JP2015536536A - 電極リード及びそれを含む二次電池 - Google Patents
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Abstract
本発明による電極リードは、二次電池の外装材の内部に備えられた電極組立体を外装材の外部と電気的に連結させる電極リードであって、前記外装材のシーリング部に介在し、前記電極組立体の電極タブが取り付けられ、前記外装材の内部と外部との間でガスが移動できるようにガス流路が形成された内部リード；及び前記ガス流路に挿入可能に構成され、前記ガス流路に挿入されたとき、前記内部リードと電気的に連結されて前記ガス流路の一端を密閉させ、前記ガス流路に流れ込んだガスの圧力が所定圧力以上の場合、前記ガス流路から分離されて前記内部リードとの電気的連結が遮断される外部リードを含む。
Description
本発明は、二次電池に関し、より詳しくは、二次電池の内圧が増加するとき、安全性が向上できるように構造が改善された電極リード、該電極リードを含む二次電池及びバッテリーパックに関する。
本出願は、２０１２年１０月１８日出願の韓国特許出願第１０−２０１２−０１１５９４１号に基づく優先権を主張し、該当出願の明細書及び図面に開示された内容は、すべて本出願に援用される。
一般に、二次電池は充電が不可能な一次電池と違い、充放電が可能な電池を意味し、携帯電話、ノートパソコン、カムコーダーなどの電子機器または電気自動車などに広く使用されている。特に、リチウム二次電池は作動電圧が３．６Ｖ程度であって、電子装備の電源として広く使用されるニッケル−カドミウム電池またはニッケル−水素電池より約３倍の容量を有し、単位重量当りのエネルギー密度が高いため、その活用が急速に増加している。
このようなリチウム二次電池は、主にリチウム系酸化物と炭素材をそれぞれ正極活物質と負極活物質として使用する。リチウム二次電池は、このような正極活物質と負極活物質がそれぞれ塗布された正極板と負極板がセパレータを介在して配置された電極組立体、及び電極組立体を電解液とともに密封収納する外装材、すなわち電池ケースを備える。
一方、リチウム二次電池は外装材の形状によって、電極組立体が金属缶に収納されている缶型二次電池と、電極組立体がアルミニウムラミネートシートのパウチに収納されているパウチ型二次電池とに分類できる。
二次電池は、一般に、電極組立体が外装材に収納された状態で液状の電解質、すなわち電解液を注入し、外装材を密封する過程を経て製造される。
図１は従来のパウチ型二次電池の構成を示した分解斜視図であり、図２は図１のパウチ型二次電池が組み立てられた状態を示した図である。
図１及び図２に示されたように、パウチ型二次電池は一般に、電極組立体２０及び前記電極組立体２０を収容するパウチ外装材３０からなる。
ここで、電極組立体２０は、正極板と負極板、そしてその間に介在されたセパレータを基本構造にし、パウチ外装材３０に形成された内部空間に収容される。このとき、パウチ外装材３０は上部パウチ３１と下部パウチ３２で形成され、上部パウチ３１と下部パウチ３２の周縁にはシーリング部が設けられ、該シーリング部が互いに接着することで電極組立体２０が収容された内部空間が密閉される。
一方、正極板と負極板からは、それぞれ１つ以上の正極タブ２１と負極タブ２２が延設される。また、正極タブ２１と負極タブ２２はそれぞれ電極リード１０、すなわち正極リード１１と負極リード１２に結合される。正極リード１１と負極リード１２の一部はパウチ外装材３０の外部に露出することで、二次電池の外部構成、例えば、他の二次電池や外部装置と電気的に連結できるように電極端子を形成する。
このような二次電池に対し、最も重要な問題の１つとして安全性の確保が注目されている。ノートパソコンや携帯電話のように二次電池が適用される携帯用装置は益々増えており、携帯用装置の性能及び可用時間に対する要求が高まるにつれて、そこに使用される二次電池の出力及び容量は継続的に増大している。このような状況で、二次電池の安全性が確保されなければ、電池の損傷は勿論、感電や火事、爆発のような事故につながる恐れがあり、人命及び財産の被害をもたらし得る。したがって、このような二次電池の安全性を確保するために多様な保護装置が適用または試みられている。
しかし、未だ二次電池に対する安全性が確実に確保されたとは言い難い状況である。特に、二次電池の使用中に二次電池の内部でガスが発生することがあるが、この場合、二次電池の内部圧力が増加して膨張（ｓｗｅｌｌｉｎｇ）現象が起こり得る。
このようなガスの発生は、過充電や過放電、短絡などのように多様な原因によって生じ得るが、それにより二次電池が損傷されることは勿論、爆発や発火などにまでつながるため問題になる。特に、二次電池が爆発や発火する場合、二次電池が適用された装置の破損は勿論、それを使用するユーザに傷害を負わせるという深刻な結果をもたらす恐れがある。また、二次電池の外装材３０の破損によって二次電池内部の電解液が流出し、短絡や感電のような被害をもたらす恐れもある。さらに、バッテリーで駆動されるハイブリッド車両や電気自動車、または電力貯蔵装置などの場合、出力と容量が非常に大きいため、このような内部ガスの発生による被害は一層深刻になり得る。
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、二次電池の内部でガスが発生したとき、発生したガスを外部に排出するとともに、外部との電気的連結を遮断できる、安全性が向上した新規な形態の電極リード、該電極リードを含む二次電池及びバッテリーパックを提供することを目的とする。
