(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
セパレータを介在して、ロール状に巻き付けられた第１電極板及び第２電極板を含む電極組立体と、
前記電極組立体の巻き付け端部に隣接するように、前記電極組立体の外周上に形成された仕上げ部材と、
を含み、前記仕上げ部材は、
前記第１電極板の巻き付け端部と導電性接触を形成し、前記第２電極板の巻き付け端部と対向するように配置された導電層を含み、
前記第１電極板は、電極組立体の最外郭ターンを形成し、
前記第２電極板は、第１電極板の内側に形成され、
前記第２電極板の巻き付け端部は、前記第１電極板の巻き付け端部を超えた位置に延設されており、
前記第１電極板は、第１電極集電体、及び前記第１電極集電体上に形成された第１電極活物質を含み、
前記第２電極板は、第２電極集電体、及び前記第２電極集電体上に形成された第２電極活物質を含み、
前記第１電極板及び第２電極板の巻き付け端部は、前記第１電極活物質及び第２電極活物質が排除された無地部から形成されていることを特徴とする二次電池。
【請求項２】
前記導電層は、前記セパレータを介在して、前記第２電極板の巻き付け端部と対向するように配置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３】
前記導電層は、前記第１電極板及び第２電極板の巻き付け端部と対向するように長く延び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】
前記導電層は、前記第１電極板の巻き付け端部と同種金属を含んでな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】
前記仕上げ部材は、
前記導電層を覆うように外側に形成された絶縁層と、
前記導電層と電極組立体との間に介在されたセラミック層及び接着層と、をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の二次電池。
【請求項６】
前記セラミック層及び接着層は、前記電極組立体に向かい、前記導電層の一部を露出させるように形成されることを特徴とする請求項５に記載の二次電池。
【請求項７】
前記導電層は、導電性接触のために、第１電極板の巻き付け端部に向かって露出され、
前記セラミック層及び接着層は、前記第１電極板の巻き付け端部を超えた位置にずれて形成されたことを特徴とする請求項６に記載の二次電池。
【請求項８】
前記セラミック層は、前記導電層の剛性を補強するように、前記導電層と接するように形成されたことを特徴とする請求項５に記載の二次電池。
【請求項９】
前記電極組立体の巻き付け端部で、
前記第２電極板は、第１電極板より長く延び、
前記セパレータは、第２電極板より長く延びることを特徴とする請求項１に記載の二次電池。
【請求項１０】
前記仕上げ部材は、前記セパレータの端部と隣接するように、前記電極組立体の外周上に付着されることを特徴とする請求項９に記載の二次電池。
【請求項１１】
前記電極組立体の巻き付け方向に沿って、エッジ領域と中央領域とが形成されるとするとき、
前記導電層と、第１電極板の巻き付け端部との導電性接触は、前記エッジ領域でなされ、
前記導電層と、第２電極板の巻き付け端部との対向は、前記中央領域でな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１２】
セパレータを介在して、ロール状に巻き付けられた第１電極板及び第２電極板を含み、前記第１電極板及び第２電極板の巻き付け端部を含む電極組立体と、
前記第１電極板の巻き付け端部と電気的に連結されるように、前記電極組立体の巻き付け端部と隣接するように配置され、前記第２電極板の巻き付け端部上に配置された導電性安全部材であって、外部侵入部材が前記導電性安全部材を貫通し、第２電極板と電気的に接触すれば、外部侵入部材、導電性安全部材及び第１電極板によって、短絡経路を形成する導電性安全部材と、
を含み、前記第１電極板は、電極組立体の最外郭ターンを形成し、
前記第２電極板は、第１電極板の内側に形成され、
