JP2006040879A - リチウムイオン二次電池、リチウムイオン二次電池用ケースおよびリチウムイオン二次電池の製造方法 - Google Patents

リチウムイオン二次電池、リチウムイオン二次電池用ケースおよびリチウムイオン二次電池の製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】 本発明は、内圧の上昇による電極組立体の変形を防止し、二次電池用ケースの膨脹を補償及び防止するリチウムイオン二次電池を提供する。
【解決手段】 本発明のリチウムイオン二次電池１００は、陽極及び陰極集電体の少なくとも一面に活物質が形成された陽極電極板２１０及び陰極電極板２２０と、陰極電極板２２０と陽極電極板２１０との間に介されたセパレータ２３０を備える電極組立体２００と、電極組立体２００を受け入れるための空間１１７を備え、体積膨脹を補償及び防止するための体積膨脹補償・防止手段１１５を少なくとも１つ備えるケース１１０と、ケース１１０と結合されてこれを封入して電極組立体２００と電気的に連結される端子部が形成されたキャップ組立体３００とを含む構造からなる。
【選択図】 図２ａ

Description

本発明は、二次電池に関し、より詳しくは、リチウムイオン二次電池の充・放電時の体積膨脹補償・防止手段を備え、内圧の上昇による電極組立体の変形を防止し、二次電池用ケースの膨脹を補償及び防止するリチウムイオン二次電池に関する。
最近は、セルラーホン、ノートブックコンピュータ、キャムコーダなどのコンパクトで、かつ、軽量化された電気／電子機器が活発に開発及び生産されている。このような携帯用電気／電子機器は別途の電源が備えられていない場所でも作動できるように電池パックを内蔵している。内蔵された電池パックは携帯用電気／電子機器を一定期間間駆動させるために一定のレベルの電圧を出力させることができるように内部に少なくとも一つの電池を備えている。
前記電池パックは、経済的な面を考慮して、最近には、充放電可能な二次電池を採用している。二次電池としては、代表的に、ニッケル−カドミウム（Ｎｉ−Ｃｄ）電池とニッケル−水素（Ｎｉ−ＭＨ）電池及びリチウム（Ｌｉ）電池とリチウムイオン（Ｌｉ−ｉｏｎ）電池などのリチウム二次電池などがある。
特に、リチウム二次電池は、作動電圧が３．６Ｖであって、携帯用電子機器電源として多く使われているニッケル−カドミウム電池や、ニッケル−水素電池より３倍も高く、単位重量当たりエネルギー密度が高いという点で急速に広まっている。
このようなリチウム二次電池は、主に陽極活物質として、リチウム系酸化物を、陰極活物質としては炭素材を使用している。一般に、電解液の種類によって液体電解質電池と高分子電解質電池とに分類され、液体電解質を使用する電池をリチウムイオン電池といい、高分子電解質を使用する電池をリチウムポリマー電池という。また、リチウム二次電池は、色々な形状で製造されているが、代表的な形状としては、円筒形、角形及びパウチ形が挙げられる。
一般的に、前記リチウムイオン二次電池は、陽極活物質がコーティングされた陽極電極板、陰極活物質がコーティングされた陰極電極板及び前記陽極電極板と陰極電極板との間に位置されてショットを防止し、リチウムイオン（Ｌｉ−ｉｏｎ）の移動のみを可能にするセパレータが巻き取られた電極組立体と、前記電極組立体を受け入れるリチウムイオン二次電池用ケースと、前記リチウムイオン二次電池用ケースの内側に注入されてリチウムイオンの移動を可能にする電解液等からなっている。
このようなリチウムイオン二次電池は、下記のように製造される。
まず、前記陽極活物質がコーティングされ、陽極タップが連結された陽極電極板、陰極活物質がコーティングされ、陰極タップが連結された陰極電極板及びセパレータを積層した後、これを巻き取って電極組立体を製造する。その際、一般的に、前記陽極活物質はリチウム（Ｌｉ）を含む複合酸化物を主成分とし、炭酸リチウムと酸化コバルトを１：２：１の割合で混合した後、４００℃ないし１０００℃で塑性して形成されたＬｉＣｏＯ２を使用する。
その後、前記電極組立体を前記リチウムイオン二次電池用ケースに受け入れて、前記電極組立体が離脱しないようにした後、前記リチウムイオン二次電池用ケースに電解液を注入した後、封入してリチウムイオン二次電池を完成する。
しかし、前記のようなリチウムイオン二次電池は充電を繰返して使用する途中でガスが発生して前記リチウムイオン二次電池の内部圧力が上昇して、前記リチウムイオン二次電池のケースが膨脹するスエリング（ｓｗｅｌｌｉｎｇ）現象が発生し、これは前記電極組立体の変形を誘発する。
前記スエリング現象及び電極組立体の変形は、過充電によりリチウムイオン二次電池の電池電圧が基準値以上に上昇すると、陽極活物質のＬｉＣｏＯ２に残留する炭酸リチウムが分解されて炭酸ガスを発生させ、これによって前記電極組立体が膨脹し、前記リチウムイオン二次電池のケース内圧が上昇するためである。
このような前記電極組立体の変形が激しい場合には前記電極組立体の陰極電極板と陽極電極板との間にショット（ｓｈｏｒｔ）が発生する問題がある。
一方、前記リチウムイオン二次電池の使用中に内部圧力が過度に上昇する場合、前記リチウムイオン二次電池の爆発の恐れがある。
