JP2020522092A

JP2020522092A - 二次電池及び二次電池用絶縁板

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Publication number: JP2020522092A
Application number: JP2019565218A
Authority: JP
Inventors: スーシン、ハン; ギュンキム、ド; スクジュン、サン; グリー、ビョン; ベキム、チャン
Original assignee: エルジー・ケム・リミテッド
Priority date: 2017-11-01
Filing date: 2018-10-17
Publication date: 2020-07-27
Anticipated expiration: 2038-10-17
Also published as: CN110462874A; EP3598524B1; US11450910B2; CN110462874B; EP3598524A1; EP3598524A4; WO2019088524A1; KR20190049206A; US20200106060A1; KR102288850B1; JP6927629B2

Abstract

前記課題を解決するための本発明の実施形態による二次電池は、正極、負極、分離膜を巻取りまたは積層した電極組立体；前記電極組立体の上部または下部に少なくとも一つ配置される絶縁板；及び前記電極組立体、前記絶縁板及び電解液を電池ケースに収納してキャップ組立体によって密封される二次電池であって、前記絶縁板は、円盤環状に形成され、硬質材質を含んで製造される周辺部；及び前記周辺部の内周面から内側に延長形成され、高耐熱性原緞で製造される中心部を含む。

Description

［関連出願の相互参照］
本出願は、２０１７年１１月１日付韓国特許出願第１０−２０１７−０１４４７９５号に基づく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た全ての内容は本明細書の一部として含まれる。

本発明は、二次電池及び二次電池用絶縁板に関し、より詳しくは電池缶の内部に容易に電解液をさらに注液し、電池の内部構造が空気中に露出されないので、電極の酸化及び電解液の変質を防止することができる二次電池及び二次電池用絶縁板に関する。

物質の物理的反応や化学的反応を介して電気エネルギーを生成させて外部へ電源を供給する電池（Ｃｅｌｌ，Ｂａｔｔｅｒｙ）は、各種電子機器で取り囲まれている生活環境によって、建物に供給される交流電源を獲得できない場合や直流電源が必要な場合に用いることになる。

このような電池のうち、化学的反応を用いる化学電池である一次電池と二次電池が一般的に多く用いられるが、一次電池は、乾電池と通称されるものであって消耗性電池である。その反面、二次電池は、電流と物質との間の酸化及び還元過程が多数繰り返し可能な素材を用いて製造される再充電式電池である。すなわち、電流によって素材に対する還元反応が行われると電源が充電され、素材に対する酸化反応が行われると電源が放電するが、このような充電−放電が繰り返して行われながら電気が生成される。

一般的に、二次電池の種類としては、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池及びリチウムイオンポリマー電池などがある。このような二次電池は、デジタルカメラ、Ｐ−ＤＶＤ、ＭＰ３Ｐ、携帯電話、ＰＤＡ、ＰｏｒｔａｂｌｅＧａｍｅＤｅｖｉｃｅ、ＰｏｗｅｒＴｏｏｌ及びＥ−ｂｉｋｅなどの小型製品だけでなく、電気自動車やハイブリッド自動車のような高出力が要求される大型製品と余剰発電電力や新再生エネルギーを貯蔵する電力貯蔵装置とバックアップ用電力貯蔵装置にも適用されて用いられている。

リチウム二次電池は、一般的に、正極（Ｃａｔｈｏｄｅ）、分離膜（Ｓｅｐａｒａｔｏｒ）及び負極（Ａｎｏｄｅ）が積層されて形成される。そして、これらの材料は、電池寿命、充放電容量、温度特性及び安定性などを考慮して選択される。リチウムイオンが正極のリチウム金属酸化物から負極の黒鉛電極に挿入（Ｉｎｔｅｒｃａｌａｔｉｏｎ）及び脱離（Ｄｅｉｎｔｅｒｃａｌａｔｉｏｎ）される過程が繰り返されつつ、リチウム二次電池の充放電が進められる。

一般的に、正極／分離膜／負極の３層構造、または正極／分離膜／負極／分離膜／正極または負極／分離膜／正極／分離膜／負極の５層構造に積層された単位セル等が集まり、一つの電極組立体になる。電極組立体は、活物質が塗布された長いシート状の正極と負極との間に分離膜を介在して巻き取ったゼリーロール型（Ｊｅｌｌｙ−ＲｏｌｌＴｙｐｅ）と、所定大きさの多数の正極と負極を分離膜が介在された状態で順次積層したスタック型（ＳｔａｃｋＴｙｐｅ）などに分類される。そして、このような電極組立体は、特定のケースに収容される。

