用于二次电池的连接元件和包括该连接元件的二次电池

摘要

根据本发明的用于二次电池的连接部包括：金属板，该金属板具有凹进沟槽；焊接图案，该焊接图案具有比金属板的熔点低的熔点并且被形成在凹进沟槽中；以及绝缘层，该绝缘层被形成在金属板的两个表面中的至少一个上，以便覆盖形成焊接图案的区域。根据本发明，当过电流发生时，不仅能够快速地切断过电流，而且能够防止当用于二次电池的连接部断开时由可能发生的火花引起二次损坏。

权利要求

1.一种用于二次电池的连接元件，包括：

金属板，所述金属板具有凹进沟槽，所述凹进沟槽具有第一部分和第二部分；

焊接图案，所述焊接图案具有比所述金属板低的熔点，并且所述焊接图案被形成在所述凹进沟槽的所述第二部分内；以及绝缘层，所述绝缘层被形成在所述金属板的两个表面中的至少一个表面上，并且所述绝缘层覆盖形成所述焊接图案的区域，其中，所述绝缘层被形成在所述凹进沟槽的所述第一部分内，其中，所述金属板的顶表面和所述绝缘层的顶表面形成相同的平面，其中，所述绝缘层由选自如下组的至少一种材料制成，所述组由包括陶瓷和增强树脂的绝缘材料组成。

2.根据权利要求1所述的用于二次电池的连接元件，其中，所述凹进沟槽沿着所述金属板的横向方向形成。

3.根据权利要求1所述的用于二次电池的连接元件，其中，所述焊接图案由包含锡(Sn)和铜(Cu)而不含铅(Pb)的无铅焊接材料制成。

4.根据权利要求3所述的用于二次电池的连接元件，其中，所述锡的含量处于65.0wt％至99.9wt％的范围中，并且所述铜的含量处于0.01wt％至35.0wt％的范围中。

5.根据权利要求4所述的用于二次电池的连接元件，其中，所述焊接图案是由进一步包括选自如下组的至少一种另外的金属的所述焊接材料制成，所述组由镍(Ni)、锌(Zn)以及银(Ag)组成。

6.根据权利要求5所述的用于二次电池的连接元件，其中，所述另外的金属的含量处于

0.01wt％至20.0wt％的范围中。

7.根据权利要求1所述的用于二次电池的连接元件，其中，所述焊接图案由具有从100℃至250℃的熔点的焊接材料制成。

8.一种电池模块，包括：

至少一个电池单体；模块壳体，所述模块壳体容纳所述电池单体；外部端子，所述外部端子被突出地设置于所述模块壳体的外部；以及汇流条，所述汇流条将所述电池单体和所述外部端子连接，其中，根据权利要求1所述的用于二次电池的连接元件被应用为被安装于在所述电池模块中流动的电流的路径上的连接元件。

9.根据权利要求8所述的电池模块，其中，根据权利要求1所述的用于二次电池的连接元件被应用为所述汇流条。

10.根据权利要求8所述的电池模块，进一步包括：引线端子，所述引线端子被连接到所述外部端子，其中，根据权利要求1所述的用于二次电池的连接元件被应用为所述引线端子。

11.一种电池组，通过将多个电池模块连接来实现所述电池组，每一个电池模块包括：至少一个电池单体；模块壳体，所述模块壳体容纳所述电池单体；外部端子，所述外部端子被突出地设置于所述模块壳体的外部；以及汇流条，所述汇流条将所述电池单体和所述外部端子连接，其中，根据权利要求1所述的用于二次电池的连接元件被应用为被安装于在所述电池组中流动的电流的路径上的连接元件。

12.根据权利要求11所述的电池组，进一步包括：互连条，所述互连条将相邻的电池模块连接，

其中，根据权利要求1所述的用于二次电池的连接元件被应用为所述互连条。

13.根据权利要求11所述的电池组，其中，根据权利要求1所述的用于二次电池的连接元件被应用为所述汇流条。

14.根据权利要求11所述的电池组，进一步包括：引线端子，所述引线端子被连接到所述电池组的所述外部端子，其中，根据权利要求1所述的用于二次电池的连接元件被应用为所述引线端子。

