(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス排出孔が備えられ、突出端子を形成するトップキャップと、
金属円板からなり、中央に突出部が備えられており、前記突出部を中心に同心円上に２つ以上のノッチが形成されている安全弁と、
金属円板からなり、ガス排出孔、中央に備えられ、前記安全弁の突出部と接合されている中央部、前記中央部を中心にした同心円上にノッチが形成されている活性部、および前記活性部の直径寸法以上の外径を有し、前記活性部の上部において環状である支持部が一体型に形成されている電流遮断素子(ＣＩＤ)と、
傾斜部又は階段部が形成されており、前記トップキャップおよび前記安全弁の外周面を覆って密封するガスケットと
を含むキャップアセンブリにおいて、
前記安全弁と前記ＣＩＤとは間に補助ガスケットを介して相互に嵌合状態で固定され、
前記ＣＩＤの支持部が、前記ガスケットの傾斜部又は階段部に配設されることにより、前記ＣＩＤが前記安全弁および前記ガスケットの間に固定され、
前記安全弁の突出部と前記ＣＩＤの中央部との接合強度は、前記安全弁および前記ＣＩＤに形成されたすべてのノッチのそれぞれの破断強度より大きいことを特徴とするキャップアセンブリ。
【請求項２】
前記安全弁は"Ｚ"字型に突出した嵌め突起部を備え、前記ＣＩＤは前記活性部と前記支持部との間に嵌め溝部を備え、前記安全弁の嵌め突起部と前記ＣＩＤの嵌め溝部とが、補助ガスケットが介した状態で嵌合して固定されることを特徴とする請求項１に記載のキャップアセンブリ。
【請求項３】
前記嵌合状態は締まりばめの状態であることを特徴とする請求項１または２に記載のキャップアセンブリ。
【請求項４】
前記ＣＩＤの支持部のガスケットに配設される位置は、ビディング部領域以内であることであることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載のキャップアセンブリ。
【請求項５】
前記トップキャップに備えられるガス排出孔と前記ＣＩＤに備えられるガス排出孔とは、軸方向の観点で同一の位置に備えられることを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載のキャップアセンブリ。
【請求項６】
前記トップキャップと前記安全弁との間に正の温度係数（ＰＴＣ）素子をさらに含むことを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載のキャップアセンブリ。
【請求項７】
前記ＣＩＤの支持部が前記ガスケットの傾斜部又は階段部に置かれることにより、電解液の漏れに対して電池が二重にシールされることを特徴とする請求項１から６の何れか１項に記載のキャップアセンブリ。
【請求項８】
請求項１〜請求項７のうちいずれか１項に記載のキャップアセンブリを含むことを特徴とする円筒形二次電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２００９年９月３０日に韓国特許庁に提出した韓国特許出願第１０-２００９-００９３４２８号の出願日の利益を主張し、その内容の全ては本明細書に含まれる。
【０００２】
本発明は、キャップアセンブリ、及びそれを備える電池に関し、特に、ＣＩＤ支持部がガスケット傾斜部又は階段部に配設されることにより、電池が二重シールされ、電解液の漏れを防止する構造の円筒形二次電池用キャップアセンブリ、及びそれを備える円筒形二次電池に関する。
【背景技術】
【０００３】
二次電池は、電池ケースの形状に応じて電極組立体が円筒形又は角形金属缶に内蔵されている円筒形電池および角形電池と、電極組立体がアルミニウムラミネートシートのパウチ型ケースに内蔵されているパウチ型電池とに分けられる。
【０００４】
