JP7363014B2 - ボタン型二次電池 - Google Patents

Description

本出願は、２０２０年７月３１日付けの韓国特許出願第１０－２０２０－００９６０６１号に基づく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、ボタン型二次電池に関し、さらに詳細には、外部振動及び衝撃を効率的に緩衝させることにより、電極組立体の破損を防止して期待寿命が増大でき、電極組立体のホールが埋まることで変形が防止され得るボタン型二次電池に関する。

通常、コイン型電池、ボタン型電池などにも通用されるボタン型電池は、薄いボタン又はボタンの形状を有し、リモコン、時計、玩具、コンピュータ部品など多くの機器で広く用いられている。

このようなボタン型電池は、主に再充電が不可能な一次電池として製造されていたが、最近、小型化機器の開発に合わせて充放電が可能な二次電池としても広く製造されている。そして、ボタン型二次電池もまた、円筒型又はパウチ型二次電池のように、ケース内に電極組立体及び電解液が内蔵されて繰り返し充放電が可能な構造で製造される。

ボタン型二次電池は、上部缶と下部缶が結合される構造を有し、前記上部缶と下部缶は、高さより直径がさらに大きい平らな円筒形状に形成され、前記上部缶は下部缶より若干大きい直径を有するようになされる。

併せて、前記下部缶には、正極、分離膜、負極が積層された状態で巻き取られた電極組立体及び電解液が搭載される。

ジェリーロール型の電極組立体の製造が開始されるときの姿が示された図１に示されているように、前記電極組立体は、巻芯１に１番目の分離膜２ａと２番目の分離膜２ｂが固定された状態で前記巻芯１の回転が開始されると、１番目の分離膜２ａの外側に負極３を投入して１番目の分離膜２ａと２番目の分離膜２ｂの間に正極４を投入し、中心から１番目の分離膜２ａ、負極３、２番目の分離膜２ｂ、正極４の順序に積層された状態で巻き取られた構造を有するように製造される。但し、製造方式により、１番目の分離膜２ａが巻芯１で巻き取られる間に、負極３、２番目の分離膜２ｂ、正極４が順次投入されて製造されてもよい。

一方、このような電極組立体の場合には、金属材缶に内蔵されるため、外部衝撃及び振動が加えられるとき、直接的に電極組立体に衝撃や振動が伝達されて電極組立体を破損させ得る問題があった。

特に、電極組立体の製造後、巻芯は除去され、前記電極組立体の中心にはホールが形成される構造を有するので、このような振動及び衝撃によって前記ホールの近辺で変形が発生する可能性があった。

したがって、本発明は、外部衝撃及び振動により発生し得る電極組立体の破損及び変形を防止することができるボタン型二次電池を提供することに主な目的がある。

前述したような目的を達成するための本発明は、ボタン型二次電池であって、１番目の分離膜、負極、２番目の分離膜、正極の順序に積層された状態で巻き取られ、１番目の分離膜と２番目の分離膜の終端が正極と負極の終端より中心にさらに近く位置する電極組立体；電解液；及び前記電極組立体及び前記電解液が内蔵された缶；を含み、前記電極組立体は、前記１番目の分離膜と２番目の分離膜のうち少なくとも何れか一つの中心側終端に膨張部材が付着され、前記膨張部材は、電解液を吸収して膨張することを特徴とする。

前記電極組立体は、中心にホールが形成され、前記膨張部材は、前記中心に形成されたホールを埋める。

前記膨張部材は、１番目の分離膜と２番目の分離膜のそれぞれの終端全てに付着されてよい。

前記膨張部材は、１番目の分離膜と２番目の分離膜のそれぞれの終端から幅方向に沿って形成された辺の全体に付着される。

そして、前記分離膜は、負極と正極よりさらに大きい幅を有し、前記負極と正極のそれぞれの両側辺に突出されるように積層された状態で巻き取られ、前記分離膜は、両側辺の負極と正極から突出される部分で膨張部材が追加で付着される。

