锂二次电池及包括其的电池系统

技术领域

本发明涉及锂二次电池及包括其的电池系统。更具体来讲，涉及一种包括第一袋外壳及第二袋外壳的二次电池。

背景技术

二次电池是可反复充电及放电的电池，随着信息通信及显示器产业的发展，广泛用作摄像机、手机、笔记本电脑等便携电子通信设备的动力源。并且，最近开发及使用包括二次电池的电池包作为混合动力汽车之类的环保汽车的动力源。

二次电池例如有锂二次电池、镍镉电池、镍氢电池等，其中锂二次电池工作电压及每单位重量能量密度高，有利于充电速度及轻量化，因此在积极开发及利用。

例如，锂二次电池可包括具有阳极、阴极及隔膜(隔离部)的电极组件及浸渍所述电极组件的电解质。所述锂二次电池还可以包括收容所述电极组件及电解质的例如袋型的外包装件。

另外，锂二次电池的电解质中包含LiPF

例如，韩国公开专利第20190031141号公开了含有氢氟酸感测剂的非水性电解液。然而所述氢氟酸感测剂仅对氢氟酸具有感应性，还可能由于氢氟酸感测剂的副反应而导致不良。并且，为了肉眼观察氢氟酸感测剂的变色而在袋上增加透明识别部，从而可降低袋的机械特性。

发明内容

技术问题

本发明的一个目的是提供一种具有提高的工作可靠性及稳定性的锂二次电池。

本发明的一个目的是提供一种工作可靠性及稳定性提高的电池系统。

技术方案

根据示例性实施例的锂二次电池包括袋及收容于所述袋的电极组件，袋包括第一袋外壳及第二袋外壳，所述第一袋外壳包括形成有第一导电部的第一周边部，所述第二袋外壳包括形成有第二导电部的第二周边部且与所述第一袋外壳密封。所述第一导电部与所述第二导电部接触以沿着所述第一周边部或所述第二周边部形成电路。

在部分实施例中，所述第一导电部包括相隔配置的两个以上的第一导电图案，所述第二导电部包括相隔配置的两个以上的第二导电图案，所述第一导电图案的至少一部分与所述第二导电图案的至少一部分可电连接。

在部分实施例中，所述第一导电图案及所述第二导电图案可排列成在平面方向相互部分重叠使得所述第一袋外壳及所述第二袋外壳密封的状态下形成完整的回路。

在部分实施例中，所述第一导电图案中至少一个及所述第二导电图案中至少一个可露出到密封的所述第一袋外壳及所述第二袋外壳的外部。

在部分实施例中，所述第一导电图案之间的相隔距离可以为1mm至10mm，所述第二导电图案之间的相隔距离可以为1mm至10mm。

在部分实施例中，所述第一导电图案的长度可分别为1mm至10mm，所述第二导电图案的长度可分别为1mm至10mm。

在部分实施例中，还可以包括形成于所述第一导电图案之间的第一绝缘体及形成于所述第二导电图案之间的第二绝缘体。

在部分实施例中，所述第一导电图案、所述第一绝缘体、所述第二导电图案及所述第二绝缘体的厚度可分别是10μm至40μm。

在部分实施例中，所述第一导电部部分插入到所述第一周边部的内侧面，所述第二导电部可部分插入到所述第二周边部的内侧面。

在部分实施例中，所述第一导电部及所述第二导电部各自的插入深度可以是5μm至10μm。

在部分实施例中，所述第一袋外壳及所述第二袋外壳可分别包括向所述袋的外侧凸出且收容电极组件的第一收容部及第二收容部。

在部分实施例中，所述第一导电部及所述第二导电部可分别至少部分包围所述第一收容部及所述第二收容部的外围。

在部分实施例中，所述第一袋外壳及所述第二袋外壳通过所述袋的四个侧部相互密封，所述第一导电部及所述第二导电部可分别通过所述第一周边部及第二周边部的四个侧部延伸且包围所述第一收容部及所述第二收容部的外围。

