JP2010509711A - ケース中の電極アセンブリ受容部を変形させて安全性を向上させた二次電池 - Google Patents
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Abstract
電極アセンブリから突出した複数の電極タブが対応の電極リードに接続されており、そして前記電極アセンブリが受容部に取り付けられている構造に構成された二次電池であって、バッテリーケースが多形に形成されおり、前記電極アセンブリを前記受容部の上端から間隔をあけて配置させて、前記バッテリーの反復充放電中に、前記電極タブと前記対応する電極リードとの間を接続するようになっており、前記バッテリーケースがそのような前記電極アセンブリの上端の所定幅を押しつけることにより、前記受容部に取り付けられた前記電極アセンブリが、前記受容部の上端空間領域で上方向に動くのを防止している、二次電池が開示されている。上記二次電池の構成によれば、バッテリーの落下等による外部からの衝撃によりバッテリーの短絡が生じるのを防止したり、バッテリーの充放電の繰り返しにより生じるバッテリーケースの膨張によるバッテリーの内部短絡の発生を防止することができるので、二次電池の安全性が向上する。
Description
本発明は、バッテリーケースの電極アセンブリ受容部を変形させて安全性を向上させた二次電池に関する。より詳細には、本発明は、二次電池であって、
電極アセンブリから突出した複数の電極タブが対応の電極リードに接続されてなり、かつ、前記電極アセンブリが受容部に取り付けられている構造により構築されてなり、
バッテリーケースが多形に形成されてなり、前記バッテリーケースが前記電極アセンブリの上端を所定の幅で押しつけることにより、前記受容部の上端空間領域で、前記受容部に取り付けられた前記電極アセンブリが、上方向に動くのを防止してなるものであり、
前記電極アセンブリが、前記受容部の上端から間隔をあけて配置され、前記バッテリーの反復充放電中に、前記電極タブと前記対応する電極リードとの間を接続するようになっている、二次電池に関する。
電極アセンブリから突出した複数の電極タブが対応の電極リードに接続されてなり、かつ、前記電極アセンブリが受容部に取り付けられている構造により構築されてなり、
バッテリーケースが多形に形成されてなり、前記バッテリーケースが前記電極アセンブリの上端を所定の幅で押しつけることにより、前記受容部の上端空間領域で、前記受容部に取り付けられた前記電極アセンブリが、上方向に動くのを防止してなるものであり、
前記電極アセンブリが、前記受容部の上端から間隔をあけて配置され、前記バッテリーの反復充放電中に、前記電極タブと前記対応する電極リードとの間を接続するようになっている、二次電池に関する。
携帯機器の開発が増加するととともに、このような携帯機器の需要が増加するにつれて、携帯機器のエネルギー源としてバッテリーの需要も急激に増加した。したがって、種々のニーズを満たすバッテリーについての多くの研究が行われてきた。
バッテリーの形状の面では、携帯電話等の製品に適用できる程度に十分に薄い角柱型二次電池又はポーチ型二次電池の需要が非常に多い。バッテリーの材料の面では、リチウム二次電池、例えば、高エネルギー密度、高放電電圧及び高出力安定性を有するリチウムイオン電池及びリチウムイオンポリマー電池の需要が非常に多い。
さらに、二次電池は、カソード／セパレーター／アノード構造を有する電極アセンブリの構成に基づいて分類できる。例えば、電極アセンブリは、長シート型カソード及びアノードを巻くとともに、カソードとアノードとの間にそれぞれセパレーターを配置したジェリーロール（巻き）型構造、又は所定の大きさの複数のカソード及びアノードを順次積層するとともに、カソードとアノードとの間にそれぞれセパレーターを配置した積層型構造、又は所定の大きさを有する複数のカソード及びアノードを順次積層するとともに、カソードとアノードとの間にそれぞれセパレーターを配置してバイセル又はフルセルを構成した後、バイセル又はフルセルを巻いたものである積層／折り畳み構造に構成できる。
最近、製造コストが低いこと、軽量であること、及び形状を容易に改良できることから、アルミニウム積層シート製ポーチ型バッテリーケースにこのような積層型又は積層／折り畳み型電極アセンブリを取り付けた構造に構成したポーチ型バッテリーに大きな関心が集まっている。その結果、ポーチ型バッテリーの使用が徐々に増加してきた。
