JP2000048801A - 二次電池のキャップアセンブリおよび二次電池の電流遮断機 - Google Patents

二次電池のキャップアセンブリおよび二次電池の電流遮断機

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JP2000048801A JP11168468A JP16846899A JP2000048801A JP 2000048801 A JP2000048801 A JP 2000048801A JP 11168468 A JP11168468 A JP 11168468A JP 16846899 A JP16846899 A JP 16846899A JP 2000048801 A JP2000048801 A JP 2000048801A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は電流遮断機の一側に機械的な脆弱部
を形成することにより、その脆弱部が規定圧力以上で破
裂して電流の流れを遮断させて、作動圧力をより容易、
かつ正確に設定することができ、発熱および爆発からの
電池の安定性を確保することができる二次電池のキャッ
プアセンブリを提供する。 【解決手段】 プレート１４およびその下側に設けられ
る電流遮断機８２を含んでおり、該電流遮断機８２が前
記プレート１４に堅固に固定されるブリッジと、該ブリ
ッジの周りに設けられるノッチ８２０とからなる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は電池の異常作動とか
過充電により、内部の圧力が規定された圧力以上に上昇
する場合に、電流の流れを遮断して発熱および爆発を防
止し、電池の安全性を確保することができる二次電池の
キャップアセンブリおよび二次電池の電流遮断機に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】二次電池は再充電、小型化および大容量
化ができるものであり、その代表的なものとして、ニッ
ケル水素（Ｎｉ−ＭＨ）電池、リチウム（Ｌｉ）電池ま
たはリチウムイオン（Ｌｉ−ｉｏｎ）電池が使用されて
いる。
【０００３】このような二次電池として広く知られたリ
チウムイオン電池は、正極の活物質としてリチウム−遷
移金属酸化物が使用され、負極の活物質として炭素また
は炭素複合体が用いられ、そのあいだに有機溶媒にリチ
ウム塩を溶かした液体電解質が注入されている。このリ
チウムイオン電池は、前記正極と負極のあいだにリチウ
ムイオンが移動して起電力が発生し、充電または放電を
行なう。
【０００４】図６は、従来のリチウムイオン電池の構造
を示している。リチウムイオン電池は、正極、セパレー
タおよび負極がともに巻き取られた電極ロール２を液体
電解質とともに前記負極と接続されたカン４の内部に収
納し、そのカン４の上部にはガスケット６を介して絶縁
され、前記正極と接続されたキャップアセンブリ８が設
けられる構成からなる。
【０００５】前記キャップアセンブリ８は、キャップカ
バー１０、電流制限機１２および安全弁を備えるプレー
ト１４の順に積層され、安全弁を備えたプレート１４の
下部に絶縁体１６を介して電流遮断機１８が付着されて
カン４の上部をクリンプ（Crimping）することによりア
センブリされ、カン４を密封している。電流遮断機１８
には正極リッド２０が組立前に熔接されている。
【０００６】このように構成されたリチウムイオン電池
は、電池の異常作動とか過充電時、陽極で電解液の分解
が起り、陰極でリチウム金属が析出してショートするこ
とがある。このとき、内部の圧力が規定された圧力以上
に上昇して発熱および爆発の危険性がある。
【０００７】このような問題を解決するために、従来の
リチウムイオン電池の電流遮断機１８は、安全弁を備え
るプレート１４との熔接結合が規定された内部圧力以上
で分離して電流の流れを遮断し、安全性を確保してい
る。
【０００８】しかしながら、従来の電流遮断機１８の作
動圧力は安全弁を備えるプレート１４との熔接圧力によ
り決まるが、技術的に前記作動圧力を正確に合わせにく
いという問題があり、とくに誤動作時に電池が爆発する
危険性もある。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】本発明は前記問題を解
決するために、電流遮断機の一側に機械的な脆弱部を形
成することにより、その脆弱部が規定圧力以上で破裂し
て電流の流れを遮断させて、作動圧力をより容易、かつ
正確に設定することができ、発熱および爆発からの電池
の安定性を確保することができる二次電池のキャップア
