JP2023551226A - 二次電池 - Google Patents

Abstract

本発明は、ベント部材を有する二次電池を開示する。前記二次電池は、電極リードが取り付けられた電極組立体と、前記電極リードの一部が電池ケースの外部に露出するように内部に前記電極組立体を収納する収納部を含む電池ケースと、前記電極リードの外面に位置するリードフィルムと、ベント部材と、を含み得る。前記電池ケースは、シーラント樹脂を含み、前記電極組立体の少なくとも一部を密封するために形成されたシーリング部を含み得る。前記リードフィルムは、前記電極リードと前記シーリング部との間に介在され得る。前記ベント部材は、前記シーラント樹脂よりも融点の低いベント樹脂を含み得る。前記ベント部材は、前記リードフィルムと少なくとも一部が重畳または接触し得る。

Description

本発明は、二次電池に関し、より詳しくは、ベント部材を備える二次電池に関する。

本出願は、２０２１年４月１４日出願の韓国特許出願第１０－２０２１－００４８８２４号及び２０２１年１１月２２日出願の韓国特許出願第１０－２０２１－０１６１７６１号に基づく優先権を主張し、当該出願の明細書及び図面に開示された内容は、すべて本出願に組み込まれる。

二次電池は、多様な製品への適用が可能であり、高いエネルギー密度などの電気的特性が優秀である。二次電池は、携帯用器機のみならず、電力によって駆動される電気自動車（ＥＶ）やハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）にも使用される。二次電池は、化石燃料の使用を大幅減らすことができ、エネルギー消費過程で副産物が発生しないという点で環境に優しく、エネルギー効率の向上のための新しいエネルギー源として注目されている。

現在、広く使用される二次電池としては、リチウムイオン電池、リチウムポリマー電池、ニッカド電池、ニッケル水素電池、ニッケル亜鉛電池などがある。

二次電池は、通常、正極／分離膜／負極の構造を有する少なくとも一つの単位セルを含む電極組立体が、外層、金属バリアー層、シーラント層が順次に積層されたラミネートシートの電池ケースに収納され、前記シーラント層のシーラント樹脂を溶着して電極組立体が密封された構造を有する。

従来の二次電池においては、二次電池の内部短絡、過充電または過放電、温度調節などの多様な原因によって電池が発火し得る。この際、二次電池の内部温度が急上昇すると共に隣接するセルヘ熱が伝達される熱暴走現象（Ｔｈｅｒｍａｌ Ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ）が発生して炎がさらに大きくなり得る。

熱暴走現象の発生時、即ち、二次電池の内部温度が上昇すると、ガスによる電極の損傷を最小化するために、ガスを一方向へ排出するディレクショナルベンティング（Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ Ｖｅｎｔｉｎｇ）特性が求められる。しかし、従来の二次電池は、特定の方向へのガス排出を誘導しにくいという問題点がある。

そこで、本発明は、特定の方向へのガス排出を誘導して安全性が向上した二次電池を提供することを目的とする。

本発明は、特定の方向へのガス排出が誘導可能になることで、安全性が向上した二次電池を提供することを特的とする。

上記の課題を達成するために、本発明の一面によれば、下記の具現例の二次電池が提供される。

第１具現例は、
電極組立体と、
前記電極組立体に取り付けられた電極リードと、
前記電極リードの一部が電池ケースの外部に露出するように内部に前記電極組立体を収納する収納部、及びシーラント樹脂を含み、前記電極組立体の少なくとも一部を密封するために形成されたシーリング部、を含む電池ケースと、
前記電極リードの外面に位置し、前記電極リードと前記シーリング部との間に介在されるリードフィルムと、
前記シーラント樹脂よりも融点の低いベント樹脂（以下、「ベント樹脂」とする。）を含み、前記リードフィルムと少なくとも一部が重畳または接触するベント部材と、を含むことを特徴とする二次電池に関する。

第２具現例は、第１具現例において、
前記ベント部材は、前記電極リードと所定の距離に離隔し得る。

第３具現例は、第１具現例または第２具現例において、
前記ベント部材は少なくとも一部が前記シーリング部内に位置し、前記収納部へ延び、前記シーリング部においては、前記ベント部材が前記リードフィルムと離隔し、前記収納部においては、前記ベント部材は少なくとも一部が前記リードフィルムと重畳または接触し得る。

第４具現例は、第１具現例から第３具現例のいずれか一具現例において、
前記電極リードは前記電池ケースからＹ軸に沿って延び、前記ベント部材は第１部及び第２部を含み、前記第１部は前記リードフィルムと前記第２部との間で前記Ｙ軸に直交するＸ軸に沿って延び、前記第２部は前記Ｙ軸に沿って延び得る。

第５具現例は、第４具現例において、
前記ベント部材は、Ｌ字形をなし得る。

第６具現例は、第４具現例において、
前記ベント部材は、前記第１部と前記第２部の交差点にテーパー部（ｔａｐｅｒｉｎｇ ｓｅｃｔｉｏｎ）を含み、前記テーパー部は、前記収納部へ延び得る。

第７具現例は、第４具現例から第６具現例のいずれか一具現例において、
前記第１部は、少なくとも一部が前記リードフィルムと重畳または接触し得る。

第８具現例は、第４具現例から第７具現例のいずれか一具現例において、
前記第１部の外側端部は、前記電極リードが前記電池ケースから離れて延在している領域に隣接する前記シーリング部の内側端部から離隔し、前記第１部は、前記収納部に位置し得る。

第９具現例は、第４具現例から第８具現例のいずれか一具現例において、
前記第２部は、前記リードフィルムと重畳または接触しないことがある。

第１０具現例は、第４具現例から第９具現例のいずれか一具現例において、
前記第２部の幅は、Ｙ軸に沿って細くなり得る。

第１１具現例は、第４具現例から第１０具現例のいずれか一具現例において、
前記第２部は、円形、楕円形、階段形、三角形及び台形の形状うちいずれか一つを有し得る。

第１２具現例は、第４具現例から第１１具現例のいずれか一具現例において、
前記第２部の厚さは、前記Ｙ軸に沿って減少し得る。

第１３具現例は、第１具現例から第１２具現例のいずれか一具現例において、
前記ベント部材が前記リードフィルムと重畳または接触する面積は、前記リードフィルムが前記電極リードと重畳しない領域の１％～３０％であり得る。

