(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１電極、第２電極、および前記第１電極と前記第２電極の間に介在したセパレータを含む電極組立体；
前記電極組立体を内蔵するケース；および
前記ケースに連結してキャッププレートおよび前記キャッププレートに連結する短絡部材を含むキャップ組立体；
を含み、
前記短絡部材の中心領域に形成される一部分の厚さが前記短絡部材の残りの部分の厚さより厚くなるように形成され、
前記短絡部材は、前記ケースの内部圧力が増加すると、前記ケースの外側に向かって湾曲するよう変形し、前記第１電極と前記第２電極が電気的に連結させ、
前記短絡部材は前記短絡部材の中心領域に形成される突出部を含み、前記突出部は前記短絡部材の少なくとも他の一部分よりも厚さが厚く、
前記短絡部材は、前記キャッププレートと電気的に連結し、
前記キャップ組立体は前記ケースの外部において前記キャッププレート上に位置する短絡タップをさらに含み、前記短絡タップは前記第１電極と電気的に連結し、
前記短絡部材は、前記ケースの内部圧力が増加すると、前記ケースの外側に向かって湾曲するよう変形し、前記短絡タップと接触し、
前記短絡部材が変形するとき、前記短絡部材において厚さが最も厚い部分が前記短絡タップと接触する、二次電池。
【請求項２】
前記キャップ組立体は、前記短絡タップと前記キャッププレートを電気的に絶縁するために前記短絡タップと前記キャッププレートの間に介在する絶縁部材をさらに含む、請求項１に記載の二次電池。
【請求項３】
前記キャップ組立体は、前記第１電極と電気的に連結して前記キャッププレート上に設置される第１端子と、前記第１端子と前記キャッププレートを絶縁するガスケットをさらに含み、
前記短絡タップは開口を有し、前記第１端子は前記開口を介して前記ケースの内部から前記ケースの外部に突出する、請求項１または２に記載の二次電池。
【請求項４】
前記短絡タップは、前記第１端子にナットで組み立てられて前記キャッププレートに固定する、請求項３に記載の二次電池。
【請求項５】
前記第２電極は、前記キャッププレートに電気的に連結する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の二次電池。
【請求項６】
前記キャップ組立体は、前記第２電極と前記キャッププレートを電気的に連結する第２端子をさらに含む、請求項５に記載の二次電池。
【請求項７】
前記キャップ組立体は、前記第２端子と前記キャッププレートを電気的に連結する連結板をさらに含む、請求項６に記載の二次電池。
【請求項８】
前記短絡部材は、前記ケースの内側に向かって湾曲して突出する、請求項１〜７のいずれか１項に記載の二次電池。
【請求項９】
前記キャップ組立体は、ベントホールと、前記ベントホールを覆うように前記キャッププレート上に設置されるベントプレートとをさらに含む、請求項１〜８のいずれか１項に記載の二次電池。
【請求項１０】
前記ベントプレートは、前記ケースの内部圧力の増加によって開口するノッチを有する、請求項９に記載の二次電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は二次電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
二次電池（ｒｅｃｈａｒｇｅａｂｌｅ  ｂａｔｔｅｒｙ）は、充電が不可能な一次電池とは異なり、充電および放電が可能な電池である。低容量の二次電池は携帯電話機やノートパソコンおよびビデオカメラなどの携帯が可能な小型電子機器に用いられ、大容量の電池はハイブリッド自動車などのモータ駆動用電源として広く用いられている。
【０００３】
最近、高エネルギー密度の非水電解液を用いた高出力の二次電池が開発されており、このような高出力二次電池は大電力を必要とする機器、例えば、電気自動車などのモータ駆動に用いられるように複数の単位セルを直列に連結して構成される。
【０００４】
二次電池の単位セルは円筒形または角形などからなる。角形二次電池は、正極と負極がセパレータを間において位置する電極組立体と、電極組立体を内蔵するケースと、ケースを密閉して端子ホールを備えたキャッププレートと、端子ホールに挿入されて電極組立体に電気的に連結してケースの外側に突出する端子とを含む。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このような二次電池は、充電および放電作用によって内部で過度な熱が発生したり電解液が分解して内部圧力が上昇すれば、不具合が発生することがある。角形二次電池は円筒形電池に比べ、端子構造の特殊性によって過充電時に電流を遮断したり放電する構造を備えることが難しい。
