JP2024511497A - 二次電池、その製造方法およびそれを含むデバイス - Google Patents

Abstract

本発明の一実施形態による二次電池は、電極組立体；前記電極組立体を収納する第１電池ケース；および前記第１電池ケースを覆う第２電池ケースを含み、前記第２電池ケースは前記第１電池ケースと異なる色を有するように形成されている。

Description

［関連出願との相互引用］
本出願は２０２１年１０月１８日付け韓国特許出願第１０－２０２１－０１３８３３４号に基づく優先権の利益を主張し、当該韓国特許出願に開示されたすべての内容は本明細書の一部として含まれる。

本発明は、二次電池およびそれを含むデバイスに関し、より具体的には、二次電池の膨張確認が容易な二次電池およびそれを含むデバイスに関する。

近年、ノートパソコン、ビデオカメラ、携帯電話などのような携帯用電子製品の需要が急激に増大し、また、電気自動車、エネルギ貯蔵用蓄電池、ロボット、人工衛星などの開発が本格化するにつれ、その駆動電源として使用される二次電池について多くの研究がなされている。

二次電池は電池ケースの形状によって、電極組立体が円筒型金属缶に組み込まれている円筒型電池、電極組立体が角型の金属缶に組み込まれている角型電池および電極組立体がアルミニウムラミネートシートのパウチ型ケースに組み込まれているパウチ型電池に分類される。

電池ケースに組み込まれる前記電極組立体は正極、分離膜、負極の積層構造からなる充放電が可能な発電素子であって、ジェリーロール型、スタック型およびスタック／折り畳み型に分類される。ジェリーロール型は活物質が塗布された長いシート状の正極と負極の間に分離膜を介在して巻き取った形態であり、スタック型は所定の大きさの多数の正極と負極を分離膜が介在した状態で順次積層した形態であり、スタック／折り畳み型はジェリーロール型とスタック型を組み合わせた構造である。中でもジェリーロール型電極組立体は製造が容易であり、重量当たりのエネルギ密度が高い長所を有している。

なお、二次電池としては例えばニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池、ニッケル亜鉛電池、リチウム二次電池などがある。中でも、リチウム二次電池は、ニッケル系の二次電池に比べてメモリ効果がほとんど起こらず充放電が自由で、自己放電率が非常に低く、作動電圧が高く、単位重量当たりのエネルギ密度が高いという長所を有することから先端電子機器分野で広く使用されている。

また、二次電池はサイクル中に電池内で電解液が分解されるかまたは副反応が起こるため、ガス発生によるスウェリング現象が起こり得る。サイクルが進むにつれてガスの発生程度を把握して該当二次電池の性能低下などを把握することができる。しかし、従来の二次電池ではスウェリング現象を肉眼で明確に把握できる方法が知られていなかった。

したがって、前記スウェリング現象の有無を肉眼で明確に確認する必要があり、膨張の程度を確認する必要性があるため、前記問題を解決できる新たな構造が求められている。

本発明が解決しようとする課題は、電池の膨張確認が容易な二次電池およびそれを含むデバイスを提供することにある。

しかし、本発明の実施形態が解決しようとする課題は上述した課題に限定されず、本発明に含まれた技術的思想の範囲で多様に拡張することができる。

本発明の一実施形態による二次電池は、電極組立体；前記電極組立体を収納する第１電池ケース；および前記第１電池ケースを覆う第２電池ケースを含み、前記第２電池ケースは前記第１電池ケースと異なる色を有するように形成されている。