また、電池ケースに内蔵される前記電極組立体は、正極/セパレータ/負極の積層構造からなる充放電が可能な発電素子であって、活物質が塗布された長いシート状正極と負極との間にセパレータを介して巻回した渦巻き状(ジェリー-ロール)構造と、所定大きさの複数の正極と負極をセパレータを介した状態で順次積層したスタック型構造とに分けられる。その中で渦巻き状電極組立体は、製造が容易であり、重量当たりのエネルギー密度が高いという利点があるため、最も広く作製されており、渦巻き状電極組立体は、通常、円筒形電池として作製される。
【０００５】
ところが、電池の充放電時に、渦巻き状電極組立体は、反復的な膨張と収縮により変形する傾向がある。このような過程で応力が中心部に集中して電極がセパレータを突き破り、金属センターピンに接触することにより内部短絡が誘発する。前記内部短絡による発熱により有機溶媒が分解されてガスが発生し、電池内のガス圧の上昇により電池が破裂する恐れがある。このような電池内部のガス圧の上昇は、外部衝撃により内部短絡が発生した時にも起きる恐れがある。
【０００６】
上記のような電池の安全性の問題を解決するために、円筒形電池のキャップアセンブリには、高圧ガスを排出する安全弁、高温で電流を遮断するＰＴＣ素子、電池内圧の上昇時に電流を遮断する電流遮断素子(Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｉｎｔｅｒｒｕｐｔ Ｄｅｖｉｃｅ:ＣＩＤ)等の安全素子と前記素子を保護する突出型端子を形成するトップキャップなどがガスケットにより固定された構造からなっている。
【０００７】
前記キャップアセンブリの構造は、ガスケットが安全弁、ＰＴＣ素子、ＣＩＤ、トップキャップなどの外周面を覆うことにより、本質的に電池内部の電解液が外部に漏れることを防止する。したがって、電池の最内側に位置する安全弁とそれの外周面を覆うガスケットとの界面を通じて電解液が漏れないならば、安全弁とＰＴＣ素子との界面、ＰＴＣ素子とトップキャップとの界面など金属素材間の界面でも電解液の漏れが発生しない。
【０００８】
しかしながら、電池の充放電の作動過程、落下、外部衝撃などにより、実質的にガスケットと安全弁との界面を通じて電解液の一部が漏れ、このように漏れた電解液が金属素材間の界面を通じて外部に簡単に漏れる可能性があるという問題点がある。すなわち、金属素材間の相互界面部位は相対的に密着性が劣るので、一旦金属素材の界面に流入した電解液は、ガスケットと関連素子の界面部位に比べ外部に簡単に漏れる可能性がある。
【０００９】
そのために、キャップアセンブリにおいて電解液の漏れ現象を減少させることができる技術に対する必要性が高まっている。
【００１０】
これと関連して特開第２００６-２８６５６１号、特開第２００５-１００９２７号、特開第２００２-３７３７１１号などには、トップキャップの下方にガスケットが備えられたキャップアセンブリが開示されている。しかしながら、これらの出願に開示されているキャップアセンブリは、安全素子の外周面を覆いながら密封するガスケットの形状が複雑であるため、製造が容易でなく、金属素材(安全弁、ＰＴＣ素子およびトップキャップ)の相互界面部位で電解液の漏れが発生するため、上記の問題点を根源的に解決することができない。
【００１１】
図１は、従来の円筒形二次電池の上部構造を模式的に示す部分断面図である。
【００１２】
図１を参照すると、電池１００は、缶２００の内部に発電素子としての電極組立体３００を挿入した後、ここに電解液を注入して缶２００の上端の開口部にキャップアセンブリ４００を装着することにより製造される。
【００１３】
キャップアセンブリ４００は、缶２００の上部のビディング部２１０に実装される気密維持用ガスケット５００の内部にトップキャップ４１０と、過電流を遮断するためのＰＴＣ素子４２０と、内部圧力の低下のための安全弁４３０とが密着して設けられる。
【００１４】
