JP2015531534A - 2次電池電極組立体用分離膜及びこれを含む2次電池 - Google Patents
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Abstract
本発明に係る2次電池電極組立体用分離膜は、正極端子が突出形成される正極板と負極端子が突出形成される負極板との間に位置し、前記正極板と負極板との間の電流の流れを遮断する2次電池電極組立体用分離膜において、前記正極端子と前記負極端子のいずれか一つ以上の端子と重なるように延長する延長部を具備する。本発明に係る2次電池用分離膜及びこれを含む2次電池を利用すれば、正極板及び負極板が若干歪んでも、正極端子が負極板に接触するか負極端子が正極板に接触する現象を防止することができ、分離膜が占める体積を最小化させることで電池容量を最大化させることができ、化学反応によって活物質が成長しても、短絡の恐れを顕著に減少させることができるという長所がある。【選択図】図6
Description
本発明は、正極板と負極板との間に挿入される2次電池電極組立体用分離膜に関し、さらに詳しくは、正極端子及び負極端子と対応する部位が突出及び拡張するように構成する分離膜及びこれを含む2次電池に関する。
一般に、2次電池(secondary battery)は、充電が不可能な一次電池とは違って充電及び放電が可能な電池であり、最近、高エネルギー密度の非水電解液を利用した高出力2次電池が開発されており、一つの電池セルがパック状に包装された低容量電池の場合、携帯電話やノートパソコン及びキャムコーダーのような携帯が可能な小型電子機器に使用され、大電力を必要とする機器、例えば、電気自動車などのモータ駆動用電源の場合は、前記電池セルの数十個を直列または並列に連結して、大容量の2次電池を構成する。
前記2次電池は、様々な形状で製造されているが、代表的な形状としては、薄板状の正極板と負極板が交互に積層され、正極板と負極板との間に絶縁体である分離膜(separator)が介在された電極組立体をケースに内装設置したスタック型がある。
以下、添付の図面を参照して、従来のスタック型2次電池の構造について詳しく説明する。
図1は、従来のスタック型2次電池の分解斜視図であり、図2は、従来のスタック型2次電池に含まれる電極組立体の斜視図であり、負極板が歪んだ形状を示す。
図1に示すように、従来のスタック型2次電池は、内部に電極組立体30が引き入れられて電解液が満たされるように内部空間が設けられるカン10と、前記カン10の内部空間の入口を覆って密閉させることにより電解液や内部で発生するガスが外部に流出することを防止するキャップ20とで構成する。
正極活物質が塗布されている正極板32と負極活物質が塗布されている負極板34とが分離膜36を介在した状態で順次に積層されている構造からなる。正極板32及び負極板34の一側端部には、それぞれ電気的連結のための正極端子33及び負極端子35が突出している。この時、正極端子33と負極端子35は、相互重ならないように相互反対側に突き出し、複数個の正極板32と負極板34が積層される場合、正極端子33と負極端子35はそれぞれ区分して積層される。
一方、正極板32と負極板34が直接接触すれば短絡が発生するので、前記正極板32と負極板34との間には分離膜36が挿入するが、前記分離膜36は、正極板32及び負極板34の胴体に該当する部位のみを覆うように四角形で製作され、正極端子33及び負極端子35が形成された部位は覆わない。従って、図2に示すように負極板34が若干歪む場合、分離膜36によって覆われた正極板32の胴体は、負極板34と接触する恐れがないが、分離膜36によって覆われない正極端子33は、負極板34と接触して短絡が発生し得るという短所がある。
本発明は、上記のような問題点を解決するために提案されたもので、正極板及び負極板が若干歪んでも、正極端子が負極板に接触するか負極端子が正極板に接触する現象を防止することができる分離膜及びこれを具備する2次電池を提供することに目的がある。
上記のような目的を達成するための本発明に係る2次電池電極組立体用分離膜は、正極端子が突出形成される正極板と負極端子が突出形成される負極板との間に位置し、前記正極板と負極板との間の電流の流れを遮断する2次電池電極組立体用分離膜において、前記正極端子と前記負極端子のいずれか一つ以上の端子と重なるように延長する延長部を具備する。
