(57)【要約】  本発明は、異常高温に晒されたとき、バッテリーの発火を防止することができる二次電池に関する。  また、本発明は、正極リードと負極リードが形成されるケースを含んでなり、前記ケースは、外部に露出される外部層、内部に位置して絶縁される絶縁層、前記外部層と前記絶縁層の間に積層され、伝導性素材でなり、一側は前記正極リードと接触し、他側は前記負極リードと接触する伝導層、及び所定の温度未満で、前記伝導層の中間に形成され、前記伝導層を介して電気が流れることができないように遮断し、前記所定の温度以上で、溶けて前記伝導層に電気が流れるようにする安全部材を含むことを特徴とする。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極リード（１０）と負極リード（２０）が形成されるケース（１００）；を含んでなり、
前記ケース（１００）は、
外部に露出される外部層（１１０）と、
内部に位置して絶縁される絶縁層（１２０）と、
前記外部層（１１０）と前記絶縁層（１２０）の間に積層され、伝導性素材でなり、一側は前記正極リード（１０）と接触し、他側は前記負極リード（２０）と接触する伝導層（１３０）と、
所定の温度未満で、前記伝導層（１３０）の中間に形成され、前記伝導層（１３０）を介して電気が流れることができないように遮断し、前記所定の温度以上で、溶けて前記伝導層（１３０）に電気が流れるようにする安全部材（１５０）と、を含むことを特徴とする二次電池。
【請求項２】
前記外部層（１１０）はナイロン（ｎｙｌｏｎ）素材で、前記絶縁層（１２０）はポリマー（ｐｏｌｙｍｅｒ）素材であり、前記伝導層（１３０）はアルミニウム（ａｌｕｍｉｎｕｍ）素材で、前記安全部材（１５０）はポリエチレン（ＰＥ）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３】
前記絶縁層（１２０）のうち、前記伝導層（１３０）と前記正極リード（１０）の間の少なくとも一部は除去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４】
前記絶縁層（１２０）のうち、前記伝導層（１３０）と前記負極リード（２０）の間の少なくとも一部は除去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５】
前記所定の温度は１２０℃以上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６】
前記安全部材（１５０）が溶けると、前記正極リード（１０）と前記負極リード（２０）は、前記伝導層（１３０）を媒介体にして互いに電気が流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７】
前記伝導層（１３０）は、絶縁体（１６０）によって伝導層他部位（１３１）と区画され、前記伝導層他部位（１３１）に電気が流れることができなくすることを特徴とする請求項６に記載の二次電池。
【請求項８】
前記伝導層（１３０）は、
前記正極リード（１０）と接する正極伝導層（１３３）と、
前記負極リード（２０）と接する負極伝導層（１３５）とを含んでなり、
前記安全部材（１５０）は、前記正極伝導層（１３３）と前記負極伝導層（１３５）が互いに重なる部分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９】
前記安全部材（１５０）が一定の温度以上で溶けると、前記正極伝導層（１３３）と前記負極伝導層（１３５）の互いに重なる部分が接することを特徴とする請求項８に記載の二次電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［関連出願の相互参照］
本出願は、２０１６年１２月６日付韓国特許出願第１０−２０１６−０１６５０６３号に基づいた優先権の利益を主張し、当該韓国特許出願の文献に開示されている全ての内容は本明細書の一部として含まれる。
本発明は、二次電池に関し、さらに詳しくは、異常高温に晒されたとき、バッテリーの発火を防止することができる二次電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
物質の物理的反応や化学的反応を介して電気エネルギーを生成させることで外部へ電源を供給することになる電池（ｃｅｌｌ、ｂａｔｔｅｒｙ）は、各種の電機電子機器で取り囲まれている生活環境によって、建物に供給される交流電源を獲得することができない場合や直流電源が必要な場合に用いることになる。
【０００３】
