JP6966147B2 - 二次電池 - Google Patents

Description

［関連出願の相互参照］
本出願は、２０１７年１１月１７日付韓国特許出願第１０−２０１７−０１５３６４９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ている全ての内容は本明細書の一部として含まれる。

本発明は、二次電池に関し、より詳しくは、短絡時に短絡圧の低下を防止することができる二次電池に関する。

物質の物理的反応や化学的反応により電気エネルギーを生成させて外部に電源を供給することになる電池（ｃｅｌｌ、ｂａｔｔｅｒｙ）は、各種の電気電子機器で取り囲まれている生活環境に伴い、建物に供給される交流電源を獲得できない場合や、直流電源が必要な場合に用いることになる。

このような電池の中で、化学的反応を利用する化学電池である一次電池と二次電池が一般に多く用いられている。一次電池は、通常乾電池に称されるもので消耗性電池である。また、二次電池は、電流と物質の間の酸化還元の過程が複数回繰り返し可能な素材を使って製造される再充電式電池であって、電流によって素材に対する還元反応が行なわれると電源が充電され、素材に対する酸化反応が行なわれると電源が放電されるところ、このような充電−放電が繰り返して行われることによって電気が生成されるようになる。

一方、二次電池の中でリチウムイオン電池は、正極導電ホイルと負極導電ホイルにそれぞれ活物質を一定の厚さでコーティングし、前記両導電ホイルの間にはセパレータが介在されるようにして、略ゼリーロール（ｊｅｌｌｙ ｒｏｌｌ）あるいは円筒の形態に複数回巻き取って製作した電極組立体を円筒状または角形カン、パウチなどに収納し、これを密封処理して製作される。

韓国公開特許第１０−２０１１−００９５１１８号公報には従来の二次電池が開示されている。

二次電池は、内部圧力が増加する時にトップキャップ組立体を介して内部ガスを外部に排出し、トップキャップ組立体は、内部ガスの排出のための安全ベント（ｖｅｎｔ）が形成される。

このような安全ベントは、トップキャップ組立体とカンの間に設けられたベントフランジ部に形成されているノッチが、カン内部の圧力が増加する時に切開され、ガスの排出のための通路を形成する構成である。

ところが、従来には、トップキャップ組立体をカンに組み合わせる際、カンを折り曲げるクリンピング工程によって組み合わせていたが、クリンピング工程中に安全ベントに外力が加えられて安全ベント作動部の形状が変形されるという問題点があった。

安全ベント作動部の形状が変形されると、安全ベントを破断させる実際の短絡圧が、設計した短絡圧に比べて低下するため、電池の安全性を低下させるという問題点があった。

したがって、本発明は、前記のような問題点を解決するために案出されたものであって、本発明の課題は、安全ベントを改善して短絡圧の低下を防止することができる二次電池を提供することである。

本発明の一実施形態に係る二次電池は、電極組立体を収容するカン部材、前記カン部材の開口部を覆うトップキャップ組立体、及び前記トップキャップ組立体に設けられ、前記カン部材内部の内圧が増加する時にガスを排出するための安全ベントを含んでなり、前記安全ベントは、本体、及び前記本体の外側縁部がベンディング（ｂｅｎｄｉｎｇ）されているベンディング部を含み、前記ベンディング部と前記本体の間には緩衝空間が形成されることを特徴とする。

前記ベンディング部は、前記本体から起立するようにベンディングされている起立部と、前記起立部の端部から前記本体の内側方向にベンディングされている支持部と、前記支持部の端部から前記本体の表面に沿ってベンディングされ、前記本体と接触する接触部とを含むことができる。

前記支持部は、前記起立部の端部から前記本体の上面と平行した方向にベンディングされている上部と、前記上部の端部と前記接触部を連結するブリッジ部とを含むことができる。

