JP7020631B2 - 二次電池用のガスケットおよびこれを含む二次電池 - Google Patents

二次電池用のガスケットおよびこれを含む二次電池 Download PDF

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Description

本出願は、2018年2月23日付けの韓国特許出願第10‐2018‐0022063号と2019年2月25日付けの韓国特許出願第10‐2019‐0021676号に基づく優先権の利益を主張し、該当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組み込まれる。
本発明は、二次電池用のガスケットおよびこれを含む二次電池に関する。
一般的に、二次電池は、充電が不可能な一次電池とは異なり、充放電が可能な電池を意味し、携帯電話、ノート型パソコン、カムコーダなどの電子機器または電気自動車などの電源に広く使用されている。特に、リチウム二次電池は、作動電圧が3.6Vであり、電子装備の電源として多く使用されているニッケル‐カドミウム電池またはニッケル‐水素電池より約3倍の容量を有しており、単位重量当たりエネルギー密度が高いことから、その活用度合いが急速に増加している傾向にある。
かかるリチウム二次電池は、主に、リチウム系酸化物と炭素材を、それぞれ正極活物質と負極活物質として使用する。また、リチウム二次電池は、角型電池と、円筒型電池と、パウチ型電池とに分けられる。
リチウムイオン二次電池は、正極/セパレータ/負極が順に配置された電極組立体と、電極組立体を電解液とともにシール収納する外装材とを備える。特に、前記外装材は、開放端が形成された缶と、缶の開放端にシール結合するキャップ組立体とを備える。
一般的に、前記缶とキャップ組立体との間にはガスケットが介在されて電池をシールする。電池のガスケットとしては、ポリプロピレンなどの高分子樹脂層を使用してきた。しかし、高温、高湿雰囲気で、電池のクリンピング部(crimping)、例えば、Feが露出するトリミング部(trimming)に錆が発生する問題があり、これに対する改善が求められている。
本発明は、高温、高湿雰囲気で、電池のクリンピング部に錆が発生することを最小化することができ、シール特性が向上した二次電池用のガスケットおよび二次電池を提供することを目的とする。
本発明の一実施形態によると、ベース樹脂と、防錆剤とを含み、前記ベース樹脂は、ポリブチレンテレフタレートを含み、前記防錆剤は、防錆物質と、高分子樹脂とを含み、前記ベース樹脂と、前記高分子樹脂とは相違し、前記防錆物質は、下記の式1‐1および式1‐2の化合物のうち少なくともいずれか一つを含む二次電池用のガスケットが提供される。
[式1‐1]
Figure 0007020631000001
[式1‐2]
Figure 0007020631000002
前記Rは、炭素数8~20の直鎖状アルキル基、炭素数8~20の分岐状アルキル基、炭素数8~20のアルケニル基、炭素数8~20のアルキニル、および炭素数8~18のアリール基からなる群から選択されるいずれか一つであり、
前記Rは、炭素数8~20の直鎖状アルキレン基、炭素数8~20の分岐状アルキレン基、炭素数8~20のアルケニレン基、炭素数8~20のアルキニレニル基、および炭素数8~18のアリーレン基からなる群から選択されるいずれか一つであり、
前記AおよびAは、それぞれ独立して、カルボキシル基、アミノ基、ニトロ基、ヒドロキシ基、およびフッ素基からなる群から選択されるいずれか一つである。
本発明の他の実施形態によると、正極および負極を含む電極組立体と、上端開口部を含む缶と、前記缶の上部外周面に形成され、前記上端開口部の一部が内側に折り曲げられて形成されるクリンピング部によって前記缶と結合するキャップ組立体と、前記二次電池用のガスケットとを含み、前記二次電池用のガスケットは、前記缶と前記キャップ組立体との間に介在される二次電池が提供される。
本発明の一実施形態による二次電池用のガスケットは、特定の防錆物質を含み、前記防錆物質は、気化し、クリンピング部、特に、缶の上端開口部でFeが露出した部分に吸着されることで、Feが水分および酸素と直接接触することを防止することができる。これにより、高温、高湿雰囲気で、電池のクリンピング部に錆が発生することを最小化することができる。なお、本発明は、ベース樹脂としてポリブチレンテレフタレート(Polybutylene Terephthalate;PBT)を使用することで、ガスケットの耐熱性およびシール特性を向上することができる。また、前記特定の防錆物質は、高い射出温度を有するポリブチレンテレフタレートとともに射出され、この際、前記特定の防錆物質は、前記高い射出温度でも構造が崩壊されず、最終に製造されたガスケットにおいて前記防錆物質の防錆特性を維持することができる。