このような電池のうち、化学的反応を利用する化学電池である一次電池と二次電池が一般に多く用いられており、この際、一次電池は乾電池と通常称するもので消耗性電池である。また、二次電池は、電流と物質の間の酸化還元過程を多数回繰り返すことができる素材を使って製造される再充電式電池であって、電流により素材に対する還元反応が行なわれると電源が充電され、素材に対する酸化反応が行なわれると電源が放電されるところ、このような充電−放電が反復的に行われながら電気が生成されるようになる。
【０００４】
一方、二次電池のうち、リチウムイオン電池は、正極導電ホイルと負極導電ホイルに活物質をそれぞれ一定の厚さでコーティングし、前記両導電ホイルの間には分離膜が介在されるようにして、略ゼリーロール（ｊｅｌｌｙ  ｒｏｌｌ）あるいは円筒の形態に多数回巻き取って製作した電極組立体を、円筒状または角形のカン、パウチなどに収納し、これを密封処理して製作される。
韓国公開特許第１０−２０１４−０００４３０５号公報には、パウチ型二次電池及びパウチシール方法が開示されている。
【０００５】
従来は、外装材、アルミニウム（Ａｌ）及び内装材を順次積層して二次電池用パウチを製作していた。
ところが、このような従来の二次電池用パウチは、充電の程度が高いほど、熱安定性に脆弱であるという問題点がある。
すなわち、熱安定性テストなどを介してバッテリーを検証するとき、完全に充電されたバッテリー（ＳＯＣ  １００）は、常温より高い温度に晒される場合、熱爆走（ｔｈｅｒｍａｌ  ｒｕｎａｗａｙ）現象を起こしながら発火するという問題点がある。
特に、ピーティーシー（ＰＴＣ）や低圧電流遮断装置（ＣＩＤ）などの安全性機構が入れられないパウチ型バッテリーは、このような現象が発生しやすいという問題点がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
したがって、本発明は、前記のような問題点を解決するために案出されたものであって、本発明の課題は、所定の温度で電池が有している全体のエネルギーを減らして発火を防止することができる二次電池を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一実施形態に係る二次電池は、正極リードと負極リードが形成されるケースを含んでなり、前記ケースは、外部に露出される外部層、内部に位置して絶縁される絶縁層、前記外部層と前記絶縁層の間に積層され、伝導性素材でなり、一側は前記正極リードと接触し、他側は前記負極リードと接触する伝導層、及び所定の温度未満で、前記伝導層の中間に形成され、前記伝導層を介して電気が流れることができないように遮断し、前記所定の温度以上で、溶けて前記伝導層に電気が流れるようにする安全部材を含むことを特徴とする。
前記外部層はナイロン（ｎｙｌｏｎ）素材で、前記絶縁層はポリマー（ｐｏｌｙｍｅｒ）素材であり、前記伝導層はアルミニウム（ａｌｕｍｉｎｕｍ）素材で、前記安全部材はポリエチレン（ＰＥ）であってよい。
前記絶縁層のうち、前記伝導層と前記正極リードの間の少なくとも一部は除去されてよい。
前記絶縁層のうち、前記伝導層と前記負極リードの間の少なくとも一部は除去されてよい。
前記所定の温度は１２０℃以上であってよい。
前記安全部材が溶けると、前記正極リードと前記負極リードは、前記伝導層を媒介体にして互いに電気が流れるものであってよい。
前記伝導層は、絶縁体によって伝導層他部位と区画され、前記伝導層他部位に電気が流れることができなくすることができる。
【０００８】
前記伝導層は、前記正極リードと接する正極伝導層と、前記負極リードと接する負極伝導層とを含んでなり、前記安全部材は、前記正極伝導層と前記負極伝導層が互いに重なる部分に形成されてよい。
前記安全部材が一定の温度以上で溶けると、前記正極伝導層と前記負極伝導層の互いに重なる部分が接してよい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、所定の温度で正極と負極を短絡させて発火を防止するという効果がある。
本発明によれば、所定の温度で安全部材が溶けながらパウチの伝導層を介して正極と負極を短絡させ、電池の充電の程度を低めることによって安全性を高めるという効果がある。
本発明によれば、正極と負極を短絡させるとき、絶縁体により伝導層にだけ電気が流れるように誘導して安全性を確保するという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態に係る二次電池を示した斜視図である。
【図２】図１の正面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る二次電池において、パウチの一側面のみを分解して示した分解斜視図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る伝導層のみを側面から示した側面図である。
