JP2011124204A - リチウム二次電池 - Google Patents

Abstract

【課題】外部の衝撃から電極組立体を保護できるリチウム二次電池に関する。
【解決手段】第１ケースと、前記第１ケースと分離され、前記第１ケースに対向するように位置する第２ケースと、前記第１ケース及び第２ケースの間に収納される電極組立体を備え、前記第１ケース及び第２ケースは接着剤により接着される。
【選択図】図１

Description

本発明はリチウム二次電池に関し、特に、外部の衝撃から電極組立体を保護できるリチウム二次電池に関する。

近年、ビデオカメラ、携帯用電話、ノートブックコンピュータ、携帯用個人情報端末（ＰＤＡ）などの携帯用無線機器製品の軽量化及び高機能化が進むにつれて、これらの製品の駆動電源として用いられる二次電池の重要性が高まっている。このような二次電池は充電と放電を繰り返して使用できるので、使い捨て電池に比べて経済的である。

一般に、二次電池は金属の缶状で形成される。円筒形又は直六面体型缶の一側面は通常、開口を有し、この開口を通じて缶の内部に電極組立体及び電解質を注入する。そして、開口に該当する大きさと形状を有するキャップ組立体で缶を仕上げて封止されたベアセルを形成する。

しかしながら、缶を用いて二次電池を形成する場合、製造工程が複雑になるという問題がある。例えば、缶を用いる場合、電極組立体の挿入過程、各部品を接続するための溶接過程をなどを経るようになり、それにより、製造コスト及び時間が増加する。また、缶を用いる場合、電極タップを外部に露出するために、キャッププレートなど多数の部品が追加で必要になるという問題がある。更に、缶を用いる場合、缶内部の温度上昇に対応して爆発する危険性がある。

一方、リチウム二次電池はリチウムと水分の反応性のため、非水性電解質を用いる。この電解質はリチウム塩を含有する固体ポリマの形態であってもよく、リチウム塩が有機溶媒で解離した液状であるか、液状の電解質がセパレータに含浸された形態であってもよい。このうち、セパレータとしての役割を同時に果たす固体ポリマ電解質やセパレータに含浸された電解質の場合、漏液の危険が少ないため、電極組立体及び電解質のケースとしてパウチが使用され得る。

パウチケースは主に金属からなる缶に比べて軽く、体積も小さく、電池の形状や機器内の設置方法において融通性を有し得るという長所がある。しかしながら、パウチケースは非常に薄く形成されるため、外部の衝撃によって内部に収納された電極組立体を保護するのに限界がある。実際に、パウチケースは外部の衝撃によって孔などが生じやすい。また、パウチケース内部の電極組立体は電池の初期充放電によって電池の内部にガスが発生するスウェルリング現象によって問題が発生し得る。即ち、電極組立体の電極板の内部でガスが発生する場合、電極板が両側のパウチケース方向に膨らんで体積が膨張するようになり、それにより、陽極板と陰極板の縁部部分で短絡が起こるという問題がある。

大韓民国特許公開第２００８−００８７１９３号 大韓民国特許公開第２００８−００２９２８７号

そこで、本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、外部の衝撃から電極組立体を保護できる二次電池を提供することにある。

本発明の一態様によるリチウムイオン電池は、第１ケースと、前記第１ケースと分離され、前記第１ケースに対向するように位置する第２ケースと、前記第１ケース及び第２ケースの間に収納される電極組立体を備え、前記第１ケース及び第２ケースは接着剤によって接着される。

好ましくは、前記第１ケース及び第２ケースは金属物質で形成される。前記接着剤は１２０〜２００℃の融点を有する。前記接着剤は高分子物質である。前記接着剤はポリエチレン、ポリプロピレン又は酸変性ポリプロピレンである。

前記第１ケースの少なくとも一側面は、前記第２ケース側に延びる第１突出部と、前記第１突出部の外側面に位置する第１段差部で構成され、前記第２ケースの少なくとも一側面は前記第１ケース側に延び、前記第１段差部に安着する第２突出部と、前記第１突出部が安着し得るように前記第２突出部の内側面に位置する第２段差部で構成される。