第１４具現例は、第１具現例から第１３具現例のいずれか一具現例において、
前記ベント樹脂が、炭素数６以上のコモノマー（ｃｏｍｏｎｏｍｅｒ）を有する線状低密度ポリエチレンを含み得る。

第１５具現例は、第１具現例から第１４具現例のいずれか一具現例において、
前記ベント部材が、１００℃～１２０℃で溶融して前記収納部から前記二次電池の外部へガスをベントし得る。

第１６具現例は、第１５具現例において、
前記ベント部材が１．５ａｔｍ以上の圧力でベントされ得る。

第１７具現例は、第１具現例から第１６具現例のいずれか一具現例において、
前記ベント部材は、１００℃以上における最大シーリング強度が６ｋｇｆ／１５ｍｍ未満であり得る。

第１８具現例は、第１具現例から第１７具現例のいずれか一具現例において、
前記ベント部材は、１００℃以上における平均シーリング強度が４．５ｋｇｆ／１５ｍｍ未満であり得る。

第１９具現例は、第１具現例から第１８具現例のいずれか一具現例において、
前記ベント部材は、常温～６０℃における最大シーリング強度が６ｋｇｆ／１５ｍｍ以上であり得る。

第２０具現例は、第１具現例から第１９具現例のいずれか一具現例において、
前記ベント部材は、常温～６０℃における平均シーリング強度が４．５ｋｇｆ／１５ｍｍ以上であり得る。

第２１具現例は、第１４具現例から第２０具現例のいずれか一具現例において、
前記炭素数６以上のコモノマーを有する線状低密度ポリエチレンが、メタロセン触媒の存在下で重合されたものであり得る。

第２２具現例は、第１４具現例から第２１具現例のいずれか一具現例において、
前記炭素数６以上のコモノマーを有する線状低密度ポリエチレン１００重量％を基準にして炭素数６以上のコモノマーの含量が１５重量％以下であり得る。

第２３具現例は、第１具現例から第２２具現例のいずれか一具現例において、
前記ベント樹脂が、４以下の多分散指数（Ｐｏｌｙ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｔｙ Ｉｎｄｅｘ；ＰＤＩ）を有し得る。

第２４具現例は、第１具現例から第２３具現例のいずれか一具現例において、
前記シーラント樹脂の結晶化温度と前記ベント樹脂の結晶化温度との差が１０℃以下であり得る。

第２５具現例は、第１具現例から第２４具現例のいずれか一具現例において、
前記ベント樹脂が１００℃～１３０℃の融点を有し得る。

第２６具現例は、第１具現例から第２５具現例のいずれか一具現例において、
前記ベント樹脂は、重量平均分子量が１０万ｇ／ｍｏｌ～４０万ｇ／ｍｏｌであり得る。

第２７具現例は、第１具現例から第２６具現例のいずれか一具現例において、
前記二次電池はパウチ型二次電池であり得る。

第２８具現例は、第１具現例から第２７具現例のいずれか一具現例において、
前記ベント部材は、１００℃～１２０℃における最大シーリング強度が６ｋｇｆ／１５ｍｍ未満であり得る。

第２９具現例は、第１具現例から第２８具現例のいずれか一具現例において、
前記ベント部材は、１００℃～１２０℃における平均シーリング強度が４．５ｋｇｆ／１５ｍｍ未満であり得る。

第３０具現例は、第１４具現例から第２９具現例のいずれか一具現例において、
前記炭素数６以上のコモノマーを有する線状低密度ポリエチレン１００重量％を基準にして炭素数６以上のコモノマーの含量が５重量％～１５重量％であり得る。

第３１具現例は、第１具現例から第３０具現例のいずれか一具現例において、
前記ベント樹脂が１～４の多分散指数（ＰＤＩ）を有し得る。

第３２具現例は、第１具現例から第３１具現例のいずれか一具現例において、
前記ベント部材は、１２０℃以上における最大シーリング強度が３ｋｇｆ／１５ｍｍ未満であり得る。

第３３具現例は、第１具現例から第３２具現例のいずれか一具現例において、
前記ベント部材は、１２０℃以上における平均シーリング強度が２ｋｇｆ／１５ｍｍ未満であり得る。

本発明の一実施様態による二次電池は、前記電池ケースのシーラント樹脂よりも融点の低いベント樹脂を含むベント部材を含み、前記ベント部材に向かってガスが排出されることが可能である。これによって、電池の安全性が向上する。

本発明の一実施様態による二次電池は、電極リードと直接接触するようにベントされるガスの量を最小化することで電池の安全性をさらに向上させることができる。

本発明の一実施様態による二次電池が、リードフィルムと部分的に重畳または接触する領域を有するベント部材を含むことで、ベント部材を二次電池に便利かつ正確に位置させることが可能である。

本明細書に添付された次の図面は、本発明の望ましい実施例を例示するものであり、発明の詳細な説明とともに本発明の技術的な思想をさらに理解させる役割を果たすため、本発明は図面に記載された事項だけに限定されて解釈されてはならない。

本発明の一実施様態による二次電池の平面図である。 図１の二次電池のＡ部分を部分的に拡大して示した平面図である。 本発明の一実施様態による二次電池において、ベント形成を概略的に示す図である。 本発明のさらに他の実施様態による二次電池のリードフィルム及びベント部材を部分的に拡大して示した平面図である。 本発明のさらに他の実施様態による二次電池のリードフィルム及びベント部材を部分的に拡大して示した平面図である。 本発明のさらに他の実施様態による二次電池のリードフィルム及びベント部材を部分的に拡大して示した平面図である。 本発明のさらに他の実施様態による二次電池のリードフィルム及びベント部材を部分的に拡大して示した平面図である。 本発明の一実施様態による図２のＢ－Ｂ軸に沿って見たベント部材の断面図である。 本発明のさらに他の実施様態による図２のＢ－Ｂ軸に沿って見たベント部材の断面図である。

以下、添付された図面を参照して本発明の望ましい実施例を詳しく説明する。これに先立ち、本明細書及び特許請求の範囲に使われた用語や単語は通常的または辞書的な意味に限定して解釈されてはならず、発明者自らは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できるという原則に則して本発明の技術的な思想に応じた意味及び概念で解釈されねばならない。

