JP2023538553A - ボタン型二次電池 - Google Patents

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Abstract

本発明は、ボタン型二次電池に関し、電池の内部で発生するガスにより過度な内部圧力が発生しても、ガス圧力により電池が分離されるか、または人体に有害なガスが電池の外に漏れないようにし、電解液が電池の外部に漏れないようにする強い結合を有し、電極組立体が電池内で占める体積比率を向上させて電池容量およびエネルギー密度を極大化させることができ、電池の製造過程を単純かつ便利にして生産効率を増大させることができるボタン型二次電池に関する。本発明に係るボタン型二次電池は、直径の長さが高さよりも大きいボタン型二次電池に関し、電極組立体と、電極組立体が挿入され、外周面に第１ネジ山が形成されている下部缶と、下部缶の上端開口を覆い、内周面に第１ネジ山に対応する第２ネジ山が形成されている上部缶と、上部缶と下部缶との間に介在され、上部缶と下部缶のショートを防止する絶縁体と、を含み、電極組立体は複数の第１電極、セパレータ、第２電極が水平に積層されて形成され、電極組立体の第１電極に連結されて延びる第１電極タブが上部缶に接触している。

Description

本出願は、２０２０年０９月１７日付けの韓国特許出願第１０－２０２０－０１１９６２２号および２０２１年０８月１８日付けの韓国特許出願第１０－２０２１－０１０９１０１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組み込まれる。
本発明は、ボタン型二次電池に関し、電池の内部で発生するガスにより過度な内部圧力が発生しても、ガス圧力により電池が分離されるか、または人体に有害なガスが電池の外に漏れないようにし、電解液が電池の外部に漏れないようにする強い結合を有し、電極組立体が電池内で占める体積比率を向上させて電池容量およびエネルギー密度を極大化させることができ、電池の製造過程を単純かつ便利にして生産効率を増大させることができるボタン型二次電池に関する。
近年、化石燃料の枯渇によるエネルギー源の価格上昇、環境汚染に対する関心が増幅されるにつれ、環境に優しい代替エネルギー源に対する要求が未来生活のための必須不可欠な要因となっている。そこで、太陽光、風力、潮力などの多様な電力生産技術に対する研究が続けられており、このように生産された電気エネルギーをさらに効率的に用いるための電池などの電力貯蔵装置にも多大な関心が寄せられている。
さらに、電池を用いる電子モバイル機器および電気自動車に対する技術開発および需要が増加するにつれ、エネルギー源としての電池の需要が急激に増加しており、そのため、多様な要求に応じ得る電池に対する多くの研究が行われている。
特に、材料面では高いエネルギー密度、放電電圧、出力安定性などの長所を有するリチウムイオン電池、リチウムイオンポリマー電池などのようなリチウム二次電池に対する需要が高い。
二次電池は、電池ケースの形状に応じて、電極組立体が円筒形または角形の金属缶に内蔵されている円筒型電池および角型電池と、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のケースに内蔵されているパウチ型電池などに分類することができる。そして、近年、ウェアラブル機器が次第に小型化していく傾向に合わせて、ボタン型二次電池などの小型電池の開発重要性が浮上している。
図１は、従来のボタン型二次電池を示す断面図である。
図１を参照すると、従来のボタン形状の二次電池１０は、上部、下部ハウジングが分けられている形態であって、その形状が上部円筒形の缶４と下部円筒形の缶３の締まり嵌めの形態であった。すなわち、下部円筒形の缶３の外径が上部のものよりも若干大きく、互いに締まり嵌めの形態となるものであった。締まり嵌め形態の場合、その嵌められた摩擦力によりボタン型二次電池の形態が維持される原理である。そして、従来のボタン形状の二次電池は、上部缶４と下部缶３を内部電極組立体１のサイズに合わせて作製し嵌合したため、内部に別の余裕空間が存在しかった。
しかしながら、このような形態は、内部でのガス発生などにより内部圧力が大きくなると、摩擦力以外には固定している力がないため、上部缶４と下部缶３が分離される可能性が大きかった。内部圧力が上がる場合は、副反応により上がることもあるが、一般サイクルの進行時にも上がり得る。この際、内部圧力が過度に上がると、上部缶と下部缶が分離され、電池としての役割をすることができなかった。そのため、強い結合により結合され、上部缶と下部缶が分離できない製品の研究が必要な実情であった。
