JP6124544B2 - ２次電池 - Google Patents

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Description

本発明は２次電池に関する。
リチウムイオン２次電池は、ノートパソコンや携帯電話のような小型電子装置に主に用いられている。また、このようなリチウムイオン２次電池は、他の種類の２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しているので、ハイブリッド自動車または電気自動車にも使用されはじめた。自動車に使用されるリチウムイオン２次電池は過酷な環境での安全性および信頼性を満足しなければならない。
本発明は、釘貫通後に電池の温度が過度に上昇せずかつ発火しない２次電池を提供する。
本発明の一実施例による２次電池は、ケース；前記ケースの内側に位置する電極組立体；前記電極組立体に電気的に連結される集電体；前記集電体に連結される端子；および前記電極組立体および前記集電体に電気的に連結される第１短絡誘導部材を含み、前記第１短絡誘導部材は前記電極組立体と前記ケースとの間に位置し、前記第１短絡誘導部材は第１ヒューズを含む。
前記集電体は、前記第１ヒューズの電気抵抗値と異なる電気抵抗値を有する第２ヒューズを含むことができる。
前記第１短絡誘導部材は前記第１ヒューズを通して、前記集電体に連結されることができる。前記端子は前記ケースの内側から前記ケースの外側に延長し、前記集電体は第２ヒューズを含み、前記第１ヒューズが前記第２ヒューズより前記端子にさらに近く形成されることができる。前記第１ヒューズは第１抵抗値を有し、前記第２ヒューズは第２抵抗値を有し、前記第１抵抗値が前記第２抵抗値より大きいことができる。前記第１ヒューズは第１断面積を有し、前記第２ヒューズは第２断面積を有し、前記第１断面積が前記第２断面積より小さいことができる。
前記第１短絡誘導部材は、前記電極組立体の無地部に重なり、前記第１ヒューズが前記集電体側に延長する第１平坦部、前記無地部を除いた前記電極組立体の領域に重なる第２平坦部、および前記第１、第２平坦部から折り曲げられた折曲部を含むことができる。前記第１平坦部は無地部に付着し、前記第２平坦部は前記無地部を除いた前記電極組立体の前記領域に付着できる。前記第１ヒューズの幅は前記第１平坦部の幅より小さいことができる。前記第１ヒューズは前記第１短絡誘導部材の第１平坦部から延長された第１領域、および前記第１領域から折り曲げられ、前記集電体に付着した第２領域を含むことができる。前記第１短絡誘導部材の前記第１平坦部だけでなく前記第１ヒューズの前記第１、第２領域、前記第２平坦部、および前記折曲部は同一材料で形成され、一体に形成されることができる。前記第１ヒューズの前記第１領域は少なくとも一つのホールまたは切開溝を含むことができる。
本発明は第２短絡誘導部材および絶縁板をさらに含み、前記第２短絡誘導部材は前記第１短絡誘導部材に重なり、前記絶縁板は前記第１、第２短絡誘導部材の間に位置できる。前記第１短絡誘導部材は前記絶縁板と前記電極組立体との間に介在することができる。
本発明は第２短絡誘導部材をさらに含み、前記第２短絡誘導部材は前記電極組立体の第２無地部に付着する第１平坦部、前記第２無地部を除いた前記電極組立体の領域に付着する第３平坦部、および前記第１、第３平坦部の間に延長される第２平坦部を含むことができる。
前記第１短絡誘導部材は多数の第１短絡誘導部材のうちのいずれか一つであり、前記多数の第１短絡誘導部材のそれぞれは前記電極組立体の互いに異なる側面に位置できる。
前記電極組立体は多数の電極組立体のうちのいずれか一つであり、前記第１短絡誘導部材は多数の第１短絡誘導部材のうちのいずれか一つであることができる。
前記集電体は第１領域、第２領域および第３領域を含み、前記第１領域は前記電極組立体の無地部に連結され、前記第３領域は前記端子に電気的に連結され、前記第２領域は前記第１、第３領域の間で延長され、前記第１ヒューズは前記第２領域または前記第３領域に連結されることができる。前記集電体は第２ヒューズを含み、前記第２ヒューズは前記集電体の前記第２領域または前記第３領域に形成されることができる。前記第２ヒューズは前記第２領域に形成され、前記第１ヒューズは前記第３領域に隣接して形成されることができる。
本発明の一実施例による２次電池は、電極組立体；前記電極組立体を収容するケース；前記電極組立体に電気的に連結されるとともに、前記ケースを通して外側に露出する第１、第２端子部；および前記電極組立体と前記ケースとの間に介在し、前記第１、第２端子部にそれぞれ電気的に連結される第１、第２短絡誘導部材を含み、前記第１短絡誘導部材はヒューズを通して前記第１端子部に連結される。
本発明の一実施例による２次電池は、釘貫通時に短絡電流の経路が多様に変更され、また、多数のヒューズが溶融および切断されることによって、電極組立体のエネルギーが分散して消費される。つまり、電極組立体のジュール熱（Ｊｏｕｌｅ ｈｅａｔ）が分散して消費され、これによって、２次電池の温度が過度に上昇しないだけでなく、発火しなくなる。したがって、２次電池の安全性および信頼性が向上する。
つまり、本発明の一実施例による２次電池は釘貫通時に短絡電流の経路が多様に変更されると同時に、多数のヒューズが溶融および切断されることによって、電極組立体のエネルギーが分散して消費され、そのため、２次電池の温度が過度に上昇しないだけでなく、発火しないことになる。