したがって、本明細書に記載された実施例及び図面に示された構成は、本発明のもっとも望ましい一実施例に過ぎず、本発明の技術的な思想のすべてを代弁するものではないため、本出願の時点においてこれらに代替できる多様な均等物及び変形例があり得ることを理解せねばならない。

本発明の一実施様態による二次電池は、電極リードが取り付けられた電極組立体と、前記電極リードの一部が外部に露出するように前記電極組立体を収納する収納部、及びシーラント樹脂を含み、前記電極組立体を密封するために形成されたシーリング部を含む電池ケースと、前記電極リードの外面の一部を囲むように形成され、前記電極リードと前記電池ケースのシーリング部との間に介在されるリードフィルムと、前記シーラント樹脂よりも融点の低い樹脂を含み、前記リードフィルムと少なくとも一部が重畳または接触するベント部材と、を含む。

図１は、本発明の一実施様態による二次電池を示す。二次電池１０は、電極リード１１が取り付けられた電極組立体１２と、電池ケース１３と、を含む。

前記電極組立体１２は、正極板、負極及び分離膜を含む。電極組立体１２は、分離膜を挟んで正極板と負極板が順次に積層され得る。正極板は、導電性に優れた金属薄板、例えば、アルミニウム（Ａｌ）ホイルからなる正極集電体と、その少なくとも一面にコーティングされた正極活物質層と、を含み得る。また、前記正極板は、一側端部に金属材質、例えば、アルミニウム材質からなる正極タブを含み得る。前記正極タブは、正極板の一側端部から突出し得る。前記正極タブは、正極板の一側端部に溶接されるか、または導電性接着剤を用いて接合され得る。

負極板は、導電性金属薄板、例えば、銅（Ｃｕ）ホイルからなる負極集電体と、その少なくとも一面にコーティングされた負極活物質層と、を含み得る。また、前記負極板は、一側端部に、金属材質、例えば、銅やニッケル（Ｎｉ）材質から形成された負極タブを含み得る。前記負極タブは、負極板の一側端部から突出し得る。前記負極タブは、負極板の一側端部に溶接されるか、または導電性接着剤を用いて接合され得る。

分離膜は、正極板と負極板との間に位置し、正極板と負極板を互いに電気的に絶縁させる。前記分離膜は、正極板と負極板との間でリチウムイオンが互いに通過可能な多孔性膜であり得る。前記分離膜は、例えば、ポリエチレン（ＰＥ）、またはポリプロピレン（ＰＰ）、またはこれらの複合フィルムを使用した多孔性膜を含み得る。

分離膜の表面には、無機物コーティング層が備えられ得る。無機物コーティング層は、無機物粒子がバインダーによって互いに結合して粒子の間に気孔構造（ｉｎｔｅｒｓｔｉｔｉａｌ ｖｏｌｕｍｅ；インタースティシャルボリューム）を形成した構造を有し得る。

電極組立体１２は、長いシート状の正極と負極を分離膜が介在された状態で巻き取った構造のゼリーロール（巻取型）電極組立体、所定の大きさの単位で切り取った複数の正極と負極を、分離膜を介在した状態で順次に積層したスタック型（積層型）電極組立体、所定の単位の正極と負極を、分離膜を介在した状態で積層したバイセル（Ｂｉ－ｃｅｌｌ）またはフルセル（Ｆｕｌｌ ｃｅｌｌ）を巻き取った構造のスタック／フォールディング型電極組立体などであり得る。

前記電池ケース１３は、図１に示したように、電極組立体１２を収納する収納部１３ａと、シーラント樹脂を含み、電極組立体１２を密封するために形成されたシーリング部１３ｂと、を備え得る。

本発明の一実施様態で、前記電池ケース１３は、外部衝撃から保護するための外層と、水分を遮断する金属バリアー層と、電池ケースを密封するシーラント層との多層構造のフィルム形態で備えられ得る。

前記外層は、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリブチレンナフタレート、共重合ポリエステル、ポリカーボネート、ナイロンなどを用いたポリエステル系フィルムを含むことができ、単層または多層から構成され得る。前記金属バリアー層は、アルミニウム、銅などを含み得る。前記シーラント層は、単一層または多層から構成され得る。

前記シーラント樹脂は、ポリプロピレン（ＰＰ）、酸変性ポリプロピレン（Ａｃｉｄ ｍｏｄｉｆｉｅｄ ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ；ＰＰａ）、ランダムポリプロピレン（ｒａｎｄｏｍ ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ）、エチレンプロピレン共重合体、またはこれらの二種以上を含み得る。前記エチレンプロピレン共重合体は、エチレンプロピレンゴム（ｅｔｈｙｌｅｎｅ－ｐｒｏｐｙｌｅｎｅ ｒｕｂｂｅｒ）、エチレンプロピレンブロック共重合体などを含み得るが、これらに限定されない。

本発明の一実施様態において、前記電池ケース１３は、パウチ形態であり得る。パウチ形態の電池ケース１３は、上部パウチ及び下部パウチを含み得る。電池ケース１３が上部パウチ及び下部パウチを含む場合、シーラント樹脂が互いに対向するように上部パウチ及び下部パウチを配置した後、対向するシーラント樹脂が熱と圧力によって相互に溶着することで電池を密封し得る。

前記シーリング部１３ｂとは、収納部１３ａの外周面に沿って溶着され、電極組立体１２を密封する部分を意味する。溶着は、熱溶着、超音波による溶着であり得るが、シーリング部を溶着可能であれば、得に制限されない。

シーリング部１３ｂは、一部の実施様態において、電池ケース１３の周縁で四面シーリングまたは三面シーリングされ得る。三面シーリング構造において、上部パウチ及び下部パウチが一体に形成された後、上部パウチと下部パウチの境界面を折り曲げて上部パウチ及び下部パウチに形成された収納部１３ａを重ねた状態で折曲部を除いた残りの三面の周縁がシーリングされる。

