JP7275454B2 - 円筒形電池および円筒形電池の製造方法 - Google Patents

円筒形電池および円筒形電池の製造方法 Download PDF

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Description

関連出願（ら）との相互引用
本出願は、２０１９年１０月１４日付韓国特許出願第１０－２０１９－０１２７３１０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組み含まれる。
本発明は、円筒形電池および円筒形電池の製造方法に関する。
最近、化石燃料の枯渇によるエネルギー源の価格上昇、環境汚染への関心が増幅しつつ、環境にやさしい代替エネルギー源に対する要求が未来の生活のための必須不可欠な要因になってきている。そこで、原子力、太陽光、風力、潮力など多様な電力生産技術に対する研究が続いており、このように生産されたエネルギーをより効率的に用いるための電力貯蔵装置にも大きな関心が持続している。
なお、モバイル機器と電気自動車に対する技術開発と需要が増加することに伴いエネルギー源としての電池の需要が急激に増加しており、そのため、多様な要求に応えることができる電池に対する多くの研究が行われている。特に、材料の面では高いエネルギー密度、放電電圧、出力安定性などの長所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ようなリチウム二次電池に対する需要が高い。
二次電池は、正極、負極、および正極と負極との間に介される分離膜が積層された構造の電極組立体が如何なる構造からなっているのかにより分類される。代表的には、長いシート形の正極と負極を分離膜が介された状態で巻き取った構造のジェリーロール型（巻取型）電極組立体、所定の大きさの単位に切り取った多数の正極と負極を分離膜を介した状態で順次に積層したスタック型（積層型）電極組立体などが挙げられ、最近は、前記ジェリーロール型電極組立体およびスタック型電極組立体が有する問題点を解決するために、前記ジェリーロール型とスタック型の混合形態である一歩進んだ構造の電極組立体として、所定単位の正極と負極を分離膜を介した状態で積層した単位セルを分離フィルム上に位置させた状態で順次に巻き取った構造のスタック／フォルディング型電極組立体が開発されている。
このような電極組立体を使用目的により、パウチケース、円筒形カン、および角形ケースなどに収納して電池を製造する。
このうち、円筒形電池は、製造が容易であり、重量当たりエネルギー密度が高い、という長所を有しており、携帯用コンピュータから電気自動車に至るまで多様な機器のエネルギー源として使用されている。
図１は従来の円筒形電池を示す模式図である。
図１を参照すると、円筒形電池１０は、ジェリーロール型電極組立体１２を円筒形ケース１３に収納し、円筒形ケース１３内に電解液を注入した後、円筒形ケース１３の開放上端にトップキャップ１４を結合して作製する。ジェリーロール型電極組立体１２は、正極１２ａ、分離膜１２ｂおよび負極１２ｃを順に積層して丸い形態に巻き取った構造である。電極組立体１２の中心部には円筒形のセンターピン１５が挿入されている。このようなセンターピン１５は、電極組立体１２を固定および支持する作用と充放電および作動時に内部反応により発生されるガスを放出する通路として作用する。
このような従来の円筒形電池１０の円筒形ケース１３は、金属材質からなる単一層構造であるため、外部に熱が簡単に放出される。したがって、低温環境で円筒形電池１０が使用される時、充放電過程で発生した内部熱は外部に簡単に放出されて電池の性能が急激に減少するという問題点がある。
本発明が解決しようとする課題は、断熱性に優れた電池ケースを備えた円筒形電池を提供することにある。
しかし、本発明の実施形態が解決しようとする課題は、前述した課題に限定されず、本発明に含まれている技術的な思想の範囲で多様に拡張され得る。
本発明の一実施形態による円筒形電池は、電極組立体、および前記電極組立体が収納され、樹脂で形成された電池ケースを含むことができる。
