JP2022513751A - 溝が形成されたガスケットを含む円筒型二次電池 - Google Patents
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Abstract
本発明は円筒型二次電池の密封性及び絶縁性を確保するために第１ガスケット及び第２ガスケットの形態を変形したものであり、具体的に、陽極、陰極及び分離膜を含む電極組立体を収容する円筒形カンと、前記円筒形カンの上部に位置するキャップ組立体と、前記キャップ組立体のトップキャップ及びベンティング部材の外周縁を取り囲むように設けられた状態で前記円筒形カンを密封する第１ガスケットと、前記キャップ組立体の下部に位置する電流遮断部材（ＣＩＤ）と、前記電流遮断部材の外周縁に位置する第２ガスケットとを含み、前記第１ガスケットの上端部は前記トップキャップの外周縁上面を取り囲む構造を有し、前記第１ガスケットの上端部の内側面の少なくとも一部には、前記トップキャップの外周縁上面と密着することを防止するための溝部が形成されている円筒型二次電池に関するものである。
Description
本出願は２０１９年６月１８日付の韓国特許出願第２０１９－００７２４７３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この明細書の一部として含まれる。
本発明は溝が形成されたガスケットを含む円筒型二次電池に関するもので、具体的にキャップ組立体において高温の部分に隣接したガスケットの形態を変形して高温に対する安全性を向上させた溝が形成されたガスケットを含む円筒型二次電池に関するものである。
リチウム二次電池は、電極組立体が円筒形又は角形の金属カンに内蔵されている円筒型二次電池又は角型二次電池と、電極組立体がアルミニウムラミネートシートのパウチ形ケースに内蔵されているパウチ型二次電池とに分類される。その中で、円筒型二次電池は相対的に容量が大きくて構造的に安定であるという利点がある。
円筒型二次電池は、開放した円筒形ケースの上端にキャップ組立体を位置させ、円筒形ケースとキャップ組立体との間にガスケットを介在して密封する。前記ガスケットは、電極組立体の陽極タブと連結されるキャップ組立体と陰極タブと連結される円筒形ケースとの間の絶縁性を確保する機能も有する。
図１は一般的な円筒型二次電池の垂直断面図を示している。図１を参照すると、円筒型二次電池１００は、円筒形電池ケース１２０の内部にゼリーロール形電極組立体１１０が収納され、上部にはキャップ組立体１３０が位置し、キャップ組立体１３０の第１ガスケット１３３によって円筒型二次電池１００が密封される。
キャップ組立体１３０は、トップキャップ１３１の外周を取り囲み、トップキャップの下部に位置する安全ベント１３２と、安全ベント１３２の中心部と接触し、安全ベント１３２の下部に位置する電流遮断部材１３４とを含む。電流遮断部材１３４の外周縁には、安全ベント１３２と電流遮断部材１３４が前記中心部以外の部分で接触することを防止するための第２ガスケット１３５が位置する。
電流遮断部材１３４の下面にはゼリーロール形電極組立体１１０の陽極タブ１１１が付着されてキャップ組立体１３０が陽極端子の役割をする。
これに関連して、トップキャップ１３１においてガス排出用開口が形成されていない部分は陽極タブの発熱によって過熱することがあり、前記第１ガスケットにおいて前記トップキャップの発熱部と密着した部分が溶融する可能性が高い。前記第１ガスケットが溶融する場合には、二次電池の密封が問題となるか電池ケースとタブアセンブリーが接触して通電する問題が発生することがある。
図２は図１の第２ガスケットと陽極タブの位置関係を示すための下部斜視図である。
図２を参照すると、ゼリーロール形電極組立体に付着されて伸びた陽極タブ１１１は電流遮断部材（省略）と結合する。ここで、前記電流遮断部材と安定的に結合するために陽極タブ１１１の末端１１２を折り曲げれば、陽極タブ１１１の末端１１２が電流遮断部材の下面に結合することができる。すなわち、前記陽極タブは電流遮断部材の下面中心部に結合せず、一側に偏った状態で結合する。第２ガスケット１３５において陽極タブの末端１１２に隣接した部分は主要発熱部位である陽極タブの温度によって溶融することがある。このような場合、電流遮断部材１３４と安全ベント１３２が通電することができる。