前記電極リード１１は、図１に示したように、電極リード１１の一部が前記電池ケース１３の外部に露出するように電池ケース１３に収納され得る。

本発明の一実施様態による二次電池１０は、リードフィルム１４を備える。前記リードフィルム１４は、前記電極リード１１の外面の一部を囲む。前記リードフィルム１４は、電極リード１１と電極リード１１が電池ケース１３から突出または延長する部分の電池ケース１３のシーリング部１３ｂとの間に介在され、電極リード１１と前記電池ケース１３のシーリング部１３ｂとの結着を助ける。

図１を参照すると、本発明の一実施様態による二次電池１０は、リードフィルム１４と少なくとも部分的に重畳または接触する領域を有するベント部材１５を含む。熱暴走現象の発生時、前記ベント部材１５は、特定の方向へガスの排出を誘導して電池の安全性を向上させることができる。

本発明において、ベント部材１５は、シーラント樹脂よりも融点の低いベント樹脂を含む。ベント部材が電池ケースのシーラント樹脂よりも融点の低いベント樹脂を含むことで、高温でベント部材１５がシーラント樹脂よりも先に溶ける。高温でベント部材１５が挿入された部分のシーリング強度は、シーラント樹脂を含むケース部分のシーリング強度よりも低いので、ベンティング特性を容易に具現可能である。

図３は、本発明の一実施様態による二次電池において、ベント形成を概略的に示した図である。具体的には、図３は、本発明の一実施様態による二次電池においてベント部材を示した断面図である。

図３を参照すると、電池が正常に作動する温度で、ベント部材は電池ケース１３を外部から密封する役割を果たす。電池の異常作動によって電池の温度が上昇すると、ベント部材１５が溶融しながらベント部材１５が挿入された部分のシーリング強度が低下する。これによって、ベント部材１５が挿入された部分のシーリング強度が低くなることで、この位置にベントが形成され得る。例えば、電池内部のガスの圧力がベント部材１５と電池ケース１３との界面に加えられることによって、ベント部材とケースとの間に隙間またはベントが形成され、二次電池からガスが排出され得る。

前記ベント部材１５と電池ケース１３は、熱溶着によって重ねられ得る。他の例で、前記ベント部材１５と電池ケース１３は、グルーなどの接着剤によって重ねられ得る。さらに他の例で、前記ベント部材１５と電池ケース１３は、クリップなどによって物理的に相互に結合し得る。さらに他の例で、電池ケース１３を構成するフィルム、例えば、シーラント樹脂内にベント部材１５の少なくとも一部が埋め込まれ得る（ｅｍｂｅｄｄｉｎｇ）。

図１を参照すると、ベント部材１５は、リードフィルム１４と少なくとも部分的に重畳または接触する領域を有するように位置する。ベント部材１５は、リードフィルム１４と少なくとも一部が重畳または接触する領域を備えるため、ベント部材１５の位置を一定に固定しやすい。例えば、ベント部材１５を挿入した後に溶着する場合、ベント部材１５の一部がリードフィルム１４と重畳または接触するため、ベント部材１５が所定の位置に挿入されて溶着され得る。

本発明の一実施様態において、ベント部材１５は、図１に示したように、電極リード１１が外部に露出する側のシーリング部に位置し得る。ベント部材１５は、シーリング部１３ｂの内部に位置し得る。または、ベント部材１５は、部分的にシーリング部１３ｂの内部に位置し、収納部１３ａへ延び得る。または、ベント部材１５は、収納部１３ａからシーリング部１３ｂを通して電池ケース１３の外部へ延び得る。

ベント部材１５は、電極リード１１と所定の距離で離隔して位置し得る。これによって、電極リード１１と直接接触し得る方向、即ち、電極リード１１の側面でベントされるガスの量を容易に最小化できるので、電池の安全性をさらに向上させることができる。図２においてガス排出方向を矢印で示したように、ガス排出は、電極リード１１から遠い方向へ誘導される。電極リード１１の温度は、過充電または内部短絡のような異常状況で急上昇し得る。これによって、ベントされるガスと電極リード１１との直接的な接触を最小化すると、二次電池の安全性が向上し得る。

本発明のさらに他の実施様態において、ベント部材１５は、電極リード１１と隣接する電池ケース１３のコーナーのシーリング部１３ｂに位置し得る。ベント部材１５が前述した部分に位置することによって、電極リード１１の側面でベントされるガスの量を最小化して電池の安全性をさらに向上させることができる。

本発明の一実施様態において、ベント部材１５は、シーリング部１３ｂにおいてリードフィルム１４と離隔し、収納部１３ａにおいてリードフィルム１４と少なくとも部分的に重畳または接触し得る。ベント部材１５がシーリング部１３ｂにおいてリードフィルム１４と重畳または接触しないことで、即ち、ベント部材１５が電極リード１１から離れて位置することによって、電極リード１１の側面でベントされるガスの量を最小化でき、電池の安全性をさらに向上させることができる。

図２を参照すると、電極リード１１の突出方向をＹ軸にし、Ｙ軸と直交する方向をＸ軸にすると、ベント部材１５は、Ｘ軸方向へ延びるブリッジ部のような第１部１５ｂと、Ｙ軸方向へ延びる本体部のような第２部１５ａと、を含み得る。

本発明の一実施様態において、ベント部材１５は、図２示したように、Ｌ字形状を有し得る。

本発明のさらに他の実施様態において、ベント部材１５は、図４に示したように、第２部１５ａの内側端部が切断されてテーパー部（ｔａｐｅｒｉｎｇ ｓｅｃｔｉｏｎ）を形成するように構成され得る。例えば、第２部１５ａは、Ｙ軸と直交しない方向へ切断され得る。ベント部材１５が前述したような形状を有する場合、収納部１３ａの内部で電極組立体１２が第２部１５ａの内側端部、即ち、テーパー部と接触することをさらに容易に防止可能である。

