JP7027632B2 - 非対称ノッチが形成された電極リードを含むパウチ型二次電池 - Google Patents

Description

本出願は２０１７年７月６日付の韓国特許出願第２０１７－００８５６９３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た全ての内容はこの明細書の一部として含まれる。

本発明は非対称ノッチが形成された電極リードを含むパウチ型二次電池に係り、より詳しくは、電極タブと連結された電極リードに深さ又は幅の大きさが変わるノッチが形成されていることによって所望の条件で電極リードが容易に破断されて二次電池が断線されることができる特性を有する二次電池に関する。

一般に、二次電池の種類としては、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池及びリチウムイオンポリマー電池などがある。このような二次電池は、デジタルカメラ、Ｐ－ＤＶＤ、携帯電話、ウェアラブルデバイス（Ｗｅａｒａｂｌｅ Ｄｅｖｉｃｅ）、携帯用ゲーム機（Ｐｏｒｔａｂｌｅ Ｇａｍｅ Ｄｅｖｉｃｅ）、動力工具（Ｐｏｗｅｒ Ｔｏｏｌ）及びＥ－ｂｉｋｅなどの小型製品はもちろんのこと、電気自動車又はハイブリッド自動車のような高出力が要求される大型製品、余剰発電電力又は新材生エネルギーを貯蔵する電力貯蔵装置及びバックアップ用電力貯蔵装置にも使われている。

このような二次電池は、電池の形状の面では薄い厚さのため携帯電話などの製品に適用可能な角形二次電池とパウチ型二次電池に対する需要が高く、材料の面では高いエネルギー密度、放電電圧、出力安全性のリチウムイオン電池、リチウムイオンポリマー電池などのリチウム二次電池に対する需要が高い。

また、セルの形状によって、円筒形電池セル、角形電池セル、パウチ形電池セルなどに区分することができ、その中でも高い集積度で積層されることができ、重量当たりエネルギー密度が高いし、安価で変形が容易なパウチ形電池セルが多くの関心を引いている。

一方、一般に円筒形電池セル及び角形電池セルは、電池の誤作動又は過充電による電池セルの膨張時に圧力が増加する現象を用いて電池の直列連結を物理的に遮断する機構的電流遮断装置（ＣＩＤ、Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｉｎｔｅｒｒｕｐｔ Ｄｅｖｉｃｅ）を使っている反面、パウチ形電池セルはこのような部材を含んでいない。

したがって、パウチ形電池セルは、電池セルの異常な使用によって過電流が流れる場合、これを事前に遮断することができなくて爆発が発生し得る問題がある。

また、このような問題を解決するために、別途の装置を電池セルの内部に付け加えることを考慮することができるが、電池セルの容量が減少する問題があるため、高用量及び高効率の電池セルを製造するための趨勢に応えることができない。

これに関連して、韓国特許公開第２０１６－０１２９７６３号公報は熱膨張係数の相異なる金属から構成されたバイメタルタブを備えた電池に関するもので、前記バイメタルタブは電池の異常な作動条件の高温でバイメタルタブの上部と下部が互いに異なる熱膨張して電極リードから短絡を引き起こす技術を開示している。

韓国特許登録第１６０１１２３号公報は電極タブと連結された第１電極リード及び前記第１電極リードと着脱可能に連結され、電池ケースの内部から外部まで延びて露出される第２電極リードを含む二次電池に関するもので、電池の異常状態による電池内圧の上昇時、前記電極リードが互いに脱着して電流を遮断する技術を開示している。

韓国特許登録第１６１４４３４号公報は、短絡などの発生によって二次電池に過電流が流れる場合、二次電池に流れる電流の経路上に備えられた接続部品が迅速に破断されることによって過電流を遮断するので、二次電池の使用上の安全性を確保することができる二次電池を開示している。

韓国特許公開第２０１２－０１３９５９０号公報は、電極リードを介して過電流が流れ、融断分離部に含まれた無鉛ソルダリングブリッジの温度が１５０～３００度まで上昇する場合、融断分離部を中心に電極リードが破断されて過電流の流れを非可逆的に遮断する二次電池を開示している。

しかし、電極タブと連結される電極リード自体に破断の容易な構造が形成され、電池セルの異常な作動環境で早くて正確に電流を遮断する技術に対する認識が全然ない。

したがって、パウチ形電池セルの場合、別途の追加的な装置を備えなくても電池セルの体積膨張などの異常状態で電流を遮断することができる技術の必要性が高い実情である。

本発明は前記のような従来技術の問題点を解決するためのもので、電極組立体の電極タブと電気的に連結される電極リードの一面に電極リードの破断を誘導するための非対称ノッチを形成することによって、二次電池の異常な使用によるスウェリングの発生時、前記ノッチ部分で電極リードが速かに破断されることができる技術を提供することを目的とする。