本発明の一実施例による２次電池を示す斜視図である。 本発明の一実施例による２次電池を示す縦断面図である。 本発明の一実施例による２次電池を示す横断面図である。 図１ｃの２ａ領域を拡大して示す図である。 図１ｃの２ｂ領域を拡大して示す図である。 本発明の一実施例による２次電池の電極組立体、端子部（集電体および端子）および短絡誘導部材の関係を示す斜視図である。 本発明の一実施例による２次電池の中で電極組立体、端子部（集電体および端子）および短絡誘導部材の関係を示す斜視図である。 短絡誘導部材に形成されるヒューズの他の例を示す部分拡大斜視図である。 短絡誘導部材に形成されるヒューズの他の例を示す部分拡大斜視図である。 本発明の一実施例による２次電池の動作を示す概略図である。 本発明の一実施例による２次電池の動作を示す概略図である。 本発明の一実施例による２次電池の動作を示す概略図である。 本発明の一実施例による２次電池の動作を示す概略図である。 本発明の他の実施例による２次電池を示す横断面図である。 本発明の他の実施例による２次電池の電極組立体、端子部（集電体および端子）および短絡誘導部材の関係を示す斜視図である。 本発明の他の実施例による２次電池の電極組立体、端子部（集電体および端子）および短絡誘導部材の関係を示す斜視図である。 本発明の他の実施例による２次電池の電極組立体、端子部（集電体および端子）および短絡誘導部材の関係を示す斜視図である。 本発明の他の実施例による２次電池の電極組立体、端子部（集電体および端子）および短絡誘導部材の関係を示す斜視図である。 本発明の他の実施例による２次電池の電極組立体、端子部（集電体および端子）および短絡誘導部材の関係を示す斜視図である。 本発明の他の実施例による２次電池の電極組立体、端子部（集電体および端子）および短絡誘導部材の関係を示す斜視図である。
以下、本発明の属する技術分野で通常の知識を有する者が本発明を容易に実施できるよう、本発明の望ましい実施例を添付図面を参照して詳細に説明する。
ここで、図示されている構成要素は発明の理解のために誇張できる。また、ある構成要素が他の構成要素の上に位置するというのは、その構成要素が他の構成要素の上に直接位置するかまたは他の構成要素が介在して位置することを意味する。また、ある構成要素が他の構成要素の下に位置するというのは、その構成要素が他の構成要素の下に直接位置するかあるいはまた他の構成要素が介在して位置することを意味する。さらに、ある構成要素が他の構成要素らの間に位置するというのは、一つの構成要素または多数の構成要素が他の構成要素の間に位置することを意味する。
明細書全体にわたって類似の構成および動作を有する部分については、同一の符号を付ける。また、ある部分が他の部分と電気的に連結されているというとき、これは直接的に連結されている場合だけでなく、他の素子を間において連結されている場合も含む。
図１ａ乃至図１ｃは、本発明の一実施例による２次電池を示す斜視図、縦断面図および横断面図である。
図１ａ乃至図１ｃに示されているように、本発明の一実施例による２次電池１００は電極組立体１１０、ケース１２０、第１端子部１３０、第２端子部１４０、キャッププレート１５０および短絡誘導部材１６０を含む。ここで、前記ケース１２０はカン（ｃａｎ）ともいい、場合によっては、キャッププレート１５０を含む概念であることもできる。さらに、第１端子部１３０は電極組立体１１０に電気的に連結される集電体および外部装置に電気的に連結される端子を含む概念であり、同様に、第２端子部１４０も電極組立体１１０に電気的に連結される集電体および外部装置に電気的に連結される端子を含む概念である。
前記電極組立体１１０は、第１電極板１１１、第２電極板１１２およびセパレータ１１３を含む。また、前記電極組立体１１０は、ほぼ巻き取られたジェリーロール（Ｊｅｌｌｙ Ｒｏｌｌ）形態であるかまたはスタック（ｓｔａｃｋ）の形態であることができる。
前記第１電極板１１１は正極板であることができ、前記第２電極板１１２は陰極板であることができる。当然ながら逆に、前記第１電極板１１１は陰極板であり、前記第２電極板１１２は正極板であることができる。前記第１電極板１１１は第１金属箔１１１ａおよび第１活物質１１１ｂ（図２ａおよび図２ｂ参照）を含む。前記第１電極板１１１が陽極板である場合、前記第１金属箔１１１ａはアルミニウムであることができ、前記第１活物質１１１ｂはリチウム系酸化物であることができる。前記第２電極板１１２も第２金属箔１１２ａおよび第２活物質１１２ｂ（図２ａおよび図２ｂ参照）を含む。前記第２電極板１１２が陰極板である場合、前記第２金属箔１１２ａは銅であることができ、前記第２活物質１１２ｂは黒鉛であることができるが、本発明ではこれらの材質を限定するのではない。前記セパレータ１１３は、前記第１電極板１１１と前記第２電極板１１２との間に位置する。このようなセパレータ１１３は多孔性のＰＥ（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ）、ＰＰ（ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ）およびその等価物のうちから選択されたいずれか一つで形成されるが、本発明ではこれらの材質を限定するのではない。前記セパレータ１１３は、実質的に前記第１電極板１１１の両側面に位置するかまたは前記第２電極板１１２の両側面に位置できる。また、前記セパレータ１１３は電極組立体１１０の最外郭に位置し、電極組立体１１０の所定領域が前記ケース１２０、前記キャッププレート１５０および前記短絡誘導部材１６０と短絡しないようにする。
さらに、前記第１電極板１１１は、正極活物質１１１ｂがコーティングされない第１非コーティング領域（第１無地部）１１１ｃを含み、前記第１非コーティング領域１１１ｃは、セパレータ１１３の一側を通して外部に突出できる。また、前記第２電極板１１２も陰極活物質１１２ｂがコーティングされない第２非コーティング領域（第２無地部）１１２ｃを含み、前記第２非コーティング領域１１２ｃはセパレータ１１３の他側を通して外部に突出できる。つまり、前記第１非コーティング領域１１１ｃおよび第２非コーティング領域１１２ｃの突出方向は前記セパレータ１１３を中心に互いに反対であることができる。
