(57)【要約】【課題】本発明は、突出部が形成された絶縁ケースを備えることによって、絶縁ケースの流動を防止して電池の安全性を向上させたリチウム二次電池を提供するためのものである。【解決手段】本発明は、第１電極、第２電極及びその間に介されたセパレータを含む電極組立体と、前記電極組立体を受容する缶と、前記電極組立体の上部に位置し、前記缶の内側面に向けて少なくとも１つの突起が形成されている絶縁ケースとを含むリチウム二次電池を提供する。【選択図】図６
2006310268.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１電極、第２電極及びその間に介されたセパレータを含む電極組立体と、
前記電極組立体を受容する缶と、
前記電極組立体の上部に位置し、前記缶の内側面に向けて少なくとも１つの突起が形成されている絶縁ケースと、
を含むことを特徴とするリチウム二次電池。
【請求項２】
前記絶縁ケースは平板型本体部を含み、前記本体部の縁に少なくとも１つの突起が形成されていることを特徴とする請求項１に記載のリチウム二次電池。
【請求項３】
前記突起は前記本体部と一体形成されることを特徴とする請求項２に記載のリチウム二次電池。
【請求項４】
前記本体部の長側辺と短側辺の境界付近に２対の突起が形成されていることを特徴とする請求項２に記載のリチウム二次電池。
【請求項５】
前記本体部の長側辺の中心部に少なくとも１対の突起が形成されていることを特徴とする請求項２に記載のリチウム二次電池。
【請求項６】
前記絶縁ケースは前記本体部の短側辺または長側辺に少なくとも１つの支持部を含むことを特徴とする請求項２に記載のリチウム二次電池。
【請求項７】
前記支持部は上方に突出することを特徴とする請求項６に記載のリチウム二次電池。
【請求項８】
前記支持部は前記本体部と一体形成されることを特徴とする請求項６に記載のリチウム二次電池。
【請求項９】
前記本体部に電極タブ引出口が形成されていることを特徴とする請求項２に記載のリチウム二次電池。
【請求項１０】
前記本体部に電解液流入口が形成されていることを特徴とする請求項２に記載のリチウム二次電池。
【請求項１１】
前記本体部の長側辺に電極タブ引出溝が形成されていることを特徴とする請求項２に記載のリチウム二次電池。
【請求項１２】
前記突起は断面が半円型または四角形で形成されることを特徴とする請求項１に記載のリチウム二次電池。
【請求項１３】
前記絶縁ケースは絶縁性高分子樹脂からなることを特徴とする請求項１に記載のリチウム二次電池。
【請求項１４】
前記絶縁ケースはポリプロピレン、ポリフェニレンスルファイド、ポリエーテルスルホン、変性ポリフェニレンオキサイドのうちから選択されたいずれかの１つからなることを特徴とする請求項１３に記載のリチウム二次電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リチウム二次電池に関し、より詳しくは、電池に挿入される絶縁ケースの流動を防止して電池の安全性を向上させることができるリチウム二次電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、携帯用電子機器の小型化及び軽量化が急速に進展することにつれて、これらの駆動電源として使われる電池の小型化及び高容量化に対する必要性が増大している。特に、リチウム二次電池は作動電圧が３．７Ｖ以上であって、携帯用電子機器の電源として多く使われているニッケル−カドミウム電池や、ニッケル−水素電池より３倍も電圧が高くて、単位重量当たりエネルギー密度が高いという面で急速に伸張されている趨勢である。
【０００３】
リチウム二次電池はリチウムイオンが正極及び負極で挿入（intercalation）／脱離（deintercalation）される時の酸化、還元反応によって電気エネルギーを生成する。リチウム二次電池はリチウムイオンの可逆的な挿入／脱離可能な物質を正極と負極の活物質として使用し、前記正極と負極との間に有機電解液またはポリマー電解液を充填させて製造する。
【０００４】