また、図１を参照すると、従来は、電池内部の電極組立体１が電極とセパレータを巻き取りして製造するゼリーロール状の電極組立体であった。このような電極組立体１は、巻き取り軸が地面に垂直な形態で配置された。ところで、このように電池が形成される場合、巻き取りを行う道具である巻芯により電極組立体の中央に中央孔が形成された。すなわち、電極組立体の中央に電気を生産しない空間が形成された。これは、大きさが小さく制限的であり、ウェアラブルデバイス市場で多く用いられるボタン型電池においては、それだけ非効率的な要素となり得るものであった。そこで、向上した容量確保のための研究が必要な実情であった。
本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであって、本発明の課題は、電池の内部で発生するガスにより過度な内部圧力が発生しても、ガス圧力により電池が分離されるか、または人体に有害なガスが電池の外に漏れないようにし、電解液が電池の外部に漏れないようにする強い結合を有し、電極組立体が電池内で占める体積比率を向上させて電池容量およびエネルギー密度を極大化させることができ、電池の製造過程を単純かつ便利にして生産効率を増大させることができるボタン型二次電池を提供することにある。
本発明に係るボタン型二次電池は、直径の長さが高さよりも大きいボタン型二次電池に関し、電極組立体と、電極組立体が挿入され、外周面に第１ネジ山が形成されている下部缶と、下部缶の上端開口を覆い、内周面に第１ネジ山に対応する第２ネジ山が形成されている上部缶と、上部缶と下部缶との間に介在され、上部缶と下部缶のショートを防止する絶縁体と、を含み、電極組立体は複数の第１電極、セパレータ、第２電極が水平に積層されて形成され、電極組立体の第１電極に連結されて延びる第１電極タブが上部缶に接触している。
上部缶は、電極組立体の第１電極と第１電極タブを介して連結されて外部機器と連結される端子を形成し、下部缶の上端開口を覆う上部缶電極端子部を含み、第１電極タブは、電極組立体の複数の第１電極に連結される支持部と、支持部から延び、上部缶電極端子部に接触する接触部と、を含むことができる。
第１電極は、電極集電体に電極活物質が塗布されている第１電極有地部と、第１電極有地部から側傍に延び、電極活物質が塗布されておらず、電極集電体のみからなる第１電極無地部と、を含み、支持部は、複数の第１電極無地部に連結されることができる。
複数の第１電極無地部は、互いに接合されて第１電極無地部束を形成し、支持部は、第１電極無地部束に連結されることができる。
支持部は、バー（ｂａｒ）形状に形成され、接触部は、円環形状に形成されることができる。
円環形状を有する接触部の厚さは、支持部の厚さよりもさらに厚くてもよい。
支持部は、バー（ｂａｒ）形状に形成され、接触部は、円板形状に形成されることができる。
円環形状に形成されている接触部の外周直径と電極組立体の外周直径は、互いに対応する大きさを有することができる。
絶縁体は、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）材質であってもよい。
絶縁体は、下部缶の内側に位置する内側絶縁体と、下部缶の外側に位置する外側絶縁体と、内側絶縁体と外側絶縁体を連結する連結絶縁体と、を含むことができる。
上部缶と下部缶は、第１ネジ山と第２ネジ山によりネジ結合され、外側絶縁体は、第１ネジ山と第２ネジ山との間に介在され、外側絶縁体は、第１ネジ山と第２ネジ山の突出形状により加圧されて凹凸形状を有し、第１ネジ山と第２ネジ山との間に挟まれていてもよい。
内側絶縁体は、第１電極タブと下部缶が接触するのを防止するように、第１電極タブと下部缶との間に位置することができる。
セパレータは、ＳＲＳ（ｓａｆｅｔｙ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ ｓｅｐａｒａｔｏｒ）片面コーティングセパレータであってもよい。
複数の第１電極、セパレータ、第２電極は、円形の形状を有し、水平に積層され、積層体全体が熱および圧力により上下に接合されていてもよい。
電極組立体の最外側に配置される最外側第１電極は、第１電極タブの下面に当接していてもよい。
電極組立体の最外側に配置される最外側第１電極は、接触部の下面に当接していてもよい。
最外側第１電極は、上部缶に向かう外側面は電極活物質がコーティングされておらず、内側面にだけ電極活物質がコーティングされている片面電極であってもよい。
上部缶の終端は、下部缶の中心軸方向に曲げられていてもよい。
外側絶縁体は、下部缶の外壁に沿って下側に延び、この際、上部缶の終端よりも外側絶縁体の終端がさらに長く下側に延びることができる。
