(57)【要約】【課題】キャップアセンブリ、及びそれを含む二次電池を提供する。【解決手段】電流遮断部、電流遮断部と電気的に連結されたキャップアップ、及び電流遮断部とキャップアップとを固定するガスケットを含み、該電流遮断部は、圧力が加えられると、少なくとも一部分が破断されるように形成された安全ベントを具備したベント部と、キャップアップの方向にガスが通過する少なくとも１つのホールを具備したキャップダウンと、を含み、少なくとも１つのホールの全体面積は、ガスケットの外径に基づくガスケットの断面積の０．１２％〜１．６１％であるキャップアセンブリである。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電流遮断部と、
前記電流遮断部と電気的に連結されたキャップアップと、
前記電流遮断部と前記キャップアップとを固定するガスケットと、
を含み、前記電流遮断部は、圧力が加えられると、少なくとも一部分が破断されるように形成された安全ベントを具備したベント部と、
前記キャップアップの方向にガスが通過する少なくとも１つのホールを具備したキャップダウンと、
を含み、前記少なくとも１つのホールの全体面積は、前記ガスケットの外径に基づく前記ガスケットの断面積の０．１２％〜１．６１％であるキャップアセンブリ。
【請求項２】
前記キャップダウンは、中央に開口を含み、
前記電流遮断部は、前記開口を覆うサブディスクをさらに含み、
前記サブディスクと前記ベント部とは、前記開口で、互いに電気的に連結されたことを特徴とする請求項１に記載のキャップアセンブリ。
【請求項３】
前記キャップダウンと前記サブディスクとは、一体に形成されたことを特徴とする請求項２に記載のキャップアセンブリ。
【請求項４】
前記キャップダウンと前記ベント部との間のエッジに、インシュレータをさらに含み、
前記キャップダウンと前記ベント部との間には、前記インシュレータによって間隙が形成されたことを特徴とする請求項１に記載のキャップアセンブリ。
【請求項５】
前記キャップダウンは、
金型成形される第１下部プレートと、
金型成形され、前記第１下部プレートと離隔されるように配置される第１上部プレートと、
前記第１上部プレートと第２下部プレートとを連結する複数の第１ブリッジ部と、
を含み、隣接する前記複数の第１ブリッジ部間の空間が、前記インシュレータで塞がれていることを特徴とする請求項４に記載のキャップアセンブリ。
【請求項６】
前記キャップダウンは、複数のホールを含み、
前記複数のホールは、前記キャップダウンの中心から同一距離に放射状に配置されたことを特徴とする請求項１に記載のキャップアセンブリ。
【請求項７】
前記複数のホールのうち隣接した２ホール間の距離が、互いに同じであることを特徴とする請求項６に記載のキャップアセンブリ。
【請求項８】
前記キャップダウンは、２個〜６個のホールを含むことを特徴とする請求項１に記載のキャップアセンブリ。
【請求項９】
前記ホールは、円形であることを特徴とする請求項１に記載のキャップアセンブリ。
【請求項１０】
前記キャップダウンと前記ベント部との間のインシュレータをさらに含み、
前記インシュレータは、前記電流遮断部のエッジ外側を覆い包むことを特徴とする請求項１に記載のキャップアセンブリ。
【請求項１１】
前記インシュレータを覆い包むように設けられ、前記キャップアップの方向にガスが流動する流動ホールが形成されるカバープレートをさらに含むことを特徴とする請求項１０に記載のキャップアセンブリ。
【請求項１２】
前記流動ホールの面積は、１０ｍｍ２以下であることを特徴とする請求項１１に記載のキャップアセンブリ。
【請求項１３】
前記キャップアップは、第２下部プレート、第２上部プレート、及び前記第２下部プレートと前記第２上部プレートとを連結する複数の第２ブリッジ部を含み、
前記第２下部プレート及び前記第２上部プレートと連結された前記複数の第２ブリッジ部の連結部には、ノッチが形成されたことを特徴とする請求項１に記載のキャップアセンブリ。
【請求項１４】
電極組立体と、
前記電極組立体を収容するカンと、
前記カンの一側と結合するキャップアセンブリと、
を含み、前記キャップアセンブリは、
電流遮断部と、
前記電流遮断部と電気的に連結されたキャップアップと、
前記電流遮断部と前記キャップアップとを固定するガスケットと、
を含み、前記電流遮断部は、前記カンの内圧が上昇すると、少なくとも一部分が開放されるように形成された安全ベントを具備したベント部と、
前記キャップアップの方向に、前記カンの内部で発生したガスが通過する少なくとも１つのホールを具備したキャップダウンと、
を含み、前記少なくとも１つのホールの全体面積は、前記カンの内径に基づく前記カンの断面積の０．１２％〜１．６１％である二次電池。
【請求項１５】
前記キャップダウンは、中央に開口を含み、
前記電流遮断部は、
前記開口を覆うサブディスクをさらに含み、
前記サブディスクと前記ベント部とは、前記開口で、互いに電気的に連結されたことを特徴とする請求項１４に記載の二次電池。
【請求項１６】
前記キャップダウンと前記サブディスクとは、一体に形成されたことを特徴とする請求項１５に記載の二次電池。
【請求項１７】
