JP2013122917A - ２次電池 - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明ではダンピング部材が電極組立体の無地部とカンとの間に結合して電極組立体および集電体の変形を抑制できる２次電池を提供する。
【解決手段】一例として、無地部を有する電極組立体；前記無地部に結合される集電体結合部を含む集電体；前記電極組立体を収容するケース；および前記集電体結合部に結合される弾性ダンピング部材を含む電池が開示されている。
【選択図】図２
【解決手段】一例として、無地部を有する電極組立体；前記無地部に結合される集電体結合部を含む集電体；前記電極組立体を収容するケース；および前記集電体結合部に結合される弾性ダンピング部材を含む電池が開示されている。
【選択図】図２
Description
本発明は、電極組立体および集電体の変形を抑制できる２次電池に関する。
２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って、一つの電池セルがパック形態に包装された低容量電池の場合、携帯電話機およびカムコーダーのような携帯が可能な小型電子機器に使われ、電池パックが数十個連結された電池パック単位の大容量電池の場合、ハイブリッド自動車などのモータ駆動用電源として幅広く使用されている。
２次電池は色々な形状に製造されているが、代表的な形状としては円筒形、角形が挙げられ、陽、陰極板の間に絶縁体であるセパレータを介在して形成された電極組立体と電解液とをカン（ケース）に内装して設置し、カンに電極端子が形成されたキャップ組立体を設置して構成される。
このような２次電池は、容量が増加するに従って、使用者の安全を図るための色々な努力が要求されている。
本発明は、ダンピング部材が電極組立体の無地部とカンとの間に結合されて電極組立体および集電体の変形を抑制できる２次電池を提供する。
本発明による２次電池は収容空間を有して上部が開放されたカン；前記カンの内部に挿入される複数の電極組立体；前記電極組立体の無地部に連結される集電体；前記電極組立体とカンとの間に形成される弾性材質のダンピング部材；および前記カンを密封するキャッププレートを含むことができる。
ここで、前記ダンピング部材は一端が前記無地部に接し、他端が前記カンの内部に接するように形成されることができる。
また、前記ダンピング部材は一対の無地部の間に結合され、内部にホールが備えられる。
また、前記ダンピング部材は前記無地部に結合された前記集電体を前記無地部に加圧して形成することができる。
本発明による２次電池は電極組立体とカンとの間に弾性を有するダンピング部材を備えて、電極組立体がカンの内部で動くことを防止し、外部衝撃を吸収して電極組立体に伝達されることを防止することができる。
また、本発明による２次電池はダンピング部材が集電体の結合部を電極組立体の無地部に圧着されるように加圧することによって、集電体の動きを防止し衝撃を吸収することができる。
また、本発明による２次電池はダンピング部材が内部にホールを備えて、カンの内部で発生した排気ガスが移動できる流路を提供して安全を図ることができる。
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容易に実施できるように、本発明の望ましい実施例を図面を参照して詳細に説明する。
以下、本発明の実施例による２次電池の構成について説明する。
図１は、本発明の実施例による２次電池の斜視図である。図２は、図１のＡ−Ａ’線に沿った断面図である。図３は、図１のＢ−Ｂ’線に沿った断面図である。図４は、本発明における電極組立体とカンとの間にダンピング部材が結合した状態を上側から見て示す図である。図５は、本発明における電極組立体とカンとの間にダンピング部材が結合した状態を下側から見て示す図である。図６は、本発明における電極組立体からダンピング部材が分離した状態を示す図である。