本発明に係るボタン型二次電池は、直径の長さが高さよりも大きいボタン型二次電池に関し、電極組立体と、電極組立体が挿入され、外周面に第１ネジ山が形成されている下部缶と、下部缶の上端開口を覆い、内周面に第１ネジ山に対応する第２ネジ山が形成されている上部缶と、上部缶と下部缶との間に介在され、上部缶と下部缶のショートを防止する絶縁体と、を含み、電極組立体は複数の第１電極、セパレータ、第２電極が水平に積層されて形成され、電極組立体の第１電極に連結されて延びる第１電極タブが上部缶に接触している。それにより、電池の内部で発生するガスにより過度な内部圧力が発生しても、ガス圧力により電池が分離されるか、または人体に有害なガスが電池の外に漏れないようにし、電解液が電池の外部に漏れないようにする強い結合を有し、電極組立体が電池内で占める体積比率を向上させて電池容量およびエネルギー密度を極大化させることができ、電池の製造過程を単純かつ便利にして生産効率を増大させることができる。
従来のボタン型二次電池を示す断面図である。 本発明の第１実施形態に係るボタン型二次電池を示す断面図である。 図２に示される本発明の第１実施形態に係るボタン型二次電池において、電極組立体と第１電極タブだけを別に示す斜視図である。 本発明の第１実施形態に係るボタン型二次電池において、第１電極と第２電極だけを別に示す平面図である。 本発明の第２実施形態に係るボタン型二次電池を示す断面図である。
以下、添付図面を参照して、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が容易に実施することができるように、本発明の好ましい実施形態について詳しく説明する。ただし、本発明は、種々の異なる形態で実現されてもよく、以下の実施形態により制限または限定されるものではない。
本発明を明確に説明するために、説明と関係ない部分または本発明の要旨を不要に濁す恐れのある関連の公知技術に関する詳細な説明は省略し、本明細書において、各図面の構成要素に参照符号を付する際に、明細書の全体をわたって同一または類似の構成要素に対しては、同一または類似の参照符号を付するようにする。
また、本明細書および特許請求の範囲で用いられている用語や単語は、通常的もしくは辞書的な意味に限定して解釈してはならず、発明者らは、自分の発明を最善の方法で説明するために、用語の概念を適切に定義することができるという原則に則って、本発明の技術的思想に合致する意味と概念で解釈すべきである。
第１実施形態
図２は、本発明の第１実施形態に係るボタン型二次電池を示す断面図である。図３は、図２に示される本発明の第１実施形態に係るボタン型二次電池において、電極組立体と第１電極タブだけを別に示す斜視図である。図４は、本発明の第１実施形態に係るボタン型二次電池において、第１電極と第２電極だけを別に示す平面図である。
図２を参照すると、本発明の第１実施形態に係るボタン型二次電池１００は、円筒形の形状を有する電池であってもよく、円筒形状の電池の直径の長さが電池の高さよりもさらに大きい形態であってもよい。そして、本発明の第１実施形態に係るボタン型二次電池１００は、電極組立体１５０、下部缶１１０、および上部缶１３０を含むことができる。電極組立体１５０は、電極１５１、１５２とセパレータが交互に配置されて形成されることができる。特に、電極組立体１５０は、複数の第１電極１５１、セパレータ１５３、第２電極１５２が水平に積層されて形成されることができる。
そして、電極組立体１５０は、下部缶１１０に挿入されることができる。下部缶１１０は、円筒形状での上端が開口された形態であってもよい。電極組立体１５０は、円板形状の電極１５１、１５２とセパレータ１５３が積層された積層体の形態であってもよい（図３および図４参照）。電極組立体１５０が下部缶１１０に配置される際に、電極組立体１５０の第１電極１５１と第２電極１５２は、地面に水平な形態で配置されることができる。
本発明の第１実施形態に係るボタン型二次電池１００において、下部缶１１０は、外周面に第１ネジ山１１１が形成されていてもよい。そして、上部缶１３０は、下部缶１１０の上端開口を覆う形態であってもよい。上部缶１３０の内周面に、第１ネジ山１１１に対応する第２ネジ山１３２が形成されていてもよい。第１ネジ山１１１と第２ネジ山１３２は、上部缶１３０と下部缶１１０の結合時に互いにネジ結合をする関係であってもよい。すなわち、上部缶１３０を下部缶１１０に覆って結合させる際に、そのまま押して結合させるのではなく、ネジ結合するように上部缶１３０を下部缶１１０に対して回して結合させることができる。上部缶１３０が下部缶１１０に対して相対的な回転運動をする際に、第１ネジ山１１１と第２ネジ山１３２が互いにネジ結合をすることになり、上部缶１３０と下部缶１１０は互いに近づくことになり、ネジ結合が終わると、上部缶１３０と下部缶１１０が完全に結合されたボタン型二次電池１００が作製されることができる。図２は、上部缶１３０と下部缶１１０のネジ結合が完了した状態を示している。