これを解決するために、特許文献１では“安全弁”という安全装置を導入した。
前記安全弁は、一般的に、角形リチウムイオン二次電池のキャッププレートまたはリチウムイオン二次電池用ケースなどの一部分を基材の厚さよりだいぶ薄く、例えば、前記基材の厚さの４０％以下でなされるようにして、前記リチウムイオン二次電池の内部圧力が上昇する場合、破断されるようにして、爆発などの危険を防止する機能を遂行する。
しかし、前記安全弁の場合、その厚さが基材の厚さに比べてだいぶ薄いので、落下などの外部からの衝撃によって破断されやすい問題点がある。
また、リチウムイオン二次電池の内部圧力が上昇して前記安全弁が破断される場合、前記リチウムイオン二次電池の内部封入が解除され、これによってこれ以上の前記リチウムイオン二次電池を使用することができないという短所がある。
大韓民国特許１０−０３２９５６２号
本発明は、前記の従来技術の問題点を解決するためのものであって、本発明はリチウムイオン二次電池の充・放電時の体積膨脹補償・防止手段を備え、内圧の上昇による電極組立体の変形を防止し、二次電池用ケースの膨脹を補償及び防止するリチウムイオン二次電池を提供することをその目的とする。
前記の目的の達成のための本発明のリチウムイオン二次電池は、陽極及び陰極 集電体の少なくとも一面に活物質が形成された陽極及び陰極電極板と、前記陰極電極板と陽極電極板との間に介されたセパレータを備える電極組立体と、前記電極組立体を受け入れるための空間を備え、体積膨脹を補償及び防止するための体積膨脹補償・防止手段を少なくとも１つ備えるケースと、前記ケースと結合されてこれを封入して前記電極組立体と電気的に連結される端子部が形成されたキャップ組立体を含む構造からなる。
前記ケースは側面部及び下面部を備えて上部が開口されたボックス形状からなり、前記側面部はそれぞれ２つの長辺部及び２つの短辺部からなる４つの側面を含み、前記体積膨脹補償・防止手段は前記ケース側面部中、少なくともいずれかの一側面の一部分に位置することが好ましい。
前記体積膨脹補償・防止手段は、前記電極組立体を受け入れるための空間方向に陥没された構造でなされることができる。その際、前記体積膨脹補償・防止手段の陥没された深さは前記体積膨脹補償・防止手段が形成されているいずれかの一側面と対向する側面との間の距離の５％ないし１５％であることが好ましい。
前記体積膨脹補償・防止手段は、前記ケースの外部に突出した構造からなることができる。その際、前記体積膨脹補償・防止手段の突出した高さは前記体積膨脹補償・防止手段が形成されているいずれかの一側面と対向する側面との間の距離の５％ないし１５％であることが好ましい。
前記体積膨脹補償・防止手段は、前記ケース側面部の４つの側面中、対向する２つの側面上に位置でき、好ましくは、前記体積膨脹補償・防止手段は前記ケース側面部の４つの側面中、２つの長辺部上に位置できる。
前記体積膨脹補償・防止手段は、前記ケースの側面の中央部に位置することが好ましい。
前記体積膨脹補償・防止手段の高さは、前記体積膨脹補償・防止手段を備える前記ケースの側面の高さの３０％ないし４０％であることが好ましくて、前記体積膨脹補償・防止手段の幅は、前記体積膨脹補償・防止手段を備える前記ケース側面の幅の３０％ないし４０％であることが好ましい。
前記体積膨脹補償・防止手段の面積は、前記体積膨脹補償・防止手段を備える前記ケース側面の面積の９％ないし１６％であることが好ましい。
また、本発明のリチウム二次電池用ケースは、電極組立体を受け入れるための空間を形成し、体積膨脹を補償及び防止するための体積膨脹補償・防止手段を少なくとも１つ備える側面部と、前記側面部の下部空間を塞ぐ下面部を備える構造からなる。
前記側面部はそれぞれ２つの長辺部及び２つの短辺部からなる４つの側面を含み、前記側面部の４つの側面中、少なくともいずれかの一側面は前記体積膨脹補償・防止手段を備えることが好ましい。
前記体積膨脹補償・防止手段は、前記電極組立体を受け入れるための空間方向に陥没された構造からなることができる。その際、前記体積膨脹補償・防止手段の陥没された深さは、前記体積膨脹補償・防止手段が形成されているいずれかの一側面と対向する側面間の距離の５％ないし１５％であることが好ましい。
前記体積膨脹補償・防止手段は、前記ケースの外部に突出した構造からなることができる。その際、前記体積膨脹補償・防止手段の突出した高さは、前記体積膨脹補償・防止手段が形成されているいずれかの一側面と対向する側面間の距離の５％ないし１５％であることが好ましい。
また、本発明のリチウムイオン二次電池は、陽極及び陰極集電体の少なくとも一面に活物質が形成された陽極及び陰極電極板と、前記陰極電極板と陽極電極板との間に介されたセパレータを備える電極組立体と、電極組立体を受け入れるための空間を成す側面部と、前記側面部の下部空間を塞ぐ下面部からなり、上部が開口されたボックス形状でなされて、前記キャップ組立体と上部で結合され、前記側面部の４つの側面中、少なくともいずれかの一側面上の一部分に位置する四角形形状の体積膨脹を補償及び防止するための体積膨脹補償・防止手段を少なくとも１つ備えるケースと、前記ケースと結合されて、これを封入して前記電極組立体と電気的に連結される端子部が形成されたキャップ組立体とを含む構造からなる。