前記ケース１２０は、二つの広い側面１２１ａ、１２１ｂと、二つの狭い側面１２２ａ、１２２ｂと、一つの底面１２３と、を含む。なお、前記ケース１２０は上部が開放されている。そして、最終的に前記ケース１２０の上部はキャッププレート１５０で覆われている。このようなケース１２０には前記電極組立体１１０が電解液と共に収容される。このとき、前記電極組立体１１０の第１非コーティング領域１１１ｃおよび第２非コーティング領域１１２ｃがそれぞれ二つの狭い側面１２２ａ、１２２ｂに向かう。また、前記ケース１２０はアルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金、鉄、鉄合金、サス（ＳＵＳ）およびその等価物のうちから選択されたいずれか一つで形成されるが、ここで、その材質を限定するのではない。
前記第１端子部１３０および前記第２端子部１４０は、それぞれ前記電極組立体１１０の第１電極板１１１および第２電極板１１２に電気的に接続される。つまり、前記第１端子部１３０は前記第１電極板１１１に溶接され、前記第２端子部１４０は前記第２電極板１１２に溶接されることができる。さらに具体的に、前記第１端子部１３０は第１電極板１１１の第１非コーティング領域１１１ｃに溶接されることができる。また、前記第２端子部１４０は第２電極板１１２の第２非コーティング領域１１２ｃに溶接されることができる。
また、前記第１端子部１３０は、第１領域１３１、第２領域１３２、第３領域１３３、ヒューズ１３３ａおよび第４領域１３４を含む。ここで、前記第１領域１３１、第２領域１３２および第３領域１３３は集電体（ｃｕｒｒｅｎｔ ｃｏｌｌｅｃｔｏｒ）に定義できる。また、前記ヒューズ１３３ａは前記集電体に形成されることによって、実質的に前記ヒューズ１３３ａは、前記第１領域１３１、第２領域１３２および第３領域１３３のうちのいずれか一つで形成されることができる。前記第４領域１３４は端子（ｔｅｒｍｉｎａｌ）に定義できる。
前記第１領域１３１は、前記電極組立体１１０の第１電極板１１１つまり、第１非コーティング領域１１１ｃの内側に挿入された後溶接されるかまたは前記第１非コーティング領域１１１ｃの表面に接触した後溶接される。ここで、前記ヒューズ１３３ａは前記第２領域１３２または第３領域１３３に形成されることもできる。
また、前記第２端子部１４０は、第１領域１４１、第２領域１４２、第３領域１４３および第４領域１４４を含む。前記第１領域１４１、第２領域１４２および第３領域１４３は集電体に定義でき、前記第４領域１４４は端子に定義できる。
前記第１領域１４１は前記電極組立体１１０の第２電極板１１２つまり、第２非コーティング領域１１２ｃの内側に挿入されて溶接されるかまたは第２非コーティング領域１１２ｃの表面に接触した後、溶接される。
さらに、前記第１端子部１３０および前記第２端子部１４０の各第４領域１３４、１４４つまり、端子はキャッププレート１５０を貫通して外側に露出または突出する。また、前記第１端子部１３０および前記第２端子部１４０の第４領域１３４、１４４には第１、第２固定部材１３５、１４５がそれぞれ結合している。したがって、前記第１端子部１３０および前記第２端子部１４０はキャッププレート１５０に堅く固定される。さらに、前記第１固定部材１３５は、一定の領域が前記キャッププレート１５０に直接電気的に接続されることができる。実質的に、このような第１固定部材１３５は高抵抗部材であることができる。一例として、前記第１固定部材１３５はステンレススチールおよびその等価物のうちから選択されたいずれか一つで形成されることができる。このようなステンレススチールは一般にアルミニウムまたはアルミニウム合金に比べて、抵抗値が高い。言い換えれば、前記第１固定部材１３５は前記ケース１２０およびキャッププレート１５０に比べて、抵抗値が高い。
前記キャッププレート１５０は、前記第１端子部１３０および前記第２端子部１４０が外部に露出または突出するようにして、前記ケース１２０を覆う。なお、前記ケース１２０と前記キャッププレート１５０との境界はレーザビームで溶接が可能である。さらに、前記第１端子部１３０および前記第２端子部１４０のそれぞれの第４領域１３４、１４４は、前記キャッププレート１５０を貫通するが、その外周縁にそれぞれ絶縁材１５１ａ、１５１ｂが形成されることができる。したがって、前記第１、２端子部１３０、１４０の第４領域１３４、１４４はキャッププレート１５０と電気的に絶縁されることができる。しかし、前述のように、高抵抗部材である第１固定部材１３５が直接キャッププレート１５０に接続されることによって、前記キャッププレート１５０およびケース１２０は極性（例えば、正極）を有する。
さらに、前記キャッププレート１５０には電解液キャップ１５２が結合でき、相対的に薄い厚さを有する安全ベント１５３も形成できる。実質的に、このようなキャッププレート１５０は前記ケース１２０と同一材質からなることができる。
前記短絡誘導部材１６０は前記電極組立体１１０と前記ケース１２０との間に位置する。つまり、前記短絡誘導部材１６０は前記電極組立体１１０と前記ケース１２０のうちの少なくとも一つの広い側面１２１ａとの間に位置する。
前記短絡誘導部材１６０は、第１短絡誘導部材１６１、第２短絡誘導部材１６３および前記第１短絡誘導部材１６１と第２短絡誘導部材１６３との間に位置する絶縁板１６４を含む。前記短絡誘導部材１６０の高さは前記電極組立体１１１の高さより低いことができる。例えば、前記短絡誘導部材１６０は前記電極組立体１１１の中央領域と重なり、前記電極組立体１１１の両側端とは重ならないことができる。