二次電池は、電極組立体を収容するケースの材質によって、パウチ型（ＰｏｕｃｈＴｙｐｅ）及び缶型（ＣａｎＴｙｐｅ）などに分類される。パウチ型（ＰｏｕｃｈＴｙｐｅ）は、形態が一定しない軟性のポリマー材質で製造されたパウチに電極組立体を収容する。そして、缶型（ＣａｎＴｙｐｅ）は、形態が一定な金属またはプラスチックなどの材質で製造されたケースに電極組立体を収容する。

このような缶型（ＣａｎＴｙｐｅ）二次電池は、電池ケースの形状によって、ケースが多角面体の形状を有する角型（ＰｒｉｓｍａｔｉｃＴｙｐｅ）、ケースが円柱状を有する円筒型（ＣｙｌｉｎｄｅｒＴｙｐｅ）などに分類される。

図１は、従来の円筒型二次電池２の部分断面図である。

一般的に、円筒型二次電池２は、図１に示すように、円筒型電池缶１２、電池缶１２の内部に収容されるゼリーロール状の電極組立体１３、電池缶１２の上部に結合されるキャップ組立体１１、キャップ組立体１１を装着するために電池缶１２の先端に設けられたビーディング部１４、及び電池を密封するためのクリンピング部１５を含む。

キャップ組立体１１は、電池缶１２の開放部を密封して正極端子を形成するトップキャップ１１１、電池内部の温度上昇時に抵抗が増加して電流を遮断するＰＴＣ素子１１２、非正常電流によって電池内部の圧力上昇時に電流を遮断し、内部の気体を排気する安全ベント１１３、特定部分を除外して安全ベント１１３をＣＩＤフィルター１１５から電気的に分離させるＣＩＤガスケット１１４、正極に連結された正極リード１３１が接続され、電池内の高圧発生時に電流を遮断するＣＩＤフィルター１１５が順次積層された構造を有する。

そして、キャップ組立体１１は、クリンピングガスケット１１６に装着された状態で電池缶１２のビーディング部１４に設けられる。したがって、正常な作動条件で電極組立体１３の正極は、正極リード１３１、ＣＩＤフィルター１１５、安全ベント１１３及びＰＴＣ素子１１２を経由してトップキャップ１１１に連結されて通電をなす。

電極組立体１３の上端及び下段には、それぞれ絶縁板２６が配置される。このとき、上端に配置される絶縁板２６は、電極組立体１３とキャップ組立体１１との間を絶縁し、下段に配置される絶縁板（図示せず）は、電極組立体１３と電池缶１２の底部との間を絶縁する。

一方、リチウム二次電池は、充放電サイクルが繰り返される間、電極の表面と電解液との間の副反応によって、正極と負極の結晶構造が崩壊され、電解液もやはり枯渇して寿命が減少する。特に、電解液の枯渇によるリチウムイオンの移動性の低下は、内部抵抗の増加を引き起こすので、セルの性能が急激に低下されることになる。したがって、二次電池の内部に電解液をさらに注液して二次電池の性能低下を緩和するとともに、使用期間を延長させようとする研究が活発に進められている。

ところが、従来の円筒型二次電池の場合には、前記絶縁板２６の材質が絶縁性を有しながらも、耐電解液性を有し、パンチング加工性に優れた、例えばポリエチレンまたはポリプロピレンなどのポリオレフィン樹脂で製造された。よって、電解液をさらに注液するためには、電池缶１２を物理的方法でオープンした後、前記絶縁板２６を外部に脱着して注射器で注液後、再びシーリングする方法がある。しかし、このような方法は、電池の内部構造が空気中に露出するため、電極の酸化及び電解液の変質が発生することができる。したがって、これを防止するための追加的な費用が消耗される問題があった。

本発明が解決しようとする課題は、電池缶の内部に容易に電解液をさらに注液し、電池の内部構造が空気中に露出されないので、電極の酸化及び電解液の変質を防止することができる二次電池及び二次電池用絶縁板を提供することである。

本発明の課題は、以上で言及した課題に制限されず、言及されなかったまた他の課題は、下記の記載から当業者に明確に理解され得るだろう。

前記課題を解決するための本発明の実施形態による二次電池用絶縁板は、円盤環状に形成され、硬質材質を含んで製造される周辺部；及び前記周辺部の内周面から内側に延長形成され、高耐熱性原緞で製造される中心部を含む。