センブリおよび二次電池の電流遮断機を提供することを
目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】前記目的を実現するため
に、本発明のキャップアセンブリは、プレートおよびそ
の下側に設けられる電流遮断機を含んでおり、該電流遮
断機が前記プレートに堅固に固定される固定部と、該固
定部の周りに設けられる機械的な脆弱部とからなる。
【００１１】前記プレートに対する固定部の結合力は機
械的な脆弱部の破裂力より大きくて、望ましくは、この
機械的な脆弱部は７〜１５ｋｇｆ／ｃｍ2の圧力で破裂
される深さで形成される。
【００１２】前記機械的な脆弱部は固定部の周りに設け
られるノッチを包含している。
【００１３】望ましくは、前記電流遮断機は、貫通孔
と、貫通孔に連結され、両端にノッチが形成されたブリ
ッジを備えており、該ブリッジの両端に形成されたノッ
チが前記機械的な脆弱部であり、前記ブリッジの部分が
前記固定部である。
【００１４】また望ましくは、前記電流遮断機は、前記
固定部の周りに円形ノッチが形成されており、前記固定
部が円形ノッチで破裂されて電流遮断機の余り部分と分
離される。
【００１５】前記電流遮断機の機械的な脆弱部は薄膜で
ある。
【００１６】また本発明の電流遮断機は、プレートに固
定される第１部分と、その第１部分の周りに設けられる
第２部分と、前記第１部分と第２部分を連結し、プレー
トを押し上げる一定レベルの圧力以下で破裂される第３
部分とからなる。
【００１７】さらに本発明の電流遮断機は、二つの孔が
ディスクの中央に対して互いに対向して位置する複数の
孔と、ディスクの余り部分より弱い機械的な強度をも
つ、二つの孔のあいだの一定部分とを有するディスクか
らなる。
【００１８】
【発明の実施の形態】以下、本発明を実現するための望
ましい実施の形態を添付された図面に基づいて詳細に説
明する。本発明を説明するにあたり、従来技術の説明で
用いた図と同一の本発明の構成に対しては説明の明瞭性
のために同一の符号を使用する。
【００１９】図１は本発明の第１の実施の形態にかかわ
るキャップアセンブリの構成を示す断面図である。図１
に示されるように、本発明にかかわる二次電池は、正
極、負極およびセパレータがともに巻き取られて収納さ
れるカン４と、そのカン４の開口に挿入されたガスケッ
ト６を介して絶縁された状態に結合されるキャップアセ
ンブリ８０とからなっている。
【００２０】キャップアセンブリ８０は、キャップカバ
ー１０、電流制限機１２および安全弁１４１を備えるプ
レート１４の順に積層され、その下部には絶縁体１６を
介して、ディスクである電流遮断機が熔接結合される構
造からなる。
【００２１】このように構成されたキャップアセンブリ
８０において、電流遮断機は、プレート１４に固定され
る第１部分と、前記第１部分の周りに設けられる第２部
分と、前記第１部分と第２部分を連結し、プレート１４
を押し上げる一定レベルの圧力以下で破裂される第３部
分とからなり、本実施の形態では、電流遮断機８２は、
安全弁を備えるプレート１４の下側に一体になる程度で
堅固に熔接されている。本実施の形態の電流遮断機８２
は、前記プレート１４の下側に熔接される固定部である
ブリッジ８２６と、該ブリッジ８２６の周りに所定の圧
力以上で破裂され、その形成の深さにしたがって破裂圧
力が調整される機械的な脆弱部であるノッチ８２０とを
形成した構成にされている。
【００２２】図２は第１の実施の形態の電流遮断機を拡
大した底面斜視図である。図２に示されるように、第１
の実施の形態の電流遮断機８２は、電池内部の圧力が安
全弁を備えるプレート１４に直接作用するようにするた
めに、通気孔８２２を備えるとともに、その内側に破裂
圧力をより容易に設定するために貫通孔８２４を形成し
ている。貫通孔８２４の真ん中にはブリッジ８２６が連
結されており、そのブリッジ８２６の両端にノッチ８２
０が形成されている。ノッチ８２０の形状にしたがっ
て、作動圧力の設定がより容易、かつ正確に調整でき
る。なお、本発明においては、貫通孔が通気孔の役割を
することができるため、該通気孔を省くこともできる。
【００２３】このように構成された電流遮断機８２は、
正極リッド２０と熔接されたのち、カン４の上側開口に
ガスケット６を介して安全弁を備えたプレート１４、電
流制限機１２およびキャップカバー１０とともに積層す
るとともに、カン４の内部に液体電解質を注入したの
ち、真空を維持した状態で開口をクリンプすることによ
り組み立てられている。
【００２４】図３は本実施の形態の電流遮断機８２の作
動状態を示している。二次電池は異常作動とか過充電
