JP2011119265A - 二次電池 - Google Patents

Abstract

【課題】安全性が向上した二次電池を提供する。
【解決手段】本発明にかかる二次電池１００は、ケース３４と、ケース３４内に収容され、第１平坦面と第２平坦面および前記第１平坦面と第２平坦面を連結する連結部を含む電極組立体１０と、ケース３４と電極組立体１０の間に位置し、電極組立体１０に電気的に連結し、第１および第２平坦面のうちの１つに隣接して重なる平板部４１を有する支持板６０とを含む。
【選択図】 図３

Description

本発明は二次電池に関し、より詳細には、安全装置の構造を改善した二次電池に関する。

二次電池（ｒｅｃｈａｒｇｅａｂｌｅ ｂａｔｔｅｒｙ）は、充電が不可能な一次電池とは異なり、充電および放電が可能な電池である。低容量の二次電池は携帯電話機やノートパソコンおよびカムコーダのように携帯が可能な小型電子機器に用いられ、大容量の電池はハイブリッド自動車などのモータ駆動用電源または大容量電力貯蔵装置に用いられている。

最近、高エネルギー密度の非水電解液を利用した高出力二次電池が開発されているが、このような高出力二次電池は大電力を必要とする機器、例えば、電気自動車などのモータ駆動への使用が可能なように複数の二次電池を直列に連結して大容量の電池モジュールで構成される。このような二次電池は円筒形と角形などで構成されてもよい。

角形二次電池は、正極と負極がセパレータを間において位置する電極組立体と、電極組立体が内蔵される空間を備えたケースと、ケースを密閉するキャッププレートと、電極組立体と電気的に連結し、前記キャッププレートを貫通してケースの外側に突出する端子とを含む。

しかしながら、二次電池の外部から釘や錐などの導電性異物が内部に進入した場合、二次電池の内部で短絡が発生することがある。このように短絡が発生すれば二次電池の内部温度が急激に上昇し、二次電池が発火したり破裂することが想定される。

そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、安全性を向上させることが可能な、新規かつ改良された二次電池を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、ケースと、前記ケース内に収容され、第１平坦面と第２平坦面および前記第１平坦面と第２平坦面を連結する連結部を含む電極組立体と、前記ケースと前記電極組立体の間に位置し、前記電極組立体に電気的に連結し、前記第１および第２平坦面のうちの１つに隣接して重なる平板部を有する支持板とを含む二次電池が提供される。

また、前記支持板と前記電極組立体の間に絶縁フィルムをさらに含んでもよい。

また、前記電極組立体は、第１電極と、第２電極と、前記第１電極と第２電極の間に介在したセパレータとを含み、前記第１電極は活物質が塗布されたコーティング部と前記活物質が塗布されていない無地部を含み、前記支持板は前記無地部で前記第１電極に電気的に連結してもよい。また、前記支持板は前記第１電極に溶接されてもよい。

また、前記支持板は、前記第１電極の傾斜部に対応する傾斜面と、前記第１電極の無地部に対応する付着部とを含むものであってもよい。前記支持板と前記第１電極は同じ素材で構成されてもよい。

また、前記第１電極と前記支持板は互いに同じ素材で構成され、前記第２電極と前記ケースは互いに同じ素材で構成されてもよい。前記ケースは前記第２電極と電気的に連結してもよい。

また、前記支持板は金属を含むものであってもよい。前記金属は銅または銅合金を含んでもよい。

また、前記二次電池は前記端子とリード部材をさらに含み、前記リード部材は前記電極組立体を前記端子に電気的に連結するものであってもよい。

また、前記支持板を第１支持板とするとき、前記二次電池は前記ケースと前記電極組立体の間に第２支持板をさらに含み、前記第２支持板は前記電極組立体に電気的に連結して前記第１平坦面および第２平坦面のうちの１つと重なる平板部を有してもよい。

また、前記支持板は前記電極組立体の前記連結部を覆わなくてもよい。

本発明によれば、外部から導体異物が侵入したときに内部短絡による発火および破裂を確実に抑えることができ、二次電池の安全性を向上することが可能となる。

本発明の第１実施形態に係る二次電池を示す斜視図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線に沿って切断した断面図である。 本発明の第１実施形態に係る電極組立体と金属支持板を示す分解斜視図である。 図３に示す部材が結合した状態で切断した横断面図である。 本発明の第２実施形態に係る電極組立体に金属支持板が付着した状態で切断した横断面図である。