本発明の他の目的及び長所は、下記する説明によって理解でき、本発明の実施例によってより明らかに分かるであろう。また、本発明の目的及び長所は、特許請求の範囲に示される手段及びその組合せによって実現することができる。
上記の課題を達成するため、本発明による電極リードは、二次電池の外装材の内部に備えられた電極組立体を外装材の外部と電気的に連結させる電極リードであって、前記外装材のシーリング部に介在し、前記電極組立体の電極タブが取り付けられ、前記外装材の内部と外部との間でガスが移動できるようにガス流路が形成された内部リード；及び前記ガス流路に挿入可能に構成され、前記ガス流路に挿入されたとき、前記内部リードと電気的に連結されて前記ガス流路の一端を密閉させ、前記ガス流路に流れ込んだガスの圧力が所定圧力以上の場合、前記ガス流路から分離されて前記内部リードとの電気的連結が遮断される外部リードを含む。
望ましくは、前記内部リードは、前記シーリング部に介在する部分の外形が円形または楕円形である。
また望ましくは、前記内部リードは、前記シーリング部と接触する部位にシーリング部材を備える。
また望ましくは、前記ガス流路は、前記電極組立体側の端部の断面積が前記電極組立体の方に行くほど広くなる。
また望ましくは、前記外部リードと前記内部リードとの間にリング型パッキング部材をさらに含む。
また望ましくは、前記内部リードには前記ガス流路が１つ以上形成される。
また、上記の課題を達成するため、本発明による二次電池は、上述した電極リードを含む。
また、上記の課題を達成するため、本発明によるバッテリーパックは、上述した電極リードを含む。
本発明の一態様によれば、二次電池の内部でガスが発生して内圧が増加する場合、内部リードと外部リードとが分離されて二次電池内部のガスが二次電池の外部に排出される。
したがって、二次電池の内圧増加による損傷、爆発または発火、そしてそれによる人命及び財産の被害を防止することができる。
また、本発明の他の態様によれば、内圧の増加によって内部リードと外部リードとが物理的に分離される場合、二次電池の内部と外部との電気的連結が遮断される。
したがって、二次電池の内圧が増加して爆発や発火の危険性がある場合、電流の流れを事前に遮断して二次電池の内部におけるさらなるガスの発生を防止し、感電や爆発、火事の発生を予防することは勿論、二次電池と連結された外部装置への電流の流れを遮断して外部装置の損傷を防止することができる。
本発明は他の多様な効果を奏し得る。このような本発明の他の効果は下記する説明によって理解でき、本発明の実施例によってより明らかに分かるであろう。
本明細書に添付される次の図面は、本発明の望ましい実施例を例示するものであり、発明の詳細な説明とともに本発明の技術的な思想をさらに理解させる役割をするため、本発明は図面に記載された事項だけに限定されて解釈されてはならない。
従来のパウチ型二次電池の構成を示した分解斜視図である。
図１のパウチ型二次電池が組み立てられた状態を示した図である。
本発明の一実施例による二次電池の構成を概略的に示した分解斜視図である。
図３の二次電池が組み立てられた状態を示した図である。
本発明の一実施例による電極リードにおいて、内部リードと外部リードとが分離された状態の構成を概略的に示した図である。
図５の電極リードの内部リードと外部リードとが結合された状態の構成を概略的に示した図である。
図４のＡ−Ａ'矢視断面図である。
図４のＢ−Ｂ'矢視断面図である。
本発明の他の実施例による内部リードにおいて、シーリング部と接触する部分の構成を概略的に示した断面図である。
本発明の他の実施例による内部リードにおいて、シーリング部と接触する部分の構成を概略的に示した断面図である。
本発明の一実施例による二次電池において、内圧増加により外部リードが内部リードのガス流路から分離される構成を概略的に示した断面図である。
本発明の一実施例による内部リード及び外部リードの構成を概略的に示した断面図である。
本発明の他の実施例による二次電池の構成を概略的に示した斜視図である。
図１３に示された内部リード及び外部リードにおいて、電気伝導性物質を形成する構成を概略的に示した上面図である。
本発明の他の実施例による電極リードの内部リードの構成を概略的に示した側断面図である。
本発明のさらに他の実施例による電極リードにおいて、内部リードと外部リードとが分離された状態の構成を概略的に示した斜視図である。
本発明のさらに他の実施例による電極リードの構成を概略的に示した側断面図である。
本発明のさらに他の実施例による電極リードの構成を概略的に示した斜視図である。
本発明のさらに他の実施例による電極リードの構成を概略的に示した斜視図である。
本発明のさらに他の実施例による電極リードの構成を概略的に示した斜視図である。
本発明のさらに他の実施例による二次電池の構成を概略的に示した斜視図である。
本発明のさらに他の実施例による二次電池の構成を概略的に示した斜視図である。
以下、添付された図面を参照して本発明の望ましい実施例を詳しく説明する。これに先立ち、本明細書及び請求範囲に使われた用語や単語は通常的や辞書的な意味に限定して解釈されてはならず、発明者自らは発明を最善の方法で説明するために用語の概念を適切に定義できるという原則に則して本発明の技術的な思想に応ずる意味及び概念で解釈されねばならない。