说明书

用于二次电池的连接元件和包括该连接元件的二次电池

技术领域

[0001] 本公开涉及一种二次电池技术，并且更加特别地，涉及一种用于提高二次电池的安全性的用于二次电池的连接元件以及一种包括该连接元件的二次电池。

[0002] 本申请要求于2013年5月20日在韩国提交的韩国专利申请No.10-2013-0056540的优先权，其全部内容通过引用被合并于此。

背景技术

[0003] 随着诸如摄像机、移动电话、便携式计算机等的便携式电动产品的日益增长的使用，被主要用作它们的能源的二次电池的重要性日益增加。

[0004] 与一次性使用的原电池相反，二次电池是可再充电的并且在例如数码相机、蜂窝电话、膝上型计算机、电动工具、电动自行车、电动车辆、混合动力车辆、大容量蓄能系统等的高技术领域中进行非常积极地研究。

[0005] 特别地，当与诸如铅蓄电池、镍镉电池、镍氢电池以及镍锌电池的其它传统的二次电池相比较时，锂二次电池具有每单位重量的高能量密度，并且允许快速充电，并且因此，其使用处于上升趋势。

[0006] 锂二次电池具有高于或者等于3.6V的工作电压并用作便携式电子设备或者诸如电动车辆、混合动力车辆、电动工具、电动自行车、蓄能系统以及通过串联地或者并联地连接多个电池的不间断电源(UPS)的高输出装置的电源。

[0007] 锂二次电池具有高出镍镉电池或镍氢电池的工作电压三倍的工作电压和每单位重量的能量密度的优异特性，并且因此，被越来越多地使用。

[0008] 基于电解质的类型，锂二次电池可以分成使用液态电解质的锂离子电池和使用固态聚合物电解质的锂离子聚合物电池。而且，基于固态聚合物电解质的类型，锂离子聚合物电池可以划分成不含有电解液的全固态锂离子聚合物电池和使用含有电解液的凝胶式聚合物电解质的锂离子聚合物电池。

[0009] 使用液态电解质的锂离子电池通常使用呈圆柱形或棱柱形形状的金属罐，该金属罐被用于通过焊接而气密地密封的容器。使用该金属罐作为容器的罐状二次电池具有固定的形状，这具有对使用该罐状二次电池作为电源的电动产品的设计和其体积减少的限制。因此，已开发和使用了通过将电极组件和电解质放入到由膜制成的袋状壳体中并然后形成密封而制造的袋状二次电池。

[0010] 然而，锂二次电池当过热时具有爆炸的风险，因此，确保安全性是主要任务之一。锂二次电池的过热由于各种因素而发生，并且这些因素中的一个是超过极限的过电流流过锂二次电池。当过电流流动时，锂二次电池通过焦耳热产生热，并且电池内部的温度上升。
而且，迅速的温度升高引起电解质溶液的分解反应并导致热失控(thermal runaway)，并且最后，导致电池爆炸。由于尖锋的金属物体刺穿锂二次电池或者介于阴极和阳极之间的隔离器的收缩引起的阴极和阳极之间的绝缘击穿，或者由于外部充电电路或者被连接的负载的异常情况，当冲击电流(rush current)被施加到电池时，过电流发生。

[0011] 因此，为了保护锂二次电池免于诸如发生过电流的异常情形，结合保护电路使用电池，并且作为保护电路，通常使用熔断装置，在过电流的情形中，该熔断装置不可逆地断开充电或者放电电流流过的线路。

[0012] 图1是图示在被连接到锂二次电池的保护电路的构造中的熔断装置的布局和工作机制的电路图。

[0013] 如在附图中所示，保护电路包括：熔断装置1，当过电流发生时该熔断装置1保护二次电池；感测电阻2，该感测电阻2感测过电流；微处理器3，该微处理器3监控过电流的发生并且当过电流发生时操作熔断装置1；以及开关4，该开关4执行切换操作以将操作电流流入到熔断装置1中。

[0014] 熔断装置1被安装在被连接到电池组B的最外端子的主线上。该主线表示电线，充电电流或放电电流流过该电线。在附图中，将熔断装置1图示为被安装在高电位线(Pack+)上。