図１は、従来の代表的なポーチ型二次電池の一般的な構造を示す模式的分解斜視図である。
図１において、ポーチ型二次電池１０は、電極アセンブリ３０と、電極アセンブリ３０から延びている複数の電極タブ４０及び５０と、それぞれ電極タブ４０及び５０に溶着した電極リード６０及び７０、並びに電極アセンブリ３０を受け入れるためのバッテリーケース２０とを備えている。
電極アセンブリ３０は、カソードとアノードが順次積層されているとともに、カソードとアノードとの間にそれぞれセパレーターが配置されている発電素子である。電極アセンブリ３０は、積層構造又は積層／折り畳み構造に構成される。電極タブ４０及び５０は、電極アセンブリ３０の対応する電極板から延びている。電極リード６０及び７０は、例えば溶接により、電極アセンブリ３０の対応する電極板から延びている電極タブ４０及び５０にそれぞれ電気接続されている。電極リード６０及び７０は、バッテリーケース２０の外側に部分的に露出している。電極リード６０及び７０の上面及び下面には、バッテリーケース２０と電極リード６０及び７０との間の密封性を向上させるため、さらにはバッテリーケース２０と電極リード６０及び７０との間の電気絶縁を確実にするために、部分的に絶縁膜８０が付着している。
バッテリーケース２０は、アルミニウム積層シート製である。バッテリーケース２０は、中に、電極アセンブリ３０を受け入れるための空間を有している。バッテリーケース２０は、一般的にポーチの形状をしている。電極アセンブリ３０は、図１に示すように積層型電極アセンブリであり、バッテリーケース２０の内側上端は、電極アセンブリ３０から所定の距離だけ離れていて、複数のカソードタブ４０及び複数のアノードタブ５０がそれぞれ電極リード６０及び７０に結合できるようになっている。
図２は、図１に示す二次電池のバッテリーケースの内側上端を示す部分拡大図であり、カソードタブが集中した状態で互いに結合しており、カソードリードに接続されている。図３は、組み立てた状態の図１の二次電池を示す正面透視図である。
これらの図において、電極アセンブリ３０のカソードコレクター４１から延びている複数のカソードタブ４０が、カソードリード６０の一端に、例えば、溶接によりカソードタブ４０を互いに、一体的に結合することにより構成した溶接束の形態で接続されている。カソードリード６０はバッテリーケース２０により密封されており、カソードリード６０の他端６１はバッテリーケース２０の外側に露出している。複数のカソードタブ４０が互いに一体的に結合して溶接束を構成しているので、バッテリーケース２０の内側上端は、電極アセンブリ３０の上端面から所定の距離Ｌ１だけ間隔があいており、溶接束の形態で結合したカソードタブ４０は、ほぼＶ字形に曲げられている。したがって、電極タブと対応の電極リードとの間の結合領域は、「Ｖ形領域」と称することができる。
しかしながら、このようなＶ形領域はバッテリーの安全性の面で問題がある。具体的には、バッテリーの上端、すなわち、バッテリーのカソードリード６０を下にした状態でバッテリーを落としたり、バッテリーの上端に外部の物理的な力がかかると、電極アセンブリ３０がバッテリーケース２０の内側上端の方向に動いたり、バッテリーケース２０の上端が押しつぶされる。その結果、電極アセンブリ３０のアノード（図示せず）は、カソードタブ４２又はカソードリード６０と接触し、したがって、バッテリー内部で短絡が生じることがある。その結果、バッテリーの安全性が大きく低下する。
このようなバッテリーの内部短絡の発生を防止するための技術の一例として、韓国実用新案登録第０２０７９４８号は、バッテリーセルと電極タブを受け入れるためのバッテリーケースを備えているリチウムイオンポリマーバッテリーを開示している。このバッテリーケースは、バッテリーケースがバッテリーセルと電極タブをシール状態に包み、バッテリーケースの側面が傾斜して、バッテリーケースの面積がバッテリーケースの底部から上面の方向に増加する構造に構成されている。ここで、バッテリーセルに備わっているカソード板と、アノード板と、セパレーターは、異なる大きさで形成されており、カソード板と、アノード板と、セパレーターが、バッテリーケースの傾斜側面の内部に隣接して位置するようになっている。しかしながら、この技術では、カソード板と、アノード板と、セパレーターとを異なる大きさで製造する必要があるので、製造プロセスが複雑であり、装置コストが増加するという欠点がある。このため、この技術は実用性がない。
