JP7448117B2 - 二次電池 - Google Patents

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Description

本出願は、2020年07月28日付けの韓国特許出願第10-2020-0094042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組み込まれる。
本発明は、二次電池に関する。
二次電池は、一次電池とは異なって再充電が可能であり、また、小型および大容量化の可能性により、近年多く研究開発されている。モバイル機器に対する技術開発と需要が増加するにつれ、エネルギー源としての二次電池の需要が急激に増加している。
二次電池は、電池ケースの形状に応じて、コイン型電池、円筒型電池、角型電池、およびパウチ型電池に分類される。二次電池は、電極組立体および電解液を収容する。二次電池において、電池ケースの内部に取り付けられる電極組立体は、電極およびセパレータの積層構造からなる充放電可能な発電素子である。
電極組立体は、活物質が塗布されたシート状の正極と負極との間にセパレータを介在して巻き取ったゼリーロール(Jelly-roll)型、複数の正極と負極をセパレータが介在された状態で順次積層したスタック型、およびスタック型の単位セルを長さの長い分離フィルムで巻き取ったスタック/フォールディング型に概ね分類することができる。
円筒型電池は、ゼリーロール型電極組立体、および電極組立体を収容する缶で構成される。
従来の円筒型電池は、様々な条件(過充電、高温、外部衝撃)で発火し得るリスク(Risk)が存在する。
また、円筒型電池が発火した場合、自ら火を消したり、火が広がるのを防止したりする装置がないという問題がある。
韓国公開特許第10-2014-0015647号
本発明の一態様は、電池の発火時に消火薬剤により鎮火することができる二次電池を提供するためのものである。
本発明の実施形態に係る二次電池は、二次電池であって、電極およびセパレータが交互に積層されて巻き取られた電極組立体と、前記電極組立体を内部に収容させ、上端に開口が形成され、内側に曲がって形成されて外側に湾入溝を形成するビーディング部が形成された缶と、前記ビーディング部に載置され、前記缶の開口を覆うキャップ組立体と、前記湾入溝に収容され、前記二次電池の発火の発生時に前記発火を鎮火させる消火薬剤と、前記湾入溝をシールするシール部と、を含むことができる。
一方、本発明の実施形態に係る電池パックは、前記本発明の実施形態に係る二次電池を含むことができる。
本発明によると、消火薬剤を缶のビーディング部に位置させ、シール部を介して消火薬剤が収容されたビーディング部部分をシールし、電池の発火時に消火薬剤により鎮火することができる。
また、消火薬剤は、圧縮型消火薬剤からなり、二次電池の発火時に噴出し、周囲空間を容易に鎮火するかまたは火が広がるのを防止することができる。
本発明の一実施形態に係る二次電池を示した断面図である。 本発明の一実施形態に係る二次電池における消火薬剤が噴出する前の状態を示した断面図である。 本発明の一実施形態に係る二次電池における消火薬剤が噴出する状態を示した断面図である。 本発明の他の実施形態に係る二次電池を示した断面図である。 本発明の他の実施形態に係る二次電池における缶を示した斜視図である。 本発明の他の実施形態に係る二次電池における消火薬剤が噴出する前の状態を示した断面図である。 本発明の他の実施形態に係る二次電池における消火薬剤が噴出する状態を示した断面図である。
本発明の目的、特定の長所、および新規な特徴は、添付図面と関連付けられる以下の詳細な説明および好ましい実施形態からさらに明らかになるであろう。本明細書において、各図面の構成要素に参照番号を付するにおいて、同一の構成要素に限っては、他の図面上に表示される際にも、可能な限り同一の番号を有するようにしていることに留意しなければならない。また、本発明は、種々の異なる形態で実現されてもよく、ここで説明する実施形態に限定されない。そして、本発明を説明するにおいて、本発明の要旨を不要に濁す恐れのある関連の公知技術に関する詳細な説明は省略することにする。
一実施形態に係る二次電池
図1は、本発明の一実施形態に係る二次電池を示した断面図であり、図2は、本発明の一実施形態に係る二次電池における消火薬剤が噴出する前の状態を示した断面図であり、図3は、本発明の一実施形態に係る二次電池における消火薬剤が噴出する状態を示した断面図である。
図1~図3を参照すると、本発明の一実施形態に係る二次電池100は、電極組立体110と、電極組立体110を収容させる缶130と、缶130の開口132を覆うキャップ組立体140と、発火の発生時に鎮火させる消火薬剤150と、湾入溝134をシールするシール部160と、を含む。
より詳細には、電極組立体110は、充放電が可能な発電素子であり、電極113とセパレータ114が交互に積層された構造を形成する。ここで、電極組立体110は、電極113とセパレータ114が交互に積層されて巻き取られた形態に形成されることができる。この際、電極組立体110は、円形または楕円形の形状に巻き取られた形態で備えられることができる。