【０００６】
本発明の一実施形態は、内部圧力の上昇状態を解消および維持する二次電池を提供することを目的とする。
【０００７】
また、本発明の一実施形態は、内部圧力の上昇時、正極と負極を互いに短絡し、この短絡状態を維持する二次電池を提供することを他の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一実施形態に係る二次電池は、第１電極、第２電極、および前記第１電極と前記第２電極の間に介在したセパレータを含む電極組立体と、前記電極組立体を内蔵するケースと、前記ケースに連結してキャッププレートおよび前記キャッププレートに連結する短絡部材を含むキャップ組立体とを含む。このとき、前記短絡部材の一部分の厚さが前記短絡部材の残りの部分の厚さと相違するように形成される。
【０００９】
前記短絡部材は、前記ケースの内部圧力が増加することによって前記第１電極と前記第２電極が電気的に連結するように変更されてもよい。
【００１０】
前記短絡部材は前記短絡部材の中心領域に形成される突出部を含んでもよく、前記突出部は前記短絡部材の少なくとも他の一部分よりも厚さが厚くてもよい。
【００１１】
前記短絡部材の厚さは、前記短絡部材の周辺領域から前記中心領域に向かうほど漸進的に増加してもよい。
【００１２】
前記短絡部材は、前記キャッププレートと電気的に連結してもよい。
【００１３】
前記キャップ組立体は前記ケースの外部において前記キャッププレート上に位置する短絡タップをさらに含んでもよく、前記短絡タップは前記第１電極と電気的に連結してもよい。
【００１４】
前記短絡部材は、前記ケースの内部圧力が増加することによって前記短絡タップと接触するように変更されてもよい。
【００１５】
前記短絡部材が変形するとき、前記短絡部材において厚さが最も厚い部分が前記短絡タップと接触してもよい。
【００１６】
前記キャップ組立体は、前記短絡タップと前記キャッププレートを電気的に絶縁するために前記短絡タップと前記キャッププレートの間に介在する絶縁部材をさらに含んでもよい。
【００１７】
前記キャップ組立体は、前記第１電極と電気的に連結して前記キャッププレート上に設置される第１端子と、前記第１端子と前記キャッププレートを絶縁するガスケットとをさらに含んでもよく、前記短絡タップは開口を有してもよく、前記第１端子は前記開口を介して前記ケースの内部から前記ケースの外部に突出してもよい。
【００１８】
前記短絡タップは、前記第１端子にナットで組み立てられて前記キャッププレートに固定されてもよい。
【００１９】
前記第２電極は、前記キャッププレートに電気的に連結してもよい。
【００２０】
前記キャップ組立体は、前記第２電極と前記キャッププレートを電気的に連結する第２端子をさらに含んでもよい。
【００２１】
前記キャップ組立体は、前記第２端子と前記キャッププレートを電気的に連結する連結板をさらに含んでもよい。
【００２２】
前記短絡部材は、前記ケースの内側に向かって湾曲して突出してもよい。
【００２３】
前記キャップ組立体は、ベントホールと、前記ベントホールを覆うように前記キャッププレート上に設置されるベントプレートとをさらに含んでもよい。
【００２４】
前記ベントプレートは、前記ケースの内部圧力の増加によって開口するノッチを有してもよい。
【発明の効果】
【００２５】
本発明の一実施形態によれば、二次電池の内部圧力が上昇するとき、短絡部材が短絡タップに接触して負極と正極を短絡するため、正極と負極の間で大きい電流が形成されて電極組立体が放電する。これにより、端子と電極組立体の電気的連結が遮断され、内部圧力の上昇が停止する。このとき、短絡部材の突出部が溶融せずに短絡タップと接触状態を維持することにより、端子と電極組立体が電気的に再び連結しない。すなわち、電極組立体はそれ以上の充電および放電作動をしなくなる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の第１実施形態に係る二次電池を示す斜視図である。
【図２】図１においてＩＩ−ＩＩ線に沿って切断して示す断面図である。
【図３】図１において第１端子側を分解して示す斜視図である。
【図４】図１の二次電池が正常に作動するとき、短絡タップと短絡部材が分離している状態を示す断面図である。
【図５】図１の二次電池が内部圧力が上昇するとき、短絡タップと短絡部材が接触した状態を示す断面図である。