また、前記ノッチの深さ又は幅を一定でないように形成することによって、相対的にノッチの深さが深くて幅が広い部分でもっと早く電極リードの破断を誘導することができるので、電池セルの内部圧力が低い場合にも早く電流を遮断することができる。

したがって、二次電池の異常な使用の場合、高温発火現象による爆発を防止することができるので、安全性が向上した二次電池を提供することができる。

このような目的を達成するための本発明によるパウチ型二次電池は、分離膜が介装された状態で陽極と陰極が積層された構造の電極組立体を含むパウチ型二次電池であって、前記電極組立体の電極タブと電気的に連結される電極リードの一面には電極リードの破断を誘導するための非対称形状のノッチが形成され、前記電極リードの一面及び他面には電極リードと電池ケースの接着力を高めるためのリードフィルムが付着され、前記リードフィルムは、前記ノッチを中心に電極組立体収納部方向に位置する第１リードフィルム及び電池ケースの外側に突出した電極リード方向に位置する第２リードフィルムを含んでなることができる。

このように、電極タブと連結される電極リードの一面にはノッチが形成されており、電極リードの両面には電池ケースに対する接着力を高めるためのリードフィルムが付着されているので、電池セルの内部圧力が増加して電池ケースが膨張する場合、電極リードの破断を誘導することができる。

したがって、従来のパウチ型二次電池の場合、金属カン形の二次電池とは違って、電池の誤作動による電池ケースの膨張圧力を用いて電池の連結を物理的に遮断するＣＩＤ素子のような装置がないため、電池の発熱又は膨張時、初期に早く電流を遮断しにくかった問題点を解決することができる。

また、迅速な電流遮断のための別途の追加的な部材を電池セルの内部に含んでいないから、電池の容量が低下する問題を防止することができ、従来の電池セルの製造過程をそのまま用いることができる利点がある。

一具体例で、前記第１リードフィルムは、電極リードにおいてノッチが形成された面の反対側面である電極リードの他面にのみ位置するので、前記第１リードフィルムが付着された電池ケースの方向に破断された電極リードを移動させることができる。

前記第２リードフィルムは、電極リードを中心に電極リードの一面及び他面で少なくとも一部が互いに重畳するように位置することができる。すなわち、前記第２リードフィルムは、電極リードに付着された状態で電池ケースの密封のために熱融着されれば、電極リードの両側面で電極リードを包むように付着されることができる。

前記第２リードフィルムは、電極リードの上面に位置する上部リードフィルムと電極リードの下面に位置する下部リードフィルムの平面上大きさが互いに異なっても良い。例えば、前記第２リードフィルムは、電極リードを基準に第１リードフィルムが位置する側に付着されたリードフィルムの大きさが反対側に位置するリードフィルムの大きさより小さくてもよい。

したがって、前記リードフィルムのノッチ部で破断される場合、第２リードフィルムが付着された電極リードは、電池ケースのシーリング部に固定された状態で電極リードにおいてノッチが形成された側に付着され、相対的に大きな第２リードフィルムが接着された電池ケースの方向に移動し、電極リードにおいてノッチが形成されていない側に付着されている第１リードフィルムが付着された電極リードは第１リードフィルムが接着された電池ケースの方向に移動する。

すなわち、第１リードフィルムが電極リードのノッチが形成されていない反対側面にのみ付着され、第２リードフィルムが電極リードの両側面に相異なる大きさで付着されていることは、電極リードが破断される場合、電極リードの一側部は上部ケースの方向に移動し、電極リードの他側部は下部ケースの方向に移動するか、あるいは電極リードの一側部は下部ケースの方向に移動し、電極リードの他側部は上部ケースの方向に移動することを誘導するためである。

一具体例で、前記電極リードは、電極タブと連結されて電池ケース外部に突出した電極リードの長手方向に垂直な方向に破断されるように形成されることが好ましい。前記ノッチは、電極リードの長手方向に対して垂直な方向に電極リードの一側端から他側端まで連続的な形状に形成されることができる。

また、前記ノッチが形成された部分で迅速で正確に電極リードが破断されるために、前記ノッチは一定した大きさ及び形状に形成されるものと比較するとき、非対称形状に形成されることがより好ましい。