前記延長部は、重なる端子より長さは短くて幅は広く形成される。
前記延長部の長さは、0.2mm以上、10mm以下であり、前記延長部の幅は、前記端子の幅より0.2mm以上広いように設定される。
前記延長部は、前記正極端子の突出方向に沿って延長して前記正極端子一側面の全体または一部を覆う第1延長部と、前記負極端子の突出方向に沿って延長して前記負極端子一側面の全体または一部を覆う第2延長部とで構成する。
前記正極板と負極板のいずれか一つの極板が内部に引き入れられ、内部に引き入れられた極板のうち端子のみが外部に引き出されるポケット状に形成され、前記延長部は、外部に引き出される端子の両面にそれぞれ重なるように対で具備される。
前記端子が外側に引き出される地点を除いた残りの外側端が密封されるように構成する。
前記正極板と負極板のうち他の一つの極板と外側端一部が一致するように形成される。
前記正極板と負極板は、一つ以上の直線切断部を有する円板形状に形成され、前記正極端子と負極端子は、前記直線部から突き出すように形成され、前記正極板と負極板のうち他の一つの極板と重なるように積層された時、前記重なるように積層された極板の直線切断部と一致する直線整列部を具備する。
本発明に係る分離膜は、前記正極板が内部に引き入れられ、前記負極板と重なるように積層される。
本発明に係る2次電池は、交互に積層される複数個の正極板及び負極板と、前記で言及した構造で構成されて前記正極板及び負極板の間に位置する分離膜を具備する電極組立体と、前記電極組立体が内部に安着し、電解液が満たされるカンと、前記カンの入口を密閉させるキャップとを含む。
前記複数個の正極板から突出した複数個の正極端子は、一体に結合し、前記カンとキャップのいずれか一つに連結し、前記複数個の負極板から突出した複数個の負極端子は、一体に結合し、前記カンとキャップのうち他の一つに連結する。
前記正極端子と負極端子は、相互重ならないように一定間隔離隔して同一方向に延長し、前記延長部は、前記正極端子と前記負極端子のいずれか一つ以上の端子と重なるように延長する。
本発明に係る2次電池用分離膜及びこれを含む2次電池を利用すれば、正極板及び負極板が若干歪んでも、正極端子が負極板に接触するか負極端子が正極板に接触する現象を防止することができ、分離膜が占める体積を最小化させることで電池容量を最大化させることができ、化学反応によって活物質が成長しても、短絡の恐れを顕著に減少させることができるという長所がある。
以下、添付の図面を参照して、本発明に係る二次分離膜及びこれを具備する2次電池の実施例を詳しく説明する。
図3は、本発明に係る分離膜を含む2次電池の分解斜視図であり、図4は、本発明に係る分離膜の平面図であり、図5は、負極板が歪んだ電極組立体の平面図である。
本発明に係る分離膜330は、正極板310と負極板320との間に位置し、正極板310と負極板320との間の電流の流れを遮断する役割をする2次電池電極組立体300用分離膜330であり、交互に積層された正極板310と負極板320がある程度歪んでも、正極板310に形成された正極端子312が負極板320に接触するか負極板320に形成された負極端子322が正極板310に接触しないように、前記正極端子312と負極端子322の一部を覆うことができる形状に形成されるという点で最も大きな特徴がある。つまり、本発明に係る分離膜330は、図3及び図4に示すように、正極端子312と重なるように延長する第1延長部332と、負極端子322と重なるように延長する第2延長部332とを具備する。このように第1延長部332及び第2延長部332が具備された分離膜330が正極板310と負極板320との間に位置すれば、図5に示すように、負極板320が一側に若干歪んで負極板320が正極端子312と重なるようになっても、負極板320と正極端子312との間に分離膜330(さらに明確には、第1延長部332)が位置するので、短絡が発生しなくなる。
