JP2014203820A - ２次電池 - Google Patents

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Abstract

【課題】２次電池の外部短絡または過充電の際、ヒューズの溶融現象以外に追加的な弾性力提供部の弾性力によって充電および／または放電経路を迅速に遮断できる２次電池を提供する。
【解決手段】２次電池は、ケースと、前記ケースに収容された電極組立体と、ヒューズ部を含み前記電極組立体に連結された集電板と、前記集電板に連結され前記ケースの外側に延長された端子と、前記ケース及び前記集電板の間に介在した弾性力提供部とを含む。
【選択図】図１ｅ

Description

本発明は２次電池に関する。
リチウムイオン２次電池はノートパソコンや携帯電話のような小型電子装置に主に用いられている。また、最近のリチウムイオン２次電池は他の種類の２次電池に比べて高出力、高容量および軽量などの特性を有しているため、ハイブリッド自動車または電気自動車にも使用されている。
ここで、ハイブリッド自動車または電気自動車に利用されるリチウムイオン２次電池は容量が相対的に大きいため、外部短絡や過充電に対応するための安全装置が備えられている。このような安全装置はリチウムイオン２次電池が外部短絡や過充電になったとき、充電または放電経路を迅速に遮断する役割を果たす。
２次電池は、外部短絡や過充電になったとき、充電または放電経路をより迅速に遮断することが望まれる。
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、２次電池の外部短絡または過充電の際、ヒューズの溶融現象以外に追加的な弾性力提供部の力によって充電および／または放電経路をより迅速に遮断できる２次電池を提供する。
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、前記ケースに収容された電極組立体と、ヒューズ部を含み前記電極組立体に連結された集電板と、前記集電板に連結され前記ケースの外側に延長された端子と、前記ケース及び前記集電板の間に介在した弾性力提供部とを含む２次電池が提供される。
また、前記弾性力提供部は、前記ヒューズ部に弾性力を提供してもよい。
また、前記弾性力提供部は、前記ヒューズ部に隣接した領域で前記集電板に接触してもよい。
また、前記弾性力提供部は、前記ケースと前記集電板の間であって、前記ヒューズ部に対して法線方向に力を提供してもよい。
また、前記集電板は、前記端子に連結された第１領域と、前記第１領域から延長され前記電極組立体に連結された第２領域と、前記第１領域及び前記第２領域の間に形成された折り曲げ領域と、を含み、前記ヒューズ部は、前記集電板の第１領域に形成してもよい。
また、前記集電板は、前記端子に連結された第１領域と、前記第１領域から延長され前記電極組立体に連結された第２領域と、前記第１領域及び前記第２領域の間に形成された折り曲げ領域と、を含み、前記ヒューズ部は、前記集電板の第２領域に形成してもよい。
また、前記弾性力提供部は、前記ヒューズ部が溶融するとき、前記集電板の第２領域から前記集電板の第１領域を分離してもよい。
また、前記ヒューズ部の断面積は、前記集電板の他の領域の断面積より小さくてもよい。
また、前記ヒューズ部は、前記集電板にヒューズ開口または切欠を設けることによって形成されてもよい。
また、前記ヒューズ部は、前記集電板のうち、前記ヒューズ開口の一方側に隣接して位置する第１部分と他方側に隣接して位置する第２部分とを含み、前記第１部分および第２部分それぞれの幅は、前記第１領域および前記第２領域の幅より小さくてもよい。
また、前記ケースは、前記集電板及び前記端子の間に介在したキャッププレートをさらに含み、前記弾性力提供部は、前記集電板と前記キャッププレートとの間に介在してもよい。
また、前記集電板の第１領域を覆い、前記集電板と前記キャッププレートとの間に位置する絶縁部をさらに含み、前記集電板は、前記第１領域に形成される第１突起を含み、前記絶縁部は、第２突起を含み、前記弾性力提供部は、前記第１突起と前記第２突起との間に結合されてもよい。
また、前記弾性力提供部は、前記ヒューズ部が溶融するとき、前記集電板の第２領域から前記集電板の第１領域を分離してもよい。
また、前記第１突起は、前記集電板の一側面に平行に延長される第１水平突起を含み、前記第２突起は、前記絶縁部の一側に平行に延長される第２水平突起を含んでもよい。
また、前記集電板の第１領域を覆い、前記集電板と前記キャッププレートとの間に位置する絶縁部をさらに含み、前記弾性力提供部は、前記集電板と前記絶縁部との間に位置してもよい。
また、前記弾性力提供部は板ばね、コイルスプリング、ボリュートスプリング、リングスプリング、ぜんまいばね、皿ばねおよびワッシャースプリングから選択されるいずれかのスプリングとしてもよい。
また、前記弾性力提供部は‘Ｗ’字状の形態の板ばね又は皿ばねとしてもよい。
また、前記弾性力提供部の少なくとも二つの部分は前記集電板に接触し、前記弾性力提供部の他の少なくとも二つの部分は前記集電板および前記ケースの間にある絶縁部に接触してもよい。
また、前記電極組立体は、前記集電板に少なくとも部分的に吊られていてもよい。
また、第２ヒューズ部を含み前記電極組立体に連結された第２集電板と、前記第２集電板に連結され前記ケースの外側に延長された第２端子と、前記第２ヒューズ部に弾性力を提供する第２弾性力提供部と、をさらに含んでもよい。