図１乃至図６を参照すれば、本発明による２次電池１００は、カン１１０と、前記カン１１０の内部に挿入される電極組立体１２０と、前記電極組立体１２０に連結される集電体１３０と、電極組立体１２０に結合されるダンピング部材１４０と、前記集電体１３０の上部に形成される第１絶縁部材１５０と、前記カン１１０を密封するキャッププレート１６０と、前記キャッププレート１６０の上部に形成される第２絶縁部材１７０と、前記第２絶縁部材１７０の上部に形成されるナット１８０と、を含む。
前記カン１１０は内部に収容空間を有し、上部に開口部が形成されたほぼ六面体状に形成される。前記カン１１０は収容空間内に電極組立体１２０および電解液を収容する。前記カン１１０は、アルミニウム、アルミニウム合金またはニッケルメッキされたスチールのような導電性金属からなる。図１ではカン１１０とキャッププレート１６０とが結合した状態で示されているので、開口部が示されていないが、キャッププレート１６０の周りの部分が実質的に開放された部分である。また、前記カン１１０の内面は絶縁処理されて、電極組立体１２０、集電体１３０およびキャッププレート１６０と絶縁されることができる。
また、前記カン１１０と前記電極組立体１２０との間には前記ダンピング部材１４０が形成される。また、前記ダンピング部材１４０は、前記電極組立体１２０に結合された集電体１３０をプレスしながら結合する。したがって、前記カン１１０は、前記ダンピング部材１４０によって前記電極組立体１２０および集電体１３０が内部で動かないように固定させることができる。
前記電極組立体１２０は、薄い板型あるいは膜型からなる第１電極板、第２電極板およびその間に位置するセパレータの積層体を巻き取るか重ねて形成する。ここで、例えば、第１電極板は陰極として動作することができ、第２電極板は正極として動作することができる。当然ながら、その逆も可能である。
前記第１電極板は、銅またはニッケルのような金属箔からなる電極集電体に黒鉛または炭素などの活物質を塗布することによって形成され、活物質が塗布されない領域に無地部が形成される。前記第２電極板は、アルミニウムのような金属箔からなる電極集電体に遷移金属酸化物などの活物質を塗布することによって形成され、活物質が塗布されない領域である無地部を含む。前記セパレータは、第１電極板と第２電極板との間に位置して短絡を防止し、リチウムイオンの移動を可能にする役割を果たし、ポリエチレン、ポリプロピレンまたはポリエチレンとポリプロピレンとの複合フィルムからなることができるが、本発明は前記電極板およびセパレータの材質に限定されるものではない。
このような電極組立体１２０は複数備えられて、実質的に電解液と共に前記カン１１０に収容される。前記電極組立体１２０は本実施形態において４つ示されているが、本発明は前記個数に限定されるものではない。前記電解液は、ＥＣ（ｅｔｈｙｌｅｎｅ ｃａｒｂｏｎａｔｅ）、ＰＣ（ｐｒｏｐｙｌｅｎｅ ｃａｒｂｏｎａｔｅ）、ＤＥＣ（ｄｉｅｔｈｙｌ ｃａｒｂｏｎａｔｅ）、ＥＭＣ（ｅｔｈｙｌ ｍｅｔｈｙｌ ｃａｒｂｏｎａｔｅ）、ＤＭＣ（ｄｉｍｅｔｈｙｌ ｃａｒｂｏｎａｔｅ）のような有機溶媒にＬｉＰＦ６、ＬｉＢＦ４のようなリチウム塩からなることができる。また、前記電解液は、液体、固体またはゲル状であることができる。
前記電極板が巻き取られて形成された電極組立体１２０は、活物質が塗布された領域であるコーティング部１２１、前記活物質が塗布されずに形成された無地部１２２を備える。また、前記無地部１２２は前記コーティング部１２１の両周縁に位置する。前記無地部１２２がそれぞれ第１電極および第２電極に対応し、前記電極組立体１２０が複数配列されると、前記電極組立体１２０は同一の電極の無地部１２２が同じ方向に位置するように整列する。また、前記無地部１２２に連結された一対の集電体１３０を通じて、２次電池の電極が形成される。
