(57)【要約】【課題】 外圧に対する電池安全性が向上した円筒状のリチウム二次電池を提供すること。【解決手段】 円筒状のリチウム二次電池は、第１の電極板と、第２の電極板と、前記第１の電極板と第２の電極板との間に介在されたセパレータとを積層及び巻き取ってなされ、中心に所定の空間が形成されたロール状の電極組立体と;長手方向に沿って切り込み溝が形成された管状からなり、下部へ所定の長さに突出した突起を備え、前記電極組立体の中心空間に結合される巻心部材と;前記電極組立体を収容する空間を備え、上部が開口された筐体と;前記筐体の上部に結合され、これを封止するキャップ組立体と、を含む。【選択図】図２ｂ
2006310301.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の電極板と、第２の電極板と、前記第１の電極板と第２の電極板との間に介在されたセパレータとを備えて渦状に巻き取られ、巻取の中心に所定の空間が形成された電極組立体と;
長手方向に沿って切り込み溝が形成された管状からなり、前記切り込み溝を基準に対称な２つの第１の折曲部を介して胴体部及び左／右側端部に区分され、前記電極組立体の中心空間に挿入される巻心部材と;
前記電極組立体を収容する空間を備える筐体と;
前記筐体の上部に結合され、これを封止するキャップ組立体と、
を含み、
前記巻心部材の前記胴体部の外周面は、仮想円の円弧をなし、
前記左／右側端部は、前記第１の折曲部によって前記仮想円の内部に位置し、前記左／右側端部は、各々第２の折曲部を介して前記第１の折曲部と反対の曲げ方向に折り曲げられたことを特徴とする円筒状のリチウム二次電池。
【請求項２】
前記第２の折曲部を基準として前記左／右側端部の外側に位置する部分は、第３の折曲部を介して前記第２の折曲部と同様の曲げ方向に折り曲げられたことを特徴とする請求項１に記載の円筒状のリチウム二次電池。
【請求項３】
前記左／右側端部の末端は、前記胴体部の外周面が円弧をなす仮想円の円周上に位置することを特徴とする請求項２に記載の円筒状のリチウム二次電池。
【請求項４】
前記左／右側端部の各々の第２の折曲部と前記巻心部材の中心軸を通る面とがなす角は、１２０゜以下であることを特徴とする請求項１に記載の円筒状のリチウム二次電池。
【請求項５】
前記巻心部材は、金属材からなることを特徴とする請求項１に記載の円筒状のリチウム二次電池。
【請求項６】
前記巻心部材の上部及び下部の直径が、中心部の直径よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の円筒状のリチウム二次電池。
【請求項７】
前記巻心部材の高さは、前記電極組立体の高さの９０％〜１１０％であることを特徴とする請求項１に記載の円筒状のリチウム二次電池。
【請求項８】
第１の電極板と、第２の電極板と、前記第１の電極板と第２の電極板との間に介在されたセパレータとを備えて渦状に巻き取られ、巻取の中心に所定の空間が形成された電極組立体と;
長手方向に沿って切り込み溝が形成された管状からなり、前記切り込み溝を基準に対称な２つの第１の折曲部を介して胴体部及び左／右側端部に区分され、前記電極組立体の中心空間に挿入される巻心部材と;
前記電極組立体を収容する空間を備える筐体と;
前記筐体の上部に結合され、これを封止するキャップ組立体と、
を含み、
前記巻心部材の前記胴体部は、仮想円の円弧をなし、
前記左／右側端部は、前記第１の折曲部によって前記仮想円の内部に位置し、前記左／右側端部は、各々第２の折曲部を介して前記第１の折曲部と同様の曲げ方向に折り曲げられたことを特徴とする円筒状のリチウム二次電池。
【請求項９】
前記第２の折曲部を基準として前記左／右側端部のうち外側に位置する部分は、第３の折曲部を介して前記第２の折曲部と反対の曲げ方向に折り曲げられたことを特徴とする請求項８に記載の円筒状のリチウム二次電池。
【請求項１０】
前記左／右側端部の末端は、前記胴体部の内周面に当接することを特徴とする請求項９に記載の円筒状のリチウム二次電池。
【請求項１１】
前記左／右側端部の各々の第２の折曲部と前記巻心部材の中心軸を通る面とがなす角は、１２０゜以下であることを特徴とする請求項８に記載の円筒状のリチウム二次電池。
【請求項１２】
前記巻心部材は、金属材からなることを特徴とする請求項８に記載の円筒状のリチウム二次電池。
【請求項１３】
前記巻心部材の上部及び下部の直径が、中心部の直径よりも小さいことを特徴とする請求項８に記載の円筒状のリチウム二次電池。
【請求項１４】
前記巻心部材の高さは、前記電極組立体の高さの９０％〜１１０％であることを特徴とする請求項８に記載の円筒状のリチウム二次電池。
【請求項１５】
第１の電極板と、第２の電極板と、前記第１の電極板と第２の電極板との間に介在されたセパレータとを備え、中心に所定の空間が形成された電極組立体と;