前記第１短絡誘導部材１６１は、前記第１端子部１３０の第２領域１３２または第３領域１３３にヒューズ１６２を通じて電気的に連結されることができる。つまり、前記第１短絡誘導部材１６１はヒューズ１６２を含み、このようなヒューズ１６２が前記第１端子部１３０の第２領域１３２または第３領域１３３に溶接されることができる。場合により、前記第１短絡誘導部材１６１は前記第１電極板１１１の第１非コーティング領域１１１ｃに電気的に連結されることができる。つまり、前記第１短絡誘導部材１６１は前記第１非コーティング領域１１１ｃに溶接されることができる。前記第２短絡誘導部材１６３は前記第２電極板１１２の第２非コーティング領域１１２ｃに電気的に連結される。つまり、前記第２短絡誘導部材１６３は前記第２非コーティング領域１１２ｃに溶接される。前記絶縁板１６４は、短絡誘導部材１６０の動作前まで第１短絡誘導部材１６１と第２短絡誘導部材１６３との電気的短絡を防止する役割を果たす。さらに、前記短絡誘導部材１６０と前記ケース１２０との間にも絶縁板１６５が位置する。前記絶縁板１６５は、短絡誘導部材１６０の動作前まで第２短絡誘導部材１６３とケース１２０との間の電気的短絡を防止する役割を果たす。
ここで、前記第１短絡誘導部材１６１はケース１２０およびキャッププレート１５０のような極性であることができる。また、前記第２短絡誘導部材１６３は前記第１短絡誘導部材１６１と反対極性であることができる。
このようにして、２次電池の釘貫通時に前記絶縁板１６４、１６５が破れたりまたは損傷したりすると、前記短絡誘導部材１６０の第１短絡誘導部材１６１および第２短絡誘導部材１６３が直接電気的に短絡される。前記第１短絡誘導部材１６１および第２短絡誘導部材１６３は電極組立体１１０に比べて電気抵抗が相対的に小さいので、短絡時に熱をほとんど発生せず、大電流が速やかに流れる。これによって、２次電池１００の釘貫通時に発熱現象がほとんど発生しないので、２次電池の貫通時の安全性および信頼性が向上する。
さらに、後述するが、２次電池１００の貫通時に前記第１短絡誘導部材１６１に形成されたヒューズ１６２によって短絡電流の経路が多様に変更され、また、多数のヒューズ１３３ａ、１６２が溶融して切断されることによって、電極組立体１１０のエネルギーが分散して消費される。つまり、電極組立体１１０のジュール熱（Ｊｏｕｌｅ ｈｅａｔ）が分散して消費され、これによって、２次電池の温度上昇および発火現象がさらに効果的に防止される。
また、短絡誘導部材１６０は、電極組立体１１０とケース１２０との間に比較的に厚板（ｐｌａｔｅ）形態で設置されることによって、電極組立体１１０を支持する機能を有し、また、ケース１２０の膨張も抑制する機能を有する。
一方、図１ｂで符号１７１は前記第１端子部１３０の第１領域１３１、前記電極組立体１１０の第１非コーティング領域１１１ｃおよび前記第１短絡誘導部材１６１の溶接領域を示すものである。また、図１ｂで符号１８１は、前記第２端子部１４０の第１領域１４１、前記電極組立体１１０の第２非コーティング領域１１２ｃおよび前記第２短絡誘導部材１６３の溶接領域を示すものである。同図においては溶接領域がほぼ四角形状に形成されているが、本発明はこのような溶接形態に限定されるものではない。
図２ａおよび図２ｂは、図１ｃの２ａ領域および２ｂ領域を拡大して示す図である。
図２ａに示されているように、電極組立体１１０は例えば、第１金属箔１１１ａ（例えば、アルミニウム箔またはアルミニウムメッシュ）、第１活物質１１１ｂ（例えば、リチウム系酸化物）および第１活物質がコーティングされない第１非コーティング領域１１１ｃからなる第１電極板１１１を含む。
また、前記電極組立体１１０は、例えば、第２金属箔１１２ａ（例えば、銅箔）、第２活物質１１２ｂ（例えば、黒鉛）および第２活物質がコーティングされない第２非コーティング領域１１２ｃからなる第２電極１１２を含む。
さらに、前記第１電極板１１１の上部および下部にはＰＥまたはＰＰ材質のセパレータ１１３がそれぞれ位置する。また、前記第２電極板１１２の上部および下部にもＰＥまたはＰＰ材質のセパレータ１１３が位置する。
ここで、前記第１非コーティング領域１１１ｃはセパレータ１１３の一側を通して、外部に延長されている。このような第１非コーティング領域１１１ｃは、第１端子部１３０の第１領域１３１との溶接性が向上するように、相互間で密着または溶接されることができる。前述のように、場合により第１短絡誘導部材１６１は前記第１非コーティング領域１１１ｃに溶接されることもできる。
さらに、前記第２非コーティング領域１１２ｃもセパレータ１１３の他側を通して、外部に延長されている。このような第２非コーティング領域１１２ｃは、第２端子部１４０の第１領域１４１および第２短絡誘導部材１６３との溶接性が向上するように、相互間で密着または溶接されている。前述のように、第２短絡誘導部材１６３は前記第２非コーティング領域１１２ｃに溶接される。
図３ａおよび図３ｂは、本発明の一実施例による２次電池の電極組立体、端子部および短絡誘導部材の関係を示す斜視図である。
図３ａおよび図３ｂに示されているように、短絡誘導部材１６０は第１端子部１３０の第３領域１３３にヒューズ１６２を通じて電気的に接続される第１短絡誘導部材１６１と、第２電極板１１２の第２非コーティング領域１１２ｃに電気的に接続される第２短絡誘導部材１６３と、前記第１短絡誘導部材１６１と前記第２短絡誘導部材１６３との間に介在する絶縁板１６４と、を含む。
ここで、前記第１短絡誘導部材１６１は、前記第１端子部１３０の第３領域１３３にヒューズ１６２を通じて、電気的に接続される。一例として、前記ヒューズ１６２が前記第１端子部１３０の第３領域１３３に溶接されることができる。さらに、前記第１短絡誘導部材１６１は、第１電極板１１１の第１非コーティング領域１１１ｃに電気的に接続されることもできる。