電極113は、正極111および負極112を含むことができる。そして、セパレータ114は、正極111と負極112を分離して電気的に絶縁させる。ここで、電極組立体110は、正極111、セパレータ114、負極112が交互に結集して巻き取られることができる。
正極111は、正極集電体と、正極集電体の一面に備えられた正極活物質と、を含むことができる。この際、正極111は、正極活物質が積層されていない領域である正極無地部を含むことができる。
正極集電体は、例えば、アルミニウム材質の箔(Foil)からなることができる。
正極活物質は、リチウムマンガン酸化物、リチウムコバルト酸化物、リチウムニッケル酸化物、リチウムリン酸鉄、またはこれらのうち1種以上が含まれた化合物および混合物などからなることができる。
負極112は、負極集電体と、負極集電体の一面に備えられた負極活物質と、を含むことができる。この際、負極112は、負極活物質が積層されていない領域である負極無地部を含むことができる。
負極集電体は、例えば、銅(Cu)材質の銅箔(Foil)からなることができる。
負極活物質は、例えば、人造黒鉛、リチウム金属、リチウム合金、カーボン、石油コークス、活性化カーボン、グラファイト、シリコン化合物、スズ化合物、チタン化合物、またはこれらの合金からなることができる。この際、負極活物質は、例えば、非黒鉛系のSiO(silica、シリカ)またはSiC(silicon carbide、炭化ケイ素)などをさらに含んでなることができる。
セパレータ114は、絶縁材質からなり、正極111と負極112との間を絶縁することができる。
また、セパレータ114は、例えば、微多孔性を有するポリエチレン、ポリプロピレン、またはこれらの組み合わせにより製造される多層フィルムや、ポリビニリデンフルオライド、ポリエチレンオキサイド、ポリアクリロニトリル、またはポリビニリデンフルオライドヘキサフルオロプロピレン共重合体のような固体高分子電解質用またはゲル型高分子電解質用の高分子フィルムであってもよい。
缶130は、電極組立体110を内部に収容させ、上端に開口132が形成されることができる。ここで、缶130は、電極組立体110が収容される収容部131が形成された円筒形状に形成されることができる。
また、缶130は、金属材質を含むことができる。この際、缶130は、例えば、アルミニウムまたは銅材質を含むことができる。
さらに、缶130に、キャップ組立体140が取り付けできるように、内側に曲がって形成されて外側に湾入溝134を形成するビーディング部133が形成されることができる。
そして、缶130のビーディング部133の上部に、キャップ組立体140の縁部を囲んで固定するクリンピング(crimping)部135が形成されることができる。ここで、クリンピング部135は、缶130の長さ方向に形成された外周部、缶130の長さ方向と垂直な上端部を含むことができる。
キャップ組立体140は、ビーディング部133に載置され、缶130の開口132を覆うことができる。
また、キャップ組立体140は、二次電池100の上部に位置するトップキャップ141と、トップキャップ141の下部に位置した安全ベント143と、安全ベント143の下部に位置した電流遮断部材144と、トップキャップ141および安全ベント143の外周面を囲むガスケット145と、を含むことができる。ここで、ガスケット145は、キャップ組立体140と缶130との間を密封および絶縁することができる。
トップキャップ(Top cap)141は、排出口が形成され、二次電池100の上部最外側に位置することができる。
さらに、トップキャップ141は、上端に突出した端子を形成し、二次電池100の内部に収容された電極組立体110と電気的に連結されて正極端子を形成することができる。
安全ベント143は、トップキャップ141よりも二次電池100の内側に位置し、二次電池100の内圧の増加時、形状がトップキャップ141の方向に逆転して破裂するように備えられることができる。
電流遮断部材144は、安全ベント143の下部に位置し、安全ベント143と接続する中央部、および接続しない外側部を含むことができる。
電流遮断部材144は、中央部の上端が安全ベント143の中央部123の下端と接触し、内圧の増加時、安全ベント143の中央部123がトップキャップ141の方向に移動し、安全ベント143と電流遮断部材144の接触が解除されることで、電気的連結が解除されることができる。
一方、本発明の一実施形態に係る二次電池100は、電極113に付着され、電極113と電気的に連結される電極リード120を含むことができる。
電極リード120は、正極111と連結された正極リード121と、負極112と連結された負極リードと、を含むことができる。
一方、正極リード121は、図1を参照すると、上部方向であるキャップ組立体140が位置した方向に形成され、電流遮断部材144と電気的に連結されることができ、負極リードは、下部方向である缶130の下部と電気的に連結されることができる。