【図５】本発明の一実施形態に基づき、安全部材が溶けて伝導層が短絡されたことを示した使用状態図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照しつつ、本発明の好ましい実施形態に係る二次電池に対して詳しく説明する。
本明細書及び特許請求の範囲に用いられた用語や単語は、通常的や辞書的な意味に限定して解釈されてはならず、発明者は自身の発明を最善の方法で説明するために用語の概念を適宜定義することができるという原則に即し、本発明の技術的思想に適合する意味と概念として解釈されなければならない。よって、本明細書に記載された実施形態と図面に示された構成は、本発明の最も好ましい一実施形態に過ぎず、本発明の技術的思想を全て代弁するものではないので、本出願の時点においてこれらを代替することができる多様な均等物があり得ることを理解しなければならない。
【００１２】
図面において、各構成要素またはその構成要素をなす特定部分の大きさは、説明の便宜及び明確性のために誇張や省略されるか、または概略的に示された。よって、各構成要素の大きさは、実際の大きさを全的に反映するものではない。関連した公知の機能あるいは構成に対する具体的な説明が、本発明の要旨を不要にぼかし得ると判断される場合、かかる説明は省略する。
【００１３】
図１は、本発明の一実施形態に係る二次電池を示した斜視図である。図２は、図１の正面図である。図３は、本発明の一実施形態に係る二次電池において、パウチの一側面のみを分解して示した分解斜視図である。
図１から図３に示す通り、本発明の一実施形態に係る二次電池は、正極リード１０と負極リード２０が形成されるケース１００を含んでなり、前記ケース１００は、外部に露出される外部層１１０、内部に位置して絶縁される絶縁層１２０、前記外部層１１０と前記絶縁層１２０の間に積層され、伝導性素材でなり、一側は前記正極リード１０と接触し、他側は前記負極リード２０と接触する伝導層１３０、及び所定の温度未満で、前記伝導層１３０の中間に形成され、前記伝導層１３０を介して電気が流れることができないように遮断し、前記所定の温度以上で、溶けて前記伝導層１３０に電気が流れるようにする安全部材１５０を含む。
【００１４】
ケース１００は、内部に電解液と電極組立体を収容するパウチ（ｐｏｕｃｈ）型であってよい。
電極組立体は、正極活物質が塗布された正極と、負極活物質が塗布された負極と、正極と負極の間に介在された分離膜とを複数回積層して製作してよい。
そして、電極組立体は、正極と分離膜及び負極を積層した積層体をゼリーロール形態に巻き取って製作してもよい。
正極はアルミニウム板であってよく、正極活物質が塗布された正極有地部と、正極活物質が塗布されていない正極無地部とを含んでよい。
正極活物質は、ＬｉＣｏＯ２、ＬｉＮｉＯ２、ＬｉＭｎＯ２、ＬｉＭｎＯ４などのリチウム含有遷移金属酸化物またはリチウムカルコゲニド化合物であってよい。
正極有地部は、例えば、アルミニウム板の少なくともいずれか一面の一部に正極活物質を塗布して形成し、正極活物質が塗布されていないアルミニウム板の残りの部分が正極無地部となってよい。
【００１５】
正極無地部には正極電極タブが付着され、正極電極タブには正極リード１０が電気的に連結されてよい。
負極は銅板であってよく、負極活物質が塗布された負極有地部と、負極活物質が塗布されていない負極無地部とを含んでよい。
負極無地部には負極電極タブが付着され、負極電極タブには負極リード２０が電気的に連結されてよい。
負極活物質は、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、リチウム金属またはリチウム合金などであってよい。
負極有地部は、例えば、銅板の少なくともいずれか一面の一部に負極活物質を塗布して形成し、負極活物質が塗布されていない銅板の残りの部分が負極無地部となってよい。
【００１６】
分離膜は、例えば、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、及びポリエチレン（ＰＥ）とポリプロピレン（ＰＰ）の共重合体（ｃｏ−ｐｏｌｙｍｅｒ）でなる群より選択されるいずれか一つの基材にポリビニリデンフルオリド−ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＰＶＤＦ−ＨＦＰ  ｃｏ−ｐｏｌｙｍｅｒ）をコーティングすることによって製造されてよい。
電解液は、電極組立体でのリチウムイオンの移動を円滑にするところ、例えば、非水性有機溶媒及びリチウム塩を含んでよい。
【００１７】
リチウム塩は、有機溶媒に溶解され、二次電池内でリチウムイオンの供給源として働き、正極と負極の間のリチウムイオンの移動を促進させることができる。
