JP5194059B2 - 二次電池 - Google Patents
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Description
本発明は、二次電池に係り、さらに詳細には、パウチ型外装材の内部に電極組立体を収容して密封して形成されるパウチ型二次電池に関する。
最近、携帯用電子機器の小型化および軽量化が急速に進展するにつれて、これらの駆動電源として使われる電池の小型化および大容量化の必要性が増大しつつある。特に、リチウムイオン二次電池は、作動電圧が３．６Ｖ以上であって、ニッケル−カドミウム電池やニッケル−水素電池より３倍も高く、単位重量当たりエネルギー密度が高くて、最近、携帯用電子機器の電源として多用されている。
リチウム二次電池は、リチウムイオンが正極および負極に挿入（ｉｎｔｅｒｃａｌａｔｉｏｎ）および脱離（ｄｅｉｎｔｅｒｃａｌａｔｉｏｎ）する時の酸化還元反応によって、電気エネルギーを生成する。リチウム二次電池は、リチウムイオンの可逆的な挿入および脱離を可能にする物質を正極および負極の活物質として使用し、正極と負極との間に有機電解液またはポリマー電解液を充填させて製造されうる。一方、二次電池は、多様な形で製造可能である。二次電池は、電極組立体を収容するケースの外観によって円筒形電池、角形電池、およびパウチ型電池に区分されうる。円筒形電池は円筒形のアルミニウム缶を、角形電池は角形のアルミニウム缶を、パウチ型電池は、薄板のパウチを各々にケースとして使用しうる。
本発明は、強度を増加させつつも容易なベンティング（ｖｅｎｔｉｎｇ）構造を有する二次電池を提供しようとするものである。
本発明のある観点によれば、電源が充電または放電される電極組立体と、電極組立体を内部に収容して密封されるケースとを備え、ケースが第１カバーおよび第２カバーを備え、第１カバーと第２カバーとの間に設けられる空間に電極組立体が収容され、第１カバーと第２カバーとが異なる素材からなり、第２カバーが第１カバーより高い圧力強度を有する二次電池が提供される。
上記電池の定格容量が４Ａｈから１０００Ａｈの中型または大型規模であってもよい。
上記第２カバーが第１カバーより厚くてもよい。
上記第１カバーと第２カバー各々が互いに接着されて電極組立体の収容空間を密封する密封部を備えてもよい。
上記第１カバーと第２カバーとのうち、少なくともいずれか１つの対向面に電極組立体を収容する空間部を備えてもよい。
上記第１カバーは、金属層と、金属層の外側面に形成される外装層と、金属層の内側面に形成される内装層とを備えてもよい。
上記第２カバーは、金属層と、金属層の外側面に形成される外装層と、金属層の内側面に形成される内装層とを備えてもよい。
上記第２カバーの金属層が第１カバーの金属層より厚くてもよい。
上記第１カバーの金属層の厚さが４０μｍから５０μｍ未満であり、第２カバーの金属層の厚さが１００μｍから２５０μｍであってもよい。
上記第２カバーは、外装層の外側面に形成される第２外装層をさらに備えてもよい。
上記第１カバーの内装層の融点が第２カバーの内装層の融点より低くてもよい。
上記第１カバーの内装層の融点が８０℃から１２０℃であり、第２カバーの内装層の融点が１３０℃から２００℃であってもよい。
上記第１カバーの内装層と第２カバーの内装層との接触部分が互いに熱融着されて電極組立体の収容空間を密封する密封部を備えてもよい。
上記第１カバーの内装層がポリエチレンまたはポリエチレン重合体を含んでもよい。
上記第２カバーの内装層がポリオレフィン系または無延伸ポリプロピレンまたはポリプロピレンを主成分として含んでもよい。
上記電極組立体を各々に収容する２つ以上のケースを積層して形成されてもよい。
本発明のある観点によれば、電源が充電または放電される電極組立体と、電極組立体を内部に収容して密封されるケースとを備え、ケースが第１カバーおよび第２カバーを備え、第１カバーと第２カバーとの間に設けられる空間に電極組立体が収容され、第１カバーと第２カバーとが互いに異なる素材からなり、第１カバーの第２カバーとの接触面の融点が第２カバーの第１カバーとの接触面の融点より低い、二次電池が提供される。
上記電池の定格容量が４Ａｈから１０００Ａｈの中型または大型規模であってもよい。