具体的に、前記ノッチの凹んでいる中心部の深さは電極リードの長手方向に垂直な方向に平行な第１方向に増加するように形成されることができる。前記第１方向は電極リードの長さを縦軸とするとき、これに対して垂直な横軸の方向であり、右側から左側に向かう方向であってもよく、左側から右側に向かう方向であってもよい。

すなわち、前記ノッチの凹んでいる中心部の深さは電極リードの右側から左側に向かう方向、又は左側から右側に向かう方向に連続的に又は非連続的に増加することができ、好ましくは連続的に増加することができる。

また、前記ノッチの幅は、ノッチの凹んでいる中心部の深さが増加する第１方向に増加することができる。ノッチの中心部の深さ及び幅が最大の部分から破断され始めることができる。

一具体例で、前記ノッチが形成された部分の電極リードの厚さはノッチが形成されていない電極リードの厚さに対して１０％～９０％、詳細には３０％～８０％であってもよい。前記ノッチが形成された部分の電極リードの厚さがノッチの形成されていない電極リードの厚さに対して１０％より小さな場合には電池セルの正常な作動状態でも電極リードが破断されることがあり、９０％より大きな場合には所望の環境で電極リードの破断を誘導するための目的を達成しにくいから好ましくない。

一方、前記ノッチの凹んでいる中心部の深さは連続的に又は非連続的に増加する。ノッチの深さの最大値に対する最小値の比率は０．１～０．９、詳細には０．３～０．７であってもよい。

一具体例で、前記電極リードは、ノッチを中心に第１リードフィルムが付着された内側電極リード、及び第２リードフィルムが付着された外側電極リードからなることができ、前記内側電極リード及び外側電極リードは、前記ノッチが破断された状態でそれぞれ上部ケース又は下部ケースのいずれか一方にそれぞれ付着されることができる。

前記パウチ型二次電池は、高いエネルギー密度、放電電圧、出力安全性などの利点を有するリチウムイオン電池、リチウムイオンポリマー電池などのリチウム二次電池であってもよい。

一般に、リチウム二次電池は、陽極、陰極、分離膜、及びリチウム塩含有非水電解液から構成されている。

以下では、前記リチウム二次電池のその他の成分について説明する。

前記陽極は、例えば陽極集電体に陽極活物質粒子から構成された陽極活物質と導電材及びバインダーが混合された陽極合剤を塗布して製造することができ、必要によっては前記陽極合剤に充填剤をさらに添加することができる。

前記陽極集電体は、一般的に３～５００μｍの厚さに製造され、当該電池の化学的変化を引き起こさないながらも高い導電性を有するものであれば特に制限されるものではなく、例えば、ステンレススチール、アルミニウム、ニッケル、チタン、及びアルミニウム又はステンレススチールの表面にカーボン、ニッケル、チタン又は銀で表面処理したものから選択される１種を使うことができ、詳細にはアルミニウムを使うことができる。集電体はその表面に微細な凹凸を形成して陽極活物質の接着力を高めることもでき、フィルム、シート、ホイル、ネット、多孔質体、発泡体、不織布体などの多様な形態が可能である。

前記陽極活物質は、例えば前記陽極活物質粒子の他に、リチウムニッケル酸化物（ＬｉＮｉＯ_２）などの層状化合物又は一つ又はそれ以上の遷移金属に置換された化合物；化学式Ｌｉ_１＋ｘＭｎ_２－ｘＯ_４（ここで、ｘは０～０．３３）、ＬｉＭｎＯ_３、ＬｉＭｎ_２Ｏ_３、ＬｉＭｎＯ_２などのリチウムマンガン酸化物；リチウム銅酸化物（Ｌｉ_２ＣｕＯ_２）；ＬｉＶ_３Ｏ_８、ＬｉＶ_３Ｏ_４、Ｖ_２Ｏ_５、Ｃｕ_２Ｖ_２Ｏ_７などのバナジウム酸化物；化学式ＬｉＮｉ_１－ｘＭ_ｘＯ_２（ここで、Ｍ＝Ｃｏ、Ｍｎ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｍｇ、Ｂ又はＧａ、ｘ＝０．０１～０．３）で表現されるＮｉサイト型リチウムニッケル酸化物；化学式ＬｉＭｎ_２－ｘＭ_ｘＯ_２（ここで、Ｍ＝Ｃｏ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｚｎ又はＴａ、０．０１≦ｘ≦０．１）又はＬｉ_２Ｍｎ_３ＭＯ_８（ここで、Ｍ＝Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ又はＺｎ）で表現されるリチウムマンガン複合酸化物；ジスルフィド化合物；Ｆｅ_２（ＭｏＯ_４）_３などから構成されることができ、これらにのみ限定されるものではない。

