ES2954481T3 - Batería secundaria de tipo cilíndrico - Google Patents

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Jeeeun Kim
Namwon Kim
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Abstract

Una batería secundaria cilíndrica según una realización de la presente invención comprende un conjunto de electrodos que incluye una lámina anódica, una lámina catódica y un separador, en donde el separador está colocado en la parte más externa del conjunto de electrodos, una lengüeta de electrodo colocada más hacia adentro que el separador está unido a la lámina anódica o a la lámina catódica, y una capa metálica situada entre la lengüeta del electrodo y el separador comprende un material adhesivo. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Batería secundaria de tipo cilindrico
[Sector de la técnica]
Referencia cruzada a aplicación o aplicaciones relacionadas
Esta solicitud reivindica la prioridad y el beneficio sobre la solicitud de patente coreana n.° 10-2018-0148564, presentada en la Oficina de Propiedad Intelectual de Corea el 27/11/2018.
La presente invención se refiere a una batería secundaria de tipo cilindrico y, más particularmente, a una batería secundaria de tipo cilindrico que tiene una función de radiación de calor mejorada.
[Estado de la técnica]
Recientemente, está aumentando rápidamente la demanda de productos electrónicos portátiles, como ordenadores portátiles, cámaras de vídeo, teléfonos portátiles y similares, a la par que hay activo un desarrollo de vehículos eléctricos, acumuladores de energía, robots, satélites y similares, por lo tanto, se ha realizado mucha investigación sobre las baterías secundarias utilizadas como fuente de energía impulsora para las mismas.
Dicha batería secundaria incluye, por ejemplo, una batería de níquel cadmio, una batería de hidrógeno de níquel, una batería de níquel y zinc y una batería secundaria de litio. Entre las mismas, la batería secundaria de litio, en comparación con una batería secundaria a base de níquel, ya que apenas se producen efectos de memoria, se utiliza ampliamente en dispositivos electrónicos de alta tecnología debido a sus ventajas, como la carga y descarga gratuitas, una tasa de autodescarga muy baja, una alta tensión de operación, una alta densidad de energía por unidad de peso y similares.
Generalmente, una batería secundaria de litio tiene una estructura en la que las celdas unitarias están configuradas con un electrodo positivo, un electrodo negativo y un separador interpuesto entre ellos están apilados o bobinados, se incrusta en una caja de una lata de metal o lámina laminada, y se inyecta o impregna una solución de electrolito en la misma.
Un conjunto de electrodo de una estructura de electrodo positivo/separador/electrodo negativo que configura la batería secundaria se divide principalmente en un tipo bobinado (en inglés, je lly roll) y un tipo de pila (tipo apilado) según su estructura. El tipo bobinado es una estructura que se obtiene interponiendo un separador entre electrodos positivo y negativo tipo lámina larga revestidos con un material activo y luego bobinándolo, y el tipo apilado es una estructura en la que se apila una pluralidad de electrodos positivos y negativos con un tamaño predeterminado secuencialmente en un estado en el que se interpone un separador entre ellas.
Recientemente, para implementar un modelo de alto rendimiento y alta capacidad, los componentes utilizados son cada vez más delgados, por lo que aumentan las baterías secundarias de baja resistencia y alta capacidad. Sin embargo, a medida que se reduce la resistencia y se aumenta la capacidad, se aplica una corriente mayor durante más tiempo y, por lo tanto, un problema de generación de calor de la batería secundaria debido a una descarga a gran velocidad o un cortocircuito externo se ha convertido en un problema más importante.
Para superar este problema, se requiere investigación sobre una batería secundaria capaz de controlar efectivamente la generación de calor de una lengüeta de electrodo.
El documento WO2016168715 describe una pila de baterías para su uso en una celda productora de corriente eléctrica, en donde la pila revestida comprende un separador poroso, una capa de electrodo adyacente al separador poroso y una capa de colector de corriente revestida sobre la capa de electrodo, en donde la capa de colector de corriente comprende partículas de metal sinterizado. También se proporcionan métodos para fabricar dichas pilas recubiertas.
