JP5319613B2

JP5319613B2 - 二次電池

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Inventors: 東▲ヒョン▼ 李; 正元呉; 興擇沈; 潤泰郭
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Description

本発明は二次電池に関するものであって、より詳細には、貫通および圧壊安全性が向上した二次電池に関するものである。

リチウムイオン二次電池は、ノート型パーソナルコンピュータや携帯電話のような小型電子装置に主に使用される。尚、リチウムイオン二次電池は他の種類の二次電池に比べて高出力、高容量および軽量などの特性を有するので、ハイブリッド自動車または電気自動車にも使用されている。

自動車に使用されるリチウムイオン二次電池は、苛酷な環境での安全性および信頼性を満足させなければならない。安全性テストは色々な項目を含むが、その中で最も苛酷なテストとしては貫通、圧壊および過充電の三つがある。

貫通と圧壊テストは、自動車の事故時二次電池に発生する損傷現象を予想して実施するものであって、非常に重要な安全性項目である。特に、二次電池の釘貫通試験や圧壊試験のような厳格な条件のテストにおいて、貫通および圧壊後の電池の温度が過度に上昇してはならない。

そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、貫通および圧壊安全性が向上した二次電池を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、第１電極、第２電極および第１電極と第２電極の間のセパレーターを含む電極組立体と、電極組立体を収容するケースと、ケースに結合された蓋板と、第１電極に電気的に連結され、電極組立体に巻回された短絡回路誘導部材とを含む二次電池が提供される。

上記短絡回路誘導部材の一端は、短絡回路誘導部材と第１電極の境界に重畳されてもよい。

上記短絡回路誘導部材は７回まで電極組立体に巻回されてもよい。

上記二次電池は、ケースの内部に他の電極組立体をさらに含み、短絡回路誘導部材は電極組立体に巻回された第１短絡回路誘導部材と、他の電極組立体に巻回された第２短絡回路誘導部材とを含んでもよい。

上記二次電池は、ケースの内部に他の電極組立体をさらに含み、短絡回路誘導部材はすべての電極組立体に一体に巻回されてもよい。

上記セパレーターは短絡回路誘導部材の両面に位置してもよい。

上記短絡回路誘導部材は金属箔を含んでもよい。上記短絡回路誘導部材は活物質を有する金属箔を含んでもよい。上記短絡回路誘導部材は銅またはアルミニウムからなる金属箔を含んでもよい。

上記短絡回路誘導部材はケースと異なる材質を含んでもよい。

上記第１電極は電極組立体の第１側部に延びた第１無地部を含み、第２電極は電極組立体の第２側部に延びた第２無地部を含み、短絡回路誘導部材の領域は第１無地部に溶接されてもよい。

上記二次電池は、第１電極端子をさらに含み、短絡回路誘導部材、第１無地部および第１電極端子は電気的に連結されてもよい。

上記第１電極は金属箔および活物質を含み、第１電極の領域は第２電極より長く、第２電極を越えて延びた第１電極の領域が短絡回路誘導部材を成し、短絡回路誘導部材は金属箔と活物質の領域を含んでもよい。

上記第１電極は金属箔を含み、第１電極の金属箔は短絡回路誘導部材を成すように第２電極を越えて延びてもよい。

以上説明したように、本発明によれば、貫通および圧壊安全性が向上した二次電池を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る貫通および圧壊安全性が向上した二次電池を示す斜視図である。図１ａの部分断面図である。電極組立体および電極端子を示す斜視図である。本発明の一実施形態に係る貫通および圧壊安全性が向上した二次電池のうち電極組立体に形成された短絡回路誘導部材を巻回する方法を説明するための図である。図２ａの領域２ａを拡大して示す図である。図２ａの領域２ｂを拡大して示す図である。本発明の一実施形態に係る貫通および圧壊安全性が向上した二次電池のうち電極組立体、短絡回路誘導部材および電極端子の間の溶接方法を説明するための図である。本発明の一実施形態に係る貫通および圧壊安全性が向上した二次電池のうち短絡回路誘導部材を有する電極組立体が広げられた状態を示す分解斜視図である。本発明の一実施形態に係る貫通および圧壊安全性が向上した二次電池のうち短絡回路誘導部材を有する電極組立体が広げられた状態を示す分解斜視図である。本発明の他の実施形態に係る貫通および圧壊安全性が向上した二次電池のうち電極組立体を示す断面図である。本発明の他の実施形態に係る貫通および圧壊安全性が向上した二次電池のうち電極組立体を示す断面図である。活物質を有する短絡回路誘導部材の場合の貫通および圧壊時の電圧‐温度特性を示すグラフである。活物質を有しない短絡回路誘導部材の場合の貫通および圧壊時の電圧‐温度特性を示すグラフである。