また、前記特定の防錆物質は、オングストローム(Å)水準の小さな大きさで分散してガスケットに存在することから、気化時にガスケットに発生する空隙が無視できる水準に小さく形成される。したがって、マイクロ(μm)水準の大きな大きさで分散してガスケットに存在する従来の防錆物質を使用する場合に比べ、本発明のガスケットは、シール特性を維持することができる。
本発明の一実施形態による二次電池用のガスケットが導入された二次電池の片面を図示した断面図である。 本発明の一実施形態による二次電池用のガスケットが導入された二次電池を図示した断面図である。 本発明の他の実施形態による二次電池用のガスケットが導入された二次電池を図示した断面図である。
以下、本発明に関する理解に資するため、本発明をより詳細に説明する。
本明細書および特許請求の範囲にて使用されている用語や単語は、通常的または辞書的な意味に限定して解釈してはならず、発明者らは、自分の発明を最善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合致する意味と概念に解釈すべきである。
本明細書にて使用されている用語は、単に例示的な実施形態を説明するために使用されたものであって、本発明を限定する意図ではない。単数の表現は、文脈上明白に異なる意味を有していない限り、複数の表現をも含む。
本明細書において、「含む」、「備える」または「有する」などの用語は、実施された特徴、数字、段階、構成要素またはこれらを組み合わせたものが存在することを指定するためのものであって、一つまたはそれ以上の他の特徴や数字、段階、構成要素、またはこれらを組み合わせたものの存在または付加可能性を最初から排除しないものと理解すべきである。
本発明の一実施形態による二次電池用のガスケットは、ベース樹脂と、防錆剤とを含み、前記ベース樹脂は、ポリブチレンテレフタレートを含み、前記防錆剤は、防錆物質と、高分子樹脂とを含み、前記ベース樹脂と、前記高分子樹脂とは相違し、前記防錆物質は、下記の式1‐1および式1‐2の化合物のうち少なくともいずれか一つを含む。
[式1‐1]
Figure 0007020631000003
[式1‐2]
Figure 0007020631000004
前記Rは、炭素数8~20の直鎖状アルキル基、炭素数8~20の分岐状アルキル基、炭素数8~20のアルケニル基、炭素数8~20のアルキニル、および炭素数8~18のアリール基からなる群から選択されるいずれか一つであり、
前記Rは、炭素数8~20の直鎖状アルキレン基、炭素数8~20の分岐状アルキレン基、炭素数8~20のアルケニレン基、炭素数8~20のアルキニレニル基、および炭素数8~18のアリーレン基からなる群から選択されるいずれか一つであり、
前記AおよびAは、それぞれ独立して、カルボキシル基、アミノ基、ニトロ基、ヒドロキシ基、およびフッ素基からなる群から選択されるいずれか一つである。
前記防錆剤は、気化性防錆剤(VCI;Volatile Corrosion Inbibitor)であってもよい。前記防錆剤は、気化し、クリンピング部、特に、缶の上端開口部でFeが露出したトリミング部(trimming)に吸着されることで、Feが水分および酸素と直接接触することが防止することができる。
前記防錆剤は、前記ガスケットのベース樹脂内において分子単位で分散して存在することができる。
前記防錆物質は、下記の式1‐1および式1‐2の化合物のうち少なくともいずれか一つを含むことができる。
[式1‐1]
Figure 0007020631000005
[式1‐2]
Figure 0007020631000006
前記Rは、炭素数8~20の直鎖状アルキル基、炭素数8~20の分岐状アルキル基、炭素数8~20のアルケニル基、炭素数8~20のアルキニル、および炭素数8~18のアリール基からなる群から選択されるいずれか一つであり、
前記Rは、炭素数8~20の直鎖状アルキレン基、炭素数8~20の分岐状アルキレン基、炭素数8~20のアルケニレン基、炭素数8~20のアルキニレニル基、および炭素数8~18のアリーレン基からなる群から選択されるいずれか一つであり、