前記導電材は、通常に陽極活物質を含めた混合物総重量を基準に０．１～３０重量％添加される。このような導電材は当該電池に化学的変化を引き起こさないながらも導電性を有するものであれば特に制限されるものではない。例えば、天然黒鉛又は人造黒鉛などの黒鉛；カーボンブラック、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、チャネルブラック、ファーネスブラック、ランプブラック、サマーブラックなどのカーボンブラック；炭素繊維又は金属繊維などの導電性繊維；フッ化カーボン、アルミニウム、ニッケル粉末などの金属粉末；酸化亜鉛、チタン酸カリウムなどの導電性ウイスキー；酸化チタンなどの導電性金属酸化物；ポリフェニレン誘導体などの導電性素材などを使うことができる。

前記陽極に含まれるバインダーは活物質と導電材などの結合と集電体に対する結合に役立つ成分であり、通常に陽極活物質を含む混合物の総重量を基準に０．１～３０重量％添加される。このようなバインダーの例としては、ポリフッ化ビニリデン、ポリビニルアルコール、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、澱粉、ヒドロキシプロピルセルロース、再生セルロース、ポリビニルピロリドン、テトラフルオロエチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン－プロピレン－ジエンモノマー（ＥＰＤＭ）、スルホン化ＥＰＤＭ、スチレン－ブタジエンゴム、フッ素ゴム、多様な共重合体などを挙げることができる。

前記陰極は、例えば陰極集電体に陰極活物質粒子からなる陰極活物質と、導電材及びバインダーが混合された陰極合剤を塗布して製造することができ、必要によっては前記陰極合剤に充填剤をもっと添加することができる。

前記陰極は陰極集電体上に陰極活物質を塗布して乾燥することによって製作され、必要によって、前述したような成分を選択的にさらに含むこともできる。

前記陰極集電体は一般的に３～５００μｍの厚さに作られる。このような陰極集電体は当該電池に化学的変化を引き起こさないながらも導電性を有するものであれば特に制限されるものではない。例えば、銅、ステンレススチール、アルミニウム、ニッケル、チタン、焼成炭素、銅ステンレススチールの表面にカーボン、ニッケル、チタン、銀などで表面処理したもの、アルミニウム－カドミウム合金などを使うことができる。また、陽極集電体と同様に、表面に微細な凹凸を形成して陰極活物質の結合力を強化させることもでき、フィルム、シート、ホイル、ネット、多孔質体、発泡体、不織布体などの多様な形態を使うことができる。

前記陰極活物質としては、例えば、難黒鉛化炭素、黒鉛炭素などの炭素；Ｌｉ_ｘＦｅ_２Ｏ_３（０≦ｘ≦１）、Ｌｉ_ｘＷＯ_２（０≦ｘ≦１）、Ｓｎ_ｘＭｅ_１－ｘＭｅ’_ｙＯ_ｚ（Ｍｅ：Ｍｎ、Ｆｅ、Ｐｂ、Ｇｅ；Ｍｅ’：Ａｌ、Ｂ、Ｐ、Ｓｉ、周期律表の１族、２族及び３族元素、ハロゲン；０＜ｘ≦１；１≦ｙ≦３；１≦ｚ≦８）などの金属複合酸化物；リチウム金属；リチウム合金；ケイ素系合金；スズ系合金；ＳｎＯ、ＳｎＯ_２、ＰｂＯ、ＰｂＯ_２、Ｐｂ_２Ｏ_３、Ｐｂ_３Ｏ_４、Ｓｂ_２Ｏ_３、Ｓｂ_２Ｏ_４、Ｓｂ_２Ｏ_５、ＧｅＯ、ＧｅＯ_２、Ｂｉ_２Ｏ_３、Ｂｉ_２Ｏ_４、及びＢｉ_２Ｏ_５などの金属酸化物；ポリアセンチレンなどの導電性高分子；Ｌｉ－Ｃｏ－Ｎｉ系材料などを使うことができる。