トップキャップ４１０は、中央が上向に突出しており、外部回路との接続による正極端子としての役割をし、ガス排出のための複数の貫通孔(図示せず)が穿孔されている。安全弁４３０の下端は、電流遮断安全素子４４０および正極リード３１０により電極組立体３００の正極に接続されている。
【００１５】
安全弁４３０は、導電性の薄い板材であって、その中央部は下方に湾入した湾入部４３２を形成し、湾入部４３２の上切曲および下切曲部位にはそれぞれ深さの異なる２つのノッチが形成されている。
【００１６】
電池内部で臨界値以上に圧力が上昇した時、電流を遮断する電流遮断安全素子４４０は導電性板材からなり、安全弁４３０の下方に設けられる。電流遮断安全素子４４０の材質は、望ましくは、安全弁４３０と同じ材質からなっており、補助ガスケット５１０は、電流遮断安全素子４４０と安全弁４３０とが通電されることを防ぐために、ポリプロピレン(ＰＰ)系の材質からなっている。
【００１７】
例えば、様々な原因による内部短絡、過充電などにより電池１００の温度が上昇すると、ＰＴＣ素子４２０の抵抗増加によって通電電流量が大きく減少することになる。温度の継続的な上昇により電解液が分解されることによりガスが発生し、それにより内圧が増加すると、安全弁４３０の湾入部４３２が押し上げられ、電流遮断安全素子４４０が部分破裂して電流が遮断されることにより、安全性を確保することになる。しかしながら、継続的な圧力の上昇時には安全弁４３０のノッチ４３６が破裂しながら、高圧ガスを電池１００の外部に排出して安全性を担保することになる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
本発明は、上記のような従来技術の問題点と従来から要望されていた技術的課題を解決することを目的とする。
【００１９】
本出願の発明者らは鋭意研究及び様々な実験を重ねた結果、安全弁とＣＩＤを相互嵌合する状態で固定し、前記ＣＩＤをガスケットの傾斜部又は階段部に配設されることにより、前記ＣＩＤが前記安全弁および前記ガスケットの間にさらに固定されるように構成する場合、電池の安全性を大きく向上させることができることを確認し、本発明を完成するに至った。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明は、上述した従来技術の問題点を解決するためになされたものであって、ガス排出孔が備えられ、突出端子を形成するトップキャップと、
金属円板からなり、中央に突出部が備えられており、前記突出部を中心に同心円上に２つ以上のノッチが形成されている安全弁と、
金属円板からなり、ガス排出孔と中央に前記安全弁突出部と接合されている中央部が備えられており、前記中央部を中心にした同心円上にノッチが形成されている活性部、及び前記活性部の直径寸法以上の外径を有し、前記活性部の上部に環状になる支持部が一体型に形成されているＣＩＤと、
傾斜部又は階段部が形成されており、前記素子の外周面を覆って密封するガスケットとを含むキャップアセンブリにおいて、
前記安全弁と前記ＣＩＤはその間に補助ガスケットが介されて相互嵌合状態で固定され、
前記ＣＩＤ支持部が前記ガスケットの傾斜部又は階段部に配設されることにより、前記ＣＩＤが前記安全弁および前記ガスケットの間にさらに固定され、
前記安全弁湾入型中央部と前記ＣＩＤ突出部との接合強度は、前記安全弁および前記ＣＩＤに形成されたすべてのノッチのそれぞれの破断強度より大きいことを特徴とするキャップアセンブリを提供する。
【００２１】
また、本発明において、前記安全弁は、"Ｚ"字型に突出した嵌め突起部を備え、前記ＣＩＤは、活性部と支持部との間に嵌め溝部を備え、前記安全弁の嵌め突起部と前記ＣＩＤ嵌め溝部とが、補助ガスケットが介された状態で嵌合して固定されることを特徴とするキャップアセンブリを提供する。
【００２２】
また、本発明において、前記嵌合状態は締まりばめの状態(ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ ｆｉｔ)であることを特徴とするキャップアセンブリを提供する。