リチウム塩の例には、ＬｉＰＦ６、ＬｉＢＦ４、ＬｉＳｂＦ６、ＬｉＡｓＦ６、ＬｉＣＦ３ＳＯ３、ＬｉＮ（ＣＦ３ＳＯ２）３、Ｌｉ（ＣＦ３ＳＯ２）２Ｎ、ＬｉＣ４Ｆ９ＳＯ３、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＡｌＯ４、ＬｉＡｌＣｌ４、ＬｉＮ（ＣｘＦ２ｘ＋１ＳＯ２）（ＣｙＦ２ｙ＋１ＳＯ２）（ここで、ｘ及びｙは自然数）、ＬｉＣｌ、ＬｉＩ及びリチウムビスオキサラトボレート（ｌｉｔｈｉｕｍ  ｂｉｓｏｘａｌａｔｅ  ｂｏｒａｔｅ）などの一種または二種以上を支持（ｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇ）電解質塩として含むことが挙げられる。
電解液におけるリチウム塩の濃度は、用途に応じて変わり得るものであって、通常は０．１Ｍから２．０Ｍの範囲内で用いることができる。
【００１８】
また、有機溶媒は、電池の電気化学的反応に関与するイオン等が移動することができる媒質の役割を担うものであって、その例には、ベンゼン、トルエン、フルオロベンゼン、１，２−ジフルオロベンゼン、１，３−ジフルオロベンゼン、１，４−ジフルオロベンゼン、１，２，３−トリフルオロベンゼン、１，２，４−トリフルオロベンゼン、クロロベンゼン、１，２−ジクロロベンゼン、１，３−ジクロロベンゼン、１，４−ジクロロベンゼン、１，２，３−トリクロロベンゼン、１，２，４−トリクロロベンゼン、ヨードベンゼン（ｉｏｄｏｂｅｎｚｅｎｅ）、１，２−ジヨードベンゼン、１，３−ジヨードベンゼン、１，４−ジヨードベンゼン、１，２，３−トリヨードベンゼン、１，２，４−トリヨードベンゼン、フルオロトルエン、１，２−ジフルオロトルエン、１，３−ジフルオロトルエン、１，４−ジフルオロトルエン、１，２，３−トリフルオロトルエン、１，２，４−トリフルオロトルエン、クロロトルエン、１，２−ジクロロトルエン、１，３−ジクロロトルエン、１，４−ジクロロトルエン、１，２，３−トリクロロトルエン、１，２，４−トリクロロトルエン、ヨードトルエン、１，２−ジヨードトルエン、１，３−ジヨードトルエン、１，４−ジヨードトルエン、１，２，３−トリヨードトルエン、１，２，４−トリヨードトルエン、Ｒ−ＣＮ（ここで、Ｒは、炭素数２から５０の直鎖状、分岐状または環状構造の炭化水素基であって、前記炭化水素基は、二重結合、芳香族環またはエーテル結合などを含んでよい）、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセテート、キシレン、シクロヘキサン、テトラヒドロフラン、２−メチルテトラヒドロフラン、シクロヘキサノン、エタノール、イソプロピルアルコール、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、メチルプロピルカーボネート、プロピレンカーボネート、メチルプロピオネート、エチルプロピオネート、メチルアセテート、エチルアセテート、プロピルアセテート、ジメトキシエタン、１，３−ジオキソラン、ジグリム、テトラグリム、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ガンマ−ブチロラクトン、スルホラン（ｓｕｌｆｏｌａｎｅ）、バレロラクトン、デカノリドまたはメバロラクトンの一種または二種以上が挙げられるが、これらに制限されるものではない。
【００１９】
ケース１００は、外部に露出され、内部に収容された電解液と電極組立体を外部の環境から保護するための外部層１１０と、内部に収容された電解液と電極組立体が外部に漏出または露出されないようにするとともに、電極組立体とケース１００の間を絶縁する絶縁層１２０と、外部層１１０と絶縁層１２０の間に積層されて伝導性素材でなる伝導層１３０と、絶縁体１６０によって伝導層１３０と区画され、伝導層１３０と同一素材で形成されて外部層１１０と絶縁層１２０の間に積層される伝導層他部位１３１とを含む。
【００２０】
図１ないし図２に点線を示して、外部層１１０と伝導層他部位１３１と絶縁層１２０とを区分する。
外部層１１０は、外部の環境から電解液と電極組立体１を保護するため、耐久性の強い素材で形成されることが好ましく、一実施形態としてナイロン（ｎｙｌｏｎ）素材などで形成されてよい。
内部層１２０は、ケース１００の内部に収容された電解液と直接接触した状態で変形または変質されないよう、耐化学性の強い絶縁素材で形成されることが好ましく、一実施形態としてポリマー（ｐｏｌｙｍｅｒ）素材などで形成されてよい。
伝導層１３０は、外部層１１０と内部層１２０の間に位置し、耐久性と耐熱性が強いながらも電気伝導性を有する素材で形成されることが好ましく、一実施形態としてアルミニウム（Ａｌ）素材などで形成されてよい。