前記分離膜は陽極と陰極の間に介装され、高いイオン透過度と機械的強度を有する絶縁性の薄膜が使われる。分離膜の気孔の直径は一般的に０．０１～１０μｍであり、厚さは一般的に５～３００μｍである。このような分離膜としては、例えば、耐化学性及び疎水性のポリプロピレンなどのオレフィン系ポリマー；ガラスファイバー又はポリエチレンなどから作られたシート又は不織布などが使われる。電解質としてポリマーなどの固体電解質が使われる場合には、固体電解質が分離膜を兼ねることもできる。

前記リチウム塩含有非水系電解液は、非水電解液とリチウム塩からなる。非水電解液としては非水系有機溶媒、有機個体電解質、無機固体電解質などが使われるが、これらにのみ限定されるものではない。

前記非水系有機溶媒としては、例えばＮ－メチル－２－ピロリジノン、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、ガンマ－ブチロラクトン、１，２－ジメトキシエタン、テトラヒドロキシフラン（ｆｒａｎｃ）、２－メチルテトラヒドロフラン、ジメチルスルホキシド、１，３－ジオキソラン、ホルムアミド、ジメチルホルムアミド、ジオキソラン、アセトニトリル、ニトロメタン、ギ酸メチル、酢酸メチル、リン酸トリエステル、トリメトキシメタン、ジオキソラン誘導体、スルホラン、メチルスルホラン、１，３－ジメチル－２－イミダソリジノン、プロピレンカーボネート誘導体、テトラヒドロフラン誘導体、エーテル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチルなどの非量子性有機溶媒が使用可能である。

前記有機固体電解質としては、例えばポリエチレン誘導体、ポリエチレンオキシド誘導体、ポリプロピレンオキシド誘導体、リン酸エステルポリマー、ポリアジテーションリシン（ａｇｉｔａｔｉｏｎ ｌｙｓｉｎｅ）、ポリエステルスルフィド、ポリビニルアルコール、ポリフッ化ビニリデン、イオン性解離基を含む重合剤などが使用可能である。

前記無機固体電解質としては、例えばＬｉ_３Ｎ、ＬｉＩ、Ｌｉ_５ＮＩ_２、Ｌｉ_３Ｎ－ＬｉＩ－ＬｉＯＨ、ＬｉＳｉＯ_４、ＬｉＳｉＯ_４－ＬｉＩ－ＬｉＯＨ、Ｌｉ_２ＳｉＳ_３、Ｌｉ_４ＳｉＯ_４、Ｌｉ_４ＳｉＯ_４－ＬｉＩ－ＬｉＯＨ、Ｌｉ_３ＰＯ_４－Ｌｉ_２Ｓ－ＳｉＳ_２などのＬｉの窒化物、ハロゲン化物、硫酸塩などが使用可能である。

前記リチウム塩は前記非水系電解質に溶解しやすい物質であり、例えばＬｉＣｌ、ＬｉＢｒ、ＬｉＩ、ＬｉＣｌＯ_４、ＬｉＢＦ_４、ＬｉＢ_１０Ｃｌ_１０、ＬｉＰＦ_６、ＬｉＣＦ_３ＳＯ_３、ＬｉＣＦ_３ＣＯ_２、ＬｉＡｓＦ_６、ＬｉＳｂＦ_６、ＬｉＡｌＣｌ_４、ＣＨ_３ＳＯ_３Ｌｉ、（ＣＦ_３ＳＯ_２）_２ＮＬｉ、クロロボランリチウム、低級脂肪族カルボン酸リチウム、４フェニルホウ酸リチウム、イミドなどが使用可能である。

また、非水電解質には、充放電特性、難燃性などの改善を目的で、例えばピリジン、亜リン酸トリエチル、トリエタノールアミン、環状エーテル、エチルジアミン、ｎ－グリム（ｇｌｙｍｅ）、ヘキサリン酸トリアミド、ニトロベンゼン誘導体、硫黄、キノンイミン染料、Ｎ－置換オキサゾリジノン、Ｎ，Ｎ－置換イミダゾリジン、エチレングリコールジアルキルエーテル、アンモニウム塩、ピロール、２－メトキシエタノール、三塩化アルミニウムなどが添加されることもできる。場合によっては、不燃性を付与するために、四塩化炭素、三フッ化エチレンなどのハロゲン含有溶媒をさらに含むこともでき、高温保存特性を向上させるために、二酸化炭酸ガスをさらに含むこともでき、ＦＥＣ（Ｆｌｕｏｒｏ－Ｅｔｈｙｌｅｎｅ Ｃａｒｂｏｎａｔｅ）、ＰＲＳ（Ｐｒｏｐｅｎｅ ｓｕｌｔｏｎｅ）などをさらに含むことができる。

