JP5588941B2

JP5588941B2 - 二次電池

Info

Publication number: JP5588941B2
Application number: JP2011175771A
Authority: JP
Inventors: 容三金; 相轅卞; 柄圭安
Original assignee: Samsung SDI Co Ltd
Current assignee: Samsung SDI Co Ltd
Priority date: 2010-08-13
Filing date: 2011-08-11
Publication date: 2014-09-10
Anticipated expiration: 2031-08-11
Also published as: CN102376925A; US20120040214A1; EP2418711A3; US9118061B2; JP2012043788A; KR101329897B1; EP2418711B1; KR20120016022A; CN102376925B; EP2418711A2

Description

本発明は二次電池に関する。

二次電池（Ｒｅｃｈａｒｇｅａｂｌｅｂａｔｔｅｒｙ）は、充電が実用的ではない一次電池とは異なり充電および放電が可能な電池である。二次電池は、一つの電池セルがパック形に包装された低容量電池の場合には、例えば携帯電話およびカムコーダのような携帯が可能な小型電子機器に使用され、また、数十個の電池パックが連結された電池パック単位の大容量電池の場合には、例えばハイブリッド自動車などのモータ駆動用電源として広く使われている。

二次電池は様々な形状に製造されているが、二次電池の代表的な形状としては、例えば、円筒形、角形を挙げられる。また、二次電池は、例えば、正、負極板の間に絶縁体であるセパレータ（ｓｅｐａｒａｔｏｒ）を介在して形成された電極組立体と電解液をケースに内蔵設置し、ケースに電極端子が形成されたキャップ組立体を設置して構成される。

一方、二次電池は、過充電などによって過度な熱が発生するか電解液が分解されると、内部の圧力が上昇して発火または爆発しうる。よって、安全性を向上させることが可能な構造の二次電池が要求されている。

本発明の目的とするところは、安全ベントの作動圧力を一定に維持することが可能な、新規かつ改良された二次電池を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明のある観点によれば、内部空間を定義するハウジングを含み、上記ハウジングは、中央領域が空間に向かって突出された凹状を有する安全ベントと、上記安全ベントの周縁の間の中央に形成された空間に向かって最も遠く突出された領域を有する安全ベントの領域と、を含む二次電池が提供される。

また、上記安全ベントは、中央領域で傾斜をなす領域を含んでもよい。

また、第１溝が上記傾斜をなす領域に形成されてもよい。

また、上記第１溝は、上記安全ベントの外部表面に形成され、上記安全ベントの長さ方向に延長されてもよい。

また、上記傾斜をなす領域に形成された溝は、Ｕ型、Ｖ型または逆台形の形状を有してもよい。

また、上記傾斜をなす領域から水平に延長された安全ベントの第１領域と、上記第１領域から延長された安全ベントの第２領域と、を有し、上記第１領域は、上記第１領域の間において、上記安全ベントの外部表面により定義される相対的に小さい角度で上記傾斜をなす領域で接し、上記第２領域は、上記第１領域と接し、上記第２領域の間は、上記安全ベントの内部表面で定義される相対的に大きい角度を有し、上記相対的に小さい角度は、上記相対的に大きい角度に比べて小さくてもよい。

また、上記安全ベントの第１領域は、上記傾斜をなす領域から水平に延長され、上記安全ベントの第２領域は、中央領域に向かって上記安全ベントの周辺から水平に延長されてもよい。

また、上記第１領域は、上記第１領域の間において、上記相対的な角度は上記安全ベントの外部表面で定義される相対的に小さい角度で上記傾斜をなす領域と接し、上記第２領域は、上記第２領域の間において、上記安全ベントの外部表面で定義される相対的に大きい角度を有し、上記相対的に小さい角度は、上記相対的に大きい角度より小さくてもよい。

また、それぞれの第２溝は、上記第２領域の水平の領域に位置してもよい。

また、上記第２溝は、Ｕ型、Ｖ型または逆台形の形状を有してもよい。

上記第２溝は、上記安全ベントの一方向に延長され、上記第１溝は、上記傾斜をなす領域に位置し、上記安全ベントの第１方向に延長されてもよい。

また、上記第２領域は、上記第１領域と接し、上記第２溝は、上記第２領域が上記第１領域を接する部分に位置し、上記安全ベントの外部表面に形成され、上記第１溝は、上記安全ベントの外部表面に形成されてもよい。