前記キャップダウンと前記ベント部との間のエッジに、インシュレータをさらに含み、
前記キャップダウンと前記ベント部との間には、前記インシュレータによって間隙が形成されたことを特徴とする請求項１４に記載の二次電池。
【請求項１８】
前記キャップダウンは、
金型成形される第１下部プレートと、
金型成形され、前記第１下部プレートと離隔されるように配置される第１上部プレートと、
前記第１上部プレートと第２下部プレートとを連結する複数の第１ブリッジ部と、
を含み、隣接する前記複数の第１ブリッジ部間の空間が、前記インシュレータで塞がれていることを特徴とする請求項１７に記載の二次電池。
【請求項１９】
前記キャップダウンは、複数のホールを含み、
前記複数のホールは、前記キャップダウンの中心から同じ距離に放射状に配置されたことを特徴とする請求項１４に記載の二次電池。
【請求項２０】
前記複数のホールのうち隣接した２ホール間の距離が互いに同じであることを特徴とする請求項１９に記載の二次電池。
【請求項２１】
前記キャップダウンは、２個〜６個のホールを含むことを特徴とする請求項１４に記載の二次電池。
【請求項２２】
前記ホールは、円形であることを特徴とする請求項１４に記載の二次電池。
【請求項２３】
前記キャップダウンと前記ベント部との間のインシュレータをさらに含み、
前記インシュレータは、前記電流遮断部のエッジ外側を覆い包むことを特徴とする請求項１４に記載の二次電池。
【請求項２４】
前記インシュレータを覆い包むように設けられ、前記キャップアップの方向にガスが流動する流動ホールが形成されるカバープレートをさらに含むことを特徴とする請求項２３に記載の二次電池。
【請求項２５】
前記流動ホールの面積は、１０ｍｍ２以下であることを特徴とする請求項２４に記載の二次電池。
【請求項２６】
前記キャップアップは、第２下部プレート、第２上部プレート、及び前記第２下部プレートと前記第２上部プレートとを連結する複数の第２ブリッジ部を含み、
前記第２下部プレート及び前記第２上部プレートと連結された前記複数の第２ブリッジ部の連結部には、ノッチが形成されたことを特徴とする請求項１４に記載の二次電池。
【請求項２７】
前記カンの下面には、下部安全ベントが形成されたことを特徴とする請求項１４に記載の二次電池。
【請求項２８】
前記カンの内部の圧力が一定圧力を超えると、上部安全ベントと前記下部安全ベントとが共に破断されることを特徴とする請求項２７に記載の二次電池。
【請求項２９】
前記電極組立体は、ゼリーロール状に巻き取られた第１電極板、第２電極板、及び前記第１電極板と前記第２電極板との間のセパレータを含み、
前記電極組立体の中央は、中空を形成し、
前記第１電極板は、前記電流遮断部と第１電極タブとに電気的に連結され、
前記第２電極板は、前記カンと第２電極タブとによって電気的に連結されたことを特徴とする請求項１４に記載の二次電池。
【請求項３０】
前記電極組立体の一端部と他端部との上には、それぞれ第１絶縁板と第２絶縁板とが配置されたことを特徴とする請求項１４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、キャップアセンブリ、及びそれを含む二次電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
二次電池は、充電が不可能な一次電池とは異なり、繰り返し充電及び放電して使用することができる電池であり、経済的であり、環境に優しいので、その使用が奨励されている。
二次電池は、それが使用される電子機器の種類によって、単一の電池、または多数の電池が電気的に連結された形態で使用される。例えば、携帯電話のような小型デバイスの場合は、二次電池１個の出力及び容量で、所定の時間動作が可能であるのに対し、電気自動車のように、さらに大きい出力及び容量が要求される場合は、多数の二次電池を、直列、並列、または直並列に連結した電池パックが使用される。
一方、二次電池は、内部に反応性が高い物質を具備しているので、二次電池の安定性が先行的に確保されなければならない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】韓国公開特許第１０−２０１１−４８９３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明が解決しようとする課題は、キャップアセンブリ、及びそれを含む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】
【０００５】
本発明の一実施形態は、電流遮断部、電流遮断部と電気的に連結されたキャップアップ、及び前記電流遮断部と前記キャップアップとを固定するガスケットを含み、前記電流遮断部は圧力が加えられると、少なくとも一部分が破断されるように形成された安全ベントを具備したベント部と、前記キャップアップの方向にガスが通過する少なくとも１つのホールを具備したキャップダウンと、を含み、前記少なくとも１つのホールの全体面積は、前記ガスケットの外径に基づく前記ガスケットの断面積の０．１２％〜１．６１％であるキャップアセンブリを開示する。
本実施形態において、前記キャップダウンは、中央に開口を含み、前記電流遮断部は、前記開口を覆うサブディスクをさらに含み、前記サブディスクと前記ベント部とは、前記開口で、互いに電気的に連結されてもよい。
