JP2013506248A - 安全溝を備える角形二次電池 - Google Patents

Abstract

陽極、陰極及び分離膜で構成された電極組立体が角形の電池ケースに密封されている角形二次電池であって、電池ケースは、上端が開口されていると共に金属素材からなる六面体のケース本体と、ケース本体の開口上端に結合されていると共に電極端子を含むケースキャップと、を備えており、ケース本体の厚さは０．４ｍｍ以下であり、電池内部の高圧発生時に破断される線状の安全溝が、高圧状態におけるケースの最大応力（Ｓ_ＭＡＸ）の４０％以下の応力分布を示すケース本体上に形成されていて、安全溝は、ケース本体の残余厚さ（「ベンツ厚さ」）が長さ方向において両端部から中央部側へ行くにつれて薄くなる構造で形成されていることを特徴とする角形二次電池を提供する。

Description

本発明は、安全溝を備える角形二次電池に関し、より詳細には電極組立体が密封されている状態で角形電池ケース内に内蔵されている角形二次電池であり、電池ケースは金属素材からなる六面体のケース本体と、上記ケース本体の開口上端に結びついており、電極端子を含んでいるキャップとで形成されている。上記ケース本体の厚さは０．４ｍｍ以下であり、電池内部の高圧発生時に破断される線状の安全溝が高圧状態でケースの最大応力（Ｓ_ＭＡＸ）を基準として４０％以下の応力分布を現すケース本体上に形成されている。上記安全溝はケース本体の残余厚さ（「ベンツ厚さ」）が長さ方向において両端部から中央部側に薄くなる構造で形成されている角形二次電池に関する。

モバイル機器に対する技術開発及び需要が増加するにつれ、モバイル機器のエネルギー源としての二次電池の需要が急激に増加している。このような二次電池のうち、高エネルギー密度及び高放電電圧のリチウム二次電池に対して多くの研究が行われており、また商用化され、広く使われている。

二次電池は電池ケースの形状によって、電極組立体が円筒形、又は角形の金属容器に内蔵されている円筒形電池及び角形電池と、電極組立体がアルミニウム ラミネート シーツのパウチ型ケースに内蔵されているパウチ型電池に分類される。

電池ケースに内蔵される上記電極組立体は陽極／分離膜／陰極の積層構造で形成されていると共に充放電が可能な発電素子である。活性物質が塗布された長いシート型の陽極と陰極との間に分離膜を介在して卷回したジェリーロール型と、所定の大きさの多数の陽極と陰極とを分離膜が介在した状態で次々と積層した積層型とに分類される。

このような二次電池は使用状態及び条件により様々な環境に露され得る。そのため、使用者の安全のために特に爆発の危険性を予防することが要求される。一般的に、内部ショート、許容電流・許容電圧を超えた充電状態、高温への露出、落下による衝撃などのような電池の非正常的な作動状態によって誘発され得る電池内部の高温及び高圧は電池の爆発をもたらし得る。したがって、電池の形状が異なるにもかかわらず、それぞれの電池は、電池爆発の直接的な原因である高圧を解消する高圧解消手段を具備している。

例えば、円筒形電池では特定の構造の安全弁がキャップアセンブリーに設置されており、角形電池では電池のキャップ、又はケースに安全溝が形成されていて、パウチ型の電池は別途の安全溝なしでラミネートシーツの縫合部（密封部）が分離される方式で高圧を解消している。

一般的な角形二次電池では、アルミニウム電池ケースに閉鎖型、又は一部開口型の安全溝が切開可能な形態で形成されている。

例えば、角形二次電池は、一部開口型の安全溝を電池ケースの側面に含んでいる。

図１の安全溝（３０）は、角形二次電池ケース（２０）の側面隅に小さな輪郭で形成されていて、一部開口型に形成されている。すなわち、安全溝はケースの応力分布において応力値が相対的に大きい部位に形成されていて、電池の内圧が過剰に上昇すると、曲線形状が破断するように設計されている。

このような構造の安全溝は、電池内部で発生した高圧に相対的に敏感に反応するといった長所はあるが、電池の設計時に意図した圧力臨界値を正確に設定するのが困難である。

すなわち、上述したように、ケースの側面の隅部位には高い応力が加えられるので、低い圧力でも安全溝の破断が容易に生じる。何より電池ケースの厚さが薄い場合には高圧に特に敏感に反応するため、意図しない破断が起きることになる。