このとき、前記無地部１２２は前記集電体１３０と溶接を通じて結合する。複数の電極組立体１２０が配列されて、複数の無地部１２２が形成された状態で、前記集電体１３０は前記無地部１２２と垂直方向（図面のｚ軸方向）に並んで位置した状態で溶接、結合される。したがって、複数の電極組立体１２０に形成された無地部１２２は前記集電体１３０によって相互間が電気的に連結されることができる。
また、前記無地部１２２は前記集電体１３０と結合した以後、前記ダンピング部材１４０と結合する。前記ダンピング部材１４０は複数形成された前記無地部１２２の間に結合する。前記ダンピング部材１４０は一端が前記無地部１２２に接して形成され、他端は前記カン１１０に接して形成される。したがって、前記無地部１２２は前記ダンピング部材１４０によって前記カン１１０の内部で位置が固定されることができる。また、前記ダンピング部材１４０は前記集電体１３０を前記無地部１２２に圧着させるため、前記集電体１３０の位置も固定させることができる。
前記集電体１３０は一対からなり、それぞれが一つの極性を有する無地部１２２に連結される。前記集電体１３０は、前記無地部１２２を通じて電極組立体１２０と連結され、前記キャッププレート１６０の外部に露出して電気的な信号の入出力経路を形成する。
前記集電体１３０は、前記電極組立体１２０の長さ方向（図１のｘ軸方向）と平行に形成されたボディー部１３１、前記ボディー部１３１から折り曲げられてほぼ垂直方向（図１のｚ軸方向）に形成された折曲部１３２、前記折曲部１３２から延長して形成され、前記無地部１２２と結合される結合部１３３、前記ボディー部１３１から垂直方向（図１のｚ軸方向）に突出して前記キャッププレート１６０の外部に露出する端子部１３４を含む。
前記ボディー部１３１はほぼ平らな板状からなり、前記電極組立体１２０の長さに沿ってその上部に水平方向に形成される。前記ボディー部１３１は、配列された前記無地部１２２をカバーできる程度の幅を有する。
前記折曲部１３２は、前記ボディー部１３１から垂直方向に折り曲げられて、前記無地部１２２に向かって並んで延長される。前記折曲部１３２は前記無地部１２２をカバーする幅を有する。
前記結合部１３３は、複数（１３３ａ、１３３ｂ、１３３ｃ、１３３ｄ）が形成され、前記折曲部１３２から垂直方向に延長形成される。前記結合部１３３は、前記無地部１２２の個数と同じ個数が備えられ、それぞれが前記無地部１２２と接しながら並んで延長される。つまり、前記結合部１３３の側面は前記無地部１２２の側面と接しながら並んで延長される。そして、前記結合部１３３は、二対の１３３ａおよび１３３ｂ、１３３ｃおよび１３３ｄをなし、一対の結合部（例えば、１３３ａ、１３３ｂ）は一対の無地部１２２の内側に位置する。つまり、一対の前記結合部１３３ａ、１３３ｂは、一対の前記無地部１２２の向き合う内側面に接した状態で位置し、この状態で溶接を通じて前記無地部１２２と結合する。また、一対の前記結合部１３３ａ、１３３ｂは、前記無地部１２２と結合した以後、前記ダンピング部材１４０によって圧着される。前記ダンピング部材１４０が一対の前記結合部１３３ａ、１３３ｂを無地部１２２に向かって加圧することによって、一対の前記結合部１３３ａ、１３３ｂが前記無地部１２２と安定的に結合した状態を維持できる。
前記端子部１３４は、前記ボディー部１３１から垂直方向（図１のｚ軸方向）に突出して形成される。前記端子部１３４は、前記キャッププレート１６０の上部にさらに突出して、電極端子を形成することになる。また、前記端子部１３４は外周面にねじ山を備えているので、上部で結合するナット１８０と結合できる。前記端子部１３４は、前記ボディー部１３１と一体に形成されることができ、別途の構成を通じて結合することもできる。