本実施形態において、前記キャップダウンと前記サブディスクは、一体に形成されてもよい。
本実施形態において、前記キャップダウンと前記ベント部との間のエッジに、インシュレータをさらに含み、前記キャップダウンと前記ベント部との間には、前記インシュレータによって間隙が形成されてもよい。
本実施形態において、前記キャップダウンは、金型成形される第１下部プレート、金型成形され、前記第１下部プレートと離隔されるように配置される第１上部プレート、及び前記第１上部プレートと第２下部プレートとを連結する複数の第１ブリッジ部を含み、隣接する前記複数の第１ブリッジ部間の空間が、前記インシュレータで塞がれている。
本実施形態において、前記キャップダウンは、複数のホールを含み、前記複数のホールは、前記キャップダウンの中心から同じ距離に放射状に配置されてもよい。
本実施形態において、前記複数のホールのうちの隣接した２ホール間の距離が互いに同じでもある。
本実施形態において、前記キャップダウンは、２個〜６個のホールを含んでもよい。
本実施形態において、前記ホールは、円形でもある。
本実施形態において、前記キャップダウンと前記ベント部との間のインシュレータをさらに含み、前記インシュレータは、前記電流遮断部のエッジ外側を覆い包むことができる。
本実施形態において、前記インシュレータを覆い包むように設けられ、前記キャップアップの方向にガスが流動する流動ホールが形成されるカバープレートをさらに含んでもよい。
本実施形態において、前記流動ホールの面積は、１０ｍｍ２以下でもある。
本実施形態において、前記キャップアップは、第２下部プレート、第２上部プレート、及び前記第２下部プレートと前記第２上部プレートとを連結する複数の第２ブリッジ部を含み、前記第２下部プレート及び前記第２上部プレートと連結された前記複数の第２ブリッジ部の連結部には、ノッチが形成されてもよい。
【０００６】
本発明の他の実施形態は、電極組立体、前記電極組立体を収容するカン、及び前記カンの一側と結合するキャップアセンブリを含み、前記キャップアセンブリは、電流遮断部、前記電流遮断部と電気的に連結されたキャップアップ、及び前記電流遮断部と前記キャップアップとを固定するガスケットを含み、前記電流遮断部は、前記カンの内圧が上昇すると、少なくとも一部分が開放されるように形成された安全ベントを具備したベント部と、前記キャップアップの方向に、前記カンの内部で発生したガスが通過する少なくとも１つのホールを具備したキャップダウンと、を含み、前記少なくとも１つのホールの全体面積は、前記カンの内径に基づく前記カンの断面積の０．１２％〜１．６１％である二次電池を開示する。
本実施形態において、前記キャップダウンは、中央に開口を含み、前記電流遮断部は、前記開口を覆うサブディスクをさらに含み、前記サブディスクと前記ベント部は、前記開口で、互いに電気的に連結されてもよい。
本実施形態において、前記キャップダウンと前記サブディスクとは、一体に形成されてもよい。
本実施形態において、前記キャップダウンと前記ベント部との間のエッジに、インシュレータをさらに含み、前記キャップダウンと前記ベント部との間には、前記インシュレータによって間隙が形成されてもよい。
本実施形態において、前記キャップダウンは、金型成形される第１下部プレート、金型成形され、前記第１下部プレートと離隔されるように配置される第１上部プレート、及び前記第１上部プレートと前記第２下部プレートとを連結する複数の第１ブリッジ部を含み、隣接する前記複数の第１ブリッジ部間の空間が、前記インシュレータで塞がれている。
本実施形態において、前記キャップダウンは、複数のホールを含み、前記複数のホールは、前記キャップダウンの中心から同一距離に放射状に配置されてもよい。
本実施形態において、前記複数のホールのうちの隣接した２ホール間の距離が互いに同じでもある。
本実施形態において、前記キャップダウンは、２個〜６個のホールを含んでもよい。
本実施形態において、前記ホールは、円形でもある。
本実施形態において、前記キャップダウンと前記ベント部との間のインシュレータをさらに含み、前記インシュレータは、前記電流遮断部のエッジ外側を覆い包むことができる。
本実施形態において、前記インシュレータを覆い包むように設けられ、前記キャップアップの方向にガスが流動する流動ホールが形成されるカバープレートをさらに含んでもよい。
本実施形態において、前記流動ホールの面積は、１０ｍｍ２以下でもある。
本実施形態において、前記キャップアップは、第２下部プレート、第２上部プレート、及び前記第２下部プレートと第２上部プレートとを連結する複数の第２ブリッジ部を含み、前記第２下部プレート及び前記第２上部プレートと連結された前記第２複数のブリッジ部の連結部には、ノッチが形成されてもよい。
本実施形態において、前記カンの下面には、下部安全ベントが形成されてもよい。
本実施形態において、前記カンの内部の圧力が一定圧力を超えると、前記上部安全ベントと前記下部安全ベントとが共に破断される。