【図６】本発明の第２実施形態に係る二次電池において、短絡タップと短絡部材が分離および接触した状態を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、添付の図面を参照しながら、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できるように本発明の実施形態を詳しく説明する。しかしながら、本発明は多様に相違した形態で具現されることができ、以下で説明する実施形態に限定されることはない。また、本明細書および図面において同一の符号は同一の構成要素を示す。
【００２８】
本発明の一実施形態に係る二次電池は、二次電池の内部圧力が増加して設定値を超過するとき、正極と負極を短絡させて短絡状態を維持させる。二次電池は、正極、負極、およびセパレータを含む電極組立体と、電極組立体を内蔵するケースと、ケースの開口に設置されるキャップ組立体と、キャップ組立体に提供される短絡タップと、短絡部材とを含む。ケースの内部圧力が増加するとき、正極と負極を電気的に短絡させるために短絡部材が変形する。短絡部材は一部分の厚さが残りの他の部分の厚さと相違するように形成される。前記一部分は短絡タップと接触する部分に位置する突出部であってもよい。または、短絡部材の周辺領域から中心領域に向かうほど漸進的に厚さが変わり、中心領域で最も厚さが厚く形成されて短絡部材が変形するときに短絡タップと接触してもよい。
【００２９】
図１は本発明の第１実施形態に係る二次電池を示す斜視図であり、図２は図１においてＩＩ−ＩＩ線に沿って切断して示す断面図である。図１および図２を参照すれば、第１実施形態に係る二次電池１００は、電極組立体１０と、電極組立体１０を内蔵するケース１５と、ケース１５の開口に結合するキャップ組立体２０とを含む。
【００３０】
電極組立体１０は正極１１と負極１２およびセパレータ１３を共に巻き取ることによって形成される。セパレータ１３は正極１１および負極１２の間に介在する絶縁体である。また、電極組立体はシート（ｓｈｅｅｔ）からなる正極とセパレータおよび負極を複数に積層する構造で形成されてもよい（図示せず）。一方、本明細書において、負極１２および正極１１はそれぞれ第１電極および第２電極と同じ構成要素を意味するが、本発明がこれに限定されるものではない。
【００３１】
それぞれの正極１１および負極１２は集電体として機能する薄板を含む。集電体として機能する薄板は、活物質が塗布された領域のコーティング部と、活物質が塗布されていない領域の無地部１１ａ、１２ａを含む。正極１１の無地部１１ａは正極１１の長さ方向に沿って正極１１の一側端に形成され、負極１２の無地部１２ａは負極１２の長さ方向に沿って負極１２の他側端に形成される。図２に示すように、無地部１１ａ、１２ａはそれぞれキャップ組立体２０のキャッププレート２８と平行な方向を基準として電極組立体１０の反対面に位置する。
【００３２】
ケース１５は内部に電極組立体１０を収容する空間を形成するように大略直六面体からなり、一側に内部空間に接近が可能な開口を形成する。
【００３３】
キャップ組立体２０は、ケース１５の開口を覆うキャッププレート２８と、キャッププレート２８を介してケース１５の内側から外側に突出する第１端子２１および第２端子２２とを含む。
【００３４】
キャッププレート２８は薄い板からなり、ケース１５の開口に結合する。すなわち、キャッププレート２８は実質的にケース１５の開口を覆う。キャッププレート２８は電解液注入口２９およびベントホール２４を備える。電解液注入口２９には密封キャップ２７が設置され、ベントホール２４にはベントプレート２５が設置される。ベントプレート２５は、二次電池１００の内部圧力が設定された圧力に達するときに開放したり破れるように形成されたノッチ２５ａを備える。一方、ノッチ２５ａが開放したり破れるため、前記設定された圧力は短絡部材５３を変形させるための設定圧力よりも大きくてもよい。
【００３５】
第１端子２１および第２端子２２はキャッププレート２８を貫通して設置され、電極組立体１０がケース１５外部の構成要素と電気的に連結する。すなわち、第１端子２１は電極組立体１０の負極１２に電気的に連結し、第２端子２２は正極１１に電気的に連結する。
【００３６】
