JP2016042464A - 二次電池 - Google Patents

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Abstract

【課題】外部衝撃に耐える密封性の改良された二次電池を提供する。【解決手段】電極組立体が挿入されるように一側に開口が形成され内部に該電極組立体を収容するカン、及び該カンの開口を密閉し互いに平行に配置された第1面133及び第2面135、並びに第1面133及び第2面135を連結し一定高を有する第3面137、を含むキャッププレート130を具備し、キャッププレート130の第1面133と第3面137とが接する部分のエッジに傾きが変化するシャンファ130c1、130c2が形成される二次電池。【選択図】図5

Description

本発明は、二次電池に関する。
二次電池は充電が不可能な一次電池とは異なり、充放電が可能な電池をいうものであり、携帯電話、PDA(personal digital assistant)、ノート型パソコンなどの小型先端電子機器分野で汎用されている。
二次電池が多様な分野で使用されながら、二次電池の使用環境による信頼性を確保することが重要である。二次電池の信頼性を確保するために、例えば、二次電池を外部環境から密封することを挙げることができる。もし二次電池が完壁に密封されていないのであるならば、二次電池が落下したり、あるいは強い衝撃が外部から加えられたりするとき、二次電気が損傷されるならば、電気的短絡が発生したり、あるいは電解液が漏れたりするというような問題が発生し、二次電池が正常に動作しない。
韓国特許第1023895号
本発明が解決しようとする課題は、外部環境から密封が容易な二次電池を提供することである。
前記課題を解決するために、本発明の一実施形態によれば、第1電極板、第2電極板、及びそれらの間に介在されるセパレータを含む電極組立体;前記電極組立体が挿入されるように一側に開口が形成され、内部に前記電極組立体を収容するカン;及び前記カンの開口を密閉し、互いに平行に配置された第1面及び第2面、並びに前記第1面及び第2面を連結し、一定高を有する第3面を含むキャッププレート;を具備し、前記キャッププレートの前記第1面と前記第3面とが接する部分に、傾きが変化するシャンファ(chamfer、面取り部)が形成される二次電池が提供される。
本実施形態において、前記キャッププレートの前記第1面は、前記カンの内部に向けて配置され、前記キャッププレートの前記第2面は、前記カンの外部に向けて配置されてもよい。
本実施形態において、前記キャッププレートは、長手方向に延設され、前記シャンファは、前記キャッププレートの長手方向の第1エッジ部に形成された第1シャンファと、前記第1エッジ部が延設された前記キャッププレートの幅方向の第2エッジ部に形成された第2シャンファと、を有し、前記第1シャンファの傾きが、前記第2シャンファの傾きより大きくなる。
本実施形態において、前記第1シャンファは、変化する傾きを有し、前記第2シャンファは、一定傾きを有することができる。
本実施形態において、前記キャッププレートの前記第1エッジ部は、曲線に形成され、前記第1シャンファは、前記第1エッジ部のうち最も突出した部分において、最大傾きを有するように形成されてもよい。
本実施形態において、前記第1シャンファは、前記第2シャンファと連結される部分から、前記第1エッジ部のうち最も突出した部分まで漸次増大する傾きを有することができる。
本実施形態において、前記第1シャンファは、前記キャッププレートの前記第3面の高さの70%以下に形成される。
本実施形態において、前記第1シャンファの長さは、前記第2シャンファの長さより長い。
本実施形態において、前記キャッププレートの前記第1エッジ部は、曲線に形成され、前記第1シャンファは、前記第1エッジ部のうち最も突出した部分において、最大長を有するように形成してもよい。
本実施形態において、前記第1シャンファは、前記第2シャンファと連結する部分から、前記第1エッジ部のうち最も突出した部分まで漸次増加する長さを有することができる。
前記課題を解決するために本発明の他の実施形態によれば、一側に開口を有するカン、前記カンの開口を介して、前記カンの内部に収容される電極組立体;及び前記カンの開口を密封するように一定厚を有し、前記カンの内部に位置するエッジにシャンファ(chamfer)が形成されたキャッププレート;を含み、前記シャンファは、前記キャッププレートのラウンド形状の端部の最も突出した部分に行くほど傾きが増加する二次電池が提供される。
