JP5459742B2 - 二次電池及びその製造方法 - Google Patents

Description

本出願は、２００９年９月２８日出願の韓国特許出願第１０−２００９−００９１８４７号に基づく優先権を主張し、該当出願の明細書および図面に開示された内容は、すべて本出願に援用される。

本発明は、二次電池及びその製造方法に関するものであって、異常現象の発生による内圧増加による爆発または発火を予防できるように構造が改善した二次電池及びその製造方法に関する。

一般に、モバイル機器に対した技術開発と需要増加により、二次電池の需要が急激に増加している。特に、エネルギー密度と作動電圧が高く、保存及び寿命特性に優れたリチウム（イオン／ポリマー）二次電池は、各種のモバイル機器はもちろん、多様な電子製品のエネルギー源として広く使われている。

ところが、このような二次電池には各種の可燃性物質が内蔵されているので、過充電、過電流、その他の物理的外部衝撃、高温での放置などによって二次電池に異常現象が発生するとき、バッテリー本体が脹れ上がって発熱、爆発などの危険性がある。すなわち、二次電池にはこのように安全性が脆弱であるという短所がある。従って、バッテリーが非正常に作動する場合、バッテリー内部の電解液を外部へと強制的に排出させるか、過充電、過電流などの非正常な状態を有効に制御できるように、例えば、ＰＴＣ（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）素子、保護回路モジュール（Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｍｏｄｕｌｅ：ＰＣＭ）などのような安全素子を必要とする。

しかし、このような安全措置を取っても、二次電池には相変らず誤作動の問題が残っており、安全素子に問題が発生すれば、その誤作動の発生確率がさらに高くなる。従って、このような問題点を解決できる改善した技術に対した必要性が台頭している。

本発明は、上述の問題点を解決するために創案されたものであって、リチウムイオンバッテリーのような二次電池内部のタップに電気的流れを遮断できる手段を構成することで、二次電池の使用中、異常現象の発生により温度が上昇する場合、自動的に充放電を遮断することで安定性を向上させることができる二次電池及びその製造方法を提供することにその目的がある。

上述のような目的を達成するために、本発明の望ましい実施例による二次電池は、第１電極板、第２電極板、及びセパレータを備える電極組立体と、上記電極組立体とともに電解液が収納される収納部を有するケースと、を備える二次電池において、上記ケースを貫通するリードとそれぞれ連結されるように上記第１電極板に連結された第１タップと上記第２電極板に連結された第２タップのうち少なくとも何れか一つのタップの幅方向に塗布された発泡剤を備える。

望ましくは、上記発泡剤と実質的に同一線上の上記タップの少なくとも一側に所定の長さ分引込形成されたノッチをさらに備える。

望ましくは、上記発泡剤の膨張時上記タップの動きを抑制するために、上記発泡剤を中心にして上記タップの長手方向に溶接された一対の溶接部を備える。

望ましくは、上記ノッチは、上記タップの両側で引込形成される。

望ましくは、上記ノッチは、「Ｖ」字型または「Ｕ」字型を含む。

望ましくは、上記発泡剤は、積層されるタップの間に介される。

望ましくは、上記発泡剤は、高分子カプセル型の物理発泡剤である。

望ましくは、上記溶接部は、上記タップの全幅にわたって形成される。

上述のような目的を達成するための本発明の望ましい実施例による二次電池の製造方法は、（ａ）電極板のタップに発泡剤を塗布するステップと、（ｂ）上記発泡剤の少なくとも何れか一つの側面にノッチを形成するステップと、（ｃ）負極電極板／セパレータ／正極電極板が順次配置され、上記それぞれのノッチが一致するように電極板のタップを集積させるステップと、（ｄ）上記タップの端をリードと連結させて電極組立体を形成するステップと、（ｅ）電極組立体を電解液とともにケースに密封収納するステップと、を含む。

望ましくは、上記（ｃ）ステップの後、上記発泡剤を中心にして所定間隔離隔するように上記タップに少なくとも一つの溶接部を形成する。

本発明の望ましい実施例によれば、このような方法に従って製造された二次電池を提供する。本発明による二次電池及びその製造方法は下記のような効果を奏する。

第一、正常な使用温度範囲内では二次電池の性能に影響を与えないが高温で発泡される発泡剤を二次電池のそれぞれの電極に連結されたタップ部分に塗布することで、異常現象の発生により二次電池の内部温度が上昇するとき、そのような発泡剤がタップを切断して二次電池内部の電気的流れを遮断することで、電池の安定性を向上させることができる。

第二、発泡剤が塗布された部分にノッチを形成させることで、正確な位置のタップ部分を切断できる効果を持つ。

第三、発泡剤周囲を溶接部で取り囲むことで、その溶接部が形成する領域内部でのみ発泡剤が作用するように発泡剤の発泡領域を制限できるので、効果を極大化させることができる。

本明細書に添付される下記の図面は本発明の望ましい実施例を例示するものであって、発明の詳細な説明とともに本発明の技術思想をさらに理解させる役割を果たすものであるため、本発明はそのような図面に記載された事項にのみ限定されて解釈されてはいけない。
本発明の望ましい実施例による二次電池を概略的に示す分解斜視図である。 図１の「Ａ」部分の拡大図である。 図１のタップ部分を抜粋して示した平面図である。 図１のタップ部分の拡大断面図である。