一方、前記延長部332の幅が正極端子312の幅より小さければ、負極板320が歪んだ時に正極端子312と接触し得るので、前記延長部332の幅は、正極端子312の幅より大きく形成されることが好ましい。この時、正極端子312全体が延長部332によって覆われるように構成されれば、つまり、前記延長部332が正極端子312より幅も大きくて長さも長く形成されれば、負極板320がどれほど歪むかに関係なく、正極板310と負極板320との間の短絡が防止されることができる。しかし、このように延長部332が大きく製作されて正極端子312の一面を完全に覆えば、複数個の延長部332を一体に結合して通電させることに困難があり、延長部332の大きさが大きくなるほど正極端子312の露出面積が狭くなり、電解液の投入量が少なくなるので、電池容量が減る恐れがある。従って、前記延長部332は、負極板320が歪んだ時、負極板320と対応する地点の正極端子312一面が覆われる範囲内で最も小さく形成されることが好ましい。
この時、前記負極板320は、正極端子312の突出方向に移動しても正極端子312の長さほど移動はしないので、前記分離膜330から延長する延長部332は、正極端子312の幅方向両端を全て覆うように形成され、正極端子312の終端まで延長する必要はない。つまり、前記延長部332は、重なる正極端子312より長さは短くて幅は広く形成されることが好ましい。
一方、前記延長部332の長さが短すぎれば、負極板が一側に若干歪んだ時に短絡現象が発生し、前記延長部332の長さが長すぎれば、その分カン100の大きさが大きくならなければならないので、2次電池の全体の大きさに対して容量が小さくなるという問題点がある。また、延長部332の幅の場合でも過度に狭く製作されれば、短絡の恐れがある。この時、正極板310と負極板320と分離膜330は、一般にテープなどのような別途の固定手段で相互固定されるので、正極板310と負極板320と分離膜330の配列が大きく乱れる場合は簡単に発生しない。従って、延長部332の長さは、0.2mm以上、10mm以下に設定し、前記延長部の幅は、前記端子の幅より0.2mm以上広く設定することが好ましい。
上記で言及したように延長部332の規格が限定されれば、負極板320が一側にある程度歪んでも短絡現象が発生せず、延長部332の大きさの最小化を通じて電池容量を最大化させることができるという長所がある。一方、上記では、負極板320が歪んで負極板320が正極端子312に接触する場合のみを説明しているが、反対に、正極板310が歪んで正極板310が負極端子322に接触することもあるので、前記延長部332は、本実施例に示すように、正極端子312を覆う第1延長部332と、負極端子322を覆う第2延長部334とに区分される。もちろん、負極板320が歪む恐れだけがある場合は、第1延長部332のみが具備されてもよく、正極板310が歪む恐れだけがある場合は、第2延長部334のみが具備されてもよい。
図6は、本発明に係る分離膜330の第2実施例の使用状態図であり、図7及び図8は、本発明に係る分離膜330の第2実施例が適用された電極組立体300の平面図である。
正極板310と負極板320を電気的に遮断させるための分離膜330は、図3乃至図5に示すように、一枚のシート状で形成されてもよく、正極板310や負極板320の積層位置を固定させ、積層工程を単純化させるために、正極板310や負極板320が内部に引き入れられるポケット状に形成されてもよい。この時、負極板320は、一般にカン100やキャップ200に接触して接地され、前記分離膜330がポケット状に製作される場合、正極板310が分離膜330の内側に引き入れられるように構成することが好ましい。
このように、前記分離膜330がポケット状に製作される場合も、前記分離膜330に延長部332が形成されることができる。つまり、前記分離膜330が正極板310のうち正極端子312が形成された部位のみ外部に引き出し、残りの部位は内側に引き入れられるポケット状に形成される場合、図6及び図7に示すように、延長部332は、正極端子312の両面をそれぞれ覆うように対で具備される。図3乃至図5に示すように、延長部332が個別形態の分離膜330に形成される場合と同様に、延長部332がポケット型分離膜330に形成される場合にも、前記延長部332は、正極端子312全体を覆うものではなく、正極端子312の内側(突出方向反対側)の一部のみを覆うように構成され、延長部332の長さは、0.2mm以上、10mm以下に設定され、延長部332の幅は、正極端子312の幅より0.2mm広く製作することが好ましい。このように延長部332の長さと幅を限定する理由は、前記本発明に係る分離膜330の第1実施例と同一であるので、これに対する詳しい説明は省略する。従って、正極板310が組み込まれた分離膜330と負極板320が交互に積層された状態で、図8に示すように負極板320が一側に歪むとしても、負極板320は延長部332と接触するだけで正極端子312とは接触しないので、短絡が発生しなくなる。