また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、ケースと、前記ケースに収容された電極組立体と、切欠を有し前記電極組立体に連結された集電板と、前記集電板に連結され前記ケースの外側に延長された端子と、前記ケース及び前記集電板の間に介在し前記切欠の周辺領域である前記集電板に接触する弾性力提供部と、を含む２次電池としてもよい。
また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、ケースと、前記ケースに収容された電極組立体と、開口を有し、前記電極組立体に連結された集電板と、前記集電板に連結され、前記ケースの外側に延長された端子、および圧縮された状態で前記開口に配置された弾性力提供部と、を含む２次電池としてもよい。
以上説明したように、本発明によれば、２次電池の外部短絡または過充電の際、ヒューズの溶融現象以外に追加的な弾性力提供部の力によって充電および／または放電経路をより迅速に遮断できる２次電池を提供することができる。
本発明の一実施例による２次電池を示す斜視図である。 図１ａの１ｂ−１ｂ線断面図である。 図１ａの１ｃ−１ｃ線断面図である。 集電板およびその周辺構造を示す部分斜視図である。 弾性力提供部およびその周辺構造を示す部分投影図である。 本発明の一実施例による２次電池のうち、弾性力提供部およびその周辺構造を示す部分拡大断面図である。 本発明の一実施例による２次電池のうち、弾性力提供部およびその周辺構造を示す部分拡大断面図である。 本発明の他の実施例による２次電池のうち、弾性力提供部およびその周辺構造を示す部分拡大断面図である。 本発明の他の実施例による２次電池のうち、弾性力提供部およびその周辺構造を示す部分拡大断面図である。 本発明の他の実施例による２次電池のうち、弾性力提供部およびその周辺構造を示す部分拡大断面図である。 本発明による２次電池のうち、ヒューズ部および弾性力提供部の動作状態を示す部分拡大断面図である。 本発明による２次電池のうち、ヒューズ部および弾性力提供部の動作状態を示す部分拡大断面図である。 本発明のまた他の実施例による集電板および弾性力提供部などを示す部分斜視図である。 集電板および弾性力提供部などを示す部分分解図である。 弾性力提供部が位置する下部絶縁部の一部領域を示す底面図である。 本発明による２次電池のうち、ヒューズ部および弾性力提供部の動作状態を示す部分拡大斜視図である。 本発明のまた他の実施例による２次電池のうち、集電板およびその周辺構造を示す部分斜視図である。 本発明のまた他の実施例による２次電池のうち、弾性力提供部およびその周辺構造を示す部分拡大断面図である。 本発明のまた他の実施例による２次電池のうち、集電板および弾性力提供部などを示す部分分解図である。 本発明のまた他の実施例による２次電池のうち、集電板および弾性力提供部などを示す図１１ｂは断面図である。
以下、添付図面を参照して本発明の好ましい実施形態を詳しく説明する。
本発明の実施形態は該当技術分野において通常の知識を有する者に本発明をより完全に説明するために提供されるものであり、以下の実施形態は様々な他の形態に変形することができ、本発明の範囲が下記実施例に限定されるものではない。むしろ、これら実施形態は本開示をより充実かつ完全になるようにし、当業者に本発明の思想を完全に伝達するために提供されるものである。
また、以下の図面において、各層の厚さや大きさは説明の便宜および明確性のために誇張されたものであり、図面上で同一符号は同一の要素を示す。本明細書で用いられる、「および／または」という用語は該当記載された項目のうちいずれか一つおよび一つ以上のすべての組み合わせを含む。
本明細書で用いられる用語は、特定の実施形態を説明するために用いられ、本発明を限定しようとするものではない。本明細書に用いられる単数型は、文脈上異なる場合を明白に指摘するものでない限り、複数型を含むことができる。また、本明細書で用いられる「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」および／または「含んでいる（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」は、言及された形状、数字、段階、動作、部材、要素および／またはこれらの組み合わせが存在することを特定するものであり、一つ以上の他の形状、数字、動作、部材、要素および／またはこれらの組み合わせの存在または付加を排除するものではない。
本明細書で第１、第２などの用語が、多様な部材、部品、領域、層および／または部分を説明するために用いられるが、これらの部材、部品、領域、層および／または部分は、前記用語によって限定されてはならないということは明らかであろう。前記用語は一つの部材、部品、領域、層または部分を他の領域、層または部分から区別する目的にのみ用いられる。したがって、以下に説明する第１部材、第１部品、第１領域、第１層または第１部分は、本発明の思想を外れない限り第２部材、第２部品、第２領域、第２層または第２部分を指称することができる。
また、本明細書で説明される「ヒューズ部」という用語は、集電板のうちの相対的に断面積が小さい領域を意味する。このために、ヒューズ部は、断面積を減らすためのヒューズ開口を含む概念である。さらに、本明細書で使用される「弾性力提供部」は、金属材質および非金属材質のすべての弾性力を提供する部材を意味し、ヒューズ部の溶融時にヒューズ部をもっと迅速に切るための全ての弾性力を提供できる部材を意味する。
図１ａは本発明の実施形態による２次電池を示す斜視図であり、図１ｂは図１ａの１ｂ−１ｂ線断面図であり、図１ｃは図１ａの１ｃ−１ｃ線断面図であり、図１ｄは集電板およびその周辺構造を示す部分斜視図であり、図１ｅは弾性力提供部およびその周辺構造を示す部分投影図である。
