JP7428318B2 - ボタン型二次電池 - Google Patents

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Description

本出願は、２０２０年７月１４日付けの韓国特許出願第１０－２０２０－００８７１３８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、直径が高さよりも大きい形態を有するボタン型二次電池に関し、より詳細には、スウェリング部材を内蔵して衝撃を緩衝することができ、電極組立体の解除を防止することができるボタン型二次電池に関する。
通常、コイン型電池、ボタン電池などとしても通用するボタン型電池は、薄いボタンまたはボタン形状を有し、リモコン、時計、おもちゃ、コンピュータ部品など、様々な機器において広く使用されている。
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。また、ボタン型二次電池も円筒型またはパウチ型二次電池のように、ケース内に電極組立体および電解液が内蔵されて繰り返した充放電が可能な構造に製造される。
図１は従来のボタン型二次電池の縦断面が図示されている図である。
図示されているように、ボタン型二次電池は、上部缶４と下部缶３が結合する構造を有し、前記上部缶４と下部缶３は、高さよりも直径がより大きい平たい円筒形状に形成され、前記上部缶４は、下部缶３より若干大きい直径を有するように構成される。
前記下部缶３には、正極、セパレータ、負極が積層された状態で巻き取られた電極組立体１および電解液（図示せず）が搭載される。前記電極組立体１は、回転する巻心に、セパレータ、負極、セパレータ、正極の順に投入されて巻き取られ、前記巻心が抜けた中心孔にはセンターピン２が挿入される構造を有する。また、負極から延びた負極タブおよび正極から延びた正極タブが突出し、前記負極タブと正極タブは、下部缶３と上部缶４それぞれに接合される。
また、前記上部缶４と下部缶３の結合時に、ショートの発生を防止するように、上部缶４と下部缶３が接触する地点には、電気伝導性がないガスケット５が位置した状態で、上部缶４の端部がガスケット５を加圧するように折り曲げられた状態で下部缶３に締結される。
しかし、上記のような締結方式は、ガスケットと上部缶との摩擦力および前記上部缶の端部がガスケットを押す圧力だけで締結力が決定されるため、外部衝撃が加えられた時に、上部缶と下部缶の分離が発生し得る問題があった。
また、外部衝撃が内部電極組立体まで伝達されて、巻き取られた電極組立体の解除または破損が発生する可能性があった。
したがって、本発明は、上記のような問題を解消するように、外部衝撃に対してより強固な構造を有し、電極組立体に伝達される衝撃を緩衝することができるボタン型二次電池を提供することを主な目的とする。
上述のような目的を達成するための本発明は、下部缶に電極組立体が搭載されると、上部缶が下部缶に結合するボタン型二次電池であって、負極、セパレータ、正極が積層された状態で巻き取られた電極組立体と、前記電極組立体が搭載され、前記電極組立体が搭載される空間以外に、余分の空間として空間部が形成される下部缶と、前記下部缶に電極組立体が搭載され、電解液が注入された状態で前記下部缶を閉鎖するように前記下部缶と結合する上部缶と、前記電極組立体の外面に結合した状態で下部缶内に搭載されるスウェリング部材とを含み、前記スウェリング部材は、電解液が注入されると、前記電解液を吸収し、前記空間部内で体積が膨張することを特徴とする。
前記下部缶は、平たい下面部の周縁に沿って上側に形成された第１側壁部と、前記第１側壁部の端部から直径が次第に拡張する形状に形成された第１傾斜部と、前記第１傾斜部の端部から第１側壁部と平行をなす方向に延びた第１末端部とを含む。
また、前記上部缶は、平たい上面部の周縁に沿って下側に形成され、第１末端部と平行な第２側壁部と、前記第２側壁部の端部から直径が次第に狭くなるように形成され、第１傾斜部と平行な第２傾斜部と、前記第２傾斜部の端部から第１側壁部と平行をなすように延びた第２末端部とを含む。
前記空間部は、第１傾斜部、第１末端部、上面部および電極組立体の側面を境界として形成される。
前記第１側壁部と第２末端部との間、前記第１傾斜部と第２傾斜部との間および前記第１末端部と第２側壁部との間には、上部缶と下部缶との接触を防止し、電気絶縁性を有するガスケットが配置される。
前記ガスケットの端部は、第２末端部から突出して外部に露出する。
前記スウェリング部材は、少なくとも二つ以上の複数個が電極組立体に付着されている。また、前記スウェリング部材のいずれか一つは、他の一つとは膨張した体積が相違するように構成されることができる。