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１ａは本発明の一実施形態に係る貫通および圧壊安全性が向上した二次電池１００を示す斜視図であり、図１ｂは図１ａの部分断面図であり、図１ｃは電極組立体１１０および電極端子１３０、１４０を示す斜視図である。

本発明の一実施形態に係る貫通および圧壊安全性が向上した二次電池１００は、電極組立体１１０、ケース１２０、第１電極端子１３０、第２電極端子１４０、蓋板１５０および短絡回路誘導部材１６０を含む。ケース１２０は缶とも称される。

電極組立体１１０は、第１電極、セパレーターおよび第２電極からなる。また、電極組立体１１０は略渦巻（ＪｅｌｌｙＲｏｌｌ）状に巻回された形状を有する。第１電極は正極板であり、第２電極は負極板であることができる。その逆に第１電極は負極板であり、第２電極は正極板であることもできる。

第１電極は第１金属箔および第１活物質を含む。第１電極が正極板である場合、第１金属箔はアルミニウムであることができ、第１活物質はリチウム系酸化物であることができる。第２電極も第２金属箔および第２活物質を含む。第２電極が負極板である場合、第２金属箔は銅であることができ、第２活物質は黒鉛であることができる。しかし、上記材質に限定されるものではない。

セパレーターは多孔性のＰＥ（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ）、ＰＰ（ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ）およびその等価物のうち選択された何れか一つで形成されることができるが、上記材質に限定されるものではない。セパレーターは実質的に第１電極の両側面に位置するか、または第２電極の両側面に位置することができる。

さらに、第１電極は、正極活物質がコーティングされない第１無地部を含み、第１無地部はセパレーターの一側を越えて外部に延びることができる。また、第２電極も、負極活物質がコーティングされない第２無地部を含み、第２無地部はセパレーターの他側を越えて外部に延びることができる。すなわち、第１無地部および第２無地部の延長または突出方向はセパレーターを中心に互いに反対であることができる。このような構造は以下でまた詳しく説明する。

ケース１２０は、二つの広い側面１２１ａ、１２１ｂ、二つの狭い側面１２２ａ、１２２ｂおよび一つの底面１２３を含む。ケース１２０の上部は開放されている。このようなケース１２０には電極組立体１１０が電解液とともに収容される。ここで、電極組立体１１０の第１無地部および第２無地部はそれぞれケース１２０の狭い側面１２２ａ、１２２ｂに向けられる。また、ケース１２０はアルミニウム、銅、鉄、ＳＵＳ、セラミック、ポリマーおよびその等価物のうち選択された何れか一つで形成されることができるが、上記材質に限定されるものではない。

さらに、ケース１２０は、実質的に第１電極または第２電極のうち何れか一つと電気的に接続されることができる。すなわち、ケース１２０は正極または負極のうち選択された何れか一つの極性を有することができる。ここで、ケース１２０の内面は、不必要な電気的ショートを防止するために、電気的絶縁物質でコーティングされることができる。

第１電極端子１３０および第２電極端子１４０は、それぞれ第１電極および第２電極に電気的に接続されている。すなわち、第１電極端子１３０は第１電極に溶接され、第２電極端子１４０は短絡回路誘導部材１６０および第２電極に溶接されることができる。もっと具体的に、第１電極端子１３０は、電極組立体１１０のうち第１電極の第１無地部に溶接されることができる。また、第２電極端子１４０は、電極組立体１１０のうち第２電極の第２無地部と短絡回路誘導部材１６０に一緒に溶接されることができる。このような構造についても下記でまた詳しく説明する。

