JP2023511049A - ボタン型二次電池 - Google Patents

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Abstract

本発明は、ボタン型二次電池として、電極組立体と、前記電極組立体を収容する下部缶と、前記下部缶の開口部に結合する上部缶と、前記下部缶と前記上部缶の結合部位を絶縁するガスケットと、前記電極組立体の巻心部分に備えられるセンター部とを含み、前記センター部は、前記電極組立体の巻心部分に挿入されるセンターピンと、前記センターピンの上端に備えられて前記電極組立体の上部を保護する上部蓋面を備えた上部板とを含み、前記上部蓋面の縁部は、前記下部缶の内壁に支持されるように設けられる。

Description

本出願は、2020年9月15日付けの韓国特許出願第10-2020-0118627号および2021年8月25日付けの韓国特許出願第10-2021-0112633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ている全ての内容は、本明細書の一部として組み込まれる。
本発明は、電極組立体の巻心部分に備えられるセンター部を改善して、電極組立体の変形を防止することができるボタン型二次電池に関する。
一般的に、二次電池(secondary battery)は、充電が不可能な一次電池とは異なり、充電および放電が可能な電池を意味し、このような二次電池は、スマートフォン、ノート型パソコン、カムコーダおよび電気自動車などに広く使用されている。
一方、二次電池は、高いエネルギー密度、高い出力、長い寿命を有するボタン型二次電池を含み、前記ボタン型二次電池は、電極組立体と、前記電極組立体を収容する収容溝が形成された下部缶と、前記下部缶に結合して前記収容溝を仕上げる上部缶と、前記下部缶と前記上部缶との間を密封するガスケットとを含む。
また、前記電極組立体は、セパレータを介在した状態で第1電極と第2電極が順に積層され、ゼリーロール状に巻き取られる構造を有する。また、前記第1電極には、前記下部缶と連結される第1電極タブが備えられ、前記第2電極には、前記上部缶と連結される第2電極タブが備えられる。一方、前記電極組立体は、ゼリーロール状に巻き取られることによって巻心部分に中空が形成される。
しかし、上記の電極組立体は、外部衝撃または移動時に前記中空が形成された電極組立体の巻心部分が押されるかまたは撓むことで変形が発生する問題があり、これによって不良率が大幅に増加する問題があった。
本発明は、上記のような問題を解決するために発明されたものであり、本発明は、電極組立体の巻心部分にセンター部を備え、前記センター部は、電極組立体の中空に挿入されるセンターピンと、前記センターピンの上端と下端にそれぞれ備えられる上部板および下部板とを含むことを特徴とする。このような特徴により、電極組立体の巻心部分が押されるかまたは撓むなどの変形を防止することができ、結果、不良率を大幅に低減することができるボタン型二次電池を提供することを目的とする。
特に、本発明は、上部板と下部板の縁部が下部缶の内壁に支持されることを特徴とする。このような特徴により、下部缶の内部でセンター部が動くことを防止することができ、結果、センター部に巻き取られた電極組立体の流動を防止することができるボタン型二次電池を提供することを目的とする。
本発明のボタン型二次電池は、電極組立体と、前記電極組立体を収容する下部缶と、前記下部缶の開口部に結合する上部缶と、前記下部缶と前記上部缶の結合部位を絶縁するガスケットと、前記電極組立体の巻心部分に備えられるセンター部とを含み、前記センター部は、前記電極組立体の巻心部分に挿入されるセンターピン、前記センターピンの上端に備えられ、前記電極組立体の上部を保護する上部蓋面を備えた上部板を含み、前記上部蓋面の縁部は、前記下部缶の内壁に支持されるように設けられることができる。
前記センターピンには、上下方向に開放される中空が形成され、前記上部板は、前記センターピンの中空に結合して前記上部蓋面と前記センターピンを連結する上部結合面をさらに含むことができる。
前記上部板は、前記センターピンに結合した前記上部結合面を固定する上部固定部をさらに含むことができる。
前記上部固定部は、前記センターピンを貫通して前記上部結合面に結合し、前記センターピンと前記上部結合面を固定する固定ピンとして設けられることができる。