また、特開第２００１−０５２６５９号は、積層型ポリマー電解質バッテリーであって、電極端子を受け入れる領域で、外装容器の深さが電極アセンブリを受け入れる領域から外側に向かって徐々に減少していることを特徴とする、積層型ポリマー電解質バッテリーを開示している。しかしながら、この技術には、電極アセンブリとバッテリーケースとの間の接触領域がバッテリーの充放電の繰り返しにより生じるバッテリーケースの膨張と収縮によりゆるむので、この状態で外部から衝撃がバッテリーにかかると、バッテリーに短絡が生じることがあるという欠点を有している。
さらに、特開第２００５−１１６４８２号は、外装部材を備えている薄型バッテリーを開示している。このバッテリーは、電極アセンブリを受け入れる領域に予め形成した平面と、外装部材の平面と外周面との間に予め形成された傾斜面とを有しており、それにより、表面圧力分布が均一になるとともに、バッテリー容積が減少する。しかしながら、この技術は、まだ上記した欠点を有している。
したがって、バッテリーを落としたり、バッテリーに外力がかかったためにバッテリー内部の短絡が発生するのを防止できるだけでなく、バッテリーケースがバッテリーの充放電を繰り返すことにより多少膨張するときであってもバッテリーの内部短絡の発生を防止できる技術が非常に必要とされている。
このようなことから、本発明は、上記問題及びまだ解決されていない他の技術上の問題を解決するためになされたものである。
上記した問題を解決するために種々の鋭意研究及び実験を行った結果、本発明者等は、バッテリーケースを多形に形成して、バッテリーケースが所定の幅だけ電極アセンブリの上端を押しつけるようにするとき、バッテリーを落としたときなどの外部衝撃によるバッテリーの内部短絡が生じるのを防止でき、且つバッテリーの充放電を繰り返すことによりバッテリーケースが多少膨張するときであっても外部衝撃によるバッテリーの内部短絡を防止できることにより、二次電池の安全性が向上することを見出した。本発明は、これらの知見に基づいてなされたものである。
本発明の一態様によれば、上記及び他の目的は、電極アセンブリから突出した複数の電極タブが対応の電極リードに接続されており、そして前記電極アセンブリが受容部に取り付けられている構造に構成された二次電池であって、バッテリーケースが多形に形成されおり、前記電極アセンブリを前記受容部の上端から間隔をあけて配置させて、前記バッテリーの反復充放電中に、前記電極タブと前記対応する電極リードとの間を接続するようになっており、前記バッテリーケースがそのような前記電極アセンブリの上端の所定幅を押しつけることにより、前記受容部に取り付けられた前記電極アセンブリが、前記受容部の上端空間領域で上方向に動くのを防止している、二次電池を提供することにより達成することができる。
バッテリーを落としたり、バッテリーに外部から衝撃が加わったことによるバッテリーの内部短絡は、バッテリーの爆発や燃焼の主要原因となることがある。これは、バッテリーが落下したり、バッテリーに外部から衝撃が加わったりしたときに電極アセンブリが動いて、電極アセンブリのカソードとアノードが互いに接触し、したがって、接触抵抗部に電流が流れて高抵抗熱が発生するからである。バッテリーの内部温度が抵抗熱により臨界温度レベルを超えるときに、カソード活物質の酸化物構造が崩壊し、したがって、熱暴走現象が生じる。その結果、バッテリーが、発火したり、爆発する。
これに対して、本発明による二次電池では、バッテリーケースが多形に形成されており、したがって、電極アセンブリがバッテリーケースに取り付けられているとともに、電極アセンブリが適所に安定して位置している。したがって、バッテリーが落下したり、バッテリーに外部から力が加わったときでも、又はバッテリーの充放電の繰り返しによりバッテリーケースが膨らんだ（膨張した）ときでも、電極アセンブリの上方向の動きが防止され、したがって、バッテリーの内部短絡が防止される。