ここで、第２部１５ａでは実質的にベントが発生し、第１部１５ｂでは実質的にベントが発生しないことがある。

本発明の一実施様態において、前記第１部１５ｂは長方形の形状であり得る。例えば、Ｘ軸方向へ前記第１部の長辺が位置し、Ｙ軸方向へ前記第１部の短辺が位置し得る。

本発明の一実施様態において、前記第２部１５ａは、長方形の形状であり得る。例えば、Ｘ軸方向へ前記第２部の短辺が位置し、Ｙ軸方向へ前記第２部の長辺が位置し得る。

図２を参照すると、第１部１５ｂは、リードフィルム１４と少なくとも部分的に重畳または接触し得る。

第１部１５ｂの一部とリードフィルム１４の一部は、熱溶着によって重畳または接触し得る。他の例で、第１部１５ｂの一部とリードフィルム１４の一部とがグルーのような接着剤によって重畳または接触し得る。他の例で、第１部１５ｂの一部とリードフィルム１４の一部とがクリップなどによって物理的に結合し得る。他の例で、第１部１５ｂの一部は、リードフィルム１４を構成するフィルムに埋め込まれ得る。

図２を参照すると、ベント部材１５の第２部１５ａとリードフィルム１４は、互いに重畳または接触しなくてもよい。例えば、第２部１５ａとリードフィルム１４は、シーリング部１３ｂにおいて互いに重畳または接触しないことがある。ベント部材１５の第２部１５ａとリードフィルム１４とが重畳または接触しない場合、電極リード１１の側面でベントされるガスの量が最小化され、電池の安全性がさらに向上できる。

本発明の一実施様態において、ベント部材がリードフィルムと重畳または接触する領域は、リードフィルムが電極リードと重畳または接触しない領域の１％～３０％、または１．３％～２３％、または１．５％～１２％、または２％～９％であり得る。ここで、リードフィルムが電極リードと重畳しない領域は、電極リードとリードフィルムが重畳しないリードフィルムの両領域の和を意味する。

図２を参照すると、第１部１５ｂの外側端部は、電極リード１１が突出した領域におけるシーリング部１３ｂの内側端部と離隔し得る。ここで、「ベント部材の第１部の外側端部」とは、シーリング部１３ｂに近い第１部１５ｂの端部を意味する。「シーリング部の内側端部」とは、収納部１３ａに近いシーリング部の端部を意味する。電極リード１１が突出した領域において第１部１５ｂの外側端部がシーリング部１３ｂの内側端部と離隔すると、第１部１５ｂ全体が収納部１３ａに位置する。これによって、第１部１５ｂとシーリング部１３ｂとの間の隙間または空間が収納部１３ａに露出し、結果的には、この隙間または空間にガス圧力が集中することで、異常状況でより迅速なベンティングが可能になる。

本発明の一実施様態において、第２部１５ａは、電極リード１１の突出方向に沿って細くなる構造を有し得る。第２部１５ａの幅は、電極リード１１の突出方向に沿って連続的にまたは不連続的に細くなり得る。第２部１５ａが電極リード１１の突出方向に沿って細くなる構造を有する場合、ベントされるガスの排出角度を減らして電極リード１１の側面へベントされるガスの量を最小化することで、電池の安全性をさらに向上させることができる。

図５～図７は、本発明の他の実施様態による二次電池１０において、リードフィルム１４及びベント部材１５を部分的に拡大して示した図である。

図５及び図６を参照すると、第２部１５ａは、例えば、楕円形または階段形の形状を有し得る。しかし、第２部１５ａの形状は、円形、三角形、台形などのような他の形状を有し得る。

図７に示したように、第２部１５ａは、非対称の階段形の構造を有し得る。非対称の階段形の構造において、ベントされるガスと電極リード１１との直接的な接触が最小化するように階段の間にオフセットが形成され得る。例えば、ベント部材１５の排出端部の大きさ（ベントされるガスの排気角度）及び位置（電極リード１１からの距離）は、図７に示したように、ベントされるガスと電極リードとの接触を最小化するように構成され得る。このように、電極リード１１から離れてガスを誘導するためにベント部材の排出端部の大きさを減らし、電極リードから離れて排出端部を位置させることで、ベントされるガスと電極リードとの接触を最小化できる。この場合、ベントされるガスの排出方向は、図７に示したように電極リード１１の側面からより離隔し得る。

本発明の一実施例において、第２部１５ａの厚さは、図８ａ及び図８ｂに示したように電極リード１１の突出方向に沿って連続的にまたは不連続的に減少し得る。

図８ａ及び図８ｂは、図２のＢ－Ｂ軸に沿ったベント部材１５の断面図である。

図８ａに示したように、第２部１５ａの厚さは、段差に沿って不連続的に減少し得る。図８ｂは、第２部１５ａの厚さが連続的に減少するベント部材１５のさらに他の実施様態を示す。

本発明の一実施様態で、前記シーラント樹脂よりも融点が低いベント樹脂は、炭素数６以上のコモノマーを有する線状低密度ポリエチレンを含み得る。前記ベント樹脂が炭素数６以上のコモノマーを有する線状低密度ポリエチレンを含むことで、正常の温度範囲ではシーラント樹脂との密封性が優秀であり、高温でベント部材１５が挿入された電池ケースのシーリング部１３ｂのシーリング強度が低下してベンティングを実現または誘発し得る。

本発明の一実施様態で、前記シーラント樹脂よりも融点が低いベント樹脂が炭素数６～８のコモノマーを有する線状低密度ポリエチレンを含み得る。

本発明の一実施様態で、前記シーラント樹脂よりも融点が低いベント樹脂は、１００℃～１３０℃、または１０５℃～１２５℃、または１１０℃～１２０℃の融点を有し得る。前記ベント樹脂の融点が前述した範囲を満たす場合、高温、例えば、１００℃以上でベント部材１５が挿入された電池ケースのシーリング部１３ｂのシーリング強度が低下して、さらに容易にベント特性を具現できる。

前記シーラント樹脂よりも融点が低いベント樹脂の融点は、示差走査熱量計（Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ ｓｃａｎｎｉｎｇ ｃａｌｏｒｉｍｅｔｅｒ； ＤＳＣ）を用いて測定し得る。例えば、試料の温度を３０℃から１０℃／分で２８０℃まで増加させた後、２８０℃で１０分間維持し、１０℃／分で３０℃まで冷却した後、３０℃で１０分間維持する。その後、試料の温度を３０℃から１０℃／分で２８０℃まで増加させた後、２８０℃で１０分間温度を維持して融点を測定し得る。