前記四角形形状の体積膨脹補償・防止手段の４角がラウンドされた形状からなることができる。
前記四角形形状の体積膨脹補償・防止手段の２つの対角線の両方向に連結され、所定の幅を備える溝または突起を更に備えることもできる。
また、本発明のリチウムイオン二次電池は、陽極及び陰極集電体の少なくとも一面に活物質が形成された陽極及び陰極電極板と、前記陰極電極板と陽極電極板との間に介されたセパレータを備える電極組立体と、電極組立体を受け入れるための空間を成す側面部と、前記側面部の下部空間を塞ぐ下面部からなり、上部が開口されたボックス形状からなって、前記キャップ組立体と上部で結合され、前記側面部の４つの側面中、少なくともいずれかの一側面上の一部分に体積膨脹を補償及び防止するための第１及び第２体積膨脹補償・防止手段を備えるケースと、前記ケースと結合されてこれを封入して前記電極組立体と電気的に連結される端子部が形成されたキャップ組立体を含む構造からなる。
前記第１及び第２体積膨脹補償・防止手段は、前記電極組立体を受け入れるための空間方向に陥没された構造、または、前記ケースの外部に突出した構造からなることができる。
前記第１体積膨脹補償・防止手段は四角形形状であり、前記第２体積膨脹補償・防止手段は、前記第１体積膨脹補償・防止手段の２つの対角線の両方向に所定の幅を備えて延びた形状であることが好ましい。
また、本発明のリチウムイオン二次電池は、陽極及び陰極集電体の少なくとも 一面に活物質が形成された陽極及び陰極電極板と、前記陰極電極板と陽極電極板との間に介されたセパレータを備える電極組立体と、上部及び下部に開口されたボックス形状の４つの側面からなる側面部と、前記側面部の下部空間を塞ぐ下面部からなる前記キャップ組立体と上部で結合され、前記側面部の４つの側面中、少なくともいずれかの一側面上の一部分に位置する第１成分及び第２成分からなる少なくとも一つの体積膨脹を補償及び防止するための体積膨脹補償・防止手段を備えるケースと、前記ケースと結合されてこれを封入して前記電極組立体と電気的に連結される端子部が形成されたキャップ組立体とを含む構造からなる。
前記第１成分は水平成分、または、垂直成分であり、前記第２成分は前記第１成分の末端から延びて前記第１成分と所定の角度を成すことが好ましい。その際、前記第１成分及び第２成分がなす角は０゜より大きく９０゜未満であることが好ましい。
前記側面部の４つの側面中、少なくともいずれかの一側面は２つの体積膨脹補償・防止手段を備え、前記２つの体積膨脹補償・防止手段の第１成分は互い平行し、第２成分は他の体積膨脹補償・防止手段が位置する方向の反対方向に向けるようになされることができる。
前記側面部の４つの側面中、少なくともいずれかの一側面は２つの体積膨脹補償・防止手段を備え、前記２つの体積膨脹補償・防止手段の第１成分は互いに平行し、第２成分は他の体積膨脹補償・防止手段が位置する方向に向けるようになされることができる。
また、本発明のリチウムイオン二次電池の製造方法は側面部と下面部とに区分されるリチウムイオン二次電池ケース用板材の側面部の一部分に体積膨脹を補償及び防止するための体積膨脹補償・防止手段を形成するステップと、前記リチウムイオン二次電池ケース用板材を塑性加工してリチウムイオン二次電池用ケースを形成するステップとを含んでなる。
前記体積膨脹補償・防止手段を形成するステップは単調加工により遂行することが好ましい。
前記リチウム二次電池用ケースを形成するステップはドローイング加工により遂行することが好ましい。
前記のように、本発明によると、本発明は二次電池の充放電時の体積膨脹補償・防止手段を備え、内圧の上昇による電極組立体の変形を防止し、二次電池用ケースの膨脹を補償及び防止するリチウムイオン二次電池を提供できる。
前記では、本発明の好ましい実施の形態を参照して説明したが、該当技術分野の熟練した当業者であれば、下記の特許請求範囲に記載された本発明の思想及び領域から外れない範囲内で本発明を多様に修正及び変更させることができることが分るべきである。
以下、添付の図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明の一実施の形態に係る角形リチウムイオン二次電池を説明するための分解斜視図である。
図１を参照すると、本発明の実施の形態に係るリチウムイオン二次電池１００はリチウムイオン二次電池用ケース１１０と、前記リチウムイオン二次電池用ケース１１０の内部に受け入れるゼリーロール型の電極組立体２００と、前記リチウムイオン二次電池用ケース１１０の上部に結合されるキャップ組立体３００とを含む。
前記リチウムイオン二次電池用ケース１１０は、上部が開口されたほぼボックス形状を有する金属材の缶で成されており、それ自体が端子役割を果たすことが可能である。また、前記リチウムイオン二次電池用ケース１１０の一部分にはリチウムイオン二次電池の充・放電時、体積膨脹を補償及び防止するための少なくとも一つの体積膨脹を補償及び防止するための体積膨脹補償・防止手段１１５を備える。
前記電極組立体２００は、陽極タップ２１５が取り付けられた陽極電極板２１０、陰極タップ２２５が取り付けられた陰極電極板２２０及び前記陽極電極板２１０と陰極電極板２２０との間に介されたセパレータ２３０が巻き取られた形態で成されている。前記陽極タップ２１５及び陰極タップ２２５が前記電極組立体２００から引出される境界部には前記陽極電極板２１０及び陰極電極板２２０との間の短絡を防止するために絶縁テープ２４０で各々絶縁されている。