上記第１カバーの融点が８０℃から１２０℃であり、第２カバーの融点が１３０℃から２００℃であってもよい。
上記第１カバーの融点が９０℃から１１０℃であってもよい。
上記第２カバーが第１カバーより厚くてもよい。
上記第１カバーの厚さが１００μｍから１５０μｍ未満であり、第２カバーの厚さが１５０μｍから３００μｍであってもよい。
上記電極組立体を各々に収容する２つ以上のケースを積層して形成されてもよい。
本発明によれば、強度を増加させつつも、容易なベンティング構造を有する二次電池を提供することができる。
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
図１には、本発明の望ましい実施例による二次電池１０の外観が示されており、図２には、図１の二次電池１０の分解斜視図が示されている。
図１および図２を参照すれば、二次電池１０は、電極組立体１００と、ケース２００、３００を備える。電極組立体１００では、電源が充電または放電される。ケース２００、３００は、電極組立体１００を内部に収容して密封される。ケース２００、３００は、第１カバー２００および第２カバー３００を備える。
第１カバー２００と第２カバー３００との間に設けられる空き空間２２０、３２０に電極組立体１００が収容される。この際、第１カバー２００と第２カバー３００は、互いに異なる素材からなりうる。第２カバー３００は、加えられる圧力に対して、第１カバー２００より高い強度を有する。
このために、第２カバー３００は、第１カバー２００より厚く形成されうる。この場合、第１カバー２００の厚さは、１００μｍから１５０μｍ未満であり、第２カバー３００の厚さは、１５０μｍから３００μｍでありうる。
二次電池１０は、第１カバー２００および第２カバー３００として薄板のパウチを使用し、電極組立体１００を収容するケース２００、３００を形成するパウチ型電池でありうる。その一実施例として、第１カバー２００としては、図３に示されたような一般のパウチが適用され、第２カバー３００としては、図４に示されたような高強度のパウチが適用されうる。
二次電池１０は、互いに異なる材質の第１カバー２００と第２カバー３００とによって、ケース２００、３００を形成し、ケース２００、３００の内部に電極組立体１００を収容して密封する。
すなわち、第２カバー３００として高強度のパウチを使用することによって、二次電池１０を長期間使用する場合にも、パウチの形状を維持できるので、電極組立体１００の捩れを防止しうる。
また、二次電池１０を長期間使用する場合にも、電解液の偏り現象を防止しうる。また、二次電池１０の製造工程で電極組立体１００の損傷を防止しうる。
第１カバー２００としては、第２カバー３００として使われる高強度なパウチより強度の低い一般のパウチを使用することによって、高強度のパウチに比べて低温で破断し、容易なベンティング（ｖｅｎｔｉｎｇ）構造を確保しうる。
本発明の実施形態による二次電池は、図５に示されたように複数個の単位電池セルを積層して１つのバッテリーシステムを形成する電気自動車（Ｈｙｂｒｉｄ−Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ：ＨＥＶ）または電力保存システムに適用される中型または大型のバッテリーシステムに適用されうる。
この場合、バッテリーシステム１は、平均放電時、電流の充放電率（Ｃ−ｒａｔｅ）２Ｃ以上または２０Ｗｈ以上の消費電力に使われる４Ａ以上または４Ａｈから１０００Ａｈの定格容量の中型または大型のバッテリーシステム１になりうる。
一方、図５に示されたように、二次電池１０が複数積層されて１つのバッテリーシステム１として形成されうる。この場合、本発明の実施形態による二次電池１０を使用する場合、複数個のセルのうち、不良セルのみを選別しうる。この場合、不良セルのみを選別して除去することによって、全体バッテリーシステム１が正常に作動しうる。
１つのバッテリーシステム１を形成する複数個の二次電池１０のうち、異常が発生した二次電池１０で設定された温度、例えば、８０℃から１２０℃に到達すれば、第２カバー３００に比べて、強度の低い第１カバー２００が破断してベンティングが行われる。