本発明の第１実施形態に係るボタン型二次電池１００の上部缶１３０と下部缶１１０との間に介在され、上部缶１３０と下部缶１１０のショートを防止する絶縁体１７０を含む。絶縁体１７０は、内側絶縁体１７１、連結絶縁体１７２、外側絶縁体１７３を含むことができる。内側絶縁体１７１は、下部缶１１０の内側に位置する絶縁体部分であってもよい。外側絶縁体１７３は、下部缶１１０の外側に位置する絶縁体部分であってもよい。そして、連結絶縁体１７２は、内側絶縁体１７１と外側絶縁体１７３を連結する絶縁体部分であってもよい。
絶縁体１７０は、下部缶１１０の上端部にかけて介在されることができる。すなわち、連結絶縁体１７２が下部缶１１０の上端部を覆う形態で位置し、内側絶縁体１７１が下部缶の上端部内周に接するように位置することができる。また、外側絶縁体１７３は、下部缶１１０の上端部外周に接するように位置することができる。そして、外側絶縁体１７３が内側絶縁体１７１よりもさらに長く形成されることができる。
図２を参照すると、上部缶１３０と下部缶１１０は、第１ネジ山１１１と第２ネジ山１３２によりネジ結合されているが、外側絶縁体１７３は、第１ネジ山１１１と第２ネジ山１３２との間に介在され、外側絶縁体１７３は、第１ネジ山１１１と第２ネジ山１３２の突出形状により加圧されて凹凸形状を有し、第１ネジ山１１１と第２ネジ山１３２との間に挟まれていてもよい。
一方、上部缶の終端１３１は外側絶縁体の終端１７３ａと同一の高さを有してもよく（図２参照）、または、外側絶縁体の終端１７３ａが上部缶の終端１３１よりもさらに低い高さを有してもよい。外側絶縁体の終端１７３ａが上部缶の終端１３１よりもさらに低い高さを有するとは、外側絶縁体の終端１７３ａが上部缶の終端１３１よりもさらに下部缶１１０の底面に近く位置することを意味し得る。
上部缶１３０と下部缶１１０を結合する過程は次のとおりである。先ず、電極組立体１５０が挿入されている下部缶１１０を置き、下部缶１１０の上端部を覆う方式で絶縁体１７０を下部缶１１０に結合させておくことができる。連結絶縁体１７２が下部缶１１０の上端部を覆う形態で位置し、内側絶縁体１７１が下部缶の上端部内周に接し、外側絶縁体１７３が下部缶１１０の上端部外周に接する状態で、絶縁体１７０を下部缶１１０に結合させることができる。そして、その上に上部缶１３０を回して結合させることができる。すなわち、上部缶１３０の内周面は、外側絶縁体１７３の外周面に接して回ってネジ結合することができる。この過程で第１ネジ山１１１と第２ネジ山１３２が突出した螺旋を形成するため、外側絶縁体１７３は、第１ネジ山１１１と第２ネジ山１３２の突出形状により加圧されて凹凸形状を有することができる。図２において、外側ネジ山が凹凸形状を有していることが示されている。
これは非常に強い圧力を加えて結合させるものであるため、上部缶１３０が下部缶１１０から容易に分離されないようにし、堅固な結合が可能である。それにより、電池の内部で発生するガスにより過度な内部圧力が発生しても、ガス圧力により電池が分離されるか、または人体に有害なガスが電池の外に漏れないようにし、電解液が電池の外部に漏れないようにすることができる。
ここで、絶縁体１７０は、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）材質であってもよい。ＰＢＴ材質の場合、機械的物性が良く、特に剛性が高いため、気密性および耐久性に優れた電池を実現することができる。
本発明の第１実施形態に係るボタン型二次電池１００は、電極組立体１５０の第１電極１５１から延びる第１電極タブ１５４を含むことができる。第１電極タブ１５４は、電極組立体１５０の第１電極１５１から延びて上部缶１３０に接触していてもよい。この際、第１電極１５１は正極であり、第１電極タブ１５４は正極タブであってもよい。この場合、第１電極タブ１５４は、電極組立体１５０の正極から延びて上部缶１３０に接触していてもよい。
本発明の第１実施形態に係るボタン型二次電池１００において、上部缶１３０は、上部缶電極端子部１３３を含むことができる。上部缶電極端子部１３３は、電極組立体１５０の第１電極１５１と第１電極タブ１５４を介して連結されて外部機器と連結される端子（特に正極端子）を形成する部分であってもよい。特に、上部缶電極端子部１３３は、下部缶１１０の上端開口を覆う部分であってもよい。
この際、第１電極タブ１５４は、上部缶電極端子部１３３に接触する接触部１５４ａを含むことができる。具体的に、第１電極タブ１５４は、支持部１５４ｂおよび接触部１５４ａを含むことができる。支持部１５４ｂは、電極組立体の複数の第１電極１５１に連結される部分であってもよい。第１電極が正極である場合、支持部１５４ｂは、正極に連結されることができる。連結は、支持部１５４ｂが第１電極（正極）に接着されていてもよく、支持部１５４ｂと第１電極（正極）が一体型に形成されることを意味してもよい。