本実施形態において、前記電極組立体は、ゼリーロール状に巻き取られた第１電極板、第２電極板、及び前記第１電極板と前記第２電極板との間のセパレーターを含み、前記電極組立体の中央は、中空を形成し、前記第１電極板は、前記電流遮断部と前記第１電極タブとに電気的に連結され、前記第２電極板は、前記カンと第２電極タブとによって電気的に連結されてもよい。
本実施形態において、前記電極組立体の一端部と他端部との上には、それぞれ第１絶縁板と第２絶縁板とが配置されてもよい。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の一実施形態によれば、二次電池の安定性が向上する。
本発明の効果は、前述の内容以外にも、図面を参照して以下で説明する内容からも導き出されるということは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の一実施形態による二次電池を概略的に図示した斜視図である。
【図２】図１の二次電池の概略的分解斜視図である。
【図３】図１のＩ−Ｉ断面を概略的に図示した断面図である。
【図４】図２の電流遮断部の一例を概略的に図示した平面図である。
【図５】図４のＩＩ−ＩＩ断面を概略的に図示した断面図である。
【図６】図２の電流遮断部の他の例を概略的に図示した平面図である。
【図７】図３の二次電池のキャップアセンブリの変形例を概略的に図示した断面図である。
【図８】図３の二次電池のキャップアセンブリの他の変形例を概略的に図示した断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明は、多様な変更を加えることができ、さまざまな実施形態を有することができるが、特定の実施形態を図面に例示し、詳細な説明で詳細に説明する。しかし、それらは、本発明を特定の実施形態に限定するものではなく、本発明の思想及び技術範囲に含まれる全ての変更、均等物ないし代替物を含むものであると理解されなければならない。本発明の説明において、他の実施形態に図示されているとしても、同一の構成要素については、同一の参照符号を使用する。
第１、第２のような用語は、多様な構成要素を説明するのに使用されるが、該構成要素は、用語によって限定されるものではない。該用語は、１つの構成要素を他の構成要素から区別する目的にのみ使用される。
本出願で使用した用語は、単に特定の実施形態の説明のためにのみ使用されたものであり、本発明を限定する意図はない。本出願で、「含む」または「有する」というような用語は、明細書に記載された特徴、数字、段階、動作、構成要素、部品、またはそれらの組み合わせが存在するということを述べるものであり、一つまたはそれ以上の他の特徴、数字、段階、動作、構成要素、部品、またはそれらの組み合わせなどの存在または付加の可能性をあらかじめ排除するものではないことを理解されなければならない。
【００１０】
以下、添付された図面に図示された本発明についての実施形態を参照し、本発明について詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態による二次電池を概略的に図示した斜視図、図２は、図１の二次電池の概略的な分解斜視図、及び図３は、図１のＩ−Ｉ断面を概略的に図示した断面図、図４は、図２の電流遮断部の一例を概略的に図示した平面図、図５は、図４のＩＩ−ＩＩ断面を概略的に図示した断面図、そして図６は、図２の電流遮断部の他の例を概略的に図示した平面図である。
まず、図１〜図５を参照すると、本発明の一実施形態による二次電池１００は、電極組立体１１０、電極組立体１１０を収容するカン１４０、及びカン１４０の一側と結合するキャップアセンブリ１７０を含んでもよい。
【００１１】
電極組立体１１０は、第１電極板１１１、第２電極板１１２、及び第１電極板１１１と第２電極板１１２との間のセパレータ１１３を含んでもよい。例えば、電極組立体１１０は、第１電極板１１１、セパレータ１１３及び第２電極板１１２を順次に積層した後、ゼリーロール（jelly-roll）状になるように巻き取って製作されてもよい。また、電極組立体１１０の中央は、中空が形成されることにより、カン１４０内部のガスが上下方向に移動する通路を提供することができる。
第１電極板１１１は、正極フィルムまたは負極フィルムのうちのいずれか一つでもある。第１電極板１１１が正極フィルムである場合、第２電極板１１２は、負極フィルムでもあり、反対に、第１電極板１１１が負極フィルムである場合、第２電極板１１２は、正極フィルムでもある。すなわち、第１電極板１１１と第２電極板１１２とは、電気的に極性が異なるように形成され、特定極性に限定されるものではない。ただし、以下では、説明の便宜のために、第１電極板１１１は、正極フィルムから形成され、第２電極板１１２は、負極フィルムから形成される場合について説明する。
第１電極板１１１は、第１活物質が塗布された第１活物質部と、第１活物質が塗布されていない第１非コート部と、を含んでもよい。第１活物質部は、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、第１活物質を塗布して形成し、第１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は、第１非コート部にもなる。第１活物質は、ＬｉＣｏＯ２、ＬｉＮｉＯ２、ＬｉＭｎＯ２、ＬｉＭｎＯ４のような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のような正極活物質でもある。