前記分離膜は、両側辺の負極と正極から突出される部分で追加で付着された膨張部材が前記分離膜の両面全てに付着される。

前記分離膜の両側辺に追加で付着された膨張部材は、分離膜の長さ方向に沿って連続して付着されてよい。または、前記分離膜の両側辺に追加で付着された膨張部材は、分離膜の長さ方向に沿って断絶された部分が形成されるように非連続的に付着されてよい。

前記缶は、電極組立体と電解液が搭載されるように上側が開口された下部缶、及び前記下部缶の上側を閉鎖するように結合される上部缶を含み、前記分離膜の両側辺に追加で付着された膨張部材が電解液を吸収したとき、前記下部缶に搭載された電極組立体は、分離膜の両側辺が上部缶及び下部缶の内側表面と離隔される。

そして、前記分離膜の両側辺に追加で付着された膨張部材が電解液を吸収したとき、前記電極組立体の下に位置した膨張部材と上に位置した膨張部材は、それぞれが下部缶の内側表面と上部缶の内側表面に接触するようになる。

前記分離膜の両側辺に追加で付着された膨張部材と分離膜の中心側終端に付着された膨張部材は、同一材質で製造されてよい。本発明において、前記分離膜の両側辺に追加で付着された膨張部材と分離膜の中心側終端に付着された膨張部材は、同一材質のスウェリングテープであってよい。

併せて、本発明では、前記のような構成を有するボタン型二次電池の複数個が並列又は直列に連結されて結合されたボタン型二次電池モジュールを追加で提供することができる。

前述したような構成を有する本発明は、膨張部材が電解液を吸収して膨張されて外部衝撃又は振動が加えられるとき、前記膨張部材は、電解液を吐出することにより衝撃エネルギー及び振動エネルギーを減衰させることができる。

併せて、前記膨張部材は、電極組立体の中心のホールを埋めるので、電極組立体の変形を防止することができる。

前記分離膜は、両側辺の負極と正極から突出される部分で膨張部材が追加で付着され、追加で付着された膨張部材は、電極組立体の上面と上部缶の内側表面の間、及び電極組立体の下面と下部缶の内側表面の間を支持して緩衝効率をさらに増大することができる。

追加で付着された膨張部材は、膨張率に従い分離膜の長さ方向に沿って連続的に又は非連続的に付着されてよい。

前記膨張部材は、接着面を有するスウェリングテープで提供され、分離膜の製造時に付着が容易になされ得る。

併せて、本発明においては、ボタン型二次電池の複数個が連結されたボタン型二次電池モジュールを追加で提供することができる。

ジェリーロール型の電極組立体の製造が開始されるときの姿が示された図である。 本発明による電極組立体の製造が開始されるときの姿が示された図である。 本発明による分離膜、正極、負極のそれぞれが電極組立体に巻き取られる前に広げられた姿が示された図である。 図３に示された分離膜、負極、正極が巻き取られたときの姿（左側）、及び膨張部材が電解液を吸収してホールを埋めるように膨張した姿（右側）が示された図である。 本発明による分離膜、正極、負極のそれぞれが電極組立体に巻き取られる前に広げられた姿であって、分離膜の両側辺のそれぞれにおいて追加の膨張部材が連続して付着された姿が示された図である。 本発明による分離膜、正極、負極のそれぞれが電極組立体に巻き取られる前に広げられた姿であって、分離膜の両側辺のそれぞれで断絶された部分が形成されるように非連続的に追加の膨張部材が付着された姿が示された図である。 本発明によるボタン型二次電池の縦断面の姿であって、膨張部材が膨張する前の姿が示された図である。 本発明によるボタン型二次電池の縦断面の姿であって、膨張部材が膨張した後の姿が示された図である。

以下、図に基づいて、本発明に対し、本発明の属する技術分野において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。しかし、本発明は、いくつか異なる形態に具現されてよく、ここで説明する実施形態に限定されない。

本発明を明確に説明するために、説明と関係ない部分は省略し、明細書全体に亘って同一又は類似の構成要素に対しては同一の参照符号を付す。

また、本明細書及び特許請求の範囲で用いられた用語や単語は、通常的かつ辞典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の原則に即し、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。

