JP6795145B2 - 二次電池 - Google Patents

Description

［関連出願の相互参照］

本出願は、２０１７年４月１３日付韓国特許出願第１０−２０１７−００４７９３７号に基づいた優先権の利益を主張し、当該韓国特許出願の文献に開示された全ての内容は、本明細書の一部として含まれる。

本発明は、二次電池に関するものであって、二次電池内部のガスを効果的に排出できる構造を有する二次電池に関するものである。

繰り返し充電及び放電が可能な二次電池（ｓｅｃｏｎｄａｒｙ ｂａｔｔｅｒｙ）の場合、安全性確保が重要である。従来技術によれば、二次電池の安全性確保のために、缶型（ｃａｎ−ｔｙｐｅ）二次電池の場合、二次電池の上部に備えられ二次電池内部の圧力が上昇する場合に破断が起こることで、二次電池内部のガスを外部に放出するための安全ベントが備えられる場合がある。

一方、二次電池内部の圧力が上昇する原因は多様であり得るが、そのような原因のうち一つである二次電池の発火の場合、他の原因に比べ二次電池内部の圧力が急激に上昇するという点で安全事故等の危険性が大きい。特に、二次電池が発火する場合、二次電池内部で燃焼された電極及び分離膜等によって安全ベントが破断することで形成されたガス等の排出経路が遮断される場合が発生し得る。この場合、二次電池内部のガス及び物質等が確実に排出されていないことによって、爆発等の安全事故が発生する危険性が大きいという問題点があった。

したがって、本発明が解決しようとする課題は、二次電池が発火する場合、二次電池内部のガス及び物質等が円滑に排出されるようにし、二次電池の発火時の安全性を向上することにある。

前記目的を達成するための本発明の一様態によれば、電極組立体と、前記電極組立体を収容するための電池缶と、前記電池缶に塗布される塗布部とを含み、前記電池缶は、前記電池缶の他の領域に比べ相対的に薄い厚さを有するスリム部を含み、前記塗布部は前記スリム部上に塗布され、前記塗布部より低い引張強度を有する金属材質でなる二次電池が提供される。

前記電池缶は、前記電池缶の上部に備えられ内側に湾入された形状を有するビーディング部とを含み、前記スリム部及び塗布部は、前記ビーディング部の下部に備えられてよい。

前記スリム部の厚さ及び前記塗布部の厚さの和は、前記電池缶の他の領域の厚さと同一であってよい。

前記スリム部は、互いに異なる方向に延長された少なくとも２個以上の面が交差する形態を有してよい。

前記スリム部は、互いに異なる方向に延長された少なくとも２個以上の面が放射状に交差する形態を有してよい。

前記少なくとも２個以上の面が交差する領域の厚さが、前記交差する領域を除いた領域の厚さに比べ薄く形成されてよい。

電池缶１０において、スリム部以外の隣接した他の領域の厚さに対するスリム部の厚さの比が０．６から０．７であってよい。

前記スリム部の厚さは、０．０９〜０．１１ｍｍ範囲内であり、前記電池缶において前記スリム部と隣接した他の領域の厚さは、０．１４から０．１６ｍｍ範囲内であってよい。

前記スリム部及び塗布部は、前記ビーディング部と前記電池缶の中央部の間に備えられてよい。

前記塗布部は、アルミニウム材質であってよい。

前記スリム部の引張強度に対する前記塗布部の引張強度の比は、０．５から０．７であってよい。

本発明によれば、二次電池が発火する場合、二次電池内部のガス及び物質等が円滑に排出されるようにし、二次電池の発火時の安全性が向上され得る。

本発明の一実施形態による二次電池の構造を示した側面図である。 本発明の一実施形態による二次電池において、スリム部及び塗布部が形成された領域を拡大し示した側断面図である。

以下、図面を参照し本発明による二次電池の構造を説明する。

図１は、本発明の一実施形態による二次電池の構造を示した側面図であり、図２は、本発明の一実施形態による二次電池においてスリム部及び塗布部が形成された領域を拡大し示した側断面図である。