リチウム二次電池の正極活物質としては、リチウムコバルト酸化物（LiCoO2）、リチウムニッケル酸化物（LiNiO2）、リチウムマンガン酸化物（LiMnO2）などのリチウム含有金属酸化物を使用しており、リチウム二次電池の負極活物質としては、リチウム金属またはリチウム合金を使用するが、リチウム金属を使用する場合、デンドライト（dendrite）の形成による電池の短絡により爆発の危険性があって、リチウム金属の代わりに非晶質炭素または結晶質炭素などの炭素系物質に取り替えられている。リチウム二次電池は色々な形状で製造されているが、代表的な形状としては、円筒形、角形及びパウチ形が挙げられる。
【０００５】
図１は従来のリチウム二次電池を示す分離斜視図である。
【０００６】
図１を参照すれば、リチウム二次電池は、第１電極１３、第２電極１５及びセパレータ１４から構成される電極組立体１２を電解液と共に缶１０に受納し、この缶１０の上段部をキャップ組立体２０で封入することにより形成される。
【０００７】
前記キャップ組立体２０はキャッププレート４０と絶縁プレート５０とターミナルプレート６０及び電極端子３０を含んで構成される。前記キャップ組立体２０は別途の絶縁ケース７０により前記電極組立体１２と絶縁しながら前記缶の上段開口部に結合して缶１０を封入することになる。
【０００８】
前記キャッププレート４０は前記缶１０の上段開口部と相応する大きさと形状を有する金属板で形成される。前記キャッププレート４０の中央には所定大きさの端子通孔４１が形成され、端子通孔４１には電極端子３０が挿入される。前記電極端子３０が端子通孔４１に挿入される時は電極端子３０とキャッププレート４０の絶縁のために電極端子３０の外面にはチューブ型のガスケット３５が結合して共に挿入される。一方、前記キャッププレート４０の一側には電解液注入口４２が所定の大きさで形成され、他側には安全ベント（図示していない）を形成することができる。前記安全ベントはキャッププレート４０の断面の厚さを薄くして一体形成される。前記キャップ組立体２０が前記缶１０の上段開口部に組立てられた後、電解液注入口４２を通じて電解液が注入され、電解液注入口４２は栓４３によって密閉される。
【０００９】
前記電極端子３０は前記第２電極１５の第２電極タブ１７または前記第１電極１３の第１電極タブ１６に連結されて第２電極端子または第１電極端子として作用することになる。前記第１電極タブ１６及び第２電極タブ１７が電極組立体１２から引出される部分には電極１３、１５間の短絡を防止するために絶縁テープ１８が巻き取られている。前記第１電極または第２電極は正極または負極として作用することになる。
【００１０】
このようなリチウム二次電池において、絶縁ケース７０は電極組立体１２の上部に安着してその位置を設定しているが、電池の落下テストのような規格試験で物理的衝撃が加えられた際、流動しやすい。このような流動により絶縁ケース７０を通じて上部に引出される第１電極タブ１６及び第２電極タブ１７も流動しながら電極の短絡を誘発することができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、前記のような問題を解決するためのものであって、突出部が形成された絶縁ケースを備えることによって、絶縁ケースの流動を防止して電池の安全性を向上させたリチウム二次電池を提供することをその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記のような目的の達成のために、本発明に係るリチウム二次電池は、第１電極、第２電極及びその間に介されたセパレータを含む電極組立体と、前記電極組立体を受容する缶と、前記電極組立体の上部に位置し、前記缶の内側面に向けて少なくとも１つの突起が形成されている絶縁ケースと、を含む。
【００１３】
前記絶縁ケースは平板型本体部を含み、前記本体部の縁に突起が形成されることができる。
【００１４】
前記突起は前記本体部と一体形成されることができ、その断面が半円型または四角形で形成されることができる。
【発明の効果】
【００１５】
上述のように、前記缶の内側面に向けて少なくとも１つの突起が形成されている絶縁ケースを含むリチウム二次電池は、絶縁ケースの流動を防止することができ、これで、電極タブの流動も最小化して電極間の短絡の危険性が減少して電池の安全性が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、添付の図面を参照しつつ本発明を詳細に説明する。