前記第１短絡誘導部材１６１は、前記第１非コーティング領域１１１ｃに溶接される平らな第１領域（または付着領域）１６１ａ、前記第１領域１６１ａから延長されて折り曲げられた第２領域（または折り曲げセクション）１６１ｂおよび前記第２領域１６１ｂから延長され、電極組立体１１０の前方の広い側面１１４を覆う平らな第３領域１６１ｃを含む。ここで、前記平らな第１領域１６１ａおよび前記折り曲げられた第２領域１６１ｂを合わせた横方向幅は前記第１非コーティング領域１１１ｃの横方向幅とほぼ同じであり、前記平らな第３領域１６１ｃの面積は前記電極組立体１１０の前方の広い側面１１４の面積とほぼ同じである。ここで、前述のように、前記平らな第１領域１６１ａは、第１非コーティング領域１１１ｃに溶接されることによって、第１非コーティング領域１１１ｃに電気的に連結される。さらに、前記折り曲げられた第２領域１６１ｂは第１領域１６１ａと第３領域１６１ｃとを連結し、所定角度に折り曲げられている。このような第２領域１６１ｂによって第１領域１６１ａは、第１非コーティング領域１１１ｃに密着し、第３領域１６１ｃは電極組立体１１０の前方の広い側面１１４に密着する。つまり、前記第１非コーティング領域１１１ｃは、第１領域１３１との溶接性を高めるために、互いに密着および圧着されることができる。これによって、前記第１非コーティング領域１１１ｃには自然に折り曲げ領域１１１ｄが形成されるが、このような折り曲げ領域１１１ｄに前記第２領域１６１ｂが密着できる。
このようにして、第１非コーティング領域１１１ｃには平らな第１領域１６１ａが密着し、電極組立体１１０の前方の広い側面１１４には平らな第３領域１６１ｃが密着する。実質的に、前記第３領域１６１ｃはセパレータ１１３に、まず密着する。前記第１短絡誘導部材１６１はアルミニウム、アルミニウム合金、銅または銅合金であることができるが、このような材質に本発明を限定するのではない。特に、前記第１非コーティング領域１１１ｃがアルミニウムである場合、前記第１短絡誘導部材１６１はアルミニウムからなることが望ましい。さらに、このような第１短絡誘導部材１６１の厚さは実験的にほぼ５０μｍ〜４００μｍであることが望ましい。前記数値範囲では、貫通による短絡発生時に２次電池の温度が相対的に上昇しにくい。また、図においては前記第１短絡誘導部材１６１が相互に折り曲げられた第１領域１６１ａ、第２領域１６１ｂおよび第３領域１６１ｃからなることを示しているが、これは単に平板形状からなることもできる。つまり、本発明は前記第１短絡誘導部材１６１の形態に限定されるものではない。
前記ヒューズ１６２は、前記第１短絡誘導部材１６１と前記第１端子部１３０とを電気的に連結する。このようなヒューズ１６２は、前記第１短絡誘導部材１６１から上部に向かって一定長さ延長された第１領域１６２ａと、前記第１領域１６２ａから折り曲げられて水平方向に延長され、前記第１端子部１３０の第３領域１３３に溶接される第２領域１６２ｂと、を含む。ここで、前記ヒューズ１６２に過度な短絡電流が流れる場合、前記ヒューズ１６２を溶融および切断しなければならないので、前記ヒューズ１６２の広さまたは幅は前記第１短絡誘導部材１６１の広さまたは幅より小さく形成しなければならない。さらに、前記ヒューズ１６２は、前記第１端子部１３０の第３領域１３３に形成されたヒューズ１３３ａより前記第４領域１３４にさらに近接して溶接されることが望ましい。これは、前記第１短絡誘導部材１６１のヒューズ１６２が前記第１端子部１３０のヒューズ１３３ａより先に動作することによって、短絡電流の経路が多様に変わるようにするためである。さらに、前記ヒューズ１６２が前記ヒューズ１３３ａより先に動作するようにするために、前記ヒューズ１６２の抵抗値が前記ヒューズ１３３ａの抵抗値より高く設計される。言い換えれば、前記ヒューズ１３３ａの抵抗値が前記ヒューズ１６２の抵抗値より小さい。すなわち、前記ヒューズ１６２の断面積が前記ヒューズ１３３ａの断面積より小さく設計される。これは言い換えれば、前記ヒューズ１３３ａの断面積が前記ヒューズ１６２の断面積より大きい。ここで、断面積とは、電流が流れていく面積を意味する。
このようなヒューズの動作およびこれに伴う短絡電流の変化は以下で再び説明する。最後に、前記ヒューズ１６２は実質的に前記第１短絡誘導部材１６１から延長されて形成されたものであるので、前記第１短絡誘導部材１６１と同じ材質であることができる。
前記第２短絡誘導部材１６３は、前記第２非コーティング領域１１２ｃに接続される平らな第１領域（または付着領域）１６３ａ、前記第１領域１６３ａから延長、折り曲げられた第２領域（または折り曲げセクション）１６３ｂおよび前記第２領域１６３ｂから延長され、ケース１２０の広い側面１２１ａに密着する平らな第３領域１６３ｃを含む。ここで、前記平らな第１領域１６３ａおよび前記折り曲げられた第２領域１６３ｂを合わせた横方向幅は前記第２非コーティング領域１１２ｃの横方向幅とほぼ同じであり、前記平らな第３領域１６３ｃの面積は前記電極組立体１１０の前方の広い側面１１４が有する面積とほぼ同じである。前記第１領域１６３ａは、第２非コーティング領域１１２ｃに直接溶接されることによって、第２非コーティング領域１１２ｃに電気的に連結される。さらに、前記第２領域１６３ｂは第１領域１６３ａと第３領域１６３ｃとを連結し、所定角度に折り曲げられている。このような第２領域１６３ｂによって第１領域１６３ａは第２非コーティング領域１１２ｃに密着し、第３領域１６３ｃはケース１２０の広い側面１２１ａに絶縁板１６５を通じて密着する。つまり、前記第２非コーティング領域１１２ｃは、第１領域１４１との溶接性を高めるために、互いに密着および圧着される。これによって、前記第２非コーティング領域１１２ｃには自然に折り曲げ領域１１２ｄが形成されるが、このような折り曲げ領域１１２ｄに前記第２領域１６３ｂが密着する。このようにして、第２非コーティング領域１１２ｃには第１領域１６３ａが密着し、ケース１２０の広い側面１２１ａには第３領域１６３ｃが密着する。前記第２短絡誘導部材１６３は銅、銅合金、アルミニウムまたはアルミニウム合金であることができるが、このような材質に本発明を限定するのではない。特に、前記第２非コーティング領域１１２ｃが銅である場合、前記第２短絡誘導部材１６３は銅からなることが望ましい。さらに、このような第２短絡誘導部材１６３の厚さは実験的にほぼ５０μｍ〜４００μｍであることが望ましい。前記数値範囲では、貫通による短絡発生時に２次電池の温度が上昇しにくい。また、図においては前記第２短絡誘導部材１６３が相互に折り曲げられた第１領域１６３ａ、第２領域１６３ｂおよび第３領域１６３ｃからなることを示しているが、これは単に平板形状からなることもできる。つまり、本発明は前記第２短絡誘導部材１６３の形態に限定されるものではない。