したがって、応力値が大きい部位に形成される安全溝の大きさ及び深さは相対的に小さくすることは避けられないが、安全溝の大きさ及び深さを小さくする場合にはかえって安全溝の破断が円滑に生じないといった問題点が発生することになる。

また、安全溝の形状は、非正常的な条件で信頼性があるように作動するために、大変重要な因子と予想される。

したがって、電池ケースの厚さ、応力値による安全溝の位置、形状、長さ、深さ等を総合的に考慮して、内圧が増加する場合、安全溝の均一な破断によって速かにガスが排出できる角形電池の開発が必要である。

本発明は、上述の従来技術の問題点と未だ解決されていない技術的課題とを解決することを目的とする。

本発明者は、上述した課題を解決するために、深い研究と様々な実験を繰り返したあげく、電池ケースの側面で応力値が相対的に小さな部位に特定の構造及び特定の形状の安全溝を形成する場合、適正な条件で安全溝の破断が信頼性よく生じて、結果的に安全性を向上させ得ることを確認した。

したがって、本発明の目的は、効果的に破断を成し遂げることができる改善された構造の安全溝を持つ角形二次電池を提供することである。

このような目的を達成するため、本発明に係る角形二次電池は、陽極、陰極及び分離膜で構成された電極組立体が密封されている状態で角形の電池ケース内に内蔵されている角形二次電池であって、上記電池ケースは上端が開口されており、金属素材からなる六面体のケース本体と、上記ケース本体の開口上端に結合されており、電極端子を含んでいるキャップとを備えており、上記ケース本体の厚さは０．４ｍｍ以下で、電池内部の高圧発生時に破断される線状の安全溝が高圧状態でケースの最大応力（Ｓ_ＭＡＸ）を基準として４０％以下の応力分布を示すケース本体上に形成されており、上記安全溝はケース本体の残余厚さ（「ベンツ厚さ」）が長さ方向において両端部から中央部側へ薄くなる構造で形成されている。

したがって、本発明に係る角形電池の安全溝は、ケース本体の応力分布において応力値が４０％以下、すなわち応力値が相対的に小さな部位に形成されている。そのため、低い圧力で安全溝が簡単に破断されることを未然に防止できると共に、高い破断圧の提供及び深い安全溝の形成を可能とする。

また、本発明に係る角形電池は、後述の実験例でも立証されるように、特定の位置に安全溝の深さが長さ方向において両端部から中央部側へ薄くなる構造で形成されている。そのため、安全溝は高い作動信頼性を提供し、均一な安全溝の破裂によって電池外部へ速かにガスが排出され、その結果、電池の安全性を担保することができる。

最近、ケースのサイズが大きくなっており、ケースが薄い素材で加工されている。そのため、本発明が適用されるケース本体の厚さは、望ましくは０．２ないし０．４ｍｍの範囲内であることができる。したがって、上記の特定の位置及び特定の形状の安全溝は、一般的な電池ケースと比較して薄い厚さのケースであるにもかかわらず、適正臨界値で信頼性ある破裂を成し遂げることができる。

安全溝が破断される上記電池の内部高圧は、正常な条件での電池内圧の２倍以上の圧力である。ここで正常な条件とは、大気圧（１気圧）ないし２気圧の状態を意味する。

前述したように、線状の安全溝は、上記のような高圧状態で、ケースの最大応力（Ｓ_ＭＡＸ）を基準として４０％以下の応力分布を示すケース本体上に形成されている。

応力分布は、電池ケースの形状、構造などによって多様に変化することができる。一般的な角形電池に現れる応力分布が図４に図示されている。

本発明者は、ケースの最大応力（Ｓ_ＭＡＸ）を基準として４０％を超える応力分布を現すケース本体上に安全溝を形成する場合には、低い圧力でも安全溝が簡単に破断されることを確認した。結果的に、上記のような条件を満たすことによって、従来のように、高い応力分布、すなわち、最大応力（Ｓ_ＭＡＸ）を基準として４０％を超過する応力分布を現すケース本体上に安全溝を形成した場合より、高い圧力で破断され得る。

このような安全溝は、望ましく最大応力（Ｓ_ＭＡＸ）の１０ないし４０％の応力分布、より好ましくは２５ないし３５％の応力分布を現すケース本体上に形成されている構造でありうる。