本発明の第１実施形態に係るボタン型二次電池１００において、支持部１５４ｂは、電極組立体１５０の第１電極１５１に連結されることができるが、この場合、支持部１５４ｂと下部缶１１０が接することでショート事故の恐れがある。これを防止するために、内側絶縁体１７１は、第１電極タブ１５４と下部缶１１０が接触するのを防止するように、第１電極タブ１５４と下部缶１１０との間に位置することができる。図２において、支持部１５４ｂと下部缶１１０の上端部が内側絶縁体１７１を間に置いているため、互いに接しないことが分かる。
一方、支持部１５４ｂと連結された部分である接触部１５４ａは、支持部１５４ｂから延び、上部缶電極端子部１３３に接触する部分であってもよい。具体的に、接触部１５４ａの上面が上部缶１３０の下面に接触することができる。この場合、接触部１５４ａの上面全体が上部缶１３０の下面に接していてもよい。このような接触により、第１電極タブ１５４と上部缶１３０との間には互いに電流が流れることができる。
図３は、本発明の第１実施形態に係るボタン型二次電池１００において、電極組立体１５０と第１電極タブ１５４だけを別に示している。図３を参照すると、支持部１５４ｂは、バー（ｂａｒ）形状に形成されることができる。ここで、好ましくは、多様な棒形状を意味し得る。すなわち、円柱形状の薄い棒形状であってもよく、この他にも、四角柱形状の棒形状であってもよく、三角柱形状の棒形状であってもよい。そして、接触部１５４ａは、円環形状に形成されてもよい。円環形状とは、接触部１５４ａの全体的な形状を意味し得る。すなわち、円環の断面形状が必ずしも円である必要はなく、四角形や三角形などの多様な形状であってもよい。しかし、その断面が閉曲線に沿って延び、全体的には円環形状を形成することができる。そして、円環形状の接触部１５４ａの上面が上部缶１３０と接触する部分であってもよい。特に、接触部１５４ａは、上部缶電極端子部１３３と接触することができる。
接触部１５４ａが上部缶１３０と接触するとは、接触部１５４ａと上部缶１３０が互いに接着されていないことを意味する。単に接していることを意味し得る。すなわち、上部缶１３０が回転する場合、上部缶１３０と接触部１５４ａは互いに接した状態で互いに相対移動するだけであって、上部缶１３０の回転が接触部１５４ａを回転移動させる作用はしないことを意味し得る。
従来は、一般的に第１電極タブ１５４を上部缶電極端子部１３３に溶接により接着する方式で電池を製造した。すなわち、第１電極タブ１５４が上部缶１３０に接着されていた。ところで、この方式は、上部缶１３０と下部缶１１０をネジ結合するために上部缶１３０を回す際に、第１電極タブ１５４が捩れて切れる問題が発生する。
しかしながら、本発明の第１実施形態に係るボタン型二次電池１００においては、このような問題が発生しない。本発明においては、第１電極タブ１５４が上部缶１３０に単に接触するようにする構成であるため、上部缶１３０を回しても、第１電極タブ１５４はその場で回らない。
そして、本発明の第１実施形態に係るボタン型二次電池１００においては、接触部１５４ａを円環形状にして上部缶１３０との接触面積を増やすことができる。それにより、抵抗が減って円滑な電流の流れが可能である。
また、接触面積をさらに増やせる方法として、円環形状を有する接触部１５４ａの厚さを厚くする方法があり得る。ここで、厚さは、円環の内径と外径の差と表現できる。接触部１５４ａを厚くする一例として、接触部１５４ａの厚さを支持部１５４ｂの厚さよりもさらに厚くすることができる。
さらに、本発明においては、円環形状に形成されている接触部１５４ａの外周直径と電極組立体１５０の外周直径が互いに対応する大きさを有することができる。この場合、接触部１５４ａの直径が最大限大きくなることを意味するため、同一の厚さでは最も抵抗の小さい電池を作製できるようになる。
この他にも、抵抗の大きさを小さくするために、接触部１５４ａの形状をまた他の形状に実現してもよい。具体的に、支持部１５４ｂは、バー（ｂａｒ）形状に形成され、接触部１５４ａは、円板形状に形成してもよい。円板形状に形成すると、上部缶と面接触をするようにすることができるため、接触面積をさらに増やし、抵抗をさらに小さくすることができる。
本発明の第１実施形態に係るボタン型二次電池において、具体的に、電極組立体１５０は、第１電極１５１、セパレータ１５３、第２電極１５２を含むことができる。複数の第１電極１５１、セパレータ１５３、第２電極１５２が水平に積層されて形成されることができる。
図２および図４を参照すると、第１電極１５１は、電極集電体に電極活物質が塗布されている第１電極有地部１５１ａと、第１電極有地部１５１ａから側傍に延び、電極活物質が塗布されておらず、電極集電体のみからなる第１電極無地部１５１ｂと、を含むことができる。第１電極有地部１５１ａは、平面図上で円形を示す薄い円板形状であってもよい。