図１ｂにおいて参照符号１６０ａおよび１６０ｂは、電極組立体１１０のうち第１電極の第１無地部を相互に溶接した跡で、参照符号１６０ｃは、電極組立体１１０のうち第１電極の第１無地部を第１電極端子１３０に溶接した跡である。また、図１ｂにおいて参照符号１６０ｄおよび１６０ｅは、短絡回路誘導部材１６０および電極組立体１１０のうち第２電極の第２無地部を相互に溶接した跡で、参照符号１６０ｆは、短絡回路誘導部材１６０および電極組立体１１０のうち第２電極の第２無地部を第２電極端子１４０に溶接した跡である。

また、第１電極端子１３０は、溶接部１３１、第１延長部１３２、第２延長部１３３およびボルト延長部１３４を含み、溶接部１３１が電極組立体１１０のうち第１電極の第１無地部の内側に挿入される。また、第２電極端子１４０も、溶接部１４１、第１延長部１４２、第２延長部１４３およびボルト延長部１４４を含み、溶接部１４１が電極組立体１１０のうち第２電極の第２無地部の内側に挿入される。さらに、第１電極端子１３０および第２電極端子１４０の各ボルト延長部１３４、１４４は蓋板１５０を貫通して外側に突出する。

蓋板１５０は、第１電極端子１３０および第２電極端子１４０を外部に突出させて、ケース１２０を覆う。蓋板１５０とケース１２０の間の境界はレーザで溶接されることができる。さらに、第１電極端子１３０および第２電極端子１４０のうちそれぞれのボルト延長部１３４、１４４は蓋板１５０を貫通する。

ここで、第１電極端子１３０のボルト延長部１３４は蓋板１５０に直接接触されていることで、蓋板１５０およびケース１２０は第１電極端子１３０と同じ極性を有する。一例として、第１電極端子１３０が正極であれば、蓋板１５０およびケース１２０も正極であり、第１電極端子１３０が負極であれば、蓋板１５０およびケース１２０も負極である。さらに、第２電極端子１４０のうちボルト延長部１４４の外周縁に絶縁材１５１ａが形成されている。よって、第２電極端子１４０は蓋板１５０と電気的に絶縁される。以下の説明で、第１電極端子１３０は正極端子であると仮定する。

第１電極端子１３０および第２電極端子１４０のうちボルト延長部１３４、１４４には、それぞれナット１３５、１４５が結合されている。よって、第１電極端子１３０および第２電極端子１４０は蓋板１５０にしっかりと固定される。さらに、蓋板１５０には電解液栓１５２が結合されることができ、相対的に薄い厚さを有する安全ベント１５３が形成されることもできる。実質的に、このような蓋板１５０はケース１２０と同じ材質で形成されることができる。

短絡回路誘導部材１６０は、電極組立体１１０のうち第１電極または第２電極から相対的にもっと長く延びて、電極組立体１１０の最外郭に巻回されるので、二次電池１００の貫通または圧壊時にケース１２０と最も先に短絡される。このような短絡回路誘導部材１６０は、電極組立体１１０のうち第１電極または第２電極から相対的にもっと長く延びて形成されたので、二次電池１００が外部で短絡されたような効果を生み出す。

このような短絡回路誘導部材１６０は、電極組立体１１０の表面に略１回〜７回程度巻回された形状を有する。巻回数が１回未満であれば、短絡回路誘導部材１６０が電極組立体１１０全体を囲むことができないため、貫通または圧壊時にケース１２０と強制短絡されないおそれがある。言い換えれば、貫通または圧壊が短絡回路誘導部材１６０を形成されていない領域で起きるおそれがある。また、巻回数が７回を超過すると、短絡回路誘導部材１６０が巻回された電極組立体１１０のサイズが大きくなって、ケース１２０に挿入できないおそれがある。したがって、その分電極組立体１１０のサイズを小さくしなければならないので、二次電池１００の容量が低下する。

