JP6568703B2 - 二次電池 - Google Patents

Description

本発明は、二次電池に関する。

二次電池は、充電及び放電が反復的に行うことができない一次電池とは異なり、充電及び放電を反復的に遂行する電池である。小容量の二次電池は、携帯電話やノートブックコンピューター、及びキャムコーダのように携帯可能な小型電子機器に用いられ、大容量の二次電池は、ハイブリッド自動車などのようなモーター駆動用電源として用いることができる。

近年、高エネルギー密度の非水電解液を利用した高出力二次電池が開発されている。高出力二次電池は、複数の二次電池を直列に連結して構成され、大電力を必要とする機器、例えば、電気自動車などのモーター駆動に用いることができる。

二次電池は、電極組立体、ケース、キャッププレート、及び電極端子を含む。前記電極組立体は、セパレーターと、セパレーターの両面に具備される陽極及び陰極と、を含む。前記ケースは、電極組立体を内蔵し、前記キャッププレートは、前記ケースの開口を蜜閉する。前記電極端子は、キャッププレートを貫通し、電極組立体に電気的に連結される。

したがって、本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであり、その目的は、ケースの底面と接触する接触部を具備するボトムリーテナーが形成され、テンション状態を維持することができる二次電池を提供することである。

また、本発明の他の目的は、波形で形成されたボトムリーテナーの縁を具備し、バッテリーセルの異常発生の時に電極組立体から排出されるガスの流路を提供することができる二次電池を提供することである。

また、本発明の他の目的は、ボトムリーテナーにおける既に決定された領域に形成されたホールによって、電解液の流動性を確保した二次電池を提供することである。

以上のように、上記目的を達成するために、本発明の一実施例による二次電池は、第１電極、第２電極、及び前記第１電極と前記第２電極との間のセパレーターを含む電極組立体と、前記電極組立体をその内部に収容するケースであって、上端及び底面を具備し、上端に開口を有するケースと、前記ケースの開口を密封するキャッププレートと、前記ケースの底面の上部面上のボトムリーテナーと、を含む二次電池であって、前記ボトムリーテナーは、前記電極組立体を支持する支持部、及び、前記ケースの底面と接触する少なくとも一つの接触部を含む。

また、前記ボトムリーテナーの支持部は、平坦な板状で形成されることができる。

そして、前記ボトムリーテナーの接触部は、前記支持部の下部面における既に決定された領域から前記ケースの底面に向けて延在するように形成されることができる。

また、前記接触部は、前記支持部から前記ケースの底面に向けて傾くように延在される傾斜部、及び前記傾斜部の端部から延在されて前記ケースの底面と並んだ水平部を含むことができる。

また、前記接触部は、二つずつ隣接した傾斜部を含み、隣接した前記傾斜部は前記支持部と隣接した部分において第１距離で離隔され、前記水平部と隣接した部分において第２距離で離隔され、前記第２距離は、第１距離より大きいことがあり得る。

また、前記支持部は少なくとも一つのホールを含むことができる。

また、前記ホールは、前記接触部の上部に位置した前記支持部に配置される。

また、前記ホールにおける少なくとも一部の縁が波形を有することができる。

また、前記支持部における少なくとも一部の縁が波形を有することができる。

また、前記支持部及び前記接触部が交互に形成されて、前記ケースの側面と接する前記ボトムリーテナーの垂直断面がエンボシング形態であり得る。

また、前記ボトムリーテナーは、絶縁部材であり得る。

以上のように、本発明によれば、テンション状態を維持するボトムリーテナーの接触部が持続的に電極組立体を上方へ押し付ける役目をすることで、自重及び振動による電極組立体の分解現象を防止することができるという効果を奏する。

また、本発明の一側面によれば、二次電池の安全性が向上するだけでなく、ボトムリーテナーの接触部が外部の衝撃を吸収して耐久性が向上するという効果を奏する。

また、本発明の一側面によれば、ボトムリーテナーの一領域にホールが形成されることで、ケースの底面に位置した電解液を電極組立体に円滑に吸収させて二次電池の性能低下を最小化するか、又は防止することができるという効果を奏する。