[0015] 熔断装置1是三端子元件，其中两个端子被连接到充电或放电电流流过的主线，并且剩下的一个端子被连接到开关4。而且，在内部上，该熔断装置1包括：保险丝1a，该保险丝1a被直接连接到主线并且在特定的温度下被熔化以断开；和电阻器1b，该电阻器1b将热施加到保险丝1a。

[0016] 微控制器3通过定期地检测跨越感测电阻器2的两端的电压来监控过电流是否发生，并且当检测到过电流的发生时，接通开关4。然后，流过主线的电流被旁通以朝向熔断装置1流动并且被施加到电阻器1b。因此，从电阻器1b产生的焦耳热被传递到保险丝1a并且保险丝1a的温度增加，并且当保险丝1a的温度达到断开的熔化温度时，保险丝1a被熔断，因此，主线被不可逆地断开。当主线被断开时，过电流不再流动并且由过电流引起的问题可以被解决。

[0017] 然而，上述现有技术具有多个问题。即，当在微处理器3中发生失效时，即使在过电流发生的情形下开关4也不被接通。在该的情况下，过电流没有流入到熔断装置1的电阻器1b中并且熔断装置1没有操作。而且，需要用于在保护电路内设置熔断装置1的单独空间，用于控制熔断装置1的操作的程序算法应加载在微控制器3中。因此，存在保护电路的空间效率被降低并且微处理器3的负载增加的缺点。

发明内容

[0018] 技术问题

[0019] 设计本公开以解决上述问题，并且因此，本公开旨在提供一种用于二次电池的新型连接元件以及一种包括该新型连接元件的二次电池，其中，与保护电路的主动型过电流切断功能不同，需要该新型连接元件来实现二次电池本身中的被动型过电流切断功能。

[0020] 然而，本公开的目的不限于上述目的，并且从下面的描述中对于本领域的技术人员来说本公开的其它目的将会变得显而易见。

[0021] 技术解决方案

[0022] 在寻求提高锂二次电池的安全性的解决方案时，发明人发现，当将低熔点的焊接材料层嵌入到汇流条，即，一种被应用于电池模块的连接元件中，并且在该焊接材料层上形成具有绝缘性质的陶瓷涂层时，在没有任何副作用的情况下，可以解决由过电流引起的安全性问题。

[0023] 而且，发明人发现，具有新结构的这样的元件可以被用作通用元件，该通用元件不仅可以替换汇流条而且替换被布置在二次电池的电流流动路径上的各种元件，即，连接元件，并且完成本发明。

[0024] 为了实现上述目的，根据本公开的用于二次电池的连接元件包括：金属板，该金属板具有凹进沟槽；焊接图案，该焊接图案具有比金属板低的熔点并且被形成在凹进沟槽内；以及绝缘层，该绝缘层被形成在金属板的两个表面中的至少一个表面上，并且覆盖形成焊接图案的区域。

[0025] 凹进沟槽可以沿着金属板的横向方向形成。

[0026] 焊接图案可以由包含锡(Sn)和铜(Cu)而不含铅(Pb)的无铅焊接材料制成。

[0027] 锡的含量可以处于65.0wt％至99.9wt％的范围中，并且铜的含量可以处于0.01wt％至35.0wt％的范围中。

[0028] 焊接图案可以是由进一步包括选自如下组的至少一种另外的金属的焊接材料制成，该组由镍(Ni)、锌(Zn)以及银(Ag)组成。

[0029] 另外的金属的含量可以是处于0.01wt％至20.0wt％的范围中。

[0030] 焊接图案可以是由具有从100℃至250℃的熔点的焊接材料制成。

[0031] 绝缘层可以被形成在凹进沟槽内。

[0032] 金属板的表面和绝缘层的表面可以形成相同的平面。

[0033] 绝缘层可以被形成在凹进沟槽的外部。

[0034] 金属板的表面和焊接图案的表面可以形成相同的平面。

[0035] 绝缘层可以同时覆盖金属板的表面和焊接图案的表面。

[0036] 绝缘层可以是由选自如下组的至少一种材料制成，该组由包括陶瓷和增强树脂的绝缘材料组成。

[0037] 同时，为了实现上述目的，根据本公开的电池模块包括：至少一个电池单体；模块壳体，该模块壳体容纳电池单体；外部端子，该外部端子被突出地设置于模块壳体的外部；以及汇流条，该汇流条连接电池单体和外部端子，并且用于二次电池的连接元件被应用为被安装于在电池模块中流动的电流的路径上的连接元件。

