(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒形缶と、
前記円筒形缶に電解液と共に収容された電極組立体と、
前記円筒形缶を密封するキャップ組立体と、
を含み、
前記キャップ組立体が、前記電極組立体に連結された陽性温度素子と、前記陽性温度素子に連結されたキャップアップと、前記陽性温度素子と前記キャップアップとの間の一部に介在したはんだと、を含み、
前記陽性温度素子と前記キャップアップとの間に存在する、はんだが形成されない外側部分をさらに備え、前記はんだが形成されない外側部分は、前記陽性温度素子の外周縁及び前記キャップアップの外周縁から内側方向に一定の幅にわたって形成され、
前記キャップアップは、前記はんだが形成されない外側部分に向かって突出すると共に、前記陽性温度素子に接触する外側段差部をさらに含むことを特徴とする円筒形リチウムイオン２次電池。
【請求項２】
前記はんだが形成されない外側部分の幅は、０．１ｍｍ〜１．５ｍｍであることを特徴とする請求項１に記載の円筒形リチウムイオン２次電池。
【請求項３】
前記外側段差部の幅は、前記はんだが形成されない外側部分の幅と同じであることを特徴とする請求項１に記載の円筒形リチウムイオン２次電池。
【請求項４】
前記外側段差部は、径方向に相互に離隔した複数個のものであることを特徴とする請求項１に記載の円筒形リチウムイオン２次電池。
【請求項５】
前記外側段差部は、径方向に分布する多数ののこぎり歯形状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の円筒形リチウムイオン２次電池。
【請求項６】
前記陽性温度素子と前記円筒形缶の軸方向で対応する前記キャップアップの上面は、平らであることを特徴とする請求項１に記載の円筒形リチウムイオン２次電池。
【請求項７】
前記陽性温度素子と前記円筒形缶の軸方向で対応する前記キャップアップの上面は、折り曲げられていることを特徴とする請求項１に記載の円筒形リチウムイオン２次電池。
【請求項８】
前記陽性温度素子と前記キャップアップの内側周りにはんだが形成されない内側部分をさらに備えていることを特徴とする請求項１に記載の円筒形リチウムイオン２次電池。
【請求項９】
前記キャップアップは、前記はんだが形成されない内側部分に向かって突出すると共に、前記陽性温度素子に接触する内側段差部をさらに含むことを特徴とする請求項８に記載の円筒形リチウムイオン２次電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は円筒形リチウムイオン２次電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
リチウムイオン２次電池は、作動電圧が高く単位重量当たりのエネルギー密度が高いという長所があるため、携帯型電子機器だけでなく、ハイブリッド自動車または電気自動車の電源用途として使用されている。
このようなリチウムイオン２次電池は、形態によって、円筒型、角型またはパウチ型の２次電池に分類される。このうち、円筒形リチウムイオン２次電池は、一般的に、円柱形態の電極組立体と、電極組立体が結合する円筒形態の缶と、缶の内側に注液されてリチウムイオンの移動を可能にする電解液と、缶の一側に結合して電解液の漏液を防止して、電極組立体の離脱を防止するキャップ組立体と、からなっている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明の一目的は、キャップ組立体を構成するキャップアップと陽性温度素子の間において、はんだまたははんだペーストの塗布領域および／または塗布量が最適化されるように設計することによって、酸化層の発生、抵抗の増加、短絡、ベンディングによる部品のクラックおよび／または密閉不良などの現象を抑制できる円筒形リチウムイオン２次電池を提供することにある。
本発明の他の目的は、キャップアップに段差部および／または折り曲げ部が形成されるようにすることによって、酸化層の発生、抵抗の増加、短絡、ベンディングによる部品のクラックおよび／または密閉不良などの現象を抑制できる円筒形リチウムイオン２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】
【０００４】
本発明の一態様においては、円筒形缶と、前記円筒形缶に電解液と共に収容された電極組立体と、前記円筒形缶を密封するキャップ組立体と、を含み、前記キャップ組立体は、前記電極組立体に連結された陽性温度素子と、前記陽性温度素子に連結されたキャップアップと、前記陽性温度素子と前記キャップアップとの間に介在したはんだと、を含み、前記陽性温度素子とキャップアップの外側周りにはんだが形成されない外側空間部をさらに備えた円筒形リチウムイオン２次電池が開示されている。
前記外側空間部の幅は、０．１ｍｍ〜１．５ｍｍとすることができる。