この際、真空状態が解消されて外気が二次電池１０の内部に流入し、外気に含まれた水蒸気が電極組立体１００と反応して電圧の不均衡が発生して、抵抗が大きくなる。したがって、二次電池１０の内部に別途に設けられるセンサー（図示せず）によって、不良が発生した二次電池１０のみを容易に選別しうる。
また、第２カバー３００に比べて強度の低い第１カバー２００がベンティングされる場合、相対的に低い温度で破断するので、隣接する他の二次電池１０への影響が少なくなる効果がある。この際、８０℃から１２０℃に到達すれば、第１カバー２００がベンティングされる実施例では、二次電池１０は７０℃以下の温度で制御されうる。
一方、第１カバー２００の第２カバー３００との接触面の融点が、第２カバー３００の第１カバー２００との接触面の融点より低くなるように、第１カバー２００および第２カバー３００が形成されうる。第１カバー２００および第２カバー３００の実施例が図３および図４に各々に示されている。
一実施例として、第１カバー２００の融点が８０℃から１２０℃であり、第２カバー３００の融点が１３０℃から２００℃でありうる。この際、第１カバー２００の融点は、９０℃から１１０℃でもよい。
したがって、二次電池１０の温度が第１カバー２００の融点である８０℃から１２０℃、さらに望ましくは、９０℃から１１０℃に到達すれば、第２カバー３００に比べて強度の低い第１カバー２００が破断してベンティングされうる。
二次電池１０は、電極組立体１００と、電極組立体１００を覆い密封するパウチ型ケース２００、３００を備えうる。電極組立体１００は、第１電極１１２および第２電極１１４と、その間にセパレータ１１３が介在されて積層されるか、ジェリーロール（ｊｅｌｌｙ ｒｏｌｌ）タイプで巻き取られて形成されうる。
電極組立体１００の各電極板の一側から延びた第１電極タップ１１５および第２電極タップ１１６は、その表面に保護テープ１１７が接着されてパウチ型ケース２００、３００の外部に一部突設されうる（図１参照）。
また、第１カバー２００および第２カバー３００それぞれには、第１カバー２００と第２カバー３００とが互いに接着されて電極組立体１００が収容される空間を密封する密封部２３０、３３０が形成されうる。第１カバー２００および第２カバー３００のうち、少なくともいずれか１つの対向面に電極組立体１００を収容する空間部２２０、３２０が形成されうる。
第１カバー２００と第２カバー３００は、それぞれ分離されて互いに異なる材質でカバー本体２１０、３１０に空間部２２０、３２０が形成されうる。図示されたように、第１カバー２００および第２カバー３００には、空間部２２０、３２０が角形で形成され、空間部２２０、３２０を取り囲むように４面に密封部２３０、３３０が形成されうる。
この際、第１カバー２００および第２カバー３００のそれぞれに設けられた空間部２２０、３２０の内部に電極組立体１００を収容し、第１カバー２００と第２カバー３００とを互いに密着させた状態で対向する密封部２３０、３３０を熱融着して密封することで、パウチ型ケース２００、３００を形成しうる。
図示された実施例では、空間部２２０、３２０が第１カバー２００および第２カバー３００のそれぞれに形成される。但し、本発明は、これに限定されず、第１カバー２００、第２カバー３００のうち、いずれか１つにのみ空間部が形成されてもよい。
第１カバー２００および第２カバー３００は、多数層の互いに異なる材質のフィルム層を積層して板状に形成されうる。この場合、第１カバー２００および第２カバー３００のそれぞれに別途に空間部２２０、３２０を成形せずとも、第１カバー２００と第２カバー３００との間に電極組立体１００を位置させ、密封部２３０、３３０を密封することで、パウチ型ケース２００、３００を形成しうる。
図３には、図１の二次電池１０における第１カバー２００の一断面が概略的に示されている。第１カバー２００は、金属層２３２、外装層２３１、および内装層２３３を備えうる。金属層２３２は、金属材質で形成しうる。外装層２３１は、金属層２３２の外部に向かう面に形成しうる。内装層２３３は、金属層２３２の内部に向かう面に形成しうる。
図４には、図１の二次電池１０における第２カバー３００の一断面が概略的に示されている。第２カバー３００は、金属層３３２、外装層３３１、および内装層３３３を備えうる。金属層３３２は、金属材質からなりうる。外装層３３１は、金属層３３２の外部に向かう面に形成しうる。内装層３３３は、金属層３３２の内部に向かう面に形成しうる。
