JP2011086625A - リチウム二次電池 - Google Patents

Abstract

【課題】リチウム二次電池を提供する。
【解決手段】内部にセンターピンを具備する電極組立体と、電極組立体を収容するカンと、カンの一面に連結されるキャップ組立体と、を含み、少なくともセンターピンの一端は、変形端を具備し、変形端は、カンまたはキャップ組立体の内面と衝突した衝撃力によって変形され、センターピンが、カンまたはキャップ組立体の外部に飛び出すことを防止するリチウム二次電池である。
【選択図】図１１Ａ

Description

本発明は、リチウム二次電池に係り、さらに詳細には、機能性センターピンを具備したリチウム二次電池に関する。

一般的に、リチウム二次電池は、センターピンが結合された円筒状の電極組立体と、前記電極組立体が結合される円筒状のカン（ｃａｎ）と、前記カン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と、前記カンの一側に結合され、前記電解液の漏液を防止し、電極組立体の離脱を防止するキャップ組立体とからなる。かようなリチウム二次電池は、一般的にその容量が２，０００〜４，０００ｍＡほどであるために、主に、大容量の電力が必要なノート型パソコン、デジタルカメラ、カムコーダなどに装着されている。一例として、かようなリチウム二次電池が多数個必要な場合、直列または並列に連結され、また保護回路が装着されたまま、所定形態のハードパック（ｈａｒｄ ｐａｃｋ）に組み立てられ、前述の電子機器に電源用として結合されて利用される。また、かようなリチウム二次電池の製造方法は、負極活物質がコーティングされた負極板、セパレータ及び正極活物質がコーティングされた正極板を共に積層した後、本形態の巻き取り軸に一端を結合した後、ほぼ円筒状に巻き取って電極組立体を形成する。次に、前記電極組立体にセンターピンを結合した後、これを円筒形カンに挿入する。次に、前記円筒形カンに電解液を注入し、キャップ組立体を、前記円筒形カンの上部に結合することによって、円筒状のリチウムイオン電池を完成する。一方、かようなリチウム二次電池は、過充電時に、爆発及び発火する現象を防止するために、過充電による内部圧力上昇時に、形態が変形される安全ベント、前記安全ベントの形態変更によって電流が遮断される回路基板が設けられている。一般的に、前記安全ベント及び回路基板は、総称してＣＩＤ（ｃｕｒｒｅｎｔ ｉｎｔｅｒｒｕｐｔ ｄｅｖｉｃｅ）とも言い、これは、キャップ組立体の一構成要素となる。

本発明の目的は、リチウム二次電池内部圧力の上昇による、爆発時のセンターピンの突出などを阻止し、リチウム二次電池の安全性を向上させることである。

前記目的を達成するために、本発明の一側面によれば、内部にセンターピンを具備する電極組立体と、前記電極組立体を収容するカンと、前記カンの一面に連結されるキャップ組立体と、を含み、少なくとも前記センターピンの一端は、変形端を具備し、前記変形端は、前記カンまたはキャップ組立体の内面と衝突した衝撃力によって変形され、前記センターピンが、前記カンまたはキャップ組立体の外部に飛び出すことを防止するリチウム二次電池を開示する。

ここで、前記センターピンは、長手方向に内部に空洞が形成されうる。

ここで、前記変形端は、前記センターピンの長手方向に沿って、ノッチ部が形成されうる。

ここで、前記変形端は、前記センターピンの中央から遠ざかる方向に沿って、テーパ状になる形状を有することができる。

ここで、前記センターピンの中央から遠ざかる方向に沿って、前記変形端の直径が拡大しうる。

ここで、前記変形端は、前記センターピンの長手方向に沿って、曲面を有することができる。

ここで、前記ノッチ部は、前記変形端の外表面に、長手方向に形成されうる。

ここで、前記ノッチ部は、ジグザグ状に形成されうる。

ここで、少なくとも１つの貫通ホールが、前記変形端の外表面に形成されうる。

ここで、前記変形端は、間隙によって分かれた複数個のスリット部が、前記センターピンの長手方向に沿って形成されうる。

ここで、前記複数個のスリット部のうち少なくとも１つのスリット部は、半径方向外側に曲がりうる。

ここで、前記複数個のスリット部のうち少なくとも１つのスリット部は、半径方向内側に曲がりうる。

ここで、前記複数個のスリット部のうち少なくとも１つのスリット部は、半径方向内側に曲がり、前記複数個のスリット部のうち他の少なくとも１つのスリット部は、半径方向外側に曲がりうる。

ここで、前記変形端は、前記センターピンの長手方向に沿って、曲面を有することができる。

ここで、前記変形端は、前記センターピンの長手方向に沿って、ノッチ部を有することができる。

ここで、前記ノッチ部は、前記間隙より、前記センターピンの長手方向に沿って、前記センターピンの中心にさらに近く形成されうる。

ここで、前記変形端は、少なくとも１つの貫通ホールが、前記変形端の外表面に形成されうる。

ここで、前記少なくとも１つの貫通ホールは、前記間隙より、前記センターピンの長手方向に沿って、前記センターピンの中心にさらに近く形成されうる。

ここで、前記変形端は、少なくとも１つの貫通ホールが、前記変形端の外表面に形成されうる。

ここで、前記変形端は、前記センターピンの中央から遠ざかる方向に、テーパ状になる形状を有することができる。

ここで、前記変形端は、前記センターピンの中央から遠ざかる方向に沿って、半径が拡大しうる。

ここで、前記変形端は、前記センターピンの長手方向に沿って、曲面を有することができる。

ここで、前記変形端は、傾斜したエッジを有することができる。

ここで、前記カンは円筒形でありうる。

ここで、前記変形端は、前記センターピンの長手方向に構成されうる。

本発明によるリチウム二次電池によれば、電池の爆発時に、センターピンがキャップ組立体または／及びカンの内部面と衝突して破裂及び変形され、センターピンの突出が阻止され、それによって、二次電池の安全性が向上する。