前記第２電池ケースには溝部が形成され得る。

前記溝部は前記第２電池ケース上に複数形成され得る。

前記複数の溝部は前記第２電池ケース上に互いに離隔するように形成され得る。

前記第２電池ケースは、電池の膨張時に前記溝部が形成された前記第２電池ケースの部分が破裂し得る。

前記第２電池ケースが破裂することにより、前記溝部は前記第１電池ケースと連結され得る。

前記第２電池ケースが破裂することにより、前記第１電池ケースは外部に露出され得る。

前記第１電池ケースと前記第２電池ケースは互いに異なる素材を有するように形成され得る。

前記第１電池ケースは前記第２電池ケースよりも大きな変形性を有するように形成され得る。

本発明の他の一実施形態による二次電池の製造方法は、電極組立体を第１電池ケースに収納する段階；および前記電極組立体が収納された前記第１電池ケースを第２電池ケースで覆う段階を含み、前記第２電池ケースは前記第１電池ケースと異なる色を有するように形成される。

前記第２電池ケースには溝部が形成され得る。

本発明のまた他の一実施形態によるデバイスは前記二次電池を含む。

本発明の実施形態によれば、第１電池ケースと第２電池ケースが異なる色で形成され、第２電池ケース上には溝部が形成されることによって、二次電池の膨張を肉眼で確認することができる。

また、第２ケースの破裂により形成される溝部の大きさの変化により膨張の程度を確認することができる。

本発明の効果は以上で言及した効果に制限されず、言及されていないまた他の効果は特許請求の範囲の記載から当業者に明確に理解されるものである。

本発明の一実施形態による二次電池のうちパウチ型電池を示す斜視図である。 本発明の一実施形態による二次電池のうち円筒型電池を示す斜視図である。 本発明の一実施形態による二次電池のうち角型電池を示す斜視図である。 本発明の一実施形態によるパウチ型電池の部分分解斜視図である。 図４の構成要素を結合し、第２電池ケースを含む本発明の一実施形態による二次電池を示す図である。 図５のＡ－Ａ’切断線に沿って切断した断面を示す図である。 図６のＣ部分を拡大して示す図である。 図６の二次電池が膨張するときを示す図である。 図８のＤ部分を拡大して示す図である。 図５のＢ部分を拡大して示す図面であり、二次電池の膨張によって変化する第１および第２電池ケースの状態を示す図である。

以下、添付する図面を参照して本発明の様々な実施形態につい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できるように詳細に説明する。本発明は様々な異なる形態で実現することができ、ここで説明する実施形態に限られない。

本発明を明確に説明するために説明と関係ない部分は省略し、明細書全体にわたって同一または類似の構成要素に対しては同じ参照符号を付ける。

また、図面に示す各構成の大きさおよび厚さは説明の便宜上任意に示したので、本発明は必ずしも示されたところに限られない。図面で複数の層および領域を明確に表現するために厚さを誇張して示した。そして図面では、説明の便宜上、一部の層および領域の厚さを誇張して示した。

また、層、膜、領域、板などの部分が他の部分「上に」または「の上に」あるという時、これは他の部分の「すぐ上に」ある場合だけでなくその中間にまた他の部分がある場合も含む。逆にある部分が他の部分の「すぐ上に」あるという時には中間に他の部分が存在しないことを意味する。また、基準になる部分「上に」または「の上に」あるというのは基準になる部分の上または下に位置することであり、必ずしも重力の逆方向に向かって「上に」または「の上に」位置することを意味するものではない。

また、明細書全体で、ある部分がある構成要素を「含む」という時、これは特に反対の意味を示す記載がない限り、他の構成要素を除くのではなく他の構成要素をさらに含み得ることを意味する。

また、明細書全体で、「平面上」とするとき、これは対象部分を上から見たときを意味し、「断面上」とするとき、これは対象部分を垂直に切断した断面を横から見たときを意味する。

以下では、図１ないし図４を参照して、本発明の一実施形態による二次電池について説明する。

図１は本発明の一実施形態による二次電池のうちパウチ型電池を示す図である。図２は本発明の一実施形態による二次電池のうち円筒型電池を示す図である。図３は本発明の一実施形態による二次電池のうち角型電池を示す図である。図４は本発明の一実施形態によるパウチ型電池の一例の部分分解斜視図である。

