(57)【要約】  本願には、電池の内部圧力が電池の異常動作により上昇した場合、電流を遮断し、加圧された気体を排出する通気孔が、突出した中心部分を有するトップキャップと接触している構造で構成されているキャップアセンブリを含む円筒型二次電池が開示され、通気孔の端部は、トップキャップの外周表面を囲むように曲げられ、電解液の漏出を防ぎ、電池の組立て中、電池の不良の発生を防ぐための溝部は、溝部がトップキャップの外周表面と平行に配置されるように、通過孔とトップキャップの間の界面に形成される。本発明による二次電池は、高い充放電率を達成し、振動または落下などの外部の物理的衝撃が二次電池に加えられた場合でも、均一な出力を供給し、二次電池の組立て中、不良の発生を防ぐ効果を有する。さらには、電池からの電解液の漏出は、これらの条件下で抑制される。したがって、好ましくは、本発明による二次電池は、高出力電源として使用され得る。
2009530767.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電池の内部圧力が前記電池の異常動作により上昇した場合、電流を遮断し、加圧された気体を排出する通気孔が、突出した中心部分を有するトップキャップと接触している構造で構成されているキャップアセンブリを含む円筒型二次電池であって、前記通気孔の端部は、前記トップキャップの外周表面を囲むように曲げられ、電解液の漏出を防ぎ、前記電池の組立て中、前記電池の不良の発生を防ぐための溝部は、前記溝部が前記トップキャップの外周表面と平行に配置されるように、前記通気孔と前記トップキャップの間の界面に形成されることを特徴とする円筒型二次電池。
【請求項２】
前記溝部は、突出した溝部、ステップ形状(階段形状)の溝部、陥凹した溝部、またはそれらの組合せであり、前記溝部は、前記トップキャップの上部界面および/または前記トップキャップの下部界面に形成されることを特徴とする請求項１に記載の二次電池。
【請求項３】
前記溝部は、前記トップキャップの一部が突出するような形で、前記トップキャップの前記下部界面に形成されることを特徴とする請求項２に記載の二次電池。
【請求項４】
前記溝部の高さは、前記通気孔の厚さの５から８０％である、請求項１に記載の二次電池。
【請求項５】
前記通気孔は、高い導電性、柔軟性、および可塑性を有するアルミニウムで形成されることを特徴とする請求項１に記載の二次電池。
【請求項６】
前記通気孔に囲まれた前記トップキャップの長さは、前記トップキャップの半径の約５から４０％であることを特徴とする請求項１に記載の二次電池。
【請求項７】
前記電池は、前記通気孔の端部が前記トップキャップの中心軸に対して３０から６０度の角度であるように、前記通気孔の端部を一次的に曲げ、端部領域(Ａ)から分散されるべき応力に必要な所定の期間が経過した後に、前記通気孔の前記曲がり端部が前記トップキャップの上端部表面と密接に接触させられるように、前記通気孔の前記一次的な曲がり端部を二次的に曲げ、次いで、前記通気孔の二次的な曲がり端部を押圧することによって製造されることを特徴とする請求項１に記載の二次電池。
【請求項８】
溶接動作が、前記通気孔と前記トップキャップとの間の前記トップキャップの前記外周表面に隣接した接触界面の１つまたは複数の部分で行われることを特徴とする請求項１に記載の二次電池。
【請求項９】
前記電池が、電動工具用の電源として使用されることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の二次電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高い充放電率を有する円筒型二次電池に関し、より詳細には、電池の内部圧力が電池の異常動作により上昇した場合、電流を遮断し、加圧された気体を排出する通気孔が、突出した中心部分を有するトップキャップと接触している構造で構成されているキャップアセンブリを含む円筒型二次電池に関し、通気孔の端部はトップキャップの外周表面を囲むように曲げられ、溝部は、電解液の漏出を防ぎ、電池の組立て中、電池の不良の発生を防ぐため、通気孔とトップキャップの間の界面に形成され、それによって、通気孔とトップキャップの間の安定的な電気的接続が達成され、瞬時に高出力が供給され、振動などの外部衝撃が電池に与えられた場合でも、安定的な出力が供給され、溝部の形状により生じる表面圧力による電解液の漏出が防がれ、電池の組立て中、電池の不良の発生が防がれる。
【背景技術】
【０００２】