また、電極組立体には板状の電極集電体から突出した構造の電極タブが備えられる。電極集電体は電極活物質の塗布された部分と電極活物質の塗布されていない部分（以下、“無地部”と略称する）からなり、電極タブは無地部を裁断して形成したものであってもよく無地部に超音波溶接などで連結させた別途の導電部材であってもよい。

電極タブは電池の内部と外部の電子移動経路の役割をするものであり、前記電極リードはこの電極タブとスポット溶接などで連結される。電極リードは陽極タブ及び陰極タブの形成位置によって互いに同一方向に延びても互いに反対方向に延びてもよい。陽極リード及び陰極リードは素材が互いに異なってもよい。すなわち、陽極リードは陽極板と同一のアルミニウム（Ａｌ）素材であり、陰極リードは陰極板と同一の銅（Ｃｕ）素材又はニッケル（Ｎｉ）がコートされた銅素材であってもよい。最終的に、電極リードは端子部を介して外部端子と電気的に連結される。

普通陽極集電板としてはアルミニウム素材を、陰極集電板としては銅素材を使うが、スウェリング現象の発生時にアルミニウムホイルよりは銅ホイルがもっと易しく破裂される傾向があるので、陽極リードよりは陰極リードの破裂可能性が高い。その場合には、陰極リードをこのような破断可能な電極リードで形成することが好ましい。

また、本発明は、前記パウチ型二次電池を含む電池パックを提供することができる。

具体的に、前記電池パックは高温安全性及び長いサイクル特性と高いレート特性などが要求されるデバイスの電源として使われることができ、このようなデバイスの詳細な例としては、モバイル電子機器（ｍｏｂｉｌｅ ｄｅｖｉｃｅ）、ウェアラブル電子機器（ｗｅａｒａｂｌｅ ｄｅｖｉｃｅ）、電池的モーターによって動力を受けて動くパワーツール（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）、プラグインハイブリッド電気自動車（Ｐｌｕｇ－ｉｎ Ｈｙｂｒｉｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ、ＰＨＥＶ）などを含む電気車；電気自転車（Ｅ－ｂｉｋｅ）、電気スクーター（Ｅ－ｓｃｏｏｔｅｒ）を含む電気二輪車；電気ゴルフカート（ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｇｏｌｆ ｃａｒｔ）；電力貯蔵装置（Ｅｎｅｒｇｙ Ｓｔｏｒａｇｅ Ｓｙｓｔｅｍ）などを挙げることができるが、これに限定されるものではない。

これらデバイスの構造及びその製作方法は当該分野に公知となっているので、本明細書ではそれについての詳細な説明は省略する。

例示的な既存のパウチ形電池セルを示した図である。 例示的なパウチ形電池セルがガス発生によって体積膨張した状態を示した図である。 一実施例によるノッチが形成され、リードフィルムが付着された電極リードの破断前後の状態を示した斜視図である。 図３の電極リードを含むパウチ型二次電池の部分垂直断面図である。

以下、添付図面に基づいて本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者が本発明を易しく実施することができる実施例を詳細に説明する。ただし、本発明の好適な実施例に対する動作原理を詳細に説明するに当たり、関連の公知機能又は構成についての具体的な説明が本発明の要旨を不必要にあいまいにすることができると判断される場合にはその詳細な説明を省略する。

また、図面全般にかけて類似の機能及び作用をする部分に対しては同じ図面符号を付ける。明細書全般で、ある部分が他の部分と連結されていると言うとき、これは直接的に連結されている場合だけではなく、その中間に他の素子を挟んで間接的に連結されている場合も含む。また、ある構成要素を含むとは、特に反対の記載がない限り、他の構成要素を除くものではなく、他の構成要素をさらに含むことができることを意味する。

本発明を図面を参照する詳細な実施例に基づいて説明する。

図１は電極端子が互いに反対方向に突出した従来のパウチ形電池セルの分解図であり、図２は電極端子が同一方向に平行に突出した従来のパウチ形電池セルが内圧によって膨張した状態を示す斜視図である。

図１を参照すると、陽極及び陰極の間に分離膜が介装された状態で積層された電極組立体１２０は上部ケース１１０及び下部ケース１３０からなる電池ケースの内部に収納され、電極組立体１２０の両側端には突出した形態の電極タブ１２２が形成されており、突出した電極タブ１２２は電極リード１２４、１２５に連結されている。

