JP2015015233A - 2次電池 - Google Patents

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Abstract

【課題】本発明の2次電池は、縦圧縮テストの際、缶が一定に変形するように誘導して安全性を向上させることができる。
【解決手段】一例として、電極組立体並びに前記電極組立体を収容し、底面と、前記底面に接し第1幅を有する平行な一対の第1側面と、前記底面に接し前記第1幅より小さい第2幅を有する平行な一対の第2側面と、前記底面及び前記平行な一対の第1側面それぞれが接する部分に形成された角部と、を含むケースを含み、前記角部は第1領域で第1曲率半径を有し、第2領域で前記第1曲率半径と異なる第2曲率半径を有することを特徴とする2次電池を提供する。
【選択図】図3a

Description

本発明は2次電池に関する。
2次電池は電極組立体の内部短絡や外部短絡または過充放電などによって電圧が急上昇することがあり、これによって過度な熱が発生して発火または爆発のような事故の危険が存在する。したがって、2次電池の安全性テストは大変重要である。
2次電池の安全性テストは電池の短絡、正常ではない充電、過充電、強制放電などに対する電気的な安全性と、振動、衝撃などの物理的状況における2次電池の爆発及び発火に対する安全性とをテストする。特に、2次電池の安全性テストの中で、縦圧縮テストは2次電池の缶外部で両側面を加圧して、2次電池の変形に応じた安全性の要否をテストする。このような縦圧縮テストの際、電極組立体の変形により正極板の活物質と負極板の活物質との間に短絡が発生して、2次電池の発火または爆発などのような危険な状況に至ることになる。
本発明は、縦圧縮テストの際、缶が一定に変形するように誘導して安全性を向上させることができる2次電池を提供する。
本発明による2次電池は、電極組立体、並びに前記電極組立体を収容し、底面と、前記底面に接し第1幅を有する平行な一対の第1側面と、前記底面に接し前記第1幅より小さい第2幅を有する平行な一対の第2側面と、前記底面及び前記平行な一対の第1側面それぞれが接する部分に形成された角部とを含むケースを含み、前記角部は第1領域において第1曲率半径を有し、第2領域において前記第1曲率半径と異なる第2曲率半径を有することを特徴とする。
ここで、前記角部はケースの内面に形成された内側角部及びケースの外面に形成された外側角部を含み、前記第1領域における前記内側角部の曲率半径は前記第1領域における前記外側角部の曲率半径と異なってもよい。
また、前記内側角部の曲率半径は前記外側角部の曲率半径より大きくてもよい。
また、前記内側角部の曲率半径は前記外側角部の曲率半径より小さくてもよい。
また、前記内側角部は、前記第1領域における底面に溝が形成されることができる。
ここで、前記溝は段差面を含むことができる。
また、前記第1曲率半径は、前記第1領域に溝を形成するために、前記第2曲率半径より大きくしてもよい。
また、前記第1領域における底面の厚さは、前記第2領域における底面の厚さの約65〜95%で形成されることができる。
また、前記角部は二つの第2領域を含み、前記第1領域は前記二つの第2領域の間に位置することができる。
また、前記第1領域は前記第1幅に沿って第1幅の約1〜35%の範囲で形成されることができる。
また、前記角部はケースの内面に形成された内側角部及びケースの外面に形成された外側角部を含み、前記第1領域における前記内側角部の曲率半径は前記第1領域における前記外側角部の曲率半径と同じであることができる。
また、前記角部はケースの内面に形成された内側角部及びケースの外面に形成された外側角部を含み、前記第1領域及び第2領域における前記外側角部の曲率半径は、前記第2領域における内側角部の曲率半径と同じであることができる。
また、前記角部はケースの内面に形成された内側角部及びケースの外面に形成された外側角部を含み、前記第1領域及び第2領域における前記内側角部の曲率半径は、前記第2領域における外側角部の曲率半径と同じであることができる。