【００１７】
図２ａは本発明の一実施形態に係るリチウム二次電池の絶縁ケースの斜視図を示し、図２ｂは図２ａに図示された絶縁ケースの平面図を示す。図３乃至図５は本発明の他の実施形態に係るリチウム二次電池の絶縁ケースの平面図を示す。
【００１８】
図２ａ及び図２を参照すれば、絶縁ケース１７０は平板型本体部１７１と、前記本体部１８１の縁に形成されている突起１８０ａを含んでなされる。
【００１９】
前記本体部１７１はリチウム二次電池の缶の開口部に対応する形状及び大きさを有する平板型であり、電極組立体とキャップ組立体とを電気的に絶縁させる。
【００２０】
前記本体部１７１の縁にはその断面が半円形状を有する突起１８０ａが形成されている。前記本体部１７１の長側辺と短側辺の境界付近で互いに対向する位置に形成されている２対の突起１８０ａは缶の内側面に向けて突出しており、絶縁ケース１７０が缶の内部に挿入された際、流動することを防止することができる。前記突起１８０ａは本体部１７１と一体形成されることが好ましい。
【００２１】
前記本体部１７１の短側辺には短側辺支持部１７３、１７４が形成されている。前記短側辺支持部１７３、１７４は前記本体部１７１の短側辺に沿って上方に所定高さ突出している。前記短側辺支持部１７３、１７４は前記本体部１７１をより安定的に支持してやり、前記絶縁ケース１７０が缶に受納される際、缶の内壁との密着力を高めて、前記絶縁ケース１７０の流動を抑制することができる。また、前記短側辺支持部１７３、１７４は前記本体部に形成できる電極タブ引出口１７７を通じて引出される電極タブが極性を異にする缶の内側面と接触しないように保護する。
【００２２】
また、前記本体部１７１の長側辺には少なくとも１つの長側辺支持部１７５、１７６が形成されることができる。前記長側辺支持部１７５、１７６は前記本体部１７１の長側辺の所定位置から上方に所定高さ突出しており、前記短側辺支持部１７３、１７４と同一な高さでなされることが好ましい。前記長側辺支持部１７５、１７６は前記本体部１７１の短側辺に比べて強度が弱い長側辺の強度を補強してやるので、電池に物理的衝撃が加えられた際、前記本体部１７１の変形を防止することができる。
【００２３】
前記短側辺支持部１７３、１７４及び長側辺支持部１７５、１７６は前記本体部１７１と一体形成されることが好ましい。
【００２４】
前記本体部１７１には一側に電極タブが引出できる通路を提供する電極タブ引出口１７７が形成されることができ、他側には電解液が電極組立体内で円滑に流入できるように経路を提供する電解液流入口１７８が形成されることができる。また、前記本体部１７１の長側辺には他の電極タブが引出できる空間を提供する所定幅の電極タブ引出溝１７９が形成されることができる。
【００２５】
図３を参照すれば、前記本体部１７１の長側辺と短側辺の境界付近で互いに対向する位置に２対の突起１８０ｂが形成されており、その断面が四角形状でなされている。
【００２６】
図４を参照すれば、前記本体部１７１の長側辺の中心部の互いに対向する位置に一対の突起１８０ｃが形成されており、その断面が半円形状でなされている。
【００２７】
図５を参照すれば、前記本体部１７１の長側辺と短側辺の境界付近で互いに対向する位置に２対、及び長側辺の中心部の互いに対向する位置に一対の突起１８０ｄが形成されており、その断面が半円形状でなされている。
【００２８】
図６は本発明の一実施形態に係るリチウム二次電池２００の分離斜視図を示す。
【００２９】
図６を参照すれば、リチウム二次電池２００は、缶２１０と、前記缶２１０の内部に受容される電極組立体２１２と、前記缶２１０の上部に結合するキャップ組立体２２０を含んで形成される。
【００３０】
前記缶２１０は上部が開放された略角形の金属材で形成され、好ましくは、軽くて、かつ、軟性のあるアルミニウムまたはアルミニウム合金、ステンレス鋼などで形成されるが、ここでは、その種類を限定しない。前記缶２１０はそれ自体が端子の役割を遂行することが可能である。
【００３１】