したがって、本明細書に記載された実施例及び図面に示された構成は、本発明のもっとも望ましい一実施例に過ぎず、本発明の技術的な思想のすべてを代弁するものではないため、本出願の時点においてこれらに代替できる多様な均等物及び変形例があり得ることを理解せねばならない。
図３は本発明の一実施例による二次電池の構成を概略的に示した分解斜視図であり、図４は図３の二次電池が組み立てられた状態を示した図である。
図３及び図４を参照すれば、本発明による二次電池は、電極組立体２０、外装材３０及び電極リード１００を含む。
前記電極組立体２０は、１つ以上の正極板と１つ以上の負極板とがセパレータを介在して配置された形態で構成される。このとき、電極組立体２０は多数の正極板及び負極板が積層された状態で外装材３０に収納されるか、又は、１つの正極板と１つの負極板とが巻き取られた状態で外装材３０に収納され得る。電極組立体２０の電極板は、集電体に活物質スラリーが塗布されて形成される。スラリーは、通常、粒状の活物質、補助導体、バインダー及び可塑剤などが溶媒に添加された状態で撹拌されて製造され得る。また、それぞれの電極板にはスラリーが塗布されていない無地部が存在し得、無地部にはそれぞれの電極板に対応する電極タブが形成される。電極タブ、すなわち正極タブ２１と負極タブ２２は、それぞれ正極板と負極板に１つまたはそれ以上形成される。正極タブ２１または負極タブ２２は正極板または負極板に取り付けられた形態で突設され、それぞれ正極集電体または負極集電体と同一材質で構成され得る。
前記外装材３０は、凹状の内部空間を有し、該内部空間に電極組立体２０及び電解液が収納される。
特に、本発明による二次電池は、パウチ型二次電池への適用に適し、この場合、外装材３０はポリマー材質の絶縁層と接着層との間にアルミニウム薄膜が介在されたアルミニウムパウチ形態で構成され得る。
このとき、パウチ外装材３０は、図示されたように、上部パウチ３１と下部パウチ３２からなり得る。また、電極組立体２０が収納される空間は、図３に示されたように、上部パウチ３１と下部パウチ３２の両方に形成されるか、それとも、上部パウチ３１または下部パウチ３２のいずれか一方のみに形成され得る。一方、上部パウチ３１や下部パウチ３２の収納空間に電極組立体２０を収納した後、上部パウチ３１のシーリング部Ｓ１の接着層と下部パウチ３２のシーリング部Ｓ２の接着層とを熱融着などによって接着し得る。
前記電極リード１００は、二次電池を外部の他の二次電池または他の装置と電気的に連結させる。そのために、前記電極リード１００は、二次電池の外装材３０のシーリング部Ｓに介在され、内側端部が外装材３０内部の電極組立体２０側に突出し、外側端部が外装材３０の外部に突出する。
図５は、本発明の一実施例による電極リード１００において、内部リード１１０と外部リード１２０とが分離された状態の構成を概略的に示した図である。また、図６は、図５の電極リード１００の内部リード１１０と外部リード１２０とが結合された状態の構成を概略的に示した図である。
図３から図６を参照すれば、本発明による電極リード１００は内部リード１１０と外部リード１２０を含む。
前記内部リード１１０は、電極リード１００において二次電池の内部方向、すなわち電極組立体２０が存在する方向に位置する。
前記内部リード１１０は、一側端部に電極組立体２０の電極タブが取り付けられる。すなわち、内部リード１１０は正極リードまたは負極リードと取り付けられ得るが、正極タブ２１が取り付けられる場合は内部リード１１０が正極リードとして機能し、負極タブ２２が取り付けられる場合は内部リード１１０が負極リードとして機能する。
前記内部リード１１０は、図５のＷで示したように、内側端部に電極タブと取り付けられるための付着領域が形成されることが望ましい。また、このような内部リード１１０の付着領域Ｗに、電極組立体２０の電極タブが取り付けられる。このとき、電極タブと容易に取り付けられるように、前記内部リード１１０の付着領域Ｗは平坦面を有することが望ましい。
前記内部リード１１０は、少なくとも一部分が外装材３０のシーリング部Ｓに介在される。
図７は、図４のＡ−Ａ'矢視断面図である。
図７を参照すれば、前記内部リード１１０は、上部パウチ３１のシーリング部Ｓ１と下部パウチ３２のシーリング部Ｓ２との間に介在し、上部パウチ３１と内部リード１１０との間、下部パウチ３２と内部リード１１０との間が完全に密着して、外装材３０の密閉性が維持できることが望ましい。
内部リード１１０は、図７のＤで示した部分のように、内側端部の外面が外装材３０の内面と接着することが望ましい。例えば、内部リード１１０の内側端部の外面とそれと接触する外装材３０の内面との間に接着テープのような接着層を備えて、内部リード１１０と外装材３０の内面とを接着させることが望ましい。
このような実施例によれば、内部リード１１０の内側端部と外装材３０とが確実に密着して、その間が広がることを防止できる。もし、内部リード１１０の内側端部の外面が外装材３０の内面と完全に密着されなければ、内部リード１１０の内側端部と外装材３０との間に隙間が空いて、二次電池の内部で発生したガスの一部がこのような隙間に流れ込んでしまい、二次電池の内部で発生したガスがガス流路に円滑に流れ込むことができなくなり、ガス流路に挿入された外部リード１２０を外側に押し出せない恐れがある。それにより、二次電池の内圧が高くなったにもかかわらず、外部リード１２０が内部リード１１０のガス流路から分離されないことが生じ得る。さらに、二次電池の内部で発生したガスが内部リード１１０の内側端部と外装材３０との間の隙間に流れ込めば、このような隙間が段々広くなってしまい、内部リード１１０と外装材３０との間の密閉性が低下する恐れがある。しかし、上記の実施例のように、内部リード１１０の内側端部の外面を外装材３０の内面と接着させれば、内部リード１１０と外装材３０との間の密閉性がより確実に確保され、二次電池内部のガスが内部リード１１０のガス流路に円滑に流れ込むように誘導することができる。