前記スウェリング部材はスウェリングテープであり、前記スウェリングテープは、電極組立体の周縁を巻くように結合する。
前記スウェリング部材が空間部内で膨張が完了した時に、前記空間部内には余剰空間が形成される。
なお、本発明では、上記のような特徴を有するボタン型二次電池の複数個が互いに並列または直列に連結された二次電池モジュールをさらに提供することができる。
上述のような技術的特徴を有する本発明は、上部缶と下部缶の中でスウェリング部材が電解液を吸収して体積が膨張することから、電極組立体に伝達される外部衝撃を緩衝することができる。
これにより、電極組立体の破損を防止し、二次電池の耐久性をより増加させることができる。
スウェリング部材が膨張する空間部は、上部缶と下部缶の直径方向に形成されることから、二次電池の高さの増加を抑制することができる。
また、上部缶の上面部は、下部缶の下面部よりも大きい直径を有することから、しまりばめ方式で上部缶と下部缶の結合が行われて、密閉性能をより向上させることができる。
また、前記下部缶と上部缶のそれぞれは、第１傾斜部と第２傾斜部をそれぞれ有することから、しまりばめが行われる時にガスケットに加えられる衝撃を低減することができ、より安定的な締結を可能にする。
前記スウェリング部材は、少なくとも二つ以上の複数個が電極組立体に付着され、少なくともいずれか一つは他のものと大きさが異なるように膨張し、空間部の形態に合わせて内部空間を効率的に使用することができる。
なお、前記スウェリング部材は、スウェリングテープであり、前記スウェリングテープは、電極組立体の周縁を巻くように結合し、電極組立体の解除を防止することができる。
また、前記空間部内には余剰空間が形成され、内部にガスが発生する時に、前記ガスが捕集する空間として活用されることができる。
従来のボタン型二次電池の縦断面図である。 本発明の実施形態によって下部缶内に空間部が形成された様子が図示されている縦断面図である。 本発明の実施形態によって下部缶内にスウェリング部材が結合した電極組立体が搭載された様子が示された縦断面図である。 図３に図示されているスウェリング部材が膨張した時の様子が図示されている縦断面図である。 空間部の余剰空間内にガスが捕集された様子が図示されている縦断面図である。
以下、添付の図面を参照して、本発明に対して、本発明が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するように詳細に説明する。しかし、本発明は、様々な相違する形態に実現されることができ、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、説明とは関係のない部分は省略しており、明細書の全体にわたり同一または類似する構成要素に対しては、同じ参照符号を付ける。
また、本明細書および特許請求の範囲に使用されている用語や単語は、通常的もしくは辞書的な意味に限定して解釈されてならず、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切に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。
本発明は、直径が高さよりも大きく形成されるボタン型二次電池に関し、電解液を吸収して体積が膨張するスウェリング部材４０を含むことを特徴とする。以下、添付の図面を参照して、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２は、下部缶１０内に空間部Ｃが形成された様子が図示されている縦断面図であり、図３は、下部缶Ｃ内にスウェリング部材４０が結合した電極組立体１が搭載された様子が示されている縦断面図である。
図面を参照すると、本発明は、上部缶２０と下部缶１０内に電極組立体１が搭載され、この際、前記電極組立体１は、スウェリング部材４０が結合した状態で搭載され、上部缶２０と下部缶１０が結合する前に電解液が注入される。
前記電極組立体１は、負極、セパレータ、正極が積層された状態で巻き取りが行われた構造を有する。また、上側には正極で延びた正極タブ１ａが突出し、下側には負極から延びた負極タブ１ｂが突出し、下部缶１０と上部缶２０の結合が行われる前に、正極タブ１ａは、上部缶２０に接合され、負極タブ１ｂは下部缶１０に接合される。
また、前記電極組立体１は、カップ形状を有する下部缶１０に搭載される。前記下部缶１０は、電極組立体１が搭載される空間以外に、余分の空間として空間部Ｃが形成される。すなわち、図面に示されているように、下部缶１０の上端は、周縁に沿って直径が増加する方向に拡張した構造を有する。