前記電極組立体２１２は、第１電極２１３、第２電極２１５及びセパレータ２１４を含む。前記第１電極２１３と第２電極２１５はセパレータ２１４を介して積層した後、ゼリーロール（jelly-roll）形態で巻き取られることができる。前記第１電極２１３には第１電極タブ２１６が、前記第２電極２１５には第２電極タブ２１７が、レーザー熔接、超音波熔接、抵抗熔接のような熔接や導電性接着剤によって通電可能に付着されており、各々上方に引出されている。
【００３２】
前記第１電極２１３及び第２電極２１５は、互いに極性を異にして、正極または負極として使用することができる。前記第１電極２１３及び第２電極２１５は電極集電体と前記電極集電体の少なくとも一面に塗布される電極活物質、即ち、正極活物質または負極活物質を含む。
【００３３】
前記第１電極２１３または第２電極２１５が正極として使われる場合、電極集電体としては、ステンレス鋼、ニッケル、アルミニウム、チタンまたはこれらの合金、アルミニウムまたはステンレス鋼の表面にカーボン、ニッケル、チタン、銀を表面処理させたものなどを使用することができ、これらのうち、アルミニウムまたはアルミニウム合金が好ましい。前記第１電極２１３または第２電極２１５が負極として使われる場合、電極集電体としては、ステンレス鋼、ニッケル、銅、チタンまたはこれらの合金、銅またはステンレス鋼の表面にカーボン、ニッケル、チタン、銀を表面処理させたものなどを使用することができ、これらのうち、銅または銅合金が好ましい。
【００３４】
前記正極活物質としては、通常的に、リチウム含有遷移金属酸化物またはリチウムカルコゲナイド化合物を全て使用することができ、その代表的な例としては、LiCoO2、LiNiO2、LiMnO2、LiMn2O4、または、LiNi1-x-yCoxMyO2（0≦x≦1、0≦y≦1、0≦x+y≦1、MはAl、Sr、Mg、Laなどの金属）などの金属酸化物を使うことができる。前記負極活物質としては、結晶質炭素、非晶質炭素、炭素複合体、炭素繊維などの炭素材料、リチウム金属、リチウム合金などが使われることができる。
【００３５】
前記セパレータ２１４は前記第１電極２１３及び第２電極２１５間の短絡を防止してリチウムイオンの移動通路を提供するものであって、ポリプロピレン、ポリエチレンなどのポリオルレフィン系高分子膜またはこれらの多重膜、微細多孔性フィルム、織布及び不織布のような公知のものを使用することができる。
【００３６】
前記缶２１０の上部に結合するキャップ組立体２２０はキャッププレート２４０、絶縁プレート２５０、ターミナルプレート２６０及び電極端子２３０を含んで構成される。前記キャッププレート２４０は前記缶２１０の上段開口部と対応する大きさと形状を有する金属板で形成される。前記キャッププレート２４０の中央には所定の大きさの端子通孔２４１が形成され、一側には電解液注入口２４２が形成され、前記電解液注入口２４２を通じて電解液が注入された後、前記電解液注入口２４２は栓２４３と結合して密閉される。
【００３７】
前記端子通孔２４１には電極端子２３０が挿入され、前記電極端子２３０の外面には前記キャッププレート２４０との電気的絶縁のためのチューブ形状のガスケット２３５が設けられている。前記キャッププレート２４０の下面には絶縁プレート２５０が設けられており、前記絶縁プレート２５０の下面にはターミナルプレート２６０が配置されている。前記電極端子２３０の底面部は前記絶縁プレート２５０を介在させた状態で前記ターミナルプレート２６０と電気的に連結されている。
【００３８】
前記キャッププレート２４０の下面には前記第１電極タブ２１６が熔接されており、前記ターミナルプレート２６０には前記第２電極タブ２１７が熔接されている。前記第１電極タブ２１６及び第２電極タブ２１７はニッケル金属からなっている。前記第１電極タブ２１６及び第２電極タブ２１７が電極組立体２１２から露出する部分には電極間の短絡を防止するために絶縁テープ２７８が各々巻き取られている。
【００３９】
