JP2019506726A - 二次電池 - Google Patents

Abstract

電流遮断装置を含む二次電池が開示される。本発明によれば、過充電などによって二次電池の体積が増加する場合、体積の増加による膨張力を利用して二次電池に流れる電流を遮断することにより、安定性及び信頼度が向上された二次電池を製造することができる。

Description

［関連出願の相互参照］
本出願は、２０１６年１１月２１日付韓国特許出願第１０−２０１６−０１５５０１７号に基づいた優先権の利益を主張し、当該韓国特許出願の文献に開示されている全ての内容は本明細書の一部として含まれる。
本発明は、電流遮断装置を含む二次電池に関する。

繰り返して充電及び放電が可能な二次電池（ｓｅｃｏｎｄａｒｙ ｂａｔｔｅｒｙ）は、通常、電極及び分離膜が交互に積層された構造を有する電極組立体（ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ ａｓｓｅｍｂｌｙ）を含む。このような二次電池は、二次電池の製造に用いられる物質の種類によって幾多の種類に分けられてよく、例えば、リチウム二次電池を挙げることができる。

一方、このような二次電池は、使用の過程で火事または爆発が発生することがあるので、このような火事または爆発の発生を防止するため、二次電池に各種の安全装置が備えられる場合がある。

例えば、二次電池には、二次電池の過充電時に発生し得る火事または爆発を防止するための安全装置が備えられてよい。

従来の技術によれば、二次電池の過充電によって発生する火事または爆発を防止するための安全装置として、二次電池にＴＣＯ（Ｔｈｅｒｍａｌ ｃｕｔｏｆｆ Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ）装置が備えられる場合が多い。このようなＴＣＯ装置は、二次電池の過充電によって二次電池に熱が発生する場合に電流を遮断する役割を担うことにより、それ以上二次電池に電流が流れることができないようにすることで二次電池の火事または爆発を防止する構成である。

しかし、このようなＴＣＯ装置は、二次電池に熱が発生する場合、すなわち、二次電池の温度が上昇する場合に作動するため、二次電池の内部で熱が発生する場合ではなく、二次電池周辺の温度が上昇する場合にも作動するという問題点があった。

また、二次電池が微細な電流によって過充電となる場合にも電流が遮断されなければならないにもかかわらず、二次電池に多くの熱が発生はしないため、ＴＣＯ装置が正常に作動せずに二次電池に過充電が持続的になされるという問題点があった。逆に、二次電池が過充電されないため二次電池に火事または爆発が発生する危険がないにもかかわらず、二次電池に相対的に多くの電流が流れる場合にもＴＣＯ装置が電流を遮断する場合が発生するという問題点もあった。

したがって、本発明の目的は、二次電池が過充電状態の場合、二次電池に電流が流れることを遮断しつつも、二次電池が過充電状態でないため電流を遮断する必要がない場合には二次電池に電流が流れ続けることができるようにすることで、二次電池の安全性を向上させつつも、二次電池に電流が流れることを効果的に制御することにある。

前記目的を達成するための本発明の一側面によると、セル本体；及び、前記セル本体に装着される電流遮断装置を含み、前記電流遮断装置は、前記セル本体の体積増加に応じて前記電流遮断装置に印加される力によって作動し、前記セル本体に流れる電流を遮断する二次電池が提供される。

前記電流遮断装置は、前記セル本体の上部に形成される突出部；及び、前記セル本体の少なくとも一部及び前記突出部を包む包み部；を含み、前記二次電池の体積増加に応じて前記包み部に印加される力により、前記包み部が前記突出部から離隔されてよい。

前記電流遮断装置は、前記セル本体の少なくとも一部を包む包み部；及び、前記包み部と連結された状態で前記セル本体に流れる電流の経路を提供する通電部；をさらに含み、前記二次電池の体積増加に応じて前記包み部に印加される力により、前記包み部は前記通電部から離隔されて前記通電部に流れる電流が遮断されてよい。

前記通電部は第１通電部及び第２通電部を含み、前記第１通電部及び前記第２通電部の間に前記包み部のうち一部が位置し、前記包み部と前記第１通電部及び前記包み部と前記第２通電部は互いに連結され、前記二次電池の体積増加に応じて前記包み部に印加される力により、前記包み部が前記第１通電部及び前記第２通電部のうち少なくとも何れか一つから離隔されてよい。

前記セル本体及び前記突出部の間に備えられる絶縁部；を含むことができる。
前記セル本体の上部に備えられる負極端子；を含み、前記第２通電部は前記負極端子と連結されてよい。