したがって、ケース本体の応力分布において応力値が相対的に小さな部位に形成されているので、低い圧力で安全溝が簡単に破断されるのを未然に防止することができると共に、高い破断圧を提供することができ、且つ深い安全溝を形成することができる。

このような安全溝は、望ましくはケース本体の両主面で垂直中心軸部位に形成されることができる。より望ましくは、ケース本体の左右幅を基準として１／４ないし１／２の大きさの中央位置であると同時に、ケース本体の上下長さを基準として１／２０ないし１／５の大きさの上部、又は下部位置に形成されていることができる。

上記安全溝の位置が上記範囲を超える場合には、高圧での安全溝の破断及びガス排出を期待できない場合もあり、小さい圧力でも安全溝の破裂が発生する。そのため、高圧の安全性及び組み立て工程性の観点から望ましくない。

本発明者が行った実験によって、上記安全溝は、上述したように、継続的に圧力が上昇して一定の水準以上になると、安全溝が均一に破裂され得るので、電池の外部へ速かにガスが排出され、結果的に電池の安全性を向上させる可能性があることを確認した。

このような安全溝は、上記形成位置の範囲を満たしながら、望ましくは、ケース本体の上端開口と、ケース本体の内部に装着される電極組立体の上端との間の空間に対応するケース本体上の部位に形成されていることができる。一つの具体的な例では、上記安全溝はケース本体の上端開口に近く、ケース本体の内部に装着される電極組立体の陰極の上端から電極組立体方向に最大５ｍｍ以内と上端開口との間の空間に対応するケース本体上の部位に形成されることもできる。このような位置に形成された安全溝は、ケース内部の余剰空間、具体的に、電極組立体装着部位の上端に位置することで、ガス排出がより容易となり、電極組立体の破損を最小化することができる。

特に、本発明に係る安全溝が円弧形状で形成されることによって、ガス排出が安全溝のどちらかの一部位に過度に偏重されることを防止して、安全溝の破断時における圧力偏差を最小化することができると共に、薄いケース本体に対してケース身の強度を確保することができるという長所がある。

上記安全溝の円弧形状は、望ましくは、ケース本体の上下の長さの１／３ないし１．５倍の大きさの曲率半径を持つことができる。

上記半径が非常に小さい場合には、曲率が大きくなり、それ故、相対的に円弧形状の幅が小さくなることになる。逆に、半径が大きすぎる場合には曲率が緩やかになって高圧が発生しても安全溝の破裂し難しいこともある。

また、安全溝の位置及び曲率が上記範囲を超えない限り、上記安全溝は円弧の曲率中心が上部に位置する上向き円弧形状であるか、又は円弧の曲率中心が下部に位置する下向き円弧形状で形成されることもできる。

一方、本発明者らが実験的に確認したことによれば、上記安全溝のベンツ厚さが一定の場合には、ケース本体における応力が相対的に小さな部位に円弧形状で形成されている場合であっても、効果的な安全溝の破裂に適していなかった。

すなわち、安全溝が一定のベンツ厚さを有するように、安全溝を形成のは非常に難しくなる。その結果、圧力が集中する部位が任意の位置に設定されてしまい、それによって、低い圧力下でもケースの形態が変形される現象が現れた。これに伴い、ケース本体の応力値及びベンツ厚さは安全溝の破裂及びガス排出と密接に関係することを確認することができた。

一つの望ましい例で、上記ベンツ厚さの平均値は本体ケースの厚さを基準として４０ないし７０％の範囲で決定することができる。上述したような様々な要素を考慮して最適の状態を提供できる範囲として決定される。

また、上記安全溝の中央部の最低ベンツ厚さは、本体ケースの厚さを基準として２０ないし５０％の大きさであることができる。上記深さが２０％以下の場合には、小さい圧力下でも安全溝が簡単に破裂してしまう。また、５０％以上である場合、上述したように、安全溝の中央部と両端部の厚さが所望の差より小さくなり、作動信頼性が低くなる。

また、上記ベンツ厚さは両端部から中央部側へ次々と薄くなる構造であることができる。ここで、「次々と」は、段階的に順次薄くなることを意味する。したがって、特定部位にだけ圧力が集中するのを防止して、安全溝が破断する時に圧力偏差を最小化することができる。

上記安全溝において、中央部のベンツ厚さが両端部のベンツ厚さより薄くて安全溝の破断が容易な厚さならば特別に制限されない。望ましくは、中央部のベンツ厚さが両端部のベンツ厚さの４０ないし７０％の大きさで形成されることができる。