一方、前記内部リード１１０は、図５に示されたように、外装材３０のシーリング部Ｓと接触する部位にシーリング部材１１３を備える。内部リード１１０の材質とパウチの接着層の材質とが異なり、内部リード１１０と外装材３０とが接着されないこともあるため、シーリング部材１１３は内部リード１１０と外装材３０とを接着され易くする。したがって、このような実施例によれば、内部リード１１０と外装材３０との間に隙間が生ずることを防止して、二次電池の外装材３０の密閉性を向上させ、内部リード１１０と外装材３０との間を通って二次電池内外部の気体の流入／流出や電解液の流出を効果的に防止することができる。このようなシーリング部材１１３としては、シーラント（ｓｅａｌａｎｔ）を用いることができるが、本発明がシーリング部材１１３の形態によって限定されることはない。
望ましくは、前記内部リード１１０は、外装材３０のシーリング部Ｓに介在される部分が楕円形で形成される。これについては、図８を参照して説明する。
図８は、図４のＢ−Ｂ'矢視断面図である。
図８を参照すれば、内部リード１１０において、外装材３０のシーリング部Ｓと接触する部分は楕円形である。このような内部リード１１０の形態によれば、内部リード１１０と外装材３０とをより確実に封止することができる。すなわち、外装材３０のシーリング部Ｓとの接触部分で、内部リード１１０が長方形のように角立った形態である場合、内部リード１１０と外装材３０とのシーリングが容易ではなく、内部リード１１０と外装材３０との間に隙間が生じ得る。しかし、上記の実施例のように、内部リード１１０が外装材３０のシーリング部Ｓと接触する部分の外形を楕円形にすれば、外装材３０とのシーリング性を一層向上させることができる。
図９及び図１０は、本発明の他の実施例による内部リード１１０において、シーリング部Ｓと接触する部分の構成を概略的に示した断面図である。
まず、図９に示されたように、内部リード１１０とシーリング部Ｓとが接触する部分の外形が円形であっても良い。このような実施例の場合にも、断面が楕円形である場合と同様に、外装材３０と内部リード１１０との間の密着性を向上させることができる。
また、図１０に示されたように、内部リード１１０とシーリング部Ｓとが接触する部分の外形が、一部に丸みを付けた形態であっても良い。このような実施例によれば、特に角部分は丸く構成され、水平方向は平たく構成されることで、外装材３０と内部リード１１０との間の密着性を向上させることができる。
ただし、本発明がこのような形態を有する内部リード１１０に制限されることはなく、シーリング部Ｓと接触する部分における内部リード１１０の外形は多様に構成され得る。
前記内部リード１１０には、図５のＨで示したように、ガス流路が形成される。このようなガス流路Ｈは、内部リード１１０を貫通して形成されるが、このときの貫通方向は内部リード１１０が外装材３０に取り付けられたとき、外装材３０の内部と外部との間の方向であり得る。すなわち、図５に基づいて説明すれば、内部リード１１０の左側に電極組立体２０が位置して、内部リード１１０の左側が二次電池の内部方向、右側が二次電池の外部方向になり、ガス流路Ｈは図面にて左右方向に形成される。
このように、内部リード１１０にはガス流路Ｈが形成されているため、ガス流路Ｈを通って外装材３０の内部と外部との間でガスが移動することができる。より望ましくは、前記内部リード１１０のガス流路Ｈは、外装材３０の内部に存在するガスを外装材３０の外部に移動させる。一般に、外装材３０はシーリング部Ｓが密封され、内部と外部との間にガスが移動できない形態で構成される。本発明による外装材３０も、シーリング部Ｓが密封されているが、シーリング部Ｓに介在された内部リード１１０にガス流路Ｈが形成されることで、外装材３０の内部と外部との間からガスが移動できる。したがって、本発明によれば、活物質や電解液の気化又は分解などによって二次電池の内部でガスが発生する場合、内部リード１１０のガス流路Ｈを通って外装材３０内部のガスを外装材３０の外部に排出することができる。
前記外部リード１２０は、内部リード１１０のガス流路Ｈに挿入可能に構成される。また、常態では、外部リード１２０が内部リード１１０のガス流路Ｈに挿入されている。したがって、この場合、外装材３０の内部と外部との間でガス流路Ｈを通ってガスが移動することはできない。
そのため、外部リード１２０は、少なくとも一部が内部リード１１０のガス流路Ｈに対応する形態で構成される。より具体的に、図５を参照すれば、外部リード１２０においてＦ１で示された部分が、ガス流路Ｈに対応する形態で構成されたものであって、この部分がガス流路Ｈに挿入される。
二次電池の常態では、外部リード１２０が内部リード１１０のガス流路Ｈに挿入されており、この場合、外部リード１２０は内部リード１１０と電気的に連結されて、電極組立体２０で生成された電流が内部リード１１０及び外部リード１２０を経て二次電池の外部に提供される。したがって、このような状態で外部リード１２０は、二次電池と連結される外部の他の構成、例えば、他の二次電池や外部装置と連結できる外部端子を提供することになる。