本発明の一実施形態によれば、外部衝撃及び内部スウェリング現象に強健な二次電池を具現することができる。しかしながら、そのような効果によって、本発明の範囲が限定されるものではないということは言うまでもない。
本発明の一実施形態による二次電池を概略的に示した斜視図である。 図1の分解斜視図である。 図1のIII−III線に沿って切り取った断面図である。 図3のA部分を抜粋して図示する底面図である。 図4を概略的に図示した側面図である。 図4をVI−VI線に沿って切り取った断面図である。
本発明は、多様な変換を加えることができ、さまざまな実施形態を有することができるが、特定実施形態について、図面に例示して詳細な説明で詳細に説明する。本発明の効果、特徴、及びそれらを達成する方法は、図面と共に詳細に説明する実施形態を参照すれば、明確になるであろう。しかし、本発明は、以下で開示する実施形態に限定されるものではなく、多様な形態に具現される。
以下、添付された図面を参照し、本発明の実施形態について詳細に説明するが、図面を参照して説明するとき、同一であるか、あるいは構成要素は、同一図面符号を付し、それに係わる重複説明は省略する。
以下の実施形態において、第1、第2のような用語は、限定的な意味ではなく、1つの構成要素を他の構成要素と区別する目的に使用された。
以下の実施形態において、単数の表現は、文脈上明白に取り立てて意味しない限り、複数の表現を含む。
以下の実施形態において、「含む」または「有する」というような用語は、明細書上に記載された特徴または構成要素が存在するということを意味するものであり、一つ以上の他の特徴または構成要素が付加される可能性をあらかじめ排除するものではない。
以下の実施形態において、膜、領域、構成要素などの部分が、他の部分の「上に」または「上部」にあるというとき、他の部分の「真上に」または「すぐ上部に」ある場合だけではなく、その中間に、他の膜、領域、構成要素などが介在されている場合も含む。
以下の実施形態において、x軸、y軸及びz軸は、直交座標系上の3つの軸に限定されるものではなく、それを含む広い意味に解釈される。例えば、x軸、y軸及びz軸は、互いに直交しもするが、互いに直交しない互いに異なる方向を指すこともできる。
図面においては、説明の便宜のために、構成要素は、その大きさが誇張または縮小されている。例えば、図面に示された各構成の大きさ及び厚みは、説明の便宜のために任意に示したものであり、本発明は、必ずしも図示されたところに限定されるものではない。
図1は、本発明の一実施形態による二次電池を概略的に示した斜視図であり、図2は、図1の分解斜視図であり、図3は、図1のIII−III線に沿って切り取った断面図である。
図1ないし図3を参照すれば、本発明の実施形態による二次電池100は、電極組立体110、電極組立体110を収容するカン120、カン120の内部を密閉するキャッププレート130を含んでもよい。
電極組立体110は、電極活物質が塗布された第1電極板111及び第2電極板112、並びにそれらの間に介在されたセパレータ113を含んでもよい。電極組立体110は、第1電極板111、セパレータ113及び第2電極板112が順次に積層された積層体を形成した後、ゼリーロール状になるように巻き取って製作される。第1電極板111及び第2電極板112それぞれは、化学反応によって形成された電荷を外部に引き出すための第1電極タブ114及び第2電極タブ115と電気的に連結されている。第1電極タブ114及び第2電極タブ115は、同一方向に向けて延長されてもよい。例えば、第1電極タブ114及び第2電極タブ115は、カン120の開口OPに向けて延長されてもよい。
第1電極板111は、第1金属集電体(図示せず)と、該第1金属集電体の表面に、第1活物質(図示せず)が塗布された第1活物質部(図示せず)と、を含んでもよい。それと同様に、第2電極板112は、第2金属集電体(図示せず)と、第2金属集電体の表面に、第2活物質(図示せず)が塗布されて形成された第2活物質部(図示せず)と、を含んでもよい。
第1電極板111は、正極フィルムであり、該第1金属集電体は、正極集電体であり、該第1活物質部は、正極活物質部でもある。また、第2電極板112は、負極フィルムであり、該第2金属集電体は、負極集電体であり、該第2活物質部は、負極活物質部でもある。該正極集電体、該正極活物質部、該負極集電体及び該負極活物質部の物質及び構成は、一般的な二次電池に使用される周知/慣用の物質が使用されるので、その詳細な物質及び構成に係わる説明は、以下省略する。