第２電極板１１２は、第２活物質が塗布された第２活物質部と、第２活物質が塗布されていない第２非コート部と、を含んでもよい。第２活物質部は、例えば、銅板の少なくともいずれか一面の一部に第２活物質を塗布して形成し、第２活物質が塗布されていないアルミニウム板の残り部分は、第２非コート部にもなる。第２活物質は、例えば、負極活物質でもあり、具体的には、結晶質炭素、非晶質炭素、炭素複合体、炭素ファイバのような炭素材料；リチウム金属またはリチウム合金などでもある。
セパレータ１１３は、ポリエチレン（polyethylene）膜、ポリプロピレン（polypropylene）膜のような多孔性高分子膜でもある。セパレータ１１３は、セラミックス粒子をさらに含んでもよく、高分子固体電解質からもなる。セパレータ１１３は、独立したフィルムで形成するか、第１電極板１１１上、または第２電極板１１２上に、非導電性（nonconductive）の多孔性層を形成することによって形成されてもよい。
【００１２】
第１電極板１１１には、第１電極タブ１１４が電気的に連結され、第２電極板１１２には、第２電極タブ１１５が電気的に連結される。第１電極タブ１１４は、一端が、第１非コート部に溶接などによって接続され、他端が、電流遮断部１５０に電気的に連結されてもよい。また、第２電極タブ１１５は、一端が溶接などにより、第２非コート部に接続され、他端は、カン１４０の底面と溶接されてもよい。
カン１４０は、一側に開口を含み、開口を介して、電極組立体１１０は、カン１４０の内部に収容される。カン１４０は、一例として、円筒状でもある。カン１４０は、アルミニウムのような導電性部材から形成され、外部衝撃から電極組立体１１０を保護し、電極組立体１１０の充放電動作に伴う熱を外部に放出させる放熱板の機能を有することができる。また、カン１４０の底面が、第２電極タブ１１５と、溶接などによって電気的に連結されるので、カン１４０は、第２電極として機能することができる。
カン１４０の底面には、下部安全ベント１４６が形成されてもよい。下部安全ベント１４６は、カン１４０の内部圧力が一定圧力を超えると、変形されるか、あるいは破裂され、カン１４０の内部で発生したガスを外部に放出させることができる。
カン１４０の内部には、第１絶縁板１２０と第２絶縁板１３０とが電極組立体１１０の一端部と他端部との上にそれぞれ配置されてもよい。第１絶縁板１２０は、電極組立体１１０の上面と、キャップアセンブリ１７０との間に配置され、電極組立体１１０とキャップアセンブリ１７０とを絶縁させ、第２絶縁板１３０は、電極組立体１１０と、カン１４０の底面との間に配置され、電極組立体１１０とカン１４０とを絶縁させることができる。
キャップアセンブリ１７０は、カン１４０と結合し、カン１４０の開口を密封する。具体的には、カン１４０には、内側に向けて凹状に掘り込まれたビーディング部（beading part）１４２が形成され、キャップアセンブリ１７０は、ビーディング部１４２上からカン１４０内部に挿入され、キャップアセンブリ１７０の上部には、カン１４０の一部が内側に折り曲げられ、クリンピング部（crimping part）１４４を形成することにより、キャップアセンブリ１７０は、カン１４０と結合することができる。ビーディング部１４２とクリンピング部１４４は、キャップアセンブリ１７０をカン１４０にしっかり固定して支持し、キャップアセンブリ１７０の離脱を防止し、また電解液を外部に液漏れさせない。
【００１３】
このようなキャップアセンブリ１７０は、ガスケット１４１、電流遮断部１５０、及びキャップアップ１６０を含んでもよい。
ガスケット１４１は、ほぼリング状にカン１４０の一側に配置される。ガスケット１４１は、クリンピング部１４４の形状によって、電流遮断部１５０とキャップアップ１６０とを固定させ、電流遮断部１５０及びキャップアップ１６０を、カン１４０と絶縁させる。一方、図３では、キャップアップ１６０が電流遮断部１５０上に配置され、ガスケット１４１によって、キャップアップ１６０と電流遮断部１５０とが固定された構造を図示しているが、本発明は、それに限定されるものではない。すなわち、電流遮断部１５０のエッジが外側に延長され、延長された電流遮断部１５０のエッジが、キャップアップ１６０の上部エッジを覆うように折り曲げられることにより、電流遮断部１５０とキャップアップ１６０とが結合され、その状態で、ガスケット１４１によってさらに固定されてもよい。
【００１４】
電流遮断部１５０は、カン１４０内部の圧力上昇時、電流を遮断させる、安全ベント１５５（以下、「上部安全ベント」とする）を含むことにより、カン１４０の内部の圧力が一定圧力を超えると、ガスを外部に放出させることができる。また、電流遮断部１５０は、ガスがキャップアップ１６０の方向に通過することができるホール１５３を、前記上部安全ベント１５５の下部に少なくとも一つ以上含んでもよいが、このとき、前記ホール１５３が特定の大きさを有することにより、ガスが、カン１４０の内部から上下方向に均一に拡散し、上部安全ベント１５５の破断と共に、下部安全ベント１４６を破断させる。