より詳細には、前記下部缶１０は、平たい下面部１１の周縁に沿って上側に形成された第１側壁部１２と、前記第１側壁部１２の端部から直径が次第に拡張する形状に形成された第１傾斜部１３と、前記第１傾斜部１３の端部から第１側壁部１２と平行をなす方向に延びた第１末端部１４とを含む構造を有する。
また、上部缶２０は、前記下部缶１０に電極組立体１が搭載され、電解液が注入された状態で前記下部缶１０を閉鎖するように前記下部缶１０と結合する。前記上部缶２０は、平たい上面部２１の周縁に沿って下側に形成され、第１末端部１４と平行な第２側壁部２２と、前記第２側壁部２２の端部から直径が次第に狭くなるように形成され、第１傾斜部１３と平行な第２傾斜部２３と、前記第２傾斜部２３の端部から第１側壁部１２と平行をなすように延びた第２末端部２４とを含む。
したがって、前記下部缶１０と上部缶２０の結合が行われた時に、前記空間部Ｃは、第１傾斜部１３、第１末端部１４、上面部２１および電極組立体１の側面を境界として形成される。
なお、上述のように、前記上部缶２０は正極と連結され、前記下部缶１０は負極と連結されるため、ショートを防止するために、上部缶２０と下部缶１０の結合地点には、電気絶縁性を有する材質で製造されたガスケット３０が挿入される。すなわち、前記ガスケット３０は、第１側壁部１２と第２末端部２４の間、第１傾斜部１３と第２傾斜部２３との間および第１末端部１４と第２側壁部２２との間に位置し、上部缶２０と下部缶１０との接触を防止する。この際、第２末端部２４の端部が加圧することができるように、前記ガスケット３０の端部は、第２末端部２４から所定の長さだけ突出して外部に露出する。
また、この実施形態において、前記電極組立体１は、外面にスウェリング部材４０が結合した状態で下部缶１０に搭載される。前記電極組立体１が下部缶１０に搭載される時に、前記スウェリング部材４０は、空間部Ｃに配置されるように、電極組立体１の上側部分に結合する。
前記スウェリング部材４０は、電極組立体１０が搭載された後、電解液が下部缶１０に注入されると、前記電解液を吸収して体積が膨張する。すなわち、スウェリング部材４０が膨張した時の様子が図示されている図４に示されているように、前記スウェリング部材４０は、電解液を吸収することで、空間部Ｃ内で体積が膨張する。
膨張した前記スウェリング部材４０は、電極組立体１に伝達される外部衝撃を緩衝することができる。これにより、電極組立体１の破損を防止し、二次電池の耐久性をより増加させることができる。また、この実施形態において、スウェリング部材４０が膨張する空間部Ｃは、上部缶２０と下部缶１０の直径方向に形成されることから、二次電池の高さの増加を抑制することができる。
外部から衝撃が伝達されると、前記スウェリング部材４０は、吸収した電解液を吐出することで、電極組立体１に伝達される衝撃エネルギーを緩衝することができる。また、時間が経つにつれて、前記スウェリング部材４０は、電解液をまた吸収することで、緩衝性能をまた維持することができる。
第２実施形態
この実施形態において、前記電極組立体１に少なくとも二つ以上の複数個のスウェリング部材４０が結合する構成を提供する。
すなわち、図２、図３に図示されているように、前記スウェリング部材４０は、複数個が個別に電極組立体１に結合することができる。この際、前記スウェリング部材４０の膨張する体積は、空間部Ｃの大きさおよび形状に応じて異なるように提供されることができる。
仮に、相対的に小さい内径で形成された第１傾斜部１３に位置する最下側スウェリング部材４０は、第１傾斜部１３が形成する内径に合わせて相対的に小さい大きさに膨張が行われるのに対し、相対的により大きい内径で形成された第１末端部１４に位置するスウェリング部材４０は、最下側スウェリング部材４０よりも大きい直径を有するように膨張が行われることができる。
なお、この実施形態において、前記スウェリング部材４０は、電極組立体１の周縁に巻くことができるスウェリングテープとして提供されることができる。
すなわち、電極組立体１を構成する負極、セパレータ、正極の巻き取りが完了した後、解除を防止するために提供されるテープをスウェリング部材４０として構成することができる。これにより、スウェリングテープ４０が電極組立体１の製造過程で付着された状態で提供されることができるため、スウェリング部材４０を結合させる別のさらなる組立工程が削除されることができる。
この際、前記スウェリングテープは、負極、セパレータ、正極のいずれか一つの巻き取りが終了する端部にのみ付着されるものではなく、電極組立体１の全体を巻くように付着されることで、外部衝撃によって電極組立体１の解除が発生する問題をより効率的に抑制することができる。
一方、このように複数個のスウェリング部材４０が付着されることによって、前記空間部Ｃ内には、余剰空間Ｃ１（図５参照）が形成されることができる。