前記AおよびAは、それぞれ独立して、カルボキシル基、アミノ基、ニトロ基、ヒドロキシ基、およびフッ素基からなる群から選択されるいずれか一つである。
前記式1‐1および前記式1‐2による化合物を使用するときに、Aおよび/またはAは、クリンピング部、特に、缶の上端開口部でFeが露出した部分に電気的および/または化学的に吸着され、Rおよび/またはRは、疎水性層を形成することで、Feが水分および酸素と直接接触することを防止することができる。これにより、高温、高湿条件でも、電池のクリンピング部に錆が発生することを最小化することができる。
一方、本発明の二次電池用のガスケットは、ポリブチレンテレフタレートを含むベース樹脂と前記防錆剤を高温で射出する方式で製造される。前記ポリブチレンテレフタレートの射出温度は、280℃水準の高温であるが、本発明で使用される前記防錆物質は、前記射出温度でも構造が崩壊しない。したがって、最終的に製造されたガスケットでも、防錆物質による防錆効果を維持することができる。
より具体的には、前記防錆物質は、下記の式1‐3および式1‐4のうち少なくともいずれか一つを含むことができる。
[式1‐3]
Figure 0007020631000007
[式1‐4]
Figure 0007020631000008
前記式1‐3および前記式1‐4中、
前記Aは、前記式1‐1および式1‐2におけるAと同一であり、
前記pは、4~10であり、
前記qは、3~6であってもよい。
前記式1‐3および式1‐4の防錆物質は、上述の防錆効果を示すことができ、ポリブチレンテレフタレートを含むベース樹脂の射出温度で構造が変形されない。それだけでなく、以下のような理由で、ガスケットのシール特性の低下を最小化することができる。
従来、防錆物質として使用されているNaNO、NaNOのような物質は、樹脂内でマイクロ(μm)水準の大きな単位で分散して存在するため、前記物質が気化すると、ガスケットを構成する樹脂に大きな空隙が発生する。そのため、前記空隙を介して外部の水分および酸素が電池の内部に浸透する可能性があるため、ガスケットが有するシール特性が低下し、電池の性能が低下し得る。一方、前記式1‐3および式1‐4の防錆物質は、オングストローム(Å)水準の小さな大きさで分散してガスケットに存在するため、気化するときにガスケットに発生する空隙が無視できる水準に小さく形成される。したがって、ガスケットが有するシール特性の低下を最小化することができる。
さらに具体的には、前記防錆物質は、デカン酸(decanoic acid)、ラウリン酸(lauric acid)およびミリスチン酸(myristic acid)からなる群から選択される少なくともいずれか一つを含むことができる。前記防錆物質を使用するときに、上述の防錆効果を示すことができ、ポリブチレンテレフタレートを含むベース樹脂の射出温度で構造が変形されない。それだけでなく、ガスケットのシール特性の低下を最小化することができる。
前記高分子樹脂は、前記防錆物質と混合されて、前記防錆物質をベース樹脂に分散する役割を行うことができる。前記ベース樹脂内での前記防錆物質のスムーズな分散のために、前記高分子樹脂は、前記ベース樹脂とは相違し得る。
前記高分子樹脂は、ポリエチレン(polyethylene;PE);およびエチレン(ethylene)由来単位、プロピレン(propylene)由来単位、ブチレンテレフタレート(butylene terephthalate)由来単位、エチレンテレフタレート(ethylene terephthalate)由来単位およびアクリル酸メチル(methyl acrylate)由来単位からなる群から選択される2以上の由来単位を含む共重合体;のうち少なくともいずれか一つを含むことができる。具体的には、前記物質を混合して使用することもできる。前記高分子樹脂は、防錆物質との混合が容易であり、ポリブチレンテレフタレートとも混合が容易である点で好ましい。また、ガスケットの防錆特性をより向上させることができる。具体的には、前記高分子樹脂は、製造工程およびベース樹脂との混合を考慮すると、エチレン由来単位とアクリル酸メチル由来単位とを含む共重合体であり得る。
前記高分子樹脂および前記防錆物質の重量比は、99:1~80:20であってもよく、具体的には99:1~85:15、より具体的には99:1~90:10であってもよい。前記範囲を満たす場合、防錆効果がより効果的である。