また、前記中心部は、円盤形状に形成され、前記周辺部と同一の中心軸を共有してよい。

また、前記周辺部及び前記中心部は、一体に形成されてよい。

また、前記周辺部及び前記中心部は、インサート射出成形で形成されてよい。

また、前記中心部がインサートされ、前記硬質材質が射出成形されて周辺部を形成してよい。

また、前記硬質材質は、フェノール樹脂を含んでよい。

また、前記高耐熱性原緞は、ガラス繊維を含んでよい。

また、前記周辺部は、内径が外径の５０％から９５％であってよい。

また、前記周辺部は、前記硬質材質で製造される第１層；及び前記高耐熱性原緞で製造される第２層が積層されて形成されてよい。

また、前記第２層及び前記中心部は、一体に製造されて円盤形状に形成されてよい。

前記課題を解決するための本発明の実施形態による二次電池は、正極、負極、分離膜を巻取りまたは積層した電極組立体；前記電極組立体の上部または下部に少なくとも一つ配置される絶縁板；及び前記電極組立体、前記絶縁板及び電解液を電池ケースに収納してキャップ組立体によって密封される二次電池であって、前記絶縁板は、ガラス繊維を基材として、無機添加剤を含むフェノール樹脂が積層されて形成され、円盤環状に形成され、前記フェノール樹脂を含む材質で製造される周辺部；及び前記周辺部の内周面から内側に延長形成され、前記ガラス繊維を含む材質で製造される中心部を含み、前記ガラス繊維、前記フェノール樹脂及び前記無機添加剤の構成の比率は、前記ガラス繊維が５５〜７０ｗｔ％、前記フェノール樹脂が２５〜４０ｗｔ％、前記無機添加剤は５〜２０ｗｔ％であり、前記絶縁板の厚さは、０．３〜０．６５ｍｍである。

また、前記無機添加剤は、平均粒径が前記ガラス繊維の直径より小さくてよい。

また、前記無機添加剤は、アルミナ、シリカ、水酸化アルミニウム、水酸化カルシウム、水酸化マグネシウム及び炭酸カルシウムからなる群から少なくとも一つ選択されて含まれてよい。

本発明のその他の具体的な事項は、詳細な説明及び図面に含まれている。

本発明の実施形態によれば、少なくとも次のような効果がある。

電池缶に挿入される絶縁板の中心部がガラス繊維で製造され、注射器を用いて電池缶の内部に容易に電解液をさらに注液することができる。

また、絶縁板を外部に脱着する必要がなく、電池の内部構造が空気中に露出されないので、電極の酸化及び電解液の変質を防止することができる。

また、絶縁板の周辺部は、フェノール樹脂を含んで製造され、電池缶の耐圧が増加しても、ビーディング部の破損を防止することができる。

本発明に係る効果は、以上で例示された内容によって制限されず、さらに多様な効果が本明細書内に含まれている。

従来の円筒型二次電池の部分断面図である。本発明の一実施形態による円筒型二次電池の部分断面図である。本発明の一実施形態による絶縁板の平面図である。本発明の一実施形態による絶縁板の側面図である。本発明の他の実施形態による円筒型二次電池の部分断面図である。本発明の他の実施形態による絶縁板の側面図である。

本発明の利点及び特徴、そしてそれらを達成する方法は、図面と共に詳細に後述される実施例を参照すれば明確となるであろう。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、互いに異なる多様な形態に具現されてよく、ただ本実施例は、本発明の開示が完全となるようにし、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者に発明の範疇を完全に知らせるために提供されるものであり、本発明は特許請求の範囲の範疇によって定義されるだけである。明細書全体にわたって同一の参照符号は、同一の構成要素を指称する。

他の定義がなければ、本明細書で用いられる全ての用語（技術及び科学的用語を含む）は、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者に共通して理解され得る意味として用いることができるであろう。また、一般的に用いられる辞典に定義されている用語は、明白かつ特別に定義されていない限り、理想的または過度に解釈されない。

本明細書で用いられる用語は、実施例を説明するためのものであって、本発明を制限しようとするものではない。本明細書で、単数型は語句で特に言及しない限り、複数型を含む。明細書で用いられる「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」及び／又は「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」は、言及された構成要素以外に一つ以上の他の構成要素の存在または追加を排除しない。

以下、図面を参照して本発明の好ましい実施形態を詳しく説明する。

図２は、本発明の一実施形態による円筒型二次電池１の部分断面図である。

本発明の一実施形態による円筒型二次電池１は、図２に示すように、電池缶１２、電池缶１２の内部に収容されるゼリーロール状の電極組立体１３、電池缶１２の上部に結合されるキャップ組立体１１、キャップ組立体１１を装着するために電池缶１２の先端に設けられたビーディング部１４、及び電池を密封するためのクリンピング部１５を含む。このような円筒型二次電池１は、一定の出力を安定的に提供する携帯電話、ノートパソコン、電気自動車などの電源として用いられ得る。

電池缶１２は、アルミニウム、ニッケル、ステンレススチールまたはこれらの合金のような軽量の伝導性金属材質で構成され、上段が開放された開放部とそれと対向される密閉された底部とを有し得る。このような電池缶１２の内部空間には、前記電極組立体１３とともに電解液が収容される。このような電池缶１２は円筒型に形成されてよいが、角型のように円筒型以外の多様な形態に形成されてもよい。

