JP2007027103A - リチウム二次電池 - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明は、安全ベントと接触する部分のガスケットの表面またはビードと接触する部分のガスケットの表面に陽刻突起または陰刻溝が形成されることによって、電池の内部から発生するガスまたは電解液の漏れを防止して密閉性を向上させた二次電池を提供するためのものである。
【解決手段】本発明は、電極組立体と、前記電極組立体を受容する容器型缶と、中央から下部に突出し、電池の内部圧力により上部に変形される突出部を備える安全ベントと電流遮断手段と前記電流遮断手段の上部に結合されるキャップアップとを備え、前記缶の開口部を封止するキャップ組立体と、前記キャップ組立体と前記缶との間に位置して気密を維持するガスケットと、を含むリチウム二次電池であって、前記安全ベントと接触する部分のガスケットの表面に陽刻突起または陰刻溝が形成されたことを特徴とする。
【選択図】図２ａ
【解決手段】本発明は、電極組立体と、前記電極組立体を受容する容器型缶と、中央から下部に突出し、電池の内部圧力により上部に変形される突出部を備える安全ベントと電流遮断手段と前記電流遮断手段の上部に結合されるキャップアップとを備え、前記缶の開口部を封止するキャップ組立体と、前記キャップ組立体と前記缶との間に位置して気密を維持するガスケットと、を含むリチウム二次電池であって、前記安全ベントと接触する部分のガスケットの表面に陽刻突起または陰刻溝が形成されたことを特徴とする。
【選択図】図２ａ
Description
本発明は、リチウム二次電池に関し、より詳しくは、円筒形リチウム二次電池において安全ベントと接触する部分のガスケットの表面に陽刻突起または陰刻溝が形成されて電池の内部から発生するガス及び電解液の漏れを防止して、安全性を向上させたリチウム二次電池に関する。
リチウム二次電池は、外観の形状によって、円筒形リチウム二次電池と角形リチウム二次電池とに分けられる。円筒形リチウム二次電池は、過充電や異常作動により電池の内部圧力が規定以上に上昇され、爆発の危険性がある時、キャップ組立体で二次電池の内部の電流を遮断してこれ以上反応が起こらないようにすることにより、リチウム二次電池の安全性を向上させている。
円筒形リチウム二次電池１００は、図１を参照すれば、電極組立体２００と、前記電極組立体２００と電解液を受容する円筒形缶３００と、前記円筒形缶３００の上部に組立てられて前記円筒形缶３００を封入し、前記電極組立体２００から発生する電流を外部装置に流れるようにするキャップ組立体４００と、を含んで形成される。
前記電極組立体２００は、正極集電体の表面に正極活物質層がコーティングされた正極板２１０と陰極集電体の表面に陰極活物質層がコーティングされた陰極板２２０と前記正極板２１０及び陰極板２２０間に位置して前記正極板２１０と陰極板２２０を電気的に絶縁させるセパレータ２３０がジェリーロール形状で巻き取られて形成される。前記正極板２１０は、詳細に図示してはいないが、導電性に優れる金属薄板、例えば、アルミニウム（Ａｌ）フォイルからなる正極集電体と、その両面にコーティングされた正極活物質層を含んでいる。前記正極板２１０の両端部には正極活物質層が形成されていない正極集電体領域、即ち、正極無地部が形成される。前記正極無地部の一端には一般的にアルミニウム（Ａｌ）材質で形成され、電極組立体２００の上部に一定の長さが突出する正極タブ２１５が接合されている。また、前記陰極板２２０は、導電性金属薄板、例えば、銅（Ｃｕ）またはニッケル（Ｎｉ）フォイルからなる陰極集電体と、その両面にコーティングされた陰極活物質層を含んでいる。前記陰極板２２０の両端部は、陰極活物質層が形成されていない陰極集電体領域、即ち陰極無地部が形成される。前記陰極無地部の一端には一般的にニッケル（Ｎｉ）材質で形成され、電極組立体２００の下部に一定の長さが突出した陰極タブ２２５が接合されている。併せて、前記電極組立体２００の上部及び下部には各々キャップ組立体４００または円筒形缶３００との接触を防止するための絶縁プレート２４１、２４５が更に含まれて形成されることができる。