El documento WO2009111744 describe pilas y baterías electroquímicas que tienen una o más lengüetas conductoras de electricidad y colectores de corriente de lámina de carbono, en donde las lengüetas están conectadas a los colectores de corriente de lámina de carbono; y métodos para conectar las lengüetas a los colectores de corriente a base de carbono. En una realización, las lengüetas eléctricamente conductoras son lengüetas metálicas.
[Objeto de la invención]
La presente invención se ha realizado en un esfuerzo por proporcionar una batería secundaria de tipo cilíndrico que pueda reducir la resistencia y aumentar la estabilidad de una celda de batería.
La invención está definida por el conjunto pendiente de reivindicaciones.
De acuerdo con la reivindicación 1, la invención es una batería secundaria de tipo cilindrico de acuerdo con una realización de la presente invención que incluye: un conjunto de electrodo que incluye una lámina de electrodo negativo, una lámina de electrodo positivo y un separador, en donde el separador puede estar dispuesto en el lado más externo del conjunto de electrodo, y una lengüeta de electrodo dispuesta más adentro que el separador puede estar unida a una de las láminas de electrodo negativo y la lámina de electrodo positivo, y una capa de metal dispuesta entre la lengüeta de electrodo y el separador puede incluir un material adhesivo.
La lengüeta de electrodo incluye un cuerpo de lengüeta unido a una de la lámina de electrodo negativo y la lámina de electrodo positivo y una protuberancia que se extiende desde un extremo del conjunto de electrodo, y la protuberancia está soldada a la capa de metal.
El cuerpo de lengüeta y la capa de metal se combinan con el material adhesivo.
La lengüeta de electrodo es una lengüeta de electrodo negativo.
La capa de metal puede ser una lámina de cobre en forma de varilla.
La lengüeta de electrodo y la capa de metal pueden superponerse en una porción de extremo del separador.
La capa de metal se puede conectar a la lengüeta de electrodo y al separador mediante una capa adhesiva formada por el material adhesivo.
La batería secundaria de tipo cilíndrico puede incluir, además, una cinta aislante que fija una porción límite del separador en un extremo del separador.
La cinta aislante y la capa de metal pueden no superponerse.
Un dispositivo de acuerdo con otra realización de la presente invención incluye la batería secundaria de tipo cilíndrico descrita anteriormente como fuente de alimentación.
De acuerdo con las realizaciones, formando adicionalmente una capa de metal que incluye un componente adhesivo en una lengüeta de electrodo negativo dispuesta fuera de un conjunto de electrodo de tipo bobinado, el tipo de conjunto de electrodo de bobinado es fijo y se aumenta el grosor de la lengüeta de electrodo negativo para reducir la resistencia y difundir el calor generado cuando se aplica una corriente alta o cuando se produce un cortocircuito en el exterior, por lo tanto, es posible implementar una batería secundaria de tipo cilíndrico que puede tener mayor estabilidad y vida útil de una celda de batería.
[Descripción de las figuras]
La figura 1 es una vista en perspectiva despiezada que muestra un estado antes de que se embobine un conjunto de electrodo de acuerdo con una realización de la presente invención.
La figura 2 es una vista en perspectiva que muestra un estado después del conjunto de electrodo de la figura 1 está bobinada.
La figura 3 es una vista en planta parcial ampliada de una porción A de la figura 2.
La figura 4 es una vista desde una dirección X de la figura 2.
La figura 5 es una vista en planta parcial de un conjunto de electrodo de acuerdo con otra realización de la presente invención.
La figura 6 es una vista en planta parcial de un conjunto de electrodo de acuerdo con otra realización de la presente invención.
La figura 7 es una vista en sección transversal tomada a lo largo de la línea Y-Y' de la figura 6.