長手方向に沿って切り込み溝が形成された管状からなり、下部へ所定の長さに突出した突起を備え、前記電極組立体の中心空間に結合する巻心部材と;
前記電極組立体を収容する空間を備え、上部が開口された筐体と;
前記筐体の上部に結合され、これを封止するキャップ組立体と、
を含むことを特徴とする円筒状のリチウム二次電池。
【請求項１６】
前記巻心部材は、内周面に長手方向に形成された少なくとも一つのノッチ部を更に備えることを特徴とする請求項１５に記載の円筒状のリチウム二次電池。
【請求項１７】
前記巻心部材は、２つのノッチ部を備え、
前記２つのノッチ部は、前記切り込み溝を基準として対称に位置することを特徴とする請求項１６に記載の円筒状のリチウム二次電池。
【請求項１８】
前記巻心部材は、４つのノッチ部を備え、
前記４つのノッチ部は、前記切り込み溝を基準として各々２つずつ左右対称に位置することを特徴とする請求項１６に記載の円筒状のリチウム二次電池。
【請求項１９】
前記巻心部材は、上下部の直径が、中心部の直径よりも小さいことを特徴とする請求項１５に記載の円筒状のリチウム二次電池。
【請求項２０】
前記巻心部材の高さは、前記電極組立体の高さの９０％〜１１０％であることを特徴とする請求項１５に記載の円筒状のリチウム二次電池。
【請求項２１】
第１の電極板と、第２の電極板と、前記第１の電極板と第２の電極板との間に介在されたセパレータとを備え、中心に所定の空間が形成された電極組立体と;
長手方向に沿って切り込み溝が形成された管状からなり、前記管状の内周面に少なくとも一つの長手方向に形成されるノッチ部を有する巻心部材と;
前記電極組立体を収容する空間を備え、上部が開口された筐体と;
前記筐体の上部に結合され、これを封止するキャップ組立体と、
を含むことを特徴とする円筒状のリチウム二次電池。
【請求項２２】
前記巻心部材は、内周面の円周上に４つのノッチ部を備え、前記各ノッチ部と隣接ノッチ部とを連結する仮想のラインが、台形をなすことを特徴とする請求項２１に記載の円筒状のリチウム二次電池。
【請求項２３】
前記巻心部材の内周面の円周上に形成された４つのノッチ部は、各ノッチ部と隣接ノッチ部とを連結する仮想のラインが、正方形をなすことを特徴とする請求項２２に記載の円筒状のリチウム二次電池。
【請求項２４】
前記巻心部材は、下部へ所定の長さに突出した突起を更に備えることを特徴とする請求項２１に記載の円筒状のリチウム二次電池。
【請求項２５】
前記巻心部材は、上下部の直径が中心部の直径よりも小さいことを特徴とする請求項２１に記載の円筒状のリチウム二次電池。
【請求項２６】
第１の電極板と、第２の電極板と、前記第１の電極板と第２の電極板との間に介在されたセパレータとを備え、中心に所定の空間が形成された電極組立体と;
長手方向に沿って胴体の中間にスロットが形成された管状からなる巻心部材と;
前記電極組立体を収容する空間を備え、上部が開口された筐体と;
前記筐体の上部に結合され、これを封止するキャップ組立体と、
を含むことを特徴とする円筒状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、円筒状のリチウムイオン二次電池に関し、より詳細には、外圧の作用に対する安全性が向上した円筒状のリチウム二次電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、円筒状のリチウムイオン二次電池(Cylindrical Li Secondary Battery)は、ほぼ円筒状に巻き取られた電極組立体と、前記電極組立体が結合される円筒状の缶と、前記缶の内側に注入され、リチウムイオンの移動ができるようにする電解液と、前記缶の一端に結合され、前記電解液の漏液を防止し、電極組立体の離脱を防止するキャップ組立体とからなる。
【０００３】
このような円筒状のリチウムイオン二次電池は、通常、その容量が２０００〜２４００ｍＡ程度であるため、主に大容量の電力が必要となるノート型パソコン、デジタルカメラ、ビデオカメラなどに装着されている。一例として、このような円筒状のリチウムイオン二次電池は、多数個が必要な個数だけ直列、並列に連結され、また、保護回路が装着された状態で所定の形態のハードパックに組み立てられ、前記のような電子機器に電源用に結合されて用いられる。
【０００４】
このような円筒状のリチウムイオン二次電池の製造方法は、下記のようである。
【０００５】
まず、所定の活物質層が形成された負極板、セパレータ及び所定の活物質層が形成された正極板を共に積層し、棒状の巻取軸に一端を結合した後、ほぼ円筒状に巻き取って電極組立体を形成する。続いて、前記電極組立体を円筒状の缶に挿入した後、電解液を注入し、次に、キャップ組立体を前記円筒状の缶の上部に溶接することによって、ほぼ円筒状のリチウムイオン二次電池を完成する。