前記円筒形缶３００は、前記円筒形電極組立体２００が受容できる所定の空間が形成されるように一定の直径を有する円筒形側面板３１０と前記円筒形側面板３１０の下部を密閉する表面板３２０を含んで形成され、前記円筒形側面板３１０の上部は前記電極組立体２００を挿入するために開口されている。前記円筒形缶３００の表面板３２０中央に前記電極組立体２００の陰極タブ２２５が接合されることにより、前記円筒形缶３００自体は陰極の役割を遂行することになる。また、前記円筒形缶３００は、一般的にアルミニウム（Ａｌ）、鉄（Ｆｅ）またはこれらの合金で形成される。併せて、前記円筒形缶３００は上部の開口に結合される前記キャップ組立体４００の上部を圧迫するように上段から内部に撓んだクリンピング部３３０が形成される。また、前記円筒形缶３００は、前記クリンピング部３３０から下方に前記キャップ組立体の厚さに対応する距離だけ離隔した位置に前記キャップ組立体４００の下部を圧迫するように内側に凹んだビード部３４０が更に形成されている。
前記キャップ組立体４００は、安全ベント４１０、電流遮断手段４２０、二次保護素子４８０及びキャップアップ４９０を含んで形成される。前記安全ベント４１０は板状であって、中央には下部に突出する突出部が形成されて前記キャップ組立体４００の下部に位置し、二次電池の内部から発生した圧力により突出部が上方に変形することになる。前記安全ベント４１０の表面の所定位置には電極組立体２００の正極板２１０及び陰極板２２０のうち、１つの電極板、例えば、正極板２１０から取出した正極タブ２１５が熔接されて前記安全ベント４１０と電極組立体２００の正極板２１０が電気的に連結される。ここで、正極板２１０及び陰極板２２０のうち、残りの電極板、例えば、陰極板は図示していないタブあるいは直接接触方式により缶３００と電気的に連結される。
従来のキャップ組立体は、缶の内部にガスケットを挿入し、その後、安全ベント、電流遮断手段、二次保護素子及びキャップアップを缶の内部に挿入した後、クリンピングを行って電池の内部から発生するガス及び電解液の漏れを防止する構造となっている。しかしながら、このような構造だけでは安全ベントとガスケットとの密着性が落ちる虞があり、したがって、電池内部の圧力が上昇した場合、完全な密閉構造が形成されなくて電池の内部から発生したガスが漏出する虞がある。また、外部衝撃などにより電解液がキャップ組立体とガスケット間、または、ガスケットと缶間の微細な隙間に流れていく場合、毛細管現状、凝集力などの要因により電池の外部に電解液が漏出する虞があるという問題がある。
本発明は、前述した従来の二次電池の問題を解消するためのものであって、安全ベントと接触する部分のガスケットの表面またはビードと接触する部分のガスケットの表面に陽刻突起または陰刻溝が形成されることによって、電池の内部から発生するガスまたは電解液の漏れを防止して密閉性を向上させた二次電池を提供することをその目的とする。
前記の目的を達成するための本発明のリチウム二次電池は、電極組立体と、前記電極組立体を受容する容器型缶と、中央から下部に突出し、電池の内部圧力により上部に変形される突出部を備える安全ベントと電流遮断手段と前記電流遮断手段の上部に結合されるキャップアップとを備え、前記缶の開口部を封止するキャップ組立体と、前記キャップ組立体と前記缶との間に位置して気密を維持するガスケットと、を含むリチウム二次電池であって、前記安全ベントと接触する部分のガスケットの表面に陽刻突起または陰刻溝が形成されたことを特徴とする。
また、本発明において、前記陽刻突起または陰刻溝は、電池の回転中心軸を中心にして所定の半径を有する円形状で形成されることができる。
また、本発明において、前記陽刻突起または陰刻溝は、２つ以上形成されることができる。
また、本発明において、前記陽刻突起または陰刻溝は、エンボス形状で形成されることができる。
また、本発明において、前記陽刻突起または陰刻溝の断面は、半円形状、長方形状、三角形状のうち、いずれか１つで形成されることができる。
また、本発明において、前記ガスケットの表面のうち、ビードと接触する部分に陽刻突起または陰刻溝が更に備えられて形成されることができる。