電極組立体１３は、ロール状の広い板型を有する正極板及び負極板などの二つの電極板と、電極板等を相互絶縁させるために電極板等の間に介在されるか、いずれか一つの電極板の左側または右側に配置される分離膜を備えた積層構造体であってよい。前記積層構造体は、ゼリーロール（ＪｅｌｌｙＲｏｌｌ）状に巻き取られてよく、所定規格の正極板と負極板が分離膜を挟んで積層されてもよいなど、制限されずに多様な形態であってよい。二つの電極板は、それぞれアルミニウムと銅を含む金属ホイルまたは金属メッシュ状の集電体に活物質スラリーが塗布された構造である。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が添加された状態で撹拌されて形成されてよい。溶媒は、後続工程で除去される。電極板が巻き取られる方向に集電体の開始端と末端にはスラリーが塗布されない無地部が存在してよい。無地部には、それぞれの電極板に対応される一対のリードが付着される。電極組立体１３の上段に付着される正極リード１３１は、キャップ組立体１１に電気的に連結され、電極組立体１３の下段に付着される負極リード（図示せず）は、電池缶１２の下面に連結される。但し、これに制限されず、正極リード１３１と負極リードは、全てキャップ組立体１１に向かう方向に引き出されてもよい。

電極組立体１３の上段及び下段には、それぞれ絶縁板１６が配置される。このとき、上段に配置される絶縁板１６は、電極組立体１３とキャップ組立体１１との間を絶縁し、下段に配置される絶縁板（図示せず）は、電極組立体１３と電池缶１２の底部との間を絶縁する。本発明の一実施形態による絶縁板１６に対する詳しい説明は後述する。

電池缶１２の中央には、ゼリーロール状に巻き取られた電極組立体１３が巻き出されることを防止し、二次電池１内部のガスの移動通路の役割を行うセンターピン（図示せず）が挿入されてもよい。

電池缶１２内に充填される電解液は、二次電池１の充・放電時に電極板の電気化学的反応によって生成されるリチウムイオンを移動させるためのものであって、リチウム塩と高純度有機溶媒類の混合物である非水質系有機電解液または高分子電解質を用いたポリマーを含んでよい。

キャップ組立体１１は、電池缶１２の上段に形成された開放部に結合されて電池缶１２の開放部を密閉させる。このようなキャップ組立体１１は、電池缶１２の形態によって円型または角型など多様な形態に形成されてよい。本発明の一実施形態によれば、電池缶１２が円筒型に形成されるので、この場合にはキャップ組立体１１もこれに対応される形状である円盤形状に形成されるのが好ましい。

本発明の一実施形態によれば、キャップ組立体１１は、電池缶１２の開放部を密封して正極端子を形成するトップキャップ１１１、非正常電流によって電池内部の圧力上昇時に電流を遮断して内部の気体を排気する安全ベント１１３、及び前記電極組立体１３の正極に連結された正極リード１３１が接続されて電池内の高圧発生時に電流を遮断する電流遮断部材が順次積層された構造を有することができる。そして、キャップ組立体１１は、クリンピングガスケット１１６に装着された状態で電池缶１２のビーディング部１４に設けられる。よって、正常な作動条件で電極組立体１３の正極は、正極リード１３１、電流遮断部材、安全ベント１１３及びＰＴＣ素子１１２を経由してトップキャップ１１１に連結されて通電をなす。

トップキャップ１１１は、キャップ組立体１１の最上部に、上部方向に突出された形態に配置されて正極端子を形成する。よって、前記トップキャップ１１１は、負荷または充電装置のような外部装置に電気的に接続されてよい。トップキャップ１１１には、二次電池１の内部で発生した気体が排出される気体孔１１１１が形成されてよい。よって、過充電などのような原因によって電極組立体１３側から気体が発生して耐圧が増加すると、電流遮断部材のＣＩＤフィルター１１５及び安全ベント１１３が破裂され、内部の気体は前記破裂された部分及び気体孔１１１１を介して外部へ排出され得る。よって、充放電がこれ以上進行されず、二次電池１の安全性を確保することができる。このようなトップキャップ１１１は、ステンレススチールまたはアルミニウムのような金属材質で製造されてよい。

安全ベント１１３と接触されるトップキャップ１１１部位の厚さは、外部から印加される圧力からキャップ組立体１１の多くの構成要素等を保護することができる範囲であれば特に制限されるものではなく、例えば、０．３から０．５ｍｍであってよい。トップキャップ１１１部位の厚さが薄すぎると、機械的剛性を発揮しにくく、逆に厚すぎると、大きさ及び重量の増加によって同一規格に比べて電池の容量を減少させることができる。