本発明に係る二次電池を示す斜視図。 図１のＡ−Ａ’に沿った断面図。 本発明の一つまたはそれ以上の実施例によるボトムリーテナーを示す斜視図。 図３ＡのＢ−Ｂ’に沿った断面図。 本発明の一つまたはそれ以上の実施例によるボトムリーテナーを示す斜視図。 本発明の一つまたはそれ以上の実施例によるボトムリーテナーを示す斜視図。 図５ＡのＣ−Ｃ’に沿った断面図。

以下、添付した図面を参照して本発明の実施例及びその他当業者が本発明の内容を易しく理解するために必要な事項について詳しく記載する。ただし、本発明は、特許請求の範囲に記載した範囲内でいろいろの異なる形態に具現されることができるので、下記に説明する実施例は、表現にかかわらず、例示的なものに過ぎない。

本実施例を説明するにあたり、関連公知機能あるいは構成についての具体的な説明が本発明の要旨を不要に曇らせることがあると判断される場合、その詳細な説明は略する。そして、図面で同一の構成要素等に対しては、たとえ他の図面上に表示されても可能な限り同一の参照番号及び符号で示している事に留意しなければならない。同時に、図面において各構成の厚さや大きさは、説明の便宜及び明確性のために誇張されることがあり、実際構成の厚さや大きさと異なる場合がある。

図１は、本発明に係る二次電池を示す斜視図、図２は、図１のＡ−Ａ’に沿った断面図である。
図１及び図２を参照すれば、本発明に係る二次電池は、電極組立体１０、第１リードタップ３１、第２リードタップ３２、前記電極組立体１０と前記第１及び第２リードタップ３１、３２とをその内部に収容するケースであって、上端及び底面を具備し、且つ、上端に開口を有するケース１５、及び、ケース１５の開口を密封するキャッププレート２０を含むことができる。

そして、キャッププレート２０は、第１電極端子２１（以下、「陰極端子」という。）、第２電極端子２２（以下、「陽極端子」という。）、陰極端子２１側（または陰極端子２１の近く）に具備される外部短絡部５０、及び、陽極端子２２側（または陽極端子２２の近く）に具備されるヒューズ部６０を含む。

ケース１５は、ケース１５の底面または底面上に（すなわち、前記ケース１５の底面の上部面または前記ケース１５の底面の内側上に）位置した板状のボトムリーテナー７０を含む。この時、ボトムリーテナー７０は、電極組立体１０を支持する支持部７１、及び、ケース１５の底面と接触する少なくとも一つの接触部７２を含む。ここで、ボトムリーテナー７０の支持部７１が板状に形成され、接触部７２は、支持部７１の下部面からケース１５の底面に向けて延在するように形成されることができる。

そして、支持部７１には、少なくとも一つのホール７３が形成されて、ケース１５の底面とボトムリーテナー７０との間に位置した電解液の流動性を向上させることができる。すなわち、ホール７３は、ケース１５の底面とボトムリーテナー７０との間に溜まっていて電極組立体１０に吸収されない電解液が円滑に移動する通路として機能することができる。また、このようなボトムリーテナー７０は、絶縁性を帯びる材質で形成されており、電極組立体１０との絶縁を維持することができる。

以下では、本発明に係る二次電池の各構成について説明する。

前記電極組立体１０は、電流を充電及び放電するために使用することができる。本発明の一実施例によれば、前記電極組立体１０は、絶縁体であるセパレーター１３の両面に第１電極１１（以下、「陰極」という）及び第２電極１２（以下、「陽極」という）を配置し、陰極１１、セパレーター１３、及び、陽極１２をゼリーロール状態で巻き取って形成される。

陰極１１及び陽極１２は、それぞれコーティング部１１ａ、１２ａ及び無地部１１ｂ、１２ｂを含む。前記コーティング部１１ａ、１２ａは、金属板の集電体に活物質を塗布して形成される。前記無地部１１ｂ、１２ｂは、集電体に活物質が塗布されていないため、露出した部分である。前記陰極１１の無地部１１ｂ及び陽極１２の無地部１２ｂは、それぞれ電極組立体１０の上部に突出される。