携帯機器がますます発展し、このような携帯機器の需要が高まってきているので、二次電池の需要もまた、携帯機器用のエネルギー源として急増してきている。中でも、リチウム二次電池は、高いエネルギー密度および高い放電電圧を有し、それに関して多くの研究が行われており、現在は、商用的におよび広く使用されている。
【０００３】
二次電池が携帯電話またはラップトップコンピュータ用の電源として使用される場合、二次電池は均一な出力を安定的に供給することが必要である。一方、二次電池が、電動ドリルなどの電動工具用の電源として使用される場合、二次電池は、振動または落下などの外部の物理的衝撃に対して安定的であるとともに、瞬時に高出力を供給することが必要である。
【０００４】
これに関連して、従来の円筒型二次電池の構造は、図１に示されている。一般に、二次電池１０は、円筒型容器２０と、容器２０内に備え付けられたジェリーロール型電極アセンブリ３０と、容器２０の上部に結合されたキャップアセンブリ４０とを含む。
【０００５】
電極アセンブリ３０は、セパレータ３３がカソード３１とアノード３２の間に置かれるとともに、カソード３１およびアノード３２がジェリーロール形状に巻かれる構造で構成されている。カソード３１には、キャップアセンブリ４０に接続されているカソードタップ３４が取り付けられている。アノード３２には、容器２０の下端部に接続されているアノードタップ(図示せず)が取り付けられている。
【０００６】
キャップアセンブリ４０は、カソード端子を構成しているトップキャップ４１と、電池の内部温度が上昇した場合、電池抵抗の上昇による電流を遮断するための正温度係数(ＰＴＣ)素子４２と、電池の内部圧力が上昇した場合、電流を遮断し、かつ/または気体を排出するための通気孔４３と、特定部位を除くキャッププレート４５から通気孔４３を電気的に絶縁し、電池の内部を密封するためのガスケット４４と、カソード３１に取り付けられているカソードタップ３４に接続されたキャッププレート４５とを含む。キャップアセンブリ４０は、トップキャップ４１と、ＰＴＣ素子４２と、通気孔４３と、ガスケット４４と、キャッププレート４５とが、１つのものの上に別のものが順次積み重ねられる構造で構成されている。
【０００７】
しかし、上述した構成による二次電池が、瞬時に高出力を供給することは困難であり、振動などの外部衝撃が二次電池に加えられた場合、二次電池の接触表面の抵抗は上昇し、それによって、二次電池が均一な出力を供給することは困難であることが証明されている。具体的には、ＰＴＣ素子４２は、室温で、電気抵抗が約７から３２ｍΩであり、温度が上昇した場合、ＰＴＣ素子４２の抵抗は急激に上昇する。したがって、ＰＴＣ素子４２は、瞬時に高出力を供給することを止める因子として機能する可能性がある。この理由で、ＰＴＣ素子４２を除く構造が必要である。
【０００８】
それにもかかわらず、上述した構成による二次電池は、振動などの外部衝撃が二次電池に加えられた場合、トップキャップ４１と、ＰＴＣ素子４２と、通気孔４３と、キャッププレート４５との間の接触表面での抵抗が大きく変化し、そのため、二次電池は均一な出力を供給することができないという問題をはらんでいる。例えば、トップキャップ４１とＰＴＣ素子４２または通気孔４３の間の接触表面での抵抗は、約２０から３０ｍΩ上昇する。
【０００９】
内部抵抗の上昇は、電動工具用の電源として使用される高電流二次電池から熱の発生を誘発する。結果的には、電池の安全性が下がる可能性があり、そのため、電池の性能が低下する可能性がある。
【００１０】
これに関連して、特許文献１に、トップキャップの外周表面が通気孔の曲がり端部に囲まれることが可能になるように通気孔の端部を曲げ、通気孔とトップキャップの間の接触抵抗が、電池に加えられる過度な振動または衝撃と、電池の長期使用により生じるガスケットの劣化とにより、上昇しないようにするために、通気孔の曲がり端部を溶接によってトップキャップに固定するための技術が開示されている。
【００１１】
目的および効果に関しては違いがあるが、通気孔などの要素を使用してトップキャップを囲むための技術は、特許文献２に開示されており、電池容器の端部とシーム部分とをレーザ溶接によって互いに取り付けるための技術は、特許文献３に開示されている。
【００１２】