セパレータ113は、ポリエチレン膜、ポリプロピレン膜のような多孔性高分子膜でもあり、高分子ファイバを含む織布形態または不織布形態でもあり、セラミックス粒子を含み、高分子固体電解質からもなる。セパレータ113は、独立したフィルムから形成したり、あるいは第1電極板111上または第2電極板112上に、非伝導性の多孔性層を形成したりして使用される。
セパレータ113は、第1電極板111及び第2電極板112を互いに電気的に分離させるために形成したものであり、セパレータ113の形状は、必ずしも第1電極板111や第2電極板112の形状と同一に形成される必要はない。
本実施形態では、電極組立体110がゼリーロール状を有する場合について説明したが、本発明は、それに制限されるものではない。他の実施形態として、電極組立体110は、第1電極板111、第2電極板112、及びそれらの間にセパレータ113が介在された積層構造でもある。
カン120は、一面、すなわち、上部面と対応する面が開放された六面体の形状であり、強度を確保するために、金属性素材から製作される。例えば、カン120は、アルミニウム、アルミニウム合金から製作される。カン120の内部には、電解質に含浸された電極組立体110が収容される。このとき、金属性素材から形成されたカン120と、不要な短絡が発生しないように、電極組立体110は、絶縁シート170によって覆い包まれたまま、前記カン120の内部に収容される。電極組立体110が、カン120の内部に収容された後、開口OPは、キャッププレート130によって密閉される。キャッププレート130とカン120とが接する部分は、レーザ溶接によって結合されることにより、内部気密を維持することができる。
キャッププレート130には、電解質注入口131が具備される。キャッププレート130とカン120とが結合された後、電解質は、電解質注入口131を介して注入され、電解質注入口131は、栓132によって密閉される。他の実施形態として、キャッププレート130には、電解質注入口131が具備されない。その場合、キャッププレート130とカン120とがレーザ溶接によって一体に結合される前に、電解質が注入される。
キャッププレート130上には、電極端子140が配置される。電極端子140の上部面は、キャッププレート130の上部を介して外部に露出され、下部は、キャッププレート130を貫通してカン120の内部を向く。
キャッププレート130は、カン120の開口を密封するように、カン120の上部面に配置される。キャッププレート130は、カン120と同様に、アルミニウムまたはアルミニウム合金のような金属性素材から製作される。図3に図示されているように、電極端子140は、電極組立体110の第1電極タブ114と電気的に連結され、第1極性を帯び、キャッププレート130は、電極組立体110の第2電極タブ115と電気的に連結され、第2極性を帯びる。そのとき、溶接を介してキャッププレート130と連結されたカン120も、第2極性を帯びる。
例えば、キャッププレート130は、二次電池100の正極であり、電極端子140は、二次電池100の負極としての役割を行う。そのとき、キャッププレート130と、電極端子140との間には、それら間のショートを防止するために絶縁性素材を含む第1ガスケット145及び第2ガスケット146が具備される。第1ガスケット145は、キャッププレート130の上部面と接触するように配置され、第2ガスケット146は、キャッププレート130の下部面と接触するように配置される。図2では、第1ガスケット145及び第2ガスケット146が別途の部材として図示されているが、第1ガスケット145及び第2ガスケット146は、一体型でもある。一方、キャッププレート130との溶接を介して、第2極性を帯びるカン120を、外部の物体、または他の二次電池100から電気的に絶縁させるために、カン120の両側面には、カン120の側面をカバーする絶縁フィルム160が付着される。
カン120の内部には、電極組立体110の上部に位置する第1絶縁材150が配置される。第1絶縁材150は、電極組立体110をキャッププレート130と絶縁させることができる。他の実施形態として、第1絶縁材150は、電極組立体110をキャッププレート130と絶縁させると同時に、カン120の内部で電極組立体110が動くことを規制することができる。第1絶縁材150は、第1電極タブ114及び第2電極タブ115が開口OPに向けて延長されるように、貫通ホールを含み、電解質注入口131を介して流入された電解質が通過するように、電解質注入口131と対応する位置に形成されたホールを含んでもよい。一方、電極組立体110の下部には、第2絶縁材180が配置され、金属性素材のカン120と電極組立体110との不要な短絡を防止することができる。