La figura 8 es una vista en perspectiva que muestra un conjunto de electrodo de acuerdo con otra realización de la presente invención.
[Descripción detallada de la invención]
La presente invención se describirá más detalladamente a continuación haciendo referencia a los dibujos adjuntos, en los que se muestran realizaciones de la invención.
Las partes que son irrelevantes para la descripción se omiten para describir claramente la presente divulgación, y los números de referencia similares designan elementos similares a lo largo de la memoria descriptiva.
Además, en los dibujos, el tamaño y el grosor de cada elemento se ilustra arbitrariamente para facilitar la descripción, y la presente descripción no se limita necesariamente a los ilustrados en los dibujos. En los dibujos, los grosores de las capas, películas, paneles, regiones, etc. están exagerados por motivos de claridad. En los dibujos, para facilitar la descripción, los grosores de algunas capas y áreas están exagerados.
Se entenderá que cuando un elemento como una capa, película, región o sustrato se menciona como estando "sobre" otro elemento, puede estar directamente sobre el otro elemento o también puede haber presentes elementos intermedios. Por el contrario, cuando se menciona que un elemento está "directamente en" otro elemento, no hay elementos intermedios presentes. Además, en la memoria descriptiva, la palabra "sobre" o "encima" significa dispuesto sobre o debajo de la porción del objeto, y no significa necesariamente dispuesto en el lado superior de la parte del objeto en función de una dirección gravitacional.
Adicionalmente, a menos que se indique explícitamente lo contrario, se entenderá que la palabra "comprende" y variaciones tales como "comprendiendo" o "que comprende" implican la inclusión de los elementos indicados, pero no la exclusión de ningún otro elemento.
Además, a lo largo de la memoria descriptiva, la expresión "en una vista en planta" significa ver una parte del objetivo desde arriba, y la expresión "en una vista en sección transversal" significa ver una sección transversal formada cortando verticalmente una parte del objetivo desde un lado.
La figura 1 es una vista en perspectiva despiezada que muestra un estado antes de que se embobine un conjunto de electrodo de acuerdo con una realización de la presente invención. La figura 2 es una vista en perspectiva que muestra un estado después del conjunto de electrodo de la figura 1 está bobinada.
Con referencia a la figura 1 y a la figura 2, una batería secundaria de acuerdo con una realización de la presente invención incluye un conjunto de electrodo 100 que incluye una lámina de electrodo negativo 110, una lámina de electrodo positivo 120 y un separador 130. El conjunto de electrodo 100 puede tener una estructura del tipo bobinado. En este caso, el separador 130 se interpone entre la lámina de electrodo negativo 110 y la lámina de electrodo positivo 120, y puede tener una estructura de bobinado formada en el orden de la lámina de electrodo positivo 120, el separador 130 y la lámina de electrodo negativo 110 a lo largo de una dirección desde una porción central del mismo hacia el exterior del mismo, y una o más de las estructuras pueden estar presentes. En este caso, un separador 130s está dispuesto en el lado más externo del conjunto de electrodo 100.
Las lengüetas de electrodo se pueden unir a la lámina de electrodo positivo 120 y a la lámina de electrodo negativo 110, respectivamente, y las lengüetas de electrodo incluyen una lengüeta de electrodo negativo 140 unida a la lámina de electrodo negativo 110 y una lengüeta de electrodo positivo 160 unida a la lámina de electrodo positivo 120.
En la presente realización, la lámina de electrodo negativo 110 puede estar dispuesta junto al separador 130 dentro del separador 130s dispuesto en la porción más externo del conjunto de electrodo 100, y la lengüeta de electrodo negativo 140 puede estar unida a la lámina de electrodo negativo 110. De acuerdo con la presente realización, se puede formar una capa de metal 145 entre la lengüeta de electrodo negativo 140 y el separador 130s dispuesto en el lado más externo. La capa de metal 145 contiene un material adhesivo. El material adhesivo puede contener un material acrílico.