[0038] 用于二次电池的连接元件可以应用为汇流条。

[0039] 电池模块可以进一步包括引线端子，该引线端子被连接到外部端子，并且在该情况下用于二次电池的连接元件可以应用为引线端子。

[0040] 而且，借助于根据本公开的电池组可以实现以上目的，并且通过连接多个电池模块实现根据本公开的电池组，每一个电池模块均包括：至少一个电池单体；模块壳体，该模块壳体容纳电池单体；外部端子，该外部端子被突出地设置于模块壳体的外部；以及汇流条，该汇流条连接电池单体和外部端子，并且用于二次电池的连接元件应用为被安装于在电池组中流动的电流的路径上的连接元件。

[0041] 电池组可以进一步包括互连条，该互连条连接相邻的电池模块，并且在该情况下，用于二次电池的连接元件可以应用为互连条。

[0042] 用于二次电池的连接元件可以应用为汇流条。

[0043] 电池组可以进一步包括引线端子，该引线端子被连接到电池组的外部端子，并且在该情况下，用于二次电池的连接元件可以应用为引线端子。

[0044] 有利效果

[0045] 根据本公开的方面，当过电流流过用于二次电池的连接元件时，通过局部发热区域的断开可以快速地切断过电流流动。

[0046] 根据本公开的另一方面，连接元件可以具有相对小的电阻值、高强度以及高延展性，同时通过焊料层的成分调节具有快速的断开性质。

[0047] 根据本公开的又一方面，被装备有绝缘层的连接元件可以防止当被断开时诸如由火花等等引起的短路的二次电池损坏的发生。

附图说明

[0048] 附图图示本公开的优选实施例并且连同前述的公开一起，用于提供本公开的技术精神的进一步理解，并且因此，本公开没有被解释为受限于附图。

[0049] 图1是图示在被连接到锂二次电池的保护电路的配置中的熔断装置的布局和操作机制的电路图。

[0050] 图2是图示根据本公开的示例性实施例的用于二次电池的连接元件的透视图。

[0051] 图3是图示图2的用于二次电池的连接元件的侧视图。

[0052] 图4是图示如下情况的侧视图，即其中绝缘层被形成在图3的用于二次电池的连接元件中的不同区域处。

[0053] 图5是图示根据本公开的另一示例性实施例的用于二次电池的连接元件的透视图。

[0054] 图6是图示图5的用于二次电池的连接元件的侧视图。

[0055] 图7是图示如下情况的侧视图，即其中绝缘层被形成在图6的用于二次电池的连接元件的不同区域处。

[0056] 图8和图9是图示根据本公开的示例性实施例的电池模块的平面图。

[0057] 图10至图12是图示根据本公开的示例性实施例的电池组的平面图。

具体实施方式

[0058] 在下文中，将会参考附图详细地描述本公开的优选实施例。在描述之前，应理解的是，在说明书和所附权利要求书中使用的术语不应被解释为限制于通常的和字典的意思，而是基于允许发明人为了最佳地解释适当地限定术语的原理基于与本公开的技术方面相对应的意义和概念进行解释。因此，仅为了说明目的在此提出的描述就是优选的示例，而不是旨在限制本公开的范围，因此应理解，在不脱离本公开的精神和范围的情况下可以对其作出其它的等同物和变型。

[0059] 首先，参考图2至图4描述根据本公开的示例性实施例的用于二次电池的连接元件10。

[0060] 图2是图示根据本公开的示例性实施例的用于二次电池的连接元件的透视图，图3是图示图2的用于二次电池的连接元件的侧视图，并且图4是图示其中绝缘层被形成在图3的用于二次电池的连接元件的不同区域处的情况的侧视图。