通気孔の端部でトップキャップの外周表面を囲むための技術は、通気孔およびトップキャップが互いに表面接触している構造と比べて、振動または衝撃による接触抵抗の上昇を抑制し、そのため、この技術を採用している電池は、高電流電源として使用可能であるという利点を有する。しかし、この技術を採用している電池が、電動工具など、大きな振動を誘発する装置において使用される場合、通気孔とトップキャップの間の接触表面は、上述した構造にも関わらず、瞬時に互いと離間され、電解液が、その結果生じる間隙を通って電池から漏出するということが証明されている。さらには、通気孔に固定されたトップキャップの固定状態は、通気孔の端部の曲がり構造にもかかわらず、トップキャップと通気孔の間に相対運動が生じるという結果により安定的ではなく、そのため、組立工程中に、具体的には、電流遮断要素が溶接によって通気孔の下端部に取り付けられ、または通気孔とトップキャップが溶接によって互いに取り付けられるとき、溶接動作は所定の位置（正しい位置）で行われず、それによって、電池不良が生じることも証明されている。
【００１３】
一方、通気孔の曲がり端部を溶接によってトップキャップに取り付けるための技術は、優れた結合力を提供するが、溶接部分が電池の外側に露出され、露出された部分は電池の長期使用により劣化し、それによって、結合力は大幅に低下するということが証明されている。
【特許文献１】公開特許公報第２００３-１８７７７３号
【特許文献２】公開特許公報第２００４-１５２７０７号
【特許文献３】公開特許公報第２００３-０５１２９４号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
したがって、本発明は、上述の問題およびさらに解決しなくてはならない他の技術的問題を解決するために行われている。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上述した問題を解決するために、様々の広範なおよび集中的な研究と実験の結果、本発明の発明者らは、トップキャップの外側表面が通気孔の端部に囲まれ、溝部が通気孔とトップキャップの間の界面に形成された場合、振動または衝撃などの外力が電池に加えられた場合でも、接触抵抗の上昇は抑制され、電池からの電解液の漏出が防がれ、電池の組立て中、不良生産率が著しく減少することを発見した。加えて、本発明の発明者らは、溶接動作が、上述した構造でトップキャップの外周表面に隣接して行われた場合、溶接された領域は外側に露出されず、それによって、電池の長期使用によって生じる溶接された部分の劣化による結合力の低下は抑制され、そのため、接触抵抗の上昇が抑制されることも発見した。本発明は、これらの発見に基づいて達成された。
【００１６】
本発明によれば、上述および他の目的は、電池の内部圧力が電池の異常動作により上昇した場合、電流を遮断し、加圧された気体を排出する通気孔が、突出した中心部分を有するトップキャップと接触している構造で構成されているキャップアセンブリを含む円筒型二次電池を提供することにより達成可能であり、通気孔の端部はトップキャップの外周表面を囲むように曲げられ、電解液の漏出を防ぎ、電池の組立て中、電池の不良の発生を防ぐための溝部は、溝部がトップキャップの外周表面と平行に配置されるように、通気孔とトップキャップの間の界面に形成される。
【００１７】
先に述べたように、電動工具などの装置には、瞬時に高出力が必要であり、それらの動作する環境特性のために、振動または衝撃などの外力は装置に頻繁に加えられる。したがって、二次電池は、電解液の漏出が抑制され、電池の組立て中、電池の不良の発生が抑制され、外力が電池に加えられた場合でも、二次電池が安定的に高出力を供給するとともに、電池の構成要素の劣化が抑制されるように、構成されていることが必要である。以下の実験結果から分かるように、上述したキャップアセンブリ構造を有する円筒型二次電池は、上述したすべての必要条件を満足させることが可能であることが証明されている。
【００１８】
通気孔は、電池の内部圧力が、電池の異常動作または電池構成要素の劣化により上昇した場合、電池から気体を排出することによって電池の安全性を確保するある種類の安全素子である。例えば、気体が電池内に発生し、そのため、電池の内部温度が臨界圧力を超えた場合、通気孔は破損し、通気孔の破損した領域を通って排出された気体は、トップキャップ内に形成された１つまたは複数の気体排出孔を通って電池から排出される。
【００１９】
好ましくは、通気孔は、気体が上述した異常な状態の下で排出される前に、電流を遮断するために、通気孔の中心部分が陥凹し、第１のノッチおよび第２のノッチが通気孔の上部曲がり領域と、下部曲がり領域に形成される構造で構成されている。通気孔の下端部に、通気孔が破損する前に電流を遮断するための電流遮断要素が接続される。電流遮断要素は、１つまたは複数の気体排出孔と、上方に突出し、圧力が電流遮断要素に加えられた場合、電流遮断要素の残りから分離可能である突起部とを含む。電流遮断要素の突起部は、通気孔の下端部に結合され、カソードタップは、突起部を除く電流遮断要素の残りに接続される。