前記防錆剤は、ペレット状であってもよい。具体的には、前記防錆剤は、前記高分子樹脂と前記防錆物質を混合した後、ペレット化工程を経て形成されるペレット状であってもよい。これにより、前記防錆剤がベース樹脂内でスムーズに分散することができる。仮に、ペレット状でない状態で(すなわち、高分子樹脂なしに)防錆物質のみをベース樹脂に混合すると、ベース樹脂内で前記防錆物質がスムーズに分散されないため、防錆機能が急激に低下する。
前記ベース樹脂は、ポリブチレンテレフタレート(PBT)を含むことができ、具体的には、ポリブチレンテレフタレートであってもよい。前記ポリブチレンテレフタレートは、耐熱性が高く、酸素と水分透過度が低いことから、ガスケットのベース樹脂としてさらに好ましい。具体的には、約160℃の低い融点を有するポリプロピレンをベース樹脂として使用する場合、正極と負極の短絡が発生したときにポリプロピレンが溶けてしまうため、電池の安定性が低下するという問題が生じる。一方、ポリブチレンテレフタレートの場合、約230℃水準の高い融点を有することから、ガスケットが維持され電池の安定性を確保することができる。
さらに、前記ベース樹脂がポリブチレンテレフタレートの場合、前記ガスケット用の防錆剤に含まれた防錆物質を使用すると、以下のような利点がある。従来使用されているNaNO、NaNOのような防錆物質の場合、ポリブチレンテレフタレートに含まれたC=O結合を弱くしポリブチレンテレフタレートが劣化するため、ガスケットの物理的な特性が低下する。具体的には、前記ポリブチレンテレフタレートの軟性が低下し、外力によってガスケットにクラック(crack)が生じやすい。一方、本発明の防錆物質は、ポリブチレンテレフタレートに含まれたC=O結合の弱化を最小化するか、結合に如何なる影響を及ぼさないため、ガスケットの物理的な特性が維持され得る。また、ポリブチレンテレフタレートは、280℃の高い射出温度を有しており、ポリブチレンテレフタレートとともに射出される本発明の防錆物質は、前記高温でも構造が崩壊せず、最終に製造されたガスケットにおいて前記防錆物質の防錆特性が維持され得る。
前記ポリブチレンテレフタレートおよび前記防錆剤の重量比は、98:2~85:15であってもよく、具体的には98:2~90:10であってもよく、より具体的には93:7~90:10であってもよい。前記範囲を満たす場合、上述の防錆効果がより改善することができる。
本発明の他の実施形態による二次電池は、正極および負極を含む電極組立体と、上端開口部を含む缶と、前記缶の上部外周面に形成され、前記上端開口部の一部が内側に折り曲げられて形成されるクリンピング部によって前記缶と結合するキャップ組立体と、二次電池用のガスケットとを含み、前記二次電池用のガスケットは、前記缶と前記キャップ組立体との間に介在され得る。ここで、二次電池用のガスケットは、上述の実施形態における二次電池用のガスケットと同一であるため、説明を省略する。
前記二次電池は、円筒型、角型などの形態であってもよく、具体的には、円筒型であってもよい。前記二次電池が円筒型の場合、前記缶の上端開口部も円形であり得る。
図1および図2を参照すると、二次電池100は、電極組立体10を電解液とともに収納する缶20と、缶20の開放端にシール結合するキャップ組立体30と、円筒型缶20とキャップ組立体30との間に介在されるガスケット40とを含む。前記ガスケット40は、上述の実施形態における二次電池用のガスケットと同一である。
前記缶20の素材は、特に制限されず、ステンレス鋼、鋼、アルミニウムまたはその等価物のうち少なくともいずれか一つで形成され得る。缶20は、導電性を有すべきであるため金属成分を用いることになり、かかる金属成分は、外部からの水分の接触による腐食に脆い可能性がある。かかる観点から、前記缶20は、Feからなる層と、前記Feからなる層を腐食から保護するNiからなる層とを含むことができる。
前記缶20は、円筒型、角型などであってもよく、具体的には、円筒型であってもよい。前記缶20の開放端は、トリミング部21aを含み、前記トリミング部21aにて、缶のFe成分が露出し得る。具体的には、最終製品状態で、トリミング部21aは、クリンピング部21に含まれるものと見ることができる。
前記キャップ組立体30は、前記缶20の開放端をシールするトップキャップと、および安全ベント36とを含むことができる。前記安全ベント36の一面は、前記トップキャップの側面、上面および下面のすべてに接触し、他面は、ガスケット40の内側面に接触するように折り曲げられて配置され得る。前記安全ベント36は、前記電極組立体10に電気的に連結され得る。かかるキャップ組立体30を備えた電池は、電動ドリルなどのパワーツールの動力源として使用されるときには、瞬間的に高い出力を提供することができ、振動、落下などの外部の物理的な衝撃に対しても安定的であり得る。