また、上記安全ベントは、二つのエンドプレートを含み、それぞれのエンドプレートは、上記安全ベントの周辺の第１領域および第２領域に結合されてもよい。

また、上記第１溝は、上記傾斜をなす領域に位置し、それぞれの上記第２溝は、上記第２領域の水平の領域に位置し、上記二つのエンドプレートは、上記第１溝の各端部と接っしてもよい。

また、上記エンドプレートは、上記第２溝と接しなくてもよい。

また、上記第１領域のそれぞれは、平坦（または、略平坦）であり、上記第２領域のそれぞれは、平坦（または、略平坦）であってもよい。

また、上記第１領域はそれぞれ屈曲し、上記第２領域はそれぞれ屈曲してもよい。

また、上記安全ベントは、ガルウィング（ｇｕｌｌ−ｗｉｎｇ）形状を有する断面輪郭を有し、内部領域が中央領域から延長され、上記内部領域は第１角度により上記安全ベントの周辺領域に向かって傾斜をなし、外部領域が上記周辺領域に対して上記内部領域から延長され、上記外部領域は上記第１角度より小さい第２角度により上記周辺領域に向かって傾斜をなしてもよい。

また、上記内部領域および外部領域は、上記周辺領域の厚さより小さい厚さを有してもよい。

また、上記ハウジングは、ケースおよびキャッププレートを含み、上記安全ベントは、上記ケースの端部を密封するキャッププレートに形成されてもよい。

本発明によれば、安全ベントの作動圧力を一定に維持することができる。

より具体的には、本発明によれば、キャッププレートに安全ベントを形成する場合において、安全ベントをケースの内部に向かって突出されるように形成して所望の基準内圧でのみ動作するようにすることによって、例えば、安全ベントの膨れ現象による疲労破壊現象によって安全ベントの溝にクラックが発生するか、安全ベンツの作動圧力が低くなることを防止することができる。

本発明の一実施形態に係る二次電池の斜視図である。本発明の一実施形態に係る二次電池の断面図である。図１のＡ部分の拡大図である。図３のＣ−Ｃ'線による断面斜視図である。図３のＣ−Ｃ'線の断面図である。図３のＤ−Ｄ'線の断面図である。図３のＥ−Ｅ'線の断面図である。本発明の他の実施形態に係る二次電池の断面図である。本発明のさらに他の実施形態に係る二次電池の断面図である。

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、本明細書および図面において、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。

以下、本発明の一実施形態に係る二次電池の構成を説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る二次電池の斜視図である。図２は、本発明の一実施形態に係る二次電池の断面図である。図３は、図１のＡ部分の拡大図である。

図１〜図３に示すように、本発明の一実施形態に係る二次電池１００は、ケース１１０と、電極組立体１２０と、集電プレート１３０、１３１と、電極端子１４０、１４１と、第１絶縁部材１５０、１５１と、キャッププレート１６０と、安全ベント１７０と、第２絶縁部材１８０、１８１とを含むことができる。また、二次電池１００は、電極端子１４０、１４１に結合されたナット１９０、１９１をさらに含むこともできる。

ケース１１０は、例えば、六面体またはそれ以外の形状に形成される。また、ケース１１０は、内部に電極組立体１２０と電解液を収容するための空間を具備する。ケース１１０は、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金またはニッケルがメッキされたスティックのような導電性金属で形成される。

電極組立体１２０は、ケース１１０の内部に内蔵される。電極組立体１２０は、正極板１２１と負極板１２２との間に形成されたセパレータ１２３を含んで形成される。電極組立体１２０は、例えば、正極板１２１、負極板１２２２、およびセパレータ１２３を積層させた状態でこれらを渦流状に巻き取ったゼリーロール状からなる。ここで、電極組立体１２０は、説明の便宜上、ケース１１０内に一つのみが具備されていると図示されているが、電極組立体１２０は、複数個具備されることもできる。また、電極組立体１２０は、ケース１１０の両端に無地部１２４、１２５を具備する。無地部１２４、１２５は、電極組立体１２０の一端に正極板１２１と連結されて形成された部分と、電極組立体１２０の他端に負極板１２２と連結され形成された部分とが対をなして形成される。

集電プレート１３０、１３１は、それぞれ電極組立体１２０に結合される。集電プレート１３０、１３１は、無地部１２４、１２５の側面から結合される。集電プレート１３０、１３１のうち一つ（一例として、１３０）は、正極板１２１に連結された無地部１２４に連結され、他の一つの集電プレート１３１は、負極板１２２に連結された無地部１２５に連結される。集電プレート１３０、１３１は、例えば、無地部１２４、１２５のそれぞれに溶接によって連結される。集電プレート１３０、１３１は、上部で折曲され、折曲された上部が電極端子１４０、１４１と連結されて電極組立体１１０の充放電が行われる経路を形成する。