前記キャップ組立体３００には、前記二次電池用ケース１１０の開口部と対応する大きさと形状を備える平板型キャッププレート３１０が設けられている。前記キャッププレート３１０の中央部には端子通孔３１１が形成されており、前記キャッププレート３１０の一側には電解液を注入するための電解液注入孔３１２が形成されており、前記電解液注入孔３１２はボール３１５と結合して密閉される。
前記端子通孔３１１には電極端子３２０、例えば、陰極端子が挿入可能に位置している。前記電極端子３２０の外部面には前記キャッププレート３１０との電気的絶縁のためのチューブ形状のガスケット３３０が設けられている。前記キャッププレート３１０の下面には絶縁プレート３４０が配置されている。前記絶縁プレート３４０の下面には端子プレート３５０が設けられている。
前記電極端子３２０は前記ガスケット３３０が外周面を覆いかぶせた状態で前記端子通孔３１１を介して挿入されている。前記電極端子３２０の底面部は前記絶縁プレート３４０を介した状態で端子プレート３５０と電気的に連結されている。
前記キャッププレート３１０の下面には前記陽極電極板２１０から引出された陽極タップ２１５が溶接されており、前記電極端子３２０の下段部には前記陰極電極板２２０から引出された陰極タップ２２５が溶接される。
一方、前記電極組立体２００の上面には前記電極組立体２００とキャップ組立体３００とを電気的に絶縁させ、これと共に前記電極組立体２００の上段部がカバーできる絶縁ケース３６０が設けられている。前記絶縁ケース３６０は前記キャッププレート３１０の電解液注入孔３１２と対応する位置に電解液注入通孔３６２を備え、電解液が注入できるようにする。前記絶縁ケース３６０は絶縁性を有する高分子樹脂で、好ましくは、ポリプロピレンからなるが、本発明の実施の形態でその材質を限るのではない。
一方、図２ａは本発明の実施の形態に係るリチウムイオン二次電池の体積膨脹補償・防止手段を備えるリチウムイオン二次電池用ケースの斜視図であり、図２ｂは本発明の実施の形態に係るリチウムイオン二次電池の体積膨脹補償・防止手段を備えるリチウムイオン二次電池用ケースの正面図であり、図２ｃは図２ａのＡ−Ａ’ラインに沿ったリチウムイオン二次電池用ケースの縦断面図であり、図２ｄは本発明の実施の形態に係るリチウムイオン二次電池の体積膨脹補償・防止手段を備えるリチウムイオン二次電池用ケースの正面図である。
図２ａを参照すると、本発明の実施の形態に係るリチウムイオン二次電池用ケース１１０は電極組立体２００を受け入れるための空間１１７を備え、上部が開口されたほぼボックスの形状を有する金属材の缶からなる。言い換えると、前記リチウムイオン二次電池用ケース１１０は、前記円筒形電極組立体２００が結合できるように所定の空間を形成する側面部１１１と、前記側面部１１１の下部には前記側面部１１１の下部空間を塞ぐ下面部１１２が形成されており、前記側面部１１１の上部は前記電極組立体２００を挿入するために開口された構造からなる。
また、前記リチウムイオン二次電池用ケース１１０の側面部は４つの側面からなり、前記４つの側面は２つの長辺部と２つの短辺部とに区分できる。その際、前記リチウムイオン二次電池用ケース１１０は、図面上に図示してはいないが、前記側面部１１１の４つの側面中、対向する２つの短辺部がラウンド（湾曲）された曲面の形態からなることができる。即ち、前記リチウムイオン二次電池用ケース１１０の側面部１１１の４つの側面中、対向する２つの長辺部は平面形態を成し、対向する２つ短辺部はラウンドされた曲面の形態からなることができる。
また、前記リチウムイオン二次電池用ケース１１０は、前記電極組立体２００の陽極または陰極と電気的に連結されて、その自体が端子電極の役割を果たすことが可能である。
前記のようなリチウムイオン二次電池用ケース１１０は、前記リチウムイオン二次電池１００の充・放電時の内圧の上昇により発生する体積膨脹による電極組立体２００の変形を防止し、前記リチウムイオン二次電池用ケース１１０の変形を補償するために少なくとも一つの体積膨脹補償・防止手段１１５を備える。
前記体積膨脹補償・防止手段１１５は、前記リチウムイオン二次電池用ケース１１０の側面部１１１の４つの側面中、少なくともいずれかの一側面上に形成されることが好ましい。その際、前記体積膨脹補償・防止手段１１５は前記リチウムイオン二次電池用ケース１１０の対向する２つの側面上に形成されることが好ましくて、より好ましくは、前記体積膨脹補償・防止手段１１５は前記リチウムイオン二次電池用ケース１１０の対向する２つの長辺部上に形成されることが好ましい。
また、前記体積膨脹補償・防止手段１１５は、前記リチウムイオン二次電池用ケース１１０側面部１１１の４つの側面中、少なくともいずれかの一側面の中央部に位置することが好ましい。これは、前記リチウムイオン二次電池１００の充・放電時に前記リチウムイオン二次電池用ケース１１０中、主に膨脹して変形される部分が中央部であり、側部に行くことにつれて膨脹による変形が少ないためである。