電極タブと連結されていない電極リード１２４、１２５の他端は電池ケース１１０、１３０の外部に露出され、前記電極組立体の周辺を取り囲んでいる電池ケース１１０、１３０は最内側にある接着層によって密封される。前記電極リード１２４、１２５が電池ケースの接着層の間に介装される部分にはリードフィルム１２３が付着された状態で密封される。

図２を参照すると、図１の電池セルとは違って、電極端子が一方向に突出した構造のパウチ形電池セルであり、陽極リード１２４ａ及び陰極リード１２５ａが電池ケースのシーリング部の一方向に突出している。

陽極リード１２４ａ及び陰極リード１２５ａが電池ケースのシーリング部と接する部分には密封力を向上させるためのリードフィルム１２３ａが介装された状態で密封されている。

電極組立体収納部１００は電池セルの活性化過程又は異常な使用による内部ガス増加によって膨張した状態であり、電池セルの膨張によって電極端子の位置又は方向に変化が生じることがあり、電池セルの膨張が特定の範囲を外れると爆発が起こることがある問題がある。

図１及び図２は上部ケース及び下部ケースに分離される構造の電池ケースを含む二次電池を開示しているが、本発明の範囲は上部ケース及び下部ケースの一側が連結された単一部材からなった電池ケースを含む二次電池を含む。

図３はノッチが形成されリードフィルムが付着された電極リード及び前記電極リードが破断された状態を示す斜視図である。

図３を参照すると、電極リード２１０の長手方向Ａに垂直な方向に電極リードの一側端から他側端まで直線形のノッチ２３０が形成されており、ノッチ２３０を中心に電極組立体側の電極リード部分の下面には第１リードフィルム２２１が付着され、電池ケースの外部に引き出される電極リード部分の上面及び下面には第２リードフィルム２２２ａ、２２２ｂが付着されている。

ノッチ２３０が形成された電極リードの上面に付着された第２リードフィルム２２２ａは電極リードの下面に付着された第２リードフィルム２２２ｂより大きなサイズを有し、第２リードフィルム２２２ａと第２リードフィルム２２２ｂは電池ケースの外部に引き出される部分の端部で電極リードを中心に互いに重畳するように付着されている。したがって、第２リードフィルムが互いに重畳する部分は電池ケースのシーリング部の熱融着時に電極リードを包むようになる。

ノッチ２３０は電極リードの長手方向Ａに垂直な方向に形成され、右側に行くほど連続的に深さが増加し、電極リードの上面でノッチの幅は右側に行くほど連続的に増加する。

電極リードのノッチで破断される場合、電極リード２１０は内側電極リード２１１及び外側電極リード２１２に分離され、ノッチの深さ及び幅の大きな電極リードの右側で先に破断されるであろう。

ノッチが形成された部分の電極リードの厚さはノッチが形成されていない電極リードの厚さに対して１０％～９０％の範囲に形成されることができ、前記ノッチの深さ及び幅が増加する構造であれば、ノッチの深さ及び幅が増加する方向、及び連続的に増加するか又は非連続的に増加するかは特に限定されない。

図４は図３の電極リードを含むパウチ型二次電池の垂直断面図の一部を模式的に示している。

図４を参照すると、電極組立体２０１の一側に突出した電極タブ２０２は電極リード２１０の一側端で電極リードと結合されており、第１リードフィルム２２１の一面は電極リードに付着され、他側面は下部ケース２４２の内側面に付着されている。

第２リードフィルム２２２のうち、電極リード２１０の上面に付着された第２リードフィルム２２２ａは電極リードが付着された面の反対側面が上部ケース２４１に付着され、電極リードの下面に付着された第２リードフィルム２２２ｂは電極リードが付着された面の反対側面が下部ケース２４２に付着されている。

第１リードフィルム２２１及び第２リードフィルム２２２はいずれもパウチ形電池ケースの外周縁シーリング部上に位置している。

電池セルの内部で発生するガスによってパウチ形電池ケースが外側に膨張する場合、上部ケース２４１に付着された第２リードフィルム２２２ａによって外側電極リード２１２は上向きに折り曲げられ、下部ケース２４２に付着された第１リードフィルム２２１によって内側電極リード２１１は下部ケースの膨張方向に移動するようになる。ここで、上部ケースの膨張方向と下部ケースの膨張方向にそれぞれ移動する電極リードは一定の限界に到逹すればノッチ部分で先に破断される。このとき、図３に示したように、ノッチの幅及び深さの大きな部分で先に破断される。