このように、ベンツの厚さが両端部から中央部側へ薄くなる構造からなる安全溝を備える角形電池は、効果的な作動信頼性を発揮する可能性があることを実験で確認した。

上記安全溝は様々な方法によって形成されることができ、望ましくは、別途のポンチを利用して圧延することによって形成されることができる。場合によっては、所定の道具を使ってケースの表面をスクラッチして切り抜く方法も可能になり得る。

上記安全溝の垂直断面は、内圧増加時に安全溝を簡単に破断できる形態である限り、特別に制限されない。上記安全溝の垂直断面は、例えば、下向きのくさび型、又は梯子形でありうる。くさび型の場合には安全溝上端部のクラック（ｃｒａｃｋ）によって破断が起きて、梯子形の場合には端辺が増加しながら剪断力（ｓｈｅａｒ ｆｏｒｃｅ）によって破断が起きる。結果的に、安全溝の均一且つ即次的な破断が誘導できて電池の安全性を担保することができる。

上記電極組立体は長いシート型の陽極及び陰極を分離膜が介在した状態で卷回した構造のジェリーロール（卷回型）構造であることができ、製造が容易で重量当たりのエネルギー密度が高いといった長所がある。

より詳細には、このような構造の二次電池は、リチウム二次電池でありうる。

上記の記載から明らかであるように、本発明に係る角形二次電池では安全溝が応力の相対的に小さな部位に円弧形状で形成されており、安全溝のベンツ厚さが安全溝の全体の長さにわたって中央部側へ行くにつれて薄くなる構造で形成されている。そのため、電池における相対的に高い内圧で安全溝が確実に破断されて電池から高圧ガスが効率的に排出される。その結果、電池の安全性を大きく改善することができる。

従来の安全溝を含む角形二次電池の模式図である。 本発明に使われる角形二次電池の模式図である。 本発明の一つの実施例に係る安全溝を含む角形二次電池の模式図である。 図３での角形電池の応力分布を示している写真である。 本発明に係る他の実施例の安全溝を含む角形電池の応力分布を表す写真である。 図３の安全溝を含む部分平面図である。 図６のベンツ部位別の厚さに関するグラフである。 図３の安全溝の垂直断面を表す写真である。 図１の安全溝の垂直断面を表す写真である。

以下の図面を参照して本発明をより詳細に説明するが、本発明の範囲がそれによって限定されるのではない。

図２は、本発明に使われることができる一つの実施例に係る通常の角形二次電池の構造が図示されている。

図２を参照すると、角形二次電池（１００）は陰極端子の役割を果たす角形電池ケース（２００）の内部に、シート型の陽極及び陰極が分離膜を介在した状態で卷回された構造のジェリーロール構造の電極組立体（３００）が挿入されている。

ケース（２００）は、上端が開口されていて金属素材からなる六面体のケース本体（２１０）と、ケース本体（２１０）の開口上端に結合されており、陽極端子（４００）を有するキャップ（２２０）が装着されている構造で形成されている。陰極端子は、陽極端子（４００）と電気的に絶縁されたケース本体（２１０）、又はキャップ（２２０）自体でありうる。

このような角形二次電池（１００）を製造するためには、まずケース本体（２１０）の内部に電極組立体（３００）を挿入して、キャップ（２２０）をケース本体（２１０）の開口部に安着させた後、ケース本体（２１０）及びキャップ（２２０）の接着面部位をレーザー溶接で密封する。その次に、ケース（２００）の内部に電解液を注入される。電解液注入はキャップ（２２０）の一側部位に形成されている注入口（２３０）を通じて行われる。詳細には、注入口（２３０）で電解液を注入した後、注入口（２３０）にアルミニウムなどで作られたボール部材（６００）を挟み、金属薄板（６１０）をボール部材（６００）上に安着させる。この状態で、注入口（２３０）がレーザー溶接によって密封する。注入口（２３０）の密封方法が上記のことで限定されるものではない。その他の様々な方法が注入口（２３０）の密封に用いられ得る。

本発明に係る安全溝は、このような角形二次電池（１００）のケース前面（２１１）、又は後面（２１２）上に形成される。そのケース本体（２１０）の厚さは、約０．３ｍｍである。