電極組立体１１０のうち略中央にはセパレーター１１３ａが巻回されているが、このようなセパレーター１１３ａの一側から第１電極１１１が突出することができ、セパレーター１１３ａの他側から短絡回路誘導部材１６０が突出することができる。すなわち、セパレーター１１３ａの前方から第１電極１１１が突出し、セパレーター１１３ａの後方から短絡回路誘導部材１６０が突出することができる。このような短絡回路誘導部材１６０と電極組立体１１０の間の結合関係は下記でもっと詳しく説明する。

図２ａは本発明の一実施形態に係る貫通および圧壊安全性が向上した二次電池１００のうち電極組立体１１０に形成された短絡回路誘導部材１６０、２６０を巻回する方法を説明するための図であり、図２ｂおよび図２ｃは図２ａの領域２ａおよび２ｂを拡大した図である。

図２ａに示すように、短絡回路誘導部材１６０は、電極組立体１１０のうち、例えば第２電極１１２から延びて、電極組立体１１０に巻回されることができる。すなわち、第２電極１１２と短絡回路誘導部材１６０の長さの和が第１電極１１１の長さより相対的に長い。これによって、短絡回路誘導部材１６０は電極組立体１１０の製造工程中一緒に製造および巻回される。さらに、短絡回路誘導部材１６０の巻回後には、短絡回路誘導部材１６０が電極組立体１１０から解けないようにシーリングテープ１６５が接着される。

図２ｂに示すように、短絡回路誘導部材１６０は、電極組立体１１０のうち第２電極１１２から延びた第２金属箔１６２ａおよび第２活物質１６２ｂを含む。ここで、第２金属箔１６２ａは銅箔であることができ、第２活物質１６２ｂは黒鉛であることができる。さらに、短絡回路誘導部材１６０の両側面にはそれぞれセパレーター１１３ａ、１１３ｂを配置することができる。さらに、図２ａには短絡回路誘導部材１６０が略２回巻回されたように示されているが、上記巻回数に限定されるものではない。

一方、短絡回路誘導部材１６０に隣接してセパレーター１１３ａ、第１電極１１１、セパレーター１１３ｂおよび第２電極１１２の順に配置されている。

第１電極１１１は第１金属箔１１１ａ（例えば、アルミニウム箔）と第１活物質１１１ｂ（例えば、リチウム系酸化物）からなることができる。また、第２電極１１２は第２金属箔１１２ａ（例えば、銅箔）と第２活物質１１２ｂ（例えば、黒鉛）からなることができる。

ここで、短絡回路誘導部材１６０は、実質的に第２電極１１２が第１電極１１１に比べてもっと長く延びて形成されたので、短絡回路誘導部材１６０と第２電極１１２の材質および形状は互いに同一である。しかし、短絡回路誘導部材１６０は銅、アルミニウムおよびその等価物のうち選択された何れか一つからなることができ、上記材質に限定されるものではない。

一方、図２ｃに示すように、短絡回路誘導部材２６０は、電極組立体１１０のうち第２電極１１２から延びた第２金属箔１１２ａだけで形成されることもできる。すなわち、短絡回路誘導部材２６０は第２活物質１１２ｂを含まなくてもよい。短絡回路誘導部材２６０の材質は銅箔であることができる。さらに、短絡回路誘導部材２６０の両側面にはそれぞれセパレーター１１３ａ、１１３ｂを配置することができる。さらに、図２ｃには短絡回路誘導部材２６０が略２回巻回されたように示されているが、上記巻回数に限定されるものではない。

このような構造によって、本発明の一実施形態に係る二次電池１００は、貫通や圧壊時、セパレーター１１３ａが破れて短絡回路誘導部材１６０または２６０とケース１２０の内面が相互に短絡される。ここで、例えば短絡回路誘導部材１６０または２６０は負極で、ケース１２０は正極であることができる。このような短絡回路誘導部材１６０または２６０は第２電極１１２から延びて形成されたので、二次電池１００が外部で強制短絡されたような状態になる。特に、活物質を有しない短絡回路誘導部材２６０は電気抵抗が非常に小さいため、熱を殆ど発生させない。すなわち、二次電池１００が熱を殆ど発生させずに、二次電池１００の電気エネルギーが迅速に除去される。さらに、活物質が形成された短絡回路誘導部材１６０の場合においても、貫通や圧壊時に相対的に少ない熱を発生させながら、二次電池１００のエネルギーが迅速に除去される。