前記電極組立体の外周面に配置された第1電極と前記上部缶を連結する第1電極タブを含み、前記第1電極タブは、前記第1電極と連結される第1a結合面と、前記上部缶と連結される第1b結合面を含み、前記上部蓋面には、前記第1a結合面と前記第1b結合面の連結部分が挿入される貫通孔が形成されることができる。
前記第1b結合面の端部は、前記下部缶の内壁に向かって延び、前記下部缶と前記上部缶との間に配置されたガスケットに支持されることができる。
前記センター部は、前記センターピンの下端に備えられて前記電極組立体の下部を保護する下部蓋面を備えた下部板を含み、前記下部蓋面の縁部は、前記下部缶の内壁に支持されるように設けられることができる。
前記センターピンには、上下方向に開放される中空が形成され、前記下部板は、前記センターピンの中空に結合して前記下部蓋面と前記センターピンを連結する下部結合面をさらに含むことができる。
前記下部板は、前記センターピンに結合した前記下部結合面を固定する下部固定部をさらに含むことができる。
前記下部固定部は、前記センターピンを貫通して前記下部結合面に結合し、前記センターピンと前記下部結合面を固定する固定ピンとして設けられることができる。
前記電極組立体の外周面に配置された第2電極と前記下部缶を連結する第2電極タブを含み、前記第2電極タブは、前記第2電極と連結される第2a結合面と、前記下部缶と連結される第2b結合面を含み、前記下部蓋面には、前記第2a結合面と前記第2b結合面の連結部分が挿入される貫通孔が形成されることができる。
前記第2b結合面の端部は、前記下部缶の内壁に向かって延び、前記下部缶の内壁に支持されることができる。
前記センター部は、絶縁性素材からなることができる。
本発明のボタン型二次電池は、電極組立体、下部缶、上部缶、ガスケット、電極組立体の巻心部分に備えられるセンター部を含み、前記センター部は、センターピンと上部板および下部板を含むことを特徴とする。このような特徴により、電極組立体の変形を防止することができ、電極組立体の上部と下部を安定的に保護することができる。
本発明の第1実施形態によるボタン型二次電池を図示した断面図である。 本発明の第1実施形態によるボタン型二次電池のセンター部を図示した斜視図である。 本発明の第1実施形態によるボタン型二次電池の電極組立体、センター部および第1電極タブが結合した状態を図示した斜視図である。 図3の平面図である。 本発明の第2実施形態によるボタン型二次電池を図示した断面図である。 本発明の第2実施形態によるボタン型二次電池のセンター部を図示した斜視図である。 本発明の第2実施形態によるボタン型二次電池のセンター部の長さ調節状態を図示した断面図である。
以下、添付の図面を参照して、本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者が容易に実施するように、本発明の実施形態について詳細に説明する。しかし、本発明は、様々な相違する形態に実現されることができ、ここで説明する実施形態に限定されない。また、図面で本発明を明確に説明するために、説明とは関係のない部分は省略しており、明細書の全体にわたり類似する部分に対しては類似する図面符号を付けた。
[本発明の第1実施形態によるボタン型二次電池]
本発明の第1実施形態によるボタン型二次電池100は、図1~図4に図示されているように、電極組立体110と、前記電極組立体110を収容する下部缶120と、前記下部缶120の開口部に結合する上部缶130と、前記下部缶120と前記上部缶130の結合部位を絶縁するガスケット140と、前記電極組立体110の巻心部分に備えられるセンター部150とを含む。
電極組立体
電極組立体110は、セパレータを介在した状態で、第1電極111と第2電極112が交互に配置され、ゼリーロール状に巻き取られる構造を有する。この際、電極組立体110の最外側には、第1電極111の末端部と第2電極112の末端部がそれぞれ配置される。また、前記第1電極111の末端部には第1電極タブ113が連結され、前記第2電極112の末端部には第2電極タブ114が連結される。
前記第1電極タブ113は、前記第1電極111の末端部に結合する第1a結合面113aと、前記電極組立体110の上面と上部缶130との間に延び、前記上部缶130に結合する第1b結合面113bとを含む。