安全ベント１１３は、非正常電流によって電池内部の圧力上昇時に電流を遮断するか、ガスを排気する役割を行い、金属材質であってよい。安全ベント１１３の厚さは、素材及び構造などによって変化してよく、電池内部の所定の高圧発生時に破裂されながらガスなどを排出できるのであれば、特に制限されるものではなく、例えば０．２から０．６ｍｍであってよい。

電流遮断部材（ＣＩＤ，ＣｕｒｒｅｎｔＩｎｔｅｒｒｕｐｔＤｅｖｉｃｅ）は、安全ベント１１３と電極組立体１３との間に位置し、電極組立体１３と安全ベント１１３とを電気的に接続させる。このような電流遮断部材は、安全ベント１１３と接触して電流を伝達するＣＩＤフィルター１１５、及び一部領域を除外して前記ＣＩＤフィルター１１５と安全ベント１１３との間を空間的に分離して絶縁させるＣＩＤガスケット１１４を含む。

したがって、正常状態では、電極組立体１３から生成された電流が正極リード１３１を経てＣＩＤフィルター１１５を経由して安全ベント１１３に流れることにより二次電池１の放電が行われ得る。しかし、非正常電流によって二次電池１の内部で発生した気体によって電池の耐圧が増加すると、安全ベント１１３とＣＩＤフィルター１１４との間の連結が脱着されるか、ＣＩＤフィルター１１４が破裂される。よって、安全ベント１１３と電極組立体１３との間の電気的接続が遮断されるので、安全性を確保することができる。

キャップ組立体１１は、安全ベント１１３とトップキャップ１１１との間にＰＴＣ素子（ＰｏｓｉｔｉｖｅＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅＣｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｅｌｅｍｅｎｔ）１１２をさらに含んでよい。ＰＴＣ素子１１２は、電池内部の温度上昇時に電池抵抗が増加して電流を遮断する。すなわち、ＰＴＣ素子１１２は、正常状態ではトップキャップ１１１と安全ベント１１３とを電気的に連結させる。しかし、非正常状態、例えば温度が非正常的に上昇する時には、ＰＴＣ素子１１２は、トップキャップ１１１と安全ベント１１３との間の電気的連結を遮断させる。このようなＰＴＣ素子１１２の厚さもまた素材及び構造などによって変化してよく、例えば０．２から０．４ｍｍであってよい。ＰＴＣ素子１１２の厚さが０．４ｍｍより厚いと、内部抵抗が上昇し、電池の大きさを増加させて同一規格に比べて電池容量を減少させることができる。逆に、ＰＴＣ素子１１２の厚さが０．２ｍｍより薄いと、高温での電流遮断の効果を発揮しにくく、弱い外部衝撃によっても破壊され得る。したがって、ＰＴＣ素子１１２の厚さは、このような点などを複合的に考慮して前記厚さ範囲内で適宜決定され得る。

このようなキャップ組立体１１を含む二次電池１は、電動ドリルなどのようなパワーツールの動力源として用いられる場合には、瞬間的に高い出力を提供することができ、振動、落下などのような外部の物理的衝撃に対しても安定的であり得る。

電池缶１２の上部には、外側から内側に折り曲げられたビーディング部１４が形成される。ビーディング部１４は、前記トップキャップ１１１、ＰＴＣ素子１１２、安全ベント１１３及び電流遮断部材が積層されたキャップ組立体１１を電池缶１２の上段に位置させ、電極組立体１３の上下方向の移動を防止する。

前述したところのように、キャップ組立体１１は、クリンピングガスケット１１６に装着された状態で電池缶１２のビーディング部１４に設けられる。クリンピングガスケット１１６は両端が開放された円筒型の形態を有し、電池缶１２の内部に向かう一側端は、図２に示すように、中心軸に向かって略垂直に１次折り曲げられた後、また電池缶１２の内部に向かって略垂直に２次折り曲げられてビーディング部１４に安着される。そして、クリンピングガスケット１１６の他側端は、最初には中心軸と平行な方向に延長されている。しかし、追ってキャップ組立体１１を結合し、電池缶１２の上段外壁を加圧してクリンピング部１５を形成する工程が進められると、クリンピング部１５の形状に沿って共に略垂直に折り曲げられて中心軸に向かう。したがって、クリンピングガスケット１１６の内周面は、キャップ組立体１１、外周面は電池缶１２の内周面に密着される。