よって、高融点の素材から第１ガスケット及び第２ガスケットを製造して使うことができるが、これは製造コストの増加をもたらすから、適用が難しいという問題がある。
特許文献１は両面に凸部が形成された内部ガスケットを含む密閉型電池に関するものであり、密封体の内部に電解液が浸透することを抑制し、密封体の内部にあるＰＴＣ素子又は防爆バルブなどが誤作動することを防止することができるが、キャップ組立体の発熱によってガスケットが溶融することを防止することができる技術を開示していない。
特許文献２は正極端子として使われるキャップ組立体と負極端子として使われるカンとの絶縁のために溝が形成されたガスケットをその間に挿入する構造を開示しているが、電流遮断部材用ガスケットの溶融を防止するための構造は開示していない。
特許文献３はキャップ組立体と電池カンとの間に介在されるガスケットにおいて、電池カンの方向に溝が形成された構造を開示しているが、加熱されたトップキャップによってガスケットが溶融することを防止するための技術に相当しない。
特許文献４は金属カンの上部としてクランピングされた部分の内面に、クランピングによってガスケットが部分的に湾入した湾入形の溝が形成された円筒形電池セルに関するものであり、クランピング工程の際にガスケットが損傷されることを防止するための構造である。
このように、円筒型二次電池において高温によるガスケットの損傷を防止するための解決方案が提示されることができていないので、容易な方法でガスケットの溶融を防止して密封性及び絶縁性を向上させることができる技術に対する必要性が高い、というのが実情である。
本発明は前記のような問題を解決するためのものであり、トップキャップと電池ケースとの間に介在される第１ガスケットの形態を変形してトップキャップの高温部分と接触する第１ガスケットの部分を最小化し、電流遮断部材の外周に位置する第２ガスケットの形態を変形して高温の陽極タブと前記第２ガスケットとの距離を最大に維持する構造をなすように、溝が形成されているガスケットを含む円筒型二次電池を提供することを目的とする。
このような目的を達成するための本発明による円筒型二次電池は、陽極、陰極及び分離膜を含む電極組立体を収容する円筒形カンと、前記円筒形カンの上部に位置するキャップ組立体と、前記キャップ組立体のトップキャップ及びベンティング部材の外周縁を取り囲むように設けられた状態で前記円筒形カンを密封する第１ガスケットと、前記キャップ組立体の下部に位置する電流遮断部材（ＣＩＤ）と、前記電流遮断部材の外周縁に位置する第２ガスケットとを含み、前記第１ガスケットの上端部は前記トップキャップの外周縁上面を取り囲む構造を有し、前記第１ガスケットの上端部の内側面の少なくとも一部には、前記トップキャップの外周縁上面と密着することを防止するための溝部が形成されている構造を有する。
前記トップキャップは突出形中心部とトップキャップの外周縁を連結するブリッジを含むことができ、前記溝部は前記ブリッジと連結されるトップキャップの外周縁と対面する第１ガスケットの上端部に形成されることができる。
前記溝部の両側末端を連結する長さはブリッジの幅より大きいとすることができる。
前記溝部は全体として均一な深さの溝が形成されていることができる。
前記溝部は凹部及び凸部が連続的に形成された構造を有することができる。
前記凸部の厚さは溝部が形成されなかった第１ガスケットの上端部の厚さと同一であることができる。
前記凸部の厚さは溝部が形成されなかった第１ガスケットの上端部の厚さより小さいとすることができる。
前記第１ガスケットの上端部は多孔性構造を有することができる。
前記第２ガスケットは、ベンティング部材と電流遮断部材の接触を防止するために、電流遮断部材の外周部の上面に位置する上部、及び前記電流遮断部材の外周部の外側に位置する側部を含むことができ、前記上部の少なくとも一部には打抜部が形成されていることができる。
前記打抜部は電流遮断部材と結合する陽極タブに隣接した位置に形成されることができる。
前記打抜部は前記第２ガスケット上部の内側一部が除去された形態を有することができる。
前記打抜部は前記第２ガスケット上部の下面に溝が形成された構造を有することができる。
前記溝はスリット形態を有することができる。