[0061] 首先，参考图2和图3，根据本公开的示例性实施例的用于二次电池的连接元件10包括金属板11、焊接图案12以及绝缘层13。

[0062] 金属板11是薄板状金属，并且包括凹进沟槽11a，该凹进沟槽11a沿着横向方向从表面以预定的深度形成。

[0063] 金属板11通常是由铜(Cu)或者铝(Al)制成，但是用于本公开的金属板11的材料不限于此并且可以应用各种导电金属材料。

[0064] 材料类型可以基于被结合到金属板11的部件的材料而改变。即，与用于被结合到金属板11的部件的材料相同的用于金属板11的材料可以在焊接性能提高和接触电阻最小化方面具有优势。

[0065] 焊接图案12是由具有比金属板11低的导电性和低的熔点的合金制成，并且被结合在形成在金属板11中的凹进沟槽11a内。当由于短路等等过电流在二次电池中流动时，焊接图案12快速地熔化以形成电流流过的具有小的横截面面积的区域A(在下文中被称为局部发热区域)，以引起用于二次电池的连接元件10的断开。

[0066] 用于焊接图案12的合金具有在大约100℃至250℃的范围内的熔点，并且可以包括含有作为主要物质的锡(Sn)和铜(Cu)的无铅合金，而不具有对环境和人体有害的铅(Pb)。

[0067] 考虑到预期中断的过电流的水平，设置用于焊接图案12的合金的熔点范围。当合金的熔点小于100℃时，即使当正常的电流流过应用熔断单元20的二次电池时，也可以熔化合金。而且，当合金的熔点高于250℃时，合金的熔化不是快速的并且从而过电流没有被有效地中断。

[0068] 在合金的物质当中，锡影响合金的熔点和拉伸强度特性。锡的含量被调节为大约80wt％或者更高，优选地在85wt％至98wt％的范围中，使得合金可以具有良好的拉伸强度，同时具有在大约100℃至250℃的范围中的熔点。铜用于提高合金的导电率，并且考虑到该功能，铜的含量被调节在大约2wt％至20wt％的范围内，优选地大约4wt％至15wt％的范围内。在此，wt％是基于用于焊接图案12的合金的总重量的单位并且在下文中将会同等地应用。

[0069] 绝缘层13被形成在金属板11的两个表面中的至少一个表面上，覆盖形成焊接图案12的区域，即，局部发热区域A，并且可以由选自如下组的至少一种材料制成，该组由包括陶瓷和增强树脂的绝缘材料组成。

[0070] 被形成在金属板11的上表面上的绝缘层13可以被形成在凹进沟槽11a内，并且在该情况下，金属板11的表面和绝缘层13的表面可以形成相同的平面。

[0071] 此外，如图3中所示，被形成在金属板11的下表面上的绝缘层13可以被形成在金属板11的整个下表面上，但是如在图4中所示，可以被形成在金属板13的下表面的仅一部分上。然而，即使在该情况下，绝缘层13也被优选地形成为覆盖局部发热区域A。

[0072] 如上所述，绝缘层13被形成在金属板11的上表面和下表面中的至少一个表面上并且覆盖局部发热区域A，并且可以防止由当用于二次电池的连接元件10被断开时可能发生的火花引起的二次损坏。

[0073] 即，当用于二次电池的连接元件10以局部发热区域A作为中心被断开时，火花可能发生，并且由于这样的火花，外围部件可能被损坏，并且当被熔化的合金材料与火花一起飞溅到外围部件时，存在短路风险。

[0074] 因此，当绝缘层13具有比凹进沟槽11a和焊接图案12的宽度w1大的宽度w2时，可以防止将火花直接地飞溅到外围部件或者将被熔化的合金材料飞溅到外围部件。

[0075] 此外，绝缘层13沿着相对于凹进沟槽11a的纵向方向(表示基于图3的左/右方向)连接彼此间隔开的金属板的第一部分和第二部分，从而提高用于二次电池的连接元件10的机械强度。

[0076] 如在前述中所描述的，根据本公开的示例性实施例的用于二次电池的连接元件10具有下述结构，即其中，具有第一厚度t1的焊接图案12和具有第二厚度t2的绝缘层12被嵌入到金属板11上，从而快速地中断过电流。

[0077] 即，在局部发热区域A中，金属板11的厚度t3小于周围区域的厚度t1+t2+t3，并且当低熔点的焊接图案t2被熔化时，在局部发热区域A内的金属板11中的发热被加速并且从而将用于二次电池的连接元件10断开，使得过电流被中断。