したがって、本発明のように、非対称的な形状のノッチが形成された電極リード及び前記電極リードに付着された第１及び第２リードフィルムを含むパウチ型二次電池の場合、所望程度の内圧が発生してパウチ形電池ケースが膨張する場合、迅速で正確に電極リードが破断されて電流の流れを遮断することができるので、電池ケースの膨張による爆発又は高温現象による発火を防止することができる。

本発明が属する分野で通常の知識を有する者であれば、前記内容に基づいて本発明の範疇内で多様な応用及び変形が可能であろう。

以上で説明したように、本発明によるパウチ型二次電池は、電極タブと連結された電極リードの一面上に非対称形状のノッチが形成されているから、二次電池の異常な作動による電池の膨張時に前記ノッチ部分で電極リードが容易に破断されることができるので、速かに電流の流れを遮断することができる。

また、前記ノッチの厚さ及び深さが一定でないように形成される場合には、電池セルが過度に膨張する前に相対的にノッチの深さが大きいか幅が大きい電極リード部分で迅速に破断されることができるので、電池セルの爆発又は発火を防止することができる。

１００ 電極組立体収納部
１１０ 電池ケース
１２０ 電極組立体
１２２ 電極タブ
１２３ リードフィルム
１２３ａ リードフィルム
１２４ 電極リード
１２４ａ 陽極リード
１２５ 電極リード
１２５ａ 陰極リード
１３０ 電池ケース
２０２ 電極タブ
２１０ 電極リード
２１１ 内側電極リード
２２１ 第１リードフィルム
２２２ ２リードフィルム
２２２ａ，２２２ｂ 第２リードフィルム
２３０ ノッチ
２４１ 上部ケース
２４２ 下部ケース

Claims (12)

1. 分離膜が介装された状態で陽極と陰極が積層された構造の電極組立体を含むパウチ型二次電池であって、
   前記電極組立体の電極タブと電気的に連結される電極リードの一面には電極リードの破断を誘導するための、前記電極リードの長手方向を中心軸としてみて非対称形状のノッチが形成され、
   前記電極リードの一面及び他面には電極リードと電池ケースの接着力を高めるためのリードフィルムが付着され、
   前記リードフィルムは、前記ノッチを中心に電極組立体収納部方向に位置する第１リードフィルム及び電池ケースの外側に突出した電極リード方向に位置する第２リードフィルムを含んでなり、
   前記ノッチの凹んでいる中心部の深さは、前記電極リードの長手方向に垂直な方向に平行な第１方向に増加するパウチ型二次電池。
2. 前記第１リードフィルムは電極リードの他面にのみ位置する、請求項１に記載のパウチ型二次電池。
3. 前記第２リードフィルムは、電極リードを中心に電極リードの一面及び他面で少なくとも一部が互いに重畳するように位置する、請求項１に記載のパウチ型二次電池。
4. 前記第２リードフィルムは、電極リードの上面に位置する上部リードフィルムと電極リードの下面に位置する下部リードフィルムの平面上大きさが互いに異なる、請求項１に記載のパウチ型二次電池。
5. 前記第２リードフィルムは、電極リードを基準に第１リードフィルムが位置する側に付着されたリードフィルムの大きさが反対側に位置するリードフィルムの大きさより小さい、請求項１に記載のパウチ型二次電池。
6. 前記ノッチは、電極リードの長手方向に垂直な方向に電極リードの一側端から他側端まで連続的な形状になる、請求項１に記載のパウチ型二次電池。
7. 前記ノッチの幅は前記第１方向に増加する、請求項１に記載のパウチ型二次電池。
8. 前記ノッチが形成された部分の電極リードの厚さはノッチが形成されていない電極リードの厚さに対して１０％～９０％である、請求項１に記載のパウチ型二次電池。
9. 前記ノッチの凹んでいる中心部の深さは、最大値に対する最小値の比率が０．１～０．９である、請求項６に記載のパウチ型二次電池。
10. 前記電極リードは、ノッチを中心に第１リードフィルムが付着された内側電極リード、及び第２リードフィルムが付着された外側電極リードを含んでなる、請求項１に記載のパウチ型二次電池。
11. 前記内側電極リード及び外側電極リードは、前記ノッチが破断された状態でそれぞれ上部ケース又は下部ケースのいずれか一方に付着されている、請求項１０に記載のパウチ型二次電池。
12. 請求項１～１１のいずれか一項に記載のパウチ型二次電池を含む、デバイス。

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