例えば、本発明の一実施形態に係る二次電池１００は、貫通または圧壊時略５０〜１００℃の温度を超過しない。さらに、ケース１２０も低い抵抗を有する金属で形成されることができるので、相対的に発熱現象が抑えられ、電極組立体１１０の電気エネルギーも迅速に除去される。

図３は本発明の一実施形態に係る貫通および圧壊安全性が向上した二次電池１００のうち電極組立体１１０、短絡回路誘導部材１６０および電極端子１１０の間の溶接方法を説明するための図である。

図３に示すように、電極組立体１１０とそれから一定長さもっと延びて電極組立体１１０を巻回する短絡回路誘導部材１６０とは、多数の領域で相互に溶接されることができる。このような溶接は、通常の抵抗溶接、超音波溶接およびレーザ溶接のうち選択された何れか一つによって行われる。しかし、上記溶接方法に限定されるものではない。図３において矢印１７０ａ、１７０ｂは電極組立体１１０と短絡回路誘導部材１６０の間の溶接ポイントを示している。

続いて、第２電極端子１４０が電極組立体１１０に結合される。すなわち、第２電極端子１４０のうち溶接部１４１が電極組立体１１０に結合される。もっと具体的に説明すれば、蓋板１５０と電気的に連結されない第２電極端子１４０のうち溶接部１４１は電極組立体１１０の第２電極の第２無地部に形成される隙間に結合される。この時、第１電極端子１３０のうち溶接部１３１が電極組立体１１０のうち第１電極の第１無地部に形成される隙間に結合される。図３には第２電極端子１４０だけが示されている。

続いて、溶接部１４１、電極組立体１１０の第２電極の第２無地部および短絡回路誘導部材１６０が相互に溶接される。すなわち、第２電極端子１４０のうち溶接部１４１に電極組立体１１０のうち第２電極の第２無地部および短絡回路誘導部材１６０を密着させた後、通常の抵抗溶接、超音波溶接およびレーザ溶接のうち選択された何れか一つによって溶接が行われる。しかし、上記溶接方法に限定されるものではない。図３において参照符号１７０ｃは、第２電極端子１４０の溶接部１４１、電極組立体１１０および短絡回路誘導部材１６０に行われる溶接ポイントを示す。この時、溶接部１３１、電極組立体１１０の第１電極のうち第１無地部も相互に溶接される。

図４ａおよび図４ｂは本発明の実施形態に係る貫通および圧壊安全性が向上した二次電池１００のうち短絡回路誘導部材１６０と電極組立体１１０が広げられた状態を示す分解斜視図である。

図４ａに示すように、短絡回路誘導部材１６０は、電極組立体１１０のうち第２電極１１２の長さ方向端部から所定長さでもっと延びた形状を有する。すなわち、第１電極１１１の長さに比べて第２電極１１２の長さがずっと長く形成される。第２電極１１２から延びた短絡回路誘導部材１６０の上部にはセパレーター１１３ａが位置し、このようなセパレーター１１３ａは第２電極１１２および短絡回路誘導部材１６０の長さの和と同一であるかまたはもっと長い。

また、短絡回路誘導部材１６０は、電極組立体１１０のうち第２電極１１２がそのまま延びたものであるので、実質的に第２電極１１２の構造と同一である。すなわち、短絡回路誘導部材１６０は、第２金属箔１６２ａ、第２金属箔１６２ａにコーティングされた第２活物質１６２ｂおよび第２活物質１６２ｂがコーティングされず第２金属箔１６２ａが外部に露出して形成された第２無地部１６２ｃを含む。

第２電極１１２も、第２金属箔１１２ａ、第２金属箔１１２ａにコーティングされた第２活物質１１２ｂおよび第２活物質１１２ｂがコーティングされず第２金属箔１１２ａが外部に露出して形成された第２無地部１１２ｃを含む。