本発明によれば、二次電池が過充電状態の場合、二次電池に電流が流れることを遮断しつつも、二次電池が過充電状態でないため電流を遮断する必要がない場合には二次電池に電流が流れ続けることができるようにすることで、二次電池の安全性を向上させつつも、二次電池に電流が流れることを効果的に制御することができる。

本発明の一実施形態による二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二次電池の作動原理を示した側面図である。 本発明の一実施形態による二次電池の上端部を拡大して示した側面図である。 本発明の他の実施形態による二次電池の上端部を拡大して示した側断面図である。 本発明の一実施形態による電流遮断装置の作動原理を説明するための斜視図である。 本発明の一実施形態による電流遮断装置の作動原理を説明するための斜視図である。

以下、図を参照して本発明による二次電池の構造を説明する。

二次電池の構造
図１は本発明の一実施形態による二次電池を示した斜視図であり、図２は本発明の一実施形態による二次電池の作動原理を示した側面図である。
図１に示す通り、本発明の一実施形態による二次電池１は角形電池であってよい。しかし、これに制限されず、本発明の一実施形態による二次電池１は他の類型の電池にも適用されてよい。

一方、本発明の一実施形態による二次電池１は、二次電池の本体を構成するセル本体５を含むことができ、本発明の一実施形態による二次電池１は電流遮断装置１００を含むことができる。電流遮断装置１００は、セル本体５に装着される構成であってよい。

電流遮断装置１００は、通常には二次電池１に電流が流れるようにし、かつ、二次電池１の過充電時に、二次電池１に電流が流れることを防止する構成であってよい。電流遮断装置１００は、下記で検討するところのように、セル本体５を包む包み部１３０を含むことができる。図１には、包み部１３０がセル本体５の周囲を全体的に包む場合を示しているが、これと異なり、包み部１３０はセル本体５の周囲のうち一部のみを包むこともできる。

一方、二次電池が過充電される場合、二次電池には幾つかの異常現象が発生し得る。例えば、二次電池が過充電される場合、二次電池の発熱現象によって二次電池の温度が上がることがある。しかし、二次電池の温度は、二次電池の発熱だけでなく、二次電池周辺の温度が上がる場合にも上がることがある。よって、二次電池の温度によって二次電池に流れる電流を遮断することは好ましくないこともある。

一方、二次電池が過充電される場合、二次電池の体積が増加し得る。すなわち、二次電池１が通常には、図２の左側に示されているところのように一定の状態を維持し、かつ、二次電池１が過充電される場合、図２の右側に示されているところのように、二次電池１の厚さが増えるなどの理由により二次電池１の体積が増加し得る。

このような二次電池の体積の変化は、二次電池の温度の変化と異なり、二次電池周辺の温度によって影響を受けないので、二次電池の体積の変化は、二次電池の温度の変化に比べて二次電池の過充電による問題が二次電池に発生したか否かを判断することができる更に信頼度の高い変数であり得る。
本発明は、二次電池の過充電時に発生する二次電池の体積の変化を利用し、二次電池の体積が一定の水準に到達すると二次電池に流れる電流を遮断することに関する発明であってよい。

すなわち、本発明の一実施形態によれば、図２に示されているところのように、二次電池１のセル本体５の周囲には包み部１３０が備えられてよいところ、二次電池の過充電などによって二次電池の体積が増加する場合、これによる膨張力が包み部１３０に印加されてよい。本発明の一実施形態によれば、二次電池の体積の増加による膨張力によって包み部１３０に印加される力が一定の水準に到達するようになれば、包み部１３０のうち少なくとも一部はセル本体５から離隔されることにより、二次電池１に流れる電流を遮断することができる。図２では、二次電池の体積の増加による膨張力によって包み部１３０の上部領域のうち一部がセル本体５から離隔されることにより、二次電池１に流れる電流を遮断する場合を示している。

図３は、本発明の一実施形態による二次電池の上端部を拡大して示した側面図である。
図３に示されているところのように、本発明の一実施形態による二次電池の電流遮断装置１００は、セル本体５の上部に形成される突出部１１０、セル本体の少なくとも一部及び前記突出部を包む包み部１３０、及び包み部１３０と連結された状態でセル本体５に流れる電流の経路を提供する通電部１２０を含むことができる。

一方、通電部１２０は、第１通電部１２２及び第２通電部１２４を含むことができる。このとき、第１通電部１２２及び第２通電部１２４の間に包み部１３０のうち一部が位置することができる。また、包み部１３０と第１通電部１２２が互いに連結されてよく、包み部１３０と第２通電部１２４は互いに連結されてよい。包み部１３０と第１通電部１２２及び包み部１３０と第２通電部１２４は、それぞれ溶接によって連結されてよい。