在部分实施例中，所述第一袋外壳及所述第二袋外壳通过所述袋的三个侧部相互密封，所述第一导电部及所述第二导电部分别通过所述第一周边部及第二周边部的所述三个侧部延伸且可部分包围所述第一收容部及所述第二收容部的外围。

在部分实施例中，还包括连接于所述电极组件向所述袋的外部露出的电极引线，所述电极引线可与所述第一袋外壳的周边部及所述第二袋外壳的所述第二周边部熔接在一起。

根据本发明的示例性实施例的电池系统包括：多个电芯，其各自包括袋及收容于所述袋的电极组件，所述袋包括第一袋外壳及第二袋外壳，所述第一袋外壳包括形成有第一导电部的第一周边部，所述第二袋外壳包括形成有第二导电部的第二周边部且与所述第一袋外壳密封；以及电源部，其从所述多个电芯中至少一个电芯的外部向所述第一导电部或所述第二导电部施加电流。所述第一导电部和所述第二导电部相互接触以沿着所述第一周边部或所述第二周边部形成电路，所述电流通过所述电路循环。

在部分实施例中，可通过所述第一导电部及所述第二导电部形成的所述电路的电流变化检测在所述电芯发生的透气。

技术效果

根据本发明的示例性实施例的锂二次电池可以由包括第一导电部的第一袋外壳和包括第二导电部的第二袋外壳接合形成。可相互接触所述第一导电部及第二导电部以形成一个电路。

在示例性的实施例中，第一导电部及第二导电部相隔会导致所述电路的变化，可使用电流计或电压计感测第一导电部及第二导电部相隔发生的电路的变化。因此，可通过局部电路的变化感测袋内过度产生气体。

在部分实施例中，第一导电部及第二导电部可分别包括相隔配置的第一导电图案及第二导电图案。所述第一导电图案和第二导电图案的末端可相互接触或电连接形成一个所述电路。

在部分实施例中，所述第一导电图案及第二导电图案可交替配置形成电路。从而能够迅速感测透气(ventilation)的发生以及早检测出发生位置。

附图说明

图1至图3分别为示出根据示例性实施例的锂二次电池的袋接合之前的状态的简要立体图；

图4及图5分别为示出根据示例性实施例的锂二次电池的袋接合后的状态的简要立体图；

图6及图7分别为示出根据部分示例性实施例的锂二次电池的袋发生透气的状态的简要立体图及剖面图。

具体实施方式

根据本发明的实施例，提供一种包括具有导电部的袋的锂二次电池。并且，提供一种包括所述锂二次电池的电池系统。

本说明书中使用的术语‘周边部’可指代第一或第二袋外壳的区域中彼此相抵的区域。可以将第一袋外壳的第一周边部和第二袋外壳的第二周边部彼此接合的区域称为‘密封区域’。所述第一周边部及第二周边部可彼此对称地形成。

本说明书中使用的术语‘外侧’或‘外部’可指代第一袋外壳及第二袋外壳接合形成一个袋后露在所述袋的外部的表面。

本说明书中使用的术语‘内侧’或‘内部’可指代第一袋外壳及第二袋外壳接合形成一个袋后不向所述袋的外部露出的表面。例如，术语‘内侧’或‘内部’可用于指代各袋外壳的内侧表面。

以下参见附图对本发明的实施例进行更具体的说明。但本说明书的附图只是示例本发明的优选实施例，是为了与上述发明的内容一起更详细地说明本发明的技术思想，因此不得解释本发明限于图中所示的事项。

图1至图3分别为示出根据示例性实施例的锂二次电池的袋接合之前的状态的简要立体图。

参见图1及图2，根据示例性实施例的锂二次电池的袋包括第一袋外壳210及第二袋外壳220，第一袋外壳210及第二袋外壳220的外形可实质上相同。第一袋外壳210包括第一收容部216及形成于第一收容部216的周边的第一周边部214。第二袋外壳220包括第二收容部226及形成于第二收容部226的周边的第二周边部224。