図１および図４を参照すると、本実施形態による二次電池１００はパウチ型二次電池であって、第１電池ケース１１０の内部に電極組立体１０５を収納した後に密封して製造することができる。

電極組立体１０５は正極、負極および正極と負極の間に配置される分離膜を含み得る。正極および負極それぞれは正極タブおよび負極タブを含み、正極タブと連結される正極リード１１１および負極タブと連結される負極リード１１２が第１電池ケース１１０の外部に露出され得る。この時、正極リード１１１および負極リード１１２は電極端子として機能することができる。正極リード１１１と負極リード１１２は電極リード１１１，１１２と総称し得る。

第１電池ケース１１０はラミネートシートからなり、熱融着のための樹脂層と物質が浸透することを防止するための金属層を含み得る。

このような第１電池ケース１１０は上部ケース１１０ａと下部ケース１１０ｂを含み得る。上部ケース１１０ａと下部ケース１１０ｂそれぞれに電極組立体２０が安着できる別途の収納部が形成されることもできる。

一方、パウチ型電池１００は正極リード１１１と負極リード１１２が互いに逆方向に突出する両方向電池が示されているが、本願発明のパウチ型電池１００はこのような形態に限定されず、正極リード１１１と負極リード１１２が同じ方向に突出する単方向電池、電極組立体収納部に段差が形成されたステップ型電池を含む。特に、図４を参照すると、電極組立体収納部に段差が形成されたステップ型電池を確認することができる。

図２を参照すると、円筒型電池２００は金属素材からなる円筒型第１電池ケース２１０を含み、円筒型第１電池ケース２１０を覆う円筒型第２電池ケース２２０を含む。

円筒型電池２００は上方に突出したトップキャップが正極の電極端子２１１として機能し、クリンピング部２１２が負極の電極端子として機能することができる。したがって、第２電池ケース２２０は電極端子として機能するトップキャップ全体とクリンピング部２１２の一部を除いた残りの部分を覆うことができる。

図３を参照すると、角型電池３００は金属素材からなる角型第１電池ケース３１０を含み、角型第１電池ケース３１０を覆う角型第２電池ケース３２０を含む。

角型電池３００は上面に電極端子３１１が露出するように配置されるため、前記上面で電極端子３１１が露出する部分を除いた残りの上面と角型第１電池ケース３１０の側面全体および角型第１電池ケース３１０の下面全体に角型第２電池ケース３２０が形成される。すなわち、角型第２電池ケース３２０は電極端子３１１を除いた残りの角型第１電池ケース３１０を覆うことができる。

以下では、図５ないし図１０を参照して、本発明の一実施形態による二次電池に形成される第２電池ケースについて詳しく説明する。パウチ型電池を中心に説明するが、前記パウチ型電池を図２および図３に示す円筒型電池および角型電池に変更した形態も本願発明の範囲に含まれる。

図５は図４の構成要素を結合し、第２電池ケースを含む本発明の一実施形態による二次電池を示す図である。図６は図５のＡ－Ａ’切断線に沿って切断した断面を示す図である。図７は図６のＣ部分を拡大して示す図である。図８は図６の二次電池が膨張するときを示す図である。図９は図８のＤ部分を拡大して示す図である。図１０は図５のＢ部分を拡大して示す図面であり、二次電池の膨張によって変化する第１および第２電池ケースの状態を示す図である。

図５および図６を参照すると、本実施形態による二次電池１００は、電極組立体１０５、電極組立体１０５を収納する第１電池ケース１１０、および第１電池ケース１１０を覆う第２電池ケース１２０を含む。この時、第２電池ケース１２０は第１電池ケース１１０と異なる色を有するように形成される。