具体的には、本発明の二次電池は、バッテリーケースが多形に形成されていることを特徴としている。ここで、「多形構造」とは、電極アセンブリを受け入れるための受容部がバッテリーケースに形成されており、受容部が変形して所定幅だけ電極アセンブリの上端を押しつけるようになっている構造のことである。すなわち、多形構造は、受容部が、電極アセンブリの上端から所定の長さだけ下方向に隔てた位置から下方向に傾斜していて、多形構造が所定幅だけ電極アセンブリの上端を押しつけるようになっている構造である。したがって、本明細書で使用されている「多形領域」とは、電極アセンブリの上端から所定の長さだけ下方向に隔てた位置から始まる受容部の傾斜領域である。場合によっては、傾斜領域は２段又は多段領域でもよい。
多形領域により、電極アセンブリの上端は、バッテリーケースに固定される。したがって、バッテリーの充放電の繰り返しによるバッテリーケースの膨張と収縮の繰り返しによりバッテリーケースと電極アセンブリとの間の間隙が増加するときでも、バッテリーが落下したときに電極アセンブリが動くことを防止することができる。その結果、バッテリーの安全性が向上する。
好ましい実施態様によれば、前記受容部の前記上端空間領域が傾斜して（「傾斜部」）、前記受容部の前記上端空間領域の幅が前記バッテリーケースの上端の方向（電極端子の方向）に少なくとも部分的に減少しており、そして前記電極アセンブリの上端を押しつけるための多形領域が、前記傾斜部に続いて前記多形領域となるように順次形成されている。傾斜部は、バッテリーケースの受容部の上端面に形成されており、そして多形領域が順次形成されていて、傾斜部が多形領域の後に続くようになっている。したがって、傾斜部と多形領域は、２段傾斜構造を形成している。２段傾斜構造の場合、上端空間領域が効果的に減少するとともに、電極アセンブリの上端が押されるようになっている。したがって、２段傾斜構造が、バッテリーの充放電によるバッテリーケースの変形又は膨張に効果的に対応する。
多形領域は、バッテリーケースがバッテリーの充放電の繰り返しにより膨張するときでも、電極アセンブリの上端を押すのに十分な傾斜角を有している。好ましくは、多形領域の傾斜角は傾斜部の傾斜角よりも小さい範囲で５〜２０度である。
一方、傾斜部の傾斜角は、上端空間領域が減少し、したがって、受容部に取り付けられた電極アセンブリの上方向の動きが防止される限りは特に制限されない。例えば、傾斜部は、電極タブにより形成された傾斜角にほぼ相当する傾斜角を有していて、傾斜部が、溶接により電極タブがお互いに一体的に結合することにより構成される溶接束の外形とほぼ一致するようになっている。したがって、好ましくは、傾斜部は、多形領域の傾斜角よりも少なくとも１０度大きな傾斜角を有している。
好ましくは、多形領域は、電極アセンブリの上端から電極アセンブリの全長の５〜１５％に相当する位置から始まる。具体的には、多形領域は、電極アセンブリの上端から３〜２０ｍｍ隔てた位置から始まる。
多形領域が始まる位置の電極アセンブリの全長に対する割合が小さすぎたり、又は多形領域の傾斜角が小さすぎると、多形領域が電極アセンブリを効果的に押しつけることができない。一方、多形領域が始まる位置の電極アセンブリの全長に対する割合が大きすぎたり、又は多形領域の傾斜角が大きすぎると、多形領域が電極アセンブリを過度に押しつけることになる。その結果、電極板とバッテリーケースが損傷することがある。さらに、内部抵抗が増加することがある。
好ましくは、多形領域は、バッテリーケースの成形中にバッテリーケースの受容部を形成するときに、傾斜部の形成と同時に形成して、電極アセンブリが多形領域により効果的に押しつけられるようにすることが好ましい。これは、受容部に電極アセンブリを入れ、バッテリーケースをシールすることによりバッテリーを製造した後、多形領域を後処理プロセスとして形成するとき、バッテリーの使用中に多形領域が最初の状態に戻ることができるからである。
好ましい実施態様によれば、電極アセンブリ受容部の上端面は、電極アセンブリの方向に曲げられているので、電極タブ接続領域での曲げや密着による短絡発生の可能性を最小限に抑えることができる。
このような曲げにより、バッテリーケースの受容部の上端に一つの段が形成される。その結果、多形領域とともに２段領域が形成される。その結果、バッテリーケースにデッドスペースがないか、又はバッテリーケースのデッドスペースが最小限となり、したがって、バッテリーがよりコンパクトな構造で構成できる。また、曲げにより、受容部の上端と多形領域との間に突起が形成されている。その結果、電極アセンブリの上端がバッテリーケースの内面と密着し、したがって、バッテリーが落下してバッテリーの上端領域、とりわけバッテリーのコーナーに衝撃が加わったときに、バッテリーは二重に保護されることになり、それによりバッテリーの安全性が大きく向上する。さらに、多形領域の傾斜度が低下し、したがって、外部からの衝撃がバッテリーに加わったとき、多形領域により衝撃が効果的に吸収される。