第一袋外壳210的第一周边部214形成有第一导电部212，第二袋外壳220的第二周边部224形成有第二导电部222。

第一导电部212可包括多个第一导电图案212a，第二导电部222可包括多个第二导电图案222a。第一导电图案212a可相隔配置形成第一导电部212。第二导电图案222a可相隔配置形成第二导电部222。

第一导电图案212a及第二导电图案222a的外形上没有特别限制，可以是多角形或筛网形。

锂二次电池可包括由第一袋外壳210及与第二袋外壳220接合形成的袋及电极组件100。电极组件100可通过收容部216、226收容于袋内。

在部分实施例中，第一袋外壳210及第二袋外壳220可以以彼此分离的状态配置于电极组件100的上部及下部。可在将电极组件100收容于收容部216、226内后，通过第一周边部214及第二周边部224的所述四个侧部密封第一袋外壳210及第二袋外壳220。

电极组件100可包括反复层叠的电极及配置于电极之间的隔膜。并且，电极可分别包括形成于电极集流体上的活性物质层。电极可包括阳极及阴极。

阳极可包括阳极集流体及在阳极集流体上涂覆阳极活性物质形成的阳极活性物质层。所述阳极活性物质可包括能够可逆地嵌入及脱嵌锂离子的化合物。

在示例性的实施例中，所述阳极活性物质可包括锂过渡金属复合氧化物颗粒。例如，所述锂过渡金属复合氧化物颗粒可用以下化学式1表示。

[化学式1]

Li

在化学式1中可以是0.9≤x≤1.1，y为0≤y≤0.7，z为-0.1≤z≤0.1。M可表示选自Na、Mg、Ca、Y、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Mn、Co、Fe、Cu、Ag、Zn、B、Al、Ga、C、Si、Sn或Zr的一种以上元素，X可表示选自O、F、S及P的元素。

在一个实施例中，化学式1中镍的摩尔比(1-y)可在0.8至0.95范围。该情况下，可通过高镍(High-Ni)阳极组成提高输出及容量。

并且，所述锂过渡金属复合氧化物颗粒可用以下化学式2表示，用化学式2表示的锂过渡金属复合氧化物颗粒可具有橄榄石结构。

[化学式2]

LiMPO

化学式2中，M为Fe、Mn、Ni、Co及V中至少一种元素。

阳极集流体可包含在锂二次电池的充/放电电压范围没有反应性，活性物质能够轻易粘贴的金属材质。例如，阳极集流体可包含铝或铝合金。

可在溶剂内对阳极活性物质和粘合剂、导电材料及/或分散材料等进行混合及搅拌制备浆料。可将所述浆料涂覆在阳极集流体之后，进行干燥及压缩制造包括阳极活性物质层的阳极。

所述粘合剂可包括有机系粘合剂或丁苯橡胶(SBR)等水性粘合剂，可与羧甲基纤维素(CMC)之类的增稠剂一起使用。

为了促进活性物质颗粒之间电子迁移而可包含所述导电材料。例如，所述导电材料可包括石墨、炭黑、石墨烯、碳纳米管等碳系列导电材料及/或包括锡、氧化锡、氧化钛、LaSrCoO

阴极可包括阴极集流体及在阴极集流体涂覆阴极活性物质形成的阴极活性物质层。

所述阴极活性物质可采用能够吸附及脱嵌锂离子的本领域公知的活性物质。例如可使用结晶碳、无定形碳、碳复合体、碳纤维等碳系列材料；锂合金；硅(Si)系活性物质等。

在部分实施例中，为了得到高容量锂二次电池，所述阴极活性物质可包括硅系活性物质如SiO

阴极集流体可包括不锈钢、铜、镍、铝、钛或其合金。优选地，阴极集流体可包括铜或铜合金。

可在溶剂内一起混合及搅拌阴极活性物质及粘合剂、导电材料、增稠剂等制备成浆料形态。可在阴极集流体的至少一面上涂覆所述浆料后，进行干燥及压缩制造包括阴极活性物质层的阴极。