本発明の一実施様態において、前記ベント部材１５は１００℃～１２０℃でベント可能であり、収納部から電池の外部へガスを排出または排気できる。特に、前記ベント部材１５は、１００℃～１２０℃で１．５ａｔｍ以上の圧力でベントされ得る。前記ベント部材１５が前述した温度範囲及び／または前述した圧力条件でベントされることによって、電池が正常作動する場合には電池が密封され、電池の異常作動時のみにガスの排出をより容易に誘導できる。

本発明の一実施様態で、前記ベント部材１５は、１００℃以上における最大シーリング強度が６ｋｇｆ／１５ｍｍ未満、または５ｋｇｆ／１５ｍｍ未満、または４．５ｋｇｆ／１５ｍｍ未満であり得る。本発明の一実施様態で、前記ベント部材１５は、１００℃～１２０℃における最大シーリング強度が６ｋｇｆ／１５ｍｍ未満、または５ｋｇｆ／１５ｍｍ未満、または４．５ｋｇｆ／１５ｍｍ未満であり得る。本発明の一実施様態で、前記ベント部材１５は、１２０℃以上における最大シーリング強度が３ｋｇｆ／１５ｍｍ未満、または２ｋｇｆ／１５ｍｍ未満、または１ｋｇｆ／１５ｍｍ未満、または０．５ｋｇｆ／１５ｍｍ未満であり得る。前記ベント部材１５が前述した温度範囲で前述したシーリング強度を満たす場合、高温、例えば、１００℃以上でベント部材１５が挿入された電池ケースのシーリング部１３ｂのシーリング強度が低下するようになり、より容易にベント特性が具現され得る。

また、本発明の一実施様態で、前記ベント部材１５は、常温～６０℃における最大シーリング強度が６ｋｇｆ／１５ｍｍ以上、または８ｋｇｆ／１５ｍｍ以上、または１０ｋｇｆ／１５ｍｍ以上であり得る。前記ベント部材１５が前述した温度範囲で前述したシーリング強度を満たす場合、電池の正常作動時に優秀なシーリング強度を有するようになり、より容易に電池の密封性を確保できる。

本発明の一実施様態で、前記ベント部材１５は、１００℃以上における最大シーリング強度が６ｋｇｆ／１５ｍｍ未満であり、前記ベント部材１５は、常温～６０℃における最大シーリング強度が６ｋｇｆ／１５ｍｍ以上であり得る。前記ベント部材１５が前述したシーリング強度を満たす場合、高温でベント部材１５が挿入された電池ケースのシーリング部１３ｂのシーリング強度が低下するようになり、ベント特性を容易に具現可能である。また、電池の正常作動時には、優秀なシーリング強度を有するようになり、電池の密封性をより容易に確保することができる。

本発明の一実施様態で、前記ベント部材１５は、１００℃以上における平均シーリング強度が４．５ｋｇｆ／１５ｍｍ未満、または３ｋｇｆ／１５ｍｍ未満であり得る。本発明の一実施様態で、前記ベント部材１５は、１００℃～１２０℃における平均シーリング強度が４．５ｋｇｆ／１５ｍｍ未満、または３ｋｇｆ／１５ｍｍ未満であり得る。本発明の一実施様態で、前記ベント部材１５は、１２０℃以上における平均シーリング強度が２ｋｇｆ／１５ｍｍ未満、または１ｋｇｆ／１５ｍｍ未満、または０．５ｋｇｆ／１５ｍｍ未満であり得る。前記ベント部材１５が前述した温度範囲で前述したシーリング強度を満たす場合、高温でベント部材１５が挿入された電池ケースのシーリング部１３ｂのシーリング強度が低下するようになり、より容易にベント特性が具現可能である。

本発明の一実施様態で、前記ベント部材１５は、常温～６０℃における平均シーリング強度が４．５ｋｇｆ／１５ｍｍ以上、または５ｋｇｆ／１５ｍｍ以上、または６ｋｇｆ／１５ｍｍ以上、または７ｋｇｆ／１５ｍｍ以上であり得る。前記ベント部材１５が前述した温度範囲で前述したシーリング強度を満たす場合、電池の正常作動時に優秀なシーリング強度を有するようになり、より容易に電池の密封性を確保できる。

本発明の一実施様態で、前記ベント部材１５が、１００℃以上における平均シーリング強度が４．５ｋｇｆ／１５ｍｍ未満であり、常温～６０℃における平均シーリング強度が４．５ｋｇｆ／１５ｍｍ以上であり得る。前記ベント部材１５が前述した温度範囲で前述したシーリング強度を有する場合、高温でベント部材１５が挿入された電池ケースのシーリング部１３ｂのシーリング強度が低下するようになり、より容易にベント特性が具現できる。また、電池の正常作動時に優秀なシーリング強度を有するようになり、電池の密封性をより容易に確保できる。

温度によるベント部材１５のシーリング強度は、ベント部材１５が挿入されたシーリング部の電池ケースの一部を幅１５ｍｍ、長さ５ｃｍに裁断した後、両端を１８０゜に開けてＵＴＭジグを使用して把持した後、５ｍｍ／分の速度で引張テストを行って測定し得る。

この際、最大シーリング強度は、電池ケースが破断するときの最大値を意味し、平均シーリング強度は、最大シーリング強度が４．５ｋｇｆ／１５ｍｍ以上である場合には４．５ｋｇｆ／１５ｍｍで電池ケースが８ｍｍ延伸したときの平均値を意味し、最大シーリング強度が４．５ｋｇｆ／１５ｍｍ未満である場合には、最大シーリング強度で電池ケースが８ｍｍ延伸したときの平均値を意味する。

本発明の一実施様態で、前記炭素数６以上のコモノマーを有する線状低密度ポリエチレンはメタロセン触媒の存在下で重合したものであり得る。前記炭素数６以上のコモノマーを有する線状低密度ポリエチレンがメタロセン触媒の存在下に重合したものである場合、ジーグラーナッタ触媒の存在下で重合した場合よりもシーリング強度及び物性の面でより有利となり得る。