前記ケース１５は、その内部に電極組立体１０及び電解液を収容する空間を設定するように略直方体の形状を有する。前記ケース１５は、直方体の一面に形成された開口を具備する。開口は、電極組立体１０をケース１５の内部に挿入できるようにする。

キャッププレート２０は、薄い鋼板で成り、ケース１５の開口に設けられることで、ケース１５を密閉する。キャッププレート２０は、電解液注入口２９及びベントホール２４をさらに具備する。電解液注入口２９は、ケース１５にキャッププレート２０を結合した後、ケース１５の内部に電解液の注入ができるようにする。電解液の注入後、電解液注入口２９は、密封栓２７によって密封される。

ベントホール２４は、二次電池の内部圧力を排出するために使用されることができる。前記ベントホール２４は、ノッチ２５ａを有するベントプレート２５によって密閉される。二次電池の内部圧力が設定圧力に至った場合に、ベントプレート２５が前記ノッチ２５ａによって切開されてベントホール２４を開放する。すなわち、ベントプレート２５は、切開を誘導するノッチ２５ａを有することができる。

陰極端子２１及び陽極端子２２は、キャッププレート２０を貫通し、電極組立体１０に電気的に連結される。すなわち、陰極端子２１は、電極組立体１０の陰極１１に電気的に連結されて、陽極端子２２は、電極組立体１０の陽極１２に電気的に連結される。したがって、電極組立体１０は、陰極端子２１及び陽極端子２２を介してケース１５の外部に引き出される。

キャッププレート２０の内側にある前記陰極端子２１の部分及び前記陽極端子２２の部分は、互いに同一の構造を有する。したがって、以下の説明では、キャッププレート２０の内側の陰極端子２１及び陽極端子２２の特徴については陰極端子２１及び陽極端子２２全てを参照する。

しかし、キャッププレート２０の外側にある前記陰極端子２１の部分及び前記陽極端子２２の部分は、互いに構造が異なるため、キャッププレート２０外側の陰極端子２１及び陽極端子２２の特徴は別途で説明する。

陰極端子２１及び陽極端子２２は、それぞれリベットターミナル２１ａ、２２ａ、フランジ２１ｂ、２２ｂ、及びプレートターミナル２１ｃ、２２ｃを含む。前記リベットターミナル２１ａ、２２ａは、キャッププレート２０の各端子ホール３１１、３１２にそれぞれ設けられる。

前記フランジ２１ｂ、２２ｂは、キャッププレート２０の内側に具備され、それぞれリベットターミナル２１ａ、２２ａと一体に広く延在している。前記プレートターミナル２１ｃ、２２ｃは、キャッププレート２０の外側に配置され、リベットターミナル２１ａ、２２ａにそれぞれリベッティングまたは溶接により連結される。

陰極ガスケット３６及び陽極ガスケット３７は、陰極端子２１及び陽極端子２２のリベットターミナル２１ａ、２２ａとキャッププレート２０の端子ホール３１１、３１２の内面との間にそれぞれ設けられ、陰極端子２１及び陽極端子２２のリベットターミナル２１ａ、２２ａとキャッププレート２０との間をシーリングする。

陰極ガスケット３６及び陽極ガスケット３７は、それぞれフランジ２１ｂ、２２ｂとキャッププレート２０の内面との間にさらに延在するように設けられ、フランジ２１ｂ、２２ｂとキャッププレート２０との間をさらにシーリングする。すなわち、陰極ガスケット３６及び陽極ガスケット３７は、それぞれキャッププレート２０に設けられた陰極端子２１及び陽極端子２２を取り囲むことで、端子ホール３１１、３１２を介して電解液が漏洩（ｌｅａｋ）することを防止する。

一方、陰極リードタップ３１及び陽極リードタップ３２は、陰極端子２１及び陽極端子２２を電極組立体１０の陰極無地部１１ｂ及び陽極無地部１２ｂにそれぞれ電気的に連結する。すなわち、陰極リードタップ３１及び陽極リードタップ３２をリベットターミナル２１ａ、２２ａの下端にそれぞれ結合して下端をコーキングすることで、陰極リードタップ３１及び陽極リードタップ３２は、フランジ２１ｂ、２２ｂに支持されながらリベットターミナル２１ａ、２２ａの下端に連結される。