本発明は、高さより直径がさらに大きい構造を有するボタン型二次電池に関し、缶の内部に電極組立体と電解液が搭載される構造を有する。前記電極組立体は、本発明による電極組立体の製造が開始されるときの姿が示された図２に示されているように、巻芯１に１番目の分離膜１０と２番目の分離膜２０が固定された状態で（または、１番目の分離膜が固定され、２番目の分離膜がその次に投入される状態で）前記巻芯１の回転が開始されると、１番目の分離膜１０又は２番目の分離膜２０の外側に正極４０を投入し、１番目の分離膜１０と２番目の分離膜２０の間に負極３０を投入し、中心から１番目の分離膜１０、負極３０、２番目の分離膜２０、正極４０の順序に積層された状態で巻き取られた構造を有するように製造される（又は、製造方式に従い、１番目の分離膜１０が巻芯１で巻き取られる間に、負極３０、２番目の分離膜２０、正極４０が順次投入されてもよい）。

したがって、本発明において、電極組立体は、１番目の分離膜１０と２番目の分離膜２０の終端が正極４０と負極３０の終端より中心にさらに近く位置される。

以下、図を参照しつつ、本発明による実施形態をより詳細に説明する。

第１実施形態
図３は、本発明による分離膜、正極、負極のそれぞれが電極組立体に巻き取られる前に広げられた姿が示された図であり、図４は、図３に示した分離膜、負極、正極が巻き取られたときの姿（左側）、及び膨張部材が電解液を吸収してホールを埋めるように膨張した姿（右側）が示された図である。

この実施形態では、電極組立体に含まれる前記１番目の分離膜１０と２番目の分離膜２０のうち少なくとも何れか１つ、好ましくは２つ全部において中心側終端に膨張部材５０ａが付着されることを特徴とする。ここで、中心側は、円形に製造される電極組立体の円心に向かう方向を意味するので、前記中心側終端は、巻芯１に固定される終端を意味する。

前記膨張部材５０ａは、電解液を吸収して体積が膨張することができ、かつ、電解液との化学反応は発生しない材質で製造される。前記膨張部材５０ａは、二次電池に適用され得るスウェリングテープとして製造されてよく、ポリプロピレン系、アクリレート系、ウレタン系、エポキシ系及びセルロース系よりなる群から選択される何れか一つ又はこれらのうち２種以上が混合して製造されてもよい。

前記膨張部材５０ａは、１番目の分離膜１０と２番目の分離膜２０のそれぞれの終端に付着され、但し、１番目の分離膜１０と２番目の分離膜２０のそれぞれの終端から幅方向（図３参照）に沿って形成された終端の辺全体に沿って付着される。

前述したように、前記分離膜１０、２０は、膨張部材５０ａが中心側終端に付着された状態で負極３０及び正極４０と巻芯を介して巻き取られるので、巻取りが完了した後、前記巻芯が分離されると、図４の左側のように、本実施形態の電極組立体は中心にホールが形成され、前記膨張部材５０ａはホール内に位置するようになる。

そして、このような電極組立体が缶の内部に搭載され、前記缶に電解液が注液されると、前記膨張部材５０ａは、電解液を吸収して体積が膨張することにより前記ホールを埋める。

体積が膨張された膨張部材は、電極組立体に外力が加えられるとき、吸収していた電解液を再び吐出することにより、電極組立体に加えられた外力を緩衝させることができる。そして、時間が経過すると電解液を再び吸収して本来の膨張状態に復元され得る。

第２実施形態
一方、図３に示されているように、本発明において、前記分離膜１０、２０は、負極３０と正極４０よりさらに大きい幅を有する。よって、巻芯に投入されて巻き取られるとき、前記分離膜１０、２０の両側辺（図３において上側辺及び下側辺）は、前記負極３０と正極４０のそれぞれから（図３を基準として上側及び下側のそれぞれから）突出されるように巻き取られる。