さらに、本発明による2次電池は、電極組立体、前記電極組立体を収容し、一対の長側面と、一対の短側面と、前記一対の長側面及び一対の短側面が接する底面と、を含むケース、前記ケースの上部に結合するキャップ組立体、および前記一対の長側面と底面が接するそれぞれの角部に形成された変形部と、を含むことを特徴とする。
ここで、前記変形部は、前記一対の長側面それぞれに沿って前記角部の中央に形成されることができる。
また、前記角部は、前記ケースの内面に形成された内側角部及び前記ケースの外面に形成された外側角部を含むことができる。
また、前記変形部は前記内側角部に形成され、前記変形部は前記一対の長側面の内面から底面へと拡張される溝の形態に形成されることができる。
また、前記変形部は前記外側角部に形成され、前記変形部は前記一対の長側面の外面から前記底面の外面へと拡張される溝の形態に形成されることができる。
また、前記変形部は第1変形部および第2変形部を含み、前記第1変形部は前記内側角部に形成され、前記第2変形部は前記外側角部に形成され、前記第1変形部は前記一対の長側面の内面から底面の内面へと拡張される溝の形態に形成され、前記第2変形部は前記一対の長側面の外面から前記底面の外面へと拡張される溝の形態に形成されることができる。
本発明による2次電池は、缶の長側面と底面が接する角部の中央に変形部を形成することによって、縦圧縮テストの際、缶が一定の方向に変形するように誘導することができる。したがって、本発明による2次電池は電極組立体の短絡を調節できることになるので、2次電池の安全性を向上させることができる。
本発明の一実施形態による2次電池を示した斜視図である。 本発明の一実施形態による2次電池を示した分解斜視図である。 図1のI−I’線に沿った断面図である。 図1のII−II’線に沿った断面図である。 本発明の他の実施形態による2次電池を示した斜視図である。 図4のIII−III’線に沿った断面図である。 変形部のまた他の実施形態を示した断面図である。 図1に示された2次電池の平面図である。 図1に示された2次電池が縦圧縮された状態を示した平面図である。
本発明の属する技術分野で通常の知識を有する者が本発明を容易に実施できる程度に、本発明の望ましい実施形態を添付図面を参照して詳細に説明する。
図1は本発明の一実施形態による2次電池を示した斜視図である。図2は本発明の一実施形態による2次電池を示した分解斜視図である。図3aは図1のI−I’線に沿った断面図である。図3bは図1のII−II’線に沿った断面図である。
図1および図2を参照すれば、本発明の一実施形態による2次電池100は電極組立体110、缶120、キャップ組立体130および変形部140を含む。ここで、缶120はケースともいわれる。
電極組立体110は正極集電体の表面に正極活物質がコーティングされた正極板111と、負極集電体の表面に負極活物質層がコーティングされた負極板112と、正極板111と負極板112との間に介在して正極板111と負極板112を電気的に絶縁させるセパレータ113と、を含む。電極組立体110は前記正極板111、負極板112およびセパレータ113がゼリーロール形態に巻き取られていてもよい。ここで、正極板111はアルミニウム(Al)箔からなり、負極板112は銅(Cu)箔からなり、セパレータ113はポリエチレン(PE)またはポリプロピレン(PP)からなることができるが、本発明はこれに限定されるものではない。また、正極板111には正極タップ114が結合して電極組立体110の上段部に突出し、負極板112には負極タップ115が結合して電極組立体110の上段部に突出する。
缶120は電極組立体110を収容できるように、上部に開口部120aが形成されたほぼ六面体形状からなる。具体的に、缶120は、互いに向き合って相対的に広い面積を有する一対の長側面121(または第1側面)と、互いに向き合って相対的に狭い面積を有する一対の短側面122(または第2側面)と、一対の長側面121及び一対の短側面122が接する底面123と、を含む。ここで、一対の長側面121は一対の短側面122より底面と接している長さが長い面をいい、一対の短側面122は一対の長側面121より底面と接している長さが短い面をいう。また、一対の長側面121と底面123が接する部分を角部Cと定義する。角部Cは中央に位置した第1領域A1と第1領域A1の周縁に位置した第2領域A2を含み、第1領域A1には変形部140が形成される。角部Cについては、以下で具体的に説明する。