一方、本発明による二次電池は、缶型（ｃａｎ−ｔｙｐｅ）二次電池であってよく、円筒形二次電池であってよい。

図１及び図２を参照すれば、本発明の一実施形態による二次電池１は、二次電池１の本体を形成する電池缶１０を含んでよい。電池缶１０の内部には、電極と分離膜を含む電極組立体（図示省略）が収容されてよい。

一方、二次電池１の電池缶１０には、電池缶１０の上部に備えられ内側に湾入された形状を有するビーディング部１２が形成されてよい。

次いで、図１及び図２を参照すれば、本発明の一実施形態による二次電池１の電池缶１０は、電池缶１０の他の領域に比べ相対的に薄い厚さを有するスリム部１４を含んでよい。スリム部１４を除いた電池缶１０の他の領域の厚さは一定であり、且つ、スリム部１４の厚さより厚くてよい。

図１及び図２に示されたように、スリム部１４は、外側から見る時、電池缶１０の外側表面から内側に向けて湾入された形状であってよい。しかし、これと異なり、スリム部１４は電池缶１０の内側表面から外に向けて湾入された形状であってもよい。すなわち、本発明の他の実施例による二次電池１のスリム部１４は、電池缶１０の内部で湾入された形状を有してよい。

本発明の一実施形態によれば、二次電池１が電池缶１０の他の領域に比べ相対的に薄い厚さを有するスリム部１４を含むため、二次電池が発熱又は発火し二次電池１内部の圧力が非正常的に大きい場合、厚さが相対的に薄いスリム部１４で先に破断が発生し、ガス及び二次電池内部の物質を外部に速かに放出できるようになる。

特に、従来技術によれば、二次電池の安全性のために二次電池内部のガスを外部に放出するための安全ベント等が備えられる場合が多いが、二次電池が発火する場合、二次電池内部の電極又は分離膜等が燃焼する過程でガスが排出される経路を塞ぐ場合が発生するようになり、ガスや物質等の排出が円滑に行われない場合が多かった。しかし、本発明によれば、二次電池の側面にスリム部が形成されるため、二次電池が発火しても二次電池内部のガスや物質等の排出が円滑に行われるようになる。

次いで、図１を参照すれば、本発明の一実施形態によるスリム部１４は、互いに異なる方向に延長された少なくとも２個以上の面が交差する形態を有してよい。図１には、スリム部１４が２個の面が互いに交差し一つの交差領域を有する十字形態を有する場合が示されている。しかし、これに限定されるものではなく、スリム部１４は、３個以上の面が互いに交差し２個以上の交差領域を有する形態を有してもよい。又は、スリム部１４は、２個以上の面が放射状に交差する形態を有してもよい。

また、スリム部１４で少なくとも２個以上の面が交差する領域の厚さは、２個以上の面が交差する領域を除いた領域の厚さに比べ薄くてよい。

本発明によれば、スリム部１４は、互いに異なる方向に延長された少なくとも２個以上の面が交差する形態を有しつつ、２個以上の面が交差する領域の厚さは２個以上の面が交差する領域を除いた領域の厚さに比べ薄くてよいため、２個以上の面が互いに交差する領域で破断が発生する場合、そのような破断が２個以上の面が互いに交差しない領域に拡がるため多くの量のガスが早く排出され得、様々な方向に形成されたスリム部の破断部を介して二次電池内部のガスが多様な方向に排出され得るため、二次電池内部のガス等が効果的に排出され得る。

一方、スリム部１４は、ビーディング部１２の下部に備えられてよい。特に、スリム部１４は、図１に示されたように、ビーディング部１２と電池缶１０の中央部との間に形成されてよい。円筒形電池の場合、二次電池の内圧上昇による非常時にガスを排出するための安全ベントが二次電池の上部に備えられる場合が一般的であるが、二次電池の内圧上昇による非常時に安全ベントが破断される場合にも、破断が起こった領域が二次電池内部の異物によって詰まる現象が発生し得る。この場合、二次電池が爆発する危険が増加する。本発明によれば、スリム部１４がビーディング部１２と電池缶１０の中央部との間、すなわち、二次電池の上部に備えられるため、二次電池の上部に備えられた安全ベントが自らの役割ができない場合、二次電池の上部に溜まっているガスが破断されたスリム部１４を介して排出され得る。