前記ダンピング部材１４０は、前記無地部１２２の長さ方向である垂直方向（図１のｚ軸方向）に長さを有し、内部が中空である形状を有する。また、前記ダンピング部材１４０は、中間領域を中心に無地部１２２に向かう方向とカン１１０の内壁に向かう方向とにそれぞれ凸の曲面を有するように形成される。前記ダンピング部材１４０は複数個からなる前記無地部１２２の間に結合する。前記ダンピング部材１４０は弾性力を有するプラスチック材質からなり、前記ダンピング部材１４０は前記集電体の結合部１３３が前記無地部１２２に結合された以後、前記集電体１３０の結合部１３３の内側で結合する。つまり、前記ダンピング部材１４０は、一対の前記結合部１３３ａおよび１３３ｂ、１３３ｃおよび１３３ｄそれぞれの内側で一対の前記結合部それぞれを加圧しながら結合する。前記ダンピング部材１４０は弾性力を有する材質からなり、一端が前記無地部１２２に接し、他端は前記カン１１０の内壁に接して形成される。したがって、前記ダンピング部材１４０は前記無地部１２２を前記カン１１０の内部で固定し、前記電極組立体１２０および集電体１３０がカン１１０の内部で動くことを防止する。また、前記ダンピング部材１４０は、前記電極組立体１２０および集電体１３０が外部から衝撃を受けたり変形したりすることを防止できる。
また、前記ダンピング部材１４０は内部にホールを有するように形成されて、前記カン１１０の内部で生成された排気ガスの流路を提供することができる。したがって、前記ダンピング部材１４０が設置されても、排気ガスの移動を制限しない。また、前記ダンピング部材１４０は前記ホールによって内側に弾性変形可能になり、前記電極組立体１２０および集電体１３０に伝達される衝撃を効率的に吸収することができる。
より具体的に、前記ダンピング部材１４０は、前記無地部１２２に結合される第１領域１４１、前記集電体１３０を加圧する第２領域１４２、前記カン１１０の内壁に接するようになる第３領域１４３を含む。
前記第１領域１４１は、前記無地部１２２に向かう方向に膨らむように形成された曲面を有し、一対の無地部１２２の間に接して形成される。したがって、前記無地部１２２は曲面形状と接するようになるので、前記ダンピング部材１４０によって破損しない。また、前記第１領域１４１は、前記無地部１２２の垂直長さ方向（図１のｚ軸方向）に沿って長く形成され、前記無地部１２２と面接触をなしながら形成される。前記第１領域１４１は、弾性を利用して前記電極組立体１２０の動きに応じた無地部１２２の動きを効率的に防止でき、効果的に衝撃を吸収して外部衝撃が前記無地部１２２に伝達されないようにできる。
前記第２領域１４２は前記第１領域１４１に一体に連結され、前記第１領域１４１より短い幅を有する。前記第２領域１４２は前記集電体１３０の結合部１３３と接しながら形成される。前記第２領域１４２は、弾性により前記結合部１３３を加圧し、その結果、前記結合部１３３は前記無地部１２２と分離せずに安定的に結合できる。また、前記第２領域１４２は、前記集電体１３０の結合部１３３が前記カン１１０の内部で動くことを防止し、外部衝撃が前記結合部１３３に伝達されることを防止することができる。
前記第３領域１４３は、前記第２領域１４２に一体に連結され、前記第２領域１４２を基準に前記第１領域１４１と対称な形状からなる。前記第３領域１４３は前記カン１１０に向かう方向に凸の曲面を有する。前記第３領域１４３は、前記ダンピング部材１４０が前記無地部１２２および結合部１３３に結合した以後、前記カン１１０の内面と接することになる。前記第３領域１４３は、弾性を利用して、前記カン１１０と無地部１２２との間で生じる動きおよび衝撃を吸収することができる。したがって、前記第３領域１４３は、前記カン１１０の内部で前記電極組立体１２０および集電体１３０が安定的に固定されるようにする。
前記第１絶縁部材１５０は前記集電体１３０の前記ボディー部１３１の上部に形成される。前記第１絶縁部材１５０は前記集電体１３０と前記キャッププレート１６０との間に形成される。前記第１絶縁部材１５０は前記集電体１３０とキャッププレート１６０とを電気的に絶縁させる。ただし、前記第１絶縁部材１５０は内部に端子ホールを備えているので、前記集電体１３０の端子部１３４が前記第１絶縁部材１５０を貫通して前記キャッププレート１６０の上部に露出できる。