曲げ部は、電極アセンブリを受容部に入れ、バッテリーケースをシールした後に、後処理プロセスとして形成してもよい。別法として、曲げ部を、バッテリーケースの製造中に受容部の形成と同時に形成してもよい。前者の場合、後処理プロセスを、手動でおこなってもよいし、機械により自動でおこなってもよい。
電極アセンブリは、複数の電極タブが互いに接続されてカソード及びアノードを構成する限りは、特に制限されない。好ましくは、電極アセンブリは、積層構造及び／又は積層／折り畳み構造で構成する。このような積層／折り畳み構造で構成される電極アセンブリの詳細は、韓国特開第２００１−００８２０５８号、第２００１−００８２０５９号及び第２００１−００８２０６０号に開示されている。これらの出願の出願人は、本願の出願人と同一である。上記公開明細書の開示事項は、引用することにより本明細書に組み込まれる。
本発明による二次電池において、バッテリーケースは、金属層と樹脂層とを備えている積層シートから形成されているのが好ましい。具体的には、バッテリーケースは、電極アセンブリを受け入れるための受容部を有するアルミニウム積層シートから形成されたポーチ型バッテリーケースでよい。積層シートから形成されたバッテリーケースは、例えば、電極アセンブリをバッテリーケースの受容部に取り付けた後に、熱溶接によりシールする。
好ましくは、本発明による二次電池は、リチウム二次電池である。とりわけ、好ましくは、本発明は、電極アセンブリにゲル相のリチウム含有電解質を含浸したいわゆるリチウムイオンポリマーバッテリーに適用される。
また、好ましくは、本発明による二次電池は、高出力且つ大容量の中型又は大型バッテリーパックの単位セルとして使用される。中型又は大型バッテリーパックの単位セルの大きさは、小型バッテリーパックの単位セルの大きさよりも大きい。したがって、中型又は大型バッテリーパックの単位セルの容積変化は、単位セルの充放電中は大きく、そして単位セルの内部短絡又はバッテリー部品の劣化により発生するガスにより単位セルが発火する可能性が極めて高い。一方、本発明の二次電池によれば、バッテリーケースに傾斜部が設けられているので、二次電池の安全性が極めて高い。
本発明の他の態様によれば、上記二次電池を単位セルとして備えている中型又は大型バッテリーパックが提供される。
本発明による二次電池を単位セルとして用いた中型又は大型バッテリーパックを製造する方法は、当業者には周知である。例えば、本願と同一の出願人による韓国特願第２００４−１１１６９９号は、複数のカートリッジを用いて製造されたバッテリーパックを開示している。この特許出願の開示は、引用することにより本明細書の一部とされる。
本発明の好ましい実施態様を、添付図面を参照しながら詳細に説明するが、本発明の範囲は説明した実施態様には限定されない。
図４は、本発明の好ましい実施態様によるポーチ型二次電池を示す分解斜視図である。
図４において、ポーチ型二次電池１００は、電極アセンブリ３００、電極アセンブリ３００から延びているカソードタブ３１０及びアノードタブ３２０、それぞれカソードタブ３１０及びアノードタブ３２０に溶着された電極リード４００及び４１０と、電極アセンブリ３００を受け入れるためのバッテリーケース２００とを備えている。
電極アセンブリ３００は、カソードとアノードとを順次積層させ、セパレーターをカソードとアノードとの各間に配置して備えている発電素子である。電極アセンブリ３００は、積層構造又は積層／折り畳み構造で構成されている。カソードタブ３１０及びアノードタブ３２０は、電極アセンブリ３００の対応電極板から延びている。電極リード４００及び４１０は、例えば溶接により、電極アセンブリ３００の対応電極板から延びているカソードタブ３１０及びアノードタブ３２０にそれぞれ電気接続されている。電極リード４００及び４１０は、バッテリーケース２００の外側に部分的に露出している。また、絶縁膜５００は、電極リード４００及び４１０の上面と下面に取り付けられていて、ケース本体２１０とカバー２２０の残りの部分を熱溶接機により互いに熱溶接するときに、熱溶接機と電極リード４００及び４１０との間の短絡の発生を防止したり、電極リード４００及び４１０とバッテリーケース２００との間のシール性を確保するようになっている。