図２ｂを参照すると、前記体積膨脹補償・防止手段１１５は、前記リチウムイオン二次電池用ケース１１０の電極組立体２００を受け入れるための空間１１７方向に陥没された構造からなることができる。
前記陥没された構造の体積膨脹補償・防止手段１１５は、前記リチウムイオン二次電池１００の内圧が所定の圧力以上に増加することになると、外部に突出する形態で反転されて前記リチウムイオン二次電池１００の内圧の上昇による前記リチウムイオン二次電池用ケース１１０の体積膨脹を補償することになる。また、前記リチウムイオン二次電池１００の内圧が所定の圧力以下の場合には、前記電極組立体２００を圧着して前記電極組立体２００の流動を防止する役割も付加的に遂行することができる。
その際、前記体積膨脹補償・防止手段１１５の前記電極組立体２００を受け入れるための空間１１７方向に陥没された深さ（Ｄ”）は、前記体積膨脹補償・防止手段１１５が形成されているいずれかの一側面と対向する側面との間の距離（Ｄ’）の５％ないし１５％であることが好ましい。
また、前記体積膨脹補償・防止手段１１５が形成された部分の厚さｔ１は前記リチウム二次電池用ケース１１０の厚さｔ２と同一である。
図２ｃを参照すると、前記体積膨脹補償・防止手段１１５は、前記リチウムイオン二次電池用ケース１１０の外部に突出した構造からなることができる。
また、前記外部に突出した構造の体積膨脹補償・防止手段１１５は前記リチウムイオン二次電池１００の内部空間の体積を増加させて、内圧の上昇を緩和させることができ、付加的に、前記リチウムイオン二次電池１００の電池容量を向上させることができる。
また、前記体積膨脹補償・防止手段１１５が外部に突出した高さ（Ｄ”）は、前記体積膨脹補償・防止手段１１５が形成されているいずれかの一側面と対向する側面との間の距離（Ｄ’）の５％ないし１５％であることが好ましい。
また、図２ｂでのように、前記体積膨脹補償・防止手段１１５が形成された部分の厚さｔ１は、前記リチウム二次電池用ケース１１０の厚さｔ２と同一である。
図２ｄを参照すると、前記体積膨脹補償・防止手段１１５はほぼ四角形形状からなり、前記体積膨脹補償・防止手段１１５の高さ（Ｈ１）は、前記体積膨脹補償・防止手段１１５を備える前記リチウムイオン二次電池用ケース１１０のいずれかの一面の高さ（Ｈ２）の３０％ないし４０％であることが好ましくて、前記体積膨脹補償・防止手段１１５の幅（Ｗ１）は、前記体積膨脹補償・防止手段１１５を備える前記リチウムイオン二次電池用ケース１１０のいずれかの一面の幅（Ｗ２）の３０％ないし４０％であることが好ましい。
言い換えると、前記体積膨脹補償・防止手段１１５の面積は前記体積膨脹補償・防止手段１１５が形成された前記リチウムイオン二次電池用ケース１１０のいずれかの一面の面積の９％ないし１６％であることが好ましい。
これは、前記体積膨脹補償・防止手段１１５によって前記リチウムイオン二次電池用ケース１１０の内部空間が減少することを最小化し、前記リチウムイオン二次電池１００の電池容量に影響を及ぼさないようにするためである。
一方、図３ａないし図３ｄは、本発明の実施の形態に係る体積膨脹補償・防止手段を備えるリチウムイオン二次電池用ケースを説明するための図面であって、前記体積膨脹補償・防止手段を備えるリチウムイオン二次電池用ケースのいずれかの一側面の正面図である。
図３ａないし図３ｄを参照すると、前記体積膨脹補償・防止手段１１５は、図２ｄに示すように、ほぼ四角形状だけでなく、多様な形状で前記リチウムイオン二次電池用ケース１１０のいずれかの一側面に形成されることができる。
例えば、図３ａでのように、前記体積膨脹補償・防止手段１１５は、ほぼ四角形状からなり、前記四角形の２つの対角線の両方向に連結される所定の幅の溝、または、突起を更に備える構造からなることができる。
言い換えると、前記体積膨脹補償・防止手段１１５は、ほぼ四角形状の第１体積膨脹補償・防止手段１１５ａと、第１体積膨脹補償・防止手段１１５ａの２つの対角線の両方向に所定の幅を備えて延びた一種の溝、または、突起からなる第２体積膨脹補償・防止手段１１５ｂからなることができる。
または、図３ｂでのように、前記体積膨脹補償・防止手段１１５は角がラウンドされた形態の四角形形状からなる構造を有することができる。
また、図３ｃ及び図３ｄに示すように、前記体積膨脹補償・防止手段１１５はほぼブーメラン形状からなることができる。即ち、前記体積膨脹補償・防止手段１１５は、水平成分、または、垂直成分の第１成分１１５ｃと、前記第１成分１１５ｃの末端から延びて第１成分１１５ｃと所定の角度を成す第２成分１１５ｄとを備える形状からなる構造を有することができる。その際、第１成分１１５ｃと第２成分１１５ｄとの間の角は０゜より大きく９０゜未満であることが好ましく、より好ましくは、３０゜ないし６０゜である。
また、前記リチウムイオン二次電池用ケース１１０の側面部１１１の少なくとも一側面上に前記のブーメラン形状の体積膨脹補償・防止手段１１５が少なくとも一つ以上配置されることができ、好ましくは、２つのブーメラン形状の体積膨脹補償・防止手段１１５が対向する形態で配置されることができる。即ち、前記リチウムイオン二次電池用ケース１１０の側面部１１１の少なくとも一側面は前記第１成分１１５ｃ及び第２成分１１５ｄからなる２つの体積膨脹補償・防止手段１１５を備え、前記２つの体積膨脹補償・防止手段１１５の第１成分１１５ｃは平行に、第２成分１１５ｄは他の体積膨脹補償・防止手段１１５が位置する方向の反対方向に向けるように配置されることができる。