この際、第２カバー３００の金属層３３２が第１カバー２００の金属層２３２より厚いことが望ましい。したがって、第２カバー３００は、第１カバー２００より加えられる圧力に対して高い強度を有しうる。その一実施例で、第１カバー２００の金属層２３２の厚さは、４０μｍから５０μｍ未満であり、第２カバー３００の金属層３３２の厚さは、１００μｍから２５０μｍになりうる。
第２カバー３００は、外装層３３１の外側面に形成される第２外装層３３４をさらに備えうる。それにより、第２カバー３００を、第１カバー２００より厚くするために寄与しうる。また、第２カバー３００をして、第１カバー２００より加えられる圧力に対して高い強度を持たせる。
第１カバー２００の内装層２３３と第２カバー３００の内装層３３３それぞれの密封部２３０、３３０を互いに熱融着することによって、ケース２００、３００の内部に電極組立体１００を収容した状態でケース２００、３００を密封可能となる。
したがって、第１カバー２００の内装層２３３の融点が、第２カバー３００の内装層３３３の融点より低く設計されることが望ましい。一実施例として、第１カバー２００の内装層２３３の融点が８０℃から１２０℃であり、第２カバー３００の内装層３３３の融点が１３０℃から２００℃になりうる。この際、第１カバー２００の内装層２３３の融点は、９０℃から１１０℃でもよい。
したがって、二次電池２００の温度が第１カバー２００の内装層２３３の融点である８０℃から１２０℃、さらに望ましくは、９０℃から１１０℃に到達すれば、第２カバー３００に比べて強度の低い第１カバー２００が破断してベンティングされうる。
一方、第１カバー２００には、金属層２３２と外装層２３１との間、および金属層２３２と内装層２３３との間に各々接着剤が介在される接着剤層２３４、２３５が備えられる。なお、接着剤層２３４、２３５が省略され、金属層２３２、外装層２３１および内装層２３３が互いに直接的に熱融着されてもよい。
一方、第２カバー３００には、金属層３３２と外装層３３１との間、および金属層３３２と内装層３３３との間、そして外装層３３１と第２外装層３３４との間に各々接着剤が介在される接着剤層３３５、３３６、３３７が備えられうる。なお、接着剤層３３５、３３６、３３７が省略され、金属層３３２、外装層３３１、第２外装層３３４および内装層３３３が互いに直接的に熱融着されてもよい。
第１カバー２００の内装層２３３は、ポリエチレン（Ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ：ＰＥ）またはポリエチレン重合体を含んでなりうる。また、第２カバー３００の内装層３３３は、ポリオレフィン系または無延伸ポリプロピレン（Ｃａｓｔｅｄ Ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ：ＣＰＰ）またはポリプロピレン（Ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ：ＰＰ）を主成分として含みうる。したがって、第１カバー２００の内装層２３３が第２カバー３００の内装層３３３より低温で溶けることになる。
金属層２３２、３３２は、適正な厚さを維持し、内部への水蒸気やガスの侵入を防止し、電解液の漏水を防止し、二次電池１０の外装パウチの強度を維持する。金属層２３２、３３２には、鉄（Ｆｅ）、炭素（Ｃ）、クロム（Ｃｒ）およびマンガン（Ｍｎ）の合金、または鉄（Ｆｅ）、炭素（Ｃ）、クロム（Ｃｒ）およびニッケル（Ｎｉ）の合金、またはアルミニウム（Ａｌ）またはその等価物のうち、選択されたいずれか１つが利用されうる。但し、本発明は、その材質を限定しないが、柔軟性に優れたアルミニウム（Ａｌ）が利用されてもよい。
外装層２３１、３３１は、金属層２３２、３３２の外部に向かう面に所定厚さにコーティングまたはラミネーティングされて形成されうる。内装層２３３、３３３は、金属層２３２、３３２の内部に向かう面に所定厚さにコーティングまたはラミネーティングされて形成されうる。
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