前記余剰空間Ｃ１内にガスが捕集された様子が図示されている図５に示されているように、二次電池の充放電が行われる間に生成され得るガスが気泡ｇ状に捕集されることができる。このように気泡ｇの捕集が行われることで、上部缶２０および／または下部缶１０が膨れ上がるスウェリングを抑制することができる。
したがって、この実施形態では、少なくとも二つ以上の複数個のスウェリング部材４０が電極組立体１に付着され、少なくともいずれか一つは他のものと大きさが異なるように膨張され得るため、空間部Ｃの形態に合わせて膨張が行われ、内部空間をより効率的に使用することができる。
なお、前記スウェリング部材４０は、スウェリングテープであり、前記スウェリングテープは、電極組立体１の周縁を巻くように結合し、電極組立体１の解除を防止することができる。
また、前記空間部Ｃ内には余剰空間Ｃ１が形成され、内部にガスが発生する時に気泡ｇが捕集される空間として活用されることができる。
なお、本発明では、上記のような特徴を有するボタン型二次電池の複数個が互いに並列または直列に連結された二次電池モジュールをさらに提供することができる。
以上、本発明は、限定された実施形態と図面によって説明されているものの、本発明はこれによって限定されず、本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者により、本発明の技術思想と以下に記載する特許請求の範囲の均等範囲内で様々な実施が可能である。
１ 電極組立体
１０ 下部缶
１１ 下面部
１２ 第１側壁部
１３ 第１傾斜部
１４ 第１末端部
２０ 上部缶
２１ 上面部
２２ 第２側壁部
２３ 第２傾斜部
２４ 第２末端部
３０ ガスケット
４０ スウェリング部材

Claims (9)

  1. 下部缶に電極組立体が搭載されると、上部缶が前記下部缶に結合するボタン型二次電池であって、
    負極、セパレータ、正極が積層された状態で巻き取られた電極組立体と、
    前記電極組立体が搭載され、前記電極組立体が搭載される空間以外に、余分の空間として空間部が形成される下部缶と、
    前記下部缶に前記電極組立体が搭載され、電解液が注入された状態で前記下部缶を閉鎖するように前記下部缶と結合する上部缶と、
    前記電極組立体の外面に結合した状態で前記下部缶内に搭載されるスウェリング部材とを含み、
    前記スウェリング部材は、前記電解液が注入されると、前記電解液を吸収し、前記空間部内で体積が膨張し、
    前記下部缶は、平たい下面部の周縁に沿って上側に形成された第１側壁部と、前記第１側壁部の端部から直径が次第に拡張する形状に形成された第１傾斜部と、前記第１傾斜部の端部から前記第１側壁部と平行をなす方向に延びた第１末端部とを含み、
    前記上部缶は、平たい上面部の周縁に沿って下側に形成され、前記第１末端部と平行な第２側壁部と、前記第２側壁部の端部から直径が次第に狭くなるように形成され、前記第１傾斜部と平行な第２傾斜部と、前記第２傾斜部の端部から前記第１側壁部と平行をなすように延びた第２末端部とを含む、ボタン型二次電池。
  2. 前記空間部は、前記第１傾斜部、前記第１末端部、前記上面部および前記電極組立体の側面を境界として形成される、請求項１に記載のボタン型二次電池。
  3. 前記第１側壁部と前記第２末端部との間、前記第１傾斜部と前記第２傾斜部との間および前記第１末端部と前記第２側壁部との間には、前記上部缶と前記下部缶との接触を防止し、電気絶縁性を有するガスケットが配置される、請求項１または請求項２に記載のボタン型二次電池。
  4. 前記ガスケットの端部は、前記第２末端部から突出して外部に露出する、請求項３に記載のボタン型二次電池。
  5. 前記スウェリング部材は、少なくとも二つ以上の複数個が前記電極組立体に付着されている、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のボタン型二次電池。
  6. 前記スウェリング部材のいずれか一つは、他の一つとは膨張した体積が相違する、請求項５に記載のボタン型二次電池。
  7. 前記スウェリング部材はスウェリングテープであり、前記スウェリングテープは、前記電極組立体の周縁を巻くように結合する、請求項１から請求項６のいずれか一項に記載のボタン型二次電池。
  8. 前記スウェリング部材が前記空間部内で膨張が完了した時に、前記空間部内には余剰空間が形成される、請求項１から請求項７のいずれか一項に記載のボタン型二次電池。
  9. 請求項１から請求項８のいずれかに一項に記載のボタン型二次電池の複数個が互いに並列または直列に連結されて構成される、二次電池モジュール。
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