前記第１ケース及び第２ケースの結合過程で前記第１ケースは、前記第２ケースの内部空間に挿入される。前記第１ケースの少なくとも一側面は、前記第２ケース側に延びる第１突出部と、前記第１突出部の端部から前記第１ケースと平行に延びる第２突出部で構成され、前記第１ケースは前記第２突出部に安着して前記第２ケースと結合される。前記第１ケースの少なくとも一側面は、前記第２ケース側に延びる第１突出部と、前記第１突出部と所定距離離間するように位置する第２突出部とを備え、前記第２ケースの少なくとも一側面は前記第１突出部及び第２突出部間の空間に挿入されるように位置する第３突出部を備える。

以上のように、本発明に係るリチウム二次電池によれば、第１ケース及び第２ケースが結合されてハウジングが形成されるため、工程時間を短縮できるという長所がある。また、本発明において、第１ケース及び第２ケースは金属物質で形成されるため、電極組立体を安定して保護すると共に、スウェルリング現象を最小化することができる。更に、本発明において、第１ケース及び第２ケースは所定の融点を有する接着剤によって結合されるため、爆発の危険性を最小化することができる。

本発明の実施形態に係るリチウム二次電池を示す図である。 第１ケース及び第２ケースの結合方式の第１実施形態を示す図である。 第１ケース及び第２ケースの結合方式の第２実施形態を示す図である。 第１ケース及び第２ケースの結合方式の第３実施形態を示す図である。 第１ケース及び第２ケースの結合方式の第４実施形態を示す図である。 ハウジングと電極タップの結合過程を示す図である。 ハウジングと電極タップの結合過程を示す図である。 本発明の他の実施形態に係るリチウム二次電池を示す図である。

以下、本発明の属する技術分野において通常の知識を有する者が本発明を容易に実施できる好適な実施形態が添付された図１〜図７を参照して詳細に説明すれば、以下の通りである。

図１は、本発明の実施形態に係るリチウム二次電池を示す図である。図１では説明の便宜上、電極組立体が第１極板と第２極板との間にセパレータが巻き取られたものと示したが、本発明はこれに限定されない。例えば、電極組立体は、第１極板、セパレータ及び第２極板が積層されて形成されることもできる。

図１を参照すれば、本発明の実施形態に係るリチウム二次電池は、所定電流を生成する電極組立体１０と、電極組立体１０が収納されるハウジング２０とを備える。

電極組立体１０は、第１極板と第２極板との間にセパレータが巻き取られて形成される。第１極板には第１電極タップ１２ａが結合されて電極組立体１０の上端部に突出する。第２極板には、第２電極タップ１２ｂが結合されて電極組立体１０の上端部に突出する。電極組立体１０で第１電極タップ１２ａ及び第２電極タップ１２ｂは電気的に絶縁されるように所定距離離間して形成される。

第１電極タップ１２ａ及び第２電極タップ１２ｂが電極組立体１０から引き出される部分にはラミネーションテープ１１ａ、１１ｂが巻き取られている。ラミネーションテープ１１ａ、１１ｂは、第１電極タップ１２ａ及び第２電極タップ１２ｂで発生する熱を遮断し、第１電極タップ１２ａ又は第２電極タップ１２ｂの縁部により電極組立体１０が圧迫されないようにする役割を果たす。

一方、第１電極タップ１２ａ及び第２電極タップ１２ｂは、ハウジング２０と結合時に外部に露出する。そのために、第１電極タップ１２ａ及び第２電極タップ１２ｂがハウジング２０と当接する部分には絶縁テープ１３が接着される。ここで、ハウジング２０と第１電極タップ１２ａ及び第２電極タップ１２ｂは接着剤（即ち、絶縁物質）によって接着されるため、絶縁テープ１３は除去され得る。これについての詳細な説明は後述する。

ハウジング２０は、電極組立体１０の下部に位置する第１ケース２２と、電極組立体１０の上部に位置する第２ケース２４とを備える。

第１ケース２２及び第２ケース２４は所定の強度を有する物質、例えば、アルミニウムなどの金属物質で形成される。このような第１ケース２２及び第２ケース２４は接着剤によって接着され、内部に収容される電極組立体１０を保護する。

そのために、第１ケース２２にはハウジング２０の内部から外部に第１電極タップ１２ａ及び第２電極タップ１２ｂが突出し得るように、第１溝４０ａ及び第２溝４０ｂが備えられる。また、第２ケース２４には第１溝４０ａに対向するように位置する第３溝４０ｃと、第２溝４０ｂに対向するように位置する第４溝４０ｄとが備えられる。