本実施形態では、前記分離膜１０、２０は、両側辺の負極３０と正極４０から突出される部分で膨張部材５０ｂが追加で付着される構造を提供する。

図５は、本発明による分離膜１０、２０、正極４０、負極３０のそれぞれが電極組立体に巻き取られる前に広げられた姿であって、分離膜１０、２０の両側辺のそれぞれで追加の膨張部材５０ｂが連続して付着された姿が示された図であり、図６は、分離膜１０、２０の両側辺のそれぞれで断絶された部分が形成されるように非連続的に追加の膨張部材５０ｂが付着された姿が示された図である。

図５と図６を参照すると、本実施形態では、第１実施形態のように分離膜１０、２０の中心側終端に膨張部材５０ａが付着されるだけでなく、分離膜１０、２０で負極３０と正極４０から突出される部分、すなわち、幅方向に沿って突出される両側辺にも追加で付着された膨張部材５０ｂが付着される。追加で付着された膨張部材５０ｂは、前記分離膜１０、２０の片面又は両面全部に付着されてよい。

前記分離膜１０、２０の両側辺に追加で付着された膨張部材５０ｂは、図５に示されているように、分離膜１０、２０の長さ方向に沿って連続して付着されてよい。または、膨張部材５０ｂの膨張率を考慮し、図６に示されているように、分離膜１０、２０の長さ方向に沿って断絶された部分が形成されるように非連続的に付着されてよい。

図７は、本発明によるボタン型二次電池の縦断面の姿であって、膨張部材５０ａ、５０ｂが膨張する前の姿が示された図であり、図８は、本発明によるボタン型二次電池の縦断面の姿であって、膨張部材５０ａ、５０ｂが膨張した後の姿が示された図である。

図７及び図８に示されているように、本発明において、前記缶は、電極組立体と電解液が搭載されるように上側が開口された下部缶７０と、前記下部缶７０の上側を閉鎖するように結合される上部缶６０とを含んでなる。

前記下部缶７０に、前述した通り、中心側終端だけでなく、幅方向に沿って突出される両側辺にも膨張部材５０ａ、５０ｂが付着された電極組立体は、図７に示されているように、電解液とともに缶の内部に搭載される。

そして、一定時間が経過した後、前記膨張部材５０ａ、５０ｂが電解液を吸収すると、前記電極組立体は、分離膜１０、２０の両側辺（図で上側と下側）が上部缶６０の内側表面及び下部缶７０の内側表面と離隔された状態で、図８に示されているように、前記電極組立体の下に位置した膨張部材５０ｂと上に位置した膨張部材５０ｂは、それぞれが下部缶７０の内側表面と上部缶６０の内側表面に接触するようになる。よって、前記電極組立体は、膨張された膨張部材５０ｂにより支持され、缶内部での動きが防止され得る。

一方、本実施形態において、前記分離膜１０、２０の両側辺に追加で付着された膨張部材５０ｂと分離膜の中心側終端に付着された膨張部材５０ａは、同一材質で製造されるのが好ましい。

したがって、前記前記分離膜１０、２０の両側辺に追加で付着された膨張部材５０ｂは、前記で説明したように、中心側終端に付着された膨張部材５０ａと同一材質のスウェリングテープであってよい。

併せて、本発明では、前記のような構成を有するボタン型二次電池の複数個が並列又は直列に連結されて結合されたボタン型二次電池モジュールを追加で提供することができる。

前述したような構成を有する本発明は、膨張部材５０ａ、５０ｂが電解液を吸収して膨張されて外部衝撃又は振動が加えられるとき、前記膨張部材５０ａ、５０ｂは、電解液を吐出することにより衝撃エネルギー及び振動エネルギーを減衰させることができる。

併せて、前記膨張部材５０ａは、電極組立体の中心のホールを埋めるので、電極組立体の変形を防止することができる。

前記分離膜は、両側辺の負極と正極から突出される部分で膨張部材５０ｂが追加で付着され、追加で付着された膨張部材５０ｂは、電極組立体の上面と上部缶の内側表面の間、及び電極組立体の下面と下部缶の内側表面の間を支持して緩衝効率をさらに増大することができる。