また、外部リード１２０は、内部リード１１０のガス流路Ｈに挿入されれば、ガス流路Ｈの一端を密閉する。すなわち、図６に示されたように、外部リード１２０はガス流路Ｈの右側端部の方から挿入され、ガス流路Ｈの右側端部を密閉することができる。また、このようにガス流路Ｈの右側端部が密閉されれば、二次電池の外装材３０の内部と外部と間でガス流路Ｈを通ってガスが流れることができない。したがって、常態では二次電池の外装材３０が密閉状態になる。このとき、前記外装材３０の密閉性を確保するためには、内部リード１１０と外部リード１２０とが、ガス流路と挿入部分Ｆ１との間にガスの通過可能な隙間が生じないように、完全に密着できる形態で構成されることが望ましい。
望ましくは、前記外部リード１２０は、ガス流路に挿入される部分の外側部分Ｆ２の断面積がガス流路Ｈに挿入される部分Ｆ１の断面積より大きく形成される。このような実施例によれば、外部リード１２０が内部リード１１０のガス流路Ｈに挿入された状態で、外側部分Ｆ２の突出された形態によって外部リード１２０と内部リード１１０との密閉性が向上することができる。したがって、外部リード１２０が内部リード１１０のガス流路Ｈに結合された状態で、ガス流路Ｈを通って二次電池の内部のガスが外部に漏れ出るか又は二次電池の外部のガスが内部に流れ込むことをより効果的に遮断することができる。
一方、前記外部リード１２０は、ガス流路Ｈに流れ込んだガスの圧力が所定圧力以上である場合、ガス流路Ｈから分離される。
図１１は、本発明の一実施例による二次電池において、内圧増加により外部リード１２０が内部リード１１０のガス流路Ｈから分離される構成を概略的に示した断面図である。図１１では、説明の便宜上、二次電池の正極タブ２１及びそれに連結された１つの電極リード１００のみを示すことにする。
図１１を参照すれば、過充電、短絡、貫通などのように、二次電池が非正常的な状態にある場合、電極組立体２０や電解液からガスが発生して二次電池の内圧が増加し、この場合、点線の矢印で示したように、内部リード１１０のガス流路Ｈにガスが流れ込む。このようなガスの流入によってガス流路Ｈの圧力が所定圧力以上に高くなれば、外部リード１２０は、図示されたように、内部リード１１０のガス流路Ｈから離脱する。このとき、外部リード１２０がガス流路Ｈから分離される基準になる所定圧力は、二次電池の仕様や外装材３０の種類、二次電池が適用された装置の種類など、様々な要素を考慮して多様に決定可能である。
このように、外部リード１２０が内部リード１１０のガス流路Ｈから分離されれば、ガス流路Ｈの密閉状態が解除されると共に、ガス流路Ｈを通って外装材３０内部のガスが外部に排出される。したがって、本発明のこのような態様によれば、二次電池の内圧が増加しても爆発や発火などを防止することができる。
のみならず、外部リード１２０がガス流路Ｈから分離されれば、外部リード１２０と内部リード１１０との電気的連結が遮断される。したがって、放電中には電極組立体２０で生成された電流が二次電池の外部に提供されず、充電中には外部充電器から提供された電流が二次電池の内部に流れることができない。したがって、本発明のこのような態様によれば、二次電池の内圧が増加して爆発や発火の危険がある場合、二次電池の充放電が中断されることで、二次電池の異常状態が持続することを防止し、二次電池に電気的に連結されている外部の他の構成の損傷及び破損などを防止することができる。
一方、内部リード１１０と外部リード１２０とは、互いに結合されたとき、二次電池において電気的な連結通路を提供するため、電気伝導性物質を含むことができる。
このとき、前記内部リード１１０及び／または外部リード１２０は、それ自体が１つの電気伝導性物質から成り得る。例えば、図５に示された内部リード１１０及び外部リード１２０は、それ全体が金属材質から構成され得る。ここで、内部リード１１０及び外部リード１２０を構成する金属には、銅、アルミニウム、ニッケル、鉄、クロム、金、銀、及びこれらうちの１つ以上を含む合金が含まれ得る。
前記内部リード１１０及び／または外部リード１２０は、電気伝導性物質の外面に電気的に非伝導性の物質がコーティングされることがより望ましい。例えば、図５の実施例において、内部リード１１０及び／または外部リード１２０の本体は電気伝導性物質からなり、本体の外面には電気非伝導性物質がコーティングされ得る。このような実施例によれば、内部リード１１０及び／または外部リード１２０の伝導性物質が外部に露出しないため、電流の漏れを防止し易く、伝導性物質の腐食を防止することもできる。
また、前記内部リード１１０及び／または外部リード１２０は、電気非伝導性物質からなり、該非伝導性物質上に電気伝導性物質を備えるように構成され得る。このような実施例については、図１２を参照してより詳細に説明する。
図１２は、本発明の一実施例による内部リード１１０及び外部リード１２０の構成を概略的に示した断面図である。
図１２を参照すれば、内部リード１１０及び外部リード１２０はそれぞれ本体が電気非伝導性物質から成り、それぞれ電気伝導性物質が備えられる。
すなわち、内部リード１１０は、電極タブが取り付けられる付着領域Ｗからガス流路Ｈの内側面に至るまで、電気伝導性物質から成るパターンＥ１が形成され得る。
また、外部リード１２０は、ガス流路Ｈに挿入される部分の外面から外側端部（図１２において外部リード１２０の右側端部）に至るまで、電気伝導性物質から成るパターンＥ２が形成され得る。