本発明の一実施様態で、前記炭素数６以上のコモノマーを有する線状低密度ポリエチレンにおける前記炭素数６以上のコモノマーの含量が、前記炭素数６以上のコモノマーを有する線状低密度ポリエチレン１００重量％に対して１５重量％以下、または１２重量％以下、または１１．８重量％以下、または１０重量％以下、または９重量％以下、または８重量％以下、または７．６重量％以下であり得る。これと同時に、前記炭素数６以上のコモノマーの含量が、前記炭素数６以上のコモノマーを有する線状低密度ポリエチレン１００重量％に対して、５重量％以上、または７．６重量％以上、または８重量％以上、または９．０重量％以上、または１０重量％以上、または１１．８重量％以上、または１２重量％以上であり得る。炭素数６以上のコモノマーの含量が前述した範囲を満たす場合、分子間のパッキング密度が減少して、電池の正常作動時にシーリング強度が低くなる問題をより容易に防止できる。

前記炭素数６以上のコモノマーの含量は、Ｈ－ＮＭＲで測定し得る。例えば、試料約１０ｍｇをトリクロロエチレン溶媒約０．６ｍＬにヒートガン（ｈｅａｔ ｇｕｎ）を用いて完全に溶解した後、ＮＭＲチューブにサンプリングし、^１Ｈ－ＮＭＲまたは^１３Ｃ－ＮＭＲを用いて測定し得る。

本発明の一実施様態で、前記シーラント樹脂よりも融点が低いベント樹脂の重量平均分子量が１０万ｇ／ｍｏｌ～４０万ｇ／ｍｏｌ、または２０万ｇ／ｍｏｌ～３５万ｇ／ｍｏｌ、または２３万ｇ／ｍｏｌ～３０万ｇ／ｍｏｌであり得る。前記ベント樹脂の重量平均分子量が前述した範囲を満たす場合、電池の正常作動時にシーラント樹脂とのシーリング強度がより向上し得る。

本発明の一実施様態で、前記シーラント樹脂よりも融点が低いベント樹脂の多分散指数（Ｐｏｌｙ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｔｙ Ｉｎｄｅｘ；ＰＤＩ）は４以下、または３．８以下、または３．７９６以下、または３．５以下、または３．０２３以下、または３以下、または２．７以下、または２．６７４以下であり得る。また、多分散指数 （ＰＤＩ）は１．０以上であり得る。前記ベント樹脂の多分散指数が前述した範囲を満たす場合、分子量分布が狭くなり、電池の正常作動時にシーラント樹脂とのシーリング強度及び物性がさらに優秀になる。

前記シーラント樹脂よりも融点が低いベント樹脂の重量平均分子量及び多分散指数は、ゲル透過クロマトグラフィー（ｇｅｌ ｐｅｒｍｅａｔｉｏｎ ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｙ；ＧＰＣ）によって下記の条件で測定したものであり得る。

－ カラム：Ｔｏｓｏｈ社 ＨＬＣ－８３２１ ＧＰＣ／ＨＴ
－ 溶媒：トリクロロベンゼン（ｔｒｉｃｈｌｏｒｏｂｅｎｚｅｎｅ；ＴＣＢ）＋０．０４％ＢＨＴ（ａｆｔｅｒ ｄｒｙｉｎｇ ｗｉｔｈ ０．１％ ＣａＣｌ２）
－ 流速：１．０ｍｌ／分
－ 試料濃度：１．５ｍｇ／ｍｌ
－ 注入量：３００μｌ
－ カラム温度：１６０℃
－ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ：ＲＩ ｄｅｔｅｃｔｏｒ
－ Ｓｔａｎｄａｒｄ：ポリスチレン（三次関数に補正）

本発明の一実施様態で、シーラント樹脂の結晶化温度とシーラント樹脂よりも低い融点を有するベント樹脂の結晶化温度が類似であり得る。例えば、シーラント樹脂の結晶化温度とシーラント樹脂よりも低い融点を有するベント樹脂の結晶化温度の差が１０℃以下、または５℃以下であり得る。また、シーラント樹脂の結晶化温度とベント樹脂の結晶化温度の差が０．１℃以上であり得る。前記シーラント樹脂の結晶化温度とベント樹脂の結晶化温度の差が前述した範囲を満たす場合、前記シーラント樹脂とベント樹脂の電池の正常作動時の溶着特性がさらに向上し得る。

本発明の一実施形態で、シーラント樹脂よりも低い融点を有するベント樹脂の結晶化温度が９０℃～１１５℃、または９５℃～１１０℃、または１００℃～１１０℃、または１０５℃～１１０℃であり得る。前記ベント樹脂の結晶化温度が前述した範囲を満たす場合、前記シーラント樹脂とベント樹脂の溶着特性がさらに向上できる。

前記結晶化温度は、示差走査熱量計（ＤＳＣ）を用いて測定し得る。例えば、試料の温度を３０℃から１０℃／分で２８０℃まで増加させた後、２８０℃で１０分間維持し、１０℃／分で３０℃まで冷却した後、３０℃で１０分間維持し得る。その後、試料の温度を３０℃から１０℃／分で２８０℃まで増加させた後、温度を２８０℃で１０分間維持して結晶化温度を測定し得る。

本発明の一実施様態で、前記ベント部材１５は、フィルム形状を有し得る。

前記ベント部材１５は、予め設定された大きさの所定の厚さを有するように形成され得る。また、設計に応じて、挿入長さが変更され得るように、またはベンティング圧力及び位置が制御され得るように電池ケース１３に挿入され得る。

本発明の一実施様態で、ベント部材１５は、シーラント樹脂と前記シーラント樹脂よりも低い融点を有するベント樹脂とのシーリングと、より円滑な配置のために、接着層をさらに含み得る。

本発明の一実施様態で、前記二次電池は、円筒型、角形またはパウチ型の二次電池であり得る。

以上、本発明の望ましい実施例について図示及び説明したが、本発明は上述した特定の望ましい実施例に限定されず、特許請求の範囲で請求する本発明の要旨から外れることなく当該発明が属する技術分野における通常の知識を持つ者によって多様に変形できることは言うまでもなく、かかる変形は、本発明の技術的思想や展望から個別的に理解されてはならない。

１０ 二次電池
１１ 電極リード
１２ 電極組立体
１３ 電池ケース
１３ａ 収納部
１３ｂ シーリング部
１４ リードフィルム
１５ ベント部材
１５ａ 第２部
１５ｂ 第１部

Claims (33)