例えば、ホール１５３の全体面積は、カン１４０の内径Ｄに基づくカン１４０の断面積の０．１２％〜１．６１％に形成されてもよい。一方、カン１４０の内径Ｄは、ガスケット１４１の外径と同一サイズを有することができるが、前記ホール１５３の全体面積は、ガスケット１４１の外径に基づくガスケット１４１の断面積の０．１２％〜１．６１％に形成されると見られる。
ホール１５３の全体面積が、カン１４０の内径Ｄに基づくカン１４０の断面積の０．１２％より小さい場合は、十分なガスがホール１５３を通過し、外部に排出され難いため、カン１４０の内部圧力の上昇により、キャップアセンブリ１７０がカン１４０から分離する現象が発生することがある。
一方、ホール１５３の全体面積がカン１４０の内径Ｄに基づくカン１４０の断面積の１．６１％より大きい場合は、カン１４０の上部を介して、過度にガスが排出されるので、カン１４０の内部から、ガスが上下方向に均一に拡散することが不可能である。従って、下部安全ベント１４６が動作することができず、カン１４０の上部側が熱によって溶けたり、あるいは爆発によって、カン１４０の側面に裂けが生じたりする現象が発生することがある。このように下部安全ベント１４６が破断されず、カン１４０の側面に裂けが生じる場合は、隣接して配置された他の二次電池１００が連鎖爆発を起こすことがある。
【００１５】
図４及び図５は、電流遮断部１５０の一例を図示しているが、図４及び図５を参照すると、電流遮断部１５０は、一例であり、キャップダウン１５２、ベント部１５４、インシュレータ１５６、及びサブディスク１５８を含んでもよい。
キャップダウン１５２は、中央部に開口を含み、キャップダウン１５２の一面上には、ベント部１５４が配置される。キャップダウン１５２は、金型成形される第１下部プレート１５２ａ、金型成形され、第１下部プレート１５２ａと離隔されるように配置される第１上部プレート１５２ｂ、及び第１上部プレート１５２ａと第２下部プレート１５２ｂとを連結する複数の第１ブリッジ部１５２ｃを含み、隣接する複数の第１ブリッジ部１５２ｃ間は、空き空間１５７が形成される。
一方、キャップダウン１５２とベント部１５４と間のエッジには、インシュレータ１５６が配置され、キャップダウン１５２とベント部１５４とは、互いに絶縁され、複数の第１ブリッジ部１５２ｃ間の空き空間１５７は、インシュレータ１５６によって塞がれている。また、キャップダウン１５２とベント部１５４との間には、インシュレータ１５６によって間隙が形成されてもよい。
ベント部１５４は、上部安全ベント１５５を含んでもよい。上部安全ベント１５５は、溝などによって形成されることにより、外圧が加えられると、少なくとも一部分が破断されるように形成される。従って、カン１４０の内部圧力が一定圧力を超えると、変形されるか、あるいは破裂され、カン１４０内部のガスを外部に放出させることができる。
【００１６】
一方、キャップダウン１５２には、少なくとも１つのホール１５３が形成されてもよい。図４は一例であり、キャップダウン１５２に２つのホール１５３が形成された例を図示しているが、それに限定されるものではない。
ホール１５３の全体面積は、カン１４０の内径Ｄ（図３）に基づくカン１４０の断面積の０．１２％〜１．６１％に形成されてもよい。従って、カン１４０の内部から、ガスが上下方向に均一に拡散し、上部安全ベント１５５と下部安全ベント１４６とが共に破断される。
キャップダウン１５２の他面上には、開口を覆うようにサブディスク１５８が配置される。サブディスク１５８の一面は、第１電極タブ１１４と接合され、他面は、キャップダウン１５２の開口で、超音波溶接などによってベント部１５４と電気的に連結されてもよい。
【００１７】
以下では図５及び図３を共に参照し、電流遮断部１５０の動作について詳細に説明する。
二次電池１００は、急激な加熱、過充填などによって過熱され、二次電池１００の発熱時には、電解液添加剤であるシクロヘキシルベンゼン（ＣＨＢ）及びビフェニル（ＢＰ）によってガスが発生する。その結果、カン１４０の内部圧力が急激に上昇し、二次電池１００が爆発する可能性もある。
一方、図５に図示されているように、カン１４０の内部にガスが発生すれば、ガスは、ホール１５３を介して拡散し、キャップダウン１５２とベント部１５４との間隙内の圧力が上昇し、その結果、ベント部１５４が変形されることにより、キャップダウン１５２とサブディスク１５８との接合部Ｐ１が脱落し、電流が遮断される。また、インシュレータ１５６は、カン１４０内部の温度上昇時に溶融され、インシュレータ１５６によって遮られた複数の第１ブリッジ部１５２ｃ間の空き空間１５７を介して、ガスが、キャップダウン１５２とベント部１５４との間隙に流入される。
キャップダウン１５２とベント部１５４との間隙内の圧力がさらに上昇すれば、上部安全ベント１５５が破断され、カン１４０内部のガスは、外部に排出される。そのとき、上部安全ベント１５５と共に下部安全ベント１４６も共に破断されなければならないが、そのために、ホール１５３の全体面積は、カン１４０の内径Ｄに基づくカン１４０の断面積の０．１２％〜１．６１％に形成されるのである。
【００１８】