【００２０】
好ましい実施形態では、電流遮断要素は、３つから５つの貫通孔と、貫通孔を相互接続するブリッジとが同心円上の突起部の周囲に形成され、ノッチがブリッジに形成される構造で構成されている。したがって、電池の内部圧力が上昇した場合、通気孔は、電流遮断要素からより分離されやすくなり、それによって、電流要素と安全要素の間の電気絶縁が達成される。
【００２１】
通気孔は、通気孔の端部がトップキャップの外周表面を囲むように曲げられることが可能である導電性材料で形成されているのであれば特に制限されない。好ましくは、通気孔は、高い導電性、柔軟性、および可塑性を有するアルミニウムで形成される。
【００２２】
円筒型二次電池は、円の断面形状で構成されている。したがって、円筒型二次電池のトップキャップおよび通気孔は、概して、ディスク構造で構成されている。本発明によれば、通気孔の端部は、垂直に曲げられ、その場合、通気孔の曲がり端部は、トップキャップの外周表面が通気孔の曲がり端部に囲まれるように、トップキャップと密接に接触させられる。通気孔に囲まれたトップキャップの長さは、トップキャップの半径の約５から４０％、好ましくは１０から３０％である。通気孔の曲がり領域は、ガスケットに囲まれる。
【００２３】
本発明によれば、溝部は、電池からの電解液の漏出を防ぎ、同時に、電池の組立て中、電池の不良の発生を防ぐため、通気孔とトップキャップの間の界面に形成される。溝部は、トップキャップの外周表面と平行に連続的に配置される。溝部は、様々な断面形状を有することが可能である。例えば、溝部は、突出した溝部、ステップ形状（階段形状）の溝部、陥凹した溝部、またはそれらの組合せ（例えば、鋸歯状の溝部）であってよい。
【００２４】
また、溝部は、通気孔とトップキャップの間の界面に形成される。具体的には、溝部は、トップキャップの上部界面に、またはトップキャップの下部界面に形成可能である。または、溝部は、トップキャップの上部および下部のそれぞれの界面に形成可能でもある。好ましくは、溝部は、トップキャップの一部が突出するような形で、トップキャップの下部界面に形成される。
【００２５】
通気孔が、高い柔軟性および可塑性を有するアルミニウムで形成されている場合、溝部の周囲の通気孔は、トップキャップの外周表面が通気孔の端部に囲まれるように通気孔の端部が曲げられ、押圧された後に、通気孔が溝部の外側表面と密接に接触させられるように変形する。したがって、接触界面の大きさが増大し、そのため、電池からの電解液の漏出が防がれ、同時に、電池内に導入される水分による電池構成要素の劣化が防がれる。さらには、トップキャップの移動が抑制され、そのため、トップキャップおよび通気孔は、電池組立て中、それらの正しい位置に位置付けられる。したがって、移動偏向による不良の発生が防がれる。
【００２６】
溝部の大きさは、溝部が上述した効果を提供するのであれば特に制限されない。溝部の大きさは、通気孔の厚さ、柔軟性、および可塑性を考慮して適切に決定される。好ましい実施形態では、溝部の高さは、通気孔の厚さの５から８０％、好ましくは１０から５０％であることが可能である。
【００２７】
通気孔の端部でトップキャップの外周表面を囲むための工程は、以下のように行われることが可能である。例えば、トップキャップは、トップキャップの外径よりも大きな外径を有する通気孔上に配置される。続いて、通気孔の拡張部分は垂直に曲げられ、次いで、トップキャップの中心軸に向かって曲げられる。その後に、通気孔の曲がり部分は、押圧される（ローラで伸ばされる）。製造工程の経済効率のためには、上述の工程は、大量生産において継続的に行われることが好ましい。
【００２８】
一方、垂直曲げ工程および水平曲げ工程の間、トップキャップの外周表面に対応する通気孔の端部領域(Ａ)が著しく変形する。多くの試行と失敗、および様々な実験の結果、本発明の発明者らは、上述した工程が継続的に行われた場合、大きな応力が通気孔の端部領域(Ａ)上に集中され、そのため、通気孔の部分的破損(すなわち、不良生産率)が増加することを発見した。
【００２９】