図３は、本発明の一実施形態による絶縁板１６の平面図である。

本発明の一実施形態による絶縁板１６は、図３に示すように全体的に円盤形状を有し、中心部１６１及び周辺部１６２を含む。

中心部１６１は円盤形状を有し、高耐熱性原緞を含む材質で製造される。特にガラス繊維（ＧｌａｓｓＦｉｂｅｒ）を含む材質で製造されるのが好ましい。ガラス繊維は、ガラスを白金炉に溶融した後、直径の小さいホールを介して引き出し、長い繊維状に製造したものである。耐熱性、耐久性、吸音性、電気絶縁性に優れ、錆びず、加工が容易であるため、建物断熱材、空気濾過材、電気絶縁剤などとして主に用いられる。よって、本発明の一実施形態による絶縁板１６の中心部１６１は、このようなガラス繊維等が横糸と縦糸で互いに交差した織物の原緞を打抜することにより形成される。よって、耐熱性及び絶縁性に優れ、ガラス繊維等の組織の間に尖鋭な注射器が容易に浸透することができるので、電解液の注入が容易となり得る。さらに、本発明の一実施形態によれば、前記ガラス繊維の直径は約４から１５μｍであるのが好ましい。

周辺部１６２は円盤環状を有し、硬質材質を含んで製造される。特に、フェノール樹脂（ＰｈｅｎｏｌｉｃＲｅｓｉｎ）を含む材質で製造されるのが好ましい。

フェノール樹脂は、フェノール類（フェノール、クレゾール、キシレノール、レゾルシノールなど）とアルデヒド類（ホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、フルフラール）を縮合して形成された熱硬化性合成樹脂である。耐熱性、耐水性、耐化学性、電熱性に優れ、電気絶縁剤、接着剤などとして主に用いられる。したがって、本発明の一実施形態による絶縁板１６の周辺部１６２は、このようなフェノール樹脂が含まれることにより、耐熱性及び電熱性に優れる。また、熱硬化性なので、温度が増加しても厚さが不均一になるか、変形されることを防止することができ、電池缶１２の耐圧が増加しても電池缶１２の強度が脆弱なビーディング部１４に強度を補強することができる。

前記フェノール樹脂には無機添加剤がさらに添加されてもよい。したがって、フェノール樹脂が加熱されるとき、収縮または変形をさらに効果的に防止することができる。このような無機添加剤は、平均粒径がガラス繊維のストランドの直径より小さいことが好ましい。よって、周辺部１６２を製造するとき、溶融状態のフェノール樹脂が硬化されながら、添加された前記無機添加剤がガラス繊維によって抵抗を受けないので、周辺部１６２の厚さが均一でかつ表面が平らに製造され得る。このような無機添加剤は、アルミナ、シリカ、水酸化アルミニウム、水酸化カルシウム、水酸化マグネシウム及び炭酸カルシウムのうち少なくとも一つを含むのが好ましい。

このようで製造された絶縁板１６において、ガラス繊維、フェノール樹脂及び無機添加剤の構成の比率がそれぞれ、ガラス繊維は５５〜７０ｗｔ％、フェノール樹脂は２５〜４０ｗｔ％、無機添加剤は５〜２０ｗｔ％であるのが好ましい。

今まで記述した絶縁板１６は、電極組立体の上部に配置される上部絶縁板１６だけでなく、電極組立体の下部に配置される下部絶縁板１６であってもよい。但し、これに制限されず、上部絶縁板１６は前述した絶縁板１６であり、下部絶縁板１６は耐電解液性を有し、パンチング加工性に優れるため、従来から用いられるポリエチレンまたはポリプロピレンなどのポリオレフィン樹脂で製造されるなど、多様に形成され得る。

図４は、本発明の一実施形態による絶縁板１６の側面図である。

本発明の一実施形態による絶縁板１６は、図４に示すように、周辺部１６２及び中心部１６１を含み、周辺部１６２と中心部１６１は一体に形成される。そして、周辺部１６２が中心部１６１の外周面から半径方向に延長されて形成されるので、厚さを増加させない。

周辺部１６２は硬質材質で製造され、電池缶１２のビーディング部１４の強度を補強する。このような周辺部１６２は、上面及び下面が平らで、円盤環状を有するので中心にホールが打孔される。そして、打孔されたホールの内周面に、中心部１６１が内側に延長されて形成される。このような周辺部１６２の厚さは、例えば０．３から０．６５ｍｍであってよいが、これに制限されず、素材及び構造などによって多様な厚さを有することができる。

中心部１６１は、周辺部１６２の内側に、すなわち前記打孔されたホールの内周面から半径方向に延長されて形成される。よって、中心部１６１は、円盤形状を有することができる。そして、中心部１６１は、周辺部１６２と同一に中心軸を共有することができる。