前記第2電極タブ114は、前記第2電極112の末端部に結合する第2a結合面114aと、前記電極組立体110の底面と下部缶120との間に延び、前記下部缶120に結合する第2b結合面114bとを含む。
一方、第1電極は正極であり、第2電極は負極である。第1電極タブは正極タブであり、第2電極タブは負極タブである。
下部缶
下部缶120は、電極組立体を収容するためのものである。すなわち、下部缶120は、電極組立体110が配置される底面121と、前記底面121の縁部に沿って形成されて電極組立体を収容する収容空間を形成する壁面122とを含む。
上部缶
上部缶130は、下部缶の開口部に結合して前記下部缶の収容空間を仕上げるためのものである。すなわち、上部缶130は、前記下部缶120の開口部に配置され、前記下部缶120の収容空間を仕上げる蓋面131と、前記蓋面131の縁部に沿って形成され、前記壁面122に結合する結合面132とを含む。
このような構造を有する下部缶120と上部缶130は、圧入方式で結合する。
ガスケット
前記ガスケット140は、下部缶と上部缶との間を密封し、絶縁するためのものである。すなわち、ガスケット140は、下部缶120の壁面122と上部缶130の結合面132との間に配置される外側ガスケットと、前記外側ガスケットと連結され、壁面と蓋面との間に配置される内側ガスケットとを含む。
ここで、ボタン型二次電池100は、電極組立体をゼリーロール状に巻き取り、外形を維持させるためのセンター部150を含む。
一方、従来、電極組立体の製造が完了すると、前記電極組立体の巻心に備えられたセンター部を除去する。この際、センター部が除去された電極組立体の巻心部分には中空が形成される。しかし、センター部が除去された電極組立体の巻心部分は、外部衝撃または電極組立体の移動時に簡単に押されるかまたは撓むなどの変形が発生する問題があった。特に、下部缶の内部で電極組立体が動いて損傷とショートが発生する問題があった。
前記のような問題を解決するために、本発明の第1実施形態によるボタン型二次電池100は、電極組立体の巻心部分に備えられたセンター部を除去せず、特に、センター部を改善して、電極組立体の変形およびショート発生を防止することができる。
以下、本発明の第1実施形態によるボタン型二次電池100に含まれたセンター部について詳細に説明する。
センター部
センター部150は、前記電極組立体110の巻心部分に備えられ、電極組立体の巻心部分を支持するセンターピン151と、前記センターピン151の上部に備えられ、前記電極組立体110の上部を保護する上部蓋面152aを備えた上部板152と、前記センターピン151の下部に備えられ、前記電極組立体110の下部を保護する下部蓋面153aを備えた下部板153とを含む。
すなわち、センター部150は、センターピン151により電極組立体110の巻心部分を支持して変形を防止し、上部板152により電極組立体110の上部を外部衝撃から保護し、下部板153により電極組立体110の下部を外部衝撃から保護する。
特に、上部板152の上部蓋面152aは、前記下部缶120内部で動かないように、縁部が前記下部缶120の内壁である壁面122に支持され、これにより、上部蓋面による騒音の発生を防止することができ、センターピン151に備えられた電極組立体110の上端部分が前後左右に動くことを防止することができる。特に、上部蓋面152aは、下部缶の壁面に支持されて下部缶の強度を補強することができ、これにより、下部缶の変形を大きく防止することができる。
一方、前記上部蓋面152aには、第1電極タブ113の第1a結合面113aと前記第1b結合面113bの連結部分が挿入される貫通孔152cが形成され、前記貫通孔152cは、図2を参照すると、上部蓋面152aの外側方向に開放されるように形成される。また、貫通孔152cの深さは、第1a結合面113aの厚さより大きく形成され、これにより、貫通孔に挿入された第1電極タブが壁面に接続されることを防止する。
また、貫通孔152cには、貫通孔に挿入された第1電極タブが離脱しないように支持する支持突起152c-1が形成され、支持突起152c-1は、互いに対応する貫通孔の両側内面にそれぞれ形成される。
一方、下部板153の下部蓋面153aは、前記下部缶120の内部で動かないように、縁部が前記下部缶120の壁面122に支持され、これにより、下部蓋面153aによる騒音の発生を防止することができ、センターピン151に備えられた電極組立体110の下端部分が前後左右に動くことを防止することができる。特に、下部蓋面153aは、下部缶の壁面に支持されて下部缶の強度を補強することができ、これにより、下部缶の変形を大きく防止することができる。