ここで、短絡回路誘導部材１６０の第２無地部１６２ｃおよび第２電極１１２の第２無地部１１２ｃはセパレーター１１３ａから外側に突出する。すなわち、第２無地部１６２ｃおよび第２無地部１１２ｃはセパレーター１１３ａの前方に突出する。

さらに、セパレーター１１３ａ上には第１電極１１１が位置している。第１電極１１１は、第１金属箔１１１ａ、第１金属箔１１１ａにコーティングされた第１活物質１１１ｂおよび第１活物質１１１ｂがコーティングされず第１金属箔１１１ａが外部に露出して形成された第１無地部１１１ｃを含む。さらに、第１電極１１１上にはまた他のセパレーター１１３ｂが位置する。ここで、第２電極１１１の第１無地部１１１ｃはセパレーター１１３ｂから外側に突出する。すなわち、第１無地部１１１ｃはセパレーター１１３ｂの後方に突出する。

このようにして、第１電極１１１の第１無地部１１１ｃと、第２電極１１２の第２無地部１１２ｃは互いに反対方向に突出した形状を有する。さらに、短絡回路誘導部材１６０に形成された第２無地部１６２ｃは第２無地部１１２ｃと同一方向に突出した形状を有する。

一方、第２電極１１２、セパレーター１１３ａ、第１電極１１１およびセパレーター１１３ｂは積層され、巻回軸２０１に略反時計方向に巻回される。それによって、第２電極１１２に形成された短絡回路誘導部材１６０が第１電極１１１の長さよりもっと長く形成されていることで、電極組立体１１０の表面を短絡回路誘導部材１６０が略１回〜７回程度多く巻回するようになる。ここで、巻回軸２０１は、電極組立体１１０の巻回完了後に電極組立体１１０から分離される。

これによって、第２電極１１２の第２無地部１１２ｃおよび短絡防止部材１６０の第２無地部１６２ｃも電気的に接続および溶接される。

図４ｂに示すように、短絡回路誘導部材２６０は、電極組立体１１０のうち第２電極１１２の長さ方向端部から所定長さでもっと延びた形状を有し、第２活物質１６２ｂが形成されないこともできる。すなわち、短絡回路誘導部材２６０は、金属が直接外部に露出した形状を有する。活物質が形成されない短絡回路誘導部材２６０の上部にはセパレーター１１３ａが位置して、巻回後ケース１２０の内面と短絡回路誘導部材２６０の電気的ショートを防止する。短絡回路誘導部材２６０は第２電極１１２の構成要素の一つである第２金属箔１１２ａと同じ材質で形成される。

このようにして、短絡回路誘導部材２６０は抵抗が比較的小さな材質で形成されることで、貫通または圧壊時に非常に少量のみの熱を発生させ、二次電池１００のエネルギーを消耗させる。

図５ａおよび図５ｂは本発明の他の実施形態に係る貫通および圧壊安全性が向上した二次電池１００のうち電極組立体２１０、３１０を示す断面図である。

図５ａに示すように、電極組立体２１０は一対の電極組立体１１０からなることができる。さらに、各電極組立体１１０ごとに短絡回路誘導部材１６０が巻回されることができる。それぞれの電極組立体１１０は両方とも電極端子２４０に電気的に接続される。ここで、電極端子２４０は、溶接部２４１、第１延長部２４２、第２延長部２４３およびボルト延長部２４４からなる。また、溶接部２４１は各電極組立体１１０に挿入される。続いて、通常の溶接方法によって短絡回路誘導部材１６０および電極組立体１１０が溶接部２４１に溶接される。これによって、二次電池１００の容量が増加すると同時に、貫通または圧壊時に電極組立体２１０の迅速な強制短絡が行われる。

図５ｂに示すように、電極組立体３１０は一対の電極組立体１１０からなることができる。さらに、一対の電極組立体１１０には一体に短絡回路誘導部材３６０が巻回されることができる。すなわち、一つの短絡回路誘導部材３６０が一対の電極組立体１１０を完全に囲む。これによって、二次電池１００の容量が増加すると同時に、電極組立体３１０の迅速な強制短絡が行われる。さらに、電極組立体３１０が一つの短絡回路誘導部材３６０によって完全に囲まれることで、電極組立体３１０の取り扱いが容易になる。ここで、一つの電極組立体１１０には短絡回路誘導部材３６０が備えられず、他の一つの電極組立体１１０には短絡回路誘導部材３６０が備えられてもよい。