一方、本発明の電池缶１０でスリム部以外の隣接した他の領域の厚さに対するスリム部１４の厚さの比は、０．６から０．７であってよい。好ましくは、電池缶１０でスリム部以外の隣接した他の領域の厚さに対するスリム部１４の厚さの比は、０．６５から０．６８であってよい。スリム部１４の厚さが異なる領域の厚さ対比０．６未満に薄い場合には、二次電池内部の圧力が正常状態の場合にもスリム部に破断が発生し得る。反対に、電池缶１０でスリム部１４と隣接した他の領域の厚さに比べ、スリム部１４の厚さ比が０．７を超過する場合には、二次電池内部の圧力が非正常的に増加する時もスリム部に破断が発生しないことがある。

例えば、スリム部１４の厚さは０．０９から０．１１ｍｍの範囲内であってよく、電池缶１０でスリム部１４と隣接した他の領域の厚さは０．１４から０．１６ｍｍ範囲内であってよい。

一方、本発明の一実施形態による二次電池１は、電池缶１０に塗布される塗布部１６をさらに含んでよい。この時、塗布部１６はスリム部１４上に塗布され、塗布部１６の引張強度はスリム部の引張強度より低くてよい。また、スリム部１４の厚さ及び塗布部１６の厚さの和は、電池缶１０の他の領域の厚さと実質的に同一であってよい。一方、スリム部１４の場合と類似に、塗布部１６もやはりビーディング部１２の下部に備えられてよい。例えば、塗布部１６は、ビーディング部１２と電池缶１０の中央部の間に備えられてよい。

また、前述したところのように、スリム部１４は電池缶１０の外部に形成されるか、電池缶１０の内部に形成されてよいため、これに対応されるよう、塗布部１６もやはり電池缶１０の外部に形成されるか、電池缶１０の内部に形成されてよい。

本発明によれば、塗布部１６は、電池缶１０中スリム部１４が形成された領域を補強する役割をする。すなわち、スリム部上に塗布部が形成されることで、スリム部が電池缶の内部に形成される場合には、スリム部を電極組立体又は電解液等から保護し、スリム部が電池缶の外部に形成される場合には、スリム部を外部環境又は外部物体等から保護しつつ、スリム部に外部の異物がついてスリム部が損傷又は腐食されることを防止する役割ができる。但し、この時にも、二次電池内部の圧力が増加する場合、破断されることでガス等を外部に放出するスリム部の役割を続けることができるように、塗布部の引張強度がスリム部の引張強度よりは低くてよい。但し、塗布部１６がスリム部１４より高い引張強度を有する材質で形成される場合、スリム部に破断が発生することを妨害し得る。したがって、塗布部は、スリム部より低い引張強度を有する材質でなることが好ましく、具体的には、スリム部より低い引張強度を有する金属材質でなることが好ましい。

このとき、前記スリム部の引張強度に対する塗布部の引張強度の比は、０．５から０．７であってよい。より好ましくは、スリム部の引張強度に対する塗布部の引張強度の比は、０．５５から０．６５であってよい。

塗布部の引張強度があまりにも低ければ、外部衝撃から二次電池を保護する効果が落ち、反対に、スリム部１４の厚さがあまりにも厚ければ、二次電池内部の圧力が非正常的に増加する時にも塗布部に破断が発生しないことがあるからである。

例えば、塗布部１６の引張強度は１５０から２００ＭＰａであってよい。より好ましくは、塗布部１６の引張強度は１７０から１８０Ｍｐａであってよい。

一方、本発明による二次電池の電池缶は、ニッケル（Ｎｉｃｋｅｌ）で構成された缶であってよく、本発明による塗布部１６は、ニッケルの引張強度より低い物質であってよい。

本発明による二次電池の電池缶１０は、金属材質であってよく、例えば、ニッケル、ＳＵＳ（Ｓｔｅｅｌ Ｕｓｅ Ｓｔａｉｎｌｅｓｓ）、又はこれらの合金であってよく、好ましくは、ＳＵＳであってよい。