一方、前記下部蓋面153aには、第2電極タブ114の第2a結合面114aと、前記第2b結合面114bの連結部分が挿入される貫通孔153cが形成され、前記貫通孔153cは、図2を参照すると、前記下部蓋面153aの外側方向に開放されるように形成される。これにより、貫通孔153cに挿入された第2電極タブが壁面に接続されることを防止することができる。
また、貫通孔153cには、貫通孔に挿入された第2電極タブが離脱しないように支持する支持突起153c-1が形成され、支持突起153c-1は、互いに対応する貫通孔の両側内面にそれぞれ形成される。
一方、第1b結合面113bの端部は、前記下部缶120の壁面122に向かって延び、前記下部缶120と前記上部缶130との間に配置されたガスケット140に支持される。すなわち、第1b結合面113bは、上部蓋面152aと上部缶との間に配置されて上部缶の強度を補強し、外部衝撃から上部缶の変形を防止することができる。
一方、第1b結合面113bは、上部蓋面に密着し、接着層によって上部蓋面に付着されることができる。
一方、第2b結合面114bの端部は、前記下部缶120の壁面122に向かって延び、前記下部缶120の内壁に支持される。すなわち、第2b結合面114bは、下部蓋面153aと下部缶120との間に配置されて下部缶の強度を補強し、外部衝撃から下部缶の変形を防止することができる。
一方、前記センター部150は、絶縁性を有する素材からなることができる。例えば、センター部は、PPSU(Polyphenylsulfone)、PES(ployethersulfone)、PSU(ploysulfone)のいずれか一つであることができる。これにより、前記センター部150は、電極組立体110と上部缶130との間、または電極組立体110と下部缶120との間を安定的に絶縁することができ、結果、別の絶縁体を備える必要がないことから、コストダウンを図ることができ、構造を単純化することができる。
したがって、本発明の第1実施形態によるボタン型二次電池100は、センターピン、上部板および下部板を備えたセンター部を含むことで、電極組立体の変形を防止することができ、外部衝撃から電極組立体を安定的に保護することができる。
以下、本発明の他の実施形態を説明するに際し、上述の実施形態と機能および形態が同一である構成に対しては、同一の構成符号を使用し、重複する説明は省略する。
[本発明の第2実施形態によるボタン型二次電池]
本発明の第2実施形態によるボタン型二次電池100は、図5および図6に図示されているように、電極組立体110と、下部缶120と、上部缶130と、ガスケット140と、センター部150とを含む。
ここで、前記電極組立体、前記下部缶、前記上部缶、および前記ガスケットは、第1実施形態で説明した電極組立体、下部缶、上部缶、およびガスケットと同じ構成を有し、そのため、重複する説明は省略する。
前記センター部150は、電極組立体110の巻心部分に挿入されるセンターピン151と、電極組立体110の上部に配置される上部板152と、電極組立体110の下部に配置される下部板153とを含む。
ここで、センターピン151、上部板152、下部板153は、互いに分離可能に設けられることができる。より詳細には、前記上部板152と前記下部板153は、前記センターピン151に着脱可能に結合する構造を有する。すなわち、前記上部板152は、図5を参照すると、前記センターピン151の上部に着脱可能に結合し、前記下部板153は図5を参照すると、前記センターピン151の下部に着脱可能に結合することができる。これにより、前記センター部150は、メンテナンスの容易性、製作性、移動性および保管性を高めることができる。
一例として、前記上部板152は、前記センターピン151の上部に配置される上部蓋面152aと、前記センターピン151の中空151aに着脱可能に結合する上部結合面152bとを含む。すなわち、前記上部板152は、上部結合面152bが前記センターピン151の中空151aに結合すると、前記上部蓋面152aと前記センターピン151を連結することができ、逆に、上部結合面152bが前記センターピン151の中空151aから取り外されると、前記上部蓋面152aと前記センターピン151を分離することができる。