したがって、通気孔の端部がトップキャップの中心軸に対して３０から６０度の角度であるように、通気孔の端部を一次的に曲げ、端部領域(Ａ)から分散されるべき応力に必要な所定の期間が経過した後に、通気孔の曲がり端部がトップキャップの上端部表面と密接に接触させられるように、通気孔の一次的な曲がり端部を二次的に曲げ、次いで、通気孔の二次的な曲がり端部を押圧することによって、電池を製造することが好ましい。この不連続の工程は、不良生産率を最小限に抑える。
【００３０】
好ましい実施形態では、通気孔とトップキャップの間の機械的結合力を高め、通気孔とトップキャップの間の電気的接続をより安定的に達成するために、通気孔とトップキャップの間の接触界面の１つまたは複数の部分で、溶接動作が行われる。この溶接動作は、溶接された部分が電池の外側に露出されないように、トップキャップの外周表面に隣接した界面で行われることが可能である。先に説明したように、従来技術は、通気孔の露出された端部をトップキャップに溶接するための技術を提案している。しかし、この従来技術は、溶接された部分が、溶接された部分の長期にわたる露出により、劣化する可能性があるという問題をはらんでいる。一方、本発明によれば、溶接された部分は、トップキャップの外周表面に隣接した界面に形成され、ガスケットによって密封される。したがって、本発明により、上述した問題が解決される。
【００３１】
本発明の上述のおよび他の目的、特徴、ならびに他の利点は、添付の図面と併用される以下の詳細な説明からより明確に理解されることになろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
次に、本発明の好ましい実施形態を添付の図面を参照して詳細に述べることにする。しかし、本発明の範囲は、示された実施形態によって限定されないことに留意されたい。
【００３３】
図２は、本発明の好ましい実施形態による二次電池のキャップアセンブリ構造を典型的に示す断面図である。
【００３４】
図２を参照すると、本発明による電池１００が、電極アセンブリ(図示せず)を容器２００内に挿入し、電解液を容器２００内に注入し、キャップアセンブリ４００を容器２００の開口上端部に取り付けることによって製造される。
【００３５】
キャップアセンブリ４００は、トップキャップ４１０および電池の内部圧力を下げるための通気孔４２０が、気密性を維持するための容器２００の上部ビーズ部分２１０に取り付けられたガスケット５００の内側に、互いに密接に接触している構造で構成されている。トップキャップ４１０は、トップキャップ４１０の中心部分が上方に突出するように形成され、そのため、トップキャップ４１０は、外部回路が接続されているカソード端子として機能する。トップキャップ４１０には、その突出した部分の円周に沿って、複数の貫通孔４１２が備わっており、それを通って、加圧された気体が容器２００から排出される。
【００３６】
通気孔４２０は薄膜構造であり、それを通って電流が流れる。通気孔４２０の中心部分は、陥凹した中心部分４２２を形成するように陥凹し、異なる深さを有する２つのノッチ４２４および４２６は、中心部分４２２の上部および下部のそれぞれの曲がり領域に形成される。
【００３７】
図２と３に示されるように、ノッチ４２４および４２６のうちの一方、すなわち、中心部分４２２の上部曲がり領域に形成される第１のノッチ４２４は閉鎖円構造で構成されているが、他方のノッチ、すなわち、中心部分４２２の下部曲がり領域に形成される第２のノッチ４２６はその一側面において開放している開放円構造で構成されている。また、第２のノッチ４２６は、第１のノッチ４２４の結合力よりも小さい結合力を有し、第２のノッチ４２６は、第１のノッチ４２４よりも深さがある。
【００３８】
容器２００の内部圧力が臨界圧力よりも上昇した場合、通気孔４２０の第２のノッチ４２６は破損し、その結果、加圧された気体は、トップキャップ４１０の貫通孔４１２を通って容器２００から排出される。
【００３９】
通気孔４２０より下に、電池から気体を排出し、同時に、上述した工程において電流を遮断するための電流遮断要素７００が取り付けられる。電流遮断要素７００は、補助ガスケット５１０が取り付けられている導電性プレート形状の要素である。
【００４０】
電流遮断要素７００の一例が、図４に示されている。電流遮断要素７００には、それを通って気体が排出される複数の貫通孔７１０がその円周に隣接した所定の位置に備わっている。電流遮断要素７００には、上方に突出する突起部７２０がその中心部に備わっている。加えて、３つの貫通孔７３０と、貫通孔７３０を相互接続する３つのブリッジ７４０とが、対称な形で同心円上に突起部７２０の周囲に形成される。ノッチ７５０は、ブリッジ７４０に形成される。したがって、電池の内部圧力が上昇し、そのため、加圧された気体が通気孔４２０に加えられた場合(図２を参照のこと)、陥凹した中心部分４２２は隆起する。結果的に、ノッチ７５０は破損し、そのため、陥凹した中心部分４２２に溶接された突起部７２０は、電流遮断要素７００の主本体から分離される。