La capa de metal 145 puede estar formada por una lámina de cobre con forma de varilla. La lengüeta de electrodo negativo 140 y la capa de metal 145 pueden disponerse para superponerse entre sí en una porción de extremo del separador 130s dispuesto en el lado más externo. En este caso, la capa de metal 145 puede hacer contacto con la lengüeta de electrodo negativo 140 y el separador 130s dispuesto en el lado más externo. La capa de metal 145 puede incluir una capa adhesiva separada formada por un material adhesivo para hacer contacto con la lengüeta de electrodo negativo 140 y el separador 130s a través de la capa adhesiva.
Aunque no se muestra, una o más lengüetas de electrodos positivo y negativo se pueden unir adicionalmente para un modelo de alta potencia. En la batería secundaria del modelo de alto rendimiento y alta capacidad, cuando fluye una gran corriente en poco tiempo debido a una descarga de alta velocidad, sobrecarga, cortocircuito externo, etc., se genera una gran cantidad de calor en la lengüeta de electrodo, particularmente en la lengüeta de electrodo negativo 140 debido a una concentración de corriente. Dado que la carga o descarga se genera continua y repetidamente por una reacción electroquímica en la batería secundaria, cuando la batería secundaria alcanza una capacidad alta, la generación de calor debido a la carga y descarga aumenta drásticamente. Debido a la generación de calor, el separador 130 puede dañarse y provocar un cortocircuito interno, que puede conducir a la variación de temperatura dentro de la batería secundaria, resultando así en el deterioro de la batería secundaria.
Particularmente, en la lengüeta de electrodo negativo 140 que tiene una resistencia particularmente alta entre los componentes internos de la batería secundaria, la generación de calor de los mismos se produce más. En el caso de una celda de batería de alto rendimiento, se aplica una alta corriente a la celda de la batería y, por lo tanto, es importante reducir el calor y la temperatura de la lengüeta de electrodo porque el calor del tipo bobinado del conjunto de electrodo generado en este momento puede irradiarse en una caja de batería formada por un material metálico a través de la lengüeta de electrodo.
La capa de metal 145 de acuerdo con la presente realización descrita anteriormente puede liberar eficazmente el calor generado en la lengüeta de electrodo negativo 140 para resolver el problema de generación de calor. Adicionalmente, dado que la capa de metal 145 contiene un material adhesivo, la porción de extremo del separador 130s dispuesta en el lado más externo está fijada para mantener una forma del conjunto de electrodo 100 que tiene una estructura del tipo bobinado, impidiendo así que el conjunto de electrodos 100 se suelte por tensión interna. Adicionalmente, dado que la capa de metal 145 que contiene cobre tiene el efecto de aumentar el grosor de la lengüeta de electrodo negativo 140, se puede reducir una concentración de calor reduciendo su resistencia.
En la descripción anterior, aunque la lámina de electrodo negativo 110 se describe como adyacente al separador 130s dispuesto en el lado más externo, la lámina de electrodo positivo 120 puede estar dispuesta en la posición en la que se forma la lámina de electrodo negativo 110 y, en este caso, la lámina de electrodo negativo 110 puede disponerse en la posición de la lámina de electrodo positivo 120, de modo que se pueda formar una estructura de bobinado en el orden de la lámina de electrodo negativo 110, el separador 130 y la lámina de electrodo positivo 120 a lo largo de una dirección desde una posición central hacia el exterior. En otras palabras, la lámina de electrodo positivo 120 puede disponerse junto al separador 130 dentro del separador 130s dispuesto en el lado más externo. Aunque la aplicación de la capa de metal 145 de acuerdo con la presente realización descrita anteriormente es preferible porque el calor se concentra en la lengüeta de electrodo negativo 140, ya que el calor también puede ocurrir en la lengüeta de electrodo positivo 160, mientras que la lámina de electrodo positivo 120 está dispuesta junto al separador 130 dentro del separador 130s dispuesto en el lado más externo, también es posible formar la capa de metal 145 entre la lengüeta de electrodo positivo 160 unida a la lámina de electrodo positivo y el separador más externo 130s. En este caso, la capa de metal 145 puede ser una lámina de aluminio y puede contener un material adhesivo.