特に、前記センターピン151の中空151aに結合した上部結合面152bの深さを調節すると、前記センターピン151の上端に位置する前記上部蓋面152aの高さを調節することができる。すなわち、電極組立体の巻心部分の高さに合わせてセンターピン151に結合する上部蓋面152aの高さを調節することができ、結果、様々な高さを有する電極組立体110に互換性をもって使用することができる。すなわち、図7に図示されているように、センターピン151に結合した上部結合面152bの深さをαだけ減少させると、αの長さだけ上部蓋面の高さを増加させることができる。
一方、前記上部板152は、前記センターピン151に結合した前記上部結合面152bを固定する上部固定部152dをさらに含む。すなわち、上部固定部152dは、前記センターピン151を貫通して前記上部結合面152bに加圧されるかまたは結合して、前記センターピン151と前記上部結合面152bを固定する固定ピンとして設けられる。これにより、センターピンと上部板が分離することを防止することができる。
また、下部板153は、前記センターピン151の下部に配置される下部蓋面153aと、前記センターピン151の中空151aに着脱可能に結合する下部結合面153bとを含む。前記下部板153は、下部結合面13bが前記センターピン151の中空に結合すると、前記下部蓋面153aと前記センターピン151を連結することができ、逆に、下部結合面13bが前記センターピン151の中空から取り外されると、前記下部蓋面153aと前記センターピン151を分離することができる。
特に、前記センターピン151の中空151aに結合した下部結合面153bの深さを調節すると、前記センターピン151の下端に位置する前記下部蓋面153aの高さを調節することができる。すなわち、電極組立体の巻心部分の高さに合わせてセンターピンに結合する前記下部蓋面153aの高さを調節することができる。結果、様々な高さを有する電極組立体110に互換性をもって使用することができる。すなわち、図7に図示されているように、センターピン151に結合した下部結合面153bの深さをβだけ減少させると、βの長さだけ下部蓋面153aの高さを増加させることができる。
前記下部板153は、前記センターピン151に結合した前記下部結合面153bを固定する下部固定部153dをさらに含む。すなわち、下部固定部153dは、前記センターピン151を貫通して前記下部結合面153bを結合し、前記センターピンと前記下部結合面を固定する固定ピンとして設けられることができる。これにより、センターピンと下部板が分離されることを防止することができる。
一方、固定ピン152d、153dは、センターピン151と前記上部結合面152bまたはセンターピン151と前記下部結合面153bにねじ締結方式で結合することができ、これにより、結合性を高めることができる。
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って示され、特許請求の範囲の意味および範囲、また、その均等概念から導き出される様々な実施形態が可能である。
100 ボタン型二次電池
110 電極組立体
111 第1電極
112 第2電極
113 第1電極タブ
113a 第1a結合面
113b 第1b結合面
114 第2電極タブ
114a 第2a結合面
114b 第2b結合面
120 下部缶
121 底面
122 壁面
130 上部缶
131 蓋面
132 結合面
140 ガスケット
150 センター部
151 センターピン
151a 中空
152 上部板
152a 上部蓋面
152b 上部結合面
152c 貫通孔
152c-1 支持突起
152d 上部固定部
153 下部板
153a 下部蓋面
153b 下部結合面
153c 貫通孔
153d 下部固定部
また、貫通孔152cには、貫通孔に挿入された第1電極タブが離脱しないように支持する支持突起152が形成され、支持突起152は、互いに対応する貫通孔の両側内面にそれぞれ形成される。
また、下部板153は、前記センターピン151の下部に配置される下部蓋面153aと、前記センターピン151の中空151aに着脱可能に結合する下部結合面153bとを含む。前記下部板153は、下部結合面13bが前記センターピン151の中空に結合すると、前記下部蓋面153aと前記センターピン151を連結することができ、逆に、下部結合面13bが前記センターピン151の中空から取り外されると、前記下部蓋面153aと前記センターピン151を分離することができる。