第１電極無地部１５１ｂは、長方形状で第１電極有地部１５１ａの側傍に延びる形態であってもよい。第１電極無地部１５１ｂは、電極集電体が延びるものであってもよい。
同じ方式で、第２電極１５２は、電極集電体に電極活物質が塗布されている第２電極有地部１５２ａと、第２電極有地部１５２ａから側傍に延び、電極活物質が塗布されておらず、電極集電体のみからなる第２電極無地部１５２ｂと、を含むことができる。第２電極有地部１５２ａは、平面図上で円形を示す薄い円板形状であってもよい。
第２電極無地部１５２ｂは、長方形状で第２電極有地部１５２ａの側傍に延びる形態であってもよい。第２電極無地部１５２ｂは、電極集電体が延びるものであってもよい。
本発明の第１実施形態に係るボタン型二次電池において、第１電極タブ１５４の支持部１５４ｂは、複数の第１電極無地部１５１ｂに連結されることができる。
特に、図２に示されるように、複数の第１電極無地部１５１ｂは、互いに接合されて第１電極無地部束１５１ｃを形成することができ、ここで、支持部１５４ｂは、第１電極無地部束１５１ｃに連結される形態であってもよい。
本発明の第１実施形態に係るボタン型二次電池は、このような形状に製造されることで、電極組立体１５０が電池内で占める体積比率を向上させ、電池容量およびエネルギー密度を極大化させることができる。
具体的に、従来は、電池内部の電極組立体１５０が電極とセパレータを巻き取りして製造するゼリーロール状の電極組立体１５０であり、このような電極組立体１５０は、巻き取りを行う道具である巻芯により電極組立体の中央に中央孔が形成された。それにより、電極組立体１５０の中央に電気を生産しない空間が形成された。
これに対し、本発明は、このような中央孔のような浪費空間を無くすことができるため、電池容量およびエネルギー密度を極大化できるものである。
そして、本発明の第１実施形態に係るボタン型二次電池の電極組立体１５０において、セパレータ１５３は、ＳＲＳ（ｓａｆｅｔｙ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ ｓｅｐａｒａｔｏｒ）片面コーティングセパレータであってもよい。ＳＲＳセパレータは、セパレータ１５３の表面を薄くセラミック素材でコーティングしたものを意味し得る。ＳＲＳ片面コーティングセパレータを用いる場合、さらに薄いセパレータ１５３を用いることができ、このため、さらに多い電極を積むことができるため、さらに増大した電池容量の確保が可能である。
そして、本発明の第１実施形態に係るボタン型二次電池において、複数の第１電極１５１、セパレータ１５３、第２電極１５２は、円形の形状を有し、水平に積層されているが、積層体全体が熱および圧力により上下に接合されていてもよい。すなわち、接着により積層体が１つの単位体の形態として存在することができる。この場合、第１電極１５１と第２電極１５２が互いに相対的に動かないためショートを防止することができ、電極組立体１５０を安定的に維持可能であるという効果を得ることができる。
そして、本発明の第１実施形態に係るボタン型二次電池において、電極組立体１５０のまた他の電極タブは、第２電極タブ１５６であり、第２電極タブ１５６は、第２電極１５２に連結されることができる。第２電極１５２も、第２電極有地部１５２ａおよび第２電極無地部１５２ｂを含み、第２電極タブ１５６は、複数の第２電極無地部１５２ｂに連結されることができる。
そして、第２電極タブ１５６を下部缶１１０に連結する方式は、溶接によるものであってもよい。下部缶１１０に連結する第２電極タブ１５６は、ネジ結合により回る構成ではないため、下部缶１１０に溶接により連結しておいても問題にならない。すなわち、上部缶１３０に第１電極タブ１５４を接触の方式で連結する際とは異なり、第２電極タブ１５６は、接合の方式で連結することができる。
第２実施形態
図５は、本発明の第２実施形態に係るボタン型二次電池を示す断面図である。
本発明の第２実施形態においては、上部缶の終端２３１の形態が異なるように形成されるという点、および最外側第１電極２５１－１が上部缶１３０に接するという点で、第１実施形態とは異なる。
第１実施形態と共通した内容はできるだけ省略し、相違点を中心に第２実施形態について説明することにする。すなわち、第２実施形態にて説明していない内容が、必要な場合、第１実施形態の内容と見なされることは明らかである。
図５を参照すると、本発明の第２実施形態に係るボタン型二次電池２００において、上部缶の終端２３１は、下部缶１１０の中心軸方向に曲げられていてもよい。このように上部缶の終端２３１が曲げられている場合、上部缶１３０と下部缶１１０の結合力を顕著にさらに向上させることができる。本発明の第２実施形態に係るボタン型二次電池２００を製造する方法は、初めには曲げられていない上部缶１３０を回して下部缶１１０にネジ結合させ、ネジ結合が完了した後に、上部缶の終端２３１を下部缶１１０の中心軸方向に曲げる方式であってもよい。