【０００６】
一方、最近は、前記リチウムイオン二次電池の充放電の実行中に、前記電極組立体が変形しないように、前記電極組立体の中央に、図１のようなほぼ棒状の巻心部材１００を結合させている。巻心部材１００は、一般に、一種のプレート(plate)を巻いて形成され断面が円形である管状で、長手方向に沿って一部分が切断された形状からなる。
【０００７】
しかしながら、前述したような円筒状のリチウム二次電池は、落下などの外部の衝撃などによって前記巻心部材が所定位置から移動することがある。このような巻心部材の移動は、巻心部材の上部のキャップ組立体に影響を及ぼすようになる。特に、キャップ組立体の安全ベントと衝突する場合、前記安全ベントの反転、あるいは、破壊を発生するという問題点がある。このような安全ベントの反転または破壊は、リチウム二次電池の安全性に深刻な影響を及ぼすことになる。
【０００８】
また、前記巻心部材が回動する場合、前記電極組立体の下段と前記巻心部材とが当接して、電極組立体の下段で短絡(short)が発生するという問題点がある。
【０００９】
そして、巻心部材１００が変形または破壊される場合には、前記電極組立体のセパレータが破壊され、このようなセパレータの破壊は、前記正極電極板と負極電極板との間の短絡を引き起こして、前記円筒状のリチウム二次電池の破壊または爆発を起こすという問題点がある。特に、巻心部材１００は、外圧が作用する場合、その変形方向が、外圧が集中した場所で、ある一つの場所だけに集中し、電極組立体にある一方向だけに圧力を加えて、極板間の短絡を起こすようになる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、前述した従来技術の問題点を解決するためのもので、本発明の目的とするところは、外圧に対する電池安全性が向上した円筒状のリチウム二次電池を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前述した目的を達成するため、本発明の一側面に係る円筒状のリチウム二次電池は、第１の電極板と、第２の電極板と、前記第１の電極板と第２の電極板との間に介在されたセパレータとを積層及び巻き取ってなされ、中心に所定の空間が形成されたロール（ゼリーロール）状の電極組立体と;長手方向に沿って切り込み溝が形成された管状からなり、下部へ所定の長さに突出した突起を備え、前記電極組立体の中心空間に結合される巻心部材と;前記電極組立体を収容する空間を備え、上部が開口された筐体と;前記筐体の上部に結合され、これを封止するキャップ組立体と、を含む。
【００１２】
また、本発明の他の側面に係る円筒状のリチウム二次電池は、ロール（ゼリーロール）状の電極組立体と;長手方向に沿って切り込み溝が形成された管状からなり、前記管状の内側面の円周上に長手方向に少なくとも一つのノッチ部を備える巻心部材と;電極組立体を収容する筐体と;前記筐体の開口された上部に結合され、これを封止するキャップ組立体と、を含む。
【００１３】
ノッチ部は、切り込み溝を基準として、２つあるいは４つが対称に形成されることができ、４つのノッチ部が形成される場合、各ノッチ部と隣接ノッチ部とを連結する仮想のラインが、台形をなすことができる。
【００１４】
本発明の更に他の側面に係る円筒状のリチウム二次電池は、ロール（ゼリーロール）状の電極組立体と;長手方向に沿って切り込み溝が形成された管状からなり、前記切り込み溝を基準に対称な２つの第１の折曲部を介して胴体部及び左／右側端部に区分され、前記電極組立体の中心空間に挿入される巻心部材と;前記電極組立体を収容する空間を備える筐体と;前記筐体の上部に結合され、これを封止するキャップ組立体とを含み、前記巻心部材の前記胴体部の外周面は、仮想円の円弧をなし、前記左／右側端部は、前記第１の折曲部によって前記仮想円の内部に位置し、前記左／右側端部は、各々第２の折曲部を介して重なって形成される。
【００１５】
このとき、第２の折曲部は、第１の折曲部と同様あるいは反対の曲げ方向に折曲可能であり、第２の折曲部により曲げられた端部は、再び第３の折曲部を介して第２の折曲部と同様あるいは反対の曲げ方向に折曲可能である。
【００１６】
また、左／右側端部の末端は、前記胴体部の外周面が円弧をなす仮想円の円周上に位置可能であり、左／右側端部の各々の第２の折曲部と前記巻心部材の中心軸を通る面とがなす角は、１２０゜以下とされることができる。
【００１７】
本発明の更に他の側面に係る円筒状のリチウム二次電池は、ロール（ゼリーロール）状の電極組立体と;長手方向に沿って胴体の中間にスロットが形成された管状からなる巻心部材と;電極組立体を収容する筐体と;前記筐体の開口された上部に結合され、これを封止するキャップ組立体と、を含む。
【００１８】