また、本発明において、電極組立体と、前記電極組立体を受容する容器型缶と、中央から下部に突出し、電池の内部圧力により上部に変形される突出部を備える安全ベントと電流遮断手段と前記電流遮断手段の上部に結合されるキャップアップとを備え、前記缶の開口部を封止するキャップ組立体と、前記キャップ組立体と前記缶との間に位置して気密を維持するガスケットと、を含むリチウム二次電池であって、前記ガスケットの表面中、ビードと接触する部分に陽刻突起または陰刻溝が形成されることを特徴とする。
また、本発明において、前記陽刻突起または陰刻溝は、電池の回転中心軸を中心にして所定の半径を有する円形状で形成されることを特徴とする。
また、本発明において、前記陽刻突起または陰刻溝は、２つ以上形成されることを特徴とする。
また、本発明において、前記陽刻突起または陰刻溝は、エンボス形状で形成されることを特徴とする。
また、本発明において、前記陽刻突起または陰刻溝の断面は、半円形状、長方形状、三角形状のうち、いずれか１つで形成されることを特徴とする。
また、本発明において、前記ガスケットの材質は、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリイミドのうち、いずれか１つであることを特徴とする。
本発明に係るリチウム二次電池によれば、安全ベントと接触する部分またはビードと接触する部分のガスケットの表面に陽刻突起または陰刻溝が形成されて、電池の内部から発生したガスまたは電池の内部に注入された電解液の外部への漏れを防止することによって、電池の密閉性と安全性を向上させることができる。
以下、添付の図面を参照しつつ本発明に係る好ましい実施形態を詳細に説明する。
図２ａ、図２ｂ、図２ｃは、本発明の実施形態に係るガスケットの断面図である。図３ａ、図３ｂ、図３ｃは、本発明の更に他の実施形態に係るガスケットの断面図である。図４は、本発明の実施形態に係るガスケットの平面図である。図５は、本発明の更に他の実施形態に係るガスケットの平面図である。図６は、本発明の更に他の実施形態に係るガスケットの断面図である。図７は、本発明の更に他の実施形態に係るガスケットの断面図である。各図面は、便宜上、クリンピングする前のガスケットと缶のみの形状を図示した。
円筒形リチウム二次電池１００は、図１を参照すれば、電極組立体２００と、前記電極組立体２００と電解液を受容する円筒形缶３００と、前記円筒形缶３００の上部に組立てられて前記円筒形缶３００を封入し、前記電極組立体２００から発生する電流を外部装置に流れるようにするキャップ組立体４００と、を含んで形成される。
前記電極組立体２００は、正極集電体の表面に正極活物質層がコーティングされた正極板２１０と陰極集電体の表面に陰極活物質層がコーティングされた陰極板２２０と前記正極板２１０及び陰極板２２０間に位置して前記正極板２１０と陰極板２２０を電気的に絶縁させるセパレータ２３０がジェリーロール形状で巻き取られて形成される。
前記円筒形缶３００は、前記円筒形電極組立体２００が受容できる所定の空間が形成されるように一定の直径を有する円筒形側面板３１０と前記円筒形側面板３１０の下部を密閉する表面板３２０とを含んで形成され、前記円筒形側面板３１０の上部は前記電極組立体２００を挿入するために開口されている。
前記キャップ組立体４００は、安全ベント４１０、電流遮断手段４２０、二次保護素子４８０及びキャップアップ４９０を含んで形成される。
本発明に係るガスケット３０５は、図２ａを参照すれば、缶のビード３４０の上に挿入される。陽刻突起３０１または陰刻溝３０７は、ガスケット３０５と安全ベント４１０が密着する部位に形成される。陽刻突起３０１は、図２ａのように半円形状、図２ｂのように長方形状、図２ｃのように三角形状のうち、いずれか１つで形成されることができる。陰刻溝３０７また陽刻突起３０１と同様に、図３ａのように半円形状、図３ｂのように長方形状、図３ｃのように三角形状のうち、いずれか１つで形成されることができる。但し、本発明において陽刻突起３０１または陰刻溝３０７の形状を限るのではなく、多様な形状への変形も可能である。