また、缶120はディープドローイング(deep drawing)方式によって形成される。したがって、一対の長側面121、一対の短側面122および底面123は一体に形成され、図3aおよび図3bに示されているように、缶120の底面123は長側面121および短側面122に比べてさらに厚く形成されることができる。また、缶120は軽く軟性のあるアルミニウムまたはアルミニウム合金からなることができる。さらに、缶120の内面は絶縁処理されて電極組立体110と絶縁される。
キャップ組立体130は缶120の開口部120aに結合する。キャップ組立体130は電極端子131、ガスケット132、キャッププレート133、絶縁プレート134、ターミナルプレート135および絶縁ケース136を含む。
電極端子131とキャッププレート133の間にはガスケット132が挿入され、電極端子131とターミナルプレート135は互いに電気的に連結される。絶縁プレート134はキャッププレート133とターミナルプレート135を絶縁する。キャッププレート133の一側には電解液注入口133aが形成されている。電解液注入口133aには、電解液が注入された後に電解液注入口133aを密閉させるためのキャップ(図示せず)が設けられる。また、キャッププレート133の他側には缶120の内圧が設定圧力より高くなると内部ガスを放出するために開放される安全ベント(図示せず)が形成されることができる。絶縁ケース136は缶120の開口部120aに形成され、缶120を密封する。絶縁ケース120は絶縁性を有する高分子樹脂で、ポリプロピレン(PP)からなることができる。絶縁ケース136には正極タップ114および負極タップ115が通過できるように、それと対応する位置にホール136a、136bが形成されている。また、絶縁ケース136には電解液注入口133aと対応する位置に電解液通過孔136cが形成されている。
変形部140は缶120の角部Cの中央に形成され、缶120の縦圧縮テストの際、缶120が一定に変形するように誘導する。つまり、縦圧縮テストの際、変形部140を含む長側面121の縦軸が中心軸として作用するので、缶120は変形部140によって一定に変形できる。ここで、縦圧縮テストは、図7bを参照すれば、缶120の一対の短側面122それぞれから中心に向かって力を加えて、2次電池100の安全性をテストすることである。また、変形部140は一対の長側面121が底面123と接する各角部Cの中央にそれぞれ形成されるので、缶120が縦圧縮される時に変形部140によって決まる中心軸に沿って変形できるように、縦圧縮テストの際、缶120が変形する中心軸の位置をさらに確実にすることができる。このとき、缶120は前記中心軸を基準に両方向に変形できる。つまり、図2で前面に位置する長側面121が互いに近くなるように変形したり、後面に位置する長側面121が互いに近くなるように変形したりできる。このように、縦圧縮テストの際、缶120が一定に変形するように誘導すれば、電極組立体110の短絡を調節できるようになるので、2次電池100の安全性を向上させることができる。
図3aおよび図3bを参照すれば、変形部140は、缶120の角部Cの第1領域A1に形成される。角部Cは缶120の内面に形成された内側角部C1と缶120の外面に形成された外側角部C2を含み、変形部140は内側角部C1から底面123側に溝141を形成してできる。したがって、変形部140において底面123の厚さは変形部周辺(例えば、第2領域A2)の底面123の厚さより薄く形成される。また、変形部140と底面123が接する部分には段差面142が形成される。ここで、底面123の厚さは約0.5mmであり、段差面142を有する変形部において底面123の厚さは約0.4mmに形成することができる。ここで、変形部140の厚さが0.4mmを超えれば、底面123の厚さとあまり差がないので、縦圧縮テストの際、缶120が変形部140を基準に、一定に変形するように誘導することができない。また、変形部140の厚さが0.4mm以下に形成されると、外部の小さい衝撃にも変形しやすくなる。したがって、変形部140の厚さは底面123の厚さの約65%〜95%であり、好ましくは80%である。