このとき、電気伝導性物質はコーティングまたは挿入などのように多様な形態で電気非伝導性物質に備えられ得る。
したがって、外部リード１２０が内部リード１１０のガス流路Ｈに挿入されれば、内部リード１１０のガス流路Ｈの内面に備えられた電気伝導性物質パターンＥ１と外部リード１２０の挿入部分の外面に備えられた電気伝導性物質パターンＥ２とが互いに接触する。したがって、外部リード１２０が内部リード１１０のガス流路Ｈに挿入されれば、内部リード１１０の付着領域Ｗから外部リード１２０の外側端部に至るまで電気的連結が成立する。
ただし、図１２の実施例では、内部リード１１０と外部リード１２０共に電気非伝導性物質に電気伝導性物質が備えられた形態が示されているが、内部リード１１０及び外部リード１２０の一方は全体的に電気伝導性物質から成り、他方は本体が電気非伝導性物質から成って、電気伝導性物質パターンが形成される形態であっても良いことは言うまでもない。
一方、本発明の一実施例による電極リード１００は、図３に示されたように、内部リード１１０に正極タブ２１または負極タブ２２が取り付けられるように構成される。すなわち、二次電池は２つの電極リード１００を備え、１つの電極リード１００の内部リード１１０には電極組立体２０の正極タブ２１が取り付けられ、他の電極リード１００の内部リード１１０には電極組立体２０の負極タブ２２が取り付けられ得る。
ただし、電極組立体２０に正極タブ２１及び負極タブ２２がそれぞれ複数個備えられることがあるが、この場合、複数の正極タブ２１は１つの電極リード１００の内部リード１１０に取り付けられ、複数の負極タブ２２は他の電極リード１００の内部リード１１０に取り付けられ得る。または、複数の正極タブ２１及び複数の負極タブ２２は、それぞれ複数の電極リード１００の内部リード１１０に取り付けられ得る。
一方、本発明の他の実施例による電極リード１００は、内部リード１１０に正極タブ２１及び負極タブ２２が全て取り付けられるように構成される。これについては、図１３及び図１４を参照して説明する。
図１３は、本発明の他の実施例による二次電池の構成を概略的に示した斜視図である。図１３では、説明の便宜上、上部パウチは一部のみを示した。また、図１４は、図１３に示された内部リード１１０及び外部リード１２０において、電気伝導性物質を形成する構成を概略的に示した上面図である。
図１３及び図１４を参照すれば、本発明による電極リード１００は、１つの内部リード１１０に正極タブ２１及び負極タブ２２が全て取り付けられ得る。このような実施例では、正極端子と負極端子とのショートを防止するため、内部リード１１０及び外部リード１２０は電気非伝導性物質で構成される。また、内部リード１１０及び外部リード１２０にはそれぞれ電気伝導性物質から成るパターンが形成され、２つの電気的連結通路が形成される。
より具体的に見れば、内部リード１１０には、電極タブの付着領域Ｗからガス流路Ｈの内面に至るまで、２つの電気伝導性物質パターンＥ１１及びＥ１２が形成される。また、外部リード１２０には、ガス流路Ｈに挿入される部分の外面から外側端部に至るまで２つの電気伝導性物質パターンＥ２１及びＥ２２が形成される。
電極組立体２０の正極タブ２１が電気伝導性物質パターンＥ１１に取り付けられ、電極組立体２０の負極タブ２２が電気伝導性物質パターンＥ１２に取り付けられた場合、外部リード１２０が内部リード１１０のガス流路Ｈに挿入されれば、電極組立体２０の正極タブ２１はＥ１１及びＥ２１を経由して二次電池の外部と電気的に連結され、電極組立体２０の負極タブ２２はＥ１２及びＥ２２を経由して二次電池の外部と電気的に連結される。
また、前記内部リード１１０に形成されたガス流路Ｈは、内側端部の断面積が外側端部の断面積より広い形態であることが望ましい。このような実施例については、図１５を参照して説明する。
図１５は、本発明の他の実施例による電極リード１００の内部リード１１０の構成を概略的に示した側断面図である。
図１５を参照すれば、内部リード１１０に形成されたガス流路Ｈにおいて、電極組立体２０に近い内側端部の断面積は電極組立体２０から遠い外側端部の断面積より広く構成される。例えば、図１５に示されたガス流路Ｈが円形である場合、電極組立体２０に近い内側端部（図１５でガス流路Ｈの左側端部）の直径Ｃ１は外側端部（図１５でガス流路Ｈの右側端部）の直径Ｃ２より長く構成される。このような実施例によれば、図１５に矢印で示されたように、二次電池の内部で生成されたガスが内部リード１１０のガス流路Ｈにより多く流れ込むことができる。のみならず、このような実施例によれば、ガス流路Ｈの内側端部から外側方向に行くほど圧力が高くなるため、二次電池の内圧が増加したとき、外部リード１２０をガス流路Ｈからより容易に分離することができる。
図１６は、本発明のさらに他の実施例による電極リード１００の内部リード１１０と外部リード１２０とが分離された状態の構成を概略的に示した斜視図である。
図１６を参照すれば、前記外部リード１２０と内部リード１１０との間に、リング型パッキング部材１３０がさらに備えられる。前記リング型パッキング部材１３０は、外部リード１２０の外面に備えられ、外部リード１２０がガス流路Ｈに挿入される場合、外部リード１２０と内部リード１１０との間に位置する。したがって、このような実施例によれば、リング型パッキング部材１３０によって、外部リード１２０と内部リード１１０との間の密着性が向上し、ガス流路Ｈを通って二次電池の内部と外部との間でガスが移動することを効果的に遮断することができる。