本発明の巻心部材は、通常、金属材からなり、巻心部材の上部及び下部の直径が、中心部の直径よりも小さいことが望ましい。また、巻心部材の高さは、電極組立体の高さの９０％〜１１０％に形成されることができる。
【発明の効果】
【００１９】
前述したように、本発明によれば、外圧に対する電池安全性が向上した円筒状のリチウム二次電池を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、添付の図を参照して、本発明の実施形態を説明する。
【００２１】
図において、同一の参照符号は、同一の構成要素を示す。
【００２２】
図２ａは、本発明の第１の実施形態に係る円筒状のリチウム二次電池を説明するための斜視図であり、図２ｂは、図２ａのＡ−Ａ線に沿う断面図であり、図２ｃは、図２ａのＢ−Ｂ線に沿う断面図である。
【００２３】
図２ａ〜図２ｃに示すように、本発明の第１の実施形態に係る円筒状のリチウム二次電池２００は、充放電時に電圧差を発生する電極組立体３００と、前記電極組立体３００を収納する円筒状の筐体４００と、前記円筒状の筐体４００の上部に組み付けられ、前記電極組立体３００が離脱しないようにするキャップ組立体５００と、前記電極組立体３００の中央部の空間に位置する巻心部材６００とを備える構造からなる。
【００２４】
前記電極組立体３００は、正極活物質又は負極活物質のいずれか一つ、例えば、正極活物質がコートされた第１の電極板３１０と、前記正極活物質又は負極活物質の他の一つ、例えば、負極活物質がコートされた第２の電極板３２０と、前記第１の電極板３１０と第２の電極板３２０とで挟まれて、前記第１の電極板３１０と第２の電極板３２０との短絡(short)を防止し、リチウムイオンの移動だけを可能とするセパレータ３３０とからなる。また、前記第１の電極板３１０、第２の電極板３２０及びセパレータ３３０は、渦状に巻き取られ、巻取の中心には、所定の空間が形成されており、前記円筒状の筐体４００に収納される。また、前記第１の電極板３１０は、一般に、アルミニウム(Ａｌ)の材質からなり、上部へ一定の長さに突出した第１の電極タブ３１５が接合されている。前記第２の電極板３２０は、一般に、ニッケル(Ｎｉ)の材質からなり、下部へ一定の長さに突出した第２の電極タブ３２５が接合されているが、本発明において上記の材質を限定するものではない。さらに、前記電極組立体３００の上部及び下部には、各々キャップ組立体５００、円筒状の筐体４００との直接的な接触を避けるために、上部及び下部の絶縁プレート３４１、３４５がそれぞれ取り付けられている。
【００２５】
前記円筒状の筐体４００には、前記電極組立体３００が収納できるように所定の空間を有し、一定の直径を持つ円筒面４１０が形成されており、前記円筒面４１０の下部には、その円筒面４１０の下部空間を塞ぐ下面４２０が形成されており、前記円筒面４１０の上部は、前記電極組立体３００を挿入するために開口されている。一方、前記円筒状の筐体４００の下面４２０の中央に、前記電極組立体３００の第１の電極タブ３１５又は第２の電極タブ３２５のいずれか一つ、例えば、第２の電極タブ３２５が接合されることで、前記円筒状の筐体４００自体は、第２の電極板３２０と同じ電極、例えば、負極端子の役割を果たすことになる。また、前記円筒状の筐体４００は、一般に、アルミニウム(Ａｌ)、鉄(Ｆｅ)、または、これらの合金により形成される。さらに、前記円筒状の筐体４００は、上部から下部方向へ前記キャップ組立体５００を押し付けるように片方に曲げられたクリンピング(crimping)部４３０が形成され、下部から上部方向へ前記キャップ組立体５００を押し付けるように内側に凹んだビーディング(beading)部４４０が形成されている。
【００２６】
前記キャップ組立体５００は、前記第１の電極タブ３１５が溶接されると共に、過充電または異常な発熱時、形状が反転される導電性安全ベント５１０と、前記安全ベント５１０の上部に電気的かつ機械的に連結され、前記安全ベント５１０の反転時、回路が切れる印刷回路基板(ＰＣＢ、Printed Circuit board)５２０と、前記印刷回路基板５２０の上部に電気的かつ機械的に連結され、所定の温度以上で回路が切れる陽性温度素子５３０と、前記陽性温度素子５３０の上部に電気的かつ機械的に連結され、実際の電流を外部に印加する導電性電極キャップ５４０と、前記安全ベント５１０、印刷回路基板５２０、陽性温度素子５３０及び電極キャップ５４０の周囲を取り囲む形状をして、これらのものを前記円筒状の筐体４００から絶縁させる絶縁ガスケット５５０とからなる。このとき、前記電極キャップ５４０は、前記電極組立体３００の第１の電極タブ３１５又は第２の電極タブ３２５のいずれか一つ、例えば、第１の電極タブ３１５が接合され、第１の電極板３１０と同じ電極、例えば、正極端子の役割を果たす。
【００２７】