La figura 3 es una vista en planta parcial ampliada de una porción A de la figura 2. La figura 4 es una vista desde una dirección X de la figura 2.
Con referencia a la figura 3 y a la figura 4, la lengüeta de electrodo negativo 140 de acuerdo con la presente realización está unida a la lámina de electrodo negativo 110 dispuesta directamente dentro del separador más externo 130s. La lengüeta de electrodo negativo 140 puede tener forma de varilla e incluye una protuberancia 140p que se extiende desde un extremo del conjunto de electrodo 100. La capa de metal 145 se puede formar directamente en la lengüeta de electrodo negativo 140, y la capa de metal 145 se puede formar para cubrir las superficies izquierda y derecha de la lengüeta de electrodo negativo 140. Aquí, la capa de metal 145 puede extenderse no solo sobre un cuerpo de lengüeta de la lengüeta de electrodo negativo 140, sino también sobre la protuberancia 140p.
En la presente realización, la capa de metal 145 puede estar unida a la lengüeta de electrodo negativo 140 y el separador más externo 130s dispuesto en las superficies superior e inferior de la capa de metal 145 por el material adhesivo incluido en la capa de metal 145. En este sentido, la porción de extremo del separador más externo 130s está fijada por la capa de metal 145 que contiene el material adhesivo para mantener la forma del conjunto de electrodo 100 que tiene una estructura del tipo bobinado, impidiendo así que el conjunto de electrodos 100 se suelte por tensión interna.
El conjunto de electrodo 100 de acuerdo con la presente realización descrita anteriormente puede alojarse en una caja de batería (no mostrada) tal como una lata de metal para formar una batería secundaria de tipo cilíndrico.
La figura 5 es una vista en planta parcial de un conjunto de electrodo de acuerdo con otra realización de la presente invención.
La realización de la figura 5 es sustancialmente igual a la realización descrita con referencia a la figura 3 y la figura 4, excepto porque la capa de metal 145 no se forma en la protuberancia 140p de la lengüeta de electrodo negativo 140, sino que puede formarse únicamente en el cuerpo de la lengüeta de la lengüeta de electrodo negativo.
La figura 6 es una vista en planta parcial de un conjunto de electrodo de acuerdo con otra realización de la presente invención. La figura 7 es una vista en sección transversal tomada a lo largo de la línea Y-Y' de la figura 6.
La realización de la figura 6 y la figura 7 es sustancialmente la misma que la realización de la figura 3 y la figura 4 descritas anteriormente. A continuación, solo se describirán las diferencias entre ellas. Salvo por las diferencias, el contenido descrito en la realización de la figura 3 y la figura 4 es aplicable a la presente realización.
Con referencia a la figura 6 y a la figura 7, el cuerpo de la lengüeta de la lengüeta de electrodo negativo 140 y la capa de metal 145 se pueden adherir entre sí mediante un material adhesivo incluido en la capa de metal 145 en el cuerpo de la lengüeta de la lengüeta de electrodo negativo 140. Sin embargo, en la protuberancia 140p de la lengüeta de electrodo negativo 140, la capa de metal 145 y la protuberancia 140p de la lengüeta de electrodo negativo 140 pueden soldarse entre sí y combinarse. Mediante dicho proceso de soldadura, la lengüeta de electrodo negativo 140 y la capa de metal 145 se combinan para poder aumentar la capacidad. Debido a la generación de calor, se alcanza un corte de temperatura, lo que puede resultar en un corte temprano de tensión sin usar suficiente capacidad. Sin embargo, cuando la lengüeta de electrodo negativo 140 y la capa de metal 145 se combinan a través del proceso de soldadura de acuerdo con la presente realización para aumentar el efecto de radiación de calor, se puede prevenir el corte temprano de tensión, dando como resultado una mejora en la capacidad.