前記支持部は、傾斜面で形成されてよい。

前記緩衝空間のまわりを、前記本体と前記起立部と前記支持部が取り囲むことができる。

前記緩衝空間は、リング状に取り囲まれてよい。

前記カン部材の開口部を折り曲げるクリンピング（ｃｒｉｍｐｉｎｇ）により、前記ベンディング部が前記カン部材に締結されてよい。

前記緩衝空間は、前記クリンピング時の圧力を緩衝することができる。

前記ベンディング部と前記カン部材の間を絶縁するクリンピングガスケットを含むことができる。

前記緩衝空間に挿入される緩衝部材をさらに含むことができる。

前記緩衝部材は、ゴム、合成樹脂、繊維、シリコン中のいずれか一つ以上の素材からなってよい。

本発明によれば、クリンピング工程において安全ベントの変形を防止するという効果がある。

本発明によれば、安全ベントと電流遮断部材が切れて二次電池の機能を喪失させる圧力である短絡圧を一定に維持するという効果がある。

本発明によれば、短絡時に短絡圧を一定に維持して追加的な二次電池内部の反応を抑制するという効果がある。

本発明によれば、短絡時に短絡圧を一定に維持して二次電池の爆発及び火事を防止するという効果がある。

本発明の一実施形態に係る二次電池を示した斜視図である。 本発明の一実施形態に係る二次電池の主要部を見せるために図１を切断してＡ−Ａ方向に示した断面図である。 図２における緩衝空間の部分を拡大し、緩衝部材が挿入されたことを示した断面図である。 本発明の他の実施形態に係る二次電池の緩衝空間の部分を拡大し、緩衝部材が挿入されたことを示した断面図である。 本発明の一実施形態に係る緩衝部材を平面で示した平面図である。

以下、図を参照しつつ、本発明の好ましい実施形態に係る二次電池に対して詳しく説明する。

本明細書及び特許請求の範囲に用いられた用語や単語は、通常的や辞書的な意味に限定して解釈されてはならず、発明者は自身の発明を最良の方法で説明するために用語の概念を適宜定義することができるという原則に則って、本発明の技術的思想に適合する意味と概念として解釈されなければならない。よって、本明細書に記載されている実施形態と図に示されている構成は、本発明の最も好ましい一実施形態に過ぎず、本発明の技術的思想を全て代弁するものではないので、本出願の時点においてこれらを代替することができる多様な均等物があり得ることを理解しなければならない。

図において、各構成要素またはその構成要素をなす特定部分の大きさは、説明の便宜及び明確性のために誇張または省略されるか、あるいは概略的に示されている。よって、各構成要素の大きさは、実際の大きさを全的に反映するものではない。関連の公知機能あるいは構成に対する具体的な説明が、本発明の要旨を不要に不明確にし得ると判断される場合、かかる説明は省略する。

図１は、本発明の一実施形態に係る二次電池を示した斜視図である。図２は、本発明の一実施形態に係る二次電池の主要部を見せるために図１を切断してＡ−Ａ方向に示した断面図である。

図１及び図２に示されている通り、本発明の一実施形態に係る二次電池は、電極組立体１を収容するカン部材１００、前記カン部材１００の開口部１０１を覆うトップキャップ組立体１１０、及び前記トップキャップ組立体１１０に設けられ、前記カン部材１００内部の内圧が増加する時にガスを排出するための安全ベント１２０を含んでなり、前記安全ベント１２０は、本体１２１、及び前記本体１２１の外側縁部がベンディング（ｂｅｎｄｉｎｇ）されているベンディング部１３０を含み、前記ベンディング部１３０と前記本体１２１の間には緩衝空間（Ｂ）が形成される。

電極組立体１は、例えば、正極活物質が塗布された正極、負極活物質が塗布された負極、及び正極と負極の間に介在されているセパレータを複数回積層して作製することができる。

そして、電極組立体１は、正極とセパレータ及び負極を積層した積層体をゼリーロール状に巻き取って作製することもできる。

カン部材１００は、円形のリチウムイオン二次電池において略円筒状の上方が開放された形状を有する金属材質の容器であるか、角形のリチウムイオン二次電池において略角形の上方が開放された形状を有する金属材質の容器であってよく、一般に、軽くて腐食への対処が容易なアルミニウム、アルミニウム合金及びステンレススチール中のいずれか一つ以上の素材が用いられてよい。

カン部材１００は、電極組立体１と電解液（図示省略）の容器となり、電極組立体１がカン部材１００の開放された上端、すなわち、上端開口部を介してカン部材１００に挿入された後、カン部材１００の上端開口部は、トップキャップ組立体１１０によって密封されてよい。

トップキャップ組立体１１０は、安全ベント１２０と、安全ベント１２０の下側に組み合わせられる電流遮断部材１６０とを含むことができる。

安全ベント１２０は、カン部材１００内部の内圧が上昇する時にカン部材１００内部のガスを排出するため、安全ベント１２０に凹んで形成され、カン部材１００内部の内圧によって破断されるノッチ部１２３を形成することができる。

電流遮断部材１６０は、安全ベント１２０の下側に中央部１６１を組み合わせ、カン部材１０内部の内圧が上昇する時、安全ベント１２０の破断部とともに中央部１６１を破断させて電流を遮断させることができる。