【００２３】
また、本発明において、前記ＣＩＤ支持部のガスケットに配設される位置は、ビディング部領域以内であることを特徴とするキャップアセンブリを提供する。
【００２４】
また、本発明において、前記トップキャップに備えられるガス排出孔と前記ＣＩＤに備えられるガス排出孔とは、軸方向の観点で同一の位置に備えられることを特徴とするキャップアセンブリを提供する。
【００２５】
また、本発明において、前記トップキャップおよび前記安全弁の間にＰＴＣ素子をさらに含むことを特徴とするキャップアセンブリを提供する。
【００２６】
また、本発明において、前記ＣＩＤ支持部は、前記ガスケットの傾斜部又は階段部に配設されることにより、電解液の漏れに対して電池が二重にシールされることを特徴とするキャップアセンブリを提供する。
【００２７】
また、本発明のキャップアセンブリを含むことを特徴とする円筒形二次電池を提供する。
【発明の効果】
【００２８】
本発明のキャップアセンブリは、電解液の漏れを防ぐために二重にシールされているので、落下などによる電池の衝撃にも電解液の漏れが殆どなく、電池の安全性を大きく向上させる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】従来の円筒形二次電池の上部構造を示す断面図である。
【図２】本発明の一実施例に係るキャップアセンブリの構造を示す図である。
【図３】本発明の他の実施例に係るキャップアセンブリの構造を示す図である。
【図４】本発明のキャップアセンブリの一つの構成であるトップキャップの分離図である。
【図５】本発明のキャップアセンブリの一つの構成である安全弁の斜視図である。
【図６】本発明のキャップアセンブリの一つの構成である安全弁の断面図である。
【図７】本発明のキャップアセンブリの一つの構成であるＣＩＤの斜視図である。
【図８】本発明のキャップアセンブリの一つの構成であるＣＩＤの断面図である。
【図９】本発明のキャップアセンブリの各構成の結合を模式的に示す図である。
【図１０】本発明のキャップアセンブリの二重シーリングを模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、本発明について詳細に説明する。
【００３１】
本発明のキャップアセンブリは、ガス排出孔が備えられ、突出端子を形成するトップキャップと、金属円板からなり、中央に突出部が備えられており、前記突出部を中心に同心円上に２つ以上のノッチが形成されている安全弁と、金属円板からなり、ガス排出孔と中央に前記安全弁突出部と接合されている中央部が備えられており、前記中央部を中心にした同心円上にノッチが形成されている活性部(ａｃｔｉｖａｔｏｒ)、および前記活性部の直径寸法以上の外径を有し、前記活性部の上部に環状になる支持部が一体型に形成されているＣＩＤと、傾斜部又は階段部が形成されており、前記素子の外周面を覆って密封するガスケットとを含むキャップアセンブリにおいて、前記安全弁と前記ＣＩＤはその間に補助ガスケットが介されて相互嵌合状態で固定され、前記ＣＩＤ支持部が、前記ガスケットの傾斜部又は階段部に配設されることにより、前記ＣＩＤが前記安全弁および前記ガスケットの間にさらに固定され、前記安全弁湾入型中央部と前記ＣＩＤ突出部との接合強度は、前記安全弁および前記ＣＩＤに形成されたすべてのノッチのそれぞれの破断強度より大きいことを特徴とする。
【００３２】
本発明において、前記安全弁と前記ＣＩＤはその間に補助ガスケットが介されて相互嵌合状態で固定される。
【００３３】
通常、ＣＩＤは安全弁に固定されてアセンブリに備えられ、ＣＩＤの中央部は安全弁の突出部と溶接されて結合される。ところが、電池は落下などの原因によって衝撃が加えられた場合、この部分に短絡が起きる恐れがあるという問題がある。ＣＩＤが安全弁と分離されると、ＣＩＤは電池の内部で流動し、これによりＣＩＤが電池の短絡を誘発させる危険性がある。