図１ａ乃至図１ｅに示されているように、本実施形態による２次電池１００は、ケース１１０、電極組立体１２０、第１集電板１３０ａ、第１絶縁部１４０ａ、第１弾性力提供部１５０ａ、第２集電板１３０ｂ、第２絶縁部１４０ｂ、第２弾性力提供部１５０ｂ、キャッププレート１６０、第１端子１７０ａおよび第２端子１７０ｂを含む。
ここで、電極組立体１２０の個数は、図１ｃ中には二つ示されているが、これより少ないかまたは多い個数でもよいことは当然である。また、ケース１１０はカン（ｃａｎ）と指称されることがあり、場合によってはキャッププレート１６０を含む概念である場合がある。
ケース１１０は、ほぼ平らで互いに向かい合う一対の長側壁１１１ａ、１１１ｂと、前記長側壁１１１ａ、１１１ｂを連結し互いに向かい合う一対の短側壁１１２ａ、１１２ｂと、前記長側壁１１１ａ、１１１ｂおよび前記短側壁１１２ａ、１１２ｂを連結する一つの底壁１１３を含む。ここで、長側壁の面積が短側壁の面積より相対的に大きい。また、ケース１１０は、上部の開放された領域がキャッププレート１６０で密閉される。このようなケース１１０には電極組立体１２０が電解液と共に収容される。また、ケース１１０はアルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金、鉄、鉄合金、ステンレススチールおよびその等価物の中から選択したいずれか一つにより形成されるが、これらの材質に限定されるものではない。
電極組立体１２０は、ほぼ平らで互いに向かい合う一対の長辺領域１２０ａ、１２０ｂと、長辺領域１２０ａ、１２０ｂを連結し互いに向かい合う一対の短辺領域１２０ｃ、１２０ｄを含む。ここで、長辺領域１２０ａ、１２０ｂの面積が短辺領域１２０ｃ、１２０ｄの面積に比べて相対的に広い。また、電極組立体１２０において、第１活物質（図示せず）がコーティングされない第１非コーティング領域（第１無地部）１２１ａおよび第２活物質（図示せず）がコーティングされない第２非コーティング領域（第２無地部）１２２ａが、互いに反対方向に向けて、一定の長さ延長されている。つまり、第１非コーティグ領域１２１ａは、長辺領域１２０ａ、１２０ｂおよび短辺領域１２０ｃ、１２０ｄを通じて一側方向に一定長さ延長および突出し、第２非コーティグ領域１２２ａは、長辺領域１２０ａ、１２０ｂおよび短辺領域１２０ｃ、１２０ｄを通じて前記一側方向の反対である他側方向に一定長さ延長および突出している。また、電極組立体１２０の第１非コーティング領域１２１ａおよび第２非コーティング領域１２２ａは、それぞれケース１１０に具備された短側壁１１２ａ、１１２ｂに向かって一定の長さ延長されている。
さらに、電極組立体１２０は、薄い板型または膜型からなる第１電極板１２１、第２電極板１２２、および第１電極板１２１と第２電極板１２２との間に介在したセパレータ１２３の積層体が折り重ねられているか、あるいは二つの積層体が重ねられて形成される。ここで、第１電極板１２１は正極として動作することができ、第２電極板１２２は陰極として動作することができる。もちろん、その逆も可能である。
第１電極板１２１は、アルミニウムまたはアルミニウム合金のような金属箔に形成された第１電極集電体に遷移金属酸化物などの第１電極活物質が塗布されることによって形成され、第１活物質が塗布されない領域である第１非コーティング領域１２１ａを含む。第１非コーティング領域１２１ａが、第１電極板１２１と第１集電板１３０ａの間の電流の流れ通路となる。ただし、前記第１電極板１２１の材質を限定するものではない。
第２電極板１２２は、銅、銅合金またはニッケルのような金属箔に形成された第２電極集電体（図示せず）に黒鉛または炭素などの第２電極活物質（図示せず）が塗布されることによって形成され、第２活物質が塗布されない領域である第２非コーティング領域１２２ａを含む。第２非コーティング領域１２２ａは、第２電極板１２２と第２集電板１３０ｂの間の電流の流れ通路となる。ただし、前記第２電極板１２２の材質を限定するものではない。このような第１電極板１２１および第２電極板１２２は極性を異にして配置されることもできる。
セパレータ１２３は、第１電極板１２１と第２電極板１２２の間に位置して相互間短絡を防止しつつリチウムイオンの移動を可能にする役割を果たし、ポリエチレンやポリプロピレン、ポリエチレンとポリプロピレンの複合フイルムからなることができる。ただし、前記セパレータ１２３の材質を限定するものではない。
このような電極組立体１２０は、前述のように電解液と共にケース１１０に受納される。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を混合させたものとすることができる。また、前記電解液は液体、固体またはゲル状とすることができる。
第１集電板１３０ａは、ケース１１０の内側に位置し、第１端子１７０ａと電極組立体１２０の間に電気的に接続される。具体的に、第１集電板１３０ａは、第１端子１７０ａに電気的に連結される第１領域１３１ａ、第１領域１３１ａから折り曲げられて電極組立体１２０の第１非コーティング領域１２１ａに電気的に連結される第２領域１３２ａ、および第１領域１３１ａと第２領域１３２ａの間に形成された折り曲げ領域１３３ａを含む。さらに、第２領域１３２ａには、第１非コーティング領域１２１ａに溶融される第３領域１３４ａが形成されていてもよい。このような構成によって、電極組立体１２０は実質的に第１集電板１３０ａに吊られた形態となる。つまり、電極組立体１２０は、基本的に重力によって第１集電板１３０ａから下部方向に垂下している状態であり、電極組立体１２０の下部領域はケース１１０の底壁１１３から一定距離離隔された状態である。