前記キャップアップは、前記外側空間部に向かって突出すると共に前記陽性温度素子に接触する外側段差部をさらに含むことができる。前記外側段差部の幅は、前記外側空間部の幅と同じとすることができる。前記外側段差部は、相互に離隔した複数個であるものとすることができる。前記外側段差部は、多数ののこぎり歯形状に形成することができる。
前記陽性温度素子と対応するキャップアップの上面は、平らとすることができる。前記陽性温度素子と対応するキャップアップの上面は、折り曲げることができる。
前記陽性温度素子と前記キャップアップの内側周りに、はんだが形成されない内側空間部を、さらに備えることができる。前記キャップアップは、前記内側空間部に向かって突出すると共に前記陽性温度素子に接触する内側段差部をさらに含むことができる。
【発明の効果】
【０００５】
本発明の一態様によれば、キャップ組立体を構成するキャップアップと陽性温度素子の間にはんだまたははんだペーストの塗布領域および／または塗布量が最適化されるように設計することによって、酸化層の発生、抵抗の増加、短絡、ベンディングによる部品のクラックおよび／または密閉不良などの現象を抑制できる円筒形リチウムイオン２次電池を提供することができる。
本発明の他の態様によれば、キャップアップに段差部および／または折り曲げ部を形成することによって、酸化層の発生、抵抗の増加、短絡、ベンディングによる部品のクラックおよび／または密閉不良などの現象を抑制できる円筒形リチウムイオン２次電池を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１ａ】本発明の一実施例による円筒形リチウムイオン２次電池を示した斜視図である。
【図１ｂ】本発明の一実施例による円筒形リチウムイオン２次電池を示した断面図である。
【図１ｃ】本発明の一実施例による円筒形リチウムイオン２次電池を示した分解斜視図である。
【図２】図１ｂ中の符号２の領域を示した拡大断面図である。
【図３】本発明の他の実施例によるリチウムイオン２次電池を示した拡大断面図である。
【図４】本発明のさらに他の実施例によるリチウムイオン２次電池を示した拡大断面図である。
【図５】本発明のさらに他の実施例によるリチウムイオン２次電池を示した拡大断面図である。
【図６ａ】キャップアップと陽性温度素子とはんだとの関係を示した拡大断面図である。
【図６ｂ】キャップアップと陽性温度素子とはんだとの関係を示した拡大断面図である。
【図７】本発明のさらに他の実施例によるリチウムイオン２次電池を示した拡大断面図である。
【図８ａ】はんだペーストの正常な塗布および異常な塗布による陽性温度素子の動作を説明する図である。
【図８ｂ】はんだペーストの正常な塗布および異常な塗布による陽性温度素子の動作を説明する図である。
【図９ａ】はんだペーストの正常な塗布および異常な塗布による密閉動作を説明する図である。
【図９ｂ】はんだペーストの正常な塗布および異常な塗布による密閉動作を説明する図である。
【図１０】本発明によるリチウムイオン２次電池の恒温恒湿後の抵抗変動量を示したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、添付図面を参照して本発明の望ましい実施例を詳しく説明する。
本発明の実施例は該当技術分野において通常の知識を有する者に本発明をより完全に説明するために提供されるものであり、下記実施例は様々な他の形態に変形することができ、本発明の範囲が下記実施例に限定されるものではない。むしろ、これらの実施例は本開示をより充実かつ完全になるようにし、当業者に本発明の思想を完全に伝達するために提供されるものである。
また、以下の図面において、各層の厚さや大きさは、説明の便宜上および明確性のために誇張されたものであり、図面上で同一符号は同一の要素を示す。本明細書で用いられたように、「および／または」という用語は該当記載された項目のうちのいずれか一つおよび一つ以上のすべての組み合わせを含む。
本明細書で用いられる用語は、特定の実施例を説明するために用いられ、本発明を限定しようとするものではない。本明細書に用いられたように、単数形は文脈上異なる場合を明白に指摘するものでない限り、複数形を含むことができる。また、本明細書で用いられる「含む（comprise）」および／または「含んでいる（comprising）」は言及された形状、数字、段階、動作、部材、要素および／またはこれらの組み合わせが存在することを特定するものであり、一つ以上の他の形状、数字、動作、部材、要素および／またはこれらの組み合わせの存在または付加を排除するものではない。また、本明細書で用いられる「連結される」はＡ部材とＢ部材とが直接連結されるものだけでなく、Ａ部材とＢ部材との間にＣ部材を介在して間接的に連結されるものも意味する。