前記絶縁板１６４は、前記第１短絡誘導部材１６１と第２短絡誘導部材１６３との間に介在する。前記絶縁板１６４は短絡誘導部材１６０が動作する前まで第１短絡誘導部材１６１と第２短絡誘導部材１６３とが相互に電気的に絶縁されるようにする。実質的に、このような絶縁板１６４の材質はセパレータと同じ材質であることができる。つまり、前記絶縁板１６４はＰＥまたはＰＰからなることができるが、このような材質に本発明を限定するのではない。
図４ａおよび図４ｂは、短絡誘導部材に形成されたヒューズの他の例を示す部分拡大斜視図である。
図４ａおよび図４ｂに示されているように、第１端子部１３０と第１短絡誘導部材１６１とを電気的に連結するヒューズ１６２は第１領域１６２ａおよび第２領域１６２ｂを含み、前記第１領域１６２ａまたは前記第２領域１６２ｂには追加的にホール１６２ｃまたは切開溝１６２ｃ’が形成されることができる。このようなホール１６２ｃまたは切開溝１６２ｃ’の大きさによって、前記ヒューズ１６２の動作時点が正確に調整されることができる。つまり、前記ホール１６２ｃまたは切開溝１６２ｃ’の大きさによって、ヒューズ１６２の断面積および抵抗値が調整されるためである。
図５ａ乃至図５ｄは、本発明の一実施例による２次電池の動作を示す概略図である。
まず、図５ａに示されているように、釘１９０がケース１２０および第２短絡誘導部材１６３を貫通すると、短絡電流は電極組立体１１０、第１端子部１３０のヒューズ１３３ａ、第１固定部材（高抵抗部材）１３５、ケース１２０、釘１９０および第２短絡誘導部材１６３の順序を有する第１経路に沿って流れる。ここで、前記第１固定部材１３５がケース１２０およびキャッププレート１５０に比べて相対的に高い抵抗値を有するため、第１端子部１３０に具備されたヒューズ１３３ａは溶融および切断せずに、電極組立体１１０のエネルギーが消費されるだけである。当然ながら、このような状態が一定時間以上持続する場合、前記第１端子部１３０に具備されたヒューズ１３３ａは溶融および切断される。
次いで、図５ｂおよび図５ｃに示されているように、釘１９０がケース１２０、第２短絡誘導部材１６３および第１短絡誘導部材１６１を貫通すると、短絡電流は前記第１経路と、電極組立体１１０、第１端子部１３０のヒューズ１３３ａ、第１短絡誘導部材１６１のヒューズ１６２、釘１９０および第２短絡誘導部材１６３の順序を有する第２経路に沿って流れる。つまり、短絡電流は二つの経路を有することになる。厳密に言えば、電極組立体１１０と第１短絡誘導部材１６１との間にも直接電流が流れるので、短絡電流は三つの経路を有するといえる。このとき、前記第１短絡誘導部材１６１のヒューズ１６２が有する電気抵抗が前記第１端子部１３０のヒューズ１３３ａが有する電気抵抗よりさらに大きく形成されていることによって、前記第１短絡誘導部材１６１のヒューズ１６２が溶融および切断される。なお、このような動作が進行する間に前記電極組立体１１０のエネルギーは持続的に消費される。
最後に、図５ｄに示されているように、前記第１短絡誘導部材１６１のヒューズ１６２が切れると、電流は再び第１経路に沿ってのみ流れる。厳密に言えば、電極組立体１１０と第１短絡誘導部材１６１との間にも直接電流が流れる（第３経路）。たとえ第１経路に高抵抗の第１固定部材１３５があっても、一定時間以上前記第１経路に沿って電流が流れるので、結局、前記第１端子部１３０のヒューズ１３３ａも溶融および切断される。当然ながら、このような動作が進行する間に前記電極組立体１１０のエネルギーは持続的に消費される。
さらに、前述のように前記第１短絡誘導部材１６１が電極組立体１１０に電気的に接続されているので、電極組立体１１０、第１短絡誘導部材１６１、釘１９０および第２短絡誘導部材１６３の順序を有する第３経路に沿って短絡電流が流れ、このような動作によって、前記電極組立体１１０のエネルギーは完全に消費される。
このようにして、本発明の一実施例による２次電池は釘貫通時に短絡電流の経路が多様に変更されると同時に、多数のヒューズ１６２、１３３ａが溶融して切断されることによって、電極組立体１１０のエネルギーが分散して消費され、これによって、２次電池の温度が過度に上昇しないだけでなく、発火しなくなる。
図６ａおよび図６ｂは本発明の他の実施例による２次電池を示す横断面図、および電極組立体、端子部および短絡誘導部材の関係を示す斜視図である。
図６ａおよび図６ｂに示されているように、本発明の他の実施例による２次電池２００は二つの短絡誘導部材２６０、２６０’を含むことができる。つまり、電極組立体１１０の前方に具備された広い側面１１４に短絡誘導部材２６０が位置し、電極組立体１１０の後方に具備された広い側面（符号表示しない）に他の短絡誘導部材２６０’が位置できる。なお、短絡誘導部材２６０、２６０’は前述の通り、ヒューズ２６２、２６２’を有する第１短絡誘導部材２６１、２６１’、第２短絡誘導部材２６３、２６３’および絶縁板２６４、２６４’をそれぞれ含む。
また、それぞれの第１短絡誘導部材２６１、２６１’はヒューズ２６２、２６２’を通じて、第１端子部１３０に電気的に接続されることができる。つまり、それぞれのヒューズ２６２、２６２’が前記第１端子部１３０に溶接されることができる。さらに、前記第１短絡誘導部材２６１、２６１’は第１非コーティング領域１１１ｃに電気的に連結されることができる。また、第２短絡誘導部材２６３、２６３’は第２非コーティング領域１１２ｃにそれぞれ電気的に連結される。
ここで、前記ヒューズ２６２、２６２’の形態および機能は前述のものと同じであるので、これに関する説明は省略する。また、図においては、平らな第１領域２６１ａ、２６１ａ’、折り曲げられた第２領域２６１ｂ、２６１ｂ’および平らな第３領域２６１ｃ、２６１ｃ’からなる短絡誘導部材２６１、２６１’、そして平らな第１領域２６３ａ、２６３ａ’、折り曲げられた第２領域２６３ｂ、２６３ｂ’および平らな第３領域２６３ｃ、２６３ｃ’からなる短絡誘導部材２６３、２６３’が示されているが、このような短絡誘導部材は単にほぼ平らな平板形態であることもできる。つまり、本発明は前記短絡誘導部材２６０、２６０’の形態に限定されるものではない。