特に、安全ベント36が折り曲げられてトップキャップを包む形態である前記キャップ組立体30は、安全ベント36とトップキャップの接触面が1箇所以上の連結部を形成することができ、前記連結部は、溶接などによって形成される。本発明において使用されている「溶接」という用語は、レーザ溶接、超音波溶接、抵抗溶接などの文言的な意味での溶接だけでなく、半田付けなどの締結方法などをも含む概念として使用されている。溶接は、キャップ組立体30自体の組み立て過程で行われてもよく、キャップ組立体30を缶20に設置した状態で行われてもよい。
前記安全ベント36は、電池内部の圧力が上昇するときに電流を遮断したりガスを排気する役割を行い、金属材質であることが好ましい。安全ベント36の厚さは、素材および構造などに応じて異なり得、電池の内部で所定の高圧が発生したときに、破裂しガスなどを排出することができれば、特に制限されず、例えば、0.2~0.6mmであってもよい。
前記安全ベント36と接触する前記トップキャップ部位の厚さは、外部から印加される圧力からキャップ組立体30の様々な構成要素を保護できる範囲であれば、特に制限されず、例えば、0.3~0.5mmであってもよい。トップキャップ部位の厚さが薄すぎると、機械的な剛性を発揮し難く、逆に厚すぎると、大きさおよび重量の増加によって同一規格に比べ電池の容量を減少させ得るため、好ましくない。
前記ガスケット40は、全体的に両端が開放された円筒形態、角形態をなすことができ、缶の上端開口部の形態に応じて異なり得、具体的には円筒形態であってもよい。缶20の内面に向かう一側端は、缶20の開放部、すなわち、クリンピング部21に配置されるように、中心部に向かって所定の角度で、具体的には直角に折り曲げられた構造が好ましい。ガスケット40の他側の先端は、最初は直線にひろがってガスケット40の軸方向に向かっており、缶20との加圧工程の際に、中心部に向かって所定の角度で折り曲げられて、内周面と外周面がそれぞれキャップ組立体30のトップキャップと缶20の内側面に密着した状態で折り曲げられる。
クリンピング部21は、キャップ組立体30を缶の開放端に装着できるように、缶の上端に形成されている。より具体的には、クリンピング部21は、缶20の上端部をビーディング加工することで、内側への湾入部を形成し、ガスケット40を開放端に搭載し、トップキャップ、PTC素子、安全ベント36の外周面を順に挿入した後、缶の上端部を内側に折り曲げることで形成される。結果、クリンピング部21の内側面に位置するガスケット40を包む形態になり、クリンピング(crimping)およびプレッシング工程を行うことで、キャップ組立体30を装着する。
前記クリンピング部21は、ガスケット40が介在された状態で、キャップ組立体30が缶20の開放上端に安定的に装着されるように、端部が内側に折り曲げられている構造からなっている。かかるクリンピング部21の側壁は、電池の側面と同様、垂直に形成されている。
電極組立体10は、正極と、負極とを含むことができる。図2を参照すると、電極組立体10は、互いに極性が異なり、ロール状の広い板状を有する二つの電極板11と、かかる電極板11を互いに絶縁させるために電極板11の間に介在されたり、いずれか一つの電極板11の左側または右側に配置されるセパレータ12とを含むことができる。この際、セパレータ12によって互いに離隔した電極板11は、負極と正極であってもよい。前記電極組立体10は、いわゆる「ジェリーロール(Jelly Roll)」状に巻き取られた構造が好ましい。所定の規格の正極板と負極板がセパレータ12を挟んで積層された形態であってもよいことは言うまでもない。
前記缶20の内部空間には、電極組立体10と電解液(図示せず)が収容される。前記電解液は、二次電池100の充放電の際に電極板11の電気化学的反応によって生成されるリチウムイオンを移動させるためのものである。かかる電解液は、リチウム塩と高純度の有機溶媒類の混合物である非水系有機電解液または高分子電解質を用いたポリマーであってもよいが、電解液の種類は、特に制限されない。
一方、缶20の中央には、ジェリーロール状に巻き取られた電極組立体10が解けることを防止し、二次電池100の内部のガスの移動通路の役割を行うセンターピン(図示せず)が挿入されてもよい。缶20の上部、すなわち、電極組立体10の上端の上部には、外部から内側に加圧され折り曲げられて形成されたビーディング部24が設けられ、電極組立体10の上、下方向の流動を防止する。