このような周辺部１６２と中心部１６１は、インサート射出を介して成形され、一体型に形成されてよい。すなわち、ガラス繊維で形成された織物の原緞を打抜することによりインサートに挿入し、周辺部１６２となるフェノール樹脂を鋳物として溶融し射出して成形することができる。もし、周辺部１６２と中心部１６１が容易に分離可能であれば、周辺部１６２と中心部１６１の分離された隙間の間に電解液が漏出され得る。また、絶縁されないため、正極及び負極が互いに接触して短絡（ショート、Ｓｈｏｒｔ）されることもある。よって、本発明の一実施形態による絶縁板１６のように、周辺部１６２と中心部１６１が一体型に形成されることで絶縁を維持し、短絡を防止することができる。ただ、これに制限されず、圧縮成形、移送成形など周辺部１６２と中心部１６１が一体型に形成され得るのであれば、多様な方法で成形され得る。

中心部１６１の直径は、周辺部１６２の外径の５０％から９５％であるのが好ましい。よって、電解液の追加注液が容易であるとともに、電池缶１２の耐圧が増加してもビーディング部１４の破損を防止することができる。そして、中心部１６１の直径は、周辺部１６２の内径と対応される。ここで周辺部１６２の内径と対応されるとのことは、同一であるかある程度差があっても、その差がオフセットの範囲内であるとのことを意味する。よって、中心部１６１が周辺部１６２に一体型に形成され、容易に分離されないこともある。

前述したところのように、中心部１６１はガラス繊維で製造され、ガラス繊維等の組織の間に尖鋭な注射器が容易に浸透することで、電解液注入が容易でなければならない。よって、中心部１６１の厚さは、周辺部１６２の厚さより薄いことが好ましい。例えば、中心部１６１の厚さは、０．０１から０．２ｍｍであってよい。ただ、これに制限されず、中心部１６１の厚さが周辺部１６２の厚さと同一であってもよいなど、多様な厚さを有してよい。

前述したところのように、本発明の一実施形態によれば、中心部１６１は周辺部１６２の内側に延長されて形成される。すなわち、周辺部１６２は中心部１６１の外周面から半径方向に延長されて形成される。このとき、周辺部１６２と中心部１６１は、同一平面上に位置してよい。すなわち、周辺部１６２の上面と中心部１６１の上面が同一平面上に位置するか、周辺部１６２の下面と中心部１６１の下面が同一平面上に位置してよい。但し、これに制限されず、中心部１６１の厚さが周辺部１６２の厚さより薄いので、図４に示すように、中心部１６１の上面は周辺部１６２の上面より下方に、中心部１６１の下面は周辺部１６２の下面より上方に位置してよい。

図５は、本発明の他の実施形態による円筒型二次電池１ａの部分断面図であり、図６は、本発明の他の実施形態による絶縁板１６ａの側面図である。

本発明の一実施形態による絶縁板１６は、周辺部１６２が一つの層で形成されたが、本発明の他の実施形態による絶縁板１６ａは、図５及び図６に示すように、周辺部１６２ａが複数の層が積層されて形成される。以下、本発明の他の実施形態による絶縁板１６ａに対して、本発明の一実施形態による絶縁板１６と同一の内容は説明を省略する。但し、これは説明の便宜のためのものであり、権利範囲を制限するためものではない。

第１層１６２１ａは、硬質材質、特にフェノール樹脂を含む材質で形成されてよい。すなわち、本発明の他の実施形態による周辺部１６２ａの第１層１６２１ａは、本発明の一実施形態による周辺部１６２ａと同一の材質で形成されてよい。よって、周辺部１６２ａの第１層１６２１ａには、無機添加剤がさらに添加されてもよく、このような無機添加剤は、アルミナ、シリカ、水酸化アルミニウム、水酸化カルシウム、水酸化マグネシウム及び炭酸カルシウムのうち少なくとも一つを含んでよい。そして、無機添加剤は、平均粒径がガラス繊維のストランドの直径より小さいことが好ましい。

第２層１６２２ａは、高耐熱性原緞、特にガラス繊維で製造された織物の原緞で形成されてよい。すなわち、周辺部１６２ａの第２層１６２２ａは中心部１６１ａと同一の材質で形成されてよい。このような、周辺部１６２ａの第２層１６２２ａと中心部１６１ａは、最初から一体に製造された後、仮想の境界（Ａ）を基準に区分され得る。但し、これに制限されず、周辺部１６２ａの第２層１６２２ａと中心部１６１ａは、物理的に分割されるか、別に製造されて互いに連結されて形成されてもよいなど、多様な方法で形成されてよい。

第１層１６２１ａは、図５及び図６に示すように、第２層１６２２ａの上部に積層されることが好ましい。よって、電池缶１２のビーディング部１４を支持することにより、ビーディング部１４の強度を補強することができる。但し、これに制限されず、第２層１６２２ａは第１層１６２１ａの上部に積層されてもよい。さらに、任意の材質で製造される第３層がさらに積層されてもよい。このような第３層は、最上層または最下層に積層されてもよく、第１層１６２１ａと第２層１６２２ａとの間に積層されてもよい。