前記第２電極板の巻き付け端部は、前記第１電極板の巻き付け端部を超えた位置に延設されており、
前記第１電極板は、第１電極集電体、及び前記第１電極集電体上に形成された第１電極活物質を含み、
前記第２電極板は、第２電極集電体、及び前記第２電極集電体上に形成された第２電極活物質を含み、
前記第１電極板及び第２電極板の巻き付け端部は、前記第１電極活物質及び第２電極活物質が排除された無地部から形成されていることを特徴とする二次電池。
【請求項１３】
前記第１電極板は、第１電極集電体、及び前記第１電極集電体上に形成された第１電極活物質を含み、
前記導電性安全部材と電気的に接触する第１電極板の巻き付け端部は、前記第１電極活物質が排除された無地部であることを特徴とする請求項１２に記載の二次電池。
【請求項１４】
前記導電性安全部材は、前記セパレータを介在して、前記第２電極板の巻き付け端部と対向するように配置されることを特徴とする請求項１２に記載の二次電池。
【請求項１５】
前記導電性安全部材は、導電層を含み、
前記導電層は、前記第１電極板と同種の金属を含むことを特徴とする請求項１２に記載の二次電池。
【請求項１６】
前記導電性安全部材は、
前記導電性安全部材の外側に形成され、前記導電層をカバーする絶縁層と、
前記導電層と電極組立体との間に介在されるセラミック層及び接着層と、
をさらに含むことを特徴とする請求項１５に記載の二次電池。
【請求項１７】
前記絶縁層とセラミック層は、前記導電層と結合され、前記導電層を扁平に維持させることにより、前記導電層と第１電極板との接触抵抗を低減させることを特徴とする請求項１６に記載の二次電池。
【請求項１８】
前記セラミック層及び接着層は、前記電極組立体に向かい、前記導電層の一部を露出させるように形成され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】
前記導電層は、前記第１電極板に向けて露出され、前記第１電極板と導電性接触を形成し、
前記セラミック層及び接着層は、前記第１電極板の巻き付け端部から離隔された位置に形成され、前記導電層と第２電極板との間に介在されることを特徴とする請求項１８に記載の二次電池。
【請求項２０】
前記電極組立体と導電性安全部材とを収容するバッテリケースと、
前記電極組立体と電気的に連結されたキャッププレートと、をさらに含むことを特徴とする請求項１２に記載の二次電池。
【請求項２１】
前記電極組立体を収容したバッテリケースの開口部は、前記キャッププレートによって密封されることを特徴とする請求項２０に記載の二次電池。
【請求項２２】
前記電極組立体を収容する内部空間を形成し、前記電極組立体を密封するように、互いに対向した状態で折り畳まれた上部ケース及び下部ケースを含むバッテリケースをさらに含むことを特徴とする請求項１２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、充放電の可能な二次電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話、ノート型パソコンなどのモバイル機器に係わる技術開発及び生産増加によって、エネルギー源として、二次電池の需要が急増している。最近では、化石燃料を代替するための代替エネルギー源として、電気自動車、ハイブリッド自動車の用途にも、活発な研究開発が進められている。
【０００３】
従来の二次電池には、外部衝撃や貫通試験中に加えられる貫通衝撃に対して、適切な安全装置が設けられず、発火、破裂及び爆発の危険性がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の一実施形態は、貫通衝撃に対する発火、破裂及び爆発の危険性を減らすための安全器具を備えた二次電池を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前記のような課題及びそれ以外の課題を解決するための本発明の二次電池は、セパレータを介在して、ロール状に巻き付けられた第１電極板及び第２電極板を含む電極組立体と、前記電極組立体の巻き付け端部に隣接するように、前記電極組立体の外周上に形成された仕上げ部材と、を含み、前記仕上げ部材は、前記第１電極板の巻き付け端部と導電性接触を形成し、前記第２電極板の巻き付け端部と対向するように配置された導電層を含む。