このような第１溝４０ａ〜第４溝４０ｄは、第１ケース２２及び第２ケース２４の結合時に第１電極タップ１２ａ及び第２電極タップ１２ｂが外部に突出し得るように、所定のホールを形成する。

前述した本発明において、第１ケース２２及び第２ケース２４が結合されてハウジング２０が形成される。この場合、ハウジング２０の内部に電極組立体１０を挿入する工程などが単純化して工程時間を短縮できるという長所がある。また、本発明の第１ケース２２及び第２ケース２４は金属物質で形成されるため、外部の衝撃から電極組立体１０を安全に保護すると共に、スウェルリング現象を最小化することができる。

更に、本発明は所定の温度で融点を有する接着剤を用いる。この場合、ハウジング内部１０の温度上昇に対応して第１ケース２２及び第２ケース２４がオープンされ、これにより、爆発の危険性を除去できる。

図２は、第１ケース及び第２ケースの結合方式の第１実施形態を示す図である。図２では説明の便宜上、第１ケース及び第２ケースの一側のみを示す。

図２を参照すれば、第１ケース２２の側面は底面から垂直に延びる（即ち、第２ケース２４側に延びる）第１突出部２８ａと、第１突出部２８ａの外側面に位置する第１段差部２６ａを備える。第２ケース２２の側面は第１ケース２２側に延びる第２突出部２８ｂと、第２突出部２８ｂの内側面に位置する第２段差部２６ｂとを備える。

ここで、第１ケース２２及び第２ケース２４の結合時に第１突出部２８ａは第２段差部２６ｂに安着し、第２突出部２８ｂは第１段差部２６ａに安着する。この場合、第１ケース２２及び第２ケース２４は所定の強度で結合され得る。

一方、第１突出部２８aの外側面及び第２突出部２８ｂの内側面には接着剤３０が塗布される。このような接着剤３０は、１２０℃〜２００℃の間の融点を有する物質からなり、第１ケース２２及び第２ケース２４を結合させる。

ここで、接着剤３０は１２０℃〜２００℃の間の融点を有する高分子物質で選択される。詳細に説明すれば、本発明において、接着剤３０はハウジング２０内部の温度が上昇する時、爆発を防止するために、２００℃以下の融点を有する物質で選択される。また、本発明では一般的な使用環境で第１ケース２２及び第２ケース２４の接着力を安定して維持できるように、１２０℃以上の融点を有する物質で選択される。

例えば、本発明において、接着剤３０はポリエチレン（Ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ：ＰＥ）、ポリプロピレン（Ｐｏｌｙ ｐｒｏｐｙｌｅｎｅ：ＰＰ）又は酸変性ポリプロピレン（Ｃａｓｔｉｎｇ Ｐｏｌｙ ｐｒｏｐｙｌｅｎｅ：ＣＰＰ）で選択されることができる。

そして、本発明では高周波誘導加熱方式、即ち、局部的に接着剤３０のみを加熱することで、第１ケース２２及び第２ケース２４を結合させることができる。この場合、電極組立体１０に伝達される熱が最小化され、これにより、電極組立体１０の破損を防止できる。また、本発明では熱融着方式で接着剤３０を加熱することで、第１ケース２２及び第２ケース２４を結合させることができる。

図３は、第１ケース及び第２ケースの結合方式の第２実施形態を示す図である。図３では説明の便宜上、第１ケース及び第２ケースの一側のみを示す。

図３を参照すれば、第１ケース２２及び第２ケース２４のそれぞれの側面５０、５２は底面から垂直に突出するように形成される。即ち、第１ケース２２及び第２ケース５０、５２の側面は、電極組立体１０が挿入され得るように所定の空間を有するように形成される。

結合過程で第１ケース２２は第２ケース２４の内部に挿入される。そのために、第１ケース２２は側面５０の外側に接着剤３０が塗布され、第２ケース２４は側面５２の内側に接着剤３０が塗布される。従って、第２ケース２４の内部に挿入されるように結合される第１ケース２２は接着剤３０によって第２ケース２４に結合される。一方、接着剤３０の特徴及び物質については図２を参照して説明したため、詳細な説明は省略する。