電極端子１４０、１４１は、対をなして集電プレート１３０、１３１とそれぞれ結合される。電極端子１４０、１４１は、例えば、集電プレート１３０、１３１と溶接によって結合される。電極端子１４０、１４１は、集電プレート１３０、１３１の折曲された上部に結合され、キャッププレート１６０の上部に突出される。また、電極端子１４０、１４１は、例えば、キャッププレート１６０の上部に突出された部分に雄ねじ山を具備できる。したがって、電極端子１４０、１４１の上部でナット１８０、１８１が結合され、電極端子１４０、１４１とキャッププレート１６０との結合を固定させることができる。

第１絶縁部材１５０、１５１は、集電プレート１３０、１３１の上部に形成される。第１絶縁部材１５０、１５１は、集電プレート１３０、１３１とキャッププレート１６０との間に形成される。第１絶縁部材１５０、１５１は、集電プレート１３０、１３１とキャッププレート１６０とを電気的に絶縁させる。ただし、第１絶縁部材１５０、１５１は、内部に端子孔１５０ａ、１５１ａを具備し、電極端子１４０、１４１が第１絶縁部材１５０、１５１を貫通することによって集電プレート１３０、１３１と電気的に連結される。

キャッププレート１６０は、ケース１１０の上部に形成されてケース１１０と結合される。キャッププレート１６０は、ケース１１０を密封し、ケース１１０内部の電解液が漏れることを防止する。キャッププレート１６０は、内部に端子孔１６０ａを具備して、電極端子１４０が端子孔１６０ａを貫通して上部に突出されるようにすることができる。また、キャッププレート１６０、電解液が注入された後注入孔を埋める注入栓１６１を含むことができる。

安全ベント１７０は、キャッププレート１６０の略中央に形成される。過充電のような理由でケース１１０の内部でガスが発生してケース１１０内部の圧力が基準圧力より高くなると、安全ベント１７０は、他の部分より先に開放されてガスを放出させることができる。したがって、安全ベント１７０は、本発明の一実施形態に係る二次電池１００の内圧上昇による爆発の危険性を低減することができる。

そして、このとき、安全ベント１７０は、ケース１１０の内部に向かって突出される。安全ベント１７０は、キャッププレート１６０の上面に形成された複数個の溝１７０ａ、１７０ｂ、１７０ｃによってケース１１０の内部に向かって折曲される。したがって、ケース１１０が安全ベント１７０が動作されるための基準圧力より小さい内圧を受けた場合、安全ベント１７０は、ケース１１０の内部に向かう位置を一定に維持することができる。また、これによってケース１１０が膨れる間にも安全ベント１７０は膨れることが防止されるので、膨れによる疲労破壊現象を防止して、安全ベント１７０にクラックが発生するか作動圧が低くなる問題を防止することができる。安全ベント１７０のより詳細な構成および動作については後述する。

第２絶縁部材１８０、１８１は、キャッププレート１６０と電極端子１４０、１４１の間にそれぞれ形成される。第２絶縁部材１８０、１８１は、キャッププレート１６０と電極端子１４０、１４１とを電気的に独立させる。また、第２絶縁部材１８０、１８１は、キャッププレート１６０の上部にも形成されるので、ナット１９０、１９１を結合したときにナット１９０、１９１をキャッププレート１６０と電気的に独立させる。

ナット１９０、１９１は、電極端子１４０、１４１の上部から結合される。ナット１９０、１９１は、内部に形成されたねじ山によって電極端子１４０、１４１のねじ山と結合される。ナット１９０、１９１は、電極端子１４０、１４１のそれぞれに締結されて電極端子１４０、１４１のそれぞれをキャッププレート１６０に固定させる。したがって、電極端子１４０、１４１に結合されている電極組立体１２０も、ケース１１０の内部で位置が固定される。

以下、本発明の一実施形態に係る二次電池で安全ベントの構成および動作をより詳細に説明する。

図４Ａは、図３のＣ−Ｃ'線による断面斜視図である。図４Ｂは、図３のＣ−Ｃ'線の断面図である。

図４Ａおよび図４Ｂに示すように、本発明の一実施形態に係る二次電池１００に使用される安全ベント１７０は、安全ベント１７０の長さ方向に沿って両縁に形成された一対の第１プレート部１７２と、第１プレート部１７２から折曲されて内側に形成された一対の第２プレート部１７１と、安全ベント１７０の幅方向に沿って第１プレート部１７２および第２プレート部１７１に接するように形成された第３プレート部１７３とを含む。