前記陽刻突起３０１または陰刻溝３０７は、図４を参照すれば、電池の回転中心軸を中心にして所定の半径を有する円形状で形成されることができる。図４は、ガスケット３０５の表面中、安全ベント４１０と密着する部分に陽刻突起３０１または陰刻溝３０７が同心円をなしながら２つ形成された形状を表す。
前記陽刻突起３０１または陰刻溝３０７は、２つ以上形成されることができる。
前記陽刻突起３０１または陰刻溝３０７が１つだけ形成された場合は、ガスケット３０５と安全ベント４１０の密着性が多少落ちるので、少なくとも２つ以上形成されることが好ましい。陽刻突起３０１の場合は、２つ以上形成される時でなければ陽刻突起間に所定の幅を有する谷が形成できないのであり、前記谷またガスケット３０５と安全ベント４１０の密着時に陰刻溝の役割をすることができるので、密閉性の向上の助けになる。陰刻溝３０７の場合は、電解液の漏出時に漏出経路を長くしてくれる役割をするので、漏出経路を延長させるという点で陽刻突起３０１と同様に２つ以上形成されることが好ましい。
前記陽刻突起３０１または陰刻溝３０７は、図５を参照すれば、エンボス形状３０３で形成されることができる。図５の場合は、エンボス形状３０３が円形で２つの帯をなしているが、必ず帯をなす必要はないし、ジグザグ形状も可能であり、規格が許す範囲内で多数のエンボスを形成できる。
前記陽刻突起３０１または陰刻溝３０７は、図６を参照すれば、ガスケット３０５の表面中、ビード３４０と接触する部分に更に備えられて形成されることができる。図６の場合は、ガスケット３０５が安全ベント４１０と密着する部分には陽刻突起３０１が、ガスケットがビード３４０と密着する部分には陰刻溝３０７が形成されている形状を表す。
前記陽刻突起３０１または陰刻溝３０７は、図７を参照すれば、ガスケット３０５の表面中、ビット３４０と接触する部分のみに形成されることができる。図７の場合は、陰刻溝３０７が形成されている形状を表す。前記陽刻突起３０１または陰刻溝３０７の場合にも、図４と同様に、電池の回転中心軸を中心にして所定の半径を有する円形状で形成されることができる。また、図５と同様に、前記陽刻突起３０１または陰刻溝３０７は、エンボスグ形状３０３で形成されることができる。
前記陽刻突起３０１または陰刻溝３０７の断面は、図２ａ、図２ｂ、図２ｃ、図３ａ、図３ｂ、図３ｃの場合と同様に、半円形状、長方形状、三角形状のうち、いずれか１つで形成されることができ、本発明に断面の形状を限るのではない。
前記ガスケット３０５の材質は、ポリエチレン（Polyethylene、PE）、ポリプロピレン（Polypropylene、PP）、ポリイミド（Polyimide、PI）のうち、いずれか１つで形成されることができる。
ポリエチレンは密度が小さいので軽くて、分子配列が充分でないので柔らかくなってよく伸び、引張強度は若干小さいが耐衝撃性が大きい。したがって、加工しやすくて使用しやすい。また、ＣＨ２だけで構成されるので、電気絶縁性が優れ、構造式に表れるように、Ｃの鎖を中心にして対称性であるので、高周波絶縁材料としても優れる。
ポリプロピレンは、ナフタを分解する時にエチレンと共に生じる。アイソタクチック構造を有し、したがって、構造式のようにメチル基が同じ方向に整然と配列されている。結晶度は大きいが、成形した後には低下する。ポリプロピレンとポリイミドの電気的特性はポリエチレンと類似している。
次に、本発明の実施形態に係るガスケットが挿入されたリチウム二次電池の作用について説明する。
ガスケット３０５と安全ベント４１０が缶の上段開口部のクリンピングにより密着すれば、図２ａまたは図３ａに形成された陽刻突起３０１または陰刻溝３０７が安全ベント４１０の下側と密着する。電池内部から発生したガスがガスケット３０５と安全ベント４１０との間の微細な隙間に到達しても、ガスケット３０５に形成された陽刻突起３０１または陰刻溝３０７が安全ベント４１０の表面と強く密着しているので、ガスがこれ以上進行できなくなる。したがって、電池外部へのガス漏れが遮断される。