关于粘合剂及导电材料，可采用与在阳极活性物质层使用的上述物质实质上相同或相似的物质。

阳极及阴极之间可介有隔膜。隔膜可包括用乙烯均聚物、丙烯均聚物、乙烯/丁烯共聚物、乙烯/己烯共聚物、乙烯/甲基丙烯酸酯共聚物等聚烯烃系聚合物制成的多孔聚合物膜。

根据示例性实施例，由阳极、阴极及隔膜定义电极电芯，多个电极电芯可层叠定义电极组件。可将电极组件和电解质一起收容在袋内以定义二次电池。根据示例性实施例，所述电解质可采用非水电解液。

非水电解液包括作为电解质的锂盐和有机溶剂，所述锂盐例如用Li

所述有机溶剂例如可包括碳酸丙烯酯(propylene carbonate，PC)、碳酸亚乙酯(ethylene carbonate，EC)、碳酸二乙酯(diethyl carbonate，DEC)、碳酸二甲酯(dimethylcarbonate，DMC)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸甲丙酯、碳酸二丙酯、二甲亚砜、乙腈、二甲氧基乙烷、二乙氧基乙烷、碳酸亚乙烯酯、环丁砜、γ-丁内酯、亚硫酸丙烯酯及四氢呋喃等。这些可单独使用或两种以上组合使用。

电极集流体的至少一侧还可以形成有开槽(notching)部。所述开槽部(未图示)可作为电极极耳提供。所述开槽部可包括从阳极集流体凸出的阳极开槽部(例如，阳极极耳)及从阴极集流体凸出的阴极开槽部(例如，阴极极耳)。

所述电极极耳可与露在所述袋的外部的电极引线102、104电连接。电极引线102、104可包括与所述阳极极耳连接的阳极引线102及与所述阴极极耳连接的阴极引线104。

为了防止电短路，各电极引线102、104的部分区域上可形成有绝缘部件(例如，绝缘带)。各电极引线102、104形成有所述绝缘部件的情况下，所述绝缘部件上可形成有第三导电图案(未图示)。所述第三导电图案可电连接于第一导电部212和第二导电部222形成电路。

在部分实施例中，第一导电部212的一端及/或第二导电部222的一端可露出到袋的外部。

如图1所示，阳极引线102及阴极引线104可配置在电极组件100的彼此相对的两侧部。

如图1所示，电极组件100可具有卷绕型结构。电极组件100例如可具有通过层叠型结构或折叠(folding)得到的果冻卷结构。

如图2所示，可以将第一袋外壳210与第二袋外壳220作为一体准备。该情况下，第一袋外壳210与第二袋外壳220可通过第一周边部214及第二周边部224各自的一侧部连接为一体。将电极组件100收容在收容部216、226内以后，可通过第一周边部214及第二周边部224的其余三个侧部密封第一袋外壳210及第二袋外壳220。

在部分实施例中，阳极引线102及阴极引线104可配置在电极组件100的相同的一侧部。

如图2所示，两个以上的第一导电图案212a可相互平行地配置形成第一导电部212，两个以上的第二导电图案可相互平行地配置形成第二导电部222。

第一导电部212及第二导电部222可形成于各袋外壳210、220的周边部214、224。如图1所示，导电部212、222可形成于周边部214、224的四个侧部。如图2所示，导电部212、222可形成于周边部214、224的四个侧部中袋外壳一体结合的一侧部以外的三个侧部。所述三个侧部形成密封部，各电极引线102、104可与第一袋外壳210及第二袋外壳220的周边部214、224一起被熔接。

在部分实施例中，也可以是第一导电部212及第二导电部222具有相同形状，第一袋外壳210或第二袋外壳220中仅一个外壳包括用于收容电极组件100的收容部。该情况下，可以将不包括电极组件收容部的袋外壳准备成不包括向外部凸出的区域的板形。