また、別途の構造的追加なしに、既存センターピンにノッチまたは間隙を形成し、前記目的を達成できるので、廉価に電池を製造できる。

本発明の一実施形態によるリチウムイオン電池の概略的斜視図である。 図１のＩＩ−ＩＩ’に沿って切り取った概略的断面図である。 図１の概略的分解斜視図である。 キャップ組立体の他の実施形態を図示した断面図である。 本発明によるリチウム二次電池の内部で、センターピンが爆発によって正極キャップと衝突して変形した例を図示した部分断面図である。 本発明によるリチウム二次電池の内部で、センターピンが爆発によって正極キャップと衝突して変形した例を図示した部分断面図である。 一端にノッチ部を具備したセンターピンの概略的正面図である。 一端にノッチ部を具備したセンターピンの概略的正面図である。 一端にノッチ部を具備したセンターピンの概略的正面図である。 一端にノッチ部を具備したセンターピンの概略的正面図である。 一端にノッチ部を具備したセンターピンの概略的正面図である。 図６Ａのセンターピンの断面図である。 図６Ｂのセンターピンの断面図である。 図６Ｃのセンターピンの断面図である。 図６Ｄのセンターピンの断面図である。 図６Ｅのセンターピンの断面図である。 図６ＡのＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ’に沿って切り取った概略的断面図である。 一端にスリット部を具備したセンターピンの概略的正面図である。 一端にスリット部を具備したセンターピンの概略的正面図である。 一端にスリット部を具備したセンターピンの概略的正面図である。 一端にスリット部を具備したセンターピンの概略的正面図である。 一端にスリット部を具備したセンターピンの概略的正面図である。 図９ＡのＸ−Ｘ’に沿って切り取った概略的断面図である。 図９Ａの概略的斜視図である。 図９Ｂの概略的斜視図である。 図９Ｃの概略的斜視図である。 図９Ｄの概略的斜視図である。 図９Ｅの概略的斜視図である。 スリット部の終端のうち少なくとも一部がセンターピン半径方向外側に向いた概略的斜視図である。 一端に貫通ホール部を具備したセンターピンの正面図である。 一端に貫通ホール部を具備したセンターピンの正面図である。 一端に貫通ホール部を具備したセンターピンの正面図である。 一端にノッチ部とスリット部との組み合わせを具備したセンターピンの正面図である。 一端にノッチ部とスリット部との組み合わせを具備したセンターピンの正面図である。 一端にノッチ部とスリット部との組み合わせを具備したセンターピンの正面図である。 一端にスリット部及び貫通ホール部の組み合わせを具備したセンターピンの正面図である。 一端にスリット部及び貫通ホール部の組み合わせを具備したセンターピンの正面図である。 一端にスリット部及び貫通ホール部の組み合わせを具備したセンターピンの正面図である。 一端にノッチ部、スリット部及び貫通ホール部の組み合わせを具備したセンターピンの正面図である。

以下、添付された図面に図示された実施形態を参照しつつ、本発明について詳細に説明する。同じ図面符号は、同じ構成要素を指す。

図１ないし図３を参照しつつ、リチウム二次電池１００について説明する。図１は、本発明の一実施形態によるリチウムイオン電池の概略的斜視図である。図２は、図１のＩＩ−ＩＩ’に沿って切り取った概略的断面図である。図３は、図１の概略的分解斜視図である。

本発明の実施形態として、円筒形リチウム二次電池１００について説明するが、本発明の実施形態は、円筒形に制限されるものではなく、多様な形態の電池に適用されうる。例えば、リチウム二次電池は、四角形、正方形、楕円形または他の断面形状を有することができ、本発明は、図示されているように、一定の断面形状を有した多面体に制限されるものではない。

図示されているように、本発明によるリチウム二次電池１００は、電極組立体１１０、センターピン１２０、カン（ｃａｎ）１４０及びキャップ組立体１５０を具備する。電極組立体１１０は、負極板１１１、正極板１１２及びセパレータ１１３を具備する。ここで、負極板１１１は、例えば、黒鉛のような負極活物質がコーティングされている。正極板１１２は、例えば、コバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ_２）の正極活物質がコーティングされている。このとき、セパレータ１１３は、負極板１１１と正極板１１２との間に位置してショートを防止し、リチウムイオンの移動のみ可能にする役割を行う。このとき、円筒形カン１４０は、負極板１１１、正極板１１２及びセパレータ１１３を、ほぼ円柱状に巻き取って収納する。負極板１１１は、銅（Ｃｕ）ホイルであり、正極板１１２は、アルミニウム（Ａｌ）ホイルであり、セパレータ１１３は、ポリエチレン（ＰＥ）またはポリプロピレン（ＰＰ）でありうる。また、負極板１１１には、下部に一定長さ突出して延びた負極タップ１１４が溶接され、正極板１１２には、上部に一定長さ突出した正極タップ１１５が溶接されうる。しかし、本発明の一実施形態は、これに制限されるものではない。例えば、他の実施形態によれば、負極板１１１が、上部に所定の長さほど突出した負極タップ１１４に溶接されもし、正極板１１２が、下部に所定の長さほど突出した正極タップ１１５に溶接されもする。また、負極タップ１１４は、ニッケル（Ｎｉ）材質、正極タップ１１５は、アルミニウム（Ａｌ）材質でありうる。このとき、負極板１１１、正極板１１２、セパレータ１１３、負極タップ１１４及び正極タップ１１５の材質は、前記で記載された材質に限定されるものではなく、当業者が容易に変更できるものであるならば、本発明の保護範囲に属する。