以下、添付図面に基づき、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者が本発明を容易に実施することができる実施例を詳細に説明する。ただ、本発明の好適な実施例の動作原理を詳細に説明するにあたり、関連した公知の機能又は構成についての具体的な説明が本発明の要旨を不必要にあいまいにする可能性があると判断される場合にはその詳細な説明を省略する。
また、図面全般にわたって類似の機能及び作用をする部分は同じ図面符号を使う。明細書全般で、ある部分が他の部分と連結されていると言うとき、これは直接的に連結されている場合だけでなく、その中間に他の素子を挟んで間接的に連結されている場合も含む。また、ある構成要素を含むというとは、特に反対の記載がない限り、他の構成要素を除くものではなく、他の構成要素をさらに含むことができることを意味する。
本発明を図面に基づいて詳細な実施例とともに説明する。
図３はキャップ組立体の斜視図である。
図３を参照すると、キャップ組立体はトップキャップ２１０の外周縁を第１ガスケット２２０が取り囲む構造である。トップキャップ２１０は、突出形の中心部２１１、円筒形カンの内部で発生したガスを排出するための開口２１３、及び中心部２１１と外周縁を連結するブリッジ２１２を含む。
キャップ組立体の下端に位置する電流遮断部材の下面には陽極タブが結合される。前記陽極タブは電流が流れる通路であり、特に発熱が激しく発生する部分である。
したがって、前記陽極タブと連結される前記キャップ組立体は全体として温度が増加することになる。特に、第１ガスケット２２０内で、トップキャップのブリッジ２１２と連結されるトップキャップの外周縁と対面する第１ガスケット２２０の上端部は最高温度分布を示す。
よって、本発明では、トップキャップの外周縁と第１ガスケットの接触を最小化し、ブリッジの高温が第１ガスケットに伝達されることを抑制することにより、第１ガスケットが溶融することを防止することができる構造を提示する。
これに関連して、図４は第１ガスケットの第１実施例を示し、図５は第１ガスケットの第２実施例を示す。
図４を参照すると、第１ガスケット２３０は上端部２３１の内側面に溝部２３２が形成された構造である。
具体的に、溝部２３２はトップキャップのブリッジと連結されるトップキャップの外周縁と対面する第１ガスケットの上端部２３１に形成される。
第１ガスケットの上端部において溝部２３２の厚さは均一に形成され、使用されるトップキャップに形成されたブリッジの個数と同じ個数の溝部２３２が形成されることができる。
第１ガスケットの上端部において、溝部２３２の厚さは第１ガスケットにおいて溝部が形成されなかった部分の厚さより小さいので、第１ガスケットの溝部２３２にトップキャップの上面から離隔した空間が形成される。
溝部２３２の大きさはブリッジと連結されたトップキャップの外周縁部分より大きいことが好ましい。第１ガスケット２３０において溝部２３２の両側端を連結する長さａ１は図３のブリッジ２１２の幅ａ２より大きいとすることができる。
図５を参照すると、第１ガスケット２４０は第１ガスケットの上端部２４１の内側面に溝部２４２が形成された構造を有する。
図４の第１ガスケット２３０と同様に、第１ガスケット２４０の溝部２４２はトップキャップのブリッジと連結されるトップキャップの外周縁と対面する第１ガスケットの上端部の内側面に形成される。
溝部２４２は凹部２４２ａ及び凸部２４２ｂが連続的に形成された構造を有し、凸部２４２ｂの厚さｄ２が溝部の形成されなかった第１ガスケットの上端部の厚さｄ１と同じ大きさを有する場合には、ブリッジと連結されるトップキャップの外周縁上面と溝部の凹部２４２ａは密着せず、溝部の凸部２４２ｂは密着する。
このように、キャップ組立体の高温部分と第１ガスケットとの接触点を部分的に除去することにより、第１ガスケットに高温が伝達されて第１ガスケットが損傷されることを抑制することができる。
もしくは、前記凸部２４２ｂの厚さｄ２が溝部の形成されなかった第１ガスケットの上端部の厚さｄ１より小さい場合には、ブリッジと連結されるトップキャップの外周縁上面から溝部全体が離隔するように構成されるので、第１ガスケットに高温が伝達されることを最小化することができる。
もしくは、第１ガスケット２３０、２４０の上端部２３１、２４１は、高温が第１ガスケットに伝達されることを最小化するために、多孔性構造を有し、第１ガスケット２３０、２４０の側部２３３、２４３は円筒形カンの密封のために高密度構造を有することができる。