前記巻心部材６００は、前記巻取型の電極組立体３００の中央の空間に挿入され、前記巻取型の電極組立体３００が緩んで解けることを防止し、外圧による前記巻取型の電極組立体３００の変形を防止する役割も果たす。
【００２８】
このような巻心部材６００は、所定の金属製の板材を巻いて形成され、ほぼ管状からなる。また、前記巻心部材６００の長手方向に沿って切り込み溝６３０が形成されている。また、前記巻心部材６００の切り込み溝６３０の両側端は、折り曲げられて内側に向かい、前記両側端は、再び折り曲げられて、その末端が前記巻心部材６００の外側に向かう。
【００２９】
また、前記巻心部材６００は、上部及び下部の直径が、中心部の直径よりも小さい形態とされることが望ましい。
【００３０】
一方、図には示していないが、前記円筒状の筐体４００に、前記電極組立体３００間でリチウムイオンの移動ができるように、電解液が注入される。前記電解液は、充放電の際に、電池の内部の正極及び負極から電気化学的反応によって生成されるリチウムイオン(Li-Ion)の移動媒体の役割を果たし、これは、リチウム塩と高純度の有機溶媒類との混合物である非水質系有機電解液とすることができる。さらに、前記電解液は、高分子電解質を用いたポリマーとすることもでき、ここで、前記電解液物質の種類を限定するものではない。
【００３１】
図３ａは、本発明の第１の実施形態に係る円筒状のリチウム二次電池の巻心部材用板材を説明するための平面図であり、図３ｂは、本発明の第１の実施形態に係る円筒状のリチウム二次電池の巻心部材を説明するための斜視図であり、図３ｃは、図３ｂのＣ−Ｃ線に沿う断面図である。
【００３２】
まず、図３ａを参照すれば、本発明の第１の実施形態に係る円筒状のリチウム二次電池２００の巻心部材６００は、所定の金属製の板材からなる巻心部材用板材６００'を用いて形成される。
【００３３】
前記巻心部材用板材６００'は、その左側及び右側に、前記巻心部材用板材６００'の長手方向に沿って、巻心部材６００の形成時に所定の折曲ラインとして用いられる各々２本の第１のライン６１０'、第２のライン６２０'及び第３のライン６４０'を備える。
【００３４】
このとき、前記巻心部材用板材６００'は、前記第１のライン６１０'によって左／右側端部６１１、６１５と胴体部６１３とに分けられ、前記第２のライン６２０'は、前記左／右側端部６１１、６１５内に位置する。
【００３５】
また、前記第３のライン６４０'は、前記第２のライン６２０'を基準として、前記左／右側端部６１１、６１５の外側に位置することが望ましい。
【００３６】
図３ｂ及び図３ｃを参照すれば、本発明の第１の実施形態に係る円筒状のリチウム二次電池２００の巻心部材６００は、図３ａに示したような所定の巻心部材用板材６００'を巻いて形成される。
【００３７】
このような前記巻心部材６００は、ほぼ管状からなる。また、前記巻心部材６００の長手方向に沿って切り込み溝６３０が形成されている。
【００３８】
また、前記巻心部材用板材６００'の左側及び右側の第１のライン６１０'に沿って折り曲げられた第１の折曲部６１０、すなわち、前記切り込み溝６３０を基準に対称な２つの第１の折曲部６１０を介して、前記巻心部材６００は、左／右側端部６１１、６１５と胴体部６１３とに分けられ、前記胴体部６１３は、仮想円の円弧をなすことが望ましい。
【００３９】
また、前記左／右側端部６１１、６１５は、前記仮想円の内部、特に前記胴体部６１３の外周面が円弧をなす仮想円の内部に位置することが望ましい。
【００４０】
また、前記巻心部材６００の前記左／右側端部６１１、６１５は、各々前記第２のライン６２０'に沿って折り曲げられた第２の折曲部６２０を介して、前記左／右側端部６１１、６１５の末端が、内部から前記胴体部６１３の外周面が円弧をなす仮想円の円周上に向かうことが望ましい。別の言い方をすれば、前記左／右側端部６１１、６１５は、各々前記第２の折曲部６２０を介して、前記第１の折曲部６１０と反対の曲げ方向に折り曲げられた形状からなることが望ましい。
【００４１】
また、前記左／右側端部６１１、６１５は、前記第２の折曲部６２０を基準として外側に位置する部分が、前記第３のライン６４０'に沿って折り曲げられた第３の折曲部６４０によって丸みを帯びた形状からなる。別の言い方をすれば、前記左／右側端部６１１、６１５は、前記第２の折曲部６２０を基準として外側に位置する部分が、前記第３の折曲部６４０を介して、前記第２の折曲部６２０と同様の曲げ方向に折り曲げられた形状からなる。
【００４２】
また、前記左／右側端部６１１、６１５の各々の末端は、前記胴体部６１３の外周面が円弧をなす仮想円の円周に当接することが望ましい。
【００４３】
また、前記左／右側端部６１１、６１５の各々の第２の折曲部６２０と前記巻心部材６００の中心軸を通る面とがなす角αは、１２０゜以下であることが望ましい。
【００４４】