【００３４】
したがって、ＣＩＤを安全弁と安定的に固定および結合させるために、安全弁とＣＩＤとが嵌合状態で固定される。
【００３５】
前記安全弁は、図３に示すように、"Ｚ"字型に突出した嵌め突起部を備え、前記ＣＩＤは、図７および図８に示すように、活性部と支持部との間に嵌め溝部を備えることができる。前記嵌め溝部は、前記安全弁の嵌め突起部が嵌められる溝、および補助ガスケットと前記嵌め突起部を前記溝に固定させる役割をする引っ掛け突部を含むことができる。前記安全弁の嵌め突起部と前記ＣＩＤの嵌め溝部とが、補助ガスケットが介された状態で嵌合して固定されることが望ましい。特に、前記嵌合状態は締まりばめの状態であることが、ＣＩＤをより一層堅固に固定させることができるため望ましい。前記'締まりばめ(ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ ｆｉｔ)'は、嵌め合わす部分(例えば、軸)と嵌め合わされる部分(例えば、孔)の公差程度を示す意味であり、機械設計学で広く使われる用語であるので、本明細書上の'締まりばめ'の定義は通常的に広く使われる機械設計学でのそれに従う。
【００３６】
本発明において、前記ＣＩＤは支持部を備え、前記ＣＩＤ支持部が、前記ガスケットの傾斜部又は階段部に配設されることにより、前記ＣＩＤを前記安全弁および前記ガスケットの間にさらに固定させることができる。
【００３７】
前記ガスケットの傾斜部は、ガスケットがクリンプされると自然に形成されることもある。図３のように缶と共にガスケットがグリンプされると、ビディング部にガスケットの一部がかけられ、他の一部が缶の内側方向に出るが、この際、ガスケットが重力方向に所定の角度で曲がることになり、ガスケットの傾斜部を形成することができる。
【００３８】
一方、前記傾斜部にＣＩＤ支持部が置かれ、これがクリンプされる過程で前記ＣＩＤ支持部とガスケットとの間に圧力が加えられると、ガスケットの一部が押されながら自然に階段部が形成されることもある。もし、クリンピング過程でＣＩＤ支持部とガスケットとの間に圧力が加えられない場合には、前記ＣＩＤ支持部は傾斜部に置かれた状態となることもある。
【００３９】
上述の方法以外に、ガスケットに既に設定された傾斜部や階段部を形成する方法を用いることもできることは勿論である。即ち、ガスケットに特別な工程を加えて人為的に溝を作る方式で階段部を形成することもできる。
【００４０】
さらに、ＣＩＤを固定させると、落下などの原因による電池の衝撃時にもＣＩＤをより堅固に支持できるという利点がある。つまり、従来電池の構造は、単にＣＩＤが安全弁に溶接された状態で固定されるだけであるが、本発明のアセンブリは、ＣＩＤが安全弁と嵌合状態で固定されるので、電池の衝撃時に安全性がより高い。特に、電池に加えられた衝撃によりＣＩＤと安全弁との間の接合部位が分離してしまった場合にも、ＣＩＤが安全弁と密着及び固定されているので、安全性が従来のものに比べて非常に高い。
【００４１】
さらに、前記ＣＩＤ支持部が、前記ガスケットの傾斜部又は階段部に配設されることにより、電解液の漏れに対して電池が二重シールされる効果が生じる。
【００４２】
電池の正常な状態又は作動条件では、電池内部の電解液が界面に流入しないが、外力の印加又は内圧の増加時、キャップアセンブリの密封状態が、部分的又は一時的に解除され、電解液が界面に流入し得る。電池内部の電解液が安全弁の下端面とガスケットとの界面に一旦流入すると、相対的に密着力が劣る安全弁とＰＴＣ素子との界面又はＰＴＣ素子とトップキャップとの界面を簡単に通過することになって漏れ出る。
【００４３】
しかしながら、本発明の構造では、図１０に示すように、安全弁とガスケットとの界面に電解液が露出する以前に、ＣＩＤとガスケットとが作る界面を通過しなければならないので、より高い密封力を提供することができる。