一方、円筒形カン１４０は、スチール、ステンレススチール、アルミニウム、またはそれらの等価物によって形成可能であり、ここで、その材質を限定するものではない。

センターピン１２０は、電極組立体１１０のほぼ中央に結合されており、これは、電池の充放電中に、電極組立体１１０の変形を抑制する役割を行う。このとき、センターピン１２０は、例えば、ニッケル（Ｎｉ）から形成されうるが、これに制限されるものではない。例えば、センターピン１２０は、アルミニウム（Ａｌ）のような他の金属、または金属の合成材質でありうる。

キャップ組立体１５０は、図３を参照すれば、ガスケット１５１、安全ベント（ｖｅｎｔ）１５２、回路基板１５３、陽性温度素子（ＰＴＣ）１５４及び正極キャップ１５５を具備する。キャップ組立体１５０は、円筒形カン１４０の一側に配されうる。ガスケット１５１は、ほぼリング状で、円筒形カン１４０の一側に配される。このとき、絶縁性ガスケット１５１には、正極タップ１１５と接続される導電性安全ベント１５２が結合されてなりうる。ここで、安全ベント１５２は、カン１４０内部の圧力上昇時に、変形したり破裂され、回路基板１５３を破損させたり、またはガスを外部に放出させる役割を行う。回路基板１５３は、安全ベント１５２の一側に配され、安全ベント１５２の変形時に、破損または破壊され、電流が遮断される。陽性温度素子１５４は、回路基板１５３の上部に配され、過電流時に電流が遮断される役割を行う。正極キャップ１５５は、陽性温度素子１５４の一側に配され、外部に正極電圧（または負極電圧）を印加できる。また、正極キャップ１５５は、ガス排出が容易なように、多数の通孔１５５ａを具備できる。かような安全ベント１５２、回路基板１５３、陽性温度素子１５４及び正極キャップ１５５は、いずれも絶縁性ガスケット１５１の内側に装着されることによって、安全ベント１５２、回路基板１５３、陽性温度素子１５４及び正極キャップ１５５は、円筒形カン１４０との直接的なショートが防止されるようになっている。同時に、回路基板１５３の表面には、配線パターン１５３ａが形成されているので、かような配線パターン１５３ａは、回路基板１５３が破損されたり破壊されれば、自然に途絶されるようになっている。

キャップ組立体１５０の構成は、これらに制限されるものではない。例えば、図４を参照すれば、図４は、キャップ組立体１５０’としての他の実施形態を図示した断面図である。図４を参照すれば、キャップ組立体１５０’は、サブディスク１６１、ベント１６２、キャップダウン１６３及びインシュレータ１６４を具備することもできる。このとき、サブディスク１６１は、センターピン１２０の一端に対応して配される。ベント１６２は、サブディスク１６１と溶接されて配される。このとき、ベント１６２が、ガスの圧力などによって変形されれば、サブディスク１６１とベント１６２とが離れ、電流を流なさい。キャップダウン１６３は、サブディスク１６１とベント１６２との構造を維持する役割を行う。インシュレータ１６４は、キャップダウン１６３とベント１６２との間に配され、絶縁機能を行うことができる。以下、説明を容易にするために、図１ないし図３に図示されたキャップ組立体１５０を基に述べる。しかし、センターピン１２０の機能及び作動は、これに制限されるものではなく、図４に図示されたキャップ組立体１５０でも同一に作動する。

図２を参照すれば、円筒形カン１４０には、ビーディング部（ｂｅａｄｉｎｇ ｐａｒｔ）１４３及びクリンピング部１４４（ｃｒｉｍｐｉｎｇ ｐａｒｔ）が形成される。ビーディング部１４３は、キャップ組立体１５０の下部に形成され、円筒形カン１４０の内部を向かって凹型に入り込んでいる。キャップ組立体１５０の上部には、内部に折れ曲がったクリンピング部１４４が形成されうる。かようなビーディング部１４３及びクリンピング部１４４は、キャップ組立体１５０を円筒形カン１４０にしっかりと固定及び支持させ、キャップ組立体の離脱を防止する役割を行い、また、電解液を外部に漏液させない役割を行う。併せて、円筒形カン１４０の内側には、電解液（図示せず）が注入されており、これは、充放電時に、電池内部の負極板１１１及び正極板１１２で、電気化学的反応によって生成されるリチウムイオンの移動を自在にする役割を行う。かような電解液は、リチウム塩と高純度有機溶媒類との混合物である非水質系有機電解でありうる。これとは異なり、電解液は、高分子電解質を利用したポリマーでもあるが、本発明の保護範囲は、これに限定されるものではなく、電解液の種類は、多様に変形可能である。