以下、添付した図面を参照しながら本発明の望ましい実施例による二次電池及びその製造方法を詳しく説明する。

本明細書及び請求範囲に使われた用語や単語は通常的や辞書的な意味に限定して解釈されてはいけず、発明者は自ら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して、本発明の技術的思想に符合する意味と概念とに解釈されなければならない。従って、本明細書に記載された実施例は本発明の最も望ましい一実施例に過ぎず、本発明の技術的思想の全てを代弁するものではないため、本出願時点においてこれらに代替できる多様な均等物と変形例があり得ることを理解しなければならない。

一般に、二次電池は、使用するセパレータと電解質の種類に応じて、リチウムイオン電池、リチウムイオンポリマー電池、及びリチウムポリマー電池などに分けられ、形態に応じて、円筒型、角型、コイン型、及びポーチ型などに分けられ、サイズに応じて、バルクタイプ、及び薄膜タイプに分けられる。本発明の望ましい実施例による二次電池１００は、正極電極板と負極電極板とがポリエチレンセパレータによって介されて交互積層された、いわゆる、ポーチ型電池に特に適している。従って、後述する二次電池１００はポーチ型リチウム二次電池を意味し、このような電池の構造及び製造方法は業界に広く知られているのでその詳細な説明は省略する。

図１ないし図４を参照すればわかるように、本発明の望ましい実施例による二次電池１００は、第１電極板１２（図３参照）、第２電極板（図示せず）、及びセパレータ１４を備える電極組立体１０と、電極組立体１０とともに電解液が収納される収納部２２を有するケース２０と、を備える。

望ましい実施例において、二次電池１００は、第１電極板１２及び第２電極板にそれぞれ一体で形成された第１タップ４２及び第２タップ４４を備える。第１タップ４２及び第２タップ４４はケース２０をそれぞれ貫通する第１及び第２リード３２・３４に溶接によって連結される。それぞれの第１タップ４２及び第２タップ４４の幅方向に第１及び第２タップ４２・４４の少なくとも一側に所定の長さ分引込形成されたノッチ５０が形成される。ノッチ５０と実質的に同一線上のタップ４２・４４の幅方向にそれぞれ発泡剤６０が塗布される。発泡剤６０を中心にして第１及び第２タップ４２・４４の長手方向にそれぞれ溶接部７０が設けられる。溶接部７０は、発泡剤６０が膨張する場合、それに対応するタップ４２・４４の動きを抑制することができる。

上記電極組立体１０は、電極板が積層された、いわゆる、ポーチ型電池、例えば、第１電極板１２／セパレータ１４／第２電極板が順次配置された構造である。ここで、第１電極板１２は正極を意味し、第２電極板は負極を意味する。通常、電極組立体１０において、第１電極板１２と第２電極板とは集電体の少なくとも一面に活物質が塗布された構造である。また、正極集電体はアルミニウム（Ａｌ）材質から形成され、負極集電体は銅（Ｃｕ）材質から形成される。正極集電体または負極集電体は、一般的に３ないし５００μｍの厚さで製造されることが望ましい。

上記第１及び第２リード３２・３４は、外部機器（図示せず）と連結される二次電池の端子であって、業界に知られた通常の導電性材質を用いて製造される。前述のように、第１及び第２リード３２・３４は、溶接によって集積されたタップ４２・４４の端に連結される。

上記第１タップ４２及び第２タップ４４は、第１電極板１２及び第２電極板の材質と同一であるが、これらの表面には活物質が塗布されない。従って、複数の電極板が積層される構造の二次電池１００は、同一の極性に電極板の数と同一のタップが実質的に同一の位置に集積されて対応するリード３２・３４にそれぞれ連結される。

上記第１タップ４２及び第２タップ４４はそれぞれその幅方向にタップ４２・４４の少なくとも一側に所定の長さ分引込形成されたノッチ５０を持つ。ノッチ５０は、タップ４２・４４の何れか一側にのみ形成され得るが、本実施例においては、タップ４２・４４の両側にノッチ５０が形成されたことを示す。また、ノッチ５０は、第１タップ４２と第２タップ４４のうち何れか一つにのみ形成され得るが、本実施例においては、第１タップ４２及び第２タップ４４に両方とも形成される。このようなノッチ５０は、タップ４２・４４の長手方向に対して、必要な場合に亀裂を誘導するためのものである。すなわち、タップ４２・４４が同一の位置に集積され、従って、ノッチ５０が同一の位置に形成されれば、すべてのタップ４２・４４毎に同一の位置で亀裂及び切断され得る。このようなノッチ５０は、「Ｖ」字型または「Ｕ」字型、他の知られた形態のノッチ形状であり得る。

上記発泡剤６０は、ノッチ５０と実質的に同一線上の第１タップ４２及び第２タップ４４の幅方向に塗布される。望ましくは、発泡剤６０は、積層されるタップ４２・４４の間に介されることができる。上記発泡剤６０は、二次電池１００の使用中、内圧増加などの異常状況の発生時、発泡によってタップ４２・４４部分を切断するためのものである。