これにより、縦圧縮などの外圧の作用によって前記巻心部材６００が変形される場合、前記巻心部材６００の左／右側端部６１１、６１５の末端によって前記電極組立体３００が破壊されることが防止できる。特に、前記巻心部材６００の変形によって、前記左／右側端部６１１、６１５が前記電極組立体３００のセパレータ３３０を破壊して、前記電極組立体３００の内部の短絡(short)が発生することが防止できる。
【００４５】
また、前記巻心部材６００は、上部及び下部の直径が、中心部の直径よりも小さい形態とされることが望ましい。すなわち、前記巻心部材６００の上部及び下部は、所定のテーパー部を備えることが望ましい。これは、前記巻心部材６００を前記電極組立体３００の中心の所定の空間に挿入する際に、前記巻心部材６００による前記セパレータ３３０の損傷を防止するものであり、絞り(drawing)加工またはプレス加工などを通じて、上部及び下部の直径が、中心部の直径よりも小さい形態とされるものである。
【００４６】
また、前記巻心部材６００は、前記電極組立体３００が有する全高さのほぼ９０％から１１０％程度に形成されており、下端は、前記第２の電極タブ３２５上に位置する。このような前記巻心部材６００の高さが前記電極組立体３００の高さの９０％以下であれば、前記電極組立体３００を固定及び支持する力がかなり弱く、また、１１０％以上であれば、前記キャップ組立体５００の構成要素と接触するので、望ましくない。
【００４７】
図４ａ〜図４ｃを参照すれば、本発明の第２の実施形態に係る円筒状のリチウム二次電池２００の巻心部材７００は、図３ａ〜図３ｃに示した本発明の第１の実施形態に係る巻心部材６００と構造的に類似している。但し、前記巻心部材７００の左／右側端部７１１、７１５が、第２の折曲部７２０を通じて折り曲げられ、前記左／右側端部７１１、７１５の末端が、前記巻心部材７００の内周面に向かう構造だけが異なっている。
【００４８】
より詳細に説明すれば、前記巻心部材７００は、所定の金属製の板材からなる巻心部材用板材７００'を巻いて形成され、ほぼ管状からなり、前記巻心部材７００の長手方向に沿って切り込み溝７１０が形成されている。
【００４９】
また、前記巻心部材用板材７００'の第１のライン７１０'に沿って折り曲げられた２つの第１の折曲部７１０を通じて、前記左／右側端部７１１、７１５は、前記巻心部材７００の内側に向かうことが望ましい。
【００５０】
また、前記巻心部材７００の左／右側端部７１１、７１５の各々は、前記第２のライン７２０'に沿って前記第１の折曲部７１０と同様の曲げ方向に折り曲げられた２つの第２の折曲部７２０を介して、前記左／右側端部７１１、７１５の末端が、前記巻心部材７００の内周面に当接することが望ましい。
【００５１】
また、前記左／右側端部７１１、７１５は、前記第２の折曲部７２０を基準として外側に位置する部分が、前記第３のライン７４０'に沿って前記第２の折曲部７２０と反対の曲げ方向に折り曲げられた第３の折曲部７４０によって丸みを帯びた形状からなる。
【００５２】
また、前記左／右側端部７１１、７１５の各々の第２の折曲部７２０と前記巻心部材７００の中心軸を通る面とがなす角βは、１２０゜以下であることが望ましい。
【００５３】
前述したように、、本発明の第１、第２の実施形態に係る円筒状のリチウム二次電池２００は、図３ａ〜図３ｃ、及び図４ａ〜図４ｃに示したような巻心部材６００、７００を備えることで、縦圧縮などの外圧の作用によって前記巻心部材６００、７００が変形される場合、前記巻心部材６００、７００の左／右側端部６１１、６１５、７１１、７１５の末端によって前記電極組立体３００が破壊されることが防止できる。特に、前記巻心部材６００、７００の変形によって、前記左／右側端部６１１、６１５、７１１、７１５が前記電極組立体３００のセパレータ３３０を破壊して、前記電極組立体３００の内部の短絡(short)が発生することが防止できる。
【００５４】
図５ａは、本発明の第３の実施形態に係る円筒状のリチウム二次電池を説明する縦断面図であり、図５ｂは、本発明の第３の実施形態に係る円筒状のリチウム二次電池の横断面図である。
【００５５】
図５ａ、図５ｂに示した第３の実施形態の全般的な構成は、図２ａ〜図２ｃによる円筒状のリチウム二次電池に類似している。
【００５６】
但し、巻心部材に関連する構成において差を示している。第３の実施形態の巻心部材８００は、前記巻取型の電極組立体２００の中央の空間に挿入され、前記巻取型の電極組立体３００が緩んで解けることを防止し、外圧による前記巻取型の電極組立体３００の変形を防止する役割も果たす。このような巻心部材８００は、ほぼ管状からなっている。また、前記巻心部材８００の長手方向に沿って切り込み溝８１０が形成されているが、このような切り込み溝８１０は、前記巻心部材８００が電極組立体３００に結合された状態では、密着されている、勿論、場合によっては、前記切り込み溝８１０は、一定の距離だけ離隔された状態を保持することができる。