第１プレート部１７２は、対をなして安全ベント１７０の長さ方向に沿って両縁に形成される。第１プレート部１７２は、キャッププレート１６０の平面を基準に第１角度θ２をなしながら、ケース１１０の内部に向かうように形成される。

第２プレート部１７１は、対をなして形成され、それぞれ第１プレート部１７２の内側に形成される。第１プレート部１７２と第２プレート部１７１とが接する領域には、第１溝１７０ｂが形成される。第２プレート部１７１は、第１溝１７０ｂを介して第１プレート部１７２と接する領域で再び折曲される。また、第２プレート部１７１の対が接する部分には、第２溝１７０ａが形成される。第２溝１７０ａは、安全ベント１７０の幅を基準に略中央に形成される。第１溝１７０ｂおよび第２溝１７０ａは、略「Ｖ」字型に形成される。

第２プレート部１７１は、ケース１１０の内部空間に向かうように略Ｖ字型をなしながら形成される。ケース１１０の内圧が上昇すると、第２溝１７０ａが形成されている第２プレート部１７１の中央領域に内圧が加えられる。そして、第２プレート部１７１は、内圧によって上部に上昇する動作を行う。このとき、第２プレート部１７１は、平面でないケース１１０の内部空間に向かうＶ字型をなしているため、開放のための基準内圧以下の内圧に対して安定的に耐えることができる。よって、基準内圧以下の内圧で第２プレート部１７１が膨れることを防止できる。したがって、本発明の一実施形態に係る二次電池１００の安全ベント１７０は膨れ現象の繰り返しによる疲労破壊現象によって溝、特に第１溝１７０ｂにクラックが発生するか、安全ベント１７０の作動圧が低くなることを防止することができる。

また、第２プレート部１７１は、キャッププレート１６０の平面を基準に第２角度θ１をなしながら形成されうる。第２角度θ１は、第１角度θ２に比べてより大きい角を形成することができる。第２角度θ１が第１角度θ２に比べて大きく形成されると、第２溝１７０ａが形成された部分にケース１１０の内圧が加えられる場合にも第２プレート部１７１の膨れが減るようになる。したがって、第２プレート部１７１の疲労破壊現象による内圧減少をより效率的に防止することができる。

図５は、図３のＤ−Ｄ'線の断面図である。図６は、図３のＥ−Ｅ'線の断面図である。

図５および図６を図４Ｂとともに参照すると、第３プレート部１７３は安全ベント１７０の幅に沿って形成され、第１プレート部１７２および第２プレート部１７１と接しながら形成される。また、第３プレート部１７３が第１プレート部１７２および第２プレート部１７１と接する部分には、第３溝１７０ｃが形成される。第３プレート部１７３は、第２プレート部１７１がケース１１０の内圧により上昇するときに、ともに上昇する動作を行う。

上記のようにすることによって、本発明の一実施形態に係る二次電池１００は、キャッププレート１６０に安全ベント１７０を形成する場合において、安全ベント１７０をケース１１０の内部に向かって突出されるように形成して所望の基準内圧でのみ動作するようにすることで、例えば、安全ベント１７０の膨れ現象による疲労破壊現象によって安全ベント１７０の第１溝〜第３溝１７０ａ〜１７０ｃにクラックが発生するか、安全ベント１７０の作動圧力が低くなることを防止することができる。

以下、本発明の他の実施形態に係る二次電池の構成を説明する。

図７は、本発明の他の実施形態に係る二次電池の断面図である。先の実施形態と同じ構成および動作を有する部分に対しては同じ図面符号を付し、以下では相異点を中心に説明する。

図７に示すように、本発明の他の実施形態に係る二次電池は安全ベント２７０を具備する。

安全ベント２７０は、第１プレート１７１と、第２プレート１７２と、第３プレート（図示せず）とを具備する。

安全ベント２７０を構成する領域は、先の実施例と同一に形成される。ただし、第１プレート１７１と第２プレート１７２との間に形成された第１溝２７０ａは、Ｕ字型に形成される。また、第２プレート１７２の間に位置する第２溝２７０ｂ、第３プレートと第１領域１７１および第２領域１７２との間に形成された第３溝（図示せず）も、Ｕ字型に形成される。第１溝２７０ａ、第２溝２７０ｂ、および第３溝は、Ｕ字型によって面積が広く形成され、安全ベント２７０の作動圧力を先の実施形態に比べて下げることができる。したがって、本発明の他の実施形態に係る二次電池では、安全ベント２７０の様々な作動圧力を設定することが可能である。なお、この場合にも、先の実施形態と同じように、安全ベント２７０の膨れ現象による疲労破壊現象を防止して第１溝〜第３溝にクラックが発生するか、安全ベント２７０が作動圧力が基準圧力より低くなることを防止することができることは、言うまでもない。