さらに、第１集電板１３０ａのうち、第１領域１３１ａにはほぼ四角形態のヒューズ開口１３５ａが形成され、また、ヒューズ開口１３５ａの両側には相対的に断面積が小さい一対のヒューズ部（第１ヒューズ部）１３６ａが形成される。つまり、ヒューズ部１３６ａは、ヒューズ開口１３５ａの一方側に隣接して位置する第１部分と、他方側に隣接して位置する第２部分とを含み、第１部分及び第２部分のそれぞれの幅は第１領域１３１ａまたは第２領域１３２ａの幅より小さく形成される。図１ｂまたは図１ｄにおいては、ヒューズ部１３６ａの形成のために第１領域１３１ａに貫通ホールが形成されたことが示されているが、切開部が形成されてもよい。
このようなヒューズ部１３６ａは、２次電池１００の外部短絡または過充電の際に流れる過電流によって発生する熱で溶融することによって、充電および／または放電電流を遮断する役割を果たす。これによって２次電池１００の安全性が向上する。
また、第１集電板１３０ａのうち、第１領域１３１ａには、後述する第１端子１７０ａの締結領域１７１ａおよび結合突起１７４ａが結合する結合ホール１３７ａ、１３８ａが形成されてもよい。
ここで、第１集電板１３０ａは、アルミニウム、アルミニウム合金、チタニウム、ステンレス、金、タンタル、ニオブ、ハフニウム、ジルコニウム、バナジウム、インジウム、コバルト、タングステン、錫、ベリリウム、モリブデンまたはこれらの合金を含むことができるが、本発明はこれに限定されるものではない。一例として、第１集電板１３０ａがアルミニウムからなる場合、ヒューズ部１３６ａもアルミニウムからなる。アルミニウムの場合、溶融点がほぼ６５９℃であるため、過電流によってヒューズ部１３６ａの温度がほぼ６５９℃に到達すれば、ヒューズ部１３６ａが自然に溶融して切れることになる。このとき、溶融して切れる時間が長くなるほどアーク放電時間も長くなるので、全般的に２次電池１００の内部状態は不安定な状態になる。
第１絶縁部１４０ａは第１集電板１３０ａの第１領域１３１ａをほぼ囲む形態となっている。具体的に、第１絶縁部１４０ａは、キャッププレート１６０と第１集電板１３０ａの第１領域１３１ａの間に位置し、第１端子１７０ａの締結領域１７１ａ、フランジ１７３ａおよび第１集電板１３０ａの第１領域１３１ａを囲む。より具体的に、第１絶縁部１４０ａは、第１集電板１３０ａの第１領域１３１ａとキャッププレート１６０との間、および、第１端子１７０ａのフランジ１７３ａとキャッププレート１６０との間に介在した上部領域１４１ａと、第１集電板１３０ａの第１領域１３１ａを囲む４つの側部領域１４２ａを含む。このような第１絶縁部１４０ａは電解液と反応しないＰＰＳ（Ｐｏｌｙｐｈｅｎｙｌｅｎｅ Ｓｕｌｆｉｄｅ）およびその等価物の中から選択されたいずれか一つにより形成されるが、本発明はこれに限定されるものではない。
第１弾性力提供部１５０ａは第１集電板１３０ａとキャッププレート１６０の間に位置する。具体的に、第１弾性力提供部１５０ａは、第１集電板１３０ａの第１領域１３１ａと第１絶縁部１４０ａの間に位置する。さらに具体的に、第１弾性力提供部１５０ａは、第１領域１３１ａのヒューズ部１３６ａまたはヒューズ部１３６ａ付近と第１絶縁部１４０ａの上部領域１４１ａの間に位置する。厳密に言えば、第１弾性力提供部１５０ａは、第１領域１３１ａと第２領域１３２ａの間に形成された折り曲げ領域１３３ａと、第１絶縁部１４０ａの上部領域１４１ａの間に位置する。さらに、このような第１弾性力提供部１５０ａは、基本的に第１集電板１３０ａの折り曲げ領域１３３ａと第１絶縁部１４０ａの上部領域１４１ａの間で圧縮された状態を維持する。言い換えると、第１弾性力提供部１５０ａは、ヒューズ部１３６ａ、ヒューズ部１３６ａに隣接した領域、折り曲げ領域１３３ａ、第１領域１３１ａの終端、または第２領域１３２ａの終端を、キャッププレート１６０または第１絶縁部１４０ａから下部方向に押し出すように、圧縮された状態で維持される。
このために、第１弾性力提供部１５０ａは多様な形状を有し、図１ｃおよび図１ｅに示されているようにほぼ‘Ｗ’字状の形態に形成されてもよい。つまり、第１弾性力提供部１５０ａの一部領域は第１絶縁部１４０ａの上部領域１４１ａに接触し、他の一部領域はヒューズ部１３６ａ、ヒューズ部１３６ａに隣接した領域、折り曲げ領域１３３ａ、第１領域１３１ａの終端、または第２領域１３２ａの終端に接触することができる。もちろん、その逆も可能である。
したがって、２次電池１００の外部短絡や過充電によって過電流が流れることによって発生するヒューズ部１３６ａの溶融現象以外に、追加的に弾性力提供部１５０ａによる力、つまり弾性力によって、ヒューズ部１３６ａが迅速に切れることになる。簡単に説明すれば、２次電池１００の外部短絡や過充電時に充電および／または放電経路が迅速に遮断される。
また、ヒューズ部１３６ａの溶融時にアーク放電が発生する場合があるが、前述のように弾性力提供部１５０ａによってヒューズ部１３６ａが迅速に切れることによってアーク放電時間も最小化される。このようなアーク放電は、電解液に影響を与えて２次電池１００の内圧を急速に上げる場合がある。したがって、本実施形態によれば、アーク放電による内圧増加現象を抑制することができる。
さらに、相対的に高電流でない、相対的な低電流によってヒューズ部１３６ａが動作する場合、ヒューズ部１３６ａが不完全に溶融することがある。このような場合にも弾性力提供部１５０ａによる弾性力によってヒューズ部１３６ａが確実に切れることになる。また、ヒューズ部１３６ａの溶融現象が相対的に短時間の間に進行する場合、ヒューズ部１３６ａが再度結合する場合もある。しかし、前述のように弾性力提供部１５０ａによる弾性力によって第１領域１３１ａと第２領域１３２ａが確実に分離されて離間することによって、ヒューズ部１３６ａの再結合現象が防止される。