また、分離膜330が負極板320より大きく製作されれば、分離膜330と負極板320を交互に積層する時に、分離膜330の中心と正極板310の中心と負極板320の中心を正確に一致させられないので、前記分離膜330は、負極板320と外側端が一致するように製作することが好ましい。もちろん、分離膜330の外側端のうち、延長部332が形成された地点と前記負極端子322と対応する地点は、負極板320の外側端と一致しないので、前記分離膜330は、前記二つの地点を除いた部位の外側端が前記負極板320の外側端と一致するように構成する必要がある。
一方、2次電池が使用されることにより、前記正極板310に塗布された活物質は次第に成長するが、分離膜330がポケット状に形成される場合、つまり、分離膜330の外側端のうちの正極端子312が外部に引き出される地点を除いた残りの部位が密封される場合は、成長する活物質が分離膜330の内部を全て満たした後、結局、正極板310の引き出し地点を通じて外部に排出される現象が発生する。この時、分離膜330に延長部332がなく、単純に正極端子312が引き出される引出口のみが形成されれば、前記活物質が少しでも分離膜330の外部に排出された時に活物質と負極板320が接触するので、活物質を媒介体として正極板310と負極板320が電気的に連結されて短絡が発生するという問題点がある。しかし、図6及び図7に示すように、正極端子312が引き出される地点に延長部332が形成されれば、前記活物質が成長して分離膜330の外部にある程度引き出されても延長部332によって覆われるので、短絡の恐れが顕著に減少するという長所がある。
図9は、本発明に係る分離膜330の第3実施例を含む2次電池の分解斜視図であり、図10は、本発明に係る分離膜330の第3実施例と正極板310の配置構造を示す平面図であり、図11は、本発明に係る分離膜330の第3実施例と負極板320の積層構造を示す分解斜視図である。
2次電池は、図1乃至図8に示すように、直六面体状に製作してもよく、図9及び図10に示すように、コイン状に製作してもよい。この時、正極板310と負極板320が円板状に製作され、カン100とキャップ200が正極板310及び負極板320より直径の若干大きい円筒状に製作されれば、正極板310及び負極板320から正極端子312及び負極端子322が突き出されて複数個の正極端子312が一体に結合し、複数個の負極端子322が一体に結合される空間が確保できなくなるという問題点がある。もちろん、正極板310及び負極板320よりカン100とキャップ200を大きく製作すれば、正極端子312及び負極端子322が突き出して結合される空間が確保されるが、このような場合、カン100とキャップ200内部空間のうち正極板310と負極板320で満たされない空の空間が大きく発生するので、2次電池の大きさに対して電池容量が小さくなるという問題点がある。
従って、2次電池がコイン型に製作される場合、正極板310と負極板320は、一つ以上の直線切断部311、321を有する円板状に形成され、前記正極端子312と負極端子322は、前記直線部から突き出すことが好ましい。また、本実施例に示すように、分離膜330がポケット状に形成されて内側に正極板310が引き入れられる場合、前記分離膜330は、負極板320と重なるように積層された時に負極板320の直線切断部321と一致する直線整列部331を具備することが好ましい。このように負極板320と分離膜330に直線切断部321と直線整列部331が具備されれば、組立者は、前記直線切断部321と直線整列部331を一致させる操作だけで、負極板320と分離膜330を正確に上下に積層させることができるという長所がある。