前記電池ケースは、上部ケース、側面ケースおよび下部ケースを含み、前記側面ケースには中空が形成され得る。
前記側面ケースは内部ケースと外部ケースを含むことができる。
前記中空は前記内部ケースと前記外部ケースの間に形成され得る。
前記下部ケースは端子連結部を含むことができる。
前記端子連結部の側面には階段型段差が形成され得る。
前記下部ケースは前記端子連結部の形状に対応する装着空間を含むことができる。
前記端子連結部は金属素材からなることができる。
前記電極組立体の負極タブが前記端子連結部に電気的に連結され得る。
前記上部ケースは第１結合部を含むことができる。
前記側面ケースは第２結合部を含むことができる。
前記第１結合部はラッチであり得る。
前記第２結合部は前記ラッチが締結される溝を含むことができる。
前記第１結合部はねじ山またはねじ谷を含むことができる。
前記第２結合部は前記ねじ山またはねじ谷に結合するねじ山またはねじ谷を含むことができる。
前記円筒形電池を製造する前記円筒形電池の製造方法は、前記上部ケースを製造する段階、前記上部ケースを前記側面ケースに連結する段階、および端子連結部を前記下部ケースに連結する段階、を含むことができる。
前記上部ケースは前記側面ケースにスナップフィット方式で締結され得る。
前記上部ケースは前記側面ケースにねじ山／ねじ谷結合方式で結合することができる。
前記上部ケースは射出成形で製造され得る。
前記端子連結部は前記電池ケースの収納部で重力が作用する方向に移動して前記下部ケースの装着空間に装着され得る。
以上で説明したように、本発明の実施形態による円筒形電池は、樹脂からなり、中空が形成された電池ケースを含むことによって優れた断熱性を発揮することができる。
従来の円筒形電池を示す模式図である。 本発明の一実施形態による円筒形電池を示す模式図である。 図２の端子連結部が結合されることを示す模式図である。 本発明の他の一実施形態による円筒形電池を示す模式図である。 図４の上部ケースが分離されたことを示す模式図である。 本発明のまた他の一実施形態による円筒形電池を示す模式図である。 図６の上部ケースが分離されたことを示す模式図である。
以下、添付した図面を参照して本発明の多様な実施形態について本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が容易に実施できるように詳細に説明する。本発明は、多様な異なる形態に実現することができ、ここで説明する実施形態に限定されない。
また、明細書全体において、ある部分がある構成要素を「含む」という時、これは特に反対になる記載がない限り、他の構成要素を除外せず、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。
また、明細書全体において、「中空」は真空状態の空間を意味する。
図２は本発明の一実施形態による円筒形電池を示す垂直断面図である。図３は図２の端子連結部が結合されることを示す模式図である。
図２および図３を参照すると、円筒形電池１００は、トップキャップ（図示せず）、電池ケース１１０、端子連結部１２０および電極組立体１４０を含むことができる。電極組立体１４０は電池ケース１１０内部に収納され得る。説明の便宜のために電極組立体１４０の一部を省略して図示した。
前記トップキャップは電極組立体１４０の上端に搭載され得る。前記トップキャップは、安全ベント（図示せず）および電力遮断部材（図示せず）を含む構造であり得る。また前記トップキャップは、前記安全ベントおよび前記電力遮断部材を含まない構造であり得る。
電池ケース１１０は、上部ケース１１１、側面ケース１１２および下部ケース１１３を含むことができる。側面ケース１１２は、内部ケース１１２ａおよび外部ケース１１２ｂを含むことができる。
電池ケース１１０は樹脂（ＲＥＳＩＮ）からなることができる。前記樹脂は、特に限定されないが、一例としてテフロン（登録商標）（ＴＥＦＬＯＮ（登録商標））であり得る。樹脂からなる電池ケース１１０は、金属カンに比べて熱伝導率が低いため、円筒形電池１００の充放電過程で発生する熱が円筒形電池１００内部でより長期間維持され得る。