１０ 二次電池
１００ 電極組立体
１１２ 第１電極
１１３ セパレータ
１１４ 第２電極
１１５ 第１電極タップ
１１６ 第２電極タップ
１１７ 保護テープ
２００、３００ ケース
２００ 第１カバー
３００ 第２カバー
２１０、３１０ カバー本体
２２０、３２０ 空間部
２３０、３３０ 密封部
１００ 電極組立体
１１２ 第１電極
１１３ セパレータ
１１４ 第２電極
１１５ 第１電極タップ
１１６ 第２電極タップ
１１７ 保護テープ
２００、３００ ケース
２００ 第１カバー
３００ 第２カバー
２１０、３１０ カバー本体
２２０、３２０ 空間部
２３０、３３０ 密封部
Claims (14)
- 電源が充電または放電される電極組立体と、
前記電極組立体を直接収容して密封されるケースとを備え、
前記ケースが第１カバーおよび第２カバーを備え、
前記第１カバーと前記第２カバーとの間に設けられる空間に前記電極組立体が収容され、
前記第１カバーと前記第２カバーとが異なる素材からなり、
前記第２カバーが前記第１カバーより高い圧力強度を有し、
電池の定格容量が４Ａｈから１０００Ａｈの中型または大型規模であり、
前記第２カバーが前記第１カバーより厚く、
前記第１カバーと前記第２カバーの各々が互いに接着されて前記電極組立体の収容空間を密封する密封部を備え、
前記第１カバーと前記第２カバーとのうち、少なくともいずれか１つの対向面に前記電極組立体を収容する空間部を備え、
前記第１カバーは、
金属層と、
前記金属層の外側面に形成される外装層と、
前記金属層の内側面に形成される内装層とを備え、
前記第２カバーは、
金属層と、
前記金属層の外側面に形成される外装層と、
前記金属層の内側面に形成される内装層とを備え、
前記第１カバーの内装層の融点が前記第２カバーの内装層の融点より低く、
前記電極組立体を各々に収容する２つ以上の前記ケースを積層して形成される、二次電池。 - 前記第２カバーの金属層が前記第１カバーの金属層より厚い、請求項１に記載の二次電池。
- 前記第１カバーの金属層の厚さが４０μｍから５０μｍ未満であり、前記第２カバーの金属層の厚さが１００μｍから２５０μｍである、請求項２に記載の二次電池。
- 前記第２カバーは、前記外装層の外側面に形成される第２外装層をさらに備える、請求項１から３のいずれか１項に記載の二次電池。
- 前記第１カバーの内装層の融点が８０℃から１２０℃であり、前記第２カバーの内装層の融点が１３０℃から２００℃である、請求項１に記載の二次電池。
- 前記第１カバーの内装層と前記第２カバーの内装層との接触部分が互いに熱融着されて前記電極組立体の収容空間を密封する密封部を備える、請求項１から５のいずれか１項に記載の二次電池。
- 前記第１カバーの内装層がポリエチレンまたはポリエチレン重合体を含んでなる、請求項１から６のいずれか１項に記載の二次電池。
- 前記第２カバーの内装層がポリオレフィン系または無延伸ポリプロピレンまたはポリプロピレンを主成分として含む、請求項１から７のいずれか１項に記載の二次電池。
- 電源が充電または放電される電極組立体と、
前記電極組立体を直接収容して密封されるケースとを備え、
前記ケースが第１カバーおよび第２カバーを備え、
前記第１カバーと前記第２カバーとの間に設けられる空間に前記電極組立体が収容され、
前記第１カバーと前記第２カバーとが互いに異なる素材からなり、
前記第１カバーの前記第２カバーとの接触面の融点が前記第２カバーの前記第１カバーとの接触面の融点より低い、二次電池。 - 電池の定格容量が４Ａｈから１０００Ａｈの中型または大型規模である、請求項９に記載の二次電池。
- 前記第１カバーの融点が８０℃から１２０℃であり、前記第２カバーの融点が１３０℃から２００℃である、請求項９または１０に記載の二次電池。
- 前記第１カバーの融点が９０℃から１１０℃である、請求項１１に記載の二次電池。
- 前記第２カバーが前記第１カバーより厚い、請求項９から１２のいずれか１項に記載の二次電池。
- 前記電極組立体を各々に収容する２つ以上の前記ケースを積層して形成される、請求項９から１３のいずれか１項に記載の二次電池。
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