本明細書で第１、第２などの用語が多様な部材、部品、領域、層および／または部分を説明するために用いられるが、これらの部材、部品、領域、層および／または部分は、前記用語によって限定されてはならないということは明らかであろう。前記用語は一つの部材、部品、領域、層または部分を他の領域、層または部分から区別する目的にのみ用いられる。したがって、以下に説明する第１部材、部品、領域、層または部分は、本発明の思想を外れなくても第２部材、部品、領域、層または部分を指称することができる。
【０００８】
また、本明細書で用いられる「はんだ」または「はんだペースト」の用語はキャップアップと陽性温度素子とを電気的に接続するために、ほぼ１８０℃〜２５０℃でリフローされる接続部材を意味する。一例として、このような接続部材は共融点はんだ（eutectic solder：Ｓｎ３７Ｐｂ）、高融点はんだ（High lead solder：Ｓｎ９５Ｐｂ）、鉛フリーはんだ（lead-free solder：ＳｎＡｇ、ＳｎＡｕ、ＳｎＣｕ、ＳｎＺｎ、ＳｎＺｎＢｉ、ＳｎＡｇＣｕ、ＳｎＡｇＢｉなど）のうちの、選択された一つからなるものとすることができるが、これらに限定されるものではない。特に、はんだは錫（Ｓｎ）を含まない接続部材を含むことができ、本明細書に記載されていない他の接続部材を含むこともできる。
【０００９】
図１ａ、図１ｂ、および図１ｃを参照すると、本発明の一実施例による円筒形リチウムイオン２次電池の斜視図、断面図および分解斜視図が示されている。
図１ａ〜図１ｃに示されているように、本発明の一実施例による円筒形リチウムイオン２次電池１００は、円筒形缶１１０と、電極組立体１２０と、センターピン１３０と、キャップ組立体１４０と、を含む。
円筒形缶１１０は、円形の底部１１１と、底部１１１から上部方向に一定の長さで延在している側部１１２と、を含む。２次電池の製造工程中の円筒形缶１１０の上部は、開放されている。したがって、２次電池の組立工程中の電極組立体１２０およびセンターピン１３０が電解液と共に円筒形缶１１０に挿入される。円筒形缶１１０は、スチール、ステンレススチール、アルミニウム、アルミニウム合金またはその等価物からなるものとすることができるが、これらに限定されるものではない。さらに、円筒形缶１１０には、キャップ組立体１４０が外部に離脱しないようにキャップ組立体１４０を中心にその下部に内部に陥没したビーディング部（beading part）１１３が形成され、その上部に内部に折り曲げられたクリンピング部（crimping part）１１４が形成されている。
【００１０】
電極組立体１２０は、円筒形缶１１０の内部に収容される。電極組立体１２０は、陰極活物質（例えば、黒鉛、炭素など）がコーティングされた陰極板１２１、正極活物質（例えば、遷移金属酸化物（ＬｉＣｏＯ２、ＬｉＮｉＯ２、ＬｉＭｎ２Ｏ４等））がコーティングされた正極板１２２、および、陰極板１２１と正極板１２２との間に位置して短絡を防止しリチウムイオンの移動のみを可能にするセパレータ１２３からなる。陰極板１２１、正極板１２２、およびセパレータ１２３は、ほぼ円柱形状に巻き取られる。ここで、陰極板１２１は銅（Ｃｕ）箔、正極板１２２はアルミニウム（Ａｌ）箔、セパレータ１２３はポリエチレン（ＰＥ）またはポリプロピレン（ＰＰ）製とすることができるが、本発明はこれらに限定されるものではない。また、陰極板１２１には、下部に一定の長さ突出するように延在した陰極タップ１２４が溶接され、正極板１２２には、上部に一定の長さ突出した正極タップ１２５が溶接されるが、その逆も可能である。さらに、陰極タップ１２４はニッケル（Ｎｉ）材質、正極タップ１２５はアルミニウム（Ａｌ）材質のものとすることができるが、本発明はこれらに限定されるものではない。
また、電極組立体１２０の陰極タップ１２４は、円筒形缶１１０の底部１１１に溶接することができる。したがって、円筒形缶１１０は、陰極で動作することができる。もちろん、逆に正極タップ１２５を円筒形缶１１０の底部１１１に溶接することができ、このような場合、円筒形缶１１０は正極で動作することができる。
【００１１】
さらに、円筒形缶１１０に結合し、中央に第１ホール１２６ａおよびその外側に第２ホール１２６ｂが形成された第１絶縁板１２６は、電極組立体１２０と底部１１１との間に介在することができる。このような第１絶縁板１２６は、電極組立体１２０が、円筒形缶１１０のうちの、底部１１１に電気的に接触しないようにする役割を果たす。特に、第１絶縁板１２６は、電極組立体１２０のうちの、正極板１２２が底部１１１に電気的に接触しないようにする役割を果たす。ここで、第１ホール１２６ａは、２次電池の異常によって多量のガスが発生した場合、ガスがセンターピン１３０を通じて上部に迅速に移動するようにする役割を果たし、第２ホール１２６ｂは陰極タップ１２４が貫通して底部１１１に溶接されるようにする役割を果たす。