前記電極組立体２１２の上部には前記電極組立体２１２とキャップ組立体２２０とを電気的に絶縁させてやり、前記電極組立体２１２と第１電極タブ２１６と第２電極タブ２１７の位置を固定させる絶縁ケース２７０が設けられている。前記絶縁ケース２７０は、本体部２７１、前記本体部２７１の縁に形成されている突起２８０、短側辺支持部２７３、２７４及び長側辺支持部２７５、２７６を含んでなされる。前記絶縁ケース２７０には、また、第２電極タブ２１７が引出できる通路を提供する電極タブ引出口２７７、第１電極タブ２１６が引出できる空間を提供する電極タブ引出溝２７９及び電解液注入口２４２を通じて注入された電解液が電極組立体２１２内に円滑に入り込むことができるように通路を提供する電解液流入口２７８が形成されている。電極の短絡を防止するために缶２１０と極性を異にする電極タブが電極タブ引出口２７７を通じて引出されることが好ましい。
【００４０】
前記突起２８０は缶２１０の内側面に向けて突出している。このような突起２８０は絶縁ケース２７０が缶２１０に受納された際、硬く固定されるようにして絶縁ケース２７０が流動することを防止する役割をする。したがって、前記絶縁ケース２７０が電極組立体２１２の上部に安着した後には、これ以上の流動が発生しないので、電極組立体の動きも防止することができ、第１電極タブ２１６と第２電極タブ２１７の流動も最小化して電極間の短絡の危険性を減らすことができる。
【００４１】
前記絶縁ケース２７０は絶縁性高分子樹脂からなることが好ましい。前記絶縁性高分子樹脂としては、ポリプロピレン（polypropylene: PP）、ポリフェニレンスルファイド（polyphenylenesulfide: PPS）、ポリエーテルスルホン（polyethersulfone: PES）、変性ポリフェニレンオキサイド（polyphenyleneoxide: PPO）などが使われることができる。ＰＰＳは、耐熱性、寸法安全性、耐化学性、低吸水性、難燃性が優れ、温度変化に対応する電気的特性の変化が少ない。ＰＥＳは非結晶性芳香族耐熱可塑性樹脂で、２００℃の耐熱性を有し、寸法安全性、耐水性が優れた樹脂である。また、ＰＥＳは透明性がよくて、かつ、高いガラス転移温度（Tg : 223℃）、低膨脹性（CTE  : 2.3×10-5/℃）、優れる機械的強度を有している。変性ＰＰＯは機械的性質が優れ、耐熱性があり、低温でも物性の低下が小さいし、成形収縮が小さくて、かつ、難燃性樹脂である。
【００４２】
前記絶縁性高分子樹脂を加熱して粘性がある溶融状態に作った後、高圧下で鋳型に射出させた後、冷却させて、鋳型形態の容器を作り出す射出成形（injection molding）により前記絶縁ケース２７０を製造することによって、本体部２７１と突起２８０を一体形成することができる。
【００４３】
本発明に対し、前記実施形態を参考にして説明したが、これは例示に過ぎないのであり、本発明に属する技術分野の通常の知識を有する者であれば、これから多様な変形及び均等な他実施形態が可能であるという点を理解するはずである。したがって、本発明の真の技術的保護範囲は特許請求範囲の技術的事象により定めるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】従来のリチウム二次電池を示す分解斜視図である。
【図２ａ】本発明の一実施形態に係るリチウム二次電池の絶縁ケースの斜視図である。
【図２ｂ】図２ａ図示された絶縁ケースの平面図である。
【図３】本発明の他の実施形態に係るリチウム二次電池の絶縁ケースの平面図である。
【図４】本発明の他の実施形態に係るリチウム二次電池の絶縁ケースの平面図である。
【図５】本発明の他の実施形態に係るリチウム二次電池の絶縁ケースの平面図である。
【図６】本発明の一実施形態に係るリチウム二次電池を示す分離斜視図である。
【符号の説明】
【００４５】
１７０  絶縁ケース
１７１  絶縁ケースの本体部
１７３、１７４  絶縁ケースの短側辺支持部
１７５、１７６  絶縁ケースの長側辺支持部
１７７  絶縁ケースの電極タブ引出口
１７８  絶縁ケースの電解液流入口
１７９  絶縁ケースの電極タブ引出溝
１８０ａ、１８０ｂ、１８０ｃ、１８０ｄ  絶縁ケースの突起
【図１】
2006310268.tif 000003
【図２ａ】
2006310268.tif 000004
【図２ｂ】
2006310268.tif 000005
【図３】
2006310268.tif 000006
【図４】
2006310268.tif 000007
【図５】
2006310268.tif 000008
【図６】
2006310268.tif 000009