf eine Temperaturänderung der Schablone 180 als der Zellenanordnung 120.
Genauer gesagt, unter Bezugnahme auf 5a bis 5c, zuerst, wenn die Position des Schweißteils an der Stelle A gebildet wird, das heißt in 5a, die Schablone 180 ist gelb gefärbt. Dementsprechend, wenn die Position des Schweißteils an der Stelle A gebildet wird, beträgt die Temperatur der Schablone 180 etwa 40°C. Dann, wenn die Position des Schweißteils an der Stelle B gebildet wird, das heißt in 5b, die Schablone 180 ist orange gefärbt. Dementsprechend, wenn die Position des Schweißteils an der Stelle B gebildet wird, beträgt die Temperatur der Schablone 180 etwa 42°C. Dann, wenn die Position des Schweißteils an der Stelle C gebildet wird, das heißt in 5c, die Schablone 180 ist rot gefärbt. Dementsprechend, wenn die Position des Schweißteils an der Stelle C gebildet wird, beträgt die Temperatur der Schablone 180 etwa 43 °C. Das heißt, es ist sichtbar, dass, wenn die Position des Schweißteils von A nach C verstellt wird, die Temperatur der Schablone 180 nimmt zu.
In Bezug auf 5a bis 5c, nochmal, wenn die Position des Schweißteils an der Stelle A gebildet wird, das heißt in 5a ist die Zellenanordnung 120 im Allgemeinen blau gefärbt. Dementsprechend, wenn die Position des Schweißteils an der Stelle A gebildet wird, liegt die Temperatur der Zellenanordnung 120 in einer Spanne von etwa 20°C bis 21 °C. Dann, wenn die Position des Schweißteils an der Stelle B gebildet wird, das heißt in 5b ist die Zellenanordnung 120 im Allgemeinen blau gefärbt, und ebenso, wenn die Lage des Schweißteils an der Stelle C gebildet wird (siehe 5c), ist die Zellenanordnung 120 im Allgemeinen ebenfalls blau gefärbt. Das heißt, es ist sichtbar, dass die Zellenanordnung 120 von der Position des Schweißteils relativ weniger beeinflusst ist als die Schablone 180.
Es ist sichtbar, dass es für 6a bis 7c auch gilt.
Mit Bezug auf 6a bis 6c, in 6a, ist die Schablone 180 gelb gefärbt, und dementsprechend beträgt die Temperatur der Schablone 180 etwa 72,5°C. Ferner, in 6b, die Schablone 180 ist orange gefärbt. Dementsprechend beträgt die Temperatur der Schablone 180 etwa 80°C. Ferner, in 6c, die Schablone 180 ist rot gefärbt, und dementsprechend beträgt die Temperatur der Schablone 180 etwa 85°C. Jedoch in 6a bis 6c zeigt die Zellenanordnung 120 keinen signifikanten Temperaturunterschied, obwohl der Temperaturunterschied mehr oder weniger von der Position des Schweißteils abhängig ist. Im Beispiel der 6a bis 6c, die Temperatur der Zellenanordnung 120 beträgt etwa 40°C.
Anschließend, mit Bezug auf 7a bis 7c, ist in 7a, die Schablone 180 gelb gefärbt, und die Temperatur der Schablone 180 beträgt etwa 120°C. Ferner, in 7b, die Schablone 180 ist orange gefärbt, und die Temperatur der Schablone 180 beträgt etwa 130°C. Ferner, in 7c, die Schablone 180 ist rot gefärbt, und dementsprechend beträgt die Temperatur der Schablone 180 etwa 140°C. Im Gegenteil, in 7a bis 7c zeigt die Zellenanordnung 120 keinen signifikanten Temperaturunterschied, obwohl der Temperaturunterschied mehr oder weniger von der Position des Schweißteils abhängig ist. Im Beispiel der 7a bis 7c, die Temperatur der Zellenanordnung 120 beträgt etwa 50°C.
Das heißt, es ist sichtbar, dass die Position des Schweißteils die Temperaturänderung der Schablone 180 signifikant beeinflusst, aber die Temperaturänderung der Zellenanordnung 120 nicht signifikant beeinflusst.