図６ａは活物質を有する短絡回路誘導部材の場合の貫通および圧壊時の二次電池の電圧‐温度特性を示すグラフであり、図６ｂは活物質を有しない短絡回路誘導部材の場合の二次電池の貫通および圧壊時の電圧‐温度特性を示すグラフである。

ここで、Ｘ軸は、二次電池の貫通または圧壊時の経過時間（ｍｉｎ）を表し、左側のＹ軸は電圧（Ｖ）を表し、右側のＹ軸は温度（℃）を表す。また、二次電池は残存容量９０％で、８０ｍｍ／sｅｃの速度で３ｍｍの直径を有する釘で貫通された。

図６ａに示すように、活物質を有する短絡回路誘導部材を含む二次電池の場合、貫通が始まった直後、電池電圧が若干下降してまた上昇した後、緩やかな曲線を描いて０Ｖ近くまで下降した。

一方、二次電池の温度は常温で徐々に増加したが、１００℃以上に増加しなかった。すなわち、二次電池の温度は略５０〜１００℃の範囲を維持した。このようにして、短絡回路誘導部材（活物質を有する）を含む二次電池の場合には、貫通または圧壊時に温度が許容値以上に増加しないので、二次電池の安全性および信頼性が優れていることが分かる。

図６ｂに示すように、活物質を有しない短絡回路誘導部材を含む二次電池の場合、貫通が始まった直後、電池電圧が殆ど０Ｖ近くまで下降した。

また、二次電池の温度は常温で徐々に増加したが、７０℃以上には増加しなかった。すなわち、二次電池の温度は略５０〜７０℃の範囲を維持した。このようにして、短絡回路誘導部材（活物質を有しない）を含む二次電池の場合には、貫通または圧壊時に温度が許容値以上に増加しないので、二次電池の安全性および信頼性が優れていることが分かる。

さらに、短絡回路誘導部材が活物質（例えば、黒鉛）を有する場合には、第２電極を別途に加工せず長さだけ増加させてそのまま使用することで、製造工程が容易であるという利点がある。しかし、二次電池の貫通または圧壊時に温度が略５０〜１００℃まで上昇することが確認された。

一方、短絡回路誘導部材が活物質（例えば、黒鉛）を有しない場合には、第２電極に別途の加工（活物質を取り除くか、または活物質がコーティングされないように別途の工程追加）を行う必要があるので、製造工程が難しい。しかし、二次電池の貫通または圧壊時に温度が５０〜７０℃までしか上昇せず、二次電池の安全性および信頼性が相対的に優れていることが確認された。

活物質を有する短絡回路誘導部材の場合、温度が相対的に高く上昇する理由は、抵抗が比較的高い活物質（例えば、黒鉛）を介して電流が流れるからであると考えられる。例えば、負極活物質として用いられた黒鉛の場合、抵抗が略７〜１２×１０^−６Ω・ｍである。

一方、活物質を全く有しない短絡回路誘導部材は、例えば銅の抵抗が略１．７２×１０^−８Ω・ｍであり、アルミニウムの抵抗は略２．７５×１０^−８Ω・ｍであって、黒鉛に比べて抵抗が相当に低いことが分かる。したがって、このような銅材質またはアルミニウム材質の短絡回路誘導部材が短絡された場合、大電流が消耗されながらも熱は殆ど発生しなくなる。

以上説明したように、本発明の実施形態に係る二次電池１００は、電極組立体１１０から追加的に延びた短絡回路誘導部材１６０を有することで、二次電池１００の貫通または圧壊時、短絡回路誘導部材１６０が先に短絡される。ここで、短絡回路誘導部材１１０は電気抵抗が比較的小さいので、短絡時に少量のみの熱を発生させ、二次電池１００のエネルギーを迅速に消耗させる。これによって、貫通および圧壊時の安全性および信頼性を向上させることができる。