【００４１】
図２に戻って参照すると、通気孔４２０の端部４２８は、トップキャップ４１０の外周表面４１４を囲み、突出した溝部４１６は、トップキャップ４１０の下端部表面に形成される。上述した構造をより詳細に見ることが可能になるように、拡大スケールにより、領域Bが図５に示されている。
【００４２】
図５を参照すると、通気孔４２０の端部４２８は、トップキャップ４１０の外周表面４１４の形状に対応して曲げられ、トップキャップ４１０の上端部表面と密接に接触し、それにより、通気孔４２０の端部４２８がトップキャップ４１０の外周表面４１４を完全に囲むことが可能になる。また、溝部４１６は、トップキャップ４１０と通気孔４２０の間の下部界面内のトップキャップ４１０の下端部表面に形成され、通気孔４２０の対応する領域は、トップキャップ４１０と通気孔４２０の間の界面が密接に維持されるように凹形である。したがって、振動などの外力が電池に加えられた場合でも、トップキャップ４１０と通気孔４２０の間の接触表面は、安定的に維持され、そのため、接触抵抗の上昇が抑制される。また、界面の大きさは大きく、そのため、電解液の漏出が防がれる。さらには、トップキャップ４１０と通気孔４２０の間の結合力は増大し、そのため、トップキャップ４１０と通気孔４２０の間の相対運動が抑制される。したがって、電流遮断要素７００(図２を参照のこと)を溶接によって正しい位置で通気孔４２０の下端部に取り付けることが可能になり、そのため、電池の組立て中、電池の不良の発生が防がれる。
【００４３】
加えて、溶接された部分６００が、より優れた機械的結合およびより優れた電気的接続を達成するために、トップキャップ４１０と通気孔４２０の間の上部界面内のその外周表面４１４に隣接したトップキャップ４１０の上端部表面に形成される。溶接された部分６００は、ガスケット５００によって密閉される。したがって、溶接された部分６００の異物による劣化が抑制され、電池は、長い期間にわたって使用される。
【００４４】
図６は、本発明の別の好ましい実施形態によるトップキャップと通気孔の間の界面構造を示す垂直断面図であり、図７は、本発明のさらなる別の好ましい実施形態によるトップキャップと通気孔の間の界面構造を示す垂直断面図である。
【００４５】
まず、図６を参照すると、トップキャップ４１０の下端部表面における鋸歯状の溝部４１６ａおよび通気孔４２０の上端部表面が、トップキャップ４１０の下端部表面に対応して変形する。結果的に、トップキャップ４１０の下端部表面と、通気孔４２０の上端部表面とは、互いに密接に接触している。
【００４６】
図７を参照すると、突出した溝部４１６ｂが、ステップを形成するために、トップキャップ４１０の外周表面に隣接したトップキャップ４１０の上端部表面に形成され、通気孔４２０の下端部表面は、トップキャップ４１０の上端部表面に対応して変形する。結果的に、トップキャップ４１０の上端部表面と、通気孔４２０の下端部表面とは、互いに密接に接触している。
【００４７】
溝部４１６ａおよび４１６ｂは形状が互いに異なるが、溝部４１６ａおよび４１６ｂは、溝部４１６ａおよび４１６ｂが接触界面の大きさを増大させるという共通の点を有し、そのため、電気的接続は安定的に達成され、優れた密閉性が達成される。
【００４８】
図８は、図２のキャップアセンブリを製造する過程で、通気孔の端部でトップキャップの外周表面を囲むための工程を示す典型的な平面図であり、図９はその工程を示す典型的な垂直断面図である。
【００４９】
まず、図８を参照すると、外径Ｒｔを有するトップキャップ４１０が、トップキャップ４１０の外径Ｒｔより大きい外径Ｒｓを有する通気孔４２０上に配置されている。外径間の相違により得られる通気孔４１０の拡張部分、すなわち、通気孔４２０の端部４２８は、通気孔４２０の端部４２８がトップキャップ４１０の外周表面４１４を囲むように、トップキャップ４１０の中心軸Cに向かって曲げられる。結果的に、通気孔４２０の端部４２８は、トップキャップ４１０の外周表面４１４と密接に接触させられる。
【００５０】