発泡剤６０としては、例えば、低沸点炭化水素を内部に含み、共重合体からなった高分子シェル形態のマイクロカプセル型の物理発泡剤が用いられ得る。このような発泡剤６０は、約８０〜１００℃で発泡し始め、最大発泡温度は約１３０〜１５０℃の範囲であり、その平均粒子サイズは約１０ないし５０μｍ範囲である。もちろん、発泡剤６０としては前述の温度範囲で発泡可能な、現在知られているか、これから知られる何れの物質も利用できることは当業者に明白である。また、発泡剤６０は、所定の温度範囲で噴出及び／または膨張できる何れの物質に代替できることは当業者に自明である。

上記溶接部７０は、発泡剤６０の膨張時、タップ４２・４４の平面方向への動きを抑制するためのものであって、発泡剤６０に実質的に近く形成される。溶接部７０は、例えば、ホイル構造を持つタップ４２・４４がさらに容易に破れるようにするためのものである。また、溶接部７０は、タップ４２・４４の全幅にわたって形成されることで、タップ４２・４４の動きをより一層完全に抑制する。

以下、本発明の望ましい実施例による二次電池の製造方法を説明する。

まず、個別電極板（正極電極板及び／または負極電極板）のタップ４２・４４の幅方向に発泡剤６０を塗布する。

次いで、塗布された発泡剤６０の端とノッチ５０の尖端とが実質的に接触するようにタップ４２・４４の両側にノッチ５０を形成する。この過程はパンチを利用することが望ましい。

それから、負極電極板／セパレータ／正極電極板を順次積層させ、それぞれのノッチ５０が一致するように電極板のタップ４２・４４を集積させる。

次いで、集積されたタップ４２・４４の発泡剤６０周囲を取り囲みながら発泡剤６０を中心にしてタップ４２・４４の長手方向に所定間隔離隔するように溶接部７０を形成する。溶接部７０の形成には、スパット溶接、超音波溶接などのような業界に知られた他の方法も利用し得る。

それから、タップ４２・４４の端をリードと連結させて電極組立体１０を形成する。

最後に、電極組立体１０を電解液とともにケース２０に収納し、ケース２０を密封する。

以上のように、本発明は、たとえ限定された実施例と図面とによって説明されたが、本発明はこれによって限定されず、本発明が属する技術分野において通常の知識を持つ者により本発明の技術思想と特許請求範囲の均等範囲内で多様な修正及び変形が可能なのは言うまでもない。

Claims (10)

1. セパレータを挟んで交互に積層されている複数の第１電極板及び複数の第２電極板を備える電極組立体と、上記電極組立体とともに電解液が収納される収納部を有するケースと、を備える二次電池において、
   上記ケースを貫通するリードとそれぞれ連結されるように上記複数の第１電極板のそれぞれに連結された複数の第１タップと上記複数の第２電極板にそれぞれ連結された複数の第２タップとのうち少なくとも何れか一方には、積層されるタップとタップとの間に塗布され、温度上昇によって発泡することにより上記タップを切断させる発泡剤が備えられていることを特徴とする二次電池。
2. 上記発泡剤が備えられているタップの側面に所定の長さ分引込形成されたノッチをさらに備え、
   上記ノッチの位置は、上記発泡剤の位置と対応することを特徴とする請求項１に記載の二次電池。
3. 上記発泡剤の膨張時上記タップの動きを抑制するために、上記発泡剤を中心にして所定の間隔離隔するように上記タップを溶接した一対の溶接部を備えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の二次電池。
4. 上記ノッチは、上記タップの両側で引込形成されることを特徴とする請求項２に記載の二次電池。
5. 上記ノッチは、「Ｖ」字型または「Ｕ」字型を含むことを特徴とする請求項２に記載の二次電池。
6. 上記発泡剤は、高分子カプセル型の物理発泡剤であることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の二次電池。
7. 上記溶接部は、上記タップの全幅にわたって形成されることを特徴とする請求項３に記載の二次電池。
8. （ａ）電極板に連結されたタップに発泡剤を塗布するステップと、
   （ｂ）上記発泡剤が塗布されたタップの側面のうち上記発泡剤の位置と対応する位置にノッチを形成するステップと、
   （ｃ）セパレータを挟んで相違なる極性の電極板を交互に配置し、上記それぞれのノッチが一致するように電極板のタップを集積させるステップと、
   （ｄ）上記タップの端を対応する極性を有するリードと連結させて電極組立体を形成するステップと、
   （ｅ）上記電極組立体を電解液とともにケースに密封収納するステップと
   を含み、
   積層されるタップとタップとの間に塗布された上記発泡剤が温度上昇によって発泡することにより上記タップを切断させる二次電池を製造する二次電池の製造方法。
9. 上記（ｃ）ステップの後、上記発泡剤を中心にして所定間隔離隔するように上記タップに溶接部を形成するステップをさらに含むことを特徴とする請求項８に記載の二次電池の製造方法。
10. 請求項８または請求項９に記載の方法に従って製造された二次電池。

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