一般的に、バッテリーケース２００は、アルミニウム積層シートから形成されている。バッテリーケース２００は、電極アセンブリ３００を受け入れるための凹状受容部２３０を有するケース本体２１０と、ケース本体２１０に一体的に接続したカバー２２０とを備えている。
参照符号Ｂにより示す受容部２３０の下端を示す図面において、受容部２３０の下端は、電極アセンブリ３００の下端の形状と概略一致する形状で形成されている。すなわち、受容部２３０の下端の傾斜度は、概略直角である。
一方、受容部２３０の上端空間領域は、受容部２３０の上端空間領域の幅がケース本体２１０の上端の方向に減少するように傾斜している。さらに、参照符号Ａにより示される多形領域が、ケース本体２１０における受容部２３０の上端空間領域に形成されている。したがって、受容部２３０に取り付けられた電極アセンブリ３００の上方向の動きが防止され、同時に、バッテリーの充放電の繰り返しにより生じるバッテリーケースの膨張による短絡の発生が防止される。
多形領域Ａを示す拡大図において、多形領域Ａは、電極アセンブリ３００の上端から所定の長さＬａだけ下方向に間隔をあけたケース本体２１０の位置から全長Ｌｂを有するように形成されている。その結果、電極アセンブリ３００を受容部２３０に取り付けると、多形領域Ａにより、電極アセンブリ３００の上端に対して所定の圧力が加えられる。したがって、たとえ、バッテリーの充放電の繰り返しによりバッテリーケース２００が膨張したとしても、電極アセンブリ３００の動きが防止される。具体的には、多形領域Ａは、所定角度で形成される。これにより、電極アセンブリ３００が受容部に取り付けられた状態で、多形領域Ａが電極アセンブリ３００の上端に十分な圧力を加えながら、優れたバッテリー性能が維持されるように、電極アセンブリ３００の上端での高さがＨ、長さＬａとなっている。
図５は本発明の上記した実施態様によるバッテリーケースに形成した多形領域を示す模式的部分断面図であり、図６は本発明の他の好ましい実施態様によるバッテリーケースに形成した多形領域を示す模式的部分断面図である。理解を容易にするために、電極アセンブリの上端とバッテリーケースとの間の空間領域が、多少誇張して示されている。
これらの図面において、二次電池は、電極アセンブリ３００を受け入れるための受容部２３０がバッテリーケース本体２１０に形成され、傾斜部２４０が受容部２３０と受容部２３０の上端に位置する電極アセンブリ３００との間の空間領域、すなわち、受容部２３０の上端空間領域に形成されて、傾斜部２４０の幅が受容部２３０の上端の方向（電極端子の方向）に少なくとも部分的に減少し、そして傾斜部２４０の後に多形領域Ａが形成されている構造で構成されている。したがって、二次電池は、２段傾斜構造で構成されている。電極アセンブリ３００の上端が多形領域Ａにより押しつけられることにより、電極アセンブリ３００が適所に固定されている。
多形領域Ａは、所定の長さＬａだけ電極アセンブリ３００の上端から離れているケース本体２１０の位置から始まる。多形領域Ａは、全長がＬｂであり、また、バッテリーケース２１０の外面から所定の深さＨを有している。したがって、空間領域の大きさを最小限とすることができ、たとえバッテリーの充放電の繰り返しにより電極アセンブリの膨張と収縮が繰り返されてバッテリーケース２１０が膨張しているときに、多形領域Ａに圧力が加わったときでも、電極アセンブリの上端が膨張多形領域Ａにより効果的に固定できる。
図６に示すように、二次電池１１０は、バッテリーケース本体２１０に形成された電極アセンブリ受容部２３０の上端に傾斜部２４０と多形領域Ａが形成されており、電極アセンブリ受容部２３０の上端面が電極アセンブリ３００の方向に曲がって段領域Ｃを形成している構造に構成されている。段領域Ｃにより、電極アセンブリ３００とバッテリーケース２００との間の空間がさらに減少する。また、多形領域Ａと段領域Ｃとの間の接続部が突出しており、したがって、二次電池を落としたために衝撃がバッテリーの上端領域、とりわけコーナーに加わったときの短絡の発生が防止できる。段領域Ｃは、手動で形成しても、機械により自動で形成してもよい。
以下、本発明を実施例により詳細に説明するが、これらの実施例は本発明を説明する目的のみで記載するものであり、本発明の範囲及び精神を限定するものではない。