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。

１００二次電池
１１０電極組立体
１１１第１電極
１１１ａ第１金属箔
１１１ｂ第１活物質
１１１ｃ第１無地部
１１２第２電極
１１２ａ第２金属箔
１１２ｂ第２活物質
１１２ｃ第２無地部
１１３ａ、１１３ｂセパレーター
１２０ケース
１２１ａ、１２１ｂ広い側面
１２２ａ、１２２ｂ狭い側面
１２３底面
１３０第１電極端子
１３１溶接部
１３２第１延長部
１３３第２延長部
１３４ボルト延長部
１３５ナット
１４０第２電極端子
１４１溶接部
１４２第１延長部
１４３第２延長部
１４４ボルト延長部
１５０蓋板
１５１ａ、１５１ｂ絶縁材
１５２電解液栓
１５３安全ベント
１６０短絡回路誘導部材
１６２ａ第２金属箔
１６２ｂ第２活物質
１６２ｃ第２無地部
１６０ａ、１６０ｂ、１６０ｃ、１６０ｄ、１６０ｅ、１６０ｆ溶接跡

Claims

第１電極、第２電極および前記第１電極と前記第２電極の間のセパレーターを含む電極組立体と、
前記電極組立体を収容するケースと、
前記ケースに結合された蓋板と、
前記第１電極に電気的に連結され、前記電極組立体に巻回された短絡回路誘導部材と
を含み、
前記第１電極は前記電極組立体の第１側部に延びた第１無地部を含み、
前記第２電極は前記電極組立体の第２側部に延びた第２無地部を含み、
前記第１電極の領域は前記第２電極より長く、前記第２電極を越えて延びた前記第１電極の領域が前記短絡回路誘導部材を成し、
前記短絡回路誘導部材の領域は前記第１無地部に溶接されることを特徴とする二次電池。
前記短絡回路誘導部材は、少なくとも前記短絡回路誘導部材と前記第１電極の境界まで巻回可能な長さを有することを特徴とする、請求項１に記載の二次電池。
前記短絡回路誘導部材は１〜７回の範囲で前記電極組立体に巻回されることを特徴とする、請求項１に記載の二次電池。
前記ケースの内部に他の電極組立体をさらに含み、前記短絡回路誘導部材は前記電極組立体に巻回された第１短絡回路誘導部材と、前記他の電極組立体に巻回された第２短絡回路誘導部材とを含むことを特徴とする、請求項１から３のいずれか１項に記載の二次電池。
前記ケースの内部に他の電極組立体をさらに含み、前記短絡回路誘導部材は前記すべての電極組立体に一体に巻回されたことを特徴とする、請求項１から３のいずれか１項に記載の二次電池。
前記セパレーターは前記短絡回路誘導部材の両面に位置することを特徴とする、請求項１から５のいずれか１項に記載の二次電池。
前記短絡回路誘導部材は金属箔を含むことを特徴とする、請求項１から６のいずれか１項に記載の二次電池。
前記短絡回路誘導部材は活物質を有する金属箔を含むことを特徴とする、請求項１から７のいずれか１項に記載の二次電池。
前記短絡回路誘導部材は銅またはアルミニウムからなる金属箔を含むことを特徴とする、請求項１から８のいずれか１項に記載の二次電池。
前記短絡回路誘導部材は前記ケースと異なる材質を含むことを特徴とする、請求項１から９のいずれか１項に記載の二次電池。
第１電極端子をさらに含み、前記短絡回路誘導部材、前記第１無地部および前記第１電極端子は電気的に連結されたことを特徴とする、請求項１から１０のいずれか１項に記載の二次電池。
前記第１電極は金属箔および活物質を含み、前記短絡回路誘導部材は前記金属箔と前記活物質の領域を含むことを特徴とする、請求項１から１１のいずれか１項に記載の二次電池。
前記第１電極は金属箔を含み、前記短絡回路誘導部材は前記金属箔を含むことを特徴とする、請求項１から１２のいずれか１項に記載の二次電池。