センターピン１２０は、電極組立体１１０の中心に位置しうる。センターピン１２０の内部構造は、長手方向に貫通されうる。しかし、センターピン１２０の構造は、これに制限されるものではなく、内部が貫通されておらず、非空洞構造を具備することも可能である。一方、リチウム二次電池１００は、急激な加熱などを含めて多様な理由で爆発しうる。例えば、リチウム二次電池１００が過充電状態になれば、電極組立体１１０のほぼ上部領域から電解液が蒸発し、抵抗が増加し始める。このとき、電極組立体１１０のほぼ中心領域から変形が起き、リチウムが析出され始める。また、電極組立体１１０の上部領域の抵抗増加によって、局部的に発熱が始まり、リチウム二次電池１００の温度も急上昇する。かような状態になれば、一般的に過充電時に、分解されてガスを発生するシクロヘキシルベンゼン（ＣＨＢ）及びビフェニル（ＢＰ）（電解液添加剤）などの作用によって、内部圧力が急上昇して爆発の可能性もある。このように、リチウム二次電池１００が爆発すれば、センターピン１２０は、キャップ組立体１５０を突き抜けて突出しうる。もしセンターピン１２０が、リチウム二次電池１００の爆発によって突出することになれば、安全上深刻な問題点が発生しうる。これによって、センターピン１２０の少なくとも一端は、カン１４０の内側面、またはキャップ組立体１５０との衝突時に、変形するように構成し、センターピン１２０の衝突の衝撃力を緩衝し、センターピン１２０の突出を抑制するのである。

図５Ａまたは図５Ｂを参照しつつ、センターピン１２０とキャップ組立体１５０との衝突について説明する。図５Ａ及び図５Ｂは、本発明によるリチウム二次電池１００の内部を示しており、センターピン１２０が爆発によって、正極キャップ１５５と衝突して変形する例を図示した部分断面図である。

図５Ａを参照すれば、センターピン１２０が、爆発によって移動することになれば、まず、安全ベント１５２と衝突する。センターピン１２０は、安全ベント１５２を突き抜けて安全ベント１５２を変形させる。安全ベント１５２は、ガスなどの内部圧力によって変形すれば、これによって、安全ベント１５２の一側に設けられた回路基板が破損されることによって、電流を遮断する役割を行う。このように、回路基板に形成された配線パターンが途絶されることによって、電流を流さないようにして、安全装置の役割を行える。従って、センターピン１２０の一端１２０ａが安全ベント１５２と衝突し、安全ベント１５２を変形させれば、内部圧力上昇以外にも、センターピン１２０が機械的な力を受けて安全ベント１５２を直接変形させることにより、安全ベント１５２及び回路基板１５３がさらに確実に変形され、安全装置の役割を強化できる。その後、センターピン１２０は、キャップ組立体１５０の正極キャップ１５５と衝突する。このとき、センターピン１２０の一端が容易に変形されるように構成され、センターピン１２０が、正極キャップ１５５と衝突するとき、図５Ｂのように変形され、衝撃力を吸収して突出しない。

以下、説明の便宜性のために、センターピン１２０と他構成要素との衝突を、センターピン１２０と正極キャップ１５５との衝突のみを例に挙げて説明するが、爆発によるセンターピン１２０と他構成要素との衝突は、これに制限されるものではなく、センターピン１２０は、正極キャップ１５５だけでなく、例えば、カン１４０の底面１４２などと衝突しうる。

センターピン１２０の少なくとも一端が、衝突時に変形され、衝撃力を緩衝させるために、センターピンの一端１２０ａ，１２０ｂ（図２）は、多様に構成されうる。このとき、センターピンの一端１２０ａ，１２０ｂは、変形端となりうる。例えば、センターピン１２０の一端１２０ａ，１２０ｂは、ノッチ部ｎ、スリット部ｇ、貫通ホール部ｈのうち少なくともいずれか一つ、またはそれらの組み合わせから構成されうる。ノッチ部ｎを具備したセンターピン１２０についての説明は、図６Ａないし図６Ｅ、図７Ａないし図７Ｅ、及び図８を参照しつつ説明する。スリット部ｇを具備したセンターピン１２０の実施形態についての説明は、図９Ａないし図９Ｅ、図１０、図１１Ａないし図１１Ｅ及び図１２を参照しつつ説明する。貫通ホール部ｈを具備したセンターピン１２０の実施形態についての説明は、図１３Ａないし図１３Ｃを参照しつつ説明する。ノッチ部ｎとスリット部ｇとの組み合わせを具備したセンターピン１２０の実施形態についての説明は、図１４Ａないし図１４Ｃを参照しつつ説明する。スリット部ｇと貫通ホール部ｈとの組み合わせを具備したセンターピン１２０の実施形態についての説明は、図１５Ａないし図１５Ｃを参照しつつ説明する。ノッチ部ｎ、スリット部ｇ及び貫通ホール部ｈを具備したセンターピン１２０の実施形態についての説明は、図１６を参照しつつ説明する。このとき、各実施形態は、センターピン１２０が長手方向に貫通された形状を基準に説明しているが、センターピン１２０の形状は、それらに制限されるものではなく、センターピン１２０の内部が貫通されずに、非空洞であったり、他の物質によって充填されている場合にも適用可能である。ここで、本発明の保護範囲は、ノッチ部ｎ、スリット部ｇ、貫通ホール部ｈのうち少なくともいずれか一つ、またはそれらの組み合わせによる例に制限されるものではなく、センターピン１２０の一端が衝突の衝撃力を緩衝させ、センターピン１２０の突出を防止する構造の多様な例をいずれも含む。