１−１．カソードの製造
カソード活物質としてのＬｉＣｏＯ２９４重量％と、Ｓｕｐｅｒ−Ｐ（導電剤）３．５重量％と、ＰＶｄｆ（カップリング剤）２．５重量％とを、溶媒としてのＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）に添加することにより、カソード混合物スラリーを調製した。このカソード混合物スラリーを、アルミニウム箔上に塗布した。続いて、カソード混合物スラリーを乾燥し、プレスして、カソードを製造した。
カソード活物質としてのＬｉＣｏＯ２９４重量％と、Ｓｕｐｅｒ−Ｐ（導電剤）３．５重量％と、ＰＶｄｆ（カップリング剤）２．５重量％とを、溶媒としてのＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）に添加することにより、カソード混合物スラリーを調製した。このカソード混合物スラリーを、アルミニウム箔上に塗布した。続いて、カソード混合物スラリーを乾燥し、プレスして、カソードを製造した。
１−２．アノードの製造
アノード活物質としての人工黒鉛９４重量％と、Ｓｕｐｅｒ−Ｐ（導電剤）１重量％と、ＰＶｄｆ（カップリング剤）５重量％とを、溶媒としてのＮＭＰに添加することにより、アノード混合物スラリーを調製した。アノード混合物スラリーを銅箔上に塗布した。続いて、このアノード混合物スラリーを乾燥し、プレスして、アノードを製造した。
アノード活物質としての人工黒鉛９４重量％と、Ｓｕｐｅｒ−Ｐ（導電剤）１重量％と、ＰＶｄｆ（カップリング剤）５重量％とを、溶媒としてのＮＭＰに添加することにより、アノード混合物スラリーを調製した。アノード混合物スラリーを銅箔上に塗布した。続いて、このアノード混合物スラリーを乾燥し、プレスして、アノードを製造した。
１−３．バッテリーケースの製造
ポーチ型バッテリーケースが、図５に示すように１０ｍｍの長さだけ電極アセンブリの上端から隔てた位置から始まり、そして図７に示す角度の多形領域を有する受容部を備えるように、ポーチ型バッテリーケースをアルミニウム積層シートから引き抜き加工により製造した。
ポーチ型バッテリーケースが、図５に示すように１０ｍｍの長さだけ電極アセンブリの上端から隔てた位置から始まり、そして図７に示す角度の多形領域を有する受容部を備えるように、ポーチ型バッテリーケースをアルミニウム積層シートから引き抜き加工により製造した。
１−４．バッテリーの製造
積層型電極アセンブリを、上記１−１に記載したように製造したカソードと上記１−２に記載したように製造したアノードを積層するとともに、Ｃｅｌｇａｒｄ社製ポリプロピレンセパレーターをカソードとアノードとの各間に配置した構造で製造した。製造した電極アセンブリをポーチ型バッテリーケースに取り付けた後、１Ｍ ＬｉＰＦ６カーボネート系液状電解質をバッテリーケースに注入して、バッテリーを製造した。
積層型電極アセンブリを、上記１−１に記載したように製造したカソードと上記１−２に記載したように製造したアノードを積層するとともに、Ｃｅｌｇａｒｄ社製ポリプロピレンセパレーターをカソードとアノードとの各間に配置した構造で製造した。製造した電極アセンブリをポーチ型バッテリーケースに取り付けた後、１Ｍ ＬｉＰＦ６カーボネート系液状電解質をバッテリーケースに注入して、バッテリーを製造した。
受容部の上端が図６に示すように電極アセンブリの方向に手動で曲げられていることを除いて、実施例１と同様にしてバッテリーを製造した。
多形領域をバッテリーケースの受容部に形成しなかった以外は、実施例１と同様にして、バッテリーを製造した。
多形領域が電極アセンブリの上端に相当する位置から始まる構造で受容部を形成した以外は、実施例１と同様にして、バッテリーを製造した。
実施例１、実施例２、比較例１及び比較例２により製造したポーチ型バッテリーについて、前部落下実験を実施した。具体的には、５０サイクルの充放電と１００サイクルの充放電をおこなった後のポーチ型バッテリーについて、前部落下実験を実施した。実験結果を、下表１に示す。前部落下実験は、各例について、２０個のバッテリーを用いて繰り返し１０回実施した。前部落下実験では、バッテリーを、それぞれのバッテリーの電極端子が地上に向くようにして、１．５ｍの高さから自由落下させた。