各袋外壳210、220可包括内侧树脂层及外侧树脂层，内侧树脂层及外侧树脂层之间还可以包括金属层。所述金属层可包括铝或铝合金。该情况下，容易实现薄型的袋外壳210、220，能够提高袋的耐热性及机械耐久性。

导电部212、222可包含在位于袋外壳210、220的周边部的内侧树脂层。在一个实施例中，导电部212、222可不向袋的内侧方向露出。在一个实施例中，导电部212、222可向袋的内侧方向露出。

所述内侧树脂层可包括具有提高的耐电解液特性的树脂。例如，所述内部树脂层可包括选自聚烯烃树脂、乙烯和丙烯酸的共聚物及丙烯和丙烯酸的共聚物构成的群的至少一种。例如，所述聚烯烃树脂可包括无拉伸聚丙烯、聚丙烯-丁烯-乙烯三元共聚物、聚丙烯、氯化聚丙烯(CPP)树脂、聚乙烯或乙烯丙烯共聚物。

所述外部树脂层可包括聚乙烯、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、尼龙、低密度聚乙烯(LDPE)、高密度聚乙烯(HDPE)或线性低密度聚乙烯(LLDPE)。这些可单独使用或两种以上组合使用。

所述内侧树脂层或外侧树脂层的厚度可分别是5μm至100μm，或10μm至80μm。

在部分实施例中，包含于各袋外壳210、220的导电部212、222还可以位于所述外部树脂层的外侧。

包含于各袋外壳210、220的导电部212、222可包含导电物质，例如可包含金属、金属纳米线、金属氧化物等金属性物质、碳纳米管、石墨烯、导电性聚合物等。

作为所述金属性物质的示例，可包括金(Au)、铂(Pt)、银(Ag)、铝(Al)、铜(Cu)、铬(Cr)、铁(Fe)、镍(Ni)、钛(Ti)、钨(W)、锌(Zn)、铅(Pb)、钯(Pd)、钼(Mo)或其合金。

所述金属氧化物可包括铟锡氧化物(ITO)、铟锌氧化物(IZO)、铟锌锡氧化物(IZTO)、铝锌氧化物(AZO)、镓锌氧化物(GZO)、氟锡氧化物(FTO)、锌氧化物(ZnO)、铟氧化锡-银-铟锡氧化物(ITO-Ag-ITO)、铟锌氧化物-银-铟锌氧化物(IZO-Ag-IZO)、铟锌锡氧化物-银-铟锌锡氧化物(IZTO-Ag-IZTO))、铝锌氧化物-银-铝锌氧化物(AZO-Ag-AZO)等。这些可单独或两组以上组合使用。

所述导电性聚合物可包括聚(3,4-乙烯二氧噻吩)(poly(3,4-ethylenedioxythiophene)，PEDOT)及/或PEDOT:PSS(polystyrenesulfonate)、聚酰亚胺(Polyimid e)、聚吡咯(polypyrrole)、聚噻吩(polythiophene)、聚乙炔(polyacetylene)、聚苯胺(polyaniline)等。

参见图3，第一导电部212及第二导电部222可分别进一步包括第一绝缘体212b及第二绝缘体222b。例如，第一导电图案212a及第一绝缘体212b可交替配置，第二导电图案222a及第二绝缘体222b可交替配置。

在部分实施例中，第一导电图案212a及第一绝缘体212b可具有相同厚度，第二导电图案222a及第二绝缘体222b可具有相同厚度。

在部分实施例中，第一导电图案212a、第二导电图案222a、第一绝缘体212b及第二绝缘体222b可配置成第一袋外壳210及第二袋外壳220接合后，第一导电图案212a的至少一个能够与第二导电图案222a的至少一个接触或电连接。

在部分实施例中，第一导电图案212a、第一绝缘体212b、第二导电图案222a及第二绝缘体222b的厚度可分别是10μm至40μm。在所述范围，能够不导致袋的外侧上形成凹凸且防止导电图案212a、222a受电、机械压力而受损。