時、陽極で電解液の分解が起り、陰極でリチウム金属が
析出される。このとき、内部の圧力が規定された圧力以
上に上昇する。
【００２５】図２〜３に示されるように本実施の形態が
適用された二次電池においては、電池の内部で上昇した
圧力は電流遮断機８２の通気孔８２２と貫通孔８２４を
通じて安全弁を備えるプレート１４を押し上げ、その圧
力が規定以上に上昇すると、電流遮断機８２のノッチ８
２０が破裂する。この場合、電流遮断機８２は、安全弁
を備えたプレート１４と堅固に熔接されているので、図
３に示されるように機械的に弱いノッチ８２０の境界部
が破裂されて他の部分と離脱および分離されることによ
り、電流の流れを遮断することができる。
【００２６】ここで、第１の実施の形態のノッチ８２０
は、前記プレート１４を押し上げる一定レベルの圧力以
下で破裂するものであり、電池内部の圧力が７〜１５ｋ
ｇｆ／ｃｍ2で破裂するような深さに形成されるのが望
ましい。また、これに限定されるものではなく、電池の
特性により５ｋｇｆ／ｃｍ2程度の低い圧力で破裂する
ようにすることもできる。
【００２７】図４は本発明の第２の実施の形態の電流遮
断機を示している。
【００２８】図４に示されるように、第２の実施の形態
の電流遮断機８２は、電流遮断機８２の固定部８２８の
周りに円形ノッチ８２０ａが形成されており、円形ノッ
チの部分で破裂することにより、前記固定部８２８が電
流遮断機８２の余り部分８３０と分離するものである。
【００２９】ここで、第２の実施の形態の電流遮断機８
２では、第１の実施の形態と違って、電流遮断機８２の
真ん中に貫通孔８２４がない形態で円周上に繋がってい
るため、円形ノッチの破断部位の断面積が増加して、よ
り高い圧力で破裂する。
【００３０】なお、前記ノッチ８２０および円形ノッチ
８２０ａに代えて、機械的な脆弱部として、電流遮断機
から固定部が分離されて、除かれた周辺の余り部分の厚
さより薄い薄肉部とすることができる。
【００３１】図５は本発明の第３の実施の形態の電流遮
断機を示している。
【００３２】図５に示されるように、第３の実施の形態
の電流遮断機８２は、電流遮断機８２から分離される固
定部８２８ａが余り部分８３０と一体に形成されておら
ず、固定部８２８ａと余り部分８３０とのあいだのギャ
ップを架橋する薄膜８３２によって連結されるものであ
る。
【００３３】したがって、この実施の形態においては、
前記薄膜８３２の厚さにより破裂圧力を規定および調整
することができる。ここで、薄膜の物質としては望む圧
力で破れるものが使用できる。また前記薄膜８３２は電
流遮断機８２の上部または下部に設けられる。
【００３４】なお、本発明においては、電流遮断機とし
て、二つの孔をディスクの中央に対して互いに対向して
位置する複数の孔と、ディスクの余り部より弱い機械的
強度をもつ、二つの孔のあいだの一定部分とを有するデ
ィスクとすることができる。
【００３５】このとき、前記一定部分としては、前記実
施の形態と同様に、ノッチとすることができるが、電流
遮断機の余り部分より薄くしたり、または薄膜にしたり
することもできる。また前記一定部分は７〜１５ｋｇｆ
／ｃｍ2の圧力で破裂するのが好ましい。
【００３６】
【発明の効果】以上のように、本発明は従来の問題を実
質的に解決している。
【００３７】すなわち、本発明は電流遮断機と安全弁を
備えるプレートを相互に堅固に熔接し、その固定部の周
りに機械的に弱い脆弱部を形成することによって、作動
圧力を容易、かつ正確に設定する効果を得ることができ
る。
【００３８】また、本発明は単純に脆弱部を形成するこ
とができるので、製造工程が容易に実現され、電流遮断
機と安全弁を備えるプレートおよびキャップアセンブリ
の信頼性を向上させる効果を得ることができるし、望ま
しくは発熱および爆発に対する安全性を確保する効果を
得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態にかかわる二次電池
のキャップアセンブリの構成を示す断面図である。
【図２】第１の実施の形態の要部である電流遮断機を拡
大した底面斜視図である。
【図３】第１の実施の形態による電流遮断機の作動状態
図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態にかかわる電流遮断
機を示す斜視図である。
【図５】本発明の第３の実施の形態にかかわる電流遮断
機を示す断面図である。
【図６】従来の二次電池のキャップアセンブリの構成を
示す断面図である。
【符号の説明】