上記表から明らかなように、実験結果から、実施例１及び実施例２により製造した全てのバッテリー、すなわち、各例について２０個のバッテリーは、前部落下実験後でも短絡は生じなかったことが分かる。具体的には、電極アセンブリの上端でのバッテリーケース受容部の空間領域は、バッテリーケース受容部に形成された傾斜部により最小限に抑えられ、同時に、電極アセンブリは傾斜部により押しつけられることにより、電極アセンブリの動きが抑制され、このため、バッテリーの短絡は生じなかった。一方、実験結果から、比較例１により製造されたバッテリーについて、多数のバッテリーが短絡し、発火したことが分かる。また、実験結果から、比較例２により製造したバッテリーについて、バッテリーの前端を下にした状態で落下させたときに、電極アセンブリが動いたために短絡したバッテリー数がバッテリーの充放電サイクルの増加とともに増加したこと分かる。
上記説明から明らかなように、本発明による二次電池は、バッテリーケースが多形領域を備え、その多形領域が電極アセンブリの上端を所定幅だけ押しつけるような構造で構成されている。したがって、バッテリーの充放電の繰り返しによりバッテリーケースの膨張と収縮が繰り返されることにより、バッテリーケースと電極アセンブリとの間の間隙が増加するときであっても、電極アセンブリの動きが抑制され、したがって、バッテリーにおける短絡の発生を防止できる。その結果、バッテリーの安全性が向上する。
本発明の好ましい実施態様を説明の目的で開示したが、当業者には、添付の特許請求の範囲に開示されている本発明の範囲及び精神から逸脱することなく、種々の修正、追加及び置き換えが可能であることが理解できるであろう。
３０、３００ 電極アセンブリ
４０、５０ 電極タブ
１１０ 二次電池
６０、７０、４００、４１０ 電極リード
２３０ 受容部
２０、２００、２１０ バッテリーケース
Ｌａ 所定長
Ｌｂ 全長
Ａ 多形領域
４０、５０ 電極タブ
１１０ 二次電池
６０、７０、４００、４１０ 電極リード
２３０ 受容部
２０、２００、２１０ バッテリーケース
Ｌａ 所定長
Ｌｂ 全長
Ａ 多形領域
Claims (12)
- 二次電池であって、
電極アセンブリから突出した複数の電極タブが対応の電極リードに接続されてなり、かつ、前記電極アセンブリが受容部に取り付けられてなる構造により構築されてなり、
バッテリーケースが多形に形成されてなり、前記バッテリーケースが前記電極アセンブリの上端を所定の幅で押しつけることにより、前記受容部の上端空間領域で、前記受容部に取り付けられた前記電極アセンブリが、上方向に動くのを防止してなるものであり、
前記電極アセンブリが、前記受容部の上端から間隔をあけて配置され、前記バッテリーの反復充放電中に、前記電極タブと前記対応する電極リードとの間を接続するようになっている、二次電池。 - 前記受容部の前記上端空間領域が傾斜して、前記受容部の前記上端空間領域の幅が前記バッテリーケースの上端の方向（電極端子の方向）に少なくとも部分的に減少してなり、及び
前記電極アセンブリの上端を押しつけるための多形領域が、前記傾斜部に続いて前記多形領域となるように順次形成されてなる、請求項１に記載の二次電池。 - 前記多形領域の傾斜角が、前記傾斜部の傾斜角よりも小さい範囲内で５〜２０度である、請求項２に記載の二次電池。
- 前記多形領域が、前記電極アセンブリの上端から前記電極アセンブリの全長の５〜１５％に対応する位置から始まっている、請求項１に記載の二次電池。
- 前記多形領域が、前記電極アセンブリの上端から３〜２０ｍｍ離れた位置から始まっている、請求項１に記載の二次電池。
- 前記受容部の上端面が、前記電極アセンブリの方向に曲がっている、請求項１に記載の二次電池。
- 前記傾斜部が、前記バッテリーケースの成形中に形成されたものである、請求項１に記載の二次電池。
- 前記電極アセンブリが、積層また積層／折り畳み型構造に構成されている、請求項１に記載の二次電池。
- 前記バッテリーケースが、樹脂層と金属層とを備えた積層シートから構成されている、請求項１に記載の二次電池。
- 前記バッテリーケースが、アルミニウム積層シート製ポーチ型ケースである、請求項９に記載の二次電池。
- 前記バッテリーが、リチウム二次電池である、請求項１に記載の二次電池。
- 請求項１〜１１のいずれか１項に記載の二次電池を備えている高出力且つ大容量の中型又は大型バッテリーパック。
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