【００５７】
また、前記巻心部材８００は、下部へ所定の長さに突出した突起８２０を備え、前記管状の巻心部材８００の内側面には、前記巻心部材８００の長手方向に沿って少なくとも一つのノッチ(notch)部８３０が形成されている。
【００５８】
また、前記巻心部材８００は、前記電極組立体３００が持つ全体高さのほぼ９０％から１１０％程度に形成されており、下端は、前記第２の電極タブ３２５上に位置する。このような前記巻心部材８００の高さが前記電極組立体３００の高さの９０％以下であれば、前記電極組立体３００を固定及び支持する力がかなり弱く、また、１１０％以上であれば、前記キャップ組立体４００の構成要素と接触するので、望ましくない。
【００５９】
一方、図には示していないが、前記円筒状の筐体４００に、前記電極組立体３００間でリチウムイオンの移動ができるように、電解液が注入される。前記電解液は、充放電の際に、電池の内部の正極及び負極から電気化学的反応によって生成されるリチウムイオン(Li-Ion)の移動媒体の役割を果たし、これは、リチウム塩と高純度の有機溶媒類との混合物である非水質系有機電解液とすることができる。さらに、前記電解液は、高分子電解質を用いたポリマーとすることもでき、ここで、前記電解液物質の種類を限定するものではない。
【００６０】
図６ａ及び図６ｂは、本発明の第３、第４の実施形態に係る円筒状のリチウム二次電池の巻心部材を説明するための斜視図である。
【００６１】
図６ａ及び図６ｂを参照すれば、本発明の第３、第４の実施形態に係る円筒状のリチウム二次電池２００の巻心部材８００、９００は、ほぼ管状からなり、前記巻心部材８００、９００の長手方向に沿って切り込み溝８１０、９１０が形成された構造からなる。
【００６２】
また、前記巻心部材８００、９００は、下部へ所定の長さに突出した突起８２０、９２０を備え、前記管状の巻心部材８００、９００は、上下部の終端の直径が中心部の直径に比べて小さい形状からなる。これは、前記巻心部材８００、９００が、外圧が作用して回転する場合、前記切り込み溝８１０、９１０により前記電極組立体３００の構成要素、すなわち、第１の電極板３１０、第２の電極板３２０及びセパレータ３３０の下部が破壊されることを防止するためである。
【００６３】
また、前記管状の巻心部材８００、９００の内周面には、前記巻心部材の長手方向に沿って少なくとも一つのノッチ部８３０、９３０が形成されている。これは、ノッチ部８３０、９３０を通じて前記巻心部材８００、９００の変形方向を予め設定して、所定の圧力以上の外圧が作用する場合、前記巻心部材８００、９００が設定された方向に変形するようにして、前記巻心部材８００、９００の変形により発生し得る前記電極組立体３００の短絡を防止するためである。
【００６４】
一方、前記巻心部材８００、９００の内周面に形成された前記ノッチ部８３０、９３０は、様々な形態に配置されることができる。
【００６５】
例えば、前記巻心部材８００は、図６ａに示すように、前記巻心部材８００の内周面に、前記巻心部材８００の長手方向に沿って形成された２つのノッチ部８３０を備えることができる。このとき、前記２つのノッチ部８３０は、前記切り込み溝８１０を基準として左右対称に配置可能であり、前記２つのノッチ部８３０は、前記切り込み溝８１０を基準として、円周上で左右４５゜に位置できる。別の言い方をすれば、前記２つのノッチ部８３０は、前記切り込み溝８１０からの距離が同じように、左右に位置することが望ましい。
【００６６】
又は、前記巻心部材９００は、図６ｂに示すように、前記巻心部材９００の内周面に、前記巻心部材の長手方向に沿って形成された４つのノッチ部９３０を備えることができる。前記４つのノッチ部９３０は、前記切り込み溝９１０を基準として、各々２つずつ左右対称に配置可能であり、前記４つのノッチ部９３０は、前記切り込み溝９１０を基準として、円周方向に４５゜、１３５゜、２２５゜及び３１５゜に位置できる。別の言い方をすれば、前記巻心部材９００内周面の円周上に形成された４つのノッチ部は、各ノッチ部と隣接ノッチ部とを連結する仮想のラインが、台形をなし、特に、前記巻心部材９００の円周上に形成された４つのノッチ部は、各ノッチ部と隣接ノッチ部とを連結する仮想のラインが、正方形をなすように配置可能である。
【００６７】
前述したように、、本発明の第３、第４の実施形態に係る円筒状のリチウム二次電池２００は、前記巻心部材８００、９００の下部に形成された突起８２０、９２０と、前記巻心部材８００、９００の内周面に長手方向に沿って形成されたノッチ部８３０、９３０とを備えることで、外圧の作用時の前記円筒状のリチウム二次電池２００の安全性が向上する。
【００６８】