図５には、上部缶の終端２３１よりも外側絶縁体の終端２７３ａがさらに長く下側に延びている様子が示されている。すなわち、外側絶縁体２７３は、下部缶１１０の外壁に沿って下側に延び、この際、上部缶の終端２３１よりも外側絶縁体の終端２７３ａがさらに長く下側に延びていてもよい。これにより、上部缶１３０と下部缶１１０のショート防止効果を強化することができる。
また、外側絶縁体の終端２７３ａは、下部缶の底部に接するくらい下部缶の下側エッジを囲むように長く延びてもよい。このように外側絶縁体の終端２７３ａがさらに長く延びる場合、上部缶１３０と下部缶１１０のショート防止効果がさらに増大することができる。
そして、上部缶の終端２３１から外側絶縁体２７３に接する面は、平らな形状の面であってもよい。それにより、上部缶の終端２３１が外側絶縁体２７３を損傷させるのを防止することができる。仮に上部缶の終端２３１が平らではなく突出した形状である場合、上部缶の終端２３１が加圧されて曲げられて外側絶縁体２７３に接する過程で、外側絶縁体２７３の接する面が凹んだり突き抜かれたりし得る。しかし、本発明は、上部缶の終端２３１が平らであるため、このような問題が発生するのを防止することができる。
そして、図５に示されるように、本発明の第２実施形態に係るボタン型二次電池２００において、電極組立体１５０の最外側に配置される最外側第１電極２５１－１は、第１電極タブ２５４の下面に当接していてもよい。すなわち、最外側第１電極２５１－１の上面が第１電極タブ２５４の下面に接することができる。特に、最外側第１電極２５１－１の上面は、第１電極タブ２５４の接触部２５４ａの下面に接していてもよい。ここで、最外側第１電極２５１－１と接触部２５４ａは同じ極性であるため、互いに接することが問題にならない。このように最外側第１電極２５１－１と第１電極タブ２５４を接するように形成すると、空間の効率がさらに良くなることができる。すなわち、エネルギー密度がさらに向上することができる。そして、接触面積が広くなると、抵抗が減ることができる。そして、電池の内部で電極組立体１５０が揺れるのを完全に防止することができるため、さらに安定したボタン型二次電池２００を実現することができる。
また、第１電極無地部が集まっている第１電極無地部束２５１ｃも、第１電極タブ２５４に接するように形成されることができる。そして、図５に示されるように、第１電極無地部束２５１ｃが接触部２５４ａの下面に接するように形成されてもよい。このような構造も、エネルギー密度をさらに向上させることができる。
そして、本発明の第２実施形態に係るボタン型二次電池２００において、最外側第１電極２５１－１は、上部缶に向かう外側面は電極活物質がコーティングされておらず、内側面にだけ電極活物質がコーティングされている片面電極であってもよい。
最外側第１電極２５１－１の上面は、互いに対応する第２電極が存在しないため、電極活物質があっても反応しない部分となる。したがって、この反応しない電極活物質がないように除去すると、すなわち、最外側第１電極２５１－１を片面電極に構成すると、エネルギー密度がさらに向上することができる。反応しない部分での空間浪費を防ぐことができるためである。そして、電極活物質の浪費を防ぐことができるため、生産費の節減が可能である。また、電極集電体と上部缶が直接当接すると、抵抗が減少する効果も得ることができる。
以上、限定された実施形態および図面により本発明を説明したが、本発明は、これにより限定されるものではなく、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者により、本発明の技術思想および後述の特許請求の範囲と均等な範囲内で多様な実施が可能である。
１００：ボタン型二次電池
１１０：下部缶
１１１：第１ネジ山
１３０：上部缶
１３１：上部缶の終端
１３２：第２ネジ山
１３３：上部缶電極端子部
１５０：電極組立体
１５１：第１電極
１５１ａ：第１電極有地部
１５１ｂ：第１電極無地部
１５１ｃ：第１電極無地部束
１５２：第２電極
１５２ａ：第２電極有地部
１５２ｂ：第２電極無地部
１５３：セパレータ
１５４：第１電極タブ
１５４ａ：接触部
１５４ｂ：支持部
１５６：第２電極タブ
１７０：絶縁体
１７１：内側絶縁体
１７２：連結絶縁体
１７３：外側絶縁体
１７３ａ：外側絶縁体の終端
２００：ボタン型二次電池
２３１：上部缶の終端
２５１－１：最外側第１電極
２５１ｃ：第１電極無地部束
２５４ａ：接触部
２５４ｂ：支持部
２７３：外側絶縁体
２７３ａ：外側絶縁体の終端

Claims (19)

  1. 直径の長さが高さよりも大きいボタン型二次電池であって、
    電極組立体と、
    前記電極組立体が挿入され、外周面に第１ネジ山が形成されている下部缶と、