一方、第１弾性力提供部１５０ａは、板ばね（ｌｅａｆ ｓｐｒｉｎｇ）、コイルスプリング（ｃｏｉｌ ｓｐｒｉｎｇ）、ボリュートスプリング（ｖｏｌｕｔｅ ｓｐｒｉｎｇ）、リングスプリング（ｒｉｎｇ ｓｐｒｉｎｇ）、ぜんまいばね（ｓｐｉｒａｌ ｓｐｒｉｎｇ）、皿ばね（ｄｉｓｃ ｓｐｒｉｎｇ）、ワッシャースプリング（ｗａｓｈｅｒ ｓｐｒｉｎｇ）およびその等価物の中から選択されたいずれか一つであってもよいが、本発明はこのような種類に限定されるものではない。
さらに、第１弾性力提供部１５０ａは金属材料または非金属材料からなることができるが、金属材料の場合、ばね鋼（炭素鋼スプリング、合金鋼スプリング）または非鉄金属スプリング（銅合金スプリング、ニッケル合金スプリング）を用いることができる。さらに、非金属材料の場合、ゴムスプリング、流体スプリング（空気スプリング、液体スプリング）または合成樹脂スプリング（積層材スプリング）を用いることができる。
キャッププレート１６０は、第１端子１７０ａが外部に露出または突出するようにしながら、前記ケース１１０の開放された領域を覆う。前記ケース１１０とキャッププレート１６０の境界はレーザビームで溶接されてもよい。さらに、キャッププレート１６０には電解液注液口１６１が形成され、このような注液口はキャップ１６２で塞ぐことができ、相対的に薄い厚さを有する安全ベント１６３を形成することもできる。実質的に、このようなキャッププレート１６０はケース１１０と同じ材質で形成されてもよい。
第１端子１７０ａは、第１集電板１３０ａに電気的に連結され、キャッププレート１６０を貫通して外側に一定長さ延長される。つまり、第１端子１７０ａは、第１集電板１３０ａの第１領域１３１ａに結合し、第１絶縁部１４０ａおよびキャッププレート１６０を貫通して外側に一定長さ延長される。このような第１端子１７０ａは、第１集電板１３０ａの第１領域１３１ａに具備された結合ホール１３７ａに電気的および機構的に結合し、柱形態をする締結領域１７１ａと、ケース１１０またはキャッププレート１６０外側の締結領域１７１ａに固定しバスバー（図示せず）などが結合する固定領域１７２ａを含む。また、締結領域１７１ａのうち、ケース１１０またはキャッププレート１６０の内側には水平方向に一定長さ延長された板状のフランジ１７３ａがさらに形成され、このようなフランジ１７３ａは下部に延長されて第１集電板１３０ａの第１領域１３１ａに具備された他の結合ホール１３８ａに結合する結合突起１７４ａを含む。このとき、フランジ１７３ａの上面が第１絶縁部１４０ａの上部領域１４１ａに密着する。また、フランジ１７３ａと第１絶縁部１４０ａの側部領域１４２ａの間には所定空間が設けられるが、このような空間に前述した第１弾性力提供部１５０ａが位置する。また、このような空間に前記第１集電板１３０ａのヒューズ部１３６ａおよび折り曲げ領域１３３ａが位置する。
ここで、第１端子１７０ａをなす締結領域１７１ａ、固定領域１７２ａ、フランジ１７３ａおよび結合突起１７４ａなどはいずれもアルミニウム、アルミニウム合金およびその等価物の中から選択したいずれか一つであってよいが、本発明はこれに限定されるものではない。
さらに、キャッププレート１６０上の締結領域１７１ａは、固定領域１７２ａに結合した後、リベットで固定または溶接され、キャッププレート１６０の下方の締結領域１７１ａおよび結合突起１７４ａは、第１集電板１３０ａの第１領域１３１ａに具備された結合ホール１３７ａ、１３８ａに結合した後、リベットで固定または溶接される。
また、第１端子１７０ａのうちの締結領域１７１ａがキャッププレート１６０を貫通するが、その外周縁にはシールガスケット１８１ａがさらに形成されてもよい。したがって、第１端子１７０ａはキャッププレート１６０から絶縁される。一例として、シールガスケット１８１ａは電解液と反応しないＰＦＡ（Ｐｅｒｆｌｕｏｒｏａｌｋｏｘｙ）からなっていてよいが、本発明はこれに限定されるものではない。
さらに、固定領域１７２ａとケース１１０の間には上部絶縁部１８２ａが介在する。このような上部絶縁部１８２ａはシールガスケット１８１ａに密着することもできる。このような上部絶縁部１８２ａは第１固定領域１７２ａとキャッププレート１６０を絶縁させる。一例として、上部絶縁部１８２ａはＰＰＳ（Ｐｏｌｙｐｈｅｎｙｌｅｎｅ Ｓｕｌｆｉｄｅ）からなっていてよいが、本発明はこれに限定されるものではない。また、ケース１１０およびキャッププレート１６０が正極に帯電された電池の場合、固定領域１７２ａとキャッププレート１６０が、図示されていない高抵抗部材を介して相互に電気的に接続することができる。
一方、第２集電板１３０ｂ、第２絶縁部１４０ｂ、第２弾性力提供部１５０ｂおよび第２端子１７０ｂの構造は、基本的に前述した第１集電板１３０ａ、第１絶縁部１４０ａ、第１弾性力提供部１５０ａおよび第１端子１７０ａの構造と同一である。さらに、第２集電板１３０ｂにはヒューズ開口１３５ｂおよびヒューズ部（第２ヒューズ部）１３６ｂが設けられていてもよい。もちろん、場合によりヒューズ開口１３５ｂおよびヒューズ部１３６ｂが設けられていなくてもよく、第２弾性力提供部１５０ｂが設けられない場合もある。このような理由は、第２集電板１３０ｂは基本的に銅または銅合金で製造されるが、このような銅は溶融点が１，０８３℃で、アルミニウムの溶融点より高いためである。つまり、一般に第２集電板１３０ｂのヒューズ部１３６ｂが動作する前に第１集電板１３０ａのヒューズ部１３６ａがまず動作して、充電電流および／または放電電流が遮断されるためである。ただし、２次電池１００の安全性をさらに向上させるために、図１ｂに示されるように第２集電板１３０ｂのヒューズ開口１３５ｂ、ヒューズ部１３６ｂおよび第２弾性力提供部１５０ｂを設けることができることは当然である。