すなわち、前記巻心部材８００、９００の下部に形成された突起を通じて、前記巻心部材の回動によって前記電極組立体３００の下部が破壊されることが防止できる。
【００６９】
また、前記巻心部材８００、９００のノッチ部８３０、９３０を通じて所定の圧力以上の外圧が作用する場合、前記巻心部材が、中心軸に接近する方向に螺旋状に変形され得る。したがって、前記巻心部材の変形による前記電極組立体の短絡(short)が防止できる。
【００７０】
図７は、本発明の第５の実施形態を示す斜視図である。図７によれば、管状の巻心部材１０００に、長手方向にスロット１０１０が形成される。スロット１０１０は、巻心部材１０００の上下端を除く部分に長く形成され、１つ以上の個数で形成され得る。このような実施形態では、図１のような従来の巻心部材１００に比べて、上下端が溝により切断されなく、巻心部材が外力により変形する場合でも、先の尖った端部ができる虞が減って、変形に対して耐える力も強くなり得る。図７に示すように、スロットが形成されていない巻心部材の上下端をテーパー状に形成すれば、巻心部材が変形するときにも、上下端が電極組立体を損なう危険を更に減らすことができる。
【００７１】
前記では、本発明の好適な実施形態を参照して示したが、当該技術分野に慣れた当業者なら、本願の特許請求範囲に記載された本発明の思想及び領域から 逸脱しない範囲内において本発明を様々に修正及び変更することができるのが理解できるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】従来の巻心部材を説明するための斜視図である。
【図２ａ】本発明の第１の実施形態に係る円筒状のリチウム二次電池を説明するための斜視図である。
【図２ｂ】図２ａのＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【図２ｃ】図２ａのＢ−Ｂ線に沿う断面図である。
【図３ａ】本発明の第１の実施形態に係る円筒状のリチウム二次電池の巻心部材用板材を説明するための平面図である。
【図３ｂ】本発明の第１の実施形態に係る円筒状のリチウム二次電池の巻心部材を説明するための斜視図である。
【図３ｃ】図３ｂのＣ−Ｃ線に沿う断面図である。
【図４ａ】本発明の第２の実施形態に係る円筒状のリチウム二次電池の巻心部材用板材を説明するための平面図である。
【図４ｂ】本発明の第２の実施形態に係る円筒状のリチウム二次電池の巻心部材を説明するための斜視図である。
【図４ｃ】図４ｂのＤ−Ｄ線に沿う断面図である。
【図５ａ】本発明の第３の実施形態に係る円筒状のリチウム二次電池を説明するための縦断面図である。
【図５ｂ】本発明の第３の実施形態に係る円筒状のリチウム二次電池を説明するための横断面図である。
【図６ａ】本発明の第３の実施形態に係る円筒状のリチウム二次電池の巻心部材を説明するための斜視図である。
【図６ｂ】本発明の第４の実施形態に係る円筒状のリチウム二次電池の巻心部材を説明するための斜視図である。
【図７】本発明の第５の実施形態を説明するための斜視図である。
【符号の説明】
【００７３】
２００：円筒状のリチウム二次電池
３００：電極組立体
３１０：第１の電極板
３１５：第１の電極タブ
３２０：第２の電極板
３２５：第２の電極タブ
３３０：セパレータ
３４１、３４５：絶縁プレート
４００：円筒状の筐体
４１０：円筒面
４２０：下面
４３０：クリンピング
４４０：ビーディング
５００：キャップ組立体
５１０：安全ベント
５２０：印刷回路基板
５３０：陽性温度素子
５４０：電極キャップ
５５０：ガスケット
６００、７００、８００、９００、１０００：巻心部材
６００'、７００'：巻心部材用板材
６１０、７１０：第１の折曲部
６２０、７２０：第２の折曲部
６３０、７３０、８１０、９１０、１０１０：切り込み溝
６４０、７４０：第３の折曲部
８２０、９２０：突起
８３０、９３０：ノッチ部
【図１】
2006310301.tif 000003
【図２ａ】
2006310301.tif 000004
【図２ｂ】
2006310301.tif 000005
【図２ｃ】
2006310301.tif 000006
【図３ａ】
2006310301.tif 000007
【図３ｂ】
2006310301.tif 000008
【図３ｃ】
2006310301.tif 000009
【図４ａ】
2006310301.tif 000010
【図４ｂ】
2006310301.tif 000011
【図４ｃ】
2006310301.tif 000012
【図５ａ】
2006310301.tif 000013
【図５ｂ】
2006310301.tif 000014
【図６ａ】
2006310301.tif 000015
【図６ｂ】
2006310301.tif 000016
【図７】
2006310301.tif 000017