追加で付着された膨張部材５０ｂは、膨張率に従い分離膜の長さ方向に沿って連続的に又は非連続的に付着されてよい。

前記膨張部材は、接着面を有するスウェリングテープで提供されるので、分離膜の製造時に付着が容易になされ得る。

併せて、本発明では、ボタン型二次電池の複数個が連結されたボタン型二次電池モジュールを追加で提供することができる。

以上、本発明は、たとえ限定された実施形態と図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、本発明の属する技術分野で通常の知識を有する者により、本発明の技術思想と特許請求の範囲の均等範囲内で多様な実施が可能である。

１０：分離膜
２０：分離膜
３０：負極
４０：正極
５０ａ、５０ｂ：膨張部材

Claims (13)

1. １番目の分離膜、負極、２番目の分離膜、正極の順序に積層された状態で巻き取られ、前記１番目の分離膜と前記２番目の分離膜の終端が前記正極と前記負極の終端より中心にさらに近く位置される電極組立体；
   電解液；及び
   前記電極組立体及び前記電解液が内蔵された缶；を含み、
   前記電極組立体は、前記１番目の分離膜と前記２番目の分離膜のうち少なくとも何れか一つの中心側終端に膨張部材が付着され、前記膨張部材は、電解液を吸収して膨張する、ボタン型二次電池。
2. 前記電極組立体は、中心にホールが形成され、前記膨張部材は、前記中心に形成された前記ホールを埋める、請求項１に記載のボタン型二次電池。
3. 前記膨張部材は、前記１番目の分離膜と前記２番目の分離膜のそれぞれの終端全てに付着された、請求項１または２に記載のボタン型二次電池。
4. 前記膨張部材は、前記１番目の分離膜と前記２番目の分離膜のそれぞれの終端で幅方向に沿って形成された辺の全体に付着された、請求項３に記載のボタン型二次電池。
5. 前記分離膜は、前記負極と前記正極よりさらに大きい幅を有し、前記負極と前記正極のそれぞれの両側辺に突出されるように積層された状態で巻き取られ、
   前記分離膜は、両側辺の前記負極と前記正極から突出される部分で膨張部材が追加で付着された、請求項１から４の何れか一項に記載のボタン型二次電池。
6. 前記分離膜は、両側辺の前記負極と前記正極から突出される部分で追加で付着された膨張部材が前記分離膜の両面全てに付着された、請求項５に記載のボタン型二次電池。
7. 前記分離膜の両側辺に追加で付着された前記膨張部材は、前記分離膜の長さ方向に沿って連続して付着された、請求項５に記載のボタン型二次電池。
8. 前記分離膜の両側辺に追加で付着された前記膨張部材は、前記分離膜の長さ方向に沿って断絶された部分が形成されるように非連続的に付着された、請求項５に記載のボタン型二次電池。
9. 前記缶は、前記電極組立体と前記電解液が搭載されるように上側が開口された下部缶、及び前記下部缶の上側を閉鎖するように結合される上部缶を含み、
   前記分離膜の両側辺に追加で付着された前記膨張部材が前記電解液を吸収したとき、前記下部缶に搭載された前記電極組立体は、前記分離膜の両側辺が前記上部缶及び前記下部缶の内側表面と離隔される、請求項５から８の何れか一項に記載のボタン型二次電池。
10. 前記分離膜の両側辺に追加で付着された膨張部材が前記電解液を吸収したとき、前記電極組立体の下に位置した膨張部材と上に位置した膨張部材は、それぞれが下部缶の内側表面と上部缶の内側表面に接触するようになる、請求項９に記載のボタン型二次電池。
11. 前記分離膜の両側辺に追加で付着された膨張部材と前記分離膜の中心側終端に付着された膨張部材とは、同一材質で製造された、請求項５から１０の何れか一項に記載のボタン型二次電池。
12. 前記分離膜の両側辺に追加で付着された膨張部材と前記分離膜の中心側終端に付着された膨張部材は、同一材質のスウェリングテープである、請求項１１に記載のボタン型二次電池。
13. 請求項１から１２の何れか一項に記載のボタン型二次電池の複数個が並列又は直列に連結されるように結合された、ボタン型二次電池モジュール。

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