２ 電極ロール ４ カン ６ ガスケット １０ キャップカバー １４ 安全弁を備えるプレート １６ 絶縁体 ８２ 電流遮断機 １４１ 安全弁 ８２０ ノッチ ８２２ 通気孔 ８２４ 貫通孔 ８２６ ブリッジ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 金 亨洙 大韓民国忠清南道天安市星井２洞655−４ 104号

Claims (18)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 プレートおよびその下側に設けられる電
    流遮断機を含んでおり、該電流遮断機が前記プレートに
    堅固に固定される固定部と、該固定部の周りに設けられ
    る機械的な脆弱部とからなる二次電池のキャップアセン
    ブリ。
  2. 【請求項２】 前記プレートに対する固定部の結合力
    は、機械的な脆弱部の破裂力より大きいことを特徴とす
    る請求項１記載の二次電池のキャップアセンブリ。
  3. 【請求項３】 前記機械的な脆弱部が７〜１５ｋｇｆ／
    ｃｍ2の圧力で破裂される深さで形成されていることを
    特徴とする請求項２記載のキャップアセンブリ。
  4. 【請求項４】 前記機械的な脆弱部が固定部の周りに設
    けられるノッチを含むことを特徴とする請求項１記載の
    キャップアセンブリ。
  5. 【請求項５】 前記電流遮断機は、貫通孔と、貫通孔に
    連結され、両端にノッチが形成されたブリッジとを備え
    ており、該ブリッジの両端に形成されたノッチが前記機
    械的な脆弱部であり、前記ブリッジの部分が前記固定部
    であることを特徴とする請求項１記載のキャップアセン
    ブリ。
  6. 【請求項６】 前記電流遮断機は、前記固定部の周りに
    円形ノッチが形成されており、前記固定部が円形ノッチ
    で破裂されて電流遮断機の余り部分と分離されることを
    特徴とする請求項１記載のキャップアセンブリ。
  7. 【請求項７】 前記機械的な脆弱部が薄膜であることを
    特徴とする請求項１記載のキャップアセンブリ。
  8. 【請求項８】 カン、プレートおよびそのプレートの下
    側に設けられる電流遮断機を含むキャップアセンブリを
    もつ二次電池において、前記電流遮断機が、プレートに
    固定される第１部分と、前記第１部分の周りに設けられ
    る第２部分と、前記第１部分と第２部分を連結し、プレ
    ートを押し上げる一定レベルの圧力以下で破裂される第
    ３部分とからなる二次電池の電流遮断機。
  9. 【請求項９】 前記第１部分の結合力が前記第３部分の
    破裂力より大きいことを特徴とする請求項８記載の二次
    電池の電流遮断機。
  10. 【請求項１０】 前記第３部分がノッチを含むことを特
    徴とする請求項８記載の二次電池の電流遮断機。
  11. 【請求項１１】 前記第３部分が７〜１５ｋｇｆ／ｃｍ
    2の圧力で破裂されることを特徴とする請求項８記載の
    二次電池の電流遮断機。
  12. 【請求項１２】 貫通孔と、貫通孔に連結され、両端に
    ノッチが形成されたブリッジとを備えており、該ブリッ
    ジの両端に形成されたノッチが第３部分であり、余り部
    分が第２部分であることを特徴とする請求項８記載の二
    次電池の電流遮断機。
  13. 【請求項１３】 前記第１部分の周りに形成される円形
    ノッチを備えており、前記第１部分が円形ノッチで破裂
    されて第２部分から分離されることを特徴とする請求項
    ８記載の二次電池の電流遮断機。
  14. 【請求項１４】 二つの孔がディスクの中央に対して互
    いに対向して位置する複数の孔と、ディスクの余り部分
    より弱い機械的な強度をもつ、二つの孔のあいだの一定
    部分とを有するディスクからなる二次電池の電流遮断
    機。
  15. 【請求項１５】 前記一定部分がノッチであることを特
    徴とする請求項１４記載の二次電池の電流遮断機。
  16. 【請求項１６】 前記一定部分が電流遮断機の余り部分
    より薄いことを特徴とする請求項１４記載の二次電池の
    電流遮断機。
  17. 【請求項１７】 前記一定部分が薄膜であることを特徴
    とする請求項１４記載の二次電池の電流遮断機。
  18. 【請求項１８】 前記一定部分が７〜１５ｋｇｆ／ｃｍ
    2の圧力で破裂されることを特徴とする請求項１４記載
    の二次電池の電流遮断機。
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