このようにして、本発明の他の実施例による２次電池２００は、電極組立体１１０とケース１２０の前方の広い側面１２１ａとの間だけでなく、電極組立体１１０とケース１２０の後方の広い側面１２１ｂとの間にも短絡誘導部材２６０、２６０’が位置することによって、２次電池２００の貫通時の安全性がさらに向上する。一例として、釘が２次電池２００の前方だけでなく後方から貫通しても、前述のような貫通時の特性改善効果が現れる。
さらに、電極組立体１１０の前方および後方にそれぞれ短絡誘導部材２６０、２６０’が位置することによって、２次電池の膨張現象もより効率的に抑制される。
図７ａおよび図７ｂは本発明の他の実施例による２次電池の電極組立体、端子部および短絡誘導部材の関係を示す斜視図である。
図７ａに示されているように、本発明の他の実施例は二つ以上の電極組立体３１０を含む。また、前記二つの電極組立体３１０には第１端子部１３０および第２端子部１４０が電気的に接続される。例えば、前記第１端子部１３０は第１領域１３１、第２領域１３２、第３領域１３３および第４領域１３４からなることができる。さらに、このような第１端子部１３０は二つの電極組立体３１０に形成された第１非コーティング領域１１１ｃに電気的に連結される。第２端子部１４０も前記第１端子部１３０と同一の構造を有し、このような第２端子部１４０は二つの電極組立体３１０に形成された第２非コーティング領域１１２ｃに電気的に連結される。
一方、前記二つの電極組立体３１０のうちの一方の前方の広い側面１１４には短絡誘導部材１６０が位置できる。また、このような短絡誘導部材１６０はヒューズ１６２を有する第１短絡誘導部材１６１、第２短絡誘導部材１６３および絶縁板１６４を含む。また、前記第１短絡誘導部材１６１はヒューズ１６２を通じて、前記第１端子部１３０に電気的に接続される。つまり、前記ヒューズ１６２が前記第１端子部１３０に溶接される。
また、前記短絡誘導部材１６０は、前記二つの電極組立体３１０のうちの一方の前方の広い側面１１４とケース（図示せず）の間に介在する形態を呈する。
このようにして、本発明の他の実施例は大容量の２次電池を提供すると同時に、貫通時の安全性が向上した２次電池を提供する。さらに、本発明の他の実施例は膨張現象が抑制された２次電池を提供する。
図７ｂに示されているように、本発明の他の実施例は二つ以上の電極組立体３１０を含む。なお、前記二つの電極組立体３１０には第１端子部１３０および第２端子部１４０が電気的に接続される。
さらに、前記二つの電極組立体３１０のうちの一方の前方の広い側面１１４に短絡誘導部材２６０が位置し、他方の後方の広い側面に短絡誘導部材２６０’が位置できる。また、前記短絡誘導部材２６０はヒューズ２６２を有する第１短絡誘導部材２６１、第２短絡誘導部材２６３および絶縁板２６４を含み、前記第２短絡誘導部材２６０’はヒューズ２６２’を有する第１短絡誘導部材２６１’、第２短絡誘導部材２６３’および絶縁板２６４’を含む。ここで、前記それぞれの第１短絡誘導部材２６１、２６１’は、ヒューズ２６２、２６２’を通じて、前記第１端子部１３０に直接電気的に接続される。
このようにして、本発明の他の実施例は電極組立体とケースの前方の広い側面との間に短絡誘導部材２６０が位置し、電極組立体とケースの後方の広い側面との間に短絡誘導部材２６０’が位置することによって、貫通時の安全性がより向上した２次電池を提供する。また、本発明の他の実施例は膨張現象が抑制された２次電池を提供する。
図８ａ乃至図８ｃは、本発明の他の実施例による２次電池の電極組立体、端子部（集電体および端子）および短絡誘導部材の関係を示す斜視図である。
図８ａを参照すれば、２次電池は図３ｂに示されたものと類似している。したがって、同一の構成要素に対する説明は省略する。図８ａに示されているように、短絡誘導部材３６０はヒューズ３６２を有する短絡誘導部材３６０を含む。前記ヒューズ３６２は、ヒューズ３６２が第１端子部（集電体および端子）１３０の第２領域１３２に付着または溶接された領域を含むことを除いては、前記ヒューズ１６２と類似している。例えば、前記ヒューズ３６２は第１短絡誘導部材１６１の平らな第１領域１６１ａから延長された第１領域３６２ａ、前記第１領域３６２ａから折り曲げられた第２領域３６２ｂを含む。前記第２領域３６２ｂは前記第１端子部（集電体および端子）１３０の第２領域１３２に接触する。
図８ｂを参照すれば、２次電池は図３ｂに示されたものと類似している。したがって、同一の構成要素に対する説明は省略する。図８ｂに示されているように、第１端子部（集電体および端子）１３０はヒューズ２３３ａを含む。前記ヒューズ２３３ａは、第１端子部（集電体および端子）の第２領域１３２に形成されることを除いては、前記ヒューズ１３３ａと類似している。
図８ｃを参照すれば、２次電池は第１短絡誘導部材１６１の第１領域１６１ａから延長された第１領域３６２ａおよび前記第１領域３６２ａから折り曲げられた第２領域３６２ｂを含むヒューズ３６２を含む。前記第２領域３６２ｂは前記第１端子部（集電体および端子）１３０の第２領域１３２に接触することができる。２次電池１００は、第２領域１３２に形成されたヒューズ２３３ａを有する第１端子部（集電体および端子）１３０をさらに含むことができる。
一般に安全性テストの項目にはいろいろあるが、その中でも最も過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。貫通テストは自動車の事故時に２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、２次電池の釘貫通試験のような厳格な条件のテストにおいて、貫通後の電池は温度が過度に上昇したり発火したりしてはならない。