または、図示してはいないが、第２成分１１５ｄは、他の体積膨脹補償・防止手段１１５が位置する方向に向くように配置されることができる。
図４ａ及び図４ｂは、本発明の実施の形態に係るリチウムイオン二次電池の体積膨脹補償・防止手段を備えるリチウムイオン二次電池用ケースの製造工程を説明するための図面である。
図４ａを参照すると、まず、リチウムイオン二次電池ケース用板材４００を準備する。その際、前記板材４００はドローイング（ｄｒａｗｉｎｇ）加工、または、単調加工などのように、プレスを用いる塑性加工が可能な展性がある金属性材質からなることが好ましく、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、アルミニウム合金及びこの等価物が使われることができるが、本発明でその材質を限るのではない。また、前記板材４００は、リチウムイオン二次電池用ケースで加工された場合、側面部４１０と下面部４２０とに区分される。
次に、前記板材４００の中、側面部４１０の一部分に単調などの塑性加工により体積膨脹補償・防止手段４３０を形成する。
図４ｂを参照すると、前記側面部４１０の一部分に体積膨脹補償・防止手段４３０を形成した後、前記板材の下面部４２０に圧力を加えるドローイング加工のような塑性加工を遂行してリチウムイオン二次電池用ケースを形成する。
一方、表１は、本発明の体積膨脹補償・防止手段１１５、４３０を備える前記リチウムイオン二次電池用ケース１１０の変形実験を説明するための表である。
前記リチウムイオン二次電池用ケース１１０の変形実験はアルミニウム（Ａｌ）からなり、横２９．５ｍｍ、縦５５．８ｍｍ、幅５．８ｍｍの大きさを有する前記リチウムイオン二次電池用ケース１１０に体積膨脹補償・防止手段１１５、４３０を深さ１ｍｍで形成して、内部圧力が１７ｋｇｆ／ｃｍ２の条件下で実験を行った。
Figure 2006040879
前記表１を参照すると、体積膨脹補償・防止手段１１５、４３０を備えていないリチウムイオン二次電池用ケース１１０の変形量を１００％とした時、四角形の隅に突出部を備える形状からなった体積膨脹補償・防止手段１１５、４３０を備えるリチウムイオン二次電池用ケース１１０の変形量が最も低いのが分かる。即ち、図３ａでのように、ほぼ四角形形状において、２つの対角線の両方向に所定の幅を備える一種の溝、または、突起が延びた形状からなる体積膨脹補償・防止手段１１５、４３０を備えるリチウムイオン二次電池用ケースが最も優れることが分かる。
前記のように、前記体積膨脹補償・防止手段１１５、４３０が形成されたリチウムイオン二次電池用ケース１１０を備えるリチウムイオン二次電池１００は内圧が上昇しても、前記リチウムイオン二次電池用ケース１１０の側面に陥没、または、突出した形態からなる前記体積膨脹補償・防止手段１１５、４３０により前記リチウムイオン二次電池用ケース１１０の変形が防止することができる。
本発明の一実施の形態に係る角形リチウムイオン二次電池を説明するための分解斜視図である。 本発明の実施の形態に係るリチウムイオン二次電池の体積膨脹補償・防止手段を備えるリチウムイオン二次電池用ケースの斜視図である。 図２ａのＡ−Ａ’ラインに沿うリチウムイオン二次電池用ケースの縦断面図である。 図２ａのＡ−Ａ’ラインに沿うリチウムイオン二次電池用ケースの縦断面図である。 本発明の実施の形態に係るリチウムイオン二次電池の体積膨脹補償・防止手段を備えるリチウムイオン二次電池用ケースの正面図である。 本発明の実施の形態に係る体積膨脹補償・防止手段を備えるリチウムイオン二次電池用ケースを説明するための図面である。 本発明の実施の形態に係る体積膨脹補償・防止手段を備えるリチウムイオン二次電池用ケースを説明するための図面である。 本発明の実施の形態に係る体積膨脹補償・防止手段を備えるリチウムイオン二次電池用ケースを説明するための図面である。 本発明の実施の形態に係る体積膨脹補償・防止手段を備えるリチウムイオン二次電池用ケースを説明するための図面である。 本発明の実施の形態に係るリチウムイオン二次電池の体積膨脹補償・防止手段を備えるリチウムイオン二次電池用ケースの製造工程を説明するための図面である。 本発明の実施の形態に係るリチウムイオン二次電池の体積膨脹補償・防止手段を備えるリチウムイオン二次電池用ケースの製造工程を説明するための図面である。
符号の説明
１００…リチウムイオン二次電池、
１１０…リチウムイオン二次電池用ケース、
１１１、４１０…側面部、
１１２、４２０…下面部、
１１５、４３０…体積膨脹補償・防止手段、
１１７…空間、
２００…電極組立体、
２１０…陽極電極板、
２１５…陽極タップ、
２２０…陰極電極板、
２２５…陰極タップ、
２３０…セパレータ、
２４０…絶縁テープ、
３００…キャップ組立体、
３１０…キャッププレート、
３１１…端子通孔、
３１２…電解液注入孔、
３１５…ボール、
３２０…端子電極、
３３０…ガスケット、
３４０…絶縁プレート、
３５０…端子プレート、
３６０…絶縁ケース、