La figura 8 es una vista en perspectiva que muestra un conjunto de electrodo de acuerdo con otra realización de la presente invención.
Con referencia a la figura 8, se incluye una cinta aislante 300 unida a una superficie circunferencial exterior del conjunto de electrodo 100 incluido en la batería secundaria de acuerdo con la realización descrita con referencia a la figura 3 y la figura 4. La cinta aislante 300 puede servir como cinta de acabado al final del separador más externo 130s. Es decir, una porción límite 150 con el separador 130 se puede fijar al final del separador más externo 130s. La cinta aislante 300 se puede colocar en el extremo del separador más externo 130s para que no se superponga a la capa de metal 145.
La cinta aislante 300 puede incluir una resina termoendurecible seleccionada de un grupo de cloruro de polivinilo, una mezcla de un caucho de nitrilo y una resina de fenol, una resina epoxi, poliuretano y combinaciones de los mismos.
Dado que el separador más externo 130s está nuevamente fijado por la capa de metal 145 en el estado en el que la cinta aislante 300 está unida a la superficie circunferencial exterior del conjunto de electrodo 100, la forma del conjunto de electrodo 100 que tiene el tipo de estructura bobinada se puede mantener de forma más estable.
La batería secundaria descrita anteriormente se puede aplicar a varios dispositivos. Estos dispositivos pueden aplicarse a un aparato de transporte como una bicicleta eléctrica, un vehículo eléctrico, un vehículo híbrido, y similares, pero no se limitan a esto, y pueden aplicarse a varios dispositivos que pueden usar la batería secundaria.
<Descripción de los símbolos>
130, 130s: separador
140: lengüeta de electrodo negativo
140p: protuberancia
145: capa de metal

Claims (7)

REIVINDICACIONES
1. Una batería secundaria de tipo cilindrico, que comprende:
un conjunto de electrodo (100) de tipo bobinado y que comprende una lámina de electrodo negativo (110), una lámina de electrodo positivo (120), un separador (130) interpuesto entre la lámina de electrodo negativo (110) y la lámina de electrodo positivo (120), un separador más externo (130s) dispuesto en un lado más externo del conjunto de electrodo (100) y una lengüeta de electrodo negativo (140) unida a la lámina de electrodo negativo (110), caracterizada por que hay una capa de metal (145) dispuesta entre la lengüeta de electrodo negativo (140) y el separador más externo (130s), en donde la capa de metal (145) contiene un material adhesivo, y
en donde la lengüeta de electrodo negativo (140) incluye un cuerpo de lengüeta unido a la lámina de electrodo negativo (110) mediante el material adhesivo y una protuberancia (140p) soldada a la capa de metal y que se extiende desde un extremo del conjunto de electrodo (100).
2. La batería secundaria de tipo cilíndrico según la reivindicación 1, en donde
la capa de metal es una lámina de cobre en forma de varilla.
3. La batería secundaria de tipo cilíndrico según la reivindicación 1, en donde
la lengüeta de electrodo (140) y la capa de metal (145) se superponen en una porción de extremo del separador más externo (130s).
4. La batería secundaria de tipo cilíndrico según la reivindicación 3, en donde
la capa de metal (145) está conectada a la lengüeta de electrodo (140) y al separador más externo (130s) mediante una capa adhesiva formada por el material adhesivo.
5. La batería secundaria de tipo cilíndrico según la reivindicación 1, que, además, comprende
una cinta aislante (300) que fija una porción límite del separador más externo (130s) en un extremo del separador más externo (130s).
6. La batería secundaria de tipo cilíndrico según la reivindicación 5, en donde
la cinta aislante (300) y la capa de metal (145) no se superponen.
7. Un dispositivo que incluye la batería secundaria de tipo cilíndrico de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6 como fuente de alimentación.
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