1. 電極組立体と、
   前記電極組立体に取り付けられた電極リードと、
   前記電極リードの一部が電池ケースの外部に露出するように内部に前記電極組立体を収納する収納部、及びシーラント樹脂を含み、前記電極組立体の少なくとも一部を密封するために形成されたシーリング部、を含む電池ケースと、
   前記電極リードの外面に位置し、前記電極リードと前記シーリング部との間に介在されるリードフィルムと、
   前記シーラント樹脂よりも融点の低いベント樹脂を含み、前記リードフィルムと少なくとも一部が重畳または接触するベント部材と、を含むことを特徴とする、二次電池。
2. 前記ベント部材が、前記電極リードと所定の距離に離隔していることを特徴とする、請求項１に記載の二次電池。
3. 前記ベント部材は、少なくとも一部が前記シーリング部内に位置し、前記収納部へ延び、
   前記シーリング部においては、前記ベント部材が前記リードフィルムと離隔し、
   前記収納部においては、前記ベント部材は、少なくとも一部が前記リードフィルムと重畳または接触することを特徴とする、請求項１に記載の二次電池。
4. 前記電極リードは、前記電池ケースからＹ軸に沿って延び、
   前記ベント部材が、第１部及び第２部を含み、
   前記第１部が、前記リードフィルムと前記第２部との間で前記Ｙ軸に直交するＸ軸に沿って延び、
   前記第２部が、前記Ｙ軸に沿って延びることを特徴とする、請求項１に記載の二次電池。
5. 前記ベント部材が、Ｌ字形をなすことを特徴とする、請求項４に記載の二次電池。
6. 前記ベント部材が、前記第１部と前記第２部の交差点にテーパー部を含み、
   前記テーパー部が、前記収納部へ延びることを特徴とする、請求項４に記載の二次電池。
7. 前記第１部は、少なくとも一部が前記リードフィルムと重畳または接触することを特徴とする、請求項４に記載の二次電池。
8. 前記第１部の外側端部は、前記電極リードが前記電池ケースから離れて延在している領域に隣接する前記シーリング部の内側端部から離隔し、
   前記第１部は、前記収納部に位置することを特徴とする、請求項４に記載の二次電池。
9. 前記第２部が、前記リードフィルムと重畳または接触しないことを特徴とする、請求項４に記載の二次電池。
10. 前記第２部の幅が、Ｙ軸に沿って細くなることを特徴とする請求項４に記載の二次電池。
11. 前記第２部が、円形、楕円形、階段形、三角形及び台形の形状うちいずれか一つを有することを特徴とする、請求項４に記載の二次電池。
12. 前記第２部の厚さが、前記Ｙ軸に沿って減少することを特徴とする、請求項４に記載の二次電池。
13. 前記ベント部材が前記リードフィルムと重畳または接触する面積は、前記リードフィルムが前記電極リードと重畳しない領域の１％～３０％であることを特徴とする、請求項１に記載の二次電池。
14. 前記ベント樹脂が、炭素数６以上のコモノマーを有する線状低密度ポリエチレンを含むことを特徴とする、請求項１から１３のいずれか一項に記載の二次電池。
15. 前記ベント部材が、１００℃～１２０℃で溶融して前記収納部から前記二次電池の外部へガスをベントすることを特徴とする、請求項１に記載の二次電池。
16. 前記ベント部材が、１．５ａｔｍ以上の圧力でベントされることを特徴とする、請求項１５に記載の二次電池。
17. 前記ベント部材は、１００℃以上における最大シーリング強度が６ｋｇｆ／１５ｍｍ未満であることを特徴とする、請求項１に記載の二次電池。
18. 前記ベント部材は、１００℃以上における平均シーリング強度が４．５ｋｇｆ／１５ｍｍ未満であることを特徴とする、請求項１に記載の二次電池。
19. 前記ベント部材は、常温～６０℃における最大シーリング強度が６ｋｇｆ／１５ｍｍ以上であることを特徴とする、請求項１に記載の二次電池。
20. 前記ベント部材は、常温～６０℃における平均シーリング強度が４．５ｋｇｆ／１５ｍｍ以上であることを特徴とする、請求項１に記載の二次電池。
21. 前記炭素数６以上のコモノマーを有する線状低密度ポリエチレンが、メタロセン触媒の存在下で重合されたものであることを特徴とする、請求項１４に記載の二次電池。
22. 前記炭素数６以上のコモノマーを有する線状低密度ポリエチレン１００重量％を基準にして炭素数６以上のコモノマーの含量が１５重量％以下であることを特徴とする、請求項１４に記載の二次電池。
23. 前記ベント樹脂が、４以下の多分散指数（ＰＤＩ）を有することを特徴とする、請求項１に記載の二次電池。
24. 前記シーラント樹脂の結晶化温度と前記ベント樹脂の結晶化温度との差が１０℃以下であることを特徴とする、請求項１に記載の二次電池。
25. 前記ベント樹脂が１００℃～１３０℃の融点を有することを特徴とする、請求項１に記載の二次電池。
26. 前記ベント樹脂は、重量平均分子量が１０万ｇ／ｍｏｌ～４０万ｇ／ｍｏｌであることを特徴とする、請求項１に記載の二次電池。
27. 前記二次電池は、パウチ型二次電池であることを特徴とする、請求項１に記載の二次電池。
28. 前記ベント部材は、１００℃～１２０℃における最大シーリング強度が６ｋｇｆ／１５ｍｍ未満であることを特徴とする、請求項１に記載の二次電池。
29. 前記ベント部材は、１００℃～１２０℃における平均シーリング強度が４．５ｋｇｆ／１５ｍｍ未満であることを特徴とする、請求項１に記載の二次電池。
30. 前記炭素数６以上のコモノマーを有する線状低密度ポリエチレン１００重量％を基準にして炭素数６以上のコモノマーの含量が５重量％～１５重量％であることを特徴とする、請求項１４に記載の二次電池。
31. 前記ベント樹脂が、１～４の多分散指数を有することを特徴とする、請求項１に記載の二次電池。
32. 前記ベント部材は、１２０℃以上における最大シーリング強度が３ｋｇｆ／１５ｍｍ未満であることを特徴とする、請求項１に記載の二次電池。
33. 前記ベント部材は、１２０℃以上における平均シーリング強度が２ｋｇｆ／１５ｍｍ未満であることを特徴とする、請求項１に記載の二次電池。

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