このとき、本明細書で、構成の間に「連結される」との意味は、構成の間に電流が流れることができるように電気的に連結されることを意味するものとして解釈されてよい。よって、本明細書で「構成の間に連結される」と記載されている場合、構成の間に直接接触することにより連結されることはもちろん、電流が流れることができるように間接的に連結されることを含むものとして解釈されてよい。

続けて、図３を検討してみると、セル本体３の上部には電極端子、特に、負極端子１０ａが備えられてよい。負極端子１０ａは通電部１２０と連結されてよいところ、図３では負極端子１０ａが第２通電部１２４に連結された場合を示している。結局、本発明の一実施形態によれば、通電部１２０、包み部１３０及び負極端子１０ａが互いに電気的に連結されるようにすることにより、二次電池の充電過程で電流が流れることができるようになる。このとき、セル本体５の上部に負極端子１０ａが備えられる場合、負極端子１０ａと電気的に連結された通電部１２０及び包み部は負極１０を構成することができ、セル本体５の表面は正極２０を構成することができる。

一方、図４は、本発明の他の実施形態による二次電池の上端部を拡大して示した側断面図である。
図４に示されているところのように、本発明の他の実施形態による二次電池は、セル本体５及び突出部１１０の間に備えられる絶縁部３０を含むことができる。本発明の他の実施形態によれば、二次電池に絶縁部３０が備えられることにより、電流が包み部または通電部からセル本体５に直接流れることを防止することで安全性が向上され得る。

以下、図を参照して、本発明による二次電池に流れる電流が遮断される原理を説明する。
図５に示されているところのように、通常には二次電池の包み部１３０及び通電部１２２、１２４が互いに連結されて二次電池に電流が流れ得る。図５では、包み部１３０と第１通電部１２２及び第２通電部１２４が連結される地点である連結部１４０に対して示している。このような連結部１４０は、溶接によって形成され得ることは前述した通りである。

しかし、二次電池の過充電などを理由に二次電池またはセル本体の体積が増加する場合、セル本体の周囲を包む包み部１３０はセル本体から力を受けるようになるところ、このような力が一定の水準に到達すると、包み部１３０は通電部から離隔されるようになる。図６では、包み部１３０が第１通電部１２２及び第２通電部１２４から離隔される場合を示している。このとき、包み部１３０は突出部１１０を包む構成であってよいので、包み部１３０がセル本体から受ける力が一定の水準に到達すると、包み部１３０は突出部１１０から離隔されるとみることもできる。

包み部が通電部から離隔されることにより、第１通電部１２２と第２通電部１２４の間には電気的に連結されなくなるので、外部から電流が二次電池に流れるのが中断される。よって、過充電などにより二次電池の体積が増加する場合、二次電池に流れる電流が遮断される。

本発明は、たとえ限定された実施例と図面により説明されたが、本発明はこれにより限定されず、本発明の属する技術分野で通常の知識を有する者によって、本発明の技術思想と下記に記載される特許請求の範囲の均等範囲内で多様な実施が可能なのは勿論である。

Claims (6)

1. セル本体；及び
   前記セル本体に装着される電流遮断装置を含み、
   前記電流遮断装置は、
   前記セル本体の体積の増加に応じて前記電流遮断装置に印加される力によって作動し、前記セル本体に流れる電流を遮断する二次電池。
2. 前記電流遮断装置は、
   前記セル本体の上部に形成される突出部；及び
   前記セル本体の少なくとも一部及び前記突出部を包む包み部；を含み、
   前記二次電池の体積の増加に応じて前記包み部に印加される力によって前記包み部が前記突出部から離隔される請求項１に記載の二次電池。
3. 前記電流遮断装置は、
   前記セル本体の少なくとも一部を包む包み部；及び
   前記包み部と連結された状態で前記セル本体に流れる電流の経路を提供する通電部；をさらに含み、
   前記二次電池の体積の増加に応じて前記包み部に印加される力により、前記包み部は前記通電部から離隔されて前記通電部に流れる電流が遮断される請求項１に記載の二次電池。
4. 前記通電部は、第１通電部及び第２通電部を含み、
   前記第１通電部及び前記第２通電部の間に前記包み部のうち一部が位置し、
   前記包み部と前記第１通電部及び前記包み部と前記第２通電部は互いに連結され、
   前記二次電池の体積の増加に応じて前記包み部に印加される力により、前記包み部が前記第１通電部及び前記第２通電部のうち少なくとも何れか一つから離隔される請求項３に記載の二次電池。
5. 前記セル本体及び前記突出部の間に備えられる絶縁部；を含む請求項２に記載の二次電池。
6. 前記セル本体の上部に備えられる負極端子；を含み、
   前記第２通電部は前記負極端子と連結される請求項４に記載の二次電池。
   

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