【００４４】
特に、前記ＣＩＤ支持部のガスケットに配設される位置は、ビディング部領域以内であることが望ましい。本発明でガスケットに配設される前記ＣＩＤ支持部の位置は特に制限されず、ＣＩＤを支持するためには、図２に示すように、ＣＩＤ支持部が安全弁などの他の素子と同じ長さで延び、同一の外周面を形成する方式を用いることもできるが、この場合、アセンブリの厚さが増加することになり、その増加分だけ電極組立体の体積が小さくなるため、電池容量が減る恐れがあって望ましくてはない。したがって、望ましくは、図３に示すように、前記ＣＩＤ支持部のガスケットに配設される位置は、ビディング部領域以内であることが望ましい。
【００４５】
本発明において、前記安全弁湾入型中央部と前記ＣＩＤ突出部との接合強度は、前記安全弁および前記ＣＩＤに形成されたすべてのノッチのそれぞれの破断強度より大きくなければならない。なぜなら、前記安全弁湾入型中央部と前記ＣＩＤ突出部との接合は、少なくとも安全弁のノッチが破断されて開放されるまでは絶対に分離してはならないためである。もし、安全弁のノッチが破断される以前に前記接合が分離されると、ＣＩＤ部材の電流の遮断効果が生じない恐れがある。したがって、前記安全弁湾入型中央部と前記ＣＩＤ突出部との接合強度は強ければ強いほど良く、その上限は制限されない(この点において、所定の圧力で安全弁とリード板などの他の素子との溶接が分離されるようにした従来技術と大差がある)。
【００４６】
本発明において、前記トップキャップに備えられるガス排出孔と前記ＣＩＤに備えられるガス排出孔とは、軸方向の観点で同一の位置に備えられることが望ましい。ガス排出孔の位置が同一であると発生ガスの折れ経路なく、すぐに排出させることができ、電池の安全性をより高めることができるため望ましい。
【００４７】
本発明において、前記トップキャップと前記安全弁との間にＰＴＣ素子をさらに含むこともできる。通商、トップギャップと安全弁との間にＰＴＣ素子を介するが、ＰＴＣ素子を介しなくても良い構造もある。ＰＴＣ素子(ｐｏｓｉｔｉｖｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｅｌｅｍｅｎｔ)は、電池内部の温度上昇時、抵抗が大きく増加して電流を遮断する部材であって、当該技術分野において広く知られた通常の素子であるので、これについてのこれ以上の説明は省略する。勿論、本発明において、前記ＰＴＣ素子は従来のものを制限なく用いることができる。
【００４８】
以下、図面を参照して本発明の一実施例をより詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例により限定されるものではない。
【００４９】
図３には、本発明の一実施例に係るキャップアセンブリの構造が示されている。
【００５０】
図３を参照すると、キャップアセンブリ４００ａは、缶２００の上部ビディング部２１０ａに装着される気密維持用ガスケット５００ａの内部に上端キャップ４１０ａ、電流遮断用安全素子(ＰＴＣ素子)４２０ａおよび内部圧力降下用安全弁４３０ａ(未図示)、およびＣＩＤ４４０ａが密着している構造で形成されている。円筒形二次電池１００ａは、缶２００の内部に電極組立体１１０を挿入し、ここに電解液を注入し、缶２００の上端開口部にキャップアセンブリ４００ａを装着することにより製造することができる。
【００５１】
図４には、本発明のキャップアセンブリの一つの構成であるトップキャップを分離して示した。
【００５２】
トップキャップ４１０ａは、中央が上向に突出しており、外部回路との接続による正極端子としての役割をし、突出した周辺に沿って缶内部の圧縮ガスが排出されるガス排出孔４１２ａが複数形成されている。
【００５３】