消火薬剤150は、缶130の湾入溝134に収容され、二次電池100の発火の発生時に前記発火を鎮火させることができる。
また、消火薬剤150は、圧縮ガスを含む圧縮型であり、二次電池100の発火時に噴出して周囲空間を鎮火させることができる。
さらに、消火薬剤150は、ハロンガス、窒素、および二酸化炭素のうち少なくともいずれか1つ以上からなることができる。
シール部160は、湾入溝134をシール(Sealing)することができる。これにより、シール部160を介して、消火薬剤150が収容された缶130の湾入溝134を密封することができる。
シール部160は、ゴム材質を含むことができる。これにより、消火薬剤を湾入溝134に注入しやすくすることができる。すなわち、例えば、シール部160に注射針を通過させ、消火薬剤150を湾入溝134に注液した後、針が通過した部位を熱を加えて密封するか、または自らの弾性力により収縮して密封されることができる。
シール部160は、接着式ゴムからなり、湾入溝134を覆うように缶130に接着されることができる。この際、追加的に接着式ゴムで缶130に接着させた後、熱および圧力を加えて缶130の外面に熱融着により固定させることができる。
上記のように構成された本発明の一実施形態に係る二次電池100は、消火薬剤150を缶130のビーディング部133に位置させ、シール部160を介して消火薬剤150が収容されたビーディング部133部分をシールし、電池の発火時に消火薬剤150により火を消すかまたは広がるのを防止することができる。特に、消火薬剤150は、圧縮ガスを含む圧縮型消火薬剤150からなり、二次電池100の発火時に噴出し、周囲空間を容易に鎮火するかまたは火が広がるのを防止することができる。この際、電池の発火時、圧縮ガスを含む消火薬剤150が加熱されてシール部160の密封を解除させて噴出するか、または発火熱により溶解されるシール部160部位に消火薬剤150が噴出することができる。
他の実施形態に係る二次電池
以下、本発明の他の実施形態に係る二次電池について説明することにする。
図4は、本発明の他の実施形態に係る二次電池を示した断面図であり、図5は、本発明の他の実施形態に係る二次電池における缶を示した斜視図であり、図6は、本発明の他の実施形態に係る二次電池における消火薬剤が噴出する前の状態を示した断面図であり、図7は、本発明の他の実施形態に係る二次電池における消火薬剤が噴出する状態を示した断面図である。
図4~図7を参照すると、本発明の他の実施形態に係る二次電池200は、電極組立体110と、電極組立体110を収容させる缶230と、缶230の開口232を覆うキャップ組立体140と、発火の発生時に鎮火させる消火薬剤150と、湾入溝234をシールするシール部160と、を含む。
本発明の他の実施形態に係る二次電池200は、前述した本発明の一実施形態に係る二次電池と比較すると、缶230のビーディング部233に切り欠き236、237がさらに形成された差がある。したがって、本二次電池200に対する他の実施形態は、前述した二次電池に対する一実施形態と重複する内容は省略するかまたは簡略に記述し、相違点を中心に記述することにする。
より詳細には、缶230は、電極組立体110を内部に収容させ、上端に開口232が形成されることができる。ここで、缶230は、電極組立体110が収容される収容部231が形成された円筒形状に形成されることができる。
また、缶230は、金属材質を含むことができる。この際、缶230は、例えば、アルミニウムまたは銅材質を含むことができる。
さらに、缶230に、キャップ組立体140が取り付けできるように、内側に曲がって形成されて外側に湾入溝234を形成するビーディング部233が形成されることができる。
ビーディング部233には、切り欠き(Notch)236、237が形成されることができる。これにより、二次電池200の発火時、ビーディング部233の切り欠き236、237部分が破裂し、湾入溝234に収容された消火薬剤150が噴出して周囲空間を鎮火させやすくすることができる。
切り欠き236、237は、ビーディング部233の外側面230bまたは内側面230aのうち少なくともいずれか1つの面に形成されることができる。この際、切り欠き236、237は、三角溝形状に形成されることができる。
一方、缶230は、円筒形に形成され、切り欠き236、237は、ビーディング部233の外周面または内周面に沿って形成されることができる。この際、切り欠き236、237は、ビーディング部233の外周面または内周面に沿って不連続的または連続的に形成されることができる。
また、切り欠き236、237は、一例として、ビーディング部233に1つ以上のラインで形成されることができる。
さらに、切り欠き236、237は、二次電池200の発火時、発生する火炎により溶解されるか、発火に応じた高い内圧の発生により破裂するか、または発火熱に圧縮ガスを含む消火薬剤150が加熱されて消火薬剤150により破裂するなどのいずれか1つ以上の要因により破裂することができる。これにより、溶解または破裂した切り欠き236、237部分に、缶230の収容部231と消火薬剤150が収容された湾入溝234との間の消火薬剤150の噴出通路が形成されることができる。したがって、二次電池200の内部発火時、切り欠き236、237が溶解または破裂し、消火薬剤150が二次電池200の内部に噴出して内部の発火を鎮火することができる。