一方、図3を参照すれば、キャッププレート130は、カン120の開口を密封するように、カン120の上部面に配置され、カン120と同様に、アルミニウムまたはアルミニウム合金のような金属性素材から製作される。キャッププレート130は、カン120の開口OPを、多様な方法を介して密封することができる。本発明の一実施形態では、干渉設計について説明するが、それに制限されるものではなく、多様な方法で密封することができる。
カン120の内径の大きさをA’とした場合、キャッププレート130の大きさは、A’+aとして形成することができる。それにより、キャッププレート130をカン120の内側に嵌め込む方式で、カン120の開口OPを密封することができる。ただし、そのような場合、長手方向(x軸方向)に延設されるキャッププレート130の一端部Aに応力が集中し、金属性素材によって形成されたキャッププレート130が反ったり、あるいは折れたりするような現象が発生し、それは、二次電池の作動不良をもたらす。従って、本発明の一実施形態に関する二次電池100では、そのような干渉設計において、キャッププレート130の一端部での応力集中現象を緩和させ、キャッププレート130の密封力を向上させるキャッププレート130構造を提案する。
図3に図示されているように、本発明の一実施形態によるキャッププレート130は、長手方向(x軸方向)に延設され、互いに平行に配置された第1面133及び第2面135、並びに第1面133と第2面135とを連結し、一定高T(図5)を有する第3面137を含んでもよい。すなわち、キャッププレート130は、第3面137の高さTに該当する厚みを有する。その場合、第1面133は、カン120の内部に向けて配置される面であり、第2面135は、カン120の外部に向けて配置される面でもある。キャッププレート130の第1面133と第3面137とが接する部分にはシャンファ(chamfer)130cが形成されるが、そのようなシャンファ130cは、傾きが変化する。
以下では、キャッププレート130の一角に形成されたシャンファ130cについて詳細に説明する。
図4は、図3のA部分を抜粋して図示する底面図であり、図5は、図4を概略的に図示する側面図であり、図6は、図4をVI−VI線に沿って切り取った断面図である。
図4ないし図6では、キャッププレート130の一端部Aを図示し、それについて、以下詳細に説明し、図4ないし図6に図示されていないキャッププレート130の他の端部Bについては、以下の一端部Aの説明を援用する。
図4ないし図6を参照すれば、キャッププレート130は、互いに平行に配置された第1面133及び第2面135、並びに第1面133と第2面135とを連結し、一定高Tを有する第3面137を含んでもよい。図4では、キャッププレート130の第1面133を図示しており、キャッププレート130の第1面133は、カン120の内部に向かう面である。前述のように、キャッププレート130の第1面133と第3面137とが接する部分のエッジには、シャンファ130cが形成され、そのようなシャンファ130cの傾きは、変化する。
キャッププレート130は、キャッププレート130の長手方向(x軸方向)の第1エッジ部130e1を有し、キャッププレート130の幅方向の第2エッジ部130e2を有する。第1エッジ部130e1には、第1シャンファ130c1が位置し、第2エッジ部130e2に、は第2シャンファ130c2が位置する。その場合、第1シャンファ130c1の傾きと、第2シャンファ130c2の傾きとが異なるように形成される。すなわち、第1シャンファ130c1の傾きが、第2シャンファ130c2の傾きより大きく形成される。
そのとき、第1シャンファ130c1の傾きは変化し、前記第1エッジ部130e1において、最も突出した部分において、最大傾きを有する。すなわち、第1シャンファ130c1において、第2シャンファ130c2と連結される部分から始まり、第1エッジ部130e1において、最も突出した部分までだんだんと急な傾きを有するように形成される。そのように設計する理由は、キャッププレート130の最も突出した部分において、カン120の内部との応力が最大になるので、その部分において、急激なテーパを有するように形成し、キャッププレート130が受けるストレスを最小化させるためである。