In einem anderen Aspekt, nach Untersuchung einer Temperaturänderung basierend auf einer Ladekapazität der Sekundärbatterie, ist es sichtbar, dass die Schablone 180 signifikant durch ein Ausmaß der Änderung der Ladekapazität beeinflusst wird, aber dass die Zellenanordnung 120 relativ weniger durch ein Ausmaß der Änderung der Ladekapazität beeinflusst wird.
In Bezug auf 5a bis 7c wiederum, im Falle der Schablone 180, wenn die Ladekapazität um 15 Ah steigt, erhöht sich die Temperatur um etwa 30°C bis etwa 50°C. Im Gegensatz dazu, im Falle der Zellenanordnung 120, selbst wenn die Ladekapazität um 15 Ah steigt, erhöht sich die Temperatur nur um etwa 10°C bis etwa 20°C.
Daher fanden die Erfinder durch das obige Experiment heraus, dass es bevorzugt wird, das Schweißteil neben der Zellenanordnung 120 zu bilden, wenn das Schweißteil gebildet wird, um die Elektrodenlasche und die Elektrodenleitung zu verbinden.
Nach einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann das Schweißteil in der Nähe der Zellenanordnung 120 entlang der Längsrichtung der Elektrodenleitungen 150 und 160 in Bezug auf einen Mittelpunkt der Oberfläche gebildet werden, an dem die Elektrodenlaschen 130 und 140 jeweils in Kontakt mit den Elektrodenleitungen 150 und 160 stehen.
Nach einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann das Schweißteil innerhalb eines 1/3-Bereichs gebildet werden, der näher an der Zellenanordnung 120 in der Längsrichtung der Elektrodenleitungen 150 und 160 auf der Oberfläche liegt, an der die Elektrodenlaschen 130 und 140 mit den Elektrodenleitungen 150 und 160 jeweils in Kontakt stehen.
Nach einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann das Schweißteil innerhalb des 10 mm-Intervalls von einem Ende der im Gehäuse 100 angeordneten Elektrodenleitungen 150 und 160 gebildet werden.
Im Folgenden wird ein Verfahren zur Herstellung der oben genannten Sekundärbatterie beschrieben. In der Beschreibung des Verfahrens zur Herstellung der Sekundärbatterie gemäß der vorliegenden Offenbarung wird hierin eine wiederholte Beschreibung für jedes Element ausgelassen.
8 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zur Herstellung einer Sekundärbatterie nach einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.
In Bezug auf 8, wird im Schritt 200 eine Zellenanordnung 120 bereitgestellt, in der mindestens zwei Einheitszellen, einschließlich einer Kathodenplatte, einem Separator und einer Anodenplatte, gestapelt sind, und für jede Einheitszelle eine Vielzahl von Kathodenlaschen und eine Vielzahl von Anodenlaschen in Vorsprung von der Kathodenplatte bzw. der Anodenplatte vorgesehen sind.
Im nächsten Schritt 210 wird ein Schweißteil in einem Bereich nahe der Zellenanordnung 120 auf jeder Oberfläche gebildet, an der die Kathodenlasche 130 in Kontakt mit der Kathodenleitung 150 steht und die Anodenlasche 140 in Kontakt mit der Anodenleitung 160 steht, um die Kathodenlasche 130 mit der Kathodenleitung 150 und die Anodenlasche 140 mit der Anodenleitung 160 mechanisch zu verbinden.
Nach einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung wird das Schweißteil in der Nähe der Zellenanordnung 120 entlang der Längsrichtung der Elektrodenleitungen 150 und 160 in Bezug auf einen Mittelpunkt der Oberfläche gebildet, an dem die Elektrodenlaschen 130 und 140 jeweils in Kontakt mit den Elektrodenleitungen 150 und 160 stehen.
Nach einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann das Schweißteil innerhalb eines 1/3-Bereichs gebildet werden, der näher an der Zellenanordnung 120 in der Längsrichtung der Elektrodenleitungen 150 und 160 auf der Oberfläche liegt, an der die Elektrodenlaschen 130 und 140 mit den Elektrodenleitungen 150 und 160 jeweils in Kontakt stehen.