第１端子２１および第２端子２２はそれぞれ、ケース１５の内側にフランジ２１ａ、２２ａを形成し、ケース１５の外側にねじ部２１ｂ、２２ｂを形成する。それぞれのねじ部２１ｂ、２２ｂにナット３５、４５を締結することにより、ナット３５、４５はケース１５の外側においてキャッププレート２８の第１面、例えば、キャッププレート２８の外側を支持し、フランジ２１ａ、２２ａはケース１５の内側においてキャッププレート２８の第２面、例えば、キャッププレート２８の内側を支持する。このような方式により、第１端子２１および第２端子２２はキャッププレート２８に固定される。
【００３７】
ガスケット３６、３９はそれぞれ第１端子２１および第２端子２２とキャッププレート２８の間に設置され、第１端子２１および第２端子２２とキャッププレート２８の間をそれぞれ密封する。
【００３８】
第１端子２１は負極リードタップ３１によって負極１２に電気的に連結され、第２端子２２は正極リードタップ３２によって正極１１に電気的に連結される。負極リードタップ３１と正極リードタップ３２は実質的に同じ構造を有するため、負極リードタップ３１についての説明によって正極リードタップ３２についての説明を代替する。
【００３９】
図３は図１において第１端子側を分解して示す斜視図である。図３を参照すれば、負極リードタップ３１は、互いに直角に折り曲げられる端子接合部３１ｂと、電極組立体接合部３１ｃとを含む。すなわち、負極リードタップ３１は、端子接合部３１ｂと電極組立体接合部３１ｃが互いに直角に出会うように直角に折り曲げられる。
【００４０】
端子接合部３１ｂは第１端子２１が挟まれる端子ホール３１ｄを形成する。端子ホール３１ｄに第１端子２１が挟まるとき、フランジ２１ａが端子接合部３１ｂに広い面積で接触する。電極組立体接合部３１ｃは負極無地部１２ａに溶接されて負極１２に付着する。したがって、第１端子２１は電極組立体１０の負極１２に電気的に連結される。
【００４１】
再び図２を参照すれば、下部絶縁部材４１、４２は負極リードタップ３１および正極リードタップ３２とキャッププレート２８の間にそれぞれ配置され、負極リードタップ３１および正極リードタップ３２の側面を覆って負極リードタップ３１および正極リードタップ３２をキャッププレート２８から電気的に絶縁させる。また、下部絶縁部材４１、４２は負極リードタップ３１および正極リードタップ３２の表面に位置する第１端子２１および第２端子２２のフランジ２１ａ、２２ａとキャッププレート２８の間に配置され、フランジ２１ａ、２２ａをキャッププレート２８から電気的に絶縁させる。
【００４２】
一方、一実施形態の二次電池１００は、内部圧力の上昇時に正極１１と負極１２を短絡するようにキャッププレート２８上に位置した第１端子２１および第２端子２２のうちの一側に短絡タップ５１および短絡部材５３を備える。便宜上、本実施形態では、第１端子２１側に短絡タップ５１および短絡部材５３を備えた二次電池１００を例示する。すなわち、短絡タップ５１と短絡部材５３が第２端子２２よりも第１端子２１の近くに位置する場合を説明する。しかしながら、本発明がこれに制限されるものではない。
【００４３】
第１端子２１側において、短絡タップ５１は第１端子２１に電気的に連結し、ケース１５の外側においてキャッププレート２８上に位置する。絶縁部材３７は短絡タップ５１とキャッププレート２８の間に配置され、短絡タップ５１をキャッププレート２８から電気的に絶縁させる。また、絶縁部材３７は短絡タップ５１の側方を囲む構造で形成され、絶縁の安全性を高める。すなわち、短絡タップ５１をキャッププレート２８からより確実に電気的に絶縁させるために、絶縁部材３７は短絡タップ５１のエッジを囲む。第１端子２１は短絡タップ５１に挟まれて短絡タップ５１と電気的に連結する。第１端子２１のねじ部２１ｂにナット３５を締結することにより、短絡タップ５１および絶縁部材３７は第１端子２１側でキャッププレート２８に固定される。
【００４４】
第２端子２２側において、連結板３８は第２端子２２とキャッププレート２８を互いに電気的に連結する。また、第２端子２２は連結板３８に挟まれる。第２端子２２のねじ部２２ｂにナット４５を締結することにより、連結板３８はキャッププレート２８に密着する。
【００４５】
二次電池１００の内部圧力が上昇して設定圧力に到達するとき、短絡部材５３は変形、すなわち、ケース１５の内部空間から外側に湾曲して短絡タップ５１に接触することによって短絡タップ５１とキャッププレート２８を互いに短絡し、短絡した状態を維持できるように形成される。
【００４６】
図４は図１の二次電池が正常に作動するとき、短絡タップと短絡部材が分離している状態を示す断面図である。図３および図４を参照すれば、短絡部材５３の設置のために、キャッププレート２８は短絡ホール２３を備える。