まず、図６Ａないし図６Ｅ、図７Ａないし図７Ｅ、及び図８を参照しつつ、ノッチ部ｎを具備したセンターピン１２０の実施形態について説明する。図６Ａないし図６Ｅは、一端にノッチ部ｎを具備したセンターピン１２０の概略的正面図である。図７Ａ、図７Ｂ、図７Ｃ、図７Ｄ、図７Ｅは、終端が長手方向に薄くなるように傾斜を有する、それぞれ図６Ａないし図６Ｅのセンターピン１２０の形状を示す断面図である。図８は、６ＡのＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ’に沿って切り取った概略的断面図である。

一実施形態として、図６Ａのように、センターピン１２０の少なくとも一端は、センターピン１２０の長手方向に沿って、ノッチ部ｎを具備できる。このとき、図６Ａは、ノッチ部ｎが長手方向に沿って形成された例を図示しているが、ノッチ部ｎの形状は、これに制限されるものではない。例えば、ノッチ部ｎは、センターピン１２０の一端に、斜線方向に形成されることもあり、ジグザグ状に形成されることもある。このとき、センターピン１２０は、直径の変化なしに一定径となる。このとき、図７Ａのように、センターピン１２０は、断面の厚みが終端に行くほどに薄くなるように形成されうる。それによって、センターピンの端部は、尖った形状を有することになる。このとき、図７Ａで、センターピン１２０の端部は、正極キャップ１５５との衝突時、半径方向外側に滑り込みやすい傾斜を形成する。従って、センターピン１２０の一端は、正極キャップ１５５との衝突時、半径方向外側に破裂及び変形しやすくなる。しかし、センターピン１２０の一端の形状は、これに制限されるものではない。図７Ａの他の例で、センターピン１２０の端部は、正極キャップ１５５との衝突時、半径方向内側に滑り込みやすい傾斜を形成する。このとき、センターピン１２０の一端は、正極キャップ１５５との衝突時、半径方向内側に破裂及び変形しやすくなる。

センターピン１２０の終端形状は、これらに制限されるものではなく、傾斜角のない断面を具備することも可能である。図８を参照すれば、ノッチ部ｎが、センターピン１２０外表面に形成されている。しかし、ノッチ部ｎの位置は、これに制限されるものではなく、ノッチ部ｎは、センターピン１２０が、爆発などによって正極キャップ１５５と衝突するとき、破裂及び変形が容易に起き、前記衝撃力を緩衝させるように、センターピン１２０外表面、あるいは内表面に形成されうる。また、ノッチ部ｎの溝の深さを深くまたは浅く形成し、衝突時に、変形が容易に起こる程度を調節することもできる。また、ノッチ部ｎの溝の終端部分が尖った傾斜を形成するように構成することもでき、またはノッチ部ｎの溝の終端が平らな面を形成するように構成することもできる。

図６Ａに図示された実施形態の変形例として、図６Ｂのように、センターピン１２０の一端は、長手方向に沿って直径がだんだんと大きくなるように構成することもできる。このように、直径がだんだんと大きくなるように構成する場合、正極キャップ１５５とセンターピン１２０とが衝突するとき、センターピン１２０の一端が、センターピン１２０の半径方向外側に破裂及び変形しうる。図７Ｂは、図６Ｂの断面図であり、図７Ｂに図示されているように、センターピン１２０の終端の傾斜面が正極キャップ１５５と衝突するとき、半径方向外側に滑り込むように形成された場合、センターピン１２０は、衝突時に半径方向外側にさらに容易に変形しうる。

図６Ａに図示された実施形態の変形例として、図６Ｃのように、センターピン１２０の一端は、長手方向に沿って屈曲を具備することもできる。このとき、屈曲は、図６Ｃに図示された中央が膨らんだ形状に制限されるものではなく、多様な屈曲を具備することもできる。図７Ｃは、図６Ｃの断面図である。このように、センターピン１２０の一端に屈曲を具備することにより、センターピン１２０と正極キャップ１５５とが衝突するとき、衝撃力が長手方向だけではなく、円周方向にも伝えられ、力の分散及び緩衝の効果を有することができる。

図６Ａに図示された実施形態の変形例として、図６Ｄのように、センターピン１２０の一端は、長手方向に沿って、衝突時に破裂及び変形が容易に起きて衝撃力を緩衝させられるように、テーパ状の形状でありうる。このように、センターピン１２０の一端は、直径がだんだんと小さくなるテーパ状になる形状である場合、正極キャップ１５５とセンターピン１２０とが衝突するとき、センターピン１２０の一端が、センターピン１２０の内側に破裂及び変形しうる。図７Ｄは、図６Ｄの断面図である。このとき、センターピン１２０の終端の傾斜面が正極キャップ１５５と衝突するとき、内側に滑り込みやすく形成された場合、正極キャップ１５５とセンターピン１２０との衝突時、センターピン１２０の一端が内側に変形するのが一層容易となる。または、センターピン１２０の一端を内側に曲げ込み、センターピン１２０と正極キャップ１５５とが衝突するとき、衝突面がさらに弾力的に接触することもできる。