一般に、キャップ組立体の下部に位置する電流遮断部材の外周縁には第２ガスケットが位置し、前記第２ガスケットは、前記電流遮断部材と安全ベントが分離されたとき、前記電流遮断部材と安全ベントが絶縁を維持することができる機能を有する。
前記電流遮断部材の下面には電極組立体の陽極タブが付着され、前記陽極タブは前記電流遮断部材の中心から一側に偏った位置に付着されるので、第２ガスケットにおいて陽極タブに近い部分は最高温度分布を示す。
これに関連して、図６は第２ガスケットの第１実施例を示し、図７は第２ガスケットの第２実施例を示す。
図６を参照すると、第２ガスケット３５０は、ベンティング部材と電流遮断部材の接触を防止するために、電流遮断部材の外周部の上面に位置する第２ガスケット上部３５１、及び前記電流遮断部材の外周部の外側に位置する第２ガスケット側部３５２を含み、第２ガスケット上部３５１の少なくとも一部には打抜部３５３が形成されている。
図６は電流遮断部材の下面に付着されるために伸びた陽極タブ１１１を点線で示している。電流遮断部材と結合する陽極タブの末端１１２に隣接した位置に第２ガスケット上部３５１の内側の一部が除去された形態の打抜部３５３が形成される。
打抜部３５３は陽極タブ１１１との離隔距離を確保する大きさ及び位置に形成されることが好ましく、打抜部の両側端を連結する長さｃ１は陽極タブの幅ｃ２より大きいことが好ましい。
したがって、陽極タブの末端１１２と第２ガスケット３５０との間の距離を最大化することができる。
図７を参照すると、第２ガスケット３６０は、ベンティング部材と電流遮断部材の接触を防止するために、電流遮断部材の外周部の上面に位置する第２ガスケット上部３６１、及び前記電流遮断部材の外周部の外側に位置する第２ガスケット側部３６２を含み、第２ガスケット上部３６１の少なくとも一部には打抜部３６３が形成されている。
打抜部３６３は第２ガスケット上部３６１の下面に溝が形成された構造を有し、前記溝はスリット形態を有する。もしくは、他の一実施例として、前記打抜部は貫通口が形成された構造を有することができる。
したがって、円筒型二次電池の内部圧力の増加によって安全ベントが変形して電流遮断部材と結合された安全ベントが分離される場合、安全ベントと電流遮断部材の絶縁性を確保することができ、陽極タブの高温の熱が第２ガスケットに伝達されて第２ガスケットが損傷されることを抑制することができる。
打抜部３６３も、図６の打抜部３５３と同様に、陽極タブの末端１１２に隣接した第２ガスケットの上部に形成され、打抜部の両側端を連結する長さは陽極タブの幅より大きい。
参考までに、図６及び図７に示す陽極タブにおいて、電流遮断部材と結合された陽極タブの末端１１２の反対側端は電極組立体と連結される部分であり、キャップ組立体から離隔するように位置するから、図面に示すものとは違い、第２ガスケットに隣接して位置しない。
このように、本発明は、第１ガスケット及び第２ガスケットの形態を変形して適用することにより、密封性及び絶縁性を確保するのみならず、高温安全性も向上した円筒型二次電池を提供する。
本発明が属する分野で通常の知識を有する者であれば前記内容に基づいて本発明の範疇内で多様な応用及び変形をなすことが可能であろう。
以上で説明したように、本発明による円筒型二次電池は、第１ガスケットに溝部が形成されているから、高温部分であるトップキャップと前記第１ガスケットが密着しない部分が形成される。よって、前記トップキャップの発熱によって前記第１ガスケットが溶融することを最小化することができる。
また、第２ガスケットに打抜部が形成されることにより前記第２ガスケットと陽極タブとの間の距離を最大に維持することができるので、陽極タブの発熱によって第２ガスケットが溶融することを最小化することができる。
このように、第１ガスケット及び第２ガスケットの形態を変形する方法で高温安全性を向上させることができるので、高温安全性を確保するために追加の工程が不要であり、従来の円筒型二次電池の製造工程に容易に適用することができる。
また、高価の耐熱性素材を使わないので、製造コストを節減することができる。
１００ 円筒型二次電池
１１０ ゼリーロール形電極組立体
１１１ 陽極タブ