一方、本実施例では、正極板310と負極板320に直線切断部311、321がそれぞれ2個ずつ形成され、正極板310と負極板320は、相互反対側の直線切断部311、321から正極端子312及び負極端子322が突出形成される構造のみを示しているが、前記正極板310と負極板320には、直線切断部311、321が同一側にそれぞれ一つずつのみ形成されることができる。この時、正極端子312及び負極端子322が直線切断部311、321の中間部位から突出形成されれば、正極板310と負極板320が積層された時に正極端子312と負極端子322が相互重なるようになり、前記正極端子312は、直線切断部311のいずれか一側に偏った地点に形成され、前記負極端子322は、直線切断部321の反対側方向に偏った地点に形成される必要がある。
2次電池がコイン型に製作されて分離膜330の前方と後方(正極端子312が突き出す方向と負極端子322が突き出す方向)に直線整列部331が形成される場合にも、延長部332の長さは0.2mm以上、10mm以上に設定され、延長部332の幅は、正極端子312の幅より0.2mm以上広く形成されることが好ましい。このように2次電池がコイン型に製作される場合、延長部332が追加形成されることにより得られる効果は、図6乃至図8に示した実施例の効果と同一であるので、これに対する詳しい説明は省略する。
2次電池がコイン型に製作されて分離膜330の前方と後方(正極端子312が突き出す方向と負極端子322が突き出す方向)に直線整列部331が形成される場合にも、延長部332の長さは0.2mm以上、10mm以上に設定され、延長部332の幅は、正極端子312の幅より0.2mm以上広く形成されることが好ましい。このように2次電池がコイン型に製作される場合、延長部332が追加形成されることにより得られる効果は、図6乃至図8に示した実施例の効果と同一であるので、これに対する詳しい説明は省略する。
一方、本実施例では、分離膜330がポケット状に製作される時に正極板310が分離膜330に引き入れられる場合のみを説明しているが、正極板310の代わりに負極板320が分離膜330に引き入れられるように構成してもよい。このように負極板320が分離膜330に引き入れられる場合、正極板310が分離膜330と同一の大きさで製作され、負極板320は分離膜330より若干小さい大きさで製作される必要がある。また、分離膜330の直線整列部331は、正極板310の直線切断部311と一致するように構成する必要がある。
一方、本発明は、上記で言及したように延長部332が形成された分離膜330を含むように構成する2次電池を提供する。つまり、本発明に係る2次電池は、交互に積層される複数個の正極板310及び負極板320と、上記で言及したように延長部332を構造として構成され、前記正極板310及び負極板320の間に位置する分離膜330を具備する電極組立体300と、前記電極組立体300が内部に安着し、電解液が満たされるカン100と、前記カン100の入口を密閉させるキャップ200とを含むように構成する。このように複数個の正極板310と複数個の負極板320が交互に積層された電極組立体300がカン100とキャップ200の内部に安着するように構成する場合、カン100とキャップ200がそれぞれ互いに異なる極の電源端子の役割ができるように、前記複数個の正極板310から突出した複数個の正極端子312は、一体に結合してカン100とキャップ200のいずれか一つに連結し、前記複数個の負極板320から突出した複数個の負極端子322は、一体に結合してカン100とキャップ200のうち他の一つに連結される。この時、カン100とキャップ200の間には絶縁材が挿入されて、カン100とキャップ200が電気的に隔離するように構成する必要がある。
図12及び図13は、本発明に係る分離膜の第3実施例の結合構造を示す分解斜視図及び平面図である。
正極端子312と負極端子322は、図3乃至図10に示すように相互反対方向に延長するように構成してもよく、図11及び図12に示すように、相互重ならないように一定間隔離隔して同一方向に延長してもよい。このように正極端子312と負極端子322が同一方向に延長する場合、前記正極端子312と負極端子322は、正極板310と負極板320の中間に位置できず、左右側に偏って配置する必要があり、前記延長部332も正極端子312の位置によって形成位置が調整される必要がある。