図３には本発明の一つの実施例に係る安全溝の形状を示す平面図が図示されており、図４には図３の角形電池における応力分布を示す写真が開示されている。

これら図面を参照すれば、ケース本体（４０）の安全溝（６０）は、高圧ガスを排出するために切開可能な形態の部材である。ケースの最大応力（Ｓ_ＭＡＸ）を基準として約２５ないし３５％の応力分布を示すケースの部位に、円弧の曲率中心が上部に位置する上向き円弧形状に形成されている。

図４で見るように、応力分布は、一定の圧力が印加されたとき、各部位別に現れる引張応力が等高線状に現れている。明度が高い部位（明るい色部位）は応力が相対的に高い部位である。すなわち、明度が高い部位は最大応力（Ｓ_ＭＡＸ）分布部位である。明度が低い部位（暗い部位）は応力が相対的に低い部位である。すなわち、明度が低い部位は、最低応力（ＳＭＩＮ）分布部位を意味する。

安全溝（６０）の円弧形状は、ケース本体（４０）の幅（Ｗ）の約１／３の大きさの中央位置とケース本体（４０）の長さ（Ｌ）の約１／１０の大きさの上端位置内に形成されている。また、安全溝（６０）の円弧形状の曲率は、ケース本体（４０）の長さ（Ｌ）を基準として約１／２の半径（Ｒ）で形成された曲率で形成されている。このような円弧形状によって、安全溝（６０）はガス排出を均一にしながらも均一な機械的強度を維持することができる。

図３及び４に示されているように、円弧は、円弧の曲率中心が上部に位置する円弧形状であることもできる。逆に、図５に示されているように、円弧の曲率中心が下部に位置する円弧形状であることもできる。

図５を図３と共に参照すれば、図５の安全溝の円弧形状は、図５円弧の曲率中心が下部に位置する円弧形状で形成されていることを除いては、図３の安全溝の位置及び曲率と同じであるので、詳しい説明は省略する。

図６は安全溝の形状を見せる部分平面図であり、図７は図６の安全溝のベンツ部位別厚さを示すグラフである。また、図８は図３の安全溝の垂直断面を現す写真である。

これら図面を参照すれば、ベンツ（８０）の厚さは安全溝の全体の長さ（ｌ）にわたって両端部（１，５）から中央部（３）側へ次第に薄くなる構造で形成されている。すなわち、安全溝（６０）のうち中央部（３）のベンツ厚さ（実施例１参照）はケース本体の厚さ（Ｔ）を基準として最低である約５８μｍである。安全溝の両端部に近付く所定の位置で、ベンツの厚さはそれぞれ、７０μｍ、９０μｍである。すなわち、ベンツの厚さは安全溝の両端部に行くにつれ徐々に増加する。

また、図７のグラフに示されているように、安全溝の適正範囲及び圧力の調整により、当然ベンツの深さ及び範囲を調整できる（実施例２及び３参照）。

一方、安全溝（６０）の垂直断面は下向きくさび型で形成されていて、ベンツ厚さの平均値はケース本体（４０）の厚さ（Ｔ）を基準として約６０％の深さで形成されている。

したがって、内圧が順次上昇して正常な電池内圧の２倍以上の圧力が発生することになると、安全溝にクラックが発生して容易に破裂し、電池の外部へ速かにガスが排出される。その結果、電池の安全性を向上させることができる。

以下、本発明に係る実施例を説明する。しかし、本発明の範囲がそれによって限定されることはない。

［実施例１］

（１−１陽極の製造）
ＬｉＣｏＯ２が含まれた陽極活物質をアルミニウム集電体に塗布した後、陽極タップが上向きに突出するように、陽極タップを集電体の端部にスパッタ溶接して付着することで陽極を製造した。

（１−２陰極の製造）
人工黒鉛が含まれた陰極活物質を銅からなる集電体に塗布した後、陰極タップが上向きに突出するように、陰極タップを集電体の端部にスパッタ溶接して付着した。集電体と陰極タップとの境界部位でポリイミドフィルムが集電体の上端から５ｍｍ〜６ｍｍ程度突出できるようにポリイミドフィルムを陰極タップの前面と後面並びに一側面を覆うように卷回して付着することで陰極を製造した。