一方、本発明によれば、内部リード１１０のガス流路Ｈに、突起または溝が形成され、ガス流路Ｈの突起または溝に対応するように、外部リード１２０にも突起または溝が形成され得る。
図１７は、本発明のさらに他の実施例による電極リード１００の構成を概略的に示した側断面図である。
まず、図１７の（ａ）を参照すれば、内部リード１１０のガス流路Ｈには突起Ｐが形成され、外部リード１２０の内側端部には溝Ｇが形成されている。また、これら突起Ｐと溝Ｇとは互いに対応する位置に設けられ、外部リード１２０がガス流路Ｈに挿入される場合、ガス流路Ｈの突起Ｐが外部リード１２０の溝Ｇに係止される。
次いで、図１７の（ｂ）を参照すれば、二次電池の内部でガスが発生して内部リード１１０のガス流路Ｈに該ガスが流れ込む場合、それによりガス流路Ｈの圧力が増加してガス流路Ｈが広く膨張する。すると、矢印で示されたように、内部リードの突起Ｐが外部リード１２０の溝Ｇから離脱する。その後、外部リード１２０は内圧の増加によりガス流路Ｈから右側方向に分離される。
このような実施例によれば、ガス流路Ｈ及び外部リード１２０に形成された突起Ｐ及び／または溝Ｇによって、ガス流路Ｈに流れ込んだガスの圧力が所定圧力以上になるまで、外部リード１２０は内部リード１１０のガス流路Ｈに安定的に結合されていることができる。
ただし、図１７の実施例では、ガス流路Ｈに突起Ｐが形成され、外部リード１２０に溝Ｇが形成された構成が示されているが、これは一例に過ぎず、ガス流路Ｈ及び外部リード１２０の両方共に溝Ｇまたは突起Ｐが形成されるか、又は、ガス流路Ｈに溝Ｇが形成され、外部リード１２０に突起Ｐが形成される構成も可能である。
一方、上記の実施例では、１つの内部リード１１０に１つのガス流路Ｈが形成された構成が示されているが、１つの内部リード１１０に２つ以上のガス流路Ｈが形成される構成も可能である。
図１８は、本発明のさらに他の実施例による電極リード１００の構成を概略的に示した斜視図である。
図１８を参照すれば、１つの内部リード１１０にガス流路Ｈが複数形成されている。また、これらガス流路Ｈに対応し、外部リード１２０にもガス流路Ｈに挿入される部分Ｆ１が複数形成されている。
また、上述した実施例を示した図面では、ガス流路Ｈ及びそこに挿入される外部リード１２０の外形が円形または楕円形であるが、本発明がこのような形態で限定されることはない。
図１９は、本発明のさらに他の実施例による電極リード１００の構成を概略的に示した斜視図である。
図１９を参照すれば、前記内部リード１１０のガス流路Ｈは、四角形の断面を有し得る。また、このようなガス流路Ｈの形態に合わせて、外部リード１２０のガス流路Ｈに挿入される部分もその断面が四角形になり得る。
外にも、前記内部リード１１０に形成されるガス流路Ｈは多様な形態になり得る。
一方、上述した実施例の外にも、内部リード１１０や外部リード１２０は多様な形態で構成され得る。
図２０は、本発明のさらに他の実施例による電極リード１００の構成を概略的に示した斜視図である。
図２０に示されたように、外部リード１２０には水平方向に平たい面を有する突出端子Ｆ３が備えられる。また、このような突出端子Ｆ３には、他の外部構成の外部端子が連結される。例えば、外部リード１２０の突出端子Ｆ３には、他の二次電池に備えられた外部リードの突出端子が取り付けられ、二次電池の間で電気的連結が成立され得る。このような実施例によれば、水平方向の平たい面を有する突出端子Ｆ３によって、他の外部構成とより容易に連結することができる。
このように、前記突出端子Ｆ３は、二次電池を他の外部構成と電気的に連結するためのものであるため、電気伝導性材質から成る。
本発明による二次電池は、上述した電極リード１００を含むことができる。
このとき、上述した電極リード１００は、二次電池の正極リードと負極リードの両方ともに適用できる。すなわち、本発明による二次電池は、上述した電極リード１００を２つ備え、１つの電極リード１００は正極タブ２１に連結されて正極リードとして機能し、他の１つの電極リード１００は負極タブ２２に連結されて負極リードとして機能することができる。
この場合、２つの電極リード１００、すなわち正極リード及び負極リードは、二次電池の外装材３０で同じ方向に位置し得る。すなわち、図３及び図４を参照すれば、二次電池の外装材３０のシーリング部Ｓが４つの辺で成っている場合、２つの電極リード１００は二次電池の外装材３０のシーリング部Ｓで同じ辺上に位置し得る。ただし、本発明がこのような実施例によって限定されることはない。
図２１及び図２２は、本発明のさらに他の実施例による二次電池の構成を概略的に示した斜視図である。
まず、一実施例として、２つの電極リード１００は、図２１に示されたように、二次電池の外装材３０のシーリング部Ｓで互いに逆方向に位置し得る。すなわち、正極リード１０１及び負極リード１０２は、外装材３０のシーリング部Ｓの４つの辺のうち、互いに逆方向に位置する辺上にそれぞれ備えられ得る。
また、他の実施例として、２つの電極リード１００は、図２２に示されたように、二次電池の外装材３０のシーリング部Ｓにおいて、互いに直交する方向に位置し得る。すなわち、正極リード１０１及び負極リード１０２は、外装材３０のシーリング部Ｓの４つの辺のうち、互いに隣接する辺上にそれぞれ位置し得る。
さらに、本発明による二次電池は、図１３に示されたように、上述した電極リード１００を１つのみ備え、該電極リード１００が正極リードと負極リードの両方として機能し得る。