本発明の一実施形態による円筒型電池100は、補助ガスケット42をさらに含むことができる。前記補助ガスケット42は、電流遮断素子38用のガスケットであって、電流遮断素子38の外周面を包むように構成される。特に、前記補助ガスケット42は、電流遮断素子38の外周面で上部と側面部に接触し、電流遮断素子38の上部および側面部を支持する。また、補助ガスケット42は、安全ベント36の突出部分と電流遮断素子38が接触する部分を除き、電流遮断素子38と安全ベント36が互いに電気的に絶縁されるようにする役割を行う。
本発明の他の一実施形態による電池100を図3に示す。図2に関する説明で記載された参照符号と同一の構成要素は、同一の機能を有する同一の部材である。図3を参照すると、前記キャップ組立体30は、前記缶20の開放端をシールし、前記ガスケット40の突出部に接触するように配置されたトップキャップと、前記トップキャップに接触するように配置されたPTC素子(positive temperature coefficient)34と、一面は前記PTC素子34に接触し、他面の一部が前記ガスケット40に接触するように配置された安全ベント36とを含んでもよい。
前記PTC素子34は、電池の内部温度の上昇時に電池抵抗が大幅に増加し、電流を遮断する役割を果たし、かかるPTC素子34の厚さも素材および構造などに応じて異なり得、例えば、0.2mm~0.4mmであってもよい。PTC素子34の厚さが0.4mmよりも厚い場合には、内部抵抗が上昇し、電池の大きさを増加させて、同一規格に比べ電池の容量を減少させ得る。逆に、PTC素子34の厚さが0.2mmよりも薄い場合には、高温で所望の電流遮断の効果を発揮し難く、弱い外部衝撃によっても破壊され得る。したがって、PTC素子34の厚さは、かかる点を複合的に考慮して、前記厚さの範囲内で適宜決定され得る。
PTC素子34と接触するトップキャップ部位の厚さは、外部から印加される圧力からキャップ組立体30の様々な構成要素を保護できる範囲であれば、特に制限されず、例えば、0.3~0.5mmであってもよい。トップキャップ部位の厚さが薄すぎる場合には機械的な剛性を発揮し難く、逆に厚すぎる場合には大きさおよび重量の増加によって同一規格に比べ電池の容量を減少させ得るため、好ましくない。
このように、トップキャップと、PTC素子34と、安全ベントとを備えたキャップ組立体30を含む二次電池は、所定の出力を安定的に提供する携帯電話、ノート型パソコンなどの電源として使用可能である。
本発明は、前記実施形態により製造されたリチウム二次電池の多数を電気的に連結して含む電池パックを提供することができ、前記電池パックは、パワーツール(Power Tool)、電気自動車(Electric Vehicle、EV)、ハイブリッド電気自動車(Hybrid Electric Vehicle、HEV)、およびプラグインハイブリッド電気自動車(Plug‐in Hybrid Electric Vehicle、PHEV)を含む電気自動車、電気トラック、電気商用車、または電力貯蔵用システムからなる群から選択される一つ以上の装置において中大型デバイス電源として用いられる電池パックであってもよい。
以下、実施例および比較例により、本発明をより詳述するが、下記実施例は、本発明を例示するためのものであって、本発明の範疇はこれに限定されるものではない。
実施例1:電池の製造
(1)ガスケットの製造
エチレン由来単位とアクリル酸メチル由来単位を含む共重合体とラウリン酸を95:5の重量比で100℃で混合した後、ペレット化工程を経てペレット状の防錆剤を準備した。前記防錆剤240gとポリブチレンテレフタレート3,000gを混合した後、280℃の温度で射出し、ガスケットを製造した。
(2)電池の製造
缶は、Feからなる内部層と、前記内部層の両面上に配置されたNi層からなる。前記缶の上端開口部にガスケットを配置した後、キャップ組立体を前記ガスケットの内周面と当接するように位置させた後、クリンピング部を形成した。これにより、前記ガスケットを含む電池を製造した。
実施例2:電池の製造
(1)ガスケットの製造
エチレン由来単位とアクリル酸メチル由来単位を含む共重合体とラウリン酸を95:5の重量比で100℃で混合した後、ペレット化工程を経てペレット状の防錆剤を準備した。前記防錆剤150gとポリブチレンテレフタレート3,000gを混合した後、280℃の温度で射出し、ガスケットを製造した。