本発明の実施例は、電極組立体を２個以上具備した二次電池にも適用されることができる。このような実施例等で複数の陰極無地部１１ｂ及び陽極無地部１２ｂそれぞれは、陰極リードタップ３１及び陽極リードタップ３２によって電気的に連結されることができる。

陰極絶縁部材４１及び陽極絶縁部材４２は、陰極リードタップ３１及び陽極リードタップ３２とキャッププレート２０との間にそれぞれ設けられ、陰極リードタップ３１及び陽極リードタップ３２とキャッププレート２０とを電気的に絶縁させる。また、陰極絶縁部材４１及び陽極絶縁部材４２は、一側でキャッププレート２０に結合され、他側で陰極リードタップ３１及び陽極リードタップ３２とリベットターミナル２１ａ、２２ａ及びフランジ２１ｂ、２２ｂとをそれぞれ取り囲むので、これらの連結構造を実質的に安定させる。

図２を参照すれば、外部短絡部５０は、内部圧力に応じて離隔または短絡される短絡タップ５１及び短絡部材５３を含む。

短絡タップ５１は、陰極端子２１のリベットターミナル２１ａに電気的に連結されて絶縁部材３８を介在してキャッププレート２０の外側に配置される。絶縁部材３８は、短絡タップ５１とキャッププレート２０との間に設けられて短絡タップ５１とキャッププレート２０とを電気的に絶縁させる。すなわち、キャッププレート２０は、陰極端子２１に電気的に絶縁された状態である。

短絡タップ５１とターミナルプレート２１ｃとをリベットターミナル２１ａの上端に結合して上端をコーキングすることで、短絡タップ５１とターミナルプレート２１ｃとは、リベットターミナル２１ａの上端に結合される。したがって、短絡タップ５１とターミナルプレート２１ｃとは、絶縁部材３８を介在した状態でキャッププレート２０に固定して支持される。

短絡部材５３は、キャッププレート２０の短絡ホール２３に設けられる。短絡タップ５１は、陰極端子２１に連結されて短絡部材５３に向けて延在している。したがって、短絡ホール２３において短絡タップ５１と短絡部材５３とは、互いに向い合って離隔状態（図２に示された実線状態）または短絡回路を惹起するために互いに接触された状態（図２に示された点線）を形成するようになる。

二次電池の内部圧力が上昇する時、短絡部材５３は、変形されて短絡タップ５１に接触される。したがって、短絡タップ５１とキャッププレート２０とは、電気的に連結されて電極組立体１０の短絡状態を維持する。短絡の時、短絡タップ５１及び短絡部材５３を介して陰極端子２１と陽極端子２２との間で瞬間的に高電圧電流が放電する。この時、電極組立体１０と陰極端子２１及び陽極端子２２とを連結する放電ラインでヒューズ部６０が溶けて切れることがありえる。

ヒューズ部６０が溶けて切れる場合、切れ目でアーク（Ａｒｃ）が発生し得る。この時、アークの残骸物がケース１５内側の底面に落下してケース１５の底面が溶融されて破損が発生し得る。しかし、本発明のケース１５内側の底面に位置したボトムリーテナー７０によって、これを防止することができる。

本発明のボトムリーテナー７０は、電極組立体１０を支持する板状の支持部７１、及び、前記支持部７１の下部面からケース１５の底面の上部面に延在される接触部７２を含む。これによって、二次電池に衝撃が加えられた場合でも、接触部７２がテンション状態を維持し、電極組立体１０が上下方向の振動の時ゼリーロールが分解されることが防止されて安全性が向上することができる。

また、外部の衝撃がボトムリーテナー７０によって吸収されることができ、これにより、二次電池の耐久性を向上させることができる。さらに、ボトムリーテナー７０がホール７３を具備するので、二次電池の異常発生の時に電極組立体１０から発生されたガスの円滑な排出が可能であり、安全性及び二次電池の品質を向上させることができる。