また、円筒形缶１１０に結合し、中央に第１ホール１２７ａおよびその外側に多数の第２ホール１２７ｂが形成された第２絶縁板１２７は、電極組立体１２０とキャップ組立体１４０との間に介在する。このような第２絶縁板１２７は、電極組立体１２０がキャップ組立体１４０に電気的に接触しないようにする役割を果たす。特に、第２絶縁板１２７は、電極組立体１２０のうちの、陰極板１２１が、キャップ組立体１４０に電気的に接触しないようにする役割を果たす。ここで、第１ホール１２７ａは、２次電池の異常によって多量のガスが発生した場合、ガスがキャップ組立体１４０に迅速に移動するようにする役割を果たし、第２ホール１２７ｂは、正極タップ１２５が貫通してキャップ組立体１４０に溶接されるようにする役割を果たす。また、残りの第２ホール１２７ｂは、電解液注入工程で、電解液が前記電極組立体１２０に迅速に流れ込むようにする役割を果たす。
【００１２】
さらに、第１、第２絶縁板１２６、１２７の第１ホール１２６ａ、１２７ａの直径は、センターピン１３０の直径よりも小さく形成することによって、外部衝撃によってセンターピン１３０が円筒形缶１１０の底部１１１またはキャップ組立体１４０に電気的に接触しないようにする。
センターピン１３０は、中空の円形パイプ形状であって、電極組立体１２０のほぼ中央に結合する。このようなセンターピン１３０は、スチール、ステンレススチール、アルミニウム、アルミニウム合金またはポリブチレンテレフタレート（PolyButylene Terepthalate）からなるものとすることができるが、本発明はこれらに限定されるものではない。このようなセンターピン１３０は、電池の充放電中の電極組立体１２０の変形を抑制する役割を果たし、２次電池の内部で発生するガスの移動通路の役割を果たす。場合によっては、センターピン１３０を省略することができる。
【００１３】
キャップ組立体１４０は、多数の貫通ホール１４１ａが形成されたキャップアップ（cap-up）１４１と、キャップアップ１４１の下部に設けられた陽性温度素子（ＰＴＣ：Positive Temperature Coefficient）１４２と、陽性温度素子１４２の下部に設けられた安全プレート１４４と、安全プレート１４４の下部に設けられた絶縁板１４５と、安全プレート１４４と絶縁板１４５の下部に設けられ、第１、第２貫通ホール１４６ａ、１４６ｂが形成されたキャップダウン（cap-down）１４６と、キャップダウン１４６の下部に固定されて正極タップ１２５と電気的に接続されたサブプレート１４７と、キャップアップ１４１、陽性温度素子１４２、安全プレート１４４、絶縁板１４５、およびキャップダウン１４６を円筒形缶１１０の側部１１２から絶縁させる絶縁ガスケット１４８と、を含む。
ここで、絶縁ガスケット１４８は、実質的に円筒形缶１１０の側部１１２に形成されたビーディング部１１３とクリンピング部１１４の間に圧着された形態をしている。また、前記キャップアップ１４１および前記キャップダウン１４６に形成された貫通ホール１４１ａ、１４６ａ、１４６ｂは、円筒形缶１１０の内部で異常内圧発生時に内部ガスを外部に排出する役割を果たす。もちろん、このような内圧によって、まず安全プレート１４４が上部方向に反転しながらサブプレート１４７と電気的に分離し、以降安全プレート１４４が破れながら内部のガスを外部に放出する。
【００１４】
一方、キャップアップ１４１と陽性温度素子１４２とは、はんだ１４３によって相互に電気的に接続される。このような陽性温度素子１４２は、温度上昇により自らの抵抗が増加することによって、電流または過電流の流れを防止し、これによって２次電池を安全な状態になるようにする。このようなキャップアップ１４１、陽性温度素子１４２、およびはんだ１４３の関係については、以下に、さらに詳細に説明する。
また、円筒形缶１１０の内側には、電解液（図示省略）が注液されており、これは充放電の際、電池内部の陰極板１２１および正極板１２２で電気化学的反応によって生成されるリチウムイオンを移動可能にする役割を果たす。このような電解液は、リチウム塩と高純度有機溶媒類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。また、電解液は、高分子電解質を利用したポリマーとすることができるが、本発明は特に電解液の種類に限定されるものではない。
【００１５】
図２を参照すると、図１ｂ中の符号２の領域に対する拡大断面図が示されている。
図２に示されているように、キャップ組立体１４０は、電極組立体１２０に電気的に連結された陽性温度素子１４２と、陽性温度素子１４２に電気的に連結されたキャップアップ１４１と、を含む。また、キャップ組立体１４０は、陽性温度素子１４２とキャップアップ１４１との間に塗布されリフローされて硬化したはんだ１４３をさらに含む。このようなはんだ１４３によって陽性温度素子１４２とキャップアップ１４１とは電気的に接続される。もちろん、陽性温度素子１４２と電極組立体１２０との間には、安全プレート１４４およびキャップダウン１４６がさらに介在する。言い換えれば、陽性温度素子１４２の下部に安全プレート１４４が電気的に連結され、安全プレート１４４にキャップダウン１４６およびサブプレート１４７が電気的に連結され、サブプレート１４７に正極タップ１２５が電気的に連結され、正極タップ１２５が電極組立体１２０に電気的に連結される。