具体的には、第１電池ケース１１０と第２電池ケース１２０は多様な色の組み合わせで形成され、視認性が高いように補色を使用するか、黒色、黄色、赤色などを選択することができる。したがって、後述するように、二次電池１００が膨張することによって、第２電池ケース１２０が破裂して第１電池ケース１１０の色が外部に露出される場合、肉眼でも容易に区別することができる。また、第１電池ケース１１０の色の露出程度によって二次電池１００の膨張程度を予想することができる。

一方、図７を参照すると、第２電池ケース１２０には溝部１２５が形成される。溝部１２５は第２電池ケース１２０上に複数形成され、それぞれの溝部１２５は第２電池ケース１２０上に互いに離隔するように形成される。

この時、図５を参照すると、二次電池１００の各電極リード１１１，１１２の間を二次電池１００の長手方向と定義する。したがって、溝部１２５は二次電池１００の第２電池ケース１２０上に二次電池１００の前記長手方向に沿って形成される。さらに、溝部１２５は長手方向に垂直な方向である二次電池１００の幅方向に沿って互いに離隔するように形成されることもできる。

また、溝部１２５を形成する際、溝部１２５と第１電池ケース１１０の間に第２電池ケース１２０の部分が存在するように溝部１２５は第２電池ケース１２５上に形成されることができる。したがって、溝部１２５により第１電池ケース１１０が露出しないように形成されることができる。

二次電池１００内部の電解液の分解または副反応の発生によりガスが発生して、二次電池１００が膨張してスウェリング現象が発生する場合、第２電池ケース１２０が破裂し得る。具体的には、溝部１２５は第２電池ケース１２０上に形成され、溝部１２５が形成された第２電池ケース１２０の部分は他の部分に比べて薄い厚さで形成される。したがって、二次電池１００にスウェリングが発生すると、溝部１２５が形成された第２電池ケース１２０の部分はスウェリング現象による膨張力により破裂し得る。

この時、図８および図９を参照すると、第２電池ケース１２０が破裂することにより、溝部１２５と第１電池ケース１１０の間の第２電池ケース１２０部分が除去される。この時、除去されるというのは、第２電池ケース１２０が破裂することにより溝部１２５と第１電池ケース１１０の間に形成された第２電池ケース１２０の部分が残っていないようになることを意味する。したがって、溝部１２５と第１電池ケース１１０の間に位置する第２電池ケース１２０の部分が除去されることにより、溝部１２５は第１電池ケース１１０と連結されることができる。

また、上記のように溝部１２５と第１電池ケース１１０が連結されることにより、第１電池ケース１１０は外部に露出され得る。したがって、第２電池ケース１２０と異なる色を有する第１電池ケース１１０が外部に露出されることにより、二次電池１００のスウェリング現象発生の有無を肉眼で把握することができる。また、スウェリング現象の程度に応じて溝部１２５により露出する第１電池ケース１１０の面積が変わるため、前記面積に応じてスウェリング現象の程度および電池の膨張程度を予測することができる。

一方、第１電池ケース１１０と第２電池ケース１２０は互いに異なる素材を有するように形成されることができる。具体的には、第１電池ケース１１０に比べて第２電池ケース１２０は膨張力に対して小さな変形性を有することによって、二次電池１００の膨張に対応できず破裂するように形成することができる。しかし、第２電池ケース１２０が破裂しても第１電池ケース１１０は破裂することなく維持されて二次電池１００の性能を維持することができる。

したがって、第１電池ケース１１０は第２電池ケース１２０よりも大きな変形性を有するように形成することができる。また、前記のような変形性を有するように素材を選択することもできる。

図１０を参照すると、前記で説明した通り、二次電池１００にスウェリング現象が発生するかまたは膨張すると、第２電池ケース１２０の間に第１電池ケース１１０が露出し得る。この時、セルスウェリング現象の特性上、二次電池１００の中心から第１電池ケース１１０が露出し始める。また、二次電池１００全体にスウェリング現象が発生する場合は、図１０に示すように、第２電池ケース１２０上に形成された複数の溝部１２５を介して第１電池ケース１１０が複数の位置で露出し得る。第１電池ケース１１０の露出位置および露出程度に応じて肉眼でも二次電池１００のスウェリング現象の発生位置および程度を確認することができ、第１電池ケース１１０が露出する面積によりスウェリング現象の発生程度および二次電池の性能低下を予測することができる。