以下、添付の図面を参照しながら、本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者が容易に実施できるように本発明の実施形態を詳しく説明する。しかしながら、本発明は多様に相違した形態で実現することができ、以下で説明する実施形態に限定されるものではない。また、本明細書および図面において、同一する符号は同一する構成要素を示す。

図１は本発明の第１実施形態に係る二次電池を示す斜視図であり、図２は図１のＩＩ−ＩＩ線に沿って切断した断面図である。

図１および図２を参照しながら説明すれば、本第１実施形態に係る二次電池１００は、正極１１と負極１２の間にセパレータ１３を介在して巻き取られた電極組立体１０と、電極組立体１０が内蔵されるケース３４と、ケース３４の開口に結合したキャップアセンブリ２０とを含む。

本第１実施形態に係る二次電池１００はリチウムイオン二次電池であり、角形であることを例示して説明する。ただし、本発明がこれに制限されるものではなく、本発明はリチウムポリマー電池などの多様な電池に適用されてもよい。

正極１１および負極１２は、薄板の金属箔で形成された集電体に活物質が塗布された領域のコーティング部と、活物質がコーティングされていない領域の無地部１１ａ、１２ａとを含む。

正極無地部１１ａは正極１１の長さ方向に沿って正極１１の一側端に形成され、負極無地部１２ａは負極１２の長さ方向に沿って負極１２の他側端に形成される。また、正極１１および負極１２は、絶縁体であるセパレータ１３を間に介在した後に巻き取られる。さらに、電極組立体１０の外面には電極組立体１０の形態を支持する絶縁テープ（ｉｎｓｕｌａｔｉｎｇ ｔａｐｅ）が設置されてもよい。電極組立体１０は巻き取られた後に圧着されて略平板形からなり、図３に示したように、二つの平坦面１０ａとこれらを連結する連結部１０ｂを有する。

ただし、本発明がこれに制限されるものではなく、前記電極組立体１０は複数のシート（ｓｈｅｅｔ）からなる正極と負極がセパレータを間において積層した構造で構成されてもよい。

ケース３４は大略直六面体で構成され、一面には開放した開口が形成される。キャップアセンブリ２０は、ケース３４の開口を覆うキャッププレート３０と、キャッププレート３０の外側に突出して正極１１と電気的に連結する正極端子２１と、キャッププレートの外側に突出して負極と電気的に連結する負極端子２２と、設定された内部圧力によって破断するようにノッチ３９ａが形成されたベント部材３９とを含んでもよい。

キャッププレート３０は薄い板で構成され、一側に電解液の注入のための電解液注入口２７が形成され、電解液注入口２７には密封キャップ３８が設置されてもよい。

キャッププレート３０と端子２１、２２の間にはガスケット２５が設置され、キャッププレート３０と端子２１、２２を絶縁させる。本記載において、端子２１、２２とは正極端子２１と負極端子２２を含む。ガスケット２５は端子ホールに嵌合して設置され、２つの片からなり、端子ホールの上部と下部にそれぞれ密着して配置される。前記端子２１、２２のうちの１つ、例えば正極端子２１はキャッププレート３０に電気的に連結され、前記電極１１、１２のうちの１つ、例えば正極１１は前記ケース３４に電気的に連結されてもよい。

端子２１、２２は円柱形状で構成されるが、端子２１、２２には端子２１、２２を上部で支持するナット２９が設置され、端子２１、２２の外周にはナット２９が締結できるようにねじ山が形成される。ナット２９とガスケット２５の間には締結力を緩衝するワッシャー２４が設けられる。一方、端子２１、２２の下端には、下部で端子を支持する端子フランジ２１ａ、２２ａが形成される。

端子フランジ２１ａ、２２ａとキャッププレート３０の間には絶縁のための下部絶縁部材２６が設置され、下部絶縁部材２６には端子２１、２２が挿入する。端子フランジ２１ａ、２２ａには正極１１または負極１２と電気的に連結したリード部材３２が溶接によって付着し、端子フランジ２１ａ、２２ａおよびリード部材３２は下部絶縁部材２６の下面に形成された溝に嵌合する。

また、支持板は前記電極組立体と電気的に連結され、前記支持板は金属支持板４０からなってもよい。電極組立体１０の外面には、負極無地部１２ａに溶接によって付着して電極組立体１０を支持する金属支持板４０が設けられる。