(2)電池の製造
缶は、Feからなる内部層と、前記内部層の両面上に配置されたNi層からなる。前記缶の上端開口部にガスケットを配置した後、キャップ組立体を前記ガスケットの内周面と当接するように位置させた後、クリンピング部を形成した。これにより、前記ガスケットを含む電池を製造した。
実施例3:電池の製造
(1)ガスケットの製造
エチレン由来単位とアクリル酸メチル由来単位を含む共重合体とデカン酸を95:5の重量比で100℃で混合した後、ペレット化工程を経てペレット状の防錆剤を準備した。前記防錆剤240gとポリブチレンテレフタレート3,000gを混合した後、280℃の温度で射出し、ガスケットを製造した。
(2)電池の製造
缶は、Feからなる内部層と、前記内部層の両面上に配置されたNi層からなる。前記缶の上端開口部にガスケットを配置した後、キャップ組立体を前記ガスケットの内周面と当接するように位置させた後、クリンピング部を形成した。これにより、前記ガスケットを含む電池を製造した。
比較例1:電池の製造
(1)ガスケットの製造
ポリブチレンテレフタレートを280℃で射出し、ガスケットを製造した。
(2)電池の製造
缶は、Feからなる内部層と、前記内部層の両面上に配置されたNi層からなる。前記缶の上端開口部にガスケットを配置した後、キャップ組立体を前記ガスケットの内周面と当接するように位置させた後、クリンピング部を形成した。これにより、前記ガスケットを含む電池を製造した。
比較例2:電池の製造
(1)ガスケットの製造
ポリエチレンとNaNOを70:30の重量比で140℃で混合した後、ペレット化工程を経てペレット状の防錆剤を準備した。前記防錆剤240gとポリブチレンテレフタレート3,000gを混合した後、280℃の温度で射出し、ガスケットを製造した。
(2)電池の製造
缶は、Feからなる内部層と、前記内部層の両面上に配置されたNi層からなる。前記缶の上端開口部にガスケットを配置した後、キャップ組立体を前記ガスケットの内周面と当接するように位置させた後、クリンピング部を形成した。これにより、前記ガスケットを含む電池を製造した。
比較例3:電池の製造
(1)ガスケットの製造
エチレン由来単位とアクリル酸メチル由来単位を含む共重合体とラウリン酸を95:5の重量比で100℃で混合した後、ペレット化工程を経てペレット状の防錆剤を準備した。前記防錆剤240gとポリテトラフルオロエチレン(Poly‐tetrafluoroethylene:PFA)3,000gを混合した後、380℃の温度で射出し、ガスケットを製造した。
(2)電池の製造
缶は、Feからなる内部層と、前記内部層の両面上に配置されたNi層からなる。前記缶の上端開口部にガスケットを配置した後、キャップ組立体を前記ガスケットの内周面と当接するように位置させた後、クリンピング部を形成した。これにより、前記ガスケットを含む電池を製造した。
比較例4:電池の製造
(1)ガスケットの製造
ラウリン酸12gとポリブチレンテレフタレート3,228gを混合した後、280℃の温度で射出し、ガスケットを製造した。
(2)電池の製造
缶は、Feからなる内部層と、前記内部層の両面上に配置されたNi層からなる。前記缶の上端開口部にガスケットを配置した後、キャップ組立体を前記ガスケットの内周面と当接するように位置させた後、クリンピング部を形成した。これにより、前記ガスケットを含む電池を製造した。
実験例1:防錆機能の評価
前記実施例1~3および比較例1~4の電池それぞれを、65℃、90%の湿度環境で2週間保管した後、防錆機能を評価し、下記表1に示した。
具体的には、缶の上部外周面のトリミング部(trimming)の領域を基準として、腐食が発生した領域の割合を%で示す。腐食が発生した範囲が50%を超えた時には3点、10%超50%以下の時には2点、10%以下の時には1点、腐食がない時には0点を課した。このように30個の電池に対して点数を付けた後、点数の平均値を10点満点に換算し(平均値×(10/3))導出された最終の点数で防錆機能を評価した。一方、腐食が発生した範囲は、目視および顕微鏡で確認した。
Figure 0007020631000009
前記表1を参照すると、本発明のガスケット用の防錆剤を使用した実施例1~3の場合、防錆剤を使用していない比較例1およびNaNOを含む既存の防錆剤を使用した比較例2に比べ、防錆機能が著しく高いことが分かる。