さらに、上述した電極リード１００は、二次電池の正極リード及び負極リードのいずれか一方のみに適用することもできる。
本発明によるバッテリーパックは、上述した電極リード１００を含むことができる。バッテリーパックは、１つまたはそれ以上の二次電池を含み、二次電池の外にも、ＢＭＳ（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）のような二次電池の充放電を制御するための様々な保護装置を含むことができる。
本発明の一実施例によるバッテリーパックは、上述した電極リード１００が正極リード及び／または負極リードに採用された二次電池を１つ以上含むことができる。
本発明の他の実施例によるバッテリーパックは、多数のバッテリーモジュールを含み、それぞれのバッテリーモジュールは多数のセルを含むことができる。このとき、上述した電極リード１００はバッテリーモジュールとバッテリーモジュールとの間の連結に用いることができる。
以上のように、本発明を限定された実施例と図面によって説明したが、本発明がこれによって限定されることはなく、本発明が属する技術分野で通常の知識を持つ者によって本発明の技術思想と特許請求の範囲の均等範囲内で多様な修正及び変形が可能であることは言うまでもない。
Claims (21)
- 二次電池の外装材の内部に備えられた電極組立体を外装材の外部と電気的に連結させる電極リードであって、
前記外装材のシーリング部に介在し、前記電極組立体の電極タブが取り付けられ、前記外装材の内部と外部との間でガスが移動できるようにガス流路が形成された内部リードと、
前記ガス流路に挿入可能に構成され、前記ガス流路に挿入されたとき、前記内部リードと電気的に連結されて前記ガス流路の一端を密閉させ、前記ガス流路に流れ込んだガスの圧力が所定圧力以上の場合、前記ガス流路から分離されて前記内部リードとの電気的連結が遮断される外部リードと、を含む電極リード。 - 前記内部リードが、前記シーリング部に介在される部分の外形が円形または楕円形である請求項１に記載の電極リード。
- 前記内部リードが、前記シーリング部と接触する部位にシーリング部材を備える請求項１または請求項２に記載の電極リード。
- 前記内部リード及び前記外部リードの少なくとも１つは、電気伝導性物質から成る請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の電極リード。
- 前記電気伝導性物質が、銅、アルミニウム、ニッケル、鉄、クロム、金及び銀のうち少なくとも１つ、または、これらのうち少なくとも１つを含む合金からなる請求項４に記載の電極リード。
- 前記内部リード及び前記外部リードの少なくとも１つは、前記電気伝導性物質の外部に電気非伝導性物質がコーティングされている請求項４または請求項５に記載の電極リード。
- 前記内部リード及び前記外部リードの少なくとも１つは、電気非伝導性物質上に電気伝導性物質が備えられて一側から他側に電気的連結が成立する請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の電極リード。
- 前記内部リードに前記電極組立体の正極タブまたは負極タブが取り付けられる請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の電極リード。
- 前記内部リードに前記電極組立体の正極タブ及び負極タブが全て取り付けられる請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の電極リード。
- 前記内部リードには、前記電極タブが取り付けられるための付着領域が形成されている請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の電極リード。
- 前記内部リードが、前記付着領域で前記電極タブと溶接される請求項１０に記載の電極リード。
- 前記ガス流路は、前記電極組立体側の端部が前記電極組立体方向に行くほど断面積が広くなる請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載の電極リード。
- 前記内部リードは、内側端部の外面が前記外装材の内面と接着される請求項１から請求項１２のいずれか１項に記載の電極リード。
- 前記外部リードは、前記ガス流路に挿入される部分の外側が前記ガス流路に挿入される部分より大きく形成される請求項１から請求項１３のいずれか１項に記載の電極リード。
- 前記外部リードと前記内部リードとの間にリング型パッキング部材をさらに含む請求項１から請求項１４のいずれか１項に記載の電極リード。
- 前記内部リードは、前記ガス流路が１つ以上形成される請求項１から請求項１５のいずれか１項に記載の電極リード。
- 前記内部リードのガス流路及び前記外部リードには突起または溝が形成され、前記突起または溝が互いに締結される請求項１から請求項１６のいずれか１項に記載の電極リード。
- 請求項１から請求項１７のいずれか１項に記載の電極リードを含む二次電池。
- 前記電極リードが、正極リード及び負極リードの少なくとも１つである請求項１８に記載の二次電池。
- 外装材がパウチ型である請求項１８に記載の二次電池。
- 請求項１から請求項１７のいずれか１項に記載の電極リードを含むバッテリーパック。
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