図５及び図６には本発明のキャップアセンブリの一つの構成である安全弁を分離して示した。安全弁４３０ａは、電流が通じる円板型の薄膜構造物であって、ノッチ４３２ａ、４３３ａが形成されており、前記ノッチ４３２ａ、４３３ａにより上切曲および下切曲部位が形成されている。上切曲および下切曲部位はそれぞれ深さの異なる２つのノッチ４３２ａ、４３３ａで形成される。また、前記それの中央部は陥没して突出部４３１ａを形成し、この部分は下端に位置するＣＩＤの中央部４４４ａと接合される。
【００５４】
図３および図５、６から分かるように、安全弁４３０ａは、ノッチ４３２ａ、４３３ａのうち上部に形成される第１のノッチ４３２ａは閉曲線、下部に形成される第２のノッチ４３３ａは一側の一部分が開放された開曲線の構造からなっている。これは、第２のノッチ４３３ａが内部圧力により破断される時、突出部４３１ａが安全弁４３０ａから完全に離脱することを防ぐためである。前記突出部４３１ａが完全に離脱すると電池内で流動して短絡を起こす恐れがあるためである。また、第２のノッチ４３３ａの結合力は第１のノッチ４３２ａの結合力よりも小さく形成されるので、第２のノッチ４３３ａは第１のノッチ４３２ａよりも深く切り欠かれている。
【００５５】
缶２００の内部圧力が臨界圧力以上に上昇すると、安全弁４３０ａに形成されたノッチ４３２ａ、４３３ａにより安全弁が上方向に変形される。この際、突出部４３１ａが上方向に押し上げられ、この際、下端に接合されているＣＩＤ中央部４４４ａがＣＩＤ本体から分離して追加的な電流を遮断してガス発生を抑制する。その後にもガス発生が続けると、安全弁４３０ａの第２のノッチ４３３ａが圧力を耐えることができなくて破裂し、缶２００の内部の加圧ガスがトップキャップ４１０ａのガス排出孔４１２ａを通じて排出するようにして電池の安全性を担保する。
【００５６】
特に、前記安全弁は、"Ｚ"字型に突出した嵌め突起部４３７ａを備えることができる。図３に示すように、"Ｚ"字型に突出した嵌め突起部４３７ａは下方に位置するＣＩＤを固定させる役割をする。後述する、ＣＩＤは活性部４４６ａと支持部４４８ａとの間に嵌め溝部４４７ａを備え、前記安全弁の嵌め突起部４３７ａと前記ＣＩＤの嵌め溝部４４７ａとは、補助ガスケット５１０ａが介した状態で嵌合して固定することができる。前記嵌合状態は締まりばめの状態であることが望ましい。締まりばめの状態の時、ＣＩＤ中央部が分離した後にもＣＩＤが安全弁に安定的に固定されるためである。
【００５７】
図７には本発明キャップアセンブリの一つの構成であるＣＩＤを分離して示した。
【００５８】
ＣＩＤ４４０ａは、導電性円形板材の部材であって、電池内部のガスを放出すると同時に電流を遮断する役割をし、安全弁４３０ａの下方に設けられている。
【００５９】
ＣＩＤ４４０ａは、金属円板からなり、ガス排出孔４４２ａと中央に前記安全弁突出部４３１ａと接合されている中央部４４４ａが備えられており、前記中央部を中心にした同心円上にノッチが形成されている活性部４４６ａ、および前記活性部の直径寸法以上の外径を有し、前記活性部の上部に環状になる支持部４４８ａが一体型に形成されている。すなわち、ＣＩＤは下方の円板部分である活性部と、これより外径が大きく上端に備えられる支持部とで構成されている。図８にはＣＩＤの断面を示し、これを参考にすることができる。
【００６０】
前記ＣＩＤ４４０ａは、側面に沿ってガスが排出されるガス排出孔４４２ａが複数形成されており、中央には同心円上にノッチ４４３ａが形成されている中央部４４４ａが形成されており、中央部４４４ａを中心に同心円上に３つの貫通孔を４４１ａ(未図示)と、貫通孔４４１ａを連結する３つのノッチ４４３ａが対称的に形成されている。電池内部への圧力上昇により加圧ガスが安全弁４３０ａに加えられると、安全弁の突出部４３１ａが押し上げられ、突出部４３１ａに溶接されている中央部４４４ａは、ノッチ４４３ａが切り欠かれることからＣＩＤ４４０ａの本体から分離することになる。
【００６１】