【００４７】
短絡部材５３は短絡ホール２３において絶縁部材３７とキャッププレート２８の間に配置される。短絡部材５３は、ケース１５の内部空間に向かって内側に膨らむように弧形で形成された薄膜の湾曲部５３１と、湾曲部５３１の外郭に形成されてキャッププレート２８に電気的に連結および固定する枠部５３２と、周辺領域および湾曲部５３１の中心からケース１５の内部に突出して形成される突出部５３３とを備える。例えば、湾曲部５３１が０．４ｍｍで形成される場合、突出部５３３は０．５〜０．６ｍｍで形成されてもよい。短絡部材５３はケース１５の内部圧力の上昇時、湾曲部５３１が反転するように形成される（図５参照）。
【００４８】
図５は図１の二次電池が内部圧力が上昇するとき、短絡タップと短絡部材が短絡した状態を示す断面図である。図５を参照すれば、短絡タップ５１は第１端子２１から延長して短絡ホール２３を覆う。したがって、ケース１５の内部圧力の上昇によって短絡部材５３が反転し、短絡ホール２３を介してキャッププレート２８の外表面に突出する。このとき、短絡部材５３が短絡タップ５１に接触し、短絡タップ５１とキャッププレート２８は電気的に互いに連結する（図５参照）。すなわち、負極１２と正極１１の短絡が誘発される。
【００４９】
短絡誘発時、正極１１と負極１２の間で瞬間的に大きい電流が流れるようになり、電極組立体１０が放電する。
【００５０】
また、突出部５３３は短絡タップ５１に接触し、短絡誘発時、湾曲部５３１の中心と短絡タップ５１の間で発生する高熱にもかかわらず溶融せずに接触状態を維持させる。すなわち、突出部５３３は短絡タップ５１に接触し、瞬間的に大きい電流が流れるときに発生する熱によって部分的に溶融することがあるが、短絡タップ５１との接触状態を維持し続ける。したがって、負極１２と正極１１は短絡状態を維持し続けることができる。電極組立体１０はそれ以上の充電および放電作動をしなくなる。
【００５１】
負極１２と正極１１の短絡状態が維持されずに内部温度および圧力が上昇する場合、二次電池１００は充電と放電を反復することによって不具合が発生することがある。しかしながら、本実施形態によれば、短絡部材５３の突出部５３３は正極１１と負極１２の間の短絡状態を維持することにより、二次電池１００の不具合の発生を防ぐことができる。
【００５２】
以下、第２実施形態について説明するが、第１実施形態と比較して同一あるいは類似する部分についての説明は省略し、互いに異なる部分についてのみ説明する。
【００５３】
図６は本発明の第２実施形態に係る二次電池において、短絡タップと短絡部材の作動状態を示す断面図である。図６を参照すれば、第２実施形態の二次電池２００において、短絡部材６３は、突出部６３３を枠部６３２から湾曲部６３１の中心に向かうほど漸進的に厚くなる構造で形成する（実線状態）。
【００５４】
二次電池２００の内部の温度および圧力が上昇するとき、短絡部材６３の湾曲部６３１が反転しながら短絡タップ５１に接触し、短絡タップ５１とキャッププレート２８は電気的に互いに連結する（仮想線状態）。このとき、突出部６３３が短絡タップ５１に接触して短絡を誘発するとき、湾曲部６３１の中心と短絡タップ５１の間で発生する高熱にもかかわらず溶融せずに接触状態を維持する。
【００５５】
また、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【符号の説明】
【００５６】
１００、２００：二次電池
１０：電極組立体
１１：正極
１１ａ、１２ａ：無地部
１２：負極
１３：セパレータ
１５：ケース
２０：キャップアセンブリ
２１、２２：第１、第２端子
２１ａ、２２ａ：フランジ
２１ｂ、２２ｂ：ねじ部
２３：短絡ホール
２４：ベントホール
２５：ベントプレート
２５ａ：ノッチ
２７：密封キャップ
２８：キャッププレート
２９：電解液注入口
３１、３２：負極、正極リードタップ
３１ｂ：端子接合部
３１ｃ：電極組立体接合部
３１ｄ：端子ホール
３５、４５：ナット
３６、３９：ガスケット
３７：絶縁部材
４１、４２：下部絶縁部材
５１：短絡タップ
５３、６３：短絡部材
５３１、６３１：湾曲部
５３２、６３２：枠部
５３３、６３３：突出部
【図１】
0005395013.tif 000002
【図２】
0005395013.tif 000003
【図３】
0005395013.tif 000004
【図４】
0005395013.tif 000005
【図５】
0005395013.tif 000006
【図６】
0005395013.tif 000007