曲げ工程は、不連続的に行われる。具体的には、図９に示されるように、通気孔４２０の端部４２８がトップキャップ４１０の中心軸に対して３０から６０度、好ましくは、４０から５０度の角度αであるように、プレート形状の通気孔４２０の端部４２８を一次的に曲げるステップ(Ｓ１)、および通気孔４２０の曲がり端部４２８がトップキャップ４１０の上端部表面と密接に接触させられるように、通気孔４２０の一次的な曲がり端部４２８を二次的に曲げるステップ(Ｓ２)、ならびに通気孔４２０の二次的な曲がり端部４２８を押圧するステップが、不連続的に行われる。一次的に曲げるステップ(Ｓ１)および二次的に曲げるステップ(Ｓ２)の間の時間差は、曲がり領域Ａから分散されるべき通気孔４２０の端部４２８を曲げる時間に発生する応力には十分な時間差であり、この場合、応力は曲がり領域Ａの周辺に集中される。不連続の曲げ工程は、曲がり領域Ａが破損する可能性を著しく抑える。
【００５１】
以下に、本発明の一例を詳細に説明することにする。しかし、本発明の範囲が、示された例によって限定されないことに留意されたい。
【００５２】
［実施例１］
トップキャップが、ニッケルでコーティングされた冷間圧延炭素鋼板(ＳＰＣＥ)、および図３に示された構造を有する通気孔を使用して製造され、図４に示された構造を有する電流遮断要素は、アルミニウム鋼板(Ａ１１０５０−Ｈ２４)を使用して製造された。トップキャップの下端部表面に、同心形状で深さ０.６ｍｍおよび高さ０.０４ｍｍである溝部が連続的に形成された。
【００５３】
通気孔が、外径１６ｍｍおよび厚さ０.３ｍｍであるプレート要素の形状で形成された。通気孔の上部曲がり領域を構成する第１のノッチが、直径１０ｍｍおよび厚さ０.１３ｍｍで形成され、通気孔の下部曲がり領域を構成する第２のノッチが、直径４ｍｍおよび厚さ０.０９ｍｍで形成された。電流遮断要素は、外径１１ｍｍおよび厚さ０.５ｍｍであるプレート要素の形状で形成された。直径３ｍｍである６つの気体排出孔が、電流遮断要素内に放射状に形成された。電流遮断要素の中心部に、半抜きで直径２ｍｍおよび突出長さ０.２ｍｍである突起部が形成された。
【００５４】
通気孔は、通気孔の半径がトップキャップの半径より１.４倍大きいように製造された。通気孔の拡張部分は、通気孔の拡張部分がトップキャップの外表面を囲むように図９に示されるように曲げられ、次いで、通気孔の曲がり拡張部分が押圧された。加えて、トップキャップと通気孔の間の界面は、トップキャップの外周表面に隣接した領域に、レーザによって溶接された。
【００５５】
Ｓｔａｎｄａｒｄ １８６５０(直径１８ｍｍ、長さ６５ｍｍ)を満たす円筒型二次電池が、上述した構成によるキャップアセンブリを使用して製造された。
【００５６】
［比較実施例１］
トップキャップと同じ直径である通気孔が使用された。トップキャップが通気孔に囲まれていないこと、および溶接動作が通気孔とトップキャップが互いに密接に接触している間に行われることを除いて、円筒型二次電池が実施例１で説明されたのと同じ方法により製造された。
【００５７】
［実験実施例１］
実施例１で説明されたように製造された１０個の電池と、比較実施例１で説明されたように製造された１０個の電池とが、上下逆さまにして置かれるとともに、電流遮断要素が破損する前に、電解液が対応する電池から漏出したかどうかを確認するために、圧力がセル内に１５Ｋｇｆまで加えられた。結果は、表１に示されている。
【００５８】
【表１】
2009530767.tif 000003
【００５９】
表１より、電解液は実施例１の電池からは漏出しなかったが、電解液は比較実施例１の電池からは電流遮断要素の破損の前後で漏出したことが分かる。
【００６０】
［実験実施例２］
実施例１で説明されたように製造された１２個の電池が４Ａおよび４.２Ｖに満充電されるとともに、満充電された電池は、８角形のドラム内に置かれ、電池は、６６ｒｐｍの速度で３０分間回転された。その後、それぞれの電池のインピーダンスが測定された。同じ条件下で、１２個の電池が１５０分間回転され、次いで、それぞれの電池のインピーダンスが測定された。ドラム試験前のインピーダンスに対するドラム試験後のインピーダンスの上昇率が１０％未満である場合、電池の電気的接続は優れていると解釈することができる。実験結果は、図１０に示されている。
【００６１】
加えて、比較実施例１で説明されたように製造された１２個の電池は、同じやり方で繰返し試験された。実験結果は、図１１に示されている。
【００６２】