一方、第2シャンファ130c2の傾きは一定であり、キャッププレート130の第2エッジ部130e2のところでも同一傾きを有する。従って、第2シャンファ130c2の高さt2及び幅w2は、常に同一に形成される。
一方、図5を参照すれば、キャッププレート130の第1エッジ部130e1において、最も突出した部分における第1シャンファ130c1の傾きが図示されている。キャッププレート130の第1エッジ部130e1において、最も突出した部分における第1シャンファ130c1の傾きは、第1シャンファ130c1の高さt1を、第1シャンファ130c1の幅w1で除した値を意味する。本発明の一実施形態によれば、第1シャンファ130c1の高さt1は、第1シャンファ130c1の幅w1より大きく、第1シャンファ130c1が最大傾きを有する部分で、第1シャンファ130c1の高さ-t1と、第1シャンファ130c1の幅w1との比率が2:1ほどに形成される。望ましくは、第1シャンファ130c1の幅 w1が0.2mmであるならば、第1シャンファ130c1の高さt1は、0.4mmほどに形成される。
一方、図6を参照すれば、第2シャンファ130c2の傾きは、第2シャンファ130c2の高さt2を、第2シャンファ130c2の幅w2で除した値を意味する。本発明の一実施形態によれば、第2シャンファ130c2の高さt2と、第2シャンファ130c2の幅w2は、ほぼ同一であり、すなわち、第1シャンファ130c1の高さt1と、第1シャンファ130c1の幅w1との比率が1:1ほどに形成される。望ましくは、第1シャンファ130c1の幅w1が0.2mmほどであるならば、第1シャンファ130c1の高さt1は、0.2mmほどに形成される。従って、第1シャンファ130c1において、最大の傾きを有する部分は、第2シャンファ130c2に比べ、2倍ほど急な傾きに形成される。
キャッププレート130は、キャッププレート130の長手方向(x軸方向)の第1エッジ部130e1を有し、キャッププレート130の幅方向(y軸方向)の第2エッジ部130e2を有する。第1エッジ部130e1には、第1シャンファ130c1が位置し、第2エッジ部130e2には、第2シャンファ130c2が位置する。その場合、図4に図示されているように、z軸方向から見た第1シャンファ130c1の幅w1と、第2シャンファ130c2の幅w2は、同一である。本発明の一実施形態によれば、第1シャンファ130c1の幅w1と、第2シャンファ130c2の幅w2は、0.2mmほどに形成される。
一方、キャッププレート130は、第3面137の高さTに該当する厚みを有するが、図5に図示されているように、第1シャンファ130c1が最大傾きを有する部分を基準に、第1シャンファ130c1の高さt1は、キャッププレート130の高さTの70%以下に形成される。そのように設計する理由は、第1シャンファ130c1の高さt1を、全体キャッププレート130の高さTの70%以上に形成する場合、キャッププレート130がカン120の内壁を支える力が弱くなり、キャッププレート130をカン120に溶接する過程で、不良などの問題が発生してしまうからである。
一方、図5及び図6を参照すれば、第1シャンファ130c1の傾きと、第2シャンファ130c2の傾きとが異なって形成されるので、それにより、第1シャンファ130c1の長さd1と第2シャンファ130c2の長さd2は、異なって形成されるということが分かる。第1シャンファ130c1の長さは、第2シャンファ130c2の長さより長く形成され、第1シャンファ130c1は、第1エッジ部130e1において最も突出した部分において、最大長を有する。図6に図示されているように、第1シャンファ130c1は、第2シャンファ130c2と連結される部分から、第1エッジ部130e1において最も突出した部分まで漸次増大する長さを有し、第1エッジ部130e1において、最も突出した部分において、最大長さを有することができる。
そのように、キャッププレート130を設計する理由は、キャッププレート130の最も突出した部分において、カン120の内部との応力が最大になるので、その部分で急激なテーパを有するように形成し、キャッププレート130が受けるストレスを最小化させるためである。そのようなキャッププレート130設計を介して、キャッププレート130の反り変形を最小化し、キャッププレート130の素材の変化なしに、キャッププレート130一部に傾きが変化するシャンファを形成することにより、カン120とキャッププレート130との繋ぎ合わせを向上させ、二次電池の歪みが画期的に改善された二次電池を具現することができる。