前記キャッププレート１６０は前記カン１１０の上部に形成されて前記カン１１０と結合する。前記キャッププレート１６０は前記カン１１０を密封して、前記カン１１０の内部の電解液が漏出することを防止する。前記キャッププレート１６０は、内部に端子ホールを備えて、前記集電体１３０の端子部１３４が前記端子ホールを貫通して前記キャッププレート１６０の上部に突出するようにできる。前記キャッププレート１６０は、一領域に電解液が注入されるための注入ホールと、電解液が注入された以後前記注入ホールを埋める注入栓１６１と、を含むことができる。また、前記キャッププレート１６０はほぼ中央に安全ベント１６２を含む。前記安全ベント１６２は過充電のような理由で、前記カン１１０の内部でガスが発生して前記カン１１０の内部の圧力が基準圧力より高くなると、前記キャッププレート１６０の他の部分より先に開放されて前記ガスを放出させることによって、内圧上昇に応じた爆発の危険性を減らすことができる。
前記第２絶縁部材１７０は、前記キャッププレート１６０の上面に形成され、前記集電体１３０の端子部１３４の周りに形成される。前記第２絶縁部材１７０は前記キャッププレート１６０と端子部１３４とを電気的に絶縁させる。また、前記第２絶縁部材１７０は、前記キャッププレート１６０の上部で前記端子部１３４と結合される前記ナット１８０が前記キャッププレート１６０と電気的に絶縁するようにする。
前記ナット１８０は前記端子部１３４の上部から結合する。前記ナット１８０は内部に形成されたねじ山を通じて前記端子部１３４のねじ山と結合する。前記ナット１８０は前記端子部１３４それぞれに締結されて、前記端子部１３４それぞれを前記キャッププレート１６０に固定させる。したがって、前記端子部１３４に結合している前記電極組立体１２０も前記カン１１０の内部で位置が固定される。また、前記電極組立体１２０の位置は前記ダンピング部材１４０によってさらに安定的に固定されるのは前述の通りである。
前述のように、本発明の実施例による２次電池１００は、電極組立体１２０とカン１１０との間に弾性を有するダンピング部材１４０を備えて、電極組立体１２０がカン１１０の内部で動くことを防止し、外部衝撃を吸収して電極組立体１２０に伝達されることを防止することができる。また、ダンピング部材１４０は、集電体１３０の結合部１３３が電極組立体１２０の無地部１２２に圧着されるように加圧することによって、集電体１３０が動くことを防止し衝撃を吸収することができる。また、ダンピング部材１４０は、内部にホールを備えて、カン１１０の内部で発生した排気ガスが移動できる流路を提供することによって安全を図ることができる。
以上で説明したのは本発明による２次電池を実施するための一つの実施例に過ぎないのであって、本発明は前述した実施形態に何ら限定されるものではなく、以下の特許請求の範囲に記載するように本発明の要旨を逸脱しない範囲内において当該発明の属する分野で通常の知識を有する者であれば、誰でも多様な変更実施が可能な範囲まで本発明の技術的精神に含まれるとみなされる。
１００ ２次電池
１１０ カン
１２０ 電極組立体
１２２ 無地部
１３０ 集電体
１３４ 端子部
１４０ ダンピング部材
１４１ 第１領域
１４２ 第２領域
１４３ 第３領域
１５０ 第１絶縁部材
１６０ キャッププレート
１７０ 第２絶縁部材
１８０ ナット
１１０ カン
１２０ 電極組立体
１２２ 無地部
１３０ 集電体
１３４ 端子部
１４０ ダンピング部材
１４１ 第１領域
１４２ 第２領域
１４３ 第３領域
１５０ 第１絶縁部材
１６０ キャッププレート
１７０ 第２絶縁部材
１８０ ナット
Claims (20)
- 無地部を有する電極組立体；
前記無地部に結合される集電体結合部を含む集電体；
前記電極組立体を収容するケース；および