図３は、図２における緩衝空間の部分を拡大し、緩衝部材が挿入されたことを示した断面図である。

図３に示されている通り、ベンディング部１３０は、安全ベント１２０の本体１２１の外側縁部から起立するようにベンディングされている起立部１３１と、起立部１３１の端部から本体１２１の内側方向にベンディングされている支持部１３３と、支持部１３３の端部から本体１２１の表面に沿ってベンディングされ、本体１２１と接触する接触部１３５とを含むことができる。

接触部１３５は、本体１２１の表面に凹凸方式で締結されるか、溶接などによって組み合わせられてよい。

支持部１３３は、例えば、起立部１３１の端部から本体１２１の上面と平行した方向にベンディングされている上部１３３ａと、上部１３３ａの端部からベンディングされて上部１３３ａと接触部１３５を連結するブリッジ部１３３ｂとを含むことができる。

緩衝部材１４１は、緩衝空間（Ｂ）に挿入されて緩衝空間（Ｂ）の緩衝機能を強化することができる。

図４は、本発明の他の実施形態に係る二次電池の緩衝空間の部分を拡大し、緩衝部材が挿入されたことを示した断面図である。

図４に示されている通り、支持部１３３は、他の実施形態として、起立部１３１の端部から接触部１３５に傾斜面を形成するようにベンディングされ、起立部１３１から接触部１３５に連結されてよい。

緩衝空間（Ｂ）は、リング状を形成する安全ベント１２０の外側縁部に沿ってそれに対応する形態に形成されてよい。

緩衝空間（Ｂ）のまわりは、本体１２１と起立部１３１と支持部１３３によって取り囲まれるように形成されてよい。

トップキャップ組立体１１０は、クリンピング（ｃｒｉｍｐｉｎｇ）工程によってカン部材１００に組み合わせられてよい。

クリンピング工程は、カン部材１００の開口部１０１を折り曲げ、折り曲げられた開口部１０１の圧力でトップキャップ組立体１１０の安全ベント１２０に圧着されてトップキャップ組立体１１０をカン部材１００に組み合わせることである。

カン部材１００の開口部１０１とトップキャップ組立体１１０の間にはクリンピングガスケット１５０が形成され、カン部材１００とトップキャップ組立体１１０及び安全ベント１２０のベンディング部１３０の間を絶縁することができる。

このとき、折り曲げられた開口部１０１が安全ベント１２０のベンディング部１３０を圧迫すれば、ベンディング部１３０によって形成された緩衝空間（Ｂ）が、折り曲げられた開口部１０１から加えられる圧力を緩衝するダンパ（ｄａｍｐｅｒ）の役割を担うことができる。

すなわち、リング状の緩衝空間（Ｂ）のまわりを取り囲むベンディング部１３０の支持部１３３に、折り曲げられた開口部１０１の圧力が加えられると、起立部１３１からベンディングされている支持部１３３は、緩衝空間（Ｂ）側に押圧されながら開口部１０１の圧力を緩衝することができる。

このようにベンディング部１３０の支持部１３３がクリンピング工程による開口部１０１の圧力を緩衝すれば、開口部１０１の圧力によって安全ベント１２０の本体１２１側の変形を防止することができる。

安全ベント１２０の本体１２１側の変形を防止することにより、カン部材１００内部の内圧が増加する時、安全ベント１２０のノッチ部１２３が正常に破断されてガスを排出できるようにすることで、安全ベント１２０の機能低下を防止するという効果がある。

一方、ベンディング部１３０の支持部１３３が傾斜面を形成すれば、傾斜面は、トップキャップ組立体１１０の外側から内側に高さが低くなるように傾いて形成され、クリンピング工程によって折り曲げられた開口部１０１は、支持部１３３の傾斜面に係止されるようになってトップキャップ組立体１１０の結合力を増大することができる。

図５は、本発明の一実施形態に係る緩衝部材を平面で示した平面図である。

図３から図５に示されている通り、本発明の一実施形態に係る二次電池の緩衝空間（Ｂ）は、内部に緩衝部材１４１を挿入することができる。

緩衝部材１４１は、緩衝空間（Ｂ）に対応する形状に形成されて緩衝空間（Ｂ）の緩衝機能を強化することができる。

すなわち、緩衝部材１４１は、リング状の弾性を有するゴム、合成樹脂、繊維、シリコンなどのうちいずれか一つ以上の素材で形成され、緩衝空間（Ｂ）の内部に挿入されて緩衝空間（Ｂ）の受ける圧力を緩衝するのに助けとなる。