100 ボタン型二次電池
110 電極組立体
111 第1電極
112 第2電極
113 第1電極タブ
113a 第1a結合面
113b 第1b結合面
114 第2電極タブ
114a 第2a結合面
114b 第2b結合面
120 下部缶
121 底面
122 壁面
130 上部缶
131 蓋面
132 結合面
140 ガスケット
150 センター部
151 センターピン
151a 中空
152 上部板
152a 上部蓋面
152b 上部結合面
152c 貫通
152d 上部固定部
152e 支持突起
153 下部板
153a 下部蓋面
153b 下部結合面
153c 貫通孔
153d 下部固定部

Claims (13)

  1. 電極組立体と、
    前記電極組立体を収容する下部缶と、
    前記下部缶の開口部に結合する上部缶と、
    前記下部缶と前記上部缶の結合部位を絶縁するガスケットと、
    前記電極組立体の巻心部分に備えられるセンター部とを含み、
    前記センター部は、前記電極組立体の巻心部分に挿入されるセンターピン、前記センターピンの上端に備えられ、前記電極組立体の上部を保護する上部蓋面を備えた上部板を含み、
    前記上部蓋面の縁部は、前記下部缶の内壁に支持されるように設けられる、ボタン型二次電池。
  2. 前記センターピンには、上下方向に開放される中空が形成され、
    前記上部板は、前記センターピンの中空に結合して前記上部蓋面と前記センターピンを連結する上部結合面をさらに含む、請求項1に記載のボタン型二次電池。
  3. 前記上部板は、前記センターピンに結合した前記上部結合面を固定する上部固定部をさらに含む、請求項2に記載のボタン型二次電池。
  4. 前記上部固定部は、前記センターピンを貫通して前記上部結合面に結合し、前記センターピンと前記上部結合面を固定する固定ピンとして設けられる、請求項3に記載のボタン型二次電池。
  5. 前記電極組立体の外周面に配置された第1電極と前記上部缶を連結する第1電極タブを含み、
    前記第1電極タブは、前記第1電極と連結される第1a結合面と、前記上部缶と連結される第1b結合面を含み、
    前記上部蓋面には、前記第1a結合面と前記第1b結合面の連結部分が挿入される貫通孔が形成される、請求項1に記載のボタン型二次電池。
  6. 前記第1b結合面の端部は、前記下部缶の内壁に向かって延び、前記下部缶と前記上部缶との間に配置されたガスケットに支持される、請求項5に記載のボタン型二次電池。
  7. 前記センター部は、前記センターピンの下端に備えられて前記電極組立体の下部を保護する下部蓋面を備えた下部板を含み、
    前記下部蓋面の縁部は、前記下部缶の内壁に支持されるように設けられる、請求項1に記載のボタン型二次電池。
  8. 前記センターピンには、上下方向に開放される中空が形成され、
    前記下部板は、前記センターピンの中空に結合して前記下部蓋面と前記センターピンを連結する下部結合面をさらに含む、請求項7に記載のボタン型二次電池。
  9. 前記下部板は、前記センターピンに結合した前記下部結合面を固定する下部固定部をさらに含む、請求項8に記載のボタン型二次電池。
  10. 前記下部固定部は、前記センターピンを貫通して前記下部結合面に結合し、前記センターピンと前記下部結合面を固定する固定ピンとして設けられる、請求項9に記載のボタン型二次電池。
  11. 前記電極組立体の外周面に配置された第2電極と前記下部缶を連結する第2電極タブを含み、
    前記第2電極タブは、前記第2電極と連結される第2a結合面と、前記下部缶と連結される第2b結合面を含み、前記下部蓋面には、前記第2a結合面と前記第2b結合面の連結部分が挿入される貫通孔が形成される、請求項7に記載のボタン型二次電池。
  12. 前記第2b結合面の端部は、前記下部缶の内壁に向かって延び、前記下部缶の内壁に支持される、請求項11に記載のボタン型二次電池。
  13. 前記センター部は、絶縁性素材からなる、請求項1に記載のボタン型二次電池。
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