[0078] 而且，金属板11的至少一个表面上的覆盖局部发热区域A的绝缘层13可以防止由当元件断开时可能发生的火花引起的二次损坏。

[0079] 像这样，借助于用于二次电池的连接元件10的帮助，过电流可以被快速地中断并且由于断开可能发生的二次损坏也可以被防止，从而确保使用中的二次电池的安全性。

[0080] 随后，参考图5至图7描述根据本公开的另一示例性实施例的用于二次电池的连接元件20。

[0081] 图5是图示根据本公开的另一示例性实施例的用于二次电池的连接元件的透视图，图6是图示图5的用于二次电池的连接元件的侧视图，并且图7是图示其中绝缘层被形成在图6的用于二次电池的连接元件的不同区域处的情况的侧视图。

[0082] 根据本公开的另一示例性实施例的用于二次电池的连接元件20具有与根据先前的实施例的用于二次电池的连接元件10大体上相同的构造，不同之处在于绝缘层13被形成在金属板11的上表面上的位置。

[0083] 因此，在根据本公开的另一示例性实施例的用于二次电池的连接元件20的描述中，仅提供绝缘层13被形成在金属板11的上表面上的位置的描述并且在此省略与先前的实施例重叠的描述。

[0084] 参考图5和图7，在根据本公开的另一示例性实施例的用于二次电池的连接元件20中采用的绝缘层13可以被形成在凹进沟槽11a外部。在该情况下，被填充在凹进沟槽11a中的焊接图案12的表面可以与金属板11的表面形成相同的平面，并且绝缘层13可以被涂覆以同时覆盖金属板11和焊接图案12的表面。

[0085] 根据本公开的另一示例性实施例的用于二次电池的连接元件20的优异效果与先前的实施例的连接元件10大体相同，并且在此省略其详细描述。

[0086] 随后，参考图8和图9描述根据本公开的示例性实施例的电池模块M。

[0087] 图8和图9是图示根据本公开的示例性实施例的电池模块的平面图。

[0088] 参考图8和图9，根据本公开的示例性实施例的电池模块M包括：至少一个电池单体(未示出)；模块壳体C，该模块壳体C容纳电池单体；外部端子，该外部端子被突出地设置到模块壳体C的外部；以及汇流条40，该汇流条40连接电池单体和外部端子30。

[0089] 根据本公开的用于二次电池的连接元件10和20被应用于被安装在电池模块M中流动的电流的路径上的连接元件中的至少一个。

[0090] 即，例如，连接元件10和20可以被应用为被安装在电池模块M中的汇流条40(参见图8)。

[0091] 而且，电池模块M可以进一步包括引线端子60，该引线端子60被连接到外部端子30，并且连接元件10和20也可以应用为引线端子60。

[0092] 随后，参考图10至图12描述根据本公开的示例性实施例的电池组P。

[0093] 图10至图12是图示根据本公开的示例性实施例的电池组的平面图。

[0094] 参考图10至图12，通过连接先前描述的多个电池模块M实施根据本公开的示例性实施例的电池组P，并且借助于互连条50可以连接相邻的电池模块M。即，互连条50可以通过例如连接相邻的电池模块M中的每一个的外部端子来电连接电池模块。

[0095] 电池组P具有与前述电池模块M类似的结构，即其中根据本公开的用于二次电池的连接元件10和20被应用于被安装在电池组P中流动的电流的路径上的连接元件中的至少一个。

[0096] 即，连接元件10和20可以被应用为被装备在电池组P中的汇流条40和/或互连条50以及/或者引线端子60。

[0097] 如在前述中所描述的，根据本公开的电池模块M和电池组P具有如下结构，即其中根据本公开的连接元件10和20被应用于被安装在电流的路径上的连接元件，从而快速地和安全地中断电流。

[0098] 在上文中，已经详细地描述了本公开。然而，应理解的是，仅通过图示给出详细描述和具体的示例，同时指示本公开的优选实施例，这是因为从该详细的描述对于本领域的技术人员来说本公开的精神和范围内的各种改变和变型将会变得显而易见。