これらの図面から分かるように、実施例１の電池のインピーダンスの上昇は、３０分のドラム試験後には非常に小さく、実施例１のほとんどの電池のインピーダンスの上昇率は、１５０分のドラム試験後には１０％未満であった。したがって、電池の電気的接続は、外力が電池に加えられた場合でも、安定的に維持されたことが分かる。一方、比較実施例１の電池のインピーダンスの上昇率は、３０分のドラム試験後には非常に小さかったが、比較実施例１の電池のインピーダンスの上昇率は、１５０分のドラム試験後には非常に大きかった。したがって、電池の電気的接続は良好ではなかったことが分かる。
【００６３】
本発明の好ましい実施形態は、例示を目的として開示されているが、当業者は、様々な修正形態、追加形態、および置換形態が、添付の特許請求の範囲に開示されている本発明の範囲および精神から逸脱することなく可能であることを認識するであろう。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
上述の説明から明らかなように、本発明による二次電池は、高い充放電率を達成し、振動または落下などの外部の物理的衝撃が二次電池に加えられた場合でも、均一な出力を供給し、二次電池の組立て中、不良の発生を防ぐ効果を有する。さらには、電池からの電解液の漏出は、これらの条件下で抑制される。したがって、好ましくは、本発明による二次電池は、高出力電源として使用され得る。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】従来の円筒型二次電池の代表的な上部構造を一般的に示す断面図である。
【図２】本発明の好ましい実施形態による二次電池の上部構造を典型的に示す断面図である。
【図３】図２の二次電池において使用される通気孔を示す斜視図である。
【図４】図２の二次電池において使用される電流遮断要素を示す斜視図である。
【図５】図２の領域Bを示す拡大図である。
【図６】本発明の別の好ましい実施形態によるトップキャップと通気孔の間の界面構造を示す垂直断面図である。
【図７】本発明のさらなる別の好ましい実施形態によるトップキャップと通気孔の間の界面構造を示す垂直断面図である。
【図８】図２のキャップアセンブリを製造する過程で、通気孔の端部でトップキャップの外周表面を囲むための工程を示す平面図である。
【図９】図２のキャップアセンブリを製造する過程で、通気孔の端部でトップキャップの外周表面を囲むための工程を示す垂直断面図である。
【図１０】電池が実験実施例１で説明されたように試験された場合、実施例１で説明されたように製造された電池のドラム試験結果を示すグラフである。
【図１１】電池が実験実施例１で説明されたように試験された場合、比較実施例１で説明されたように製造された電池のドラム試験結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【００６６】
１０    二次電池
２０    円筒型容器
３０    ジェリーロール型電極アセンブリ
３１    カソード
３２    アノード
３３    セパレータ
３４    カソードタップ
４０    キャップアセンブリ
４１    トップキャップ
４２    正温度係数(ＰＴＣ)素子
４３    通気孔
４４    ガスケット
４５    キャッププレート
１００    電池
２００    容器
２１０    上部ビーズ部分
４００    キャップアセンブリ
４１０    トップキャップ
４１２    貫通孔
４１４    外周表面
４１６    溝部
４２０    通気孔
４２２    中心部分
４２４    ノッチ
４２６    ノッチ
４２８    通気孔の端部
５００    ガスケット
５１０    補助ガスケット
６００    溶接された部分
７００    電流遮断要素
７１０    貫通孔
７２０    突起部
７３０    貫通孔
７４０    ブリッジ
７５０    ノッチ
【図１】
2009530767.tif 000004
【図２】
2009530767.tif 000005
【図３】
2009530767.tif 000006
【図４】
2009530767.tif 000007
【図５】
2009530767.tif 000008
【図６】
2009530767.tif 000009
【図７】
2009530767.tif 000010
【図８】
2009530767.tif 000011
【図９】
2009530767.tif 000012
【図１０】
2009530767.tif 000013
【図１１】
2009530767.tif 000014
【国際調査報告】
2009530767.tif 000015
2009530767.tif 000016