また、変形部140の内部曲率半径R1は角部Cの第2領域A2の内部曲率半径R2より大きく形成される(R1>R2)。また、変形部140の内部曲率半径R1は変形部140の外部曲率半径R3より大きく形成される(R1>R3)。ここで、第2領域A2の内部曲率半径R2と変形部140の外部曲率半径R3は同一である(R2=R3)。つまり、変形部140は、変形部140の内部曲率半径R1と外部曲率半径R3が互いに異なるように形成され、内部曲率半径R1が外部曲率半径R3より大きく形成される。
また、変形部140が形成された第1領域A1の長さL1は底面123全体の長さL2の約1%から35%の範囲であり、好ましくは約15%である。例えば、底面123全体の長さが51mmであれば、変形部140の長さL1は約1mmから18mmの範囲であり、好ましくは約8mmである。ここで、変形部140の長さL1が底面123全体長さL2の1%未満であれば、縦圧縮テストの際、缶120が変形部140を基準に変形しにくいので、缶120の変形を意図した通りに誘導できない。また、変形部140の長さL1が底面123全体長さL2の35%を超えれば、縦圧縮テストの際、缶120が変形部140内で様々な方向に変形するので、缶120の変形を意図した通りに誘導できない。
このように、本発明の一実施形態による2次電池100は、缶120の長側面121と底面123が接する角部Cの中央に、内部曲率半径R1が外部曲率半径R3より大きい変形部140を形成することによって、縦圧縮テストの際、缶120が一定の方向に変形するように誘導することができる。これによって、本発明の一実施形態による2次電池100は電極組立体110の短絡を調節できるようになるので、2次電池100の安全性を向上させることができる。
図4は本発明の他の実施形態による2次電池を示した斜視図である。図5は図4のIII−III’線に沿った断面図である。
図4に示された2次電池200は、図1に示された2次電池100と比較して変形部140の形態だけ異なり、残りの構成要素はいずれも同じである。したがって、以下、図4に示された変形部240について重点的に説明する。
図4および図5を参照すれば、本発明の他の実施形態による2次電池200は電極組立体110、缶120、キャップ組立体130および変形部240を含む。
変形部240は缶120の角部Cの第1領域A1に形成される。角部Cは缶120の内面に形成された内側角部C1と缶120の外面に形成された外側角部C2を含み、変形部240は外側角部C2が内側角部C1に向かって窪むように曲面部を形成してできる。また、缶120の外側から見るとき、変形部240は缶120の内側に窪むように形成される。したがって、変形部240において角部Cの厚さは変形部周辺領域の角部Cの厚さより薄く形成される。
また、変形部240の外部曲率半径R11は角部Cの第2領域A2の外部曲率半径R13より大きく形成される(R11>R13)。また、変形部240の外部曲率半径R11は変形部240の内部曲率半径R12より大きく形成される(R11>R12)。ここで、第2領域A2の外部曲率半径R13と変形部240の内部曲率半径R12は同一である(R13=R12)。つまり、変形部240は内部曲率半径R12と外部曲率半径R11が互いに異なるように形成され、外部曲率半径R11が内部曲率半径R12より大きく形成される。
このように、本発明の他の実施形態による2次電池200は、缶120の長側面121と底面123が接する角部Cの中央に外部曲率半径R11が内部曲率半径R12より大きい変形部240を形成することによって、縦圧縮テストの際、缶120が一定の方向に変形するように誘導することができる。したがって、本発明の一実施形態による2次電池200は電極組立体110の短絡を調節できるようになるので、2次電池200の安全性を向上させることができる。
図6は変形部のまた他の実施形態を示した断面図である。ここで、図6の断面図は図5の断面図と対応する部分を示したものである。