図６Ａに図示された実施形態の変形例として、図６Ｅのように、センターピン１２０の一端が長手方向に沿って、複数個の屈曲を具備することもできる。図７Ｅは、図６Ｅのセンターピン１２０の断面図である。このように、センターピン１２０が、複数個の屈曲を具備するので、正極キャップ１５５との衝突時、弾性的に破裂又は変形する。

次に、図９Ａないし図９Ｅ、図１０、図１１Ａないし図１１Ｅ及び図１２を参照しつつ、スリット部ｇを具備したセンターピン１２０の実施形態について説明する。図９Ａないし図９Ｅは、一端にスリット部を具備したセンターピンの概略的正面図である。図１０は、図９ＡのＸ−Ｘ’に沿って切り取った概略的断面図である。図１１Ａないし図１１Ｅは、それぞれ．図９Ａないし図９Ｅの概略的斜視図である。図１２は、スリット部の終端のうち少なくとも一部が、センターピン半径方向外側に向かった概略的斜視図である。

一実施形態として、図９Ａのように、センターピン１２０の一端は、センターピン１２０の長手方向に形成された間隙によって分かれた複数個のスリット部ｇを具備できる。このとき、センターピン１２０は、斜線方向に沿って形成された間隙によって分かれたスリット部ｇを具備することもできる。このとき、図９Ａの長手方向断面は、図７Ａに図示されているように、センターピン１２０の終端に傾斜面が形成されうる。図９Ａの半径方向断面は、図１０を参照すれば、スリット部ｇとスリット部ｇは、それぞれ間隙（ｇａｐ）を介して互いに分離されうる。図１１Ａは、図９Ａのセンターピン１２０の概略的斜視図である。

図９Ａに図示された実施形態の変形例として、図９Ｂのように、センターピン１２０の一端は、長手方向に沿って複数個のスリット部ｇを具備できる。センターピン１２０のスリット部ｇの一端は、半径方向外側に形成されうる。図１１Ｂは、図９Ｂに図示されたセンターピン１２０の概略的斜視図である。ここで、図９Ｂの断面は、図７Ｂに図示されているように、センターピン１２０終端の傾斜面が内側を向くように形成できる。このとき、スリット部ｇの終端のうち少なくとも一部は、センターピン１２０と正極キャップ１５５との衝突時、変形が容易に起きて衝撃力を緩衝させるように、センターピン１２０の半径方向外側に向かって形成されうる。このとき、センターピン１２０と正極キャップ１５５とが衝突すれば、スリット部ｇがセンターピン１２０の半径方向外側に向かって変形しうる。

図９Ａに図示された実施形態の変形例として、図９Ｃのように、センターピン１２０の一端は、センターピン１２０の長手方向に沿って屈曲を具備するように、複数個のスリット部ｇを具備できる。ここで、図９Ｃの断面は、図７Ｃに図示されているように、センターピン１２０の一端に屈曲を形成できる。センターピン１２０の一端に、屈曲を具備することにより、センターピン１２０と正極キャップ１５５とが衝突するとき、衝撃力が長手方向だけではなく、円周方向にも伝えられ、力の分散及び緩衝の効果を有することができる。

図９Ａに図示された実施形態の変形例として、図９Ｄのように、センターピン１２０の一端は、センターピン１２０の長手方向に形成された間隙によって分かれた複数個のスリット部ｇを具備できる。このとき、少なくとも１つのスリット部ｇは、半径方向内側に曲がりうる。図１１Ｄは、図９Ｄの概略的斜視図である。ここで、図９Ｄの断面は、図７Ｄに図示されているように、センターピン１２０の終端に、傾斜面が衝突するときに半径方向内側に滑り込むように形成されもし、またはセンターピン１２０の一端を内側に曲げ、センターピン１２０と正極キャップ１５５とが衝突するとき、衝突面をさらに弾力的に接触させることもできる。このとき、スリット部ｇの終端のうち少なくとも一部は、センターピン１２０と正極キャップ１５５との衝突時、変形が容易に起きて衝撃力を緩衝させるように、センターピン１２０の半径方向内側に向かって形成されうる。このとき、センターピン１２０と正極キャップ１５５とが衝突すれば、スリット部ｇがセンターピン１２０の半径方向内側に向かって変形しうる。

図９Ａに図示された実施形態の変形例として、図９Ｅのように、センターピン１２０の一端は、センターピン１２０の長手方向に沿って屈曲を形成するように、複数個のスリット部ｇを具備できる。ここで、図９Ｅの長手方向断面は、図７Ｅに図示されているように、センターピン１２０の一端に屈曲を形成できる。図１１Ｅは、図９Ｅに図示されたセンターピン１２０の概略的斜視図である。このように、センターピン１２０が複数個の屈曲を形成することにより、正極キャップ１５５との衝突時、弾性的に破裂又は変形しもする。

このとき、図９Ａないし図９Ｅに図示されたセンターピン１２０のスリット部ｇの形状は、これらに制限されるものではなく、例えば、前記センターピン１２０の終端が、センターピン１２０の半径方向外側または半径方向内側に向かって放射形に形成されもする。