ここで、陽性温度素子１４２は、素子部１４２ａと、素子部１４２ａの上面に形成された上面導電パターン１４２ｂと、素子部１４２ａの下面に形成された下面導電パターン１４２ｃと、を含む。このような陽性温度素子１４２は、前述のように２次電池の温度上昇の際、抵抗が増加することによって、充電または放電電流の流れを遮断する役割を果たす。
一方、本発明は、キャップアップ１４１と陽性温度素子１４２の外側周りにはんだ１４３が形成されない外側空間部１４１ａをさらに含む。つまり、キャップアップ１４１と陽性温度素子１４２の外側周りから内側方向に一定の長さまたは幅にかけて、中空の外側空間部１４１ａが形成される。
【００１６】
ここで、外側空間部１４１ａの水平方向長さは、ほぼ０．１ｍｍ〜１．５ｍｍとすることができる。外側空間部１４１ａの長さが、ほぼ０．１ｍｍより小さい場合、リフロー工程中にはんだ１４３がキャップアップ１４１および陽性温度素子１４２の外側周りまで流れ込むことによって、キャップアップ１４１が陽性温度素子１４２の所望しない領域および／または安全プレート１４３に直接短絡され、これによって電流または過電流遮断動作が行われなくなる。また、外側空間部１４１ａの長さがほぼ１．５ｍｍより大きい場合、クリンピング工程でキャップアップ１４１の外側周りが曲がることによって、２次電池の内部密閉性が低下する。
さらに、本発明はキャップアップ１４１と陽性温度素子１４２の内側周りにはんだ１４３が形成されない内側空間部１４１ｂをさらに含むことができる。つまり、キャップアップ１４１と陽性温度素子１４２の内側周りから外側方向に一定の長さにかけて中空の内側空間部１４１ｂが形成されるものとすることができる。
【００１７】
ここで、内側空間部１４１ｂの長さは、ほぼ０．１ｍｍ〜０．４ｍｍとすることができる。内側空間部１４１ｂの長さがほぼ０．１ｍｍより小さい場合、リフロー工程中、はんだ１４３がキャップアップ１４１と陽性温度素子１４２の内側周りまで流れ込むことによって、キャップアップ１４１が陽性温度素子１４２の所望しない領域および／または安全プレート１４３に直接短絡することがあり、これによって、電流または過電流遮断動作が行われないことがある。また、内側空間部１４１ｂの長さがほぼ０．４ｍｍより大きい場合、キャップアップ１４１と陽性温度素子１４２との間の電気的接続領域が小さくなることによって、電気抵抗が増加することがある。
しかし、実質的に、内側空間部１４１ｂの幅をほぼ０．１ｍｍより小さくしても、リフロー工程中、はんだ１４３は、ほぼキャップアップ１４１側に主に流れ込む。つまり、キャップアップ１４１に対するはんだ１４３のぬれ性が陽性温度素子１４２（特に、素子部１４２ａ）に対するはんだ１４３のぬれ性より高いため、リフロー工程中、はんだ１４３は主に陽性温度素子１４２側というよりは、キャップアップ１４１側に流れ込む。したがって、内側空間部１４１ｂの幅をほぼ０．１ｍｍより小さくしても、はんだ１４３は、ほとんど陽性温度素子１４２の所望しない領域および／または安全プレート１４３にまで流れ込まない。
このようにして、本発明では、キャップアップ１４１と陽性温度素子１４２との間に、はんだまたははんだペースト１４３が塗布された後、リフローされることによって、キャップアップ１４１と陽性温度素子１４２とが一体化される。したがって、キャップアップ１４１と陽性温度素子１４２との間に電解液および水分が侵入しないので、酸化層が発生せず、これによって、キャップ組立体１４０の抵抗が増加しなくなる。
さらに、はんだまたははんだペースト１４３の塗布領域および／または塗布量を最適化することによって、リフロー工程中、キャップアップ１４１と陽性温度素子１４２の所望しない領域（例えば、下面導電パターン１４２ｃ）および／またはキャップアップ１４１と安全プレート１４３の間に、はんだ１４３による直接的な短絡現象が発生せず、また、クリンピング工程中にベンディングによる部品のクラック現象および／または密閉不良現象が発生しなくなる。
ここで、はんだまたははんだペースト１４３は、前述のようにキャップアップ１４１または陽性温度素子１４２に塗布されて形成されるが、キャップアップ１４１または陽性温度素子１４２に予めメッキされて形成されるものとすることもでき、本発明は、はんだまたははんだペースト１４３の形成方法に限定されるものではない。
【００１８】
図３を参照すると、本発明の他の実施例によるリチウムイオン２次電池の拡大断面図が示されている。