図４は、第１ケース及び第２ケースの結合方式の第３実施形態を示す図である。図４では説明の便宜上、第１ケース及び第２ケースの一側のみを示す。

図４を参照すれば、第１ケース２２の側面は第２ケース２４側に延びる第１突出部５４ａと、第１突出部５４ａの端部から第１ケース２２の内側に延びる第２突出部５４ｂとを備える。

第１ケース２２の側面に位置する第１突出部５４ａは、電極組立体１０が挿入され得る内部空間が形成されるようにその高さが決定される。

第１突出部５４ａの端部から第１ケース２２の内側に延びる第２突出部５４ｂは、第２ケース２４が安着し得るように第２ケース２４と平行な方向に形成される。このような第２突出部５４ｂ上には接着剤３０が塗布される。そして、第２ケース２４で第２突出部５４ｂと接着される部分にも接着剤３０が塗布される。

結合過程で、第２ケース２４は第２突出部５４ｂに安着し、その後、接着剤３０により結合される。一方、接着剤３０の特徴及び物質については図２を参照して説明したため、詳細な説明は省略する。

図５は、第１ケース及び第２ケースの結合方式の第４実施形態を示す図である。図５では説明の便宜上、第１ケース及び第２ケースの一側のみを示す。

図５を参照すれば、第２ケース２４は側面（又は第３突出部５８）は第１ケース２２側に延びるように形成される。

第１ケース２４は側面に位置し、第２ケース２４側に延びる第１突出部５６ａ及び第２突出部５６ｂを備える。ここで、第１突出部５６ａ及び第２突出部５６ｂは、第３突出部５８が挿入され得るように所定距離離間して形成される。

結合過程で第３突出部５８が第１及び第２突出部５６ａ、５６ｂ間の空間に挿入され、接着剤３０により結合される。接着剤３０の特徴及び物質については図２を参照して説明したため、詳細な説明は省略する。

一方、図２〜図５を説明する時、接着剤３０が第１ケース２２及び第２ケース２４の両方に塗布されるものと説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、接着剤３０は第１ケース２２又は第２ケース２４のうちいずれか１つの側面で塗布され得る。

そして、図２〜図５では第１ケース２２及び第２ケース２４一側のみを示したが、実際には第１ケース２２及び第２ケース２４が安定して結合され得るように電極タップ１２ａ、１２ｂが露出する側面を除いた残りの３側面が図２〜図５のような構造で形成される。
図６Ａ及び図６Ｂは、ハウジングと電極タップの結合過程を示す図である。

図６Ａ及び図６Ｂを参照すれば、結合過程で第１ケース２２に位置する第１溝４０ａ及び第２溝４０ｂのそれぞれは第２ケース２４に位置する第３溝４０ｃ及び第４溝４０ｄに対向するように位置する。そして、第１溝４０ａ及び第３溝４０ｃの間には第１電極タップ１２ａが位置し、第２溝４０ｂ及び第４溝４０ｄの間には第２電極タップ１２ｂが位置する。

その後、接着剤３０によって第１ケース２２及び第２ケース２４が結合される。このとき、接着剤３０は絶縁テープ１３を覆うように位置して電極タップ１２ａ、１２ｂをハウジング２０に固定する。このような本発明において、電極タップ１２ａ、１２ｂは結合過程で接着剤３０によりハウジング２０に固定され、これにより、製造工程を単純化すると共に、製造コストを低減できるという長所がある。

一方、本発明において、接着剤３０は絶縁物質で選択されるため、電極タップ１２ａ、１２ｂで絶縁テープ１３は除去され得る。

図７は、本発明の他の実施形態に係るリチウム二次電池を示す図である。図７を説明する時、図１と同じ構成については同じ図面符号を付し、詳細な説明は省略する。

図７を参照すれば、本発明の他の実施形態に係るリチウム二次電池は、電極組立体１０と、電極組立体１０が収納されるハウジング８０とを備える。そして、本発明の他の実施形態に係るリチウム二次電池は、ハウジング８０の一側面に結合されるように位置するプレート６０を備える。

ハウジング８０は電極組立体１０の下部に位置する第１ケース７２と、電極組立体１０の上部に位置する第２ケース７４とを備える。このような第１ケース７２及び第２ケース７４は接着剤により接着され、内部に収容される電極組立体１０を保護する。