在部分实施例中，第一导电图案212a、第一绝缘体212b、第二导电图案222a及第二绝缘体222b的厚度可相同。

在部分实施例中，第一导电图案212a的相隔距离可以是0.1mm至10mm，第二导电图案222a的相隔距离可以是0.1mm至10mm。优选地，第一导电图案212a或第二导电图案222a的相隔距离分别可以是0.5mm至5mm，更优选地，分别可以是1mm至3mm。

在部分实施例中，第一导电图案212a的长度可分别是0.1mm至10mm，第二导电图案222a的长度可分别是0.1mm至10mm。可以将所述长度理解为与周边部214、224平行的方向的长度。优选地，第一导电图案212a或第二导电图案222a各自的长度可以是0.5mm至5mm，更优选地，分别为1mm至3mm。

在所述长度/宽度范围，可在保持透气感测灵敏度的同时确保适当的熔接面积以增大袋的密封强度。

在部分实施例中，第一导电部212可插入到第一袋外壳210的第一周边部214的内侧，向第一周边部214的深度方向的插入深度可以是5μm至10μm。

第二导电部222可插入到第二袋外壳220的第二周边部224的内侧，向第二周边部224的深度方向的插入深度可以是5μm至10μm。

例如，可使用导电部212、222粘贴剂或通过热熔接工艺贴附于袋外壳210、220的周边部214、224的内侧或外侧。

图4及图5分别为示出根据示例性实施例的锂二次电池的袋200接合后状态的简要立体图。

参见图4及图5，第一袋外壳210的第一周边部214和第二袋外壳220的第二周边部224可接合以对袋200进行密封。

根据示例性实施例，形成于第一周边部214的第一导电部212的局部和形成于第二周边部224的第二导电部222的局部可相互重叠。例如，包含于第一导电部212的第一导电图案212a的至少一部分和包含于所述第二导电部222的第二导电图案222a的至少一部分可相互重叠。从而，第一导电部212和第二导电部222可构成作为一体沿着袋200的周边部配置的一个电路。

第一导电图案212a及第二导电图案222a可部分露在袋的外部。施加于第一导电图案212a的露出的末端的电流沿着袋的周边部循环，能够在第二导电图案222a的露出的末端检测到。

如图4所示，通过沿着袋200的周边部214、224的四个侧部形成的电路施加的电流可在周边部214、224循环。

如图5所示，通过形成于袋200的周边部214、224的三个侧部的电路施加的电流可在所述周边部214、224循环。

根据示例性实施例，可通过向由第一导电部212及第二导电部222形成的电路施加电流检查出第一袋外壳210及第二袋外壳220之间的间隔。

图6及图7分别为示出根据部分示例性实施例的锂二次电池的袋发生透气的状态的简要立体图及剖面图。图7为图6的区域A的放大图。

参见图6及图7，在发生袋200完全透气之前，第一导电部212及第二导电部222之间可能会先分离。从而如图7所示，第一导电部212和第二导电部222之间可产生相隔区域SR。

第一导电部212和第二导电部222之间产生间隔的情况下，形成电路的第一导电部212和第二导电部222的接触面积减小，因此电路的电阻值可增大。从而可诱导所述电路内电流值的变化。

发生完全透气的情况下，由第一导电部212及第二导电部222形成的电路可发生完全分离。因此，能够根据施加于电路的电流的回收程度预测袋内部产生的气体量。

根据示例性实施例的电池系统可包括分别包括根据上述示例性实施例的袋200及电极组件100的多个电芯和在所述多个电芯中至少一个电芯的外部向所述第一导电部或所述第二导电部施加电流的电源部。

可通过位于袋的外侧的电流感测传感器(未图示)或电压感测传感器(未图示)感测出从所述电源部施加的电流的变化。所述电流感测传感器可通过测量施加于第一导电部212或第二导电部222的电流的回收量感测在袋的周边部发生的透气。

因此，能够通过非破坏方法检测袋内部气体产生程度、粘贴区域的粘贴强度及耐久度。