１１２ 陽極タブの末端
１２０ 円筒形電池ケース
１３０ キャップ組立体
１３１、２１０ トップキャップ
１３２ 安全ベント
１３３、２２０、２３０、２４０ 第１ガスケット
１３４ 電流遮断部材
１３５、３５０、３６０ 第２ガスケット
２１１ 中心部
２１２ ブリッジ
２１３ 開口
２３１、２４１ 第１ガスケットの上端部
２３２、２４２ 溝部
２３３、２４３ （第１ガスケットの）側部
２４２ａ 凹部
２４２ｂ 凸部
３５１、３６１ 第２ガスケット上部
３５２、３６２ 第２ガスケット側部
３５３、３６３ 打抜部
ａ１ 溝部の両側端を連結する長さ
ａ２ ブリッジの幅
ｃ１ 打抜部の両側端を連結する長さ
ｃ２ 陽極タブの幅
ｄ１ 溝が形成されなかった第１ガスケットの上端部の厚さ
ｄ２ 凸部の厚さ
１１０ ゼリーロール形電極組立体
１１１ 陽極タブ
１１２ 陽極タブの末端
１２０ 円筒形電池ケース
１３０ キャップ組立体
１３１、２１０ トップキャップ
１３２ 安全ベント
１３３、２２０、２３０、２４０ 第１ガスケット
１３４ 電流遮断部材
１３５、３５０、３６０ 第２ガスケット
２１１ 中心部
２１２ ブリッジ
２１３ 開口
２３１、２４１ 第１ガスケットの上端部
２３２、２４２ 溝部
２３３、２４３ （第１ガスケットの）側部
２４２ａ 凹部
２４２ｂ 凸部
３５１、３６１ 第２ガスケット上部
３５２、３６２ 第２ガスケット側部
３５３、３６３ 打抜部
ａ１ 溝部の両側端を連結する長さ
ａ２ ブリッジの幅
ｃ１ 打抜部の両側端を連結する長さ
ｃ２ 陽極タブの幅
ｄ１ 溝が形成されなかった第１ガスケットの上端部の厚さ
ｄ２ 凸部の厚さ
Claims (13)
- 陽極、陰極及び分離膜を含む電極組立体を収容する円筒形カンと、
前記円筒形カンの上部に位置するキャップ組立体と、
前記キャップ組立体のトップキャップ及びベンティング部材の外周縁を取り囲むように設けられた状態で前記円筒形カンを密封する第１ガスケットと、
前記キャップ組立体の下部に位置する電流遮断部材（ＣＩＤ）と、
前記電流遮断部材の外周縁に位置する第２ガスケットと、
を含み、
前記第１ガスケットの上端部は前記トップキャップの外周縁上面を取り囲む構造を有し、
前記第１ガスケットの上端部の内側面の少なくとも一部には、前記トップキャップの外周縁上面と密着することを防止するための溝部が形成されている、円筒型二次電池。 - 前記トップキャップは突出形中心部とトップキャップの外周縁を連結するブリッジを含み、前記溝部は前記ブリッジと連結されるトップキャップの外周縁と対面する第１ガスケットの上端部に形成される、請求項１に記載の円筒型二次電池。
- 前記溝部の両側末端を連結する長さはブリッジの幅より大きい、請求項２に記載の円筒型二次電池。
- 前記溝部は全体として均一な深さの溝が形成されている、請求項１から３のいずれか一項に記載の円筒型二次電池。
- 前記溝部は凹部及び凸部が連続的に形成された構造を有する、請求項１から４のいずれか一項に記載の円筒型二次電池。
- 前記凸部の厚さは溝部が形成されなかった第１ガスケットの上端部の厚さと同一である、請求項５に記載の円筒型二次電池。
- 前記凸部の厚さは溝部が形成されなかった第１ガスケットの上端部の厚さより小さい、請求項５に記載の円筒型二次電池。
- 前記第１ガスケットの上端部は多孔性構造を有する、請求項１から７のいずれか一項に記載の円筒型二次電池。
- 前記第２ガスケットは、ベンティング部材と電流遮断部材の接触を防止するために、電流遮断部材の外周部の上面に位置する上部、及び前記電流遮断部材の外周部の外側に位置する側部を含み、
前記上部の少なくとも一部には打抜部が形成されている、請求項１から８のいずれか一項に記載の円筒型二次電池。 - 前記打抜部は電流遮断部材と結合する陽極タブに隣接した位置に形成される、請求項９に記載の円筒型二次電池。
- 前記打抜部は前記第２ガスケット上部の内側一部が除去された形態を有する、請求項９または１０に記載の円筒型二次電池。
- 前記打抜部は前記第２ガスケット上部の下面に溝が形成された構造を有する、請求項９または１０に記載の円筒型二次電池。
- 前記溝はスリット形態を有する、請求項１２に記載の円筒型二次電池。
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