（１−３安全溝の形成）
厚さが約２５０〜２７０μｍの範囲にある角形アルミニウムケースに、ケース本体の幅を基準として約１／３の大きさの位置及びケース本体の長さを基準として約１／１０の大きさの位置に、ケース本体の長さを基準として約１／２の大きさに対応する半径の曲率を持つ安全溝を垂直断面がくさび形状になるように、ポンチを使って安全溝を形成した。このような安全溝では、ベンツがその中央部において約５７μｍの厚さを有し、両側端に近づく所定の位置においてベンツがそれぞれ約７０μｍ及び約９０μｍを有するように、すなわちベンツの厚さが安全溝の両端部にいくにつれて徐々に増加するように形成された（図７の実施例１参照）。安全溝が形成された上記位置は、ケースの最大応力（Ｓ_ＭＡＸ）を基準として約２５ないし３５％の応力分布を現す部位であることが確認された。

（１−４電池の製造）
上記１−１の陽極と上記１−２の陰極との間に分離膜を介在して丸く卷回した後、圧縮して角形ジェリーロールを製造した。これを上記１−３の安全溝が形成された角形アルミニウムケースに挿入した後、電解液としてのＥＣ−ＥＭＣブレンド系溶液を注入して電池を製造した。

［実施例２］
安全溝を、図７の実施例２と同様に、ベンツが安全溝の中央部で約４９μｍの厚さを有し、安全溝の両側端に近づく所定の位置においてベンツがそれぞれ約５５μｍ及び約７５μｍを有するように、すなわちベンツの厚さが安全溝の両端部にいくにつれて徐々に増加するように形成された点を除いては、上記実施例１と同じ方法で電池を製造した。

［実施例３］
安全溝が、図７の実施例３と同様に、ベンツが安全溝の中央部で約４０μｍの厚さを有し、安全溝の両側端に近づく所定の位置においてベンツがそれぞれ約４５μｍ及び約６３μｍを有するように、すなわちベンツの厚さが安全溝の両端部にいくにつれて徐々に増加するように形成された点を除いては、上記実施例１と同じ方法で電池を製造した。

［比較例１］
図１と同様に、安全溝がケースの隅部位に形成され、ベンツの厚さが図９に示されているように均一であるという点を除いては、上記実施例１と同様の方法で電池を製造した。図１の安全溝の両端部の直線距離（ｈ）は約１６ｍｍである。

［比較例２］
安全溝が、図３と同様に、ケースの上端部位に形成され、図９と同様にベンツの厚さが均一であるという点を除いては、上記実施例１と同様の方法で電池を製造した。

［実験例１］
上記実施例１ないし３と比較例１及び２の方式で各々５個の電池を準備して、順次的に圧力を増加させながら最初に安全溝が破断される電池の破断圧力を測定し、その平均結果を下記表１に示した。

上記[表１]を参照すると、本発明によって応力が低い特定の部位に円弧形状の安全溝を、そのベンツ厚さが安全溝の両端部からその中央部に行くにつれ徐々に薄くなる構造に形成した実施例１ないし３の電池は、破断圧力が各々１２．４、１０．９、７．７ｋｇｆ／ｃｍ^２であり、相対的に大きい圧力下で破断が発生した。

一方、応力値が相対的に大きいところに安全溝を形成した比較例１の電池は、実施例１ないし３のそれぞれのベンツに比べてベンツ厚さが相対的に厚かったにもかかわらず、小さい圧力下で安全溝が容易に破裂した。

また、比較例２の電池は安全溝の形成位置が実施例１ないし３と同一であり、ベンツ厚さが実施例２と類似しているが、ベンツ厚さが長さ方向で均一な構造を持っているので、実施例３よりベンツ厚さが厚かったにもかかわらず、実施例２のみならず実施例３の電池より低い圧力でも耐えることができず、安全溝部位が破ける現象が発生した。

［実験例２］
上記実施例１ないし３と比較例１の方式で、各々２個の電池を準備して、満充電後に、それらの電池が２５０℃の温度に露出するようにホットプレートを用いた加熱実験を実施した。その結果が下記表２に示されている。

上記[表２]を参照すれば、実施例１ないし３に係る電池は、平均破裂時間が各々５分、４分３７秒、４分１４秒であり、相対的に長時間耐えることができた。一方、比較例１に係る電池の安全溝は、相対的に短い時間で容易に破裂した。

電池は温度が徐々に増加することによって電池内の電解液が分解されて電池内にガスが発生することになる。また、ガスによる電池の内圧も時間により徐々に増加することになる。

したがって、本発明に係る安全溝を具備した電池は、破裂してはいけない中低圧力で簡単に破裂しないので、電解液及び気化したガスの露出による人体傷害を防止することができる。