一方、ベース樹脂としてポリブチレンテレフタレートではなく、PFAを使用した比較例3の場合、ベース樹脂の融点が高く、ベース樹脂に含まれた防錆剤のほとんどが熱分解されるため、防錆機能が低下することが分かる。また、高分子樹脂なしに防錆物質のみで防錆剤を構成する場合、ベース樹脂と防錆剤の比重差によって防錆物質がガスケット内で均一に分散されず、防錆機能が低下することが分かる。
実験例2:シール機能の評価
実施例1および比較例1~4の電池それぞれを、SOC100%の状態で、72℃の温度で40日間保管した。保管前と保管後の電池の重量を評価し、下記表2に示した。表2の重量の変化率は、下記の式で計算した。
重量の変化率=[(保管前の電池の重量-保管後の電池の重量)/保管前の電池の重量]×100
Figure 0007020631000010
前記表2を参照すると、実施例1の場合、防錆物質の気化にもかかわらず、ガスケット内の空隙が大きくないことから、防錆物質を含んでいない比較例1のようにシール機能が効果的に維持され得ることを確認することができる。一方、NaNOを防錆物質として使用した比較例2の場合、ガスケット内に大きな空隙が多数存在し、シール機能が大幅に低下することが分かる。

Claims (8)

  1. ベース樹脂と、防錆剤とを含み、
    前記ベース樹脂は、ポリブチレンテレフタレートを含み、
    前記防錆剤は、防錆物質と、高分子樹脂とを含み、
    前記ベース樹脂と、前記高分子樹脂とは相違し、
    前記防錆物質は、下記の式1‐1および式1‐2の化合物のうち少なくともいずれか一つを含む、二次電池用のガスケット。
    [式1‐1]
    Figure 0007020631000011
    [式1‐2]
    Figure 0007020631000012
    前記Rは、炭素数8~20の直鎖状アルキル基、炭素数8~20の分岐状アルキル基、炭素数8~20のアルケニル基、炭素数8~20のアルキニル、および炭素数8~18のアリール基からなる群から選択されるいずれか一つであり、
    前記Rは、炭素数8~20の直鎖状アルキレン基、炭素数8~20の分岐状アルキレン基、炭素数8~20のアルケニレン基、炭素数8~20のアルキニレニル基、および炭素数8~18のアリーレン基からなる群から選択されるいずれか一つであり、
    前記AおよびAは、それぞれ独立して、カルボキシル基、アミノ基、ニトロ基、ヒドロキシ基、およびフッ素基からなる群から選択されるいずれか一つである。
  2. 前記防錆物質は、下記の式1‐3および式1‐4のうち少なくともいずれか一つを含む、請求項1に記載の二次電池用のガスケット。
    [式1‐3]
    Figure 0007020631000013
    [式1‐4]
    Figure 0007020631000014
    前記式1‐3および前記式1‐4中、
    前記pは、4~10であり、
    前記qは、3~6である。
  3. 前記防錆物質は、デカン酸、ラウリン酸、およびミリスチン酸からなる群から選択される少なくともいずれか一つを含む、請求項2に記載の二次電池用のガスケット。
  4. 前記高分子樹脂は、ポリエチレン;およびエチレン由来単位、プロピレン由来単位、ブチレンテレフタレート由来単位、エチレンテレフタレート由来単位およびアクリル酸メチル由来単位からなる群から選択される2以上の由来単位を含む共重合体;のうち少なくともいずれか一つを含む、請求項1から3のいずれか一項に記載の二次電池用のガスケット。
  5. 前記ポリブチレンテレフタレートおよび前記防錆剤の重量比は、98:2~85:15である、請求項1から4のいずれか一項に記載の二次電池用のガスケット。
  6. 前記高分子樹脂および前記防錆物質の重量比は、99:1~80:20である、請求項1から5のいずれか一項に記載の二次電池用のガスケット。
  7. 請求項1から6のいずれか一項に記載の二次電池用のガスケットの製造方法であって、
    前記ベース樹脂と前記防錆剤とを射出する工程を含む、二次電池用のガスケットの製造方法。
  8. 正極および負極を含む電極組立体と、
    上端開口部を含む缶と、
    前記缶の上部外周面に形成され、前記上端開口部の一部が内側に折り曲げられて形成されるクリンピング部によって前記缶と結合するキャップ組立体と、
    請求項1からのいずれか一項に記載の二次電池用のガスケットとを含み、
    前記二次電池用のガスケットは、前記缶と前記キャップ組立体との間に介在される、二次電池。
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