なお、第１集電板１３０ａと第２集電板１３０ｂ、第１絶縁部１４０ａと第２絶縁部１４０ｂ、第１弾性力提供部１５０ａと第２弾性力提供部１５０ｂ、それぞれの形状は同一または類似とすることができる。以下では、それぞれ集電板１３０ａ、絶縁部１４０ａ、弾性力提供部１５０ａと総称して本発明の実施形態について説明する。
図２ａおよび図２ｂは、本実施形態による２次電池のうち、弾性力提供部およびその周辺構造を示す部分拡大断面図である。
図２ａおよび図２ｂに示されるように、弾性力提供部１５０ａは、集電板１３０ａのうち、第１領域１３１ａの終端、第２領域１３２ａの終端、ヒューズ部１３６ａ、ヒューズ部１３６ａに隣接した領域、または折り曲げ領域１３３ａの上に位置する。弾性力提供部１５０ａの上部には絶縁部１４０ａの上部領域１４１ａが位置する。さらに、弾性力提供部１５０ａはほぼ‘Ｗ’字状の形態に形成され、少なくとも二つの領域が集電板１３０ａに接触し、少なくとも二つの他の領域が絶縁部１４０ａの上部領域１４１ａまたは側部領域１４２ａに接触する。
このような弾性力提供部１５０ａは基本的に集電板１３０ａと絶縁部１４０ａの間で圧縮された状態を維持する。したがって、弾性力提供部１５０ａは、ヒューズ部１３６ａが溶融する場合、集電板１３０ａのうち、第２領域１３２ａを下部方向に自然に迅速に動かすことができる。
図３乃至図５は別の実施形態による２次電池のうち、弾性力提供部およびその周辺構造を示す部分拡大断面図である。
図３に示されているように、弾性力提供部２５０ａは、集電板１３０ａのうち、第１領域１３１ａの終端、第２領域１３２ａの終端、ヒューズ部１３６ａ、ヒューズ部１３６ａに隣接した領域、または折り曲げ領域１３３ａに対して、少なくとも三つの領域において接触する。また、弾性力提供部２５０ａは、少なくとも二つの領域において絶縁部１４０ａの上部領域１４１ａまたは側部領域１４２ａに接触する。
したがって、弾性力提供部２５０ａは、少なくとも三つの領域において、第１領域１３１ａの終端、第２領域１３２ａの終端、ヒューズ部１３６ａ、ヒューズ部１３６ａに隣接した領域、または折り曲げ領域１３３ａを下部方向に押すことになる。
また、図４に示されているように、弾性力提供部３５０ａは、集電板１３０ａのうち、第１領域１３１ａの終端、第２領域１３２ａの終端、ヒューズ部１３６ａ、ヒューズ部１３６ａに隣接した領域、または折り曲げ領域１３３ａに対して、少なくとも一つの領域において接触する。さらに、弾性力提供部３５０ａは、少なくとも二つの領域において絶縁部１４０ａの上部領域１４１ａおよび／または側部領域１４２ａに接触する。
したがって、弾性力提供部３５０ａは、少なくとも一つの領域において、第１領域１３１ａの終端、第２領域１３２ａの終端、ヒューズ部１３６ａ、ヒューズ部１３６ａに隣接した領域、または折り曲げ領域１３３ａを下部方向に押すことになる。
また、図５に示されているように、弾性力提供部４５０ａは、集電板１３０ａのうち、第１領域１３１ａの終端、第２領域１３２ａの終端、ヒューズ部１３６ａ、ヒューズ部１３６ａに隣接した領域、または折り曲げ領域１３３ａに対して、少なくとも一つの領域において接触する。さらに、弾性力提供部４５０ａは、少なくとも一つの領域において絶縁部１４０ａの上部領域１４１ａに接触する。
したがって、弾性力提供部４５０ａは、少なくとも一つの領域において、第１領域１３１ａの終端、第２領域１３２ａの終端、ヒューズ部１３６ａ、ヒューズ部１３６ａに隣接した領域、または折り曲げ領域１３３ａを下部方向に押すことになる。さらに、このような弾性力提供部４５０ａは、前述のような板ばねでなく、コイルスプリングの形態とすることができる。
図６ａおよび図６ｂは、図１ａ−図１ｅ乃至図２ａ−図２ｂに示す実施形態による２次電池のうち、ヒューズ部および弾性力提供部の動作状態を示す部分拡大断面図である。
図６ａおよび図６ｂに示されているように、ヒューズ部１３６ａが溶融したときには、集電板１３０ａに対して弾性力提供部１５０ａが上部から下部方向に力、つまり、弾性力を提供するのでヒューズ部１３６ａが迅速に切断される。つまり、弾性力提供部１５０ａは、ケース１１０のキャッププレート１６０と集電板１３０ａとの間で、集電板１３０ａのヒューズ部１３６ａに対して法線方向に弾性力を提供する。これにより、集電板１３０ａの第１領域１３１ａと第２領域１３２ａが迅速に分離される。さらに、このとき、集電板１３０ａの第２領域１３２ａに、質量を有する電極組立体１２０が吊られた状態となっているため、電極組立体１２０に作用する重力によってヒューズ部１３６ａ、つまり、第１領域１３１ａと第２領域１３２ａはさらに迅速に分離される。つまり、本実施形態の２次電池では、弾性力提供部１５０ａの弾性力および重力によってヒューズ部１３６ａ（第１領域１３１ａおよび第２領域１３２ａ）がさらに迅速に分離される。
図７ａは、さらに別の実施形態による集電板および弾性力提供部などを示す部分斜視図であり、図７ｂは、集電板および弾性力提供部などを示す部分分解図であり、図７ｃは、弾性力提供部が位置する、下部絶縁部の一部領域を示す底面図である。
図７ａ乃至図７ｃに示されているように、集電板１３０ａのうち、第１領域１３１ａの両側終端部、第２領域１３２ａの両側終端部、折り曲げ領域１３３ａの両側部、またはヒューズ部１３６ａの両側部には、外側に向かって一定の長さ突出した突起１３９がさらに形成されている。特に、このような突起１３９は、集電板１３０ａの側面からほぼ垂直に延長された垂直突起１３９ａと、垂直突起１３９ａから集電板１３０ａの側面にほぼ平行に延長された水平突起１３９ｂとを含む。