本発明による二次電池の塗布部１６は、金属材質であってよく、アルミニウム材質であってよい。例えば、塗布部１６は、アルミニウム合金であってよい。この時、塗布部１６に用いられるアルミニウム合金では、アルミニウムが９８から９９％の重量比を有してよく、マンガンは１から２％の重量比を有してよい。塗布部１６に用いられるアルミニウム合金は、例えば、Ａｌ ３００３であってよい。

前記のように二次電池の塗布部１６が金属材質でなる場合、フッ素系樹脂又はポリ−オレフィン系樹脂のような樹脂（ｒｅｓｉｎ）材質を用いる場合に比べ、二次電池内部の圧力増加によるスリム部の破断が円滑にスリム部の全領域にわたって均等に起こり得る。

合金は、樹脂と比較し相対的に熱伝導率が高いことが一般的である。特に、アルミニウム合金は、樹脂に比べ熱伝導率が著しく高い。この時、二次電池内部の異常により二次電池内部の温度及び内圧が上昇する場合、二次電池内部の熱が塗布部に伝達されるが、合金の熱伝導性によって二次電池内部の熱が塗布部の全ての領域に均等に伝達され破断が速かに起こり得る。これに比べ、樹脂材質の場合、熱伝導率が落ちるため、二次電池内部に発火のような急激な温度変化が発生する場合、局所領域に熱が集中され樹脂が溶融されるか、熱変形される等の問題が発生し得る。このような樹脂の溶融又は熱変形が起こる場合、溶融された樹脂によって破断部が詰まるか遅延される等の問題点が発生し得る。

以上のように本発明は、たとえ限定された実施形態と図面によって説明されたとしても、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有する者により本発明の技術思想と、以下に記載する特許請求範囲の均等範囲内で多様な実施が可能なことは勿論である。

Claims (11)

1. 電極組立体と、
   前記電極組立体を収容するための電池缶と、
   前記電池缶に塗布される塗布部と
   を含み、
   前記電池缶は、前記電池缶の他の領域に比べ相対的に薄い厚さを有するスリム部を含み、
   前記塗布部は前記スリム部上に塗布され、前記スリム部より低い引張強度を有する金属材質でなる
   二次電池。
2. 前記電池缶は、
   前記電池缶の上部に備えられ内側に湾入された形状を有するビーディング部を含み、
   前記スリム部及び前記塗布部は、前記ビーディング部の下部に備えられる
   請求項１に記載の二次電池。
3. 前記スリム部及び前記塗布部は、前記ビーディング部と前記電池缶の中央部の間に備えられる
   請求項２に記載の二次電池。
4. 前記スリム部の厚さ及び前記塗布部の厚さの和は、前記電池缶の他の領域の厚さと同一である
   請求項１から３のいずれか１項に記載の二次電池。
5. 前記スリム部は、互いに異なる方向に延長された少なくとも２個以上の面が交差する形態を有する
   請求項１から４のいずれか１項に記載の二次電池。
6. 前記スリム部は、互いに異なる方向に延長された少なくとも２個以上の面が放射状に交差する形態を有する
   請求項５に記載の二次電池。
7. 前記少なくとも２個以上の面が交差する領域の厚さが、前記交差する領域を除いた領域の厚さに比べ薄く形成される
   請求項５または６に記載の二次電池。
8. 前記電池缶で前記スリム部以外の隣接した他の領域の厚さに対する前記スリム部の厚さの比が０．６から０．７である、
   請求項１から７のいずれか１項に記載の二次電池。
9. 前記スリム部の厚さは０．０９〜０．１１ｍｍ範囲内であり、
   前記電池缶で前記スリム部と隣接した他の領域の厚さは０．１４から０．１６ｍｍ範囲内である、
   請求項１から８のいずれか１項に記載の二次電池。
10. 前記塗布部は、アルミニウム材質である
    請求項１から９のいずれか１項に記載の二次電池。
11. 前記スリム部の引張強度に対する前記塗布部の引張強度の比は０．５から０．７である、
    請求項１から１０のいずれか１項に記載の二次電池。