図９Ａに図示された実施形態の変形例として、図１２のように、センターピン１２０の一端は、センターピン１２０の長手方向に沿って複数個のスリット部ｇを具備し、一部スリット部ｇは、半径方向内側に、他のスリット部ｇは、半径方向外側を向くように具備できる。このように、スリット部ｇの方向、形態を変化させ、センターピン１２０が、爆発などによって正極キャップ１５５と衝突するとき、裂けたり変形したりすることを容易にできる。かようなセンターピン１２０の変形を介して、センターピン１２０が、正極キャップ１５５を突き抜けて突出しないように構成できる。

次に、図１３Ａないし１３Ｃを参照しつつ、貫通ホール部ｈを具備したセンターピン１２０の実施形態について説明する。図１３Ａ及び図１３Ｃは、一端に貫通ホール部ｈを具備したセンターピンの正面図である。図１３Ａないし図１３Ｃを参照すれば、センターピンの少なくとも一端は、センターピン１２０と正極キャップ１５５との衝突時、破裂及び変形が容易に起きて衝撃力を緩衝させるように、孔を有する貫通ホール部を具備できる。一実施形態として、図１３Ａで、一定のパターンを有した多数の孔を一端に有したセンターピン１２０を図示している。図１３Ａに図示された実施形態の変形例として、図１３Ｂは、衝撃時に破裂が容易に起こるように、単一孔を一端に具備したセンターピン１２０を図示している。図１３Ａに図示された実施形態の変形例として、図１３Ｃは、一定のパターンの孔が交互に一端に形成されたセンターピン１２０を図示している。

このとき、図示していないが、貫通ホール部ｈを一端に具備したセンターピン１２０は、正極キャップ１５５との衝突時、破裂及び変形が容易に起き、衝撃力を緩衝させるように、テーパ状の形状でありうる。しかし、本発明の一実施形態は、それらに制限されるものではない。例えば、貫通ホール部ｈを一端に具備したセンターピン１２０は、長手方向に沿ってだんだんと大径となるように構成されもする。または、貫通ホール部ｈを一端に具備したセンターピン１２０は、衝突時に、破裂及び変形が容易に起き、衝撃力を緩衝させるように、長手方向に沿って屈曲を形成することもできる。または、貫通ホール部ｈを一端に具備したセンターピン１２０は、長手方向にだんだんと小径となる傾斜を具備することもできる。

次に、図１４Ａないし図１４Ｃを参照しつつ、ノッチ部ｎとスリット部ｇとの組み合わせを具備したセンターピン１２０の実施形態について説明する。図１４Ａないし図１４Ｃは、一端にノッチ部とスリット部との組み合わせを具備したセンターピンの正面図である。センターピン１２０と正極キャップ１５５との衝突時、センターピン１２０一部の破裂及び変形が容易に起き、衝撃力を緩衝させてセンターピン１２０を突出させないために、センターピン１２０の一端に、ノッチ部ｎとスリット部ｇとが組み合わさる。一実施形態として、図１４Ａは、径変化なしに一直線に伸びたセンターピン１２０の一端に、ノッチ部ｎとスリット部ｇとが形成されたところを図示している。図１４Ａに図示された実施形態の変形例として、図１４Ｂは、スリット部ｇの終端が半径方向内側に向かっており、スリット部ｇの終端にノッチ部ｎが形成されたセンターピン１２０を図示している。図１４Ａに図示された実施形態の変形例として、図１４Ｃは、スリット部ｇの終端が半径方向外側に向かっており、スリット部ｇの終端にノッチ部ｎが形成されたセンターピン１２０を図示している。

次に、図１５Ａないし図１５Ｃを参照しつつ、スリット部ｇと貫通ホール部ｈとの組み合わせを具備したセンターピン１２０の実施形態について説明する。図１５Ａないし図１５Ｃは、一端に、スリット部ｇと貫通ホール部ｈとの組み合わせを具備したセンターピンの正面図である。センターピン１２０と正極キャップ１５５との衝突時、センターピン１２０一部の破裂及び変形が容易に起き、衝撃力を緩衝させてセンターピン１２０を突出させないために、センターピン１２０の一端に、スリット部ｇと貫通ホール部ｈとの組み合わせを具備できる。一実施形態として、図１５Ａは、径変化なしに一直線に伸びたセンターピン１２０の一端に、スリット部ｇと貫通ホール部ｈとが形成されたところを図示している。図１５Ａに図示された実施形態の変形例として、図１５Ｂは、スリット部ｇの終端が半径方向内側に向かっており、スリット部ｇの下に貫通ホール部ｈが形成されたセンターピン１２０を図示している。図１５Ａに図示された実施形態の変形例として、図１５Ｃは、スリット部ｇの終端が半径方向外側に向かっており、スリット部ｇの下に貫通ホール部ｈが形成されたセンターピン１２０を図示している。

次に、図１６を参照しつつ、ノッチ部ｎ、スリット部ｇ及び貫通ホール部ｈを具備したセンターピン１２０の実施形態について説明する。図１６は、一端にノッチ部ｎ、スリット部ｇ及び貫通ホール部ｈの組み合わせを具備したセンターピン１２０の正面図である。センターピン１２０の一端に図示されているように、ノッチ部ｎ、スリット部ｇ及び貫通ホール部ｈを具備することによって、爆発などによる正極キャップ１５５との衝突時、裂けることや変形を容易にすることができる。かようなセンターピン１２０の変形を介して、センターピン１２０が正極キャップ１５５を突き抜けて突出しないように構成できる。