３６２…電解液注入通孔。

Claims (37)

  1. 陽極及び陰極集電体の少なくとも一面に活物質が形成された陽極及び陰極電極板と、前記陰極電極板と陽極電極板との間に介されたセパレータを備える電極組立体と、
    前記電極組立体を受け入れるための空間を備え、体積膨脹を補償及び防止するための体積膨脹補償・防止手段を少なくとも１つ備えるケースと、
    前記ケースと結合されてこれを封入し、前記電極組立体と電気的に連結される端子部が形成されたキャップ組立体とを含むことを特徴とするリチウムイオン二次電池。
  2. 前記ケースは、側面部及び下面部を備え上部が開口されたボックス形であり、前記側面部はそれぞれ２つの長辺部及び２つの短辺部からなる４つの側面を含み、
    前記体積膨脹補償・防止手段は、前記ケースの側面部中、少なくともいずれかの一側面の一部分に位置することを特徴とする請求項１記載のリチウムイオン二次電池。
  3. 前記体積膨脹補償・防止手段は、前記電極組立体を受け入れるための空間方向に陥没された構造からなることを特徴とする請求項２記載のリチウムイオン二次電池。
  4. 前記体積膨脹補償・防止手段の陥没された深さは、前記体積膨脹補償・防止手段が形成されているいずれかの一側面と対向している側面との間の距離の５％ないし１５％であることを特徴とする請求項３記載のリチウムイオン二次電池。
  5. 前記体積膨脹補償・防止手段は前記ケースの外部に突出した構造からなることを特徴とする請求項２記載のリチウムイオン二次電池。
  6. 前記体積膨脹補償・防止手段の突出した高さは、前記体積膨脹補償・防止手段が形成されているいずれかの一側面と対向している側面との間の距離の５％ないし１５％であることを特徴とする請求項５記載のリチウムイオン二次電池。
  7. 前記体積膨脹補償・防止手段は、前記ケースの側面部の４つの側面中、対向する２つの側面上に位置することを特徴とする請求項２記載のリチウムイオン二次電池。
  8. 前記体積膨脹補償・防止手段は、前記ケースの側面部の４つの側面中、２つの長辺部上に位置することを特徴とする請求項７記載のリチウムイオン二次電池。
  9. 前記体積膨脹補償・防止手段は、前記ケースの側面の中央部に位置することを特徴とする請求項２記載のリチウムイオン二次電池。
  10. 前記体積膨脹補償・防止手段の高さは、前記体積膨脹補償・防止手段を備える前記ケースの側面の高さの３０％ないし４０％であることを特徴とする請求項２記載のリチウムイオン二次電池。
  11. 前記体積膨脹補償・防止手段の幅は、前記体積膨脹補償・防止手段を備える前記ケース側面の幅の３０％ないし４０％であることを特徴とする請求項２記載のリチウムイオン二次電池。
  12. 前記体積膨脹補償・防止手段の面積は、前記体積膨脹補償・防止手段を備える前記ケース側面の面積の９％ないし１６％であることを特徴とする請求項２記載のリチウムイオン二次電池。
  13. 電極組立体を受け入れるための空間を形成し、体積膨脹を補償及び防止するための体積膨脹補償・防止手段を少なくとも１つ備える側面部と、
    前記側面部の下部空間を塞ぐ下面部を備えることを特徴とするリチウムイオン二次電池用ケース。
  14. 前記側面部は、それぞれ２つの長辺部及び２つの短辺部からなる４つの側面を含み、
    前記側面部の４つの側面中、少なくともいずれかの一側面は前記体積膨脹補償・防止手段を備えることを特徴とする請求項１３記載のリチウムイオン二次電池用ケース。
  15. 前記体積膨脹補償・防止手段は、前記電極組立体を受け入れるための空間方向に陥没された構造からなることを特徴とする請求項１４記載のリチウムイオン二次電池用ケース。
  16. 前記体積膨脹補償・防止手段の陥没された深さは、前記体積膨脹補償・防止手段が形成されているいずれかの一側面と対向する側面間の距離の５％ないし１５％であることを特徴とする請求項１５記載のリチウムイオン二次電池用ケース。
  17. 前記体積膨脹補償・防止手段は、前記ケースの外部に突出した構造からなることを特徴とする請求項１４記載のリチウムイオン二次電池用ケース。
  18. 前記体積膨脹補償・防止手段の突出した高さは、前記体積膨脹補償・防止手段が形成されているいずれかの一側面と対向する側面間の距離の５％ないし１５％であることを特徴とする請求項１７記載のリチウムイオン二次電池用ケース。
  19. 前記体積膨脹補償・防止手段は、前記側面部の４つの側面中、対向する２つの側面上に位置することを特徴とする請求項１４記載のリチウムイオン二次電池用ケース。
  20. 前記体積膨脹補償・防止手段は、前記側面部の４つの側面中、対向する２つの長辺部上に位置することを特徴とする請求項１９記載のリチウムイオン二次電池用ケース。
  21. 前記体積膨脹補償・防止手段は、前記体積膨脹補償・防止手段を備える側面の中央部に位置することを特徴とする請求項１４記載のリチウムイオン二次電池用ケース。
  22. 陽極及び陰極集電体の少なくとも一面に活物質が形成された陽極及び陰極電極板と、前記陰極電極板と陽極電極板との間に介されたセパレータを備える電極組立体と、