以上の実験を通じて、電池内部のガスを効果的に排出するために、応力が小さい位置に安全溝を形成することで、電池安全性の上昇効果を発揮できることが分かる。

本発明の例示的な実施形態が例示的な目的のため説明されたが、本発明が属した分野で通常の知識を持つ者であれば、上記の内容に基づいて本発明の範囲内で様々な応用、追加及び変形を行うことが可能であろう。

１００ 角形二次電池
２１０ ケース本体
３００ 電極組立体
２２０ キャップ
２３０ 注入口
６００ ボール部材
６１０ 金属薄板

Claims (18)

1. 陽極、陰極及び分離膜で構成された電極組立体が角形の電池ケースに密封されている角形二次電池であって、
   前記電池ケースは、
   上端が開口されていると共に金属素材からなる六面体のケース本体と、
   前記ケース本体の開口上端に結合されていると共に電極端子を含むケースキャップと、
   を備えており、
   前記ケース本体の厚さは０．４ｍｍ以下であり、
   電池の内部の高圧発生時に破断される線状の安全溝が、高圧状態におけるケースの最大応力（Ｓ_ＭＡＸ）の４０％以下の応力分布を示す前記ケース本体上に形成されており、
   前記安全溝は、前記ケース本体の残余厚さ（「ベンツ厚さ」）が長さ方向において両端部から中央部側へ行くにつれて薄くなる構造で形成されていることを特徴とする角形二次電池。
2. 前記ケース本体の厚さは、０．２ないし０．４ｍｍの範囲内にあることを特徴とする、請求項１に記載の角形二次電池。
3. 安全溝が破断される前記電池内部の高圧は正常な条件での電池の内圧の２倍以上の圧力であることを特徴とする、請求項１に記載の角形二次電池。
4. 前記安全溝は、前記最大応力（Ｓ_ＭＡＸ）の１０ないし４０％の応力分布を現す前記ケース本体上に形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の角形二次電池。
5. 前記安全溝は、前記ケース本体の両主面における垂直中心軸部位に形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の角形二次電池。
6. 前記安全溝は、前記ケース本体の左右幅を基準として１／４ないし１／２の大きさの中央位置であると共に、前記ケース本体の上下長さを基準として１／２０ないし１／５の大きさの上部、又は下部の位置に形成されていることを特徴とする、請求項５に記載の角形二次電池。
7. 前記安全溝は、前記ケース本体の上端開口と、前記ケース本体の内部に装着される前記電極組立体の上端との間に定義される空間に対応する前記ケース本体上の部位に形成されていることを特徴とする、請求項６に記載の角形二次電池。
8. 前記安全溝は、円弧形状からなることを特徴とする、請求項１に記載の角形二次電池。
9. 前記安全溝の円弧形状は、前記ケース本体の上下長さの１／３ないし１．５倍の大きさの曲率半径を持つ円弧形状であることを特徴とする、請求項８に記載の角形二次電池。
10. 前記安全溝は、円弧の曲率中心が上部に位置する上向き円弧形状であるか、又は円弧の曲率中心が下部に位置する下向き円弧形状であることを特徴とする、請求項９に記載の角形二次電池。
11. 前記ベンツ厚さの平均値は、前記本体ケースの厚さを基準として４０ないし７０％の大きさであることを特徴とする、請求項１に記載の角形二次電池。
12. 前記安全溝における前記中央部の最低ベンツ厚さは、前記本体ケースの厚さを基準として２０ないし５０％の大きさであることを特徴とする、請求項１に記載の角形二次電池。
13. 前記ベンツ厚さは、前記両端部から前記中央部側へ次々と薄くなる構造からなることを特徴とする、請求項１に記載の角形二次電池。
14. 前記安全溝における前記中央部のベンツ厚さは、前記両端部のベンツ厚さの４０ないし７０％の厚さであることを特徴とする、請求項１に記載の角形二次電池。
15. 前記安全溝の垂直断面は、下向きくさび形状であることを特徴とする、請求項１に記載の角形二次電池。
16. 前記安全溝の垂直断面は、梯子形形状であることを特徴とする、請求項１に記載の角形二次電池。
17. 前記電極組立体は、ジェリーロール型であることを特徴とする、請求項１に記載の角形二次電池。
18. 前記二次電池は、リチウム二次電池であることを特徴とする、請求項１に記載の角形二次電池。