緩衝部材１４１は、安全ベント１２０の外側縁部に緩衝部材１４１を位置させた状態でベンディング部１３０を形成して緩衝空間（Ｂ）の内部に緩衝部材１４１を挿入することもでき、緩衝部材１４１がゴム、合成樹脂、シリコンなどの素材で形成されるのであれば、安全ベント１２０にベンディング部１３０を先ず形成した後、緩衝空間（Ｂ）にゴム、合成樹脂、シリコンなどを埋めて緩衝部材１４１を作製することもできる。

前述したところのように、本発明によれば、クリンピング工程において安全ベントの変形を防止するという効果がある。

本発明によれば、安全ベントと電流遮断部材が切れて二次電池の機能を喪失させる圧力である短絡圧を一定に維持するという効果がある。

本発明によれば、短絡時に短絡圧を一定に維持して追加的な二次電池内部の反応を抑制するという効果がある。

本発明によれば、短絡時に短絡圧を一定に維持して二次電池の爆発及び火事を防止するという効果がある。

以上のように、本発明に係る二次電池を例示された図を参考にして説明したが、本発明は、以上で説明された実施形態と図によって限定されず、特許請求の範囲内で、本発明の属する技術分野で通常の知識を有する者達によって多様な実施が可能である。

Claims (12)

1. 電極組立体を収容するカン部材と、
   前記カン部材の開口部を覆うトップキャップ組立体と、
   前記トップキャップ組立体に設けられ、前記カン部材内部の内圧が増加する時にガスを排出するための安全ベントとを含んでなり、
   前記安全ベントは、
   本体と、
   前記本体の外側縁部がベンディング（ｂｅｎｄｉｎｇ）されているベンディング部とを含み、
   前記ベンディング部と前記本体の間には緩衝空間が形成され、
   前記ベンディング部は、
   前記本体から起立するようにベンディングされている起立部と、
   前記起立部の端部から前記本体の内側方向にベンディングされている支持部と、
   前記支持部の端部から前記本体の表面に沿ってベンディングされ、前記本体と接触する接触部とを含む、二次電池。
2. 電極組立体を収容するカン部材と、
   前記カン部材の開口部を覆うトップキャップ組立体と、
   前記トップキャップ組立体に設けられ、前記カン部材内部の内圧が増加する時にガスを排出するための安全ベントとを含んでなり、
   前記安全ベントは、
   本体と、
   前記本体の外側縁部がベンディング（ｂｅｎｄｉｎｇ）されているベンディング部とを含み、
   前記ベンディング部と前記本体の間には緩衝空間が形成され、
   前記緩衝空間に挿入される緩衝部材をさらに含む、二次電池。
3. 電極組立体を収容するカン部材と、
   前記カン部材の開口部を覆うトップキャップ組立体と、
   前記トップキャップ組立体に設けられ、前記カン部材内部の内圧が増加する時にガスを排出するための安全ベントとを含んでなり、
   前記安全ベントは、
   本体と、
   前記本体の外側縁部がベンディング（ｂｅｎｄｉｎｇ）されているベンディング部とを含み、
   前記ベンディング部と前記本体の間には緩衝空間が形成され、
   前記ベンディング部の端部は本体と接触している、二次電池。
4. 前記ベンディング部は、
   前記本体から起立するようにベンディングされている起立部と、
   前記起立部の端部から前記本体の内側方向にベンディングされている支持部と、
   前記支持部の端部から前記本体の表面に沿ってベンディングされ、前記本体と接触する接触部とを含む、請求項２または３に記載の二次電池。
5. 前記支持部は、
   前記起立部の端部から前記本体の上面と平行した方向にベンディングされている上部と、
   前記上部の端部と前記接触部を連結するブリッジ部とを含む、請求項１または４に記載の二次電池。
6. 前記支持部は、傾斜面で形成される、請求項１または４に記載の二次電池。
7. 前記緩衝空間のまわりを、前記本体と前記起立部と前記支持部が取り囲む、請求項１および４から６のいずれか一項に記載の二次電池。
8. 前記緩衝空間は、リング状に取り囲まれる、請求項１から７のいずれか一項に記載の二次電池。
9. 前記カン部材の開口部を折り曲げるクリンピング（ｃｒｉｍｐｉｎｇ）により、前記ベンディング部が前記カン部材に締結される、請求項１から８のいずれか一項に記載の二次電池。
10. 前記緩衝空間は、前記クリンピング時の圧力を緩衝する、請求項９に記載の二次電池。
11. 前記ベンディング部と前記カン部材の間を絶縁するクリンピングガスケットを含む、請求項９または１０に記載の二次電池。
12. 前記緩衝部材は、ゴム、合成樹脂、繊維、シリコン中のいずれか一つ以上の素材からなる、請求項２に記載の二次電池。

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