図３に示されているように、キャップアップ１４１は、上述した外側空間部１４１ａに向かって突出すると共に、陽性温度素子１４２に接触する外側段差部１４１ｃをさらに含むことができる。つまり、キャップアップ１４１の外側周りから内側方向に一定の長さにかけて、陽性温度素子１４２に向かって突出した外側段差部１４１ｃが形成される。
ここで、外側段差部１４１ｃの水平方向長さまたは幅は、上述した外側空間部１４１ａの長さまたは幅と同じものとすることができる。一例として、外側段差部１４１ｃの長さは、ほぼ０．１ｍｍ〜１．５ｍｍとすることができるが、本発明は、前記の長さに限定されるものではない。つまり、外側段差部１４１ｃの長さは、ほぼ０．１ｍｍより小さいか、または１．５ｍｍより大きくなることがある。
さらに、このような外側段差部１４１ｃの厚さは、はんだ１４３の厚さと同一とすることができる。一例として、外側段差部１４１ｃおよびはんだ１４３の厚さは、ほぼ０．０１ｍｍ〜０．０３ｍｍとすることができるが、本発明は、これに限定されるものではない。
【００１９】
このような外側段差部１４１ｃによって、リフロー工程中、はんだ１４３がキャップアップ１４１および陽性温度素子１４２の外側周りまで流れ込まなくなる。
ここで、キャップアップ１４１の外側段差部１４１ｃは、上述した陽性温度素子１４２に備えられた上面導電パターン１４２ｂに直接、電気的に接続される。
このようにして、本発明では、上述した外側空間部１４１ａと対応する領域に外側段差部１４１ｃをさらに形成することによって、リフロー工程中、はんだ１４３がキャップアップ１４１と陽性温度素子１４２の外側に流れ出なくなる（つまり、外側段差部１４１ｃがリフロー工程中、はんだ１４３の外側の流れを防止するダムの役割を果たす）。これによって、キャップアップ１４１と陽性温度素子１４２の所望しない領域（例えば、下面導電パターン１４２ｃ）および／またはキャップアップ１４１と安全プレート１４４の間の電気的短絡現象が防止される。さらに、このようなはんだ１４３および外側段差部１４１ｃによって、クリンピング工程中にキャップアップ１４１が完全にまたはほぼ平らに維持されて、ベンディングによる部品のクラック現象および／または密閉不良現象が防止される。
また、このような外側段差部１４１ｃは、キャップアップ１４１に形成される代わりに、陽性温度素子１４２の上面導電パターン１４２ｂに形成されることもある。つまり、上面導電パターン１４２ｂの形成のためのメッキ工程中、外側空間部と対応する領域にメッキ工程が相対的に長い時間の間行われることによって、外側空間部と対応する領域に上面導電パターン１４２ｂからキャップアップ１４１に向かって外側段差部１４１ｃが厚く形成されるものとすることができる。もちろん、このような外側段差部１４１ｃは、キャップアップ１４１に密着することは当然である。このように陽性温度素子１４２の上面導電パターン１４２ｂから上部方向に突出して形成された外側段差部１４１ｃによる効果は、前述の通りである。
【００２０】
図４を参照すると、本発明のさらに他の実施例によるリチウムイオン２次電池の拡大断面図が示されている。
図４に示されているように、キャップアップ１４１に形成された外側段差部２４１ｃは、相互に離隔した複数個のものとすることができる。一例として、外側段差部２４１ｃは、多数ののこぎり歯形状に形成することができる。さらに具体的には、それぞれの外側段差部２４１ｃは、陽性温度素子１４２に近づくにつれて次第に幅が狭くなる逆三角形状に形成することができる。
このようにして、本発明では、外側空間部１４１ａと対応する領域に多数の外側段差部２４１ｃを形成することによって、リフロー工程中、はんだ１４３がキャップアップ１４１と陽性温度素子１４２の外側周りに流れ出なくなり、これによって、電気的短絡現象が抑制される。さらに、このようなはんだ１４３および外側段差部２４１ｃによって、クリンピング工程中にキャップアップ１４１が平らに維持されて、ベンディングによる部品のクラック現象および／または密閉不良現象が抑制される。
一方、前述したキャップアップ１４１の段差部１４１ｃ、２４１ｃは、主に鋳造、鍛造、圧延、パンチのような通常の金属加工工程によって形成されるが、本発明は、このような工程に限定されるものではない。
【００２１】
図５を参照すると、本発明のさらに他の実施例によるリチウムイオン２次電池の拡大断面図が示されている。
図５に示されているように、陽性温度素子１４２と対応するキャップアップ１４１の上面は、ほぼ折り曲げられた形状とすることができる。つまり、外側段差部３４１ｃの形成のために外側空間部１４１ａと対応するキャップアップ１４１が一定の角度で折り曲げられることによって、外側段差部３４１ｃと対応するキャップアップ１４１の上面がはんだ１４３と対応するキャップアップ１４１の上面より低く形成される。ここで、外側段差部３４１ｃとはんだ１４３の間の境界であるキャップアップ１４１に形成された領域を折り曲げ部３４１ｂと定義する。