図３は本発明の第１実施形態に係る電極組立体と金属支持板を示す分解斜視図であり、図４は図３に示す部材が結合した状態で切断した横断面図である。

図３および図４を参照しながら説明すれば、本第１実施形態に係る金属支持板４０は、電極組立体１０の平坦面に対向する平板部４１と、平板部４１の一側端に形成されて電極組立体に向かって屈曲した屈曲傾斜部４２と、屈曲傾斜部４２の側端に形成されて負極無地部１２ａと電気的に連結する付着部４３とを含む。前記金属支持板４０は電極組立体１０の連結部１０ｂを覆わないように構成される。

金属支持板４０は、付着部４３で負極無地部１２ａと溶接によって接合し、負極無地部１２ａに容易に溶接されるように負極無地部１２ａと同じ素材で構成される。本実施形態に係る金属支持板４０は銅または銅合金で構成される。また、前記正極１１は前記ケース３４と同じ素材で構成されてもよい。

平板部４１と電極組立体の間には絶縁フィルム４５が設けられる。絶縁フィルム４５は電極組立体１０と平板部４１が電気的に連結することを防ぎ、絶縁フィルム４５は平板部４１に付着している。絶縁フィルム４５は電解液と反応しないポリマー材質で構成される。

電極組立体１０の無地部１１ａ、１２ａは他の部分（コーティング部）よりも厚さが薄いため、活物質が塗布されていない無地部１１ａ、１２ａと活物質が塗布されたコーティング部が接する地点で傾いて形成され、無地部１１ａ、１２ａに蓄積した電流を低い抵抗で効率的に引き出すために無地部１１ａ、１２ａの各層が１つに溶接される。

金属支持板４０において、屈曲傾斜部４２は傾いて形成された負極無地部１２ａと接して負極無地部１２ａを支持し、付着部４３は屈曲傾斜部４２によって電極組立体１０に隣接するようになり、負極無地部１２ａに容易に溶接によって固定される。付着部４３は負極無地部１２ａと並んで配置された状態で負極無地部１２ａに溶接によって固定される。これにより、付着部４３は負極無地部１２ａが外部の衝撃や振動によって揺れることを防ぐことができる。

負極無地部１２ａにはリード部材３２が溶接によって接合されるため、負極無地部１２ａが外部の衝撃や振動によって揺れるようになれば、負極無地部１２ａとリード部材３２の間の接触が不良化するという問題が発生する。しかしながら、実施形態のように付着部４３が負極無地部１２ａを支持すれば、外部の衝撃や振動などによって負極無地部１２ａとリード部材３２の間の接触が不良化することを防ぐことができる。

一方、二次電池１００の外部から釘や錐などの導電性を有する異物が侵入した場合には金属支持板４０と正極１１が短絡し、蓄積した電流を放電する。比較例として、金属支持板を正極無地部に付着して正極無地部と負極が短絡する場合を実験した結果、正極と電気的に連結した金属支持板と負極が接触した部分に急激な熱が発生し、電極組立体が発火するという問題があった。さらに他の比較例として、金属支持板を設置しない場合にも、外部から釘や錐などが侵入したときには正極と負極が短絡して多くの熱が発生し、これによって電極組立体１０が発火するという問題が発生した。

しかしながら、本実施形態のように負極１２に金属支持板４０を連結して設置した後に釘で二次電池１００を刺し、釘が電極組立体１０内部に侵入して金属支持板４０と正極１１が短絡した場合には、発火することなく電極組立体１０内部に蓄積した電流を安全に放電することができた。このとき、正極１１はケース３４と電気的に連結するように構成されてもよく、正極１１に連結したケース３４と負極１２に連結した金属支持板４０とが互いに短絡することができる。

このように、本実施形態によれば、外部から異物が侵入して発火の危険があるとき、電流を放電して発火の危険を除去することにより、二次電池１００の安全性が向上する。

図５は本発明の第２実施形態に係る電極組立体に金属支持板が付着した状態で切断した横断面図である。

図５を参照しながら説明すれば、本実施形態に係る二次電池は、電極組立体１０と、電極組立体１０の一面に設けられた第１金属支持板６０と、電極組立体１０の他面に設けられた第２金属支持板７０とを含む。

本実施形態に係る電極組立体１０は、前記第１実施形態に係る電極組立体と同じ構造で構成されるため、同じ構造について重複する説明は省略する。

第１金属支持板６０は、電極組立体１０の一平坦面に対向する平板部６１と、平板部６１の一側端に連結して電極組立体１０に向かって屈曲する屈曲傾斜部６２と、屈曲傾斜部６２の側端から突出した付着部６３とを含む。平板部６１は大略四角板形状で構成され、平板部６１と電極組立体１０の間には絶縁フィルム６５が設けられる。絶縁フィルム６５はポリマー材質で構成され、平板部６１に付着する。