以下では、本発明の他の一実施形態による二次電池の製造方法について説明する。上記で説明した二次電池に関する技術内容は本実施形態にも適用できるので、重複する内容は省略する。

本実施形態による二次電池の製造方法は、電極組立体１０５を第１電池ケース１１０に収納する段階；および電極組立体１０５が収納された第１電池ケース１１０を第２電池ケース１２０で覆う段階を含む。この時、第２電池ケース１２０は第１電池ケース１１０と異なる色を有するように形成される。

また、第２電池ケース１２０には溝部１２５が形成され得、前記で説明したように、二次電池１００にスウェリング現象および膨張が発生すると、第２電池ケース１２０が破裂し、第１電池ケース１１０が露出することによって、膨張を肉眼で把握することができる。

特に、第２電池ケース１２０上に形成される溝部１２５は、二次電池１００の長手方向に沿って形成され、スウェリング現象が発生すると二次電池１００の膨張によって変形され得る。

本実施形態では、前、後、左、右、上、下のような方向を示す用語を使用したが、このような用語は説明の便宜のためであり、対象になる事物の位置や観測者の位置などによって変わり得る。

前述した本実施形態による二次電池は多様なデバイスに適用することができる。具体的には、電気自転車、電気自動車、ハイブリッド自動車などの運送手段に適用できるが、これに制限されず、二次電池を使用できる多様なデバイスに適用することが可能である。

以上、本発明の好ましい実施形態について詳細に説明したが、本発明の権利範囲はこれに限定されるものではなく、特許請求の範囲で定義している本発明の基本概念を得た当業者の様々な変形および改良形態も本発明の権利範囲に属する。

１００ 二次電池
１０５ 電極組立体
１１０ 第１電池ケース
１２０ 第２電池ケース
１２５ 溝部

Claims (12)

1. 電極組立体；
   前記電極組立体を収納する第１電池ケース；および
   前記第１電池ケースを覆う第２電池ケースを含み、
   前記第２電池ケースは前記第１電池ケースと異なる色を有するように形成されている、二次電池。
2. 前記第２電池ケースには溝部が形成されている、請求項１に記載の二次電池。
3. 前記溝部は前記第２電池ケース上に複数形成されている、請求項２に記載の二次電池。
4. 複数の前記溝部は前記第２電池ケース上に互いに離隔するように形成されている、請求項３に記載の二次電池。
5. 前記第２電池ケースは、電池の膨張時に前記溝部が形成された前記第２電池ケースの部分が破裂する、請求項２から４のいずれか一項に記載の二次電池。
6. 前記第２電池ケースが破裂することにより、前記溝部は前記第１電池ケースと連結される、請求項５に記載の二次電池。
7. 前記第２電池ケースが破裂することにより、前記第１電池ケースは外部に露出される、請求項５に記載の二次電池。
8. 前記第１電池ケースと前記第２電池ケースは互いに異なる素材を有するように形成されている、請求項１に記載の二次電池。
9. 前記第１電池ケースは前記第２電池ケースよりも大きな変形性を有するように形成されている、請求項８に記載の二次電池。
10. 電極組立体を第１電池ケースに収納する段階；および
    前記電極組立体が収納された前記第１電池ケースを第２電池ケースで覆う段階を含み、
    前記第２電池ケースは前記第１電池ケースと異なる色を有するように形成される、二次電池の製造方法。
11. 前記第２電池ケースには溝部が形成される、請求項１０に記載の二次電池の製造方法。
12. 請求項１による二次電池を含む、デバイス。

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