もちろん、このような構造にもかかわらず、外側段差部３４１ｃは、依然として陽性温度素子１４２の上面導電パターン１４２ｂに直接接触することによって、リフロー工程中の、はんだ１４３の流れを抑制する。
一方、このようなキャップアップ１４１の外側段差部３４１ｃおよび／または折り曲げ部３４１ｂは、プレスのような通常の金属加工工程によって形成されるが、本発明は、このような工程に限定されるものではない。
このようにして、本発明では、キャップアップ１４１に外側段差部３４１ｃおよび／または折り曲げ部３４１ｂを備えることによって、酸化層の発生現象、抵抗の増加現象、短絡現象、ベンディングによる部品のクラック現象および／または密閉不良現象などが発生しなくなる。
ここで、図５の実施例と対比される図２〜図４の実施例では、陽性温度素子１４２と対応するキャップアップ１４１の上面がほぼ平らであるかまたは完全に平らに形成されている。
【００２２】
図６ａおよび図６ｂを参照すると、キャップアップ１４１、陽性温度素子１４２およびはんだ１４３の間の関係に対する拡大断面図が示されている。
図６ａに示されているように、外側空間部１４１ａの長さ（幅）をＬと定義し、はんだ１４３の厚さをＤと定義する。ここで、はんだ１４３の厚さ、つまり、Ｄは前述のようにほぼ０．０１ｍｍ〜０．０３ｍｍとすることができる。
このような状態で、以下の表１に記載したように、長さＬに対応する外側空間部１４１ａが形成されるようにはんだまたははんだペースト１４３をキャップアップ１４１または／および陽性温度素子１４２に塗布しリフローした後、これに伴う部品の抵抗不良およびクリンピング不良を確認した。
ここで、部品の抵抗不良とは、リフロー工程中、はんだ１４３がキャップアップ１４１と陽性温度素子１４２の外側周りまで流れ込むことによって、はんだ１４３が陽性温度素子１４２の所望しない領域（例えば、下面導電パターン）または／および安全プレート１４４に直接短絡される現象を意味する。また、クリンピング不良とは、缶および絶縁ガスケットのクリンピング工程中にキャップアップ１４１および／または陽性温度素子１４２のベンディングにより電池内部が密閉されないことを意味する。
【００２３】
【表１】
0006695659.tif 000002
【００２４】
上記の表１に記載したように、外側空間部１４１ａの長さＬが０ｍｍ〜０．１ｍｍである範囲で部品の抵抗不良（つまり、短絡不良）は、２００個のうち、２８個で発生した。
また、外側空間部１４１ａの長さＬが１．５ｍｍ〜１．６ｍｍである範囲でクリンピング不良（つまり、密閉不良）は、４０個のうち、１０個で発生した。
したがって、外側空間部１４１ａの適正な長さ（幅）Ｌは、ほぼ０．１ｍｍ〜１．５ｍｍであることが分かる。
一方、図６ｂに示されているように、外側空間部１４１ａと対応する領域に外側段差部１４１ｃを形成した場合には、部品の抵抗不良およびクリンピング不良の発生確率がさらに低下する。
つまり、外側空間部１４１ａの長さＬを０．１ｍｍより小さくしても（図６ａに関する実施例では部品の抵抗不良が発生する）、外側段差部１４１ｃが存在する場合、部品の抵抗不良は発生しない。また、外側空間部１４１ａの長さを１．５ｍｍより大きくしても（図６ａに関する実施例ではクリンピング不良が発生する）、外側段差部１４１ｃが存在する場合、クリンピング不良は発生しない。
これを整理して記載すれば、以下の表２の通りである。
【００２５】
【表２】
0006695659.tif 000003
【００２６】
つまり、外側段差部を適用した場合、測定数１００個で部品の抵抗不良は全く発生せず、測定数２０でクリンピング不良は全く発生しなかった。しかし、外側段差部を未適用の場合、測定数１００個で２１個の部品の抵抗不良が発生し、測定数２０個で４個のクリンピング不良が発生した。
【００２７】
図７を参照すると、本発明のさらに他の実施例によるリチウムイオン２次電池の拡大断面図が示されている。
図７に示されているように、キャップアップ１４１と陽性温度素子１４２の内側周りに内側段差部１４１ｄをさらに形成することができる。つまり、キャップアップ１４１は、陽性温度素子１４２に向かって突出すると共に陽性温度素子１４２に接続する内側段差部１４１ｄをさらに含むことができる。
このようにして、内側段差部１４１ｄは、リフロー工程中、はんだ１４３がキャップアップ１４１および陽性温度素子１４２の内側領域に流れる現象を抑制することによって、酸化層の発生現象、抵抗の増加現象、短絡現象、ベンディングによる部品のクラック現象および／または密閉不良現象などを抑制することができる。
【００２８】
図８ａおよび図８ｂを参照すると、はんだ１４３の正常な塗布および異常な塗布による陽性温度素子１４２の動作が示されている。
図８ａに示されているように、キャップアップ１４１が外側段差部１４１ｃを有し、また、はんだ１４３が正常に塗布およびリフローされた場合、電池温度の上昇の際に陽性温度素子１４２がトリップされて電流または過電流を遮断することになる。