前記集電体結合部に結合される弾性ダンピング部材を含むことを特徴とする２次電池。 - 前記弾性ダンピング部材は、前記集電体結合部に対して弾性的に変形することが可能であることを特徴とする請求項１に記載の２次電池。
- 前記無地部は、多数の無地部を含むように構成され、
前記多数の集電体結合部は、前記多数の無地部に結合することを特徴とする請求項１に記載の２次電池。 - 前記弾性ダンピング部材は、一対の集電体結合部の間に配列されることを特徴とする請求項３に記載の２次電池。
- 前記電極組立体およびケースが結合した状態では、前記弾性ダンピング部材は、対の前記集電体結合部を加圧する加圧力が加わる加圧状態にあることを特徴とする請求項４に記載の２次電池。
- 前記弾性ダンピング部材は、少なくとも一つの前記無地部に結合する第１領域、対の前記集電体結合部を加圧する第２領域および前記ケースの内側に接する第３領域を含むことを特徴とする請求項５に記載の２次電池。
- 前記弾性ダンピング部材の第１領域は、凸の曲面を有することを特徴とする請求項６に記載の２次電池。
- 前記第２領域は前記第１領域の幅より短い幅を有し、前記第２領域は前記集電体結合部のそれぞれ一つを収容する空間を定義することを特徴とする請求項６に記載の２次電池。
- 前記弾性ダンピング部材の第３領域は、凸の曲面を有することを特徴とする請求項６に記載の２次電池。
- 前記第３領域は、前記第１領域と対称であることを特徴とする請求項９に記載の２次電池。
- 前記無地部は、第１方向に互いに平行な一対の無地部を含み、
前記集電体結合部は、対の前記無地部領域の向き合う面に結合し、
前記弾性ダンピング部材は、前記集電体結合部間の空間に位置して、加圧力が前記集電体結合部を前記無地部に対して加圧することを特徴とする請求項５に記載の２次電池。 - 前記弾性ダンピング部材は、前記第１方向に前記弾性ダンピング部材を通して延長されたホールを含むことを特徴とする請求項１１に記載の２次電池。
- 前記ケースは、前記ケースに結合されたキャッププレートをさらに含み、
前記集電体は、前記キャッププレートを通して延長される端子部をさらに含み、
前記集電体は、前記端子部に結合されたボディー部および第１方向に前記ボディー部から折り曲げられた折曲部をさらに含み、
前記集電体結合部は、前記第１方向に前記ボディー部から延長されることを特徴とする請求項３に記載の２次電池。 - 前記無地部は第１方向に互いに並んでおり、前記第１方向に垂直な第２方向に配列され、
前記折曲部は、前記第２方向に前記無地部を十分にカバーできる幅を有することを特徴とする請求項１３に記載の２次電池。 - 前記弾性ダンピング部材は、電気的絶縁材質からなることを特徴とする請求項１に記載の２次電池。
- 前記弾性ダンピング部材は、プラスチック材質からなることを特徴とする請求項１５に記載の２次電池。
- 前記弾性ダンピング部材は、電気的導電性材質からなることを特徴とする請求項１に記載の２次電池。
- 前記弾性ダンピング部材は、前記集電体結合部と同じ材質からなることを特徴とする請求項１７に記載の２次電池。
- 前記無地部は、前記電極組立体の反対側面に第１および第２無地部を含み、
前記集電体は、前記第１無地部に結合される第１結合部を含む第１集電体と、前記第２無地部に結合される第２結合部と、を含む第２集電体を含み、
前記弾性ダンピング部材は、前記第１集電体の結合部を結合する第１弾性ダンピング部材と、前記第２集電体の結合部を結合する第２弾性ダンピング部材と、を含むことを特徴とする請求項１に記載の２次電池。 - 前記電極組立体は前記ケースの内部に多数の電極組立体を含み、各電極組立体はそれぞれ無地部を備え、
前記集電体は多数の集電体結合部を含み、各集電体結合部は一つの電極組立体の無地部それぞれに結合され、
前記弾性ダンピング部材は、それぞれ前記集電体結合部の特定の一つに形成される多数の弾性ダンピング部材を含むことを特徴とする請求項１に記載の２次電池。
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