このような実施例は２次電池に関し、破損現象が２次電池の外側から加わった力によって発生した場合のような非正常的な状況でも安全性を確保できる。例えば、外側から釘が貫通した場合、前記実施例は短絡電流経路を多数回変更する。また、多数のヒューズが電極組立体のエネルギーを減少させるために溶融および切断されることによって、過度な温度上昇および／または火災の発生を減少させ、抑制する。つまり、電極組立体のジュール熱が分散して消費されることによって、２次電池の過度な温度上昇や火災を防止することができる。したがって、２次電池に対する安全性や信頼性が向上する。
以上で説明したのは本発明による２次電池を実施するための一つの実施例に過ぎないのであって、本発明は前述した実施形態に何ら限定されるものではなく、以下の特許請求の範囲に記載するように本発明の要旨を逸脱しない範囲内において当該発明の属する分野で通常の知識を有する者であれば、誰でも多様な変更実施が可能な範囲まで本発明の技術的精神が含まれると見なされる。
１００ ２次電池
１１０ 電極組立体
１２０ ケース
１３０ 第１端子部
１４０ 第２端子部
１５０ キャッププレート
１６０ 短絡誘導部材

Claims (19)

  1. ケース；
    前記ケースの内側に位置する電極組立体；
    前記電極組立体に電気的に連結される集電体；
    前記集電体に連結される端子；および
    前記電極組立体および前記集電体に電気的に連結される第１短絡誘導部材を含み、
    前記第１短絡誘導部材は前記電極組立体と前記ケースとの間に位置し、
    前記第１短絡誘導部材は第１ヒューズを含み、
    前記第１短絡誘導部材は前記第１ヒューズを通して前記集電体に連結されることを特徴とする２次電池。
  2. 前記集電体は前記第１ヒューズの電気抵抗値と異なる電気抵抗値を有する第２ヒューズを含むことを特徴とする請求項１に記載の２次電池。
  3. 前記端子は前記ケースの内側から前記ケースの外側に延長され、
    前記集電体は第２ヒューズを含み、
    前記第１ヒューズが前記第２ヒューズより前記端子にさらに近く形成されることを特徴とする請求項１に記載の２次電池。
  4. 前記第１ヒューズは第１抵抗値を有し、
    前記第２ヒューズは第２抵抗値を有し、
    前記第１抵抗値が前記第２抵抗値より大きいことを特徴とする請求項３に記載の２次電池。
  5. 前記第１ヒューズは第１断面積を有し、
    前記第２ヒューズは第２断面積を有し、
    前記第１断面積が前記第２断面積より小さいことを特徴とする請求項３に記載の２次電池。
  6. 前記第１短絡誘導部材は、
    前記電極組立体の無地部に重なり、前記第１ヒューズが前記集電体側に延長される第１平坦部、
    前記無地部を除いた前記電極組立体の領域に重なる第２平坦部、および
    前記第１、第２平坦部から折り曲げられた折曲部を含むことを特徴とする請求項１に記載の２次電池。
  7. 前記第１平坦部は無地部に付着し、前記第２平坦部は前記無地部を除いた前記電極組立体の前記領域に付着することを特徴とする請求項６に記載の２次電池。
  8. 前記第１ヒューズの幅は前記第１平坦部の幅より小さいことを特徴とする請求項６に記載の２次電池。
  9. 前記第１ヒューズは、
    前記第１短絡誘導部材の第１平坦部から延長される第１領域、および
    前記第１領域から折り曲げられ、前記集電体に付着する第２領域を含むことを特徴とする請求項６に記載の２次電池。
  10. 前記第１短絡誘導部材の前記第１平坦部だけでなく、前記第１ヒューズの前記第１、第２領域、前記第２平坦部、および前記折曲部は同一材料で形成され、一体に形成されることを特徴とする請求項９に記載の２次電池。
  11. 前記第１ヒューズの前記第１領域は少なくとも一つのホールまたは切開溝を含むことを特徴とする請求項９に記載の２次電池。
  12. 第２短絡誘導部材および絶縁板をさらに含み、
    前記第２短絡誘導部材は前記第１短絡誘導部材に重なり、
    前記絶縁板は前記第１、第２短絡誘導部材の間に位置することを特徴とする請求項１に記載の２次電池。
  13. 前記第１短絡誘導部材は前記絶縁板と前記電極組立体との間に介在することを特徴とする請求項１２に記載の２次電池。
  14. 第２短絡誘導部材をさらに含み、
    前記第２短絡誘導部材は前記電極組立体の第２無地部に付着する第１平坦部、前記第２無地部を除いた前記電極組立体の領域に付着する第３平坦部、および
    前記第１、第３平坦部の間に延長される第２平坦部を含むことを特徴とする請求項１に記載の２次電池。
  15. 前記第１短絡誘導部材は多数の第１短絡誘導部材のうちのいずれか一つであり、
    前記多数の第１短絡誘導部材のそれぞれは前記電極組立体の互いに異なる側面に位置することを特徴とする請求項１に記載の２次電池。
  16. 前記電極組立体は多数の電極組立体のうちのいずれか一つであり、
    前記第１短絡誘導部材は多数の第１短絡誘導部材のうちのいずれか一つであることを特徴とする請求項１に記載の２次電池。
  17. 前記集電体は第１領域、第２領域および第３領域を含み、
    前記第１領域は前記電極組立体の無地部に連結され、
    前記第３領域は前記端子に電気的に連結され、
    前記第２領域は前記第１、第３領域の間で延長され、
    前記第１ヒューズは前記第２領域または前記第３領域に連結されることを特徴とする請求項１に記載の２次電池。
  18. 前記集電体は第２ヒューズを含み、
    前記第２ヒューズは前記集電体の前記第２領域または前記第３領域に形成されることを特徴とする請求項１７に記載の２次電池。
  19. 前記第２ヒューズは前記第２領域に形成され、
    前記第１ヒューズは前記第３領域に隣接して形成されることを特徴とする請求項１８に記載の２次電池。
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