図３Ａは、本発明の第１一つまたはそれ以上の実施例によるボトムリーテナーを示す斜視図、図３Ｂは、図３ＡのＢ−Ｂ’に沿った断面図である。

図３Ａ及び図３Ｂを参照すれば、ボトムリーテナー７０は、ケース１５の底面の上部面（つまり、前記ケース１５内部の底面）に位置し、電極組立体１０を支持する支持部７１、及び、ケース１５の底面と接触する少なくとも一つの接触部７２を含む。前記ボトムリーテナー７０は、絶縁材質で形成されて、ケース１５の底面と電極組立体１０との間を絶縁する。

ボトムリーテナー７０の支持部７１は、平坦な板状で形成されることができる。そして、ボトムリーテナー７０の接触部７２は、支持部７１の下部面からケース１５の底面の上部面に向けて延在されることができる。

接触部７２は、傾斜部７２ａ及び水平部７２ｂを含む。前記傾斜部７２ａは、支持部７１からケース１５の底面に向けて傾くように延在される。前記水平部７２ｂは、傾斜部７２ａの端部に形成されており、ケース１５の底面と水平である。このようにケース１５の底面と水平部７２ｂが接触しているので、ボトムリーテナー７０がより安定に電極組立体１０を支持することができる。

ボトムリーテナー７０の接触部７２は、電極組立体１０を上方に持続的に押し付けて、電極組立体１０の重さ及び上下部方向に発生した振動によって電極組立体１０が分解されることを防止することができる。

また、接触部７２の傾斜部７２ａは、二つずつまたは一対ずつ隣接するように形成されることができる。隣接した前記傾斜部７２ａは、前記支持部７１に隣接した部分において第１距離で離隔され、前記水平部７２ｂと隣接した部分において第２距離で離隔されることができ、前記第２距離は、前記第１距離より大きいことがあり得る。一実施例として、隣接した前記傾斜部７２ａは、下部に行くほど互いに遠くなる方向に傾くように形成されることができる。

支持部７１には、少なくとも一つのホール７３が形成される。一実施例として、ホール７３は、接触部７２の上部に位置した支持部７１に形成されることができる。このように、支持部７１に形成されたホール７３によって電解液が円滑に流れることができる。

図４は、本発明の一つまたはそれ以上の実施例によるボトムリーテナーを示す斜視図である。図４を参照すれば、本発明の一つまたはそれ以上の実施例によるボトムリーテナー８０は、略平坦な板状の支持部８１、及び、支持部８１の下部面からケース１５の底面の上部面に向けて延在された接触部８２を含む。

複数の接触部８２は、二つずつまたは一対ずつ互いに隣接するように具備される。隣接した前記接触部８２は、前記支持部８１に隣接した部分において第１距離で離隔され、前記ケース１５の底面と隣接した部分において第２距離で離隔されることができ、前記第２距離は、前記第１距離より大きいことがあり得る。一実施例として、隣接した前記接触部は、下部に行くほど互いに遠くなる方向に傾くように形成されることができる。そして、支持部８１に複数のホール８３が形成されて電解液が円滑に移動する通路が形成されることができる。

一つまたはそれ以上の実施例で、ホール８３の少なくとも一部の縁が波形を有することができ、支持部８１の少なくとも一部の縁が波形を有することができる。ホール８３は、四角形状に形成されることができ、ケース１５の短側面と水平であるホール８３の縁が波形に形成されることができる。また、ケース１５の短側面と接するボトムリーテナー８０の支持部８１の縁が波形に形成されることができる。

これによって、ボトムリーテナー８０が電極組立体１０を上部へ持続的に押し付けて、二次電池の異常発生の時に電極組立体１０から排出されるガスの流路が詰まるのを防止することができる。また、波形の支持部８１によってボトムリーテナー８０の剛性を補強することができる。

図５Ａは、本発明の一つまたはそれ以上の実施例によるボトムリーテナーを示す斜視図、図５Ｂは、図５ＡのＣ−Ｃ’に沿った断面図である。

図５Ａ及び図５Ｂを参照すれば、本発明の一つまたはそれ以上の実施例によるボトムリーテナー９０は、電極組立体１０（図２参照）を支持する支持部９１、及び、ケース１５（図２参照）の底面の上部面と接触する接触部９２を含む。