そして、伝導層１３０は、ケース１００の内部に収容された電極組立体の正極リード１０と負極リード２０にそれぞれ電気的に接触してよい。
【００２１】
そして、伝導層１３０が正極リード１０と負極リード２０にそれぞれ電気的に接触できるよう、伝導層１３０と正極リード１０の間に形成された絶縁層１２０、及び伝導層1３０と負極リード２０の間に形成された絶縁層１２０をそれぞれ切開して切開部１２０ａを形成し、前記切開部１２０ａを介して伝導層１３０が延長されることで正極リード１０及び負極リード２０と電気的に連結され得る。
すなわち、切開部１２０ａは、前記絶縁層１２０のうち前記伝導層１３０と前記正極リード１０の間の少なくとも一部と、前記絶縁層１２０のうち前記伝導層１３０と前記負極リード２０の間の少なくとも一部とが除去されて形成されてよい。
【００２２】
また、伝導層１３０を介して流れる電気が伝導層他部位１３１に流れて二次電池全体に流れることを防止するため、伝導層１３０と伝導層他部位１３１の間に絶縁体１６０を形成することで、伝導層１３０から伝導層他部位１３１に電気が通じないように区画することができる。
すなわち、伝導層１３０を中心に、両側に樹脂素材などの電気絶縁性を有する絶縁体１６０を形成することで、伝導層１３０に沿ってのみ電気が流れるように誘導することができる。
【００２３】
そして、正極リード１０と負極リード２０に電気的に接触した伝導層１３０は、普段は電気が流れることができないよう、伝導層１３０の中間に安全部材１５０が形成されてよい。
安全部材１５０は、絶縁素材であるポリエチレン（ＰＥ）で形成され、普段は伝導層１３０に電気が流れることができないように遮断し、１２０℃以上の温度で定められる所定の温度で溶け得る。
すなわち、安全部材１５０は、１２０℃以上の温度の中で定められた基準となる特定の温度以上で溶けるようにすることができる。
そして、伝導層１３０の中間に形成された安全部材１５０が溶けると伝導層１３０の中間が連結され、伝導層１３０を介して電気が流れ得る。
このように高温の環境に二次電池が置かれた状況でも、伝導層１３０を媒介体として二次電池の正極と負極が短絡されることにより、全体のエネルギーを減らして発火を防止することができる。
【００２４】
ここで、正極と負極の短絡は電池の充電量（ＳＯＣ）を急激に減らすことになり、全体のエネルギーが減り、その結果、高温でも熱爆走現象、発火現象が防止され得るものである。
図４は、本発明の一実施形態に係る伝導層のみを側面から示した側面図である。
図４に示す通り、伝導層１３０は、正極リード１０と接する正極伝導層１３３と、負極リード２０と接する負極伝導層１３５とを含んでよい。
そして、安全部材１５０は、正極伝導層１３３と負極伝導層１３５が互いに重なる部分に形成されることで、正極伝導層１３３と負極伝導層１３５が普段互いに電気的に接触できなくすることができる。
【００２５】
図５は、本発明の一実施形態に基づき、安全部材が溶けて伝導層が短絡されたことを示した使用状態図である。
図５に示す通り、１２０℃以上の温度で安全部材１５０が溶けると、正極伝導層１３３と負極伝導層１３５の重なる部分が互いに密着され、そうすると、伝導層１３０を介して正極リード１０と負極リード２０は互いに電気が流れるようになる。
そして、正極リード１０と負極リード２０が互いに電気的に連結されて電気が流れるようになれば、二次電池の充電量（ＳＯＣ）を低めて発火を防止することができる。
【００２６】
前述したところのように、本発明によれば、所定の温度で正極と負極を短絡させて発火を防止するという効果がある。
また、本発明によれば、所定の温度で安全部材が溶けながらパウチの伝導層を介して正極と負極を短絡させ、電池の充電の程度を低めることによって安全性を高めるという効果がある。
さらに、本発明によれば、正極と負極を短絡させるとき、絶縁体により伝導層にだけ電気が流れるように誘導して安全性を確保するという効果がある。
【００２７】
以上のように、本発明に係る二次電池を、例示された図面を参考にして説明したが、本発明は、以上で説明された実施形態と図面によって限定されず、特許請求の範囲内で、本発明の属する技術分野で通常の知識を有する者等によって多様な実施が可能である。
【図１】
2019515466.tif 000003
【図２】
2019515466.tif 000004
【図３】
2019515466.tif 000005
【図４】
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【図５】
2019515466.tif 000007
【国際調査報告】
2019515466.tif 000008
2019515466.tif 000009
2019515466.tif 000010
2019515466.tif 000011