また、第２金属支持板７０は、電極組立体１０の他面に対向する平板部７１と、平板部７１の一側端に連結して電極組立体１０に向かって屈曲する屈曲傾斜部７２と、屈曲傾斜部７２の側端から突出した付着部７３とを含む。平板部７１は大略四角板形状で構成され、平板部７１と電極組立体１０の間には絶縁フィルム７５が設けられる。絶縁フィルム７５はポリマー材質で構成され、平板部７１に付着する。

第１金属支持板６０の付着部６３と第２金属支持板７０の付着部７３は負極無地部１２ａに溶接によって付着され、負極１２と電気的に連結する。

第１金属支持板６０および第２金属支持板７０は負極集電体と同じ素材で構成され、銅または銅合金で構成されてもよい。

本実施形態のように、電極組立体１０の両面に金属支持板６０、７０がそれぞれ設置されれば、二次電池の両側面から錐などが侵入しても、発火することなく安全に電極組立体１０内部の電流を放電することができる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。本発明は、特許請求の範囲と発明の詳細な説明および添付した図面の範囲内で多様に変形して実施することができる。

１００ 二次電池
１０ 電極組立体
１１ 正極
１２ 負極
１１ａ 正極無地部
１２ａ 負極無地部
１３ セパレータ
２０ キャップアセンブリ
２１ 正極端子
２２ 負極端子
２１ａ、２２ａ 端子フランジ
２４ ワッシャー
２５ ガスケット
２６ 絶縁部材
２７ 電解液注入口
２９ ナット
３０ キャッププレート
３２ リード部材
３４ ケース
３８ 密封キャップ
３９ ベント部材
３９ａ ノッチ
４０ 金属支持板
４１、６１、７１ 平板部
４２、６２、７２ 屈曲傾斜部
４３、６３、７３ 付着部
４５、６５、７５ 絶縁フィルム
６０ 第１金属支持板
７０ 第２金属支持板

Claims (13)

1. ケースと、
   前記ケース内に収容され、第１平坦面と第２平坦面および前記第１平坦面と第２平坦面を連結する連結部を含む電極組立体と、
   前記ケースと前記電極組立体の間に位置し、前記電極組立体に電気的に連結され、前記第１および第２平坦面のうちの１つに隣接して重なる平板部を有する支持板と、
   を備える、二次電池。
2. 前記支持板と前記電極組立体の間に絶縁フィルムをさらに含む、請求項１に記載の二次電池。
3. 前記電極組立体は、第１電極と、第２電極と、前記第１電極と第２電極の間に介在したセパレータとを含み、
   前記第１電極は、活物質が塗布されたコーティング部と、前記活物質が塗布されていない無地部とを含み、
   前記支持板は前記無地部で前記第１電極に電気的に連結される、請求項１に記載の二次電池。
4. 前記支持板は前記第１電極に溶接される、請求項３に記載の二次電池。
5. 前記支持板は、前記第１電極の傾斜部に対応する傾斜面と、前記第１電極の無地部に対応する付着部とを含む、請求項３に記載の二次電池。
6. 前記支持板と前記第１電極は同じ素材で構成される、請求項３に記載の二次電池。
7. 前記第１電極と前記支持板は互いに同じ素材で構成され、前記第２電極と前記ケースは互いに同じ素材で構成される、請求項３に記載の二次電池。
8. 前記ケースは前記第２電極と電気的に連結される、請求項３に記載の二次電池。
9. 前記支持板は金属を含む、請求項１に記載の二次電池。
10. 前記金属は銅または銅合金を含む、請求項９に記載の二次電池。
11. 前記端子とリード部材をさらに含み、
    前記リード部材は前記電極組立体を前記端子に電気的に連結する、請求項１に記載の二次電池。
12. 前記支持板は第１支持板であり、
    前記ケースと前記電極組立体の間に第２支持板をさらに含み、
    前記第２支持板は、前記電極組立体に電気的に連結し、前記第１平坦面および第２平坦面のうちの１つと重なる平板部を有する、請求項１に記載の二次電池。
13. 前記支持板は前記電極組立体の前記連結部を覆わないように構成される、請求項１に記載の二次電池。

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