ここで、ハウジング８０は電極組立体１０の電極タップ１２ａ、１２ｂが露出し得るように一側面が開放された状態で結合される。そして、第１ケース７２及び第２ケース７４は、図２〜図５に示すような方法で結合されてハウジング８０を形成する。

プレート６０は、第１貫通ホール６２ａ及び第２貫通ホール６２ｂを備える。第１貫通ホール６２ａはハウジング８０と結合時に第１電極タップ１２ａが貫通するように形成される。第２貫通ホール６２ｂはハウジング８０と結合時に第２電極タップ１２ｂが貫通するように形成される。ここで、プレート６０はレーザ溶接によってハウジング８０と結合される。

以上説明したように、本発明の最も好ましい実施の形態について説明したが、本発明は、上記記載に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載され、又は明細書に開示された発明の要旨に基づき、当業者において様々な変形や変更が可能なのはもちろんであり、斯かる変形や変更が、本発明の範囲に含まれることは言うまでもない。

１０ 電極組立体
２０ ハウジング
１２ａ 第１電極タップ
１２ｂ 第２電極タップ
１１ａ、１１ｂ ラミネーションテープ
１３ 絶縁テープ
２２ 第１ケース２２
２４ 第２ケース
４０ａ 第１溝
４０ｂ 第２溝
４０ｃ 第３溝
４０ｄ 第４溝

Claims (15)

1. 第１ケースと、
   前記第１ケースと分離され、前記第１ケースに対向するように位置する第２ケースと、
   前記第１ケース及び第２ケースの間に収納される電極組立体と
   を備え、
   前記第１ケース及び第２ケースは接着剤によって接着されることを特徴とするリチウム二次電池。
2. 前記第１ケース及び第２ケースは、金属物質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。
3. 前記接着剤は、１２０〜２００℃の融点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。
4. 前記接着剤は、高分子物質であ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. 前記接着剤は、ポリエチレン、ポリプロピレン又は酸変性ポリプロピレンであることを特徴とする請求項４に記載のリチウム二次電池。
6. 前記第１ケースの少なくとも一側面は前記第２ケース側に延びる第１突出部と、前記第１突出部の外側面に位置する第１段差部で構成され、
   前記第２ケースの少なくとも一側面は前記第１ケース側に延び、前記第１段差部に安着する第２突出部と、前記第１突出部が安着し得るように前記第２突出部の内側面に位置する第２段差部で構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。
7. 前記第１ケース及び第２ケースの結合過程で前記第１ケースは前記第２ケースの内部空間に挿入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。
8. 前記第１ケースの少なくとも一側面は前記第２ケース側に延びる第１突出部と、前記第１突出部の端部から前記第１ケースと平行に延びる第２突出部で構成され、前記第１ケースは前記第２突出部に安着して前記第２ケースと結合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。
9. 前記第１ケースの少なくとも一側面は前記第２ケース側に延びる第１突出部と、前記第１突出部と所定距離離間するように位置する第２突出部と
   を備え、
   前記第２ケースの少なくとも一側面は前記第１突出部及び第２突出部間の空間に挿入されるように位置する第３突出部を備えることを特徴とする請求項１に記載のリチウムイオン電池。
10. 前記電極組立体の電極タップが外部に露出し得るように前記第１ケース及び第２ケースの一側面には互いに対向する複数の溝が形成されることを特徴とする請求項１に記載のリチウムイオン電池。
11. 前記電極タップのそれぞれには前記溝と重なる部分に絶縁テープが巻き取られることを特徴とする請求項１０に記載のリチウムイオン電池。
12. 前記電極タップは前記溝によって形成された空間であって、外部に露出し、前記接着剤により前記第１ケース及び第２ケースと絶縁されるように固定されることを特徴とする請求項１０に記載のリチウムイオン電池。
13. 前記電極組立体の電極タップが外部に露出するように前記第１ケース及び第２ケースは一側面が開放されるように結合されることを特徴とする請求項１０に記載のリチウムイオン電池。
14. 前記電極タップが外部に露出するように貫通ホールを備え、開放された前記一側面に結合されるプレートを更に備えることを特徴とする請求項１３に記載のリチウムイオン電池。
15. 前記接着剤は、前記第１ケース及び第２ケースのそれぞれの側面に互いに対向するように位置することを特徴とする請求項１に記載のリチウムイオン電池。

Images