このように製造された絶縁板１６ａで、ガラス繊維、フェノール樹脂及び無機添加剤の構成の比率がそれぞれ、ガラス繊維は５５〜７０ｗｔ％、フェノール樹脂は２５〜４０ｗｔ％、無機添加剤は５〜２０ｗｔ％であるのが好ましい。そして、絶縁板１６ａの厚さは、例えば０．３から０．６５ｍｍであってよいが、これに制限されず、素材及び構造などによって多様な厚さを有してよい。このような絶縁板１６ａは、周辺部１６２ａと中心部１６１ａがインサート射出成形、圧縮成形、移送成形など多様な方法で成形されてよい。

本発明が属する技術分野の通常の知識を有する者は、本発明がその技術的思想や必須の特徴を変更せずとも、他の具体的な形態で実施され得るとのことを理解することができるであろう。よって、以上で記述した実施例は、全ての面において例示的なものであり、限定的ではないものとして理解しなければならない。本発明の範囲は、前記詳細な説明よりは、後述する特許請求の範囲により示され、特許請求の範囲の意味及び範囲、またその均等概念から導き出される様々な実施形態が本発明の範囲に含まれると解釈すべきである。

Claims

正極、負極、分離膜を巻取りまたは積層した電極組立体；
前記電極組立体の上部または下部に少なくとも一つ配置される絶縁板；及び
前記電極組立体、前記絶縁板及び電解液を電池ケースに収納してキャップ組立体によって密封される二次電池であって、
前記絶縁板は、
円盤環状に形成され、硬質材質を含んで製造される周辺部；及び
前記周辺部の内周面から内側に延長形成され、高耐熱性原緞で製造される中心部を含む、二次電池。
円盤環状に形成され、硬質材質を含んで製造される周辺部；及び
前記周辺部の内周面から内側に延長形成され、高耐熱性原緞で製造される中心部を含む、二次電池用絶縁板。
前記中心部は、
円盤形状に形成され、前記周辺部と同一の中心軸を共有する、請求項２に記載の二次電池用絶縁板。
前記周辺部及び前記中心部は、
一体に形成される、請求項２又は３に記載の二次電池用絶縁板。
前記周辺部及び前記中心部は、
インサート射出成形で形成される、請求項４に記載の二次電池用絶縁板。
前記中心部がインサートされ、前記硬質材質が射出成形されて周辺部を形成する、請求項５に記載の二次電池用絶縁板。
前記硬質材質は、
フェノール樹脂を含む、請求項２から６のいずれか一項に記載の二次電池用絶縁板。
前記高耐熱性原緞は、
ガラス繊維を含む、請求項２から７のいずれか一項に記載の二次電池用絶縁板。
前記周辺部は、
内径が外径の５０％から９５％である、請求項２から８のいずれか一項に記載の二次電池用絶縁板。
前記周辺部は、
前記硬質材質で製造される第１層；及び
前記高耐熱性原緞で製造される第２層が積層されて形成される、請求項２から９のいずれか一項に記載の二次電池用絶縁板。
前記第２層及び前記中心部は、
一体に製造されて円盤形状に形成される、請求項１０に記載の二次電池用絶縁板。
正極、負極、分離膜を巻取りまたは積層した電極組立体；
前記電極組立体の上部または下部に少なくとも一つ配置される絶縁板；及び
前記電極組立体、前記絶縁板及び電解液を電池ケースに収納してキャップ組立体によって密封される二次電池であって、
前記絶縁板は、
ガラス繊維を基材として、無機添加剤を含むフェノール樹脂が積層されて形成され、
円盤環状に形成され、前記フェノール樹脂を含む材質で製造される周辺部；及び
前記周辺部の内周面から内側に延長形成され、前記ガラス繊維を含む材質で製造される中心部を含み、
前記ガラス繊維、前記フェノール樹脂及び前記無機添加剤の構成の比率は、
前記ガラス繊維が５５〜７０ｗｔ％、前記フェノール樹脂が２５〜４０ｗｔ％、前記無機添加剤は５〜２０ｗｔ％であり、
前記絶縁板の厚さは、
０．３〜０．６５ｍｍである、二次電池。
前記無機添加剤は、
平均粒径が前記ガラス繊維の直径より小さい、請求項１２に記載の二次電池。
前記無機添加剤は、
アルミナ、シリカ、水酸化アルミニウム、水酸化カルシウム、水酸化マグネシウム及び炭酸カルシウムからなる群から少なくとも一つ選択されて含まれる、請求項１２又は１３に記載の二次電池。