Nach einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann das Schweißteil innerhalb des 10 mm-Intervalls von einem Ende der im Gehäuse 100 angeordneten Elektrodenleitungen 150 und 160 gebildet werden.
Das Schweißteil kann durch Widerstandsschweißen, Ultraschallschweißen, Laserschweißen oder einen leitfähigen Klebstoff gebildet werden. In diesem Fall kann das Schweißteil auf verschiedene Weise in Form eines Punktes oder einer Linie, oder geometrisch gebildet werden. Übrigens kann eine Vielzahl von Schweißteilen gebildet werden.
Im nächsten Schritt 220 wird die Zellenanordnung 120 ins Gehäuse 110 so aufgestellt, dass Teile der Kathodenleitung 150 und der Anodenleitung 160 nach außen ausgesetzt sind, und wird das Gehäuse 110 versiegelt.
Nach der vorliegenden Erfindung kann der Einfluss der Wärme, die an dem Schweißpunkt zwischen der Elektrodenlasche und der Elektrodenleitung erzeugt wird, auf die Leistung der Sekundärbatterie minimiert werden. Dementsprechend kann die Batteriewirksamkeit bei der Konstruktion einer Sekundärbatterie mit großer Kapazität nahe einem idealen Zustand sein.
Oben wurde die vorliegende Offenbarung ausführlich beschrieben. Es sollte jedoch verstanden werden, dass die detaillierte Beschreibung und die spezifischen Beispiele, obwohl sie bevorzugten Ausführungsformen der Offenbarung angeben, nur als Veranschaulichung angegeben werden, da verschiedene Änderungen innerhalb des Geistes und des Umfangs der Offenbarung den Fachleuten aus dieser detaillierten Beschreibung erkennbar werden.

Claims

Sekundärbatterie, umfassend: eine Zellenanordnung mit einem Stapel von mindestens zwei Einheitszellen, wobei jede Einheitszelle eine Kathodenplatte, einen Separator und eine Anodenplatte umfasst; eine Kathodenlasche und eine Anodenlasche (nachstehend „Elektrodenlasche“ genannt), die in Vorsprung von der Kathodenplatte und der Anodenplatte für jede Einheitszelle bereitgestellt werden; eine Kathodenleitung und eine Anodenleitung (nachstehend „Elektrodenleitung“ genannt), die elektrisch mit einer Vielzahl von Kathodenlaschen und einer Vielzahl von Anodenlaschen verbunden sind; ein Schweißteil, das die Elektrodenlasche mechanisch mit der Elektrodenleitung verbindet; und ein Gehäuse, das die Zellenanordnung so versiegelt, dass ein Teil der Elektrodenleitung nach außen ausgesetzt ist, wobei das Schweißteil in der Nähe der Zellenanordnung gebildet ist.
Sekundärbatterie nach Anspruch 1, wobei das Schweißteil in der Nähe der Zellenanordnung entlang einer Längsrichtung der Elektrodenleitung in Bezug auf einen Mittelpunkt einer Oberfläche gebildet ist, an dem die Elektrodenlasche jeweils mit der Elektrodenleitung in Kontakt steht.
Sekundärbatterie nach Anspruch 1, wobei das Schweißteil innerhalb eines 1/3-Bereichs näher an der Zellenanordnung in einer Längsrichtung der Elektrodenleitung auf einer Oberfläche gebildet ist, an der die Elektrodenlasche jeweils mit der Elektrodenleitung in Kontakt steht.
Sekundärbatterie nach Anspruch 1, wobei das Schweißteil innerhalb eines Intervalls von 10 mm von einem Ende der im Gehäuse angeordneten Elektrodenleitung gebildet ist.
Sekundärbatterie nach Anspruch 1, wobei das Schweißteil innerhalb eines Intervalls von 20 mm von einem Ende der im Gehäuse angeordneten Elektrodenleitung gebildet ist.
Sekundärbatterie nach Anspruch 1, wobei das Schweißteil in Form eines Punktes oder einer Linie, oder geometrisch gebildet ist.
Sekundärbatterie nach Anspruch 1, wobei das Schweißteil in Vielzahl gebildet ist.