図6を参照すれば、変形部340は缶120の角部Cの第1領域A1に形成される。角部Cは缶120の内面に形成された内側角部C1と缶120の外面に形成された外側角部C2を含む。具体的に、変形部340は内側角部C1から底面123側へと形成された溝341と外側角部C2から内側角部C1に向かって窪むように形成された曲面部342を含む。つまり、変形部340は図3aに示された変形部140と図5に示された変形部240を併せた形態である。
変形部340の内部曲率半径R1は角部Cの第2領域A2の内部曲率半径R2より大きく形成される(R1>R2)。また、変形部340の外部曲率半径R11は角部Cの第2領域A2の外部曲率半径R13より大きく形成される(R11>R13)。ここで、変形部340の内部曲率半径R1と外部曲率半径R11は同じであり(R1=R11)、第2領域A2の内部曲率半径R2と外部曲率半径R13は同じである(R2=R13)。つまり、変形部340は内部曲率半径R1と外部曲率半径R11が互いに同一に形成され、変形部340の内部曲率半径R1、外部曲率半径R11は第2領域A2の内部曲率半径R2、外部曲率半径R13より大きく形成される。
図7aは図1に示された2次電池の平面図である。図7bは図1に示された2次電池が縦圧縮された状態を示した平面図である。
図7aおよび図7bを参照すれば、本発明の一実施形態による2次電池100において電極端子131は、ターミナルプレート135とは電気的に連結されており、キャッププレート133とはガスケット132を通じて絶縁された状態である。キャッププレート133は缶120と互いに電気的に連結されている。また、ターミナルプレート135は缶120の一対の長側面121および一対の短側面122と離隔している。つまり、電極端子131とターミナルプレート135は互いに同一の極性(負極)を有し、キャッププレート133と缶120はそれと逆の極性(正極)を有する。
このような状態で、縦圧縮テストのために缶120の一対の短側面122それぞれから中心に向かって力が加わると、缶120は長側面121に形成された変形部140を中心軸に変形する。このとき、ターミナルプレート135は缶120の長側面121と短絡して迅速な電流の放電が行われるので、電極組立体110の過熱による2次電池100の発火および爆発などの事故を防止することができる。このように、変形部140は縦圧縮テストの際、缶120が一定の方向に変形するように誘導できるので、電極組立体110の短絡を調節して2次電池100の安全性を向上させることができる。
以上の説明は、本発明による2次電池を実施するための一つの実施形態に過ぎないものであって、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、以下の特許請求の範囲において請求するように、本発明の要旨を逸脱することなく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、誰でも考えつく多様な変更実施が可能な範囲にまで本発明の技術的精神が及ぶとみなされる。
100、200 2次電池
110 電極組立体
111 正極板
112 負極板
113 セパレータ
114 正極タップ
115 負極タップ
120 缶
120a 開口部
121 長側面
122 短側面
123 底面
130 キャップ組立体
131 電極端子
132 ガスケット
133 キャッププレート
133a 電解液注入口
134 絶縁プレート
135 ターミナルプレート
136 絶縁ケース
136a、136b ホール
136c 電解液通過孔
140、240、340 変形部
141、341 溝
142 段差面
342 曲面部
A1 第1領域
A2 第2領域
C 角部
C1 内側角部
C2 外側角部

Claims (19)

  1. 電極組立体、並びに
    前記電極組立体を収容し、底面と、前記底面に接し第1幅を有する平行な一対の第1側面と、前記底面に接し前記第1幅より小さい第2幅を有する平行な一対の第2側面と、前記底面及び前記平行な一対の第1側面それぞれが接する部分に形成された角部と、を含むケースを含み、