図９に本発明のキャップアセンブリの各構成の結合について模式的に示す。図９に示すように、本発明のキャップアセンブリは、ＣＩＤに補助ガスケット５１０ａを介して安全弁をその上に押し込んで嵌め合わせ、その上端にＰＴＣ素子とトップキャップとを順次積層した積層体の外周面をガスケットで覆う方式で作製することができる。
【００６２】
図９を参照すると、トップキャップ、ＰＴＣ素子および安全弁が相互密着し、これをガスケットで覆って固定されている点では図１の構造と同一であるが、前記安全弁と前記ＣＩＤとの間に補助ガスケットが介して相互嵌合状態で固定された点と、ＣＩＤがガスケットの傾斜部又は階段部に置かれることにより、電解液をさらにシールできるという点から大差がある。
【００６３】
図１０を参考して本発明のキャップアセンブリの二重シーリング構造を説明する。
【００６４】
電池の正常な状態又は作動条件では、電池内部の電解液が界面(Ｓ１)に流入しないが、外力の印加又は内圧の増加時、キャップアセンブリの密封状態が部分的又は一時的に解除されながら電解液が界面(Ｓ１)に流入し得る。電池内部の電解液が安全弁４３０ａの下端面とガスケット５００ａの界面(Ｓ１)とに一旦流入すると、相対的に密着力が劣る安全弁４３０ａとＰＴＣ素子４２０ａとの界面(Ｓ２)又はＰＴＣ素子４２０ａとトップキャップ４１０ａとの界面(Ｓ３)を簡単に通過して漏れ出る。
【００６５】
しかしながら、本発明の構造では、安全弁４３０ａとガスケット５００ａとの界面(Ｓ１)に電解液が露出する以前に、ＣＩＤ４４０ａとガスケット５００ａとが作る界面(Ｓ４)を通過しなければならないので、より高い密封力を提供することができる。特に、外力の印加、電池の落下、内圧の増加などが発生しても、電池内部の電解液が安全弁４３０ａとＰＴＣ素子４２０との界面(Ｓ２)とＰＴＣ素子４２０とトップキャップ４１０ａとの界面(Ｓ３)に流入する可能性は殆どない。
【００６６】
本発明の円筒形二次電池は、上述した本発明のキャップアセンブリを含むことを特徴とする。
【００６７】
キャップアセンブリを除いた円筒形二次電池に関する他の構成については従来技術および構成を制限なく用いることができ、これについての内容は当該技術分野において通常の知識を有する者に広く知られているので詳細な説明は省略する。
【００６８】
(実験例：衝撃による電解液の漏れの有無確認実験)
以下では、本発明の前記実施例を対象に衝撃による電解液の漏れの有無を確認する実験を実施した。比較例では図１に示すような従来のアセンブリ構造の電池を使用した。
【００６９】
実施例と比較例は、二つとも円筒形電池として大きさおよび形状、電池の容量、電圧が全て同一のものを使用した。
【００７０】
実験条件は約１.２ｍの高さでコンクリートに円筒形電池を落下させた後、電解液の漏れの有無を確認した。電池を落とす方向において、上部分(キャップアセンブリが装着された部分)を下方にして落下させること、電池の側面を下方にして落下させること、電池の上部分を上側にして落下させることの３つの方法を用いた。前記３つの方法を１サイクルにして漏れの有無を確認した。実験は総２０サイクルを行い、電池は実施例及び比較例にそれぞれ３０個ずつ使用した。
【００７１】
結果は下記の表１に示す。
【表１】
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【００７２】
前記表１に示すように、本発明のアセンブリ構造を有する電池は、２０サイクルまで電解液の漏れの発生が起きなかった。このような結果は、本発明のアセンブリ構造が電解液に対して二重にシールされており、より密封力に優れるためであると理解できるであろう。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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