ここで、切り欠き236、237は、一例として、安全ベント143の破裂圧と同一または高い圧力で破裂することができる。一方、切り欠き236、237は、他の例として、安全ベント143の破裂圧よりも低い圧力で破裂することができる。
一方、缶230のビーディング部233の上部に、キャップ組立体140の縁部を囲んで固定するクリンピング部235が形成されることができる。
消火薬剤150は、湾入溝234に収容され、二次電池200の発火の発生時に前記発火を鎮火させることができる。
また、消火薬剤150は、圧縮ガスを含む圧縮型消火薬剤150からなり、前記二次電池200の発火時に噴出して周囲空間を鎮火させることができる。
さらに、消火薬剤150は、ハロンガス、窒素、および二酸化炭素のうち少なくともいずれか1つ以上からなることができる。
シール部160は、湾入溝234をシールすることができる。これにより、シール部160を介して、消火薬剤150が収容された湾入溝234を密封することができる。
また、シール部160は、ゴム材質を含むことができる。
さらに、シール部160は、接着式ゴムからなり、湾入溝234を覆うように缶230に接着されることができる。
そして、電池の発火時、圧縮ガスを含む消火薬剤150が加熱されてシール部160の密封を解除させて噴出するか、または発火熱により溶解されるシール部160部位に消火薬剤150が噴出することができる。
ここで、消火薬剤150およびシール部160が備えられた二次電池200は、発火時に前記発火を鎮火することができ、また、二次電池200の周辺または隣接した電池に火災の発生時に容易に周辺空間の火災を鎮火することができる。
一方、上記のように構成された一実施形態および他の実施形態に係る二次電池を含んで電池パックを構成することができる。電池パックは、複数の二次電池、および複数の二次電池を収容する電池パックケースを含むことができる。この際、複数の二次電池は、電気的に直列または並列連結されることができる。
以上、本発明を具体的な実施形態により詳しく説明したが、これは本発明を具体的に説明するためのものであって、本発明に係る二次電池はこれに限定されない。本発明の技術的思想内で当該分野の通常の知識を有する者により多様な実施が可能であるといえる。
また、発明の具体的な保護範囲は、添付された特許請求の範囲により明らかになるであろう。
100、200:二次電池
110:電極組立体
111:正極
112:負極
113:電極
114:セパレータ
120:電極リード
121:正極リード
130、230:缶
131、231:収容部
132、232:開口
133、233:ビーディング部
134、234:湾入溝
135、235:クリンピング部
140:キャップ組立体
141:トップキャップ
143:安全ベント
144:電流遮断部材
145:ガスケット
150:消火薬剤
160:シール部
230a:内側面
230b:外側面
236、237:切り欠き

Claims (10)

  1. 二次電池であって、
    電極およびセパレータが交互に積層されて巻き取られた電極組立体と、
    前記電極組立体を内部に収容させ、上端に開口が形成され、内側に曲がって形成されて外側に湾入溝を形成するビーディング部が形成された缶と、
    前記ビーディング部に載置され、前記缶の開口を覆うキャップ組立体と、
    前記湾入溝に収容され、前記二次電池の発火の発生時に前記発火を鎮火させる消火薬剤と、
    前記湾入溝をシールするシール部と、
    を含む、二次電池。
  2. 前記消火薬剤は、圧縮ガスを含む圧縮型消火薬剤からなり、前記二次電池の発火時に噴出して周囲空間を鎮火させる、請求項1に記載の二次電池。
  3. 前記消火薬剤は、ハロンガス、窒素、および二酸化炭素のうち少なくともいずれか1つ以上からなる、請求項1または2に記載の二次電池。
  4. 前記シール部は、ゴム材質を含む、請求項1から3のいずれか一項に記載の二次電池。
  5. 前記シール部は、接着式ゴムからなり、前記湾入溝を覆うように前記缶に接着される、請求項1から3のいずれか一項に記載の二次電池。
  6. 前記缶のビーディング部には、切り欠き(Notch)が形成される、請求項1から5のいずれか一項に記載の二次電池。
  7. 前記切り欠きは、前記ビーディング部の外側面または内側面のうち少なくともいずれか1つの面に形成される、請求項6に記載の二次電池。
  8. 前記缶は、円筒形に形成され、
    前記切り欠きは、前記ビーディング部の外周面または内周面に沿って形成される、請求項6に記載の二次電池。
  9. 前記切り欠きは、三角溝形状に形成される、請求項6に記載の二次電池。
  10. 請求項1~9のいずれか一項に記載の二次電池を含む電池パック。
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