上部ケース１１１は、既にビーディング工程が完了した形状であり得る。このような形状は射出成形で作製され得るため、円筒形電池１００の製造工程が簡素化され得る。上部ケース１１１は単一層で形成され得る。また、上部ケースは内部ケース１１２ａと外部ケース１１２ｂに連結された構造であり得る。
内部ケース１１２ａは前記電極組立体が収納される収納部１３０側に位置し、外部ケース１１２ｂは内部ケース１１２ａを囲んだ形態で外部に露出された構造であり得る。内部ケース１１２ａと外部ケース１１２ｂは円筒形状であり得、内部ケース１１２ａの直径は外部ケース１１２ｂの直径より小さく形成され得る。内部ケース１１２ａと外部ケース１１２ｂの間には所定距離だけ離隔した空間Ｓが形成され得る。空間Ｓは中空であり得る。真空状態で維持された空間Ｓは、単一層で形成された金属カン構造に比べて熱伝導率が低いため、優れた断熱効果を発揮することができる。したがって、円筒形電池１００の充放電過程で発生する熱が円筒形電池１００の内部で長期間維持され得る。
下部ケース１１３は、内部ケース１１２ａと外部ケース１１２ｂに連結された構造であり得る。内部ケース１１２ａと外部ケース１１２ｂは下部ケース１１３の縁部位に形成され得る。下部ケース１１３は単一層で形成され得る。そして、下部ケース１１３の中心部には端子連結部１２０が形成され得る。また、下部ケース１１３は端子連結部１２０の形状に対応する装着空間１２１が形成された構造であり得る。
端子連結部１２０は金属材質からなることができる。電極組立体１４０の負極タブ１４１が端子連結部１２０に電気的に連結され得る。そこで、端子連結部１２０は円筒形電池１００の負極端子になることができる。
端子連結部１２０は、高さが低い二つ以上の円柱が積層された形状であり得る。円柱は互いに異なる断面直径を有しているため、端子連結部１２０の側面は階段型段差が形成された構造であり得る。一例として、端子連結部１２０は断面直径が小さい円柱Ｃ２上に断面直径が大きい円柱Ｃ１が積層された構造であり得る。そこで、端子連結部１２０は収納部１３０で重力が作用する方向に移動して装着空間１２１に装着され得る。
端子連結部１２０と装着空間１２１の間には多様な連結構造を通じて結合され得る。一例として、端子連結部１２０と装着空間１２１の連結部位にはねじ山とねじ谷を形成して互いに結合され得る。また、端子連結部１２０と装着空間１２１の連結部位にゴム材質のＯリングを含むことができる。前記結合を通じて電解液が外部に漏れ出ることを防止することができる。
図４は本発明の他の一実施形態による円筒形電池を示す模式図である。
図５は図４の上部ケースが分離されたことを示す模式図である。
図４および図５を参照すると、円筒形電池２００は、トップキャップ（図示せず）、電池ケース２１０、端子連結部２２０および電極組立体（図示せず）を含むことができる。電池ケース２１０は、上部ケース２１１、側面ケース２１２および下部ケース２１３を含むことができる。
上部ケース２１１は、第１結合部２１１ａを含むことができる。上部ケース２１１は第１結合部２１１ａを通じて側面ケース２１２と結合され得る。第１結合部２１１ａはラッチであり得る。
側面ケース２１２は、内部ケース２１２ａ、外部ケース２１２ｂおよび第２結合部２１２ｃを含むことができる。側面ケース２１２は第２結合部２１２ｃを通じて上部ケース２１１と結合することができる。第２結合部２１２ｃは前記ラッチと結合できる溝構造を含むことができる。
このような構造によって上部ケース２１１と側面ケース２１２はスナップフィット（ＳＮＡＰ－ＦＩＴ）方式で締結され得る。これは円筒形電池２００の製造工程を簡素化できる効果がある。
図６は本発明のまた他の一実施形態による円筒形電池を示す模式図である。図７は図６の上部ケースが分離されたことを示す模式図である。