支持部９１及び接触部９２は、交互に形成されて、ケース１５の長側面と接するボトムリーテナー９０の垂直断面がエンボシング形態で形成されることができる。すなわち、電極組立体１０を支持する支持部９１とケース１５の底面と接触する接触部９２との間の高さの差によって、ボトムリーテナー９０はエンボシング形態を帯びる。

そして、支持部９１には、少なくとも一つのホール９３が形成されたボトムリーテナー９０とケース１５の底面との間に電解液が移動することができる通路を提供する。ボトムリーテナー９０とケース１５の底面との間は、完全に密着された状態ではないため、電解液が溜まることがあり得るが、ボトムリーテナー９０の支持部９１にホール９３が形成されることで、ケース１５の底に電解液が溜まるような現象を防止することができる。

以上、本発明の技術思想は、上記の好ましい実施例によって具体的に記述されたが、上記の実施例は、当該説明のためのものであり、その制限のためのものではないことに注意しなければならない。また、本発明の技術分野における通常の知識を有する者であれば、本発明の技術思想の範囲内で多様な変形例が可能であることを理解できるであろう。そして、上述した発明に対する権利範囲は、以下の特許請求の範囲によって決められるべきであり、明細書の本文記載に拘束されることなく、請求範囲の均等範囲に属する変形及び変更は、いずれも本発明の範囲に属するものである。

１０ 電極組立体、
１１ 陰極、
１２ 陽極、
１３ セパレーター、
１５ ケース、
２０ キャッププレート、
２１ 陰極端子、
２２ 陽極端子、
２３ 短絡ホール、
３１ 陰極リードタップ、
３２ 陽極リードタップ、
５０ 外部短絡部、
６０ ヒューズ部、
７０、８０、９０ ボトムリーテナー、
７１、８１、９１ 支持部、
７２、８２、９２ 接触部、
７３、８３、９３ ホール

Claims (8)

1. 第１電極、第２電極、及び前記第１電極と前記第２電極との間のセパレーターを含む電極組立体と、
   前記電極組立体をその内部に収容するケースであって、上端及び底面を具備し、前記上端に開口を有するケースと、
   前記ケースの前記開口を密封するキャッププレートと、
   前記ケースの前記底面に位置するボトムリーテナーと、
   を含む二次電池であって、
   前記ボトムリーテナーは、前記電極組立体を支持する支持部、及び、前記ケースの底面と接触する少なくとも一つの接触部を含み、
   前記支持部は、略平坦な板状に形成され、
   前記接触部は、前記支持部の下部面から前記ケースの前記底面に向けて延在され、
   前記接触部は、前記支持部から前記ケースの底面に向けて傾くように延在される傾斜部、及び、前記傾斜部の端部から延在されて前記ケースの底面と並んだ水平部を含むことを特徴とする二次電池。
2. 前記接触部は、互いに隣接した二つの傾斜部を含み、隣接した前記二つの傾斜部は、前記支持部と隣接した部分において第１距離で離隔され、前記水平部と隣接した部分において第２距離で離隔され、前記第２距離は、第１距離より大きいことを特徴とする請求項１に記載の二次電池。
3. 前記支持部には少なくとも一つのホールを含むことを特徴とする請求項１に記載の二次電池。
4. 前記ホールは、前記接触部の上部に位置することを特徴とする請求項３に記載の二次電池。
5. 前記ホールの少なくとも一部の縁が波形を有することを特徴とする請求項３に記載の二次電池。
6. 前記支持部の少なくとも一部の縁が波形を有することを特徴とする請求項１に記載の二次電池。
7. 前記支持部及び前記接触部が交互に形成されて、前記ケースの側面と接する前記ボトムリーテナーの垂直断面がエンボシング形態で形成されることを特徴とする請求項１に記載の二次電池。
8. 前記ボトムリーテナーは、絶縁部材を含むことを特徴とする請求項１に記載の二次電池。

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