一方、正極端子312と負極端子322が同一方向に延長される場合も、分離膜330は、図12及び図13に示すように、ポケット状に製作してもよく、単純なシート状に製作してもよい。また、前記延長部332は、正極端子312及び負極端子322と全て重なるように形成してもよく、本実施例に示すように、正極端子312とのみ重なるように形成してもよい。
以上、本発明を好ましい実施例を使用して詳しく説明したが、本発明の範囲は、特定実施例に限定されるものではなく、添付の特許請求の範囲によって解釈されなければならない。また、この技術分野で通常の知識を習得した者なら、本発明の範囲から逸脱せず多くの修正と変形が可能であることを理解すべきである。
本発明は、2次電池、エネルギー保存システム(energy storage system)等に利用されることができる。
Claims (12)
- 正極端子が突出形成される正極板と負極端子が突出形成される負極板との間に位置し、前記正極板と負極板との間の電流の流れを遮断する2次電池電極組立体用分離膜において、
前記正極端子と前記負極端子のいずれか一つ以上の端子と重なるように延長する延長部を具備することを特徴とする2次電池電極組立体用分離膜。 - 前記延長部は、重なる端子より長さは短くて幅は広いことを特徴とする請求項1に記載の2次電池電極組立体用分離膜。
- 前記延長部の長さは、0.2mm以上、10mm以下であり、前記延長部の幅は、前記端子の幅より0.2mm以上広いことを特徴とする請求項2に記載の2次電池電極組立体用分離膜。
- 前記延長部は、前記正極端子の突出方向に沿って延長して前記正極端子一側面の全体または一部を覆う第1延長部と、前記負極端子の突出方向に沿って延長して前記負極端子一側面の全体または一部を覆う第2延長部とで構成することを特徴とする請求項1に記載の2次電池電極組立体用分離膜。
- 前記正極板と負極板のいずれか一つの極板が内部に引き入れられ、内部に引き入れられた極板のうち端子のみが外部に引き出されるポケット状に形成され、前記延長部は、外部に引き出される端子の両面にそれぞれ重なるように対で具備されることを特徴とする請求項1に記載の2次電池電極組立体用分離膜。
- 前記端子が外側に引き出される地点を除いた残りの外側端が密封されることを特徴とする請求項5に記載の2次電池電極組立体用分離膜。
- 前記正極板と負極板のうち他の一つの極板と外側端一部が一致するように形成されることを特徴とする請求項5に記載の2次電池電極組立体用分離膜。
- 前記正極板と負極板は、一つ以上の直線切断部を有する円板状に形成され、前記正極端子と負極端子は、前記直線部から突き出すように形成され、
前記正極板と負極板のうち他の一つの極板と重なるように積層された時、前記重なるように積層された極板の直線切断部と一致する直線整列部を具備することを特徴とする請求項5に記載の2次電池電極組立体用分離膜。 - 前記正極板が内部に引き入れられ、前記負極板と重なるように積層されることを特徴とする請求項5に記載の2次電池電極組立体用分離膜。
- 交互に積層される複数個の正極板及び負極板と、請求項1乃至請求項9のいずれか一つの請求項による分離膜を具備する電極組立体と、
前記電極組立体が内部に安着し、電解液が満たされるカンと、
前記カンの入口を密閉させるキャップと、
を含むことを特徴とする2次電池。 - 前記複数個の正極板から突出した複数個の正極端子は、一体に結合し、前記カンとキャップのいずれか一つに連結し、前記複数個の負極板から突出した複数個の負極端子は、一体に結合し、前記カンとキャップのうち他の一つに連結することを特徴とする請求項10に記載の2次電池。
- 前記正極端子と負極端子は、相互重ならないように一定間隔離隔して同一方向に延長し、
前記延長部は、前記正極端子と前記負極端子のいずれか一つ以上の端子と重なるように延長することを特徴とする請求項10に記載の2次電池。
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