    前記下部缶の上端開口を覆い、内周面に前記第１ネジ山に対応する第２ネジ山が形成されている上部缶と、
    前記上部缶と前記下部缶との間に介在され、前記上部缶と前記下部缶のショートを防止する絶縁体と、
    を含み、
    前記電極組立体は複数の第１電極、セパレータ、第２電極が水平に積層されて形成され、
    前記電極組立体の第１電極に連結されて延びる第１電極タブが前記上部缶に接触している、ボタン型二次電池。
  2. 前記上部缶は、
    前記電極組立体の第１電極と前記第１電極タブを介して連結されて外部機器と連結される端子を形成し、前記下部缶の上端開口を覆う上部缶電極端子部を含み、
    前記第１電極タブは、
    前記電極組立体の複数の前記第１電極に連結される支持部と、
    前記支持部から延び、前記上部缶電極端子部に接触する接触部と、を含む、請求項１に記載のボタン型二次電池。
  3. 前記第１電極は、
    電極集電体に電極活物質が塗布されている第１電極有地部と、
    前記第１電極有地部から側傍に延び、前記電極活物質が塗布されておらず、前記電極集電体のみからなる第１電極無地部と、を含み、
    前記支持部は、複数の前記第１電極無地部に連結される、請求項２に記載のボタン型二次電池。
  4. 複数の前記第１電極無地部は、互いに接合されて第１電極無地部束を形成し、
    前記支持部は、前記第１電極無地部束に連結される、請求項３に記載のボタン型二次電池。
  5. 前記支持部は、バー（ｂａｒ）形状に形成され、
    前記接触部は、円環形状に形成される、請求項２から４のいずれか一項に記載のボタン型二次電池。
  6. 前記円環形状を有する前記接触部の厚さは、前記支持部の厚さよりもさらに厚い、請求項５に記載のボタン型二次電池。
  7. 前記支持部は、バー（ｂａｒ）形状に形成され、
    前記接触部は、円板形状に形成される、請求項２から４のいずれか一項に記載のボタン型二次電池。
  8. 前記円環形状に形成されている前記接触部の外周直径と前記電極組立体の外周直径は、互いに対応する大きさを有する、請求項５に記載のボタン型二次電池。
  9. 前記絶縁体は、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）材質である、請求項１から８のいずれか一項に記載のボタン型二次電池。
  10. 前記絶縁体は、
    前記下部缶の内側に位置する内側絶縁体と、
    前記下部缶の外側に位置する外側絶縁体と、
    前記内側絶縁体と前記外側絶縁体を連結する連結絶縁体と、を含む、請求項１から９のいずれか一項に記載のボタン型二次電池。
  11. 前記上部缶と前記下部缶は、前記第１ネジ山と前記第２ネジ山によりネジ結合され、
    前記外側絶縁体は、前記第１ネジ山と前記第２ネジ山との間に介在され、
    前記外側絶縁体は、前記第１ネジ山と前記第２ネジ山の突出形状により加圧されて凹凸形状を有し、前記第１ネジ山と前記第２ネジ山との間に挟まれているる、請求項１０に記載のボタン型二次電池。
  12. 前記内側絶縁体は、前記第１電極タブと前記下部缶が接触するのを防止するように、前記第１電極タブと前記下部缶との間に位置する、請求項１０または１１に記載のボタン型二次電池。
  13. 前記セパレータは、ＳＲＳ（ｓａｆｅｔｙ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ ｓｅｐａｒａｔｏｒ）片面コーティングセパレータである、請求項１から１２のいずれか一項に記載のボタン型二次電池。
  14. 前記複数の第１電極、セパレータ、第２電極は、円形の形状を有し、水平に積層され、積層体全体が熱および圧力により上下に接合されている、請求項１から１３のいずれか一項に記載のボタン型二次電池。
  15. 前記電極組立体の最外側に配置される最外側第１電極は、前記第１電極タブの下面に当接している、請求項１に記載のボタン型二次電池。
  16. 前記電極組立体の最外側に配置される最外側第１電極は、前記接触部の下面に当接している、請求項２に記載のボタン型二次電池。
  17. 前記最外側第１電極は、前記上部缶に向かう外側面は電極活物質がコーティングされておらず、内側面にだけ電極活物質がコーティングされている片面電極である、請求項１５または１６に記載のボタン型二次電池。
  18. 前記上部缶の終端は、前記下部缶の中心軸方向に曲げられている、請求項１に記載のボタン型二次電池。
  19. 前記外側絶縁体は、前記下部缶の外壁に沿って下側に延び、この際、
    前記上部缶の終端よりも前記外側絶縁体の終端がさらに長く下側に延びている、請求項１０に記載のボタン型二次電池。
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