以下、本発明のさらに他の実施形態に係る二次電池の構成を説明する。

図８は、本発明のさらに他の実施形態に係る二次電池の断面図である。

図８に示すように、本発明のさらに他の実施形態に係る二次電池は安全ベント３７０を具備する。

安全ベント３７０も第１プレート１７１と、第２プレート１７２と、第３プレート（図示せず）とを具備する。

安全ベント３７０を構成する領域は、先の実施例と同一に形成される。ただし、第１プレート１７１と第２プレート１７２との間に形成された第１溝３７０ａ、第２プレート１７２の間に位置する第２溝３７０ｂ、第３プレートと第１領域１７１および第２領域１７２の間に形成された第３溝（図示せず）とは、台形の断面を持つように形成される。第１溝３７０ａ、第２溝３７０ｂ、および第３溝は、台形の断面に面積が広く形成され、安全ベント３７０の作動圧力を先の二つの実施形態に比べて下げることができる。したがって、本発明のさらに他の実施形態に係る二次電池では、安全ベント３７０の様々な作動圧力を設定することが可能である。

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説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、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、そ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ケース
１２０電極組立体
１３０、１３１集電プレート
１４０、１４１電極端子
１５０、１５１第１絶縁部材
１６０キャッププレート
１７０安全ベント
１８０、１８１第２絶縁部材
１９０、１９１ナット

Claims

内部空間を定義するハウジングを含み、
前記ハウジングは、
中央領域が前記内部空間に向かって突出された凹状を有する安全ベントを含み、
前記安全ベントは、前記内部空間に向かって折曲され、
前記安全ベントは、
長さ方向に沿って両縁に形成される第１プレート部と、
前記第１プレート部の内側に対をなして形成される第２プレート部と、
幅方向に沿って前記第１プレート部および前記第２プレート部に接するように形成される第３プレート部と、
前記第１プレート部と前記第２プレート部とが接する部分に形成される第１溝と、
前記第２プレート部の対が接する部分に形成される第２溝と、
前記第３プレート部が前記第１プレート部および前記第２プレート部と接する部分に形成される第３溝と、
を含み、
前記第１プレート部は、前記ハウジングにおける一の平面に対して第１角度をなしながら、前記内部空間に向かって形成され、
前記第２プレート部は、前記一の平面に対して第２角度をなしながら、前記内部空間に向かって形成され、
前記第２角度は、前記第１角度に比べてより大きい角度を有し、
前記第１溝は、前記安全ベントの外部表面に形成され、前記安全ベントの長さ方向に延長され、
前記第２溝は、前記安全ベントの外部表面に形成され、前記安全ベントの長さ方向に延長され、
前記第３プレート部は、前記第１溝と接せず、
前記安全ベントは、
ガルウィング形状を有する断面輪郭を有し、
前記第２プレート部が前記中央領域から延長され、前記第２プレート部は、前記ハウジングにおける一の平面に対して第２角度をなしながら前記安全ベントの周辺領域に向かって傾斜をなし、
前記第１プレート部が前記周辺領域に対して前記第２プレート部から延長され、前記第１プレート部は、前記一の平面に対して前記第２角度より小さい第１角度をなしながら前記周辺領域に向かって傾斜をなし、
前記第２プレート部および前記第１プレート部は、前記周辺領域の厚さより小さい厚さを有することを特徴とする、二次電池。
前記第１溝は、Ｕ型、Ｖ型または逆台形の形状を有することを特徴とする、請求項１に記載の二次電池。
前記第２溝は、Ｕ型、Ｖ型または逆台形の形状を有することを特徴とする、請求項１、または２に記載の二次電池。
前記第１プレート部それぞれは、平坦であり、
前記第２プレート部それぞれは、平坦であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の二次電池。
前記第１プレート部はそれぞれ屈曲し、
前記第２プレート部はそれぞれ屈曲することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の二次電池。
前記ハウジングは、ケースおよびキャッププレートを含み、
前記安全ベントは、前記ケースの端部を密封するキャッププレートに形成されることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の二次電池。