また、電解液がガスケット３０５と安全ベント４１０との間の微細な隙間に到達すれば、電解液分子間の凝集力と毛細管現状により隙間間に徐々に電解液が上昇することになる。ガスケット３０５に形成された陽刻突起３０１または陰刻溝３０７と安全ベント４１０の表面が強く密着した部分に電解液が到ることになれば、水平面の形状に比べて陽刻突起３０１または陰刻溝３０７が形成された構造は電解液の進行経路を延長させるだけでなく、電池外部への電解液の移動を遮断させる。
ガスケットの表面中、ビードと接触する部分に陽刻突起または陰刻溝が形成された構造の場合にも作用は同一である。
以上、本発明の実施形態に対して図示及び説明したが、本発明は前記の実施形態に限るのではなく、特許請求範囲で請求された本発明の要旨から外れない範囲で当該本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者であれば誰でも多様な変形実施が可能であることは勿論であり、そのような変更は記載された請求範囲内にあることになる。
１００ 円筒形リチウム二次電池
２００ 電極組立体
３００ 缶
３０１ 陽刻突起
３０５ ガスケット
３０３ エンボス
３０７ 陰刻溝
３３０ クリンピング部
３４０ ビード
４００ キャップ組立体
４１０ 安全ベント
２００ 電極組立体
３００ 缶
３０１ 陽刻突起
３０５ ガスケット
３０３ エンボス
３０７ 陰刻溝
３３０ クリンピング部
３４０ ビード
４００ キャップ組立体
４１０ 安全ベント
Claims (12)
- 電極組立体と、
前記電極組立体を受容する容器型缶と、
中央から下部に突出し、電池の内部圧力により上部に変形される突出部を備える安全ベントと、電流遮断手段と、前記電流遮断手段の上部に結合されるキャップアップと、を備え、前記缶の開口部を封止するキャップ組立体と、
前記キャップ組立体と前記缶との間に位置して気密を維持するガスケットと、を含むリチウム二次電池であって、
前記安全ベントと接触する部分のガスケットの表面に陽刻突起または陰刻溝が形成されたことを特徴とするリチウム二次電池。 - 前記陽刻突起または陰刻溝は、電池の回転中心軸を中心にして所定の半径を有する円形状で形成されることを特徴とする請求項１に記載のリチウム二次電池。
- 前記陽刻突起または陰刻溝は、２つ以上形成されることを特徴とする請求項２に記載のリチウム二次電池。
- 前記陽刻突起または陰刻溝は、エンボス形状で形成されることを特徴とする請求項１に記載のリチウム二次電池。
- 前記陽刻突起または陰刻溝の断面は、半円形状、長方形状、三角形状のうち、いずれか１つで形成されることを特徴とする請求項２または４に記載のリチウム二次電池。
- 前記ガスケットの表面のうち、ビードと接触する部分に陽刻突起または陰刻溝が更に備えられて形成されることを特徴とする請求項１に記載のリチウム二次電池。
- 電極組立体と、
前記電極組立体を受容する容器型缶と、
中央から下部に突出し、電池の内部圧力により上部に変形される突出部を備える安全ベントと、電流遮断手段と、前記電流遮断手段の上部に結合されるキャップアップと、を備え、前記缶の開口部を封止するキャップ組立体と、
前記キャップ組立体と前記缶との間に位置して気密を維持するガスケットと、を含むリチウム二次電池であって、
前記ガスケットの表面中、ビードと接触する部分に陽刻突起または陰刻溝が形成されることを特徴とするリチウム二次電池。 - 前記陽刻突起または陰刻溝は、電池の回転中心軸を中心にして所定の半径を有する円形状で形成されることを特徴とする請求項７に記載のリチウム二次電池。
- 前記陽刻突起または陰刻溝は、２つ以上形成されることを特徴とする請求項８に記載のリチウム二次電池。
- 前記陽刻突起または陰刻溝は、エンボス形状で形成されることを特徴とする請求項７に記載のリチウム二次電池。
- 前記陽刻突起または陰刻溝の断面は、半円形状、長方形状、三角形状のうち、いずれか１つで形成されることを特徴とする請求項７に記載のリチウム二次電池。
- 前記ガスケットの材質は、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリイミドのうち、いずれか１つであることを特徴とする請求項１または７に記載のリチウム二次電池。
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