下記表１は、ホール１５３の全体面積による二次電池１００の安定性をテストした結果である。以下において、実施例１〜実施例５、並びに比較例１〜比較例３は、二次電池１００を６００℃の放射熱に露出させ、それぞれ２０回ずつ強制的に発火させ、完全燃焼後の外部形態を観察した結果である。また、下記表１において、カン１４０の内径Ｄは、１７．７８ｍｍであり、実施例１〜実施例４のホール１５３の全体面積は、それぞれ０．３ｍｍ２、０．６ｍｍ２、１．３ｍｍ２及び２．０ｍｍ２に製作され、比較例２及び比較例３のホール１５３の全体面積は、それぞれ６．０ｍｍ２及び１０．０ｍｍ２に製作された。
【００１９】
【表１】
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【００２０】
前記表１から分かるように、実施例１〜実施例４は、ホール１５３の全体面積がカン１４０の内径Ｄに基づくカン１４０の断面積の０．１２％〜１．６１％に形成された場合であり、二次電池１００の発火時、カン１４０の内部からガスが上下方向に均一に拡散し、下部安全ベント１４６を介してガスが安定して排出された。
一方、比較例２では、４０％が下部安全ベント１４６を介してガスが排出されず、比較例３では、２０％が下部安全ベント１４６を介してガスが排出されず、他の２０％では、カン１４０の側面裂け現象が発生した。
比較例２及び比較例３の場合は、ホール１５３の全体面積が、カン１４０の内径Ｄに基づくカン１４０の断面積の１．６１％より大きく形成されることにより、カン１４０の内部から、ガスが上下方向に均一に拡散することができず、カン１４０の上部方向にガスが集中することにより、下部安全ベント１４６が動作しない結果である。特に、比較例３の場合、さらに多量のガスが瞬間的に上部安全ベント１５５を介して排出されることにより、爆発が発生し、カン１４０の側面裂け現象が発生したのである。
一方、比較例１の場合は、下部安全ベント１４６は、安定して破断されたが、ガスが上部安全ベント１５５を介して排出され難く、カン１４０の内部圧力上昇により、キャップアセンブリ１７０がカン１４０から分離する現象が生じた。
従って、カン１４０内部の圧力上昇時、上部安全ベント１５５と下部安全ベント１４６とが共に破断され、それによって、二次電池１００の安定性を向上させるために、ホール１５３の全体面積は、カン１４０の内径Ｄに基づくカン１４０の断面積の０．１２％〜１．６％に形成されることが望ましい。
一方、実施例２及び実施例４から分かるように、ホール１５３の全体面積の同一である場合は、ホール１５３の個数は多様に形成されてもよい。すなわち、ホール１５３の全体面積が、前記条件を満足する場合、ホール１５３の個数は多様に形成されてもよい。例えば、ホール１５３は、２個〜６個に形成されてもよいが、それらに限定されるものではない。
ホール１５３は、円形でもある。また、キャップダウン１５２に、複数のホール１５３が形成された場合は、複数のホール１５３それぞれが円形でもある。また、複数のホール１５３は、キャップダウン１５２の中心から同じ距離に放射状に配置され、隣接した２ホール１５３間の距離が、互いに同じに形成されてもよい。
例えば、図４の電流遮断部１５０は、キャップダウン１５２に、２つのホール１５３が形成された場合であり、ホール１５３は、キャップダウン１５２の中心を基準に、互いに対称的な位置に形成されてもよい。また、図６の電流遮断部１５０’は、３つのホール１５３がキャップダウン１５２に形成された例を図示しているが、そのように、ホール１５３が三つである場合は、正三角形の各頂点の位置にホール１５３が形成されてもよい。
再び図２を参照すると、キャップアップ１６０は、第１電極タブ１１４と電気的に連結された電流遮断部１５０と連結され、第１電極として機能することができる。キャップアップ１６０は、第２下部プレート１６１、第２上部プレート１６３、及び第２下部プレート１６１と第２上部プレート１６３とを連結する複数の第２ブリッジ部１６２を含んでもよい。
複数の第２ブリッジ部１６２間には、ガス排出が容易になるように、多数の通孔１６４が形成され、第２下部プレート１６１及び第２上部プレート１６３と連結された複数の第２ブリッジ部１６２の連結部には、ノッチが形成されてもよい。従って、ガスが排出されるとき、圧力によって連結部が切断されることにより、第２上部プレート１６３が脱落し、ガスはさらに円滑に外部に排出される。
【００２１】
図７は、図３の二次電池のキャップアセンブリの変形例を概略的に図示した断面図である。
図７を参照すると、キャップアセンブリ２７０は、電流遮断部２５０、電流遮断部２５０と電気的に連結されたキャップアップ２６０、及び電流遮断部２５０とキャップアップ２６０とを固定するガスケット２４１を含んでもよい。ガスケット２４１及びキャップアップ２６０は、図１〜図５で図示して説明したガスケット１４１及びキャップアップ１６０と同一であるので、反復して説明しない。
電流遮断部２５０は一例であり、キャップダウン２５２、ベント部２５４、インシュレータ２５６、及びサブディスク２５８を含んでもよい。
キャップダウン２５２は、少なくとも１つのホール２５３を含み、前記ホール２５３の全体面積は、ガスケット２４１の外径に基づくガスケット２４１の断面積の０．１２％〜１．６１％に形成されてもよい。