しかし、図８ｂに示されているように、キャップアップ１４１が外側段差部１４１ｃを有さず、また、はんだ１４３が正常に塗布およびリフローされない場合（つまり、外側空間部がない場合）、例えば、はんだ１４３が陽性温度素子１４２の上面導電パターン１４２ｂおよび下面導電パターン１４２ｃを直接短絡させることによって、電池温度の上昇の際に陽性温度素子１４２がトリップされず、これによって、電流または過電流を遮断できなくなる。言い換えれば、電池温度の上昇の際にも電流または過電流は陽性温度素子１４２をバイパスしてキャップアップ１４１に流れることによって、電池が不安定な状態になる。
【００２９】
図９ａおよび図９ｂを参照すると、はんだ１４３の正常な塗布および異常な塗布による電池の密閉動作が示されている。
図９ａに示されているように、キャップアップ１４１が外側段差部１４１ｃを有し、また、はんだ１４３が正常に塗布およびリフローされた場合、クリンピング工程中に各部品の平坦度が良好に維持されることによって電池の密閉性に優れている。
しかし、図９ｂに示されているように、キャップアップ１４１が外側段差部１４１ｃを有さず、また、過度に大きい外側空間部を有する場合、クリンピング工程中に各部品の平坦度が維持されないことによって電池の密閉性は低下する。
【００３０】
図１０を参照すると、本発明によるリチウムイオン２次電池の恒温恒湿後の抵抗変動量に対するグラフが示されている。
ここで、Ｘ軸は本発明による一体型キャップアップ１４１および陽性温度素子１４２組立体の放置日付であり、Ｙ軸は一体型キャップアップ１４１および陽性温度素子１４２組立体の抵抗値である。また、放置条件は温度６０℃および湿度９５％であった。
本発明による実施例は、Ｌが０．１ｍｍ〜１．５ｍｍである外側空間部１４１ａを有する一体型キャップアップ１４１および陽性温度素子１４２組立体であり、比較例は分離型キャップアップおよび陽性温度素子組立体（はんだのない）であった。これを表に整理して記載すれば、表３の通りである。
【００３１】
【表３】
0006695659.tif 000004
【００３２】
図１０および表３に示されているように、恒温恒湿後の抵抗変動量は、本発明による実施例が比較例に比べてさらに優れていることが分かる。つまり、比較例では、放置時間が長くなるほど抵抗変動量は大きくなったが、本発明の実施例では、抵抗変動量が特定値として表示（サチュレーション）され、それ以上増加しなかった。
以上の説明は、本発明による円筒形リチウムイオン２次電池を実施するための一つの実施例に過ぎないものであり、本発明は前記実施例に限定されるものではなく、以下の特許請求の範囲において請求するように、本発明の要旨を逸脱することなく当該発明の属する分野で通常の知識を有する者であれば、誰でも多様な変更実施が可能な範囲にまで本発明の技術的精神が存在しているとみなされる。
【符号の説明】
【００３３】
１００  本発明による円筒形リチウムイオン２次電池
１１０  円筒形缶
１２０  電極組立体
１３０  センターピン
１４０  キャップ組立体
１４１  キャップアップ
１４１ａ  外側空間部
１４１ｂ  内側空間部
１４１ｃ  外側段差部
１４１ｄ  内側段差部
１４２  陽性温度素子
１４２ａ  素子部
１４２ｂ  上面導電パターン
１４２ｃ  下面導電パターン
１４３  はんだ
１４３  安全プレート
【図１ａ】
0006695659.tif 000005
【図１ｂ】
0006695659.tif 000006
【図１ｃ】
0006695659.tif 000007
【図２】
0006695659.tif 000008
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６ａ】
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【図６ｂ】
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【図７】
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【図８ａ】
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【図８ｂ】
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【図９ａ】
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【図９ｂ】
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【図１０】
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