    電極組立体を受け入れるための空間を成す側面部と、前記側面部の下部空間を塞ぐ下面部からなり、上部が開口されたボックス形状でなされて前記キャップ組立体と上部で結合され、前記側面部の４つの側面中、少なくともいずれかの一側面上の一部分に位置する四角形形状の体積膨脹を補償及び防止するための体積膨脹補償・防止手段を少なくとも１つ備えるケースと、
    前記ケースと結合されてこれを封入して前記電極組立体と電気的に連結される端子部が形成されたキャップ組立体とを含むことを特徴とするリチウムイオン二次電池。
  23. 前記体積膨脹補償・防止手段は、前記側面部の４つの側面中、対向する２つの長辺部上に位置することを特徴とする請求項２２記載のリチウムイオン二次電池用ケース。
  24. 前記四角形形状の体積膨脹補償・防止手段の４つの角がラウンドされた形状からなることを特徴とする請求項２２記載のリチウムイオン二次電池。
  25. 前記四角形形状の体積膨脹補償・防止手段の２つの対角線の両方向に連結され、所定の幅を備える溝または突起を更に備えることを特徴とする請求項２２記載のリチウムイオン二次電池。
  26. 陽極及び陰極集電体の少なくとも一面に活物質が形成された陽極及び陰極電極板と、前記陰極電極板と陽極電極板との間に介されたセパレータを備える電極組立体と、
    電極組立体を受け入れるための空間を成す側面部と、前記側面部の下部空間を塞ぐ下面部からなり上部が開口されたボックス形状からなり、前記キャップ組立体と上部で結合され、前記側面部の４つの側面中、少なくともいずれかの一側面上の一部分に体積膨脹を補償及び防止するための第１及び第２体積膨脹補償・防止手段を備えるケースと、
    前記ケースと結合されてこれを封入し、前記電極組立体と電気的に連結される端子部が形成されたキャップ組立体とを含むことを特徴とするリチウムイオン二次電池。
  27. 前記第１及び第２体積膨脹補償・防止手段は、前記電極組立体を受け入れるための空間方向に陥没された構造、または、前記ケースの外部に突出した構造からなることを特徴とする請求項２６記載のリチウムイオン二次電池。
  28. 前記第１体積膨脹補償・防止手段は四角形形状であり、
    前記第２体積膨脹補償・防止手段は、前記第１体積膨脹補償・防止手段の２つの対角線の両方向に所定の幅を備えて延びた形状であることを特徴とする請求項２７記載のリチウムイオン二次電池。
  29. 陽極及び陰極集電体の少なくとも一面に活物質が形成された陽極及び陰極電極板と、前記陰極電極板と陽極電極板との間に介されたセパレータを備える電極組立体と、
    上部及び下部に開口されたボックス形状の４つの側面からなる側面部と、前記側面部の下部空間を塞ぐ下面部からなる前記キャップ組立体と上部で結合され、前記側面部の４つの側面中、少なくともいずれかの一側面上の一部分に位置する第１成分及び第２成分からなる少なくとも一つの体積膨脹を補償及び防止するための体積膨脹補償・防止手段を備えるケースと、
    前記ケースと結合されてこれを封入し、前記電極組立体と電気的に連結される端子部が形成されたキャップ組立体とを含むことを特徴とするリチウムイオン二次電池。
  30. 前記第１成分は水平成分、または、垂直成分であり、
    前記第２成分は前記第１成分の末端から延びて前記第１成分と所定の角度を成すことを特徴とする請求項２９記載のリチウムイオン二次電池。
  31. 前記第１成分及び第２成分がなす角は０゜より大きく９０゜未満であることを特徴とする請求項３０記載のリチウムイオン二次電池。
  32. 前記側面部の４つの側面中、少なくともいずれかの一側面は、２つの体積膨脹補償・防止手段を備え、
    前記２つの体積膨脹補償・防止手段の第１成分は互い平行し、第２成分は他の体積膨脹補償・防止手段が位置する方向の反対方向に向けることを特徴とする請求項２９記載のリチウムイオン二次電池。
  33. 前記側面部の４つの側面中、少なくともいずれかの一側面は、２つの体積膨脹補償・防止手段を備え、
    前記２つの体積膨脹補償・防止手段の第１成分は互いに平行し、第２成分は他の体積膨脹補償・防止手段が位置する方向に向けることを特徴とする請求項２９記載のリチウムイオン二次電池。
  34. 側面部及び下面部に区分されるリチウムイオン二次電池ケース用板材の側面部の一部分に体積膨脹を補償及び防止するための体積膨脹補償・防止手段を形成するステップと、
    前記リチウムイオン二次電池ケース用板材を塑性加工してリチウムイオン二次電池用ケースを形成するステップと、
    を含むことを特徴とするリチウムイオン二次電池の製造方法。
  35. 前記体積膨脹補償・防止手段を形成するステップは、単調加工により遂行することを特徴とする請求項３４記載のリチウムイオン二次電池の製造方法。
  36. 前記リチウム二次電池用ケースを形成するステップは、ドローイング加工により遂行することを特徴とする請求項３４記載のリチウムイオン二次電池の製造方法。
  37. 前記体積膨脹補償・防止手段は、前記電極組立体を受け入れるための空間方向に陥没された構造または前記ケースの外部に突出した構造からなることを特徴とする請求項３４記載のリチウムイオン二次電池の製造方法。
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