インシュレータ２５６は、キャップダウン２５２とベント部２５４との間のエッジに位置し、それによって、キャップダウン２５２とベント部２５４との間には、間隙が形成されてもよい。
サブディスク２５８は、ベント部２５４と電気的に連結される。一方、サブディスク２５８は、キャップダウン２５２と一体に形成され、電極タブとの付着の容易性のために、キャップダウン２５２の表面に突出される。ただし、本発明はそれに限られるものではなく、サブディスク２５８は、キャップダウン２５２の表面から突出せず、キャップダウン２５２と一体型に形成されてもよい。
【００２２】
図８は、図３の二次電池のキャップアセンブリの他の変形例を概略的に図示した断面図である。
図８を参照すると、キャップアセンブリ３７０は、電流遮断部３５０、電流遮断部３５０と電気的に連結されたキャップアップ３６０、及び電流遮断部３５０とキャップアップ３６０とを固定するガスケット３４１を含んでもよい。ガスケット３４１及びキャップアップ３６０は、図１〜図５で図示して説明したガスケット１４１及びキャップアップ１６０とそれぞれ同一であるので、反復して説明しない。
電流遮断部３５０は一例であり、キャップダウン３５２、ベント部３５４、インシュレータ３５６、サブディスク３５８、及びカバープレート３５９を含んでもよい。
ベント部３５４は、カン１４０（図１）の内部圧力が一定圧力を超えると、変形されるか、あるいは破裂され、ガスを外部に放出させることができる上部安全ベント３５５を含んでもよい。
キャップダウン３５２は、少なくとも１つのホール３５３を含み、前記ホール３５３の全体面積は、ガスケット３４１の外径に基づくガスケット３４１の断面積の０．１２％〜１．６１％に形成されてもよい。
キャップダウン３５２は、中央に開口を含み、サブディスク３５８は、前記開口を覆う位置で、ベント部３５４と電気的に連結されてもよい。一方、サブディスク３５８は、図７のように、キャップダウン３５２と一体に形成されてもよい。
インシュレータ３５６は、キャップダウン３５２とベント部３５４との間のエッジに位置し、それによって、キャップダウン３５２とベント部３５４との間には、間隙が形成されてもよい。また、インシュレータ３５６は、外側に延長されて折り曲げられ、電流遮断部３５０のエッジ外側を覆い包むことができる。
カバープレート３５９は、キャップダウン３５２と電気的に連結され、インシュレータ３５６を覆い包むように形成されてもよい。カバープレート３５９は、ガスケット３４１によって覆い包まれる。カバープレート３５９は、キャップアップ３６０側にガスが流動する流動ホール３５９’が形成されてもよい。例えば、前記流動ホール３５９’の面積は、１０ｍｍ２以下にも形成されるが、それに限定されるものではない。
【００２３】
以上、本発明の望ましい実施形態について図示して説明したが、本発明は、前述の特定実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲で請求する本発明の要旨の範囲内で、当該発明が属する技術分野における当業者によって、多様な変形実施が可能であるということは言うまでもなく、そのような変形実施は、本発明の技術的思想や展望から個別的に理解されるものではない。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
本発明のキャップアセンブリ、及びそれを含む二次電池は、例えば、安定性に優れる電源関連の技術分野に効果的に適用可能である。
【符号の説明】
【００２５】
１００  二次電池
１１０  電極組立体
１１１  第１電極板
１１２  第２電極板
１１３  セパレータ
１１４  第１電極タブ
１１５  第２電極タブ
１２０  第１絶縁板
１３０  第２絶縁板
１４０  カン
１４１，２４１，３４１  ガスケット
１４２  ビーディング部
１４４  クリンピング部
１４６  下部安全ベント部
１５０，１５０’，２５０，３５０  電流遮断部
１５２，２５２，３５２  キャップダウン
１５２ａ  第１下部プレート
１５２ｂ  第１上部プレート
１５２ｃ  第１ブリッジ
１５３，２５３，３５３  ホール
１５４，２５４，３５４  ベント部
１５５，３５５  上部安全ベント
１５６，２５６，３５６  インシュレータ
１５７  空き空間
１５８，３５８  サブディスク
１６０，２６０，３６０  キャップアップ
１６１  第２下部プレート
１６２  ブリッジ部
１６３  第２上部プレート
１６４  通孔
１７０，２７０，３７０  キャップアセンブリ
３５９  カバープレート
３５９’  流動ホール
Ｄ  カンの内径
Ｐ１  キャップダウンとサブディスクとの接合部
【図１】
2015156374.tif 000004
【図２】
2015156374.tif 000005
【図３】
2015156374.tif 000006
【図４】
2015156374.tif 000007
【図５】
2015156374.tif 000008
【図６】
2015156374.tif 000009
【図７】
2015156374.tif 000010
【図８】
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