本発明について、図面に図示された実施形態を参考にして説明したが、それらは例示的なものに過ぎず、当技術分野で当業者であるならば、それらから多様な変形及び均等な他の実施形態が可能であるという点を理解することが可能であろう。従って、本発明の真の技術的保護範囲は、特許請求の範囲の技術的思想によって決まるものである。

本発明は、二次電池を製造及び使用するあらゆる産業に利用可能である。

１００ 円筒形リチウム二次電池
１１０ 電極組立体
１１１ 負極板
１１２ 正極板
１１３ セパレータ
１１４ 負極タップ
１１５ 正極タップ
１２０ センターピン
１２０ａ，１２０ｂ センターピンの一端
１４０ カン
１４２ 底面
１４３ ビーディング部
１４４ クリンピング部
１５０，１５０’ キャップ組立体
１５１ ガスケット
１５２ 安全ベント
１５３ 回路基板
１５３ａ 配線パターン
１５４ 陽性温度素子
１５５ 正極キャップ
１５５ａ 通孔
１６１ サブディスク
１６２ ベント
１６３ キャップダウン
１６４ インシュレータ
ｈ 貫通ホール部
ｇ スリット部
ｎ ノッチ部

Claims (25)

1. 内部にセンターピンを具備する電極組立体と、
   前記電極組立体を収容するカンと、
   前記カンの一面に連結されるキャップ組立体と、を含み、
   少なくとも前記センターピンの一端は、変形端を具備し、前記変形端は、前記カンまたはキャップ組立体の内面と衝突した衝撃力によって変形され、前記センターピンが、前記カンまたはキャップ組立体の外部に飛び出すことを防止するリチウム二次電池。
2. 前記センターピンは、長手方向に内部に空洞が形成されたことを特徴とする請求項１に記載のリチウム二次電池。
3. 前記変形端は、前記センターピンの長手方向に沿って、ノッチ部が形成されたことを特徴とする請求項１に記載のリチウム二次電池。
4. 前記変形端は、前記センターピンの中央から遠ざかる方向に沿って、テーパ状になることを特徴とする請求項３に記載のリチウム二次電池。
5. 前記センターピンの中央から遠ざかる方向に沿って、前記変形端の直径が拡大することを特徴とする請求項３に記載のリチウム二次電池。
6. 前記変形端は、前記センターピンの長手方向に沿って、曲面を有することを特徴とする請求項３に記載のリチウム二次電池。
7. 前記ノッチ部は、前記変形端の外表面に、長手方向に形成されたことを特徴とする請求項３に記載のリチウム二次電池。
8. 前記ノッチ部は、ジグザグ状に形成されたことを特徴とする請求項３に記載のリチウム二次電池。
9. 少なくとも１つの貫通ホールが、前記変形端の外表面に形成されたことを特徴とする請求項３に記載のリチウム二次電池。
10. 前記変形端は、間隙によって分かれた複数個のスリット部が、前記センターピンの長手方向に沿って形成されたことを特徴とする請求項１に記載のリチウム二次電池。
11. 前記複数個のスリット部のうち少なくとも１つのスリット部は、半径方向外側に曲がったことを特徴とする請求項１０に記載のリチウム二次電池。
12. 前記複数個のスリット部のうち少なくとも１つのスリット部は、半径方向内側に曲がったことを特徴とする請求項１０に記載のリチウム二次電池。
13. 前記複数個のスリット部のうち少なくとも１つのスリット部は、半径方向内側に曲がり、前記複数個のスリット部のうち他の少なくとも１つのスリット部は、半径方向外側に曲がったことを特徴とする請求項１０に記載のリチウム二次電池。
14. 前記変形端は、前記センターピンの長手方向に沿って、曲面を有することを特徴とする請求項１０に記載のリチウム二次電池。
15. 前記変形端は、前記センターピンの長手方向に沿って、ノッチ部を有することを特徴とする請求項１０に記載のリチウム二次電池。
16. 前記ノッチ部は、前記間隙より、前記センターピンの長手方向に沿って、前記センターピンの中心にさらに近く形成されたことを特徴とする請求項１５に記載のリチウム二次電池。
17. 前記変形端は、少なくとも１つの貫通ホールが、前記変形端の外表面に形成されたことを特徴とする請求項１０または請求項１５に記載のリチウム二次電池。
18. 前記少なくとも１つの貫通ホールは、前記間隙より、前記センターピンの長手方向に沿って、前記センターピンの中心にさらに近く形成されたことを特徴とする請求項１７に記載のリチウム二次電池。
19. 前記変形端は、少なくとも１つの貫通ホールが、前記変形端の外表面に形成されたことを特徴とする請求項１に記載のリチウム二次電池。
20. 前記変形端は、前記センターピンの中央から遠ざかる方向に、テーパ状になることを特徴とする請求項１９に記載のリチウム二次電池。
21. 前記変形端は、前記センターピンの中央から遠ざかる方向に沿って、半径が拡大することを特徴とする請求項１９に記載のリチウム二次電池。
22. 前記変形端は、前記センターピンの長手方向に沿って、曲面を有することを特徴とする請求項１９に記載のリチウム二次電池。
23. 前記変形端は、傾斜したエッジを有す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。
24. 前記カンは、円筒形であ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。
25. 前記変形端は、前記センターピンの長手方向に構成されたことを特徴とする請求項１に記載のリチウム二次電池。

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