    前記角部は第1領域で第1曲率半径を有し、第2領域で前記第1曲率半径と異なる第2曲率半径を有することを特徴とする2次電池。
  2. 前記角部は前記ケースの内面に形成された内側角部及び前記ケースの外面に形成された外側角部を含み、
    前記第1領域における前記内側角部の曲率半径は、前記第1領域における前記外側角部の曲率半径と異なることを特徴とする、請求項1に記載の2次電池。
  3. 前記内側角部の曲率半径は、前記外側角部の曲率半径より大きいことを特徴とする、請求項2に記載の2次電池。
  4. 前記内側角部の曲率半径は、前記外側角部の曲率半径より小さいことを特徴とする、請求項2に記載の2次電池。
  5. 前記内側角部は、前記第1領域における底面に溝が形成されることを特徴とする、請求項2に記載の2次電池。
  6. 前記溝は、段差面を含むことを特徴とする、請求項5に記載の2次電池。
  7. 前記第1曲率半径は、前記第1領域に溝を形成するように、前記第2曲率半径より大きいことを特徴とする、請求項1に記載の2次電池。
  8. 前記第1領域における前記底面の厚さは、前記第2領域における前記底面の厚さの約65〜95%で形成されることを特徴とする、請求項1に記載の2次電池。
  9. 前記角部は、二つの第2領域を含み、前記第1領域は前記二つの第2領域の間に位置することを特徴とする、請求項1に記載の2次電池。
  10. 前記第1領域は、前記第1幅に沿って、第1幅の約1〜35%の範囲で形成されることを特徴とする、請求項1に記載の2次電池。
  11. 前記角部は、前記ケースの内面に形成された内側角部及び前記ケースの外面に形成された外側角部を含み、
    前記第1領域における前記内側角部の曲率半径は、前記第1領域における前記外側角部の曲率半径と同一であることを特徴とする、請求項1に記載の2次電池。
  12. 前記角部は、前記ケースの内面に形成された内側角部と前記ケースの外面に形成された外側角部とを含み、
    前記第1領域および前記第2領域における前記外側角部の曲率半径は、前記第2領域における前記内側角部の曲率半径と同一であることを特徴とする、請求項1に記載の2次電池。
  13. 前記角部は、前記ケースの内面に形成された内側角部及び前記ケースの外面に形成された外側角部を含み、
    前記第1領域および前記第2領域における前記内側角部の曲率半径は、前記第2領域における前記外側角部の曲率半径と同一であることを特徴とする、請求項1に記載の2次電池。
  14. 電極組立体、
    前記電極組立体を収容し、一対の長側面と、一対の短側面と、前記一対の長側面及び前記一対の短側面が接する底面と、を含むケース、
    前記ケースの上部に結合するキャップ組立体、および
    前記一対の長側面と前記底面とが接するそれぞれの角部に形成された変形部、を含むことを特徴とする2次電池。
  15. 前記変形部は、前記一対の長側面それぞれに沿って前記角部の中央に形成されることを特徴とする、請求項14に記載の2次電池。
  16. 前記角部は、前記ケースの内面に形成された内側角部及び前記ケースの外面に形成された外側角部を含むことを特徴とする、請求項14に記載の2次電池。
  17. 前記変形部は、前記内側角部に形成され、前記変形部は、前記一対の長側面の内面から前記底面へと拡張される溝の形態に形成されることを特徴とする、請求項16に記載の2次電池。
  18. 前記変形部は、前記外側角部に形成され、前記変形部は前記一対の長側面の外面から前記底面の外面へと拡張される溝の形態に形成されることを特徴とする、請求項16に記載の2次電池。
  19. 前記変形部は、第1変形部および第2変形部を含み、前記第1変形部は前記内側角部に形成され、前記第2変形部は前記外側角部に形成され、
    前記第1変形部は、前記一対の長側面の内面から前記底面の内面へと拡張される溝の形態に形成され、
    前記第2変形部は、前記一対の長側面の外面から前記底面の外面へと拡張される溝の形態に形成されることを特徴とする、請求項16に記載の2次電池。
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