ここで、水平突起１３９ｂに弾性力提供部５５０ａの一端が結合している。また、集電板１３０ａのうち、第１領域１３１ａを概ね囲む絶縁部１４０ａの側部領域１４２ａにも水平突起１４３ａが形成されている。さらに、水平突起１４３ａに弾性力提供部５５０ａの他端が結合している。つまり、弾性力提供部５５０ａは集電板１３０ａに形成された水平突起１３９ｂと絶縁部１４０ａに形成された水平突起１４３ａの間に配置されている。このような弾性力提供部５５０ａは、圧縮されたコイルスプリング、ボリュートスプリング、ぜんまいばねおよびその等価物の中から選択したいずれか一つであってよいが、本発明において、弾性力提供部５５０ａの種類に特に限定はない。
このようにして、弾性力提供部５５０ａは、基本的に絶縁部１４０ａの内側で水平方向に集電板１３０ａの突起１３９を押している状態になる。
図８は、図７ａ−図７ｃに示す実施形態による２次電池のうち、ヒューズ部および弾性力提供部の動作状態を示す部分拡大斜視図である。
図８に示されているように、ヒューズ部１３６ａが溶融すると同時に弾性力提供部５５０ａが集電板１３０ａに形成された突起１３９を水平方向に押し出すことによって、ヒューズ部１３６ａがさらに迅速に分離される。つまり、集電板１３０ａの第１領域１３１ａと第２領域１３２ａが迅速に分離される。さらに、集電板１３０ａには電極組立体１２０が吊られた状態であるため、集電板１３０ａの第２領域１３２ａは直ちに下部方向に落下することになる。したがって、本実施形態では２次電池１００の外部短絡または過充電の際、ヒューズ部１３６ａの溶融現象以外に、追加的な弾性力提供部５５０ａの力によって、充電および／または放電経路を迅速に遮断できることになる。
図９は、さらに別の実施形態による２次電池のうち、集電板およびその周辺構造を示す部分斜視図である。
図９に示されているように、ヒューズ部２３６ａは一つまたはそれ以上の切欠（ｎｏｔｃｈ）２３５ａによって定義される。本実施形態では、ヒューズ部２３６ａの幅は集電板１３０ａの第１領域１３１ａおよび／または第２領域１３２ａのそれぞれの幅より小さい。
第１弾性力提供部は第１領域１３１ａ（またはヒューズ部２３６ａの周辺領域）とキャッププレート１６０の間に介在する。一例として、弾性力提供部は、第１領域１３１ａ及び第２領域１３２ａの間に介在した折り曲げ部１３３ａと第１絶縁部１４０ａとの間に介在する。第１弾性力提供部は、第１集電板１３０の折り曲げ領域１３３ａと第１絶縁部１４０ａの間で圧縮された状態を維持する。弾性力提供部は、ヒューズ部２３６ａが溶融するとき、集電板１３０ａの第１領域１３１ａと第２領域１３２ａの間の分離を可能にする。
図１０は、さらに別の実施形態による２次電池のうち、弾性力提供部およびその周辺構造を示す部分拡大断面図である。
本実施形態では、弾性力提供部３５０ａは、ケース１１０と集電板１３０ａの第２領域１３２ａとの間に介在する。弾性力提供部３５０ａは、ヒューズ部３３６ａが溶融する前まで、ケース１１０と集電板１３０ａの第２領域１３２ａとの間で圧縮された状態を維持する。ここで、ヒューズ部３３６ａは、第２領域１３２ａに形成されたホール３３５ａを有する。弾性力提供部３５０ａは、ヒューズ部３３６ａが溶融するとき、集電板１３０ａの第１領域１３１ａから集電板１３０ａの第２領域１３２ａを水平方向に分離する。
本実施形態では、一例として、弾性力提供部３５０ａは、ケース１１０と集電板１３０ａの間の電気的短絡現象の防止のために、絶縁物質で形成されていてもよい。
図１１ａは、さらに別の実施形態による２次電池のうち、集電板および弾性力提供部などを示す部分分解図であり、図１１ｂは、集電板および弾性力提供部などを示す断面図である。
本実施形態では、弾性力提供部４５０ａは、ヒューズ開口１３５ａに直接配置され、また、ヒューズ開口１３５ａの内側で圧縮された状態で維持される。弾性力提供部４５０ａは、逆転して圧縮されたオメガ（Ω）状の形態またはそれに等しい形態であってよい。したがって、弾性力提供部４５０ａは、ヒューズ部１３６ａが溶融するとき、集電板１３０ａからヒューズ部１３６ａを水平方向に分離できることになる。
弾性力提供部４５０ａは、集電板１３０ａの第１領域１３１ａと第２領域１３２ａが再度連結する現象を防止するため、絶縁材料で形成されていてもよい。
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。
１００ ２次電池
１１０ ケース
１２０ 電極組立体
１２１ 第１電極板
１２１ａ 第１非コーティグ領域
１２２ 第２電極板
１２２ａ 第２非コーティグ領域
１２３ セパレータ
１３０ａ 第１集電板
１３０ｂ 第２集電板
１３１ａ 第１領域
１３２ａ 第２領域
１３３ａ 折り曲げ領域
１３４ａ 第３領域
１３５ａ ヒューズ開口
１３６ａ ヒューズ部
１３７ａ、１３８ａ 結合ホール
１４０ａ 第１絶縁部
１４０ｂ 第２絶縁部
１４１ａ 上部領域
１４２ａ 側部領域
１５０ａ 第１弾性力提供部
１５０ｂ 第２弾性力提供部
１６０ キャッププレート
１６１ 注液ホール
１６２ キャップ
１６３ 安全ベント
１７０ａ 第１端子
１７０ｂ 第２端子
１７１ａ 締結領域
１７２ａ 固定領域
１７３ａ フランジ
１７４ａ 結合突起
１８１ａ シールガスケット
１８２ａ 上部絶縁部

Claims (22)

  1. ケースと、
    前記ケースに収容された電極組立体と、
    ヒューズ部を含み、前記電極組立体に連結された集電板と、
    前記集電板に連結され、前記ケースの外側に延長された端子と、
    前記ケース及び前記集電板の間に介在した弾性力提供部と、を含むことを特徴とする２次電池。