図６および図７を参照すると、円筒形電池３００は、トップキャップ（図示せず）、電池ケース３１０、端子連結部３２０および電極組立体（図示せず）を含むことができる。電池ケース３１０は、上部ケース３１１、側面ケース３１２および下部ケース３１３を含むことができる。側面ケース３１２は、内部ケース３１２ａと外部ケース３１２ｂを含むことができる。
上部ケース３１１は、第１結合部３１１ａを含むことができる。上部ケース３１１は第１結合部３１１ａを通じて側面ケース３１２と結合され得る。第１結合部３１１ａはねじ山またはねじ谷を含むことができる。
側面ケース３１２は、内部ケース３１２ａ、外部ケース３１２ｂ、および第２結合部３１２ｃを含むことができる。側面ケース３１２は第２結合部３１２ｃを通じて上部ケース３１１と結合することができる。第２結合部３１２ｃはねじ山またはねじ谷を含むことができる。
このような構造によって上部ケース３１１を回転させて側面ケース３１２に結合することができる。これは円筒形電池３００の製造工程を簡素化できる効果がある。また、上部ケース３１１を必要に応じて側面ケース３１２から容易に分離することができる。
本発明が属する分野における通常の知識を有する者であれば、上記の内容に基づいて本発明の範疇内で多様な応用および変形を行うことが可能であろう。

Claims (19)

  1. 電極組立体、および
    前記電極組立体が収納され、樹脂で形成された電池ケースを含み、
    前記電池ケースは、上部ケース、側面ケースおよび下部ケースを含み、
    前記側面ケースには中空が形成された円筒形電池。
  2. 前記側面ケースは内部ケースと外部ケースを含む、請求項１に記載の円筒形電池。
  3. 前記中空は前記内部ケースと前記外部ケースの間に形成された、請求項２に記載の円筒形電池。
  4. 前記下部ケースは端子連結部を含む、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の円筒形電池。
  5. 前記端子連結部の側面には階段型段差が形成された、請求項４に記載の円筒形電池。
  6. 前記下部ケースは前記端子連結部の形状に対応する装着空間を含む、請求項４または請求項５に記載の円筒形電池。
  7. 前記端子連結部は金属素材からなる、請求項４から請求項６のいずれか一項に記載の円筒形電池。
  8. 前記電極組立体の負極タブが前記端子連結部に電気的に連結された、請求項７に記載の円筒形電池。
  9. 前記上部ケースは第１結合部を含む、請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の円筒形電池。
  10. 前記側面ケースは第２結合部を含む、請求項９に記載の円筒形電池。
  11. 前記第１結合部はラッチである、請求項１０に記載の円筒形電池。
  12. 前記第２結合部は前記ラッチが締結される溝を含む、請求項１１に記載の円筒形電池。
  13. 前記第１結合部はねじ山またはねじ谷を含む、請求項１０に記載の円筒形電池。
  14. 前記第２結合部は前記ねじ山またはねじ谷に結合するねじ山またはねじ谷を含む、請求項１３に記載の円筒形電池。
  15. 請求項１から請求項１４のいずれか一項に記載の円筒形電池を製造する製造方法であって、
    前記上部ケースを製造する段階；
    前記上部ケースを前記側面ケースに連結する段階；および
    端子連結部を前記下部ケースに連結する段階；
    を含む円筒形電池の製造方法。
  16. 前記上部ケースは前記側面ケースにスナップフィット方式で締結する、請求項１５に記載の円筒形電池の製造方法。
  17. 前記上部ケースは前記側面ケースにねじ山／ねじ谷結合方式で結合する、請求項１５に記載の円筒形電池の製造方法。
  18. 前記上部ケースは射出成形で製造する、請求項１５から請求項１７のいずれか一項に記載の円筒形電池の製造方法。
  19. 前記端子連結部は前記電池ケースの収納部で重力が作用する方向に移動して前記下部ケースの装着空間に装着される、請求項１５から請求項１８のいずれか一項に記載の円筒形電池の製造方法。
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