本発明は、図面に図示された実施形態を参照して説明したが、それは例示的なものに過ぎず、当該技術分野で当業者であるならば、それらから多様な変形及び均等な他の実施形態が可能であるという点を理解するであろう。従って、本発明の真の技術的保護範囲は、許請求の範囲の技術的思想によって決まられるものである。
本発明の二次電池は、例えば、電源関連の技術分野に効果的に適用可能である。
100 二次電池
110 電極組立体
111 第1電極板
112 第2電極板
113 セパレータ
114 第1電極タブ
115 第2電極タブ
120 カン
130 キャッププレート
130c シャンファ
130c1 第1シャンファ
130c2 第2シャンファ
130e1 第1エッジ部
130e2 第2エッジ部
131 電解質注入口
132 栓
133 第1面
135 第2面
137 第3面
140 電極端子
145 第1ガスケット
146 第2ガスケット
150 第1絶縁材
160 絶縁フィルム
170 絶縁シート
180 第2絶縁材
OP 開口

Claims (11)

  1. 第1電極板、第2電極板、及びそれらの間に介在されるセパレータを含む電極組立体と、
    前記電極組立体が挿入されるように一側に開口が形成され、内部に、前記電極組立体を収容するカンと、
    前記カンの開口を密閉し、互いに平行に配置された第1面及び第2面、並びに前記第1面及び第2面を連結し、一定高を有する第3面を含むキャッププレートと、を具備し、
    前記キャッププレートの前記第1面と前記第3面とが接する部分に、傾きが変化するシャンファ(chamfer)が形成される二次電池。
  2. 前記キャッププレートの前記第1面は、前記カンの内部に向けて配置され、前記キャッププレートの前記第2面は、前記カンの外部に向けて配置されることを特徴とする請求項1に記載の二次電池。
  3. 前記キャッププレートは、長手方向に延設され、前記シャンファは、前記キャッププレートの長手方向の第1エッジ部に形成された第1シャンファと、前記第1エッジ部が延設された前記キャッププレートの幅方向の第2エッジ部に形成された第2シャンファと、を有し、前記第1シャンファの傾きが、前記第2シャンファの傾きより大きいことを特徴とする請求項2に記載の二次電池。
  4. 前記第1シャンファは、変化する傾きを有し、前記第2シャンファは、一定傾きを有することを特徴とする請求項3に記載の二次電池。
  5. 前記キャッププレートの前記第1エッジ部は、曲線に形成され、前記第1シャンファは、前記第1エッジ部のうち最も突出した部分において、最大傾きを有するように形成されることを特徴とする請求項4に記載の二次電池。
  6. 前記第1シャンファは、前記第2シャンファと連結される部分から、前記第1エッジ部のうち最も突出した部分まで漸次増大する傾きを有することを特徴とする請求項5に記載の二次電池。
  7. 前記第1シャンファは、前記キャッププレートの前記第3面の高さの70%以下に形成されることを特徴とする請求項6に記載の二次電池。
  8. 前記第1シャンファの長さは、前記第2シャンファの長さより長いことを特徴とする請求項3に記載の二次電池。
  9. 前記キャッププレートの前記第1エッジ部は、曲線に形成され、前記第1シャンファは、前記第1エッジ部のうち最も突出した部分において、最大長を有するように形成されることを特徴とする請求項8に記載の二次電池。
  10. 前記第1シャンファは、前記第2シャンファと連結される部分から、前記第1エッジ部のうち最も突出した部分まで漸次増大する長さを有することを特徴とする請求項9に記載の二次電池。
  11. 一側に開口を有するカンと、
    前記カンの開口を介して、前記カンの内部に収容される電極組立体と、
    前記カンの開口を密封するように一定厚を有し、前記カンの内部に位置するエッジにシャンファ(chamfer)が形成されたキャッププレートと、を含み、
    前記シャンファは、前記キャッププレートのラウンド形状の端部の最も突出した部分に行くほど傾きが増大する二次電池。
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