  2. 前記弾性力提供部は、前記ヒューズ部に弾性力を提供することを特徴とする請求項１に記載の２次電池。
  3. 前記弾性力提供部は、前記ヒューズ部に隣接した領域で前記集電板に接触することを特徴とする請求項１又は２に記載の２次電池。
  4. 前記弾性力提供部は、前記ケースと前記集電板の間で、前記ヒューズ部に対して法線方向に力を提供することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の２次電池。
  5. 前記集電板は、前記端子に連結された第１領域と、前記第１領域から延長され、前記電極組立体に連結された第２領域と、前記第１領域及び前記第２領域の間に形成された折り曲げ領域と、を含み、
    前記ヒューズ部は、前記集電板の第１領域に形成されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の２次電池。
  6. 前記集電板は、前記端子に連結された第１領域と、前記第１領域から延長され、前記電極組立体に連結された第２領域と、前記第１領域及び前記第２領域の間に形成された折り曲げ領域と、を含み、
    前記ヒューズ部は、前記集電板の第２領域に形成されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の２次電池。
  7. 前記弾性力提供部は、前記ヒューズ部が溶融するとき、前記集電板の第２領域から前記集電板の第１領域を分離することを特徴とする請求項５又は６に記載の２次電池。
  8. 前記ヒューズ部の断面積は、前記集電板の他の領域の断面積より小さいことを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の２次電池。
  9. 前記ヒューズ部は、前記集電板にヒューズ開口または切欠を設けることによって形成されることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の２次電池。
  10. 前記ヒューズ部は、前記集電板のうち、前記ヒューズ開口の一方側に隣接して位置する第１部分と他方側に隣接して位置する第２部分とを含み、
    前記第１部分および第２部分それぞれの幅は、前記第１領域および前記第２領域の幅より小さいことを特徴とする請求項９に記載の２次電池。
  11. 前記ケースは、前記集電板と前記端子との間に介在したキャッププレートをさらに含み、
    前記弾性力提供部は、前記集電板と前記キャッププレートとの間に介在することを特徴とする請求項５に記載の２次電池。
  12. 前記集電板の第１領域を覆い、前記集電板と前記キャッププレートとの間に位置する絶縁部をさらに含み、
    前記集電板は、前記第１領域に形成された第１突起を含み、
    前記絶縁部は、第２突起を含み、
    前記弾性力提供部は、前記第１突起と前記第２突起との間に結合されることを特徴とする請求項１１に記載の２次電池。
  13. 前記弾性力提供部は、前記ヒューズ部が溶融するとき、前記集電板の第２領域から前記集電板の第１領域を分離することを特徴とする請求項１２に記載の２次電池。
  14. 前記第１突起は、前記集電板の一側面に平行に延長される第１水平突起を含み、
    前記第２突起は、前記絶縁部の一側に平行に延長される第２水平突起を含むことを特徴とする請求項１２又は１３に記載の２次電池。
  15. 前記集電板の第１領域を覆い、前記集電板と前記キャッププレートとの間に位置する絶縁部をさらに含み、
    前記弾性力提供部は、前記集電板と前記絶縁部との間に位置することを特徴とする請求項１１に記載の２次電池。
  16. 前記弾性力提供部は板ばね、コイルスプリング、ボリュートスプリング、リングスプリング、ぜんまいばね、皿ばねおよびワッシャースプリングから選択されるいずれかのスプリングであることを特徴とする請求項１〜１５のいずれか一項に記載の２次電池。
  17. 前記弾性力提供部は‘Ｗ’字状の形態であることを特徴とする請求項１〜１５のいずれか一項に記載の２次電池。
  18. 前記弾性力提供部の少なくとも二つの部分は前記集電板に接触し、
    前記弾性力提供部の他の少なくとも二つの部分は前記集電板と前記ケースの間にある絶縁部に接触することを特徴とする請求項１７に記載の２次電池。
  19. 前記電極組立体は、前記集電板に少なくとも部分的に吊られていることを特徴とする請求項１〜１８のいずれか一項に記載の２次電池。
  20. 第２ヒューズ部を含み、前記電極組立体に連結された第２集電板と、
    前記第２集電板に連結され、前記ケースの外側に延長された第２端子と、
    前記第２ヒューズ部に弾性力を提供する第２弾性力提供部と、をさらに含むことを特徴とする請求項１〜１９のいずれか一項に記載の２次電池。
  21. ケースと、
    前記ケースに収容された電極組立体と、
    切欠（ｎｏｔｃｈ）を有し、前記電極組立体に連結された集電板と、
    前記集電板に連結され、前記ケースの外側に延長された端子と、
    前記ケース及び前記集電板の間に介在し、前記切欠の周辺領域である前記集電板に接触する弾性力提供部と、を含むことを特徴とする２次電池。
  22. ケースと、
    前記ケースに収容された電極組立体と、
    開口（ｏｐｅｎｉｎｇ）を有し、前記電極組立体に連結された集電板と、
    前記集電板に連結され、前記ケースの外側に延長された端子と、
    圧縮された状態で前記開口に配置された弾性力提供部と、を含むことを特徴とする２次電池。
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