【０００６】
例えば、前記第１電極板は、電極組立体の最外郭ターンを形成し、前記第２電極板は、第１電極板の内側に形成され、前記第２電極板の巻き付け端部は、前記第１電極板の巻き付け端部を超えた位置に延設される。
【０００７】
例えば、前記導電層は、前記セパレータを介在して、前記第２電極板の巻き付け端部と対向するように配置される。
【０００８】
例えば、前記導電層は、前記第１電極板及び第２電極板の巻き付け端部と対向するように長く延びる。
【０００９】
例えば、前記導電層は、前記第１電極板の巻き付け端部と同種金属を含んでなる。
【００１０】
例えば、前記第１電極板は、第１電極集電体、及び前記第１電極集電体上に形成された第１電極活物質を含み前記第２電極板は、第２電極集電体、及び前記第２電極集電体上に形成された第２電極活物質を含み、前記第１電極板及び第２電極板の巻き付け端部は、前記第１電極活物質及び第２電極活物質が排除された無地部から形成される。
【００１１】
例えば、前記仕上げ部材は、前記導電層を覆うように外側に形成された絶縁層と、前記導電層と電極組立体との間に介在されたセラミック層及び接着層と、をさらに含む。
【００１２】
例えば、前記セラミック層及び接着層は、前記電極組立体に向かい、前記導電層の一部を露出させるように形成される。
【００１３】
例えば、前記導電層は、導電性接触のために、第１電極板の巻き付け端部に向かって露出され、前記セラミック層及び接着層は、前記第１電極板の巻き付け端部を超えた位置にずれて形成される。
【００１４】
例えば、前記セラミック層は、前記導電層の剛性を補強するように、前記導電層と接するように形成される。
【００１５】
例えば、前記電極組立体の巻き付け端部で、前記第２電極板は、第１電極板より長く延び、前記セパレータは、第２電極板より長く延びる。
【００１６】
例えば、前記仕上げ部材は、前記セパレータの端部と隣接するように、前記電極組立体の外周上に付着される。
【００１７】
例えば、前記電極組立体の巻き付け方向に沿って、エッジ領域と中央領域とが形成されるとするとき、前記導電層と、第１電極板の巻き付け端部との導電性接触は、前記エッジ領域でなされ、前記導電層と、第２電極板の巻き付け端部との対向は、前記中央領域でなされる。
【００１８】
一方、本発明の他の実施形態による二次電池は、セパレータを介在して、ロール状に巻き付けられた第１電極板及び第２電極板を含み、前記第１電極板及び第２電極板の巻き付け端部を含む電極組立体と、前記第１電極板の巻き付け端部と電気的に連結されるように、前記電極組立体の巻き付け端部と隣接するように配置され、前記第２電極板の巻き付け端部上に配置された導電性安全部材であって、外部侵入部材が前記導電性安全部材を貫通し、第２電極板と電気的に接触すれば、外部侵入部材、導電性安全部材及び第１電極板により、短絡経路を形成する導電性安全部材と、を含む。
【００１９】
例えば、前記第１電極板は、電極組立体の最外郭ターンを形成し、前記第２電極板は、第１電極板の内側に形成され、前記第２電極板の巻き付け端部は、前記第１電極板の巻き付け端部を超えた位置に延設される。
【００２０】
例えば、前記第１電極板は、第１電極集電体、及び前記第１電極集電体上に形成された第１電極活物質を含み、前記導電性安全部材と電気的に接触する第１電極板の巻き付け端部は、前記第１電極活物質が排除された無地部から形成される。
【００２１】
例えば、前記導電性安全部材は、前記セパレータを介在して、前記第２電極板の巻き付け端部と対向するように配置される。
【００２２】
例えば、前記導電性安全部材は、導電層を含み、前記導電層は、前記第１電極板と同種の金属を含む。
【００２３】
例えば、前記導電性安全部材は、前記導電性安全部材の外側に形成され、前記導電層をカバーする絶縁層と、前記導電層と電極組立体との間に介在されるセラミック層及び接着層と、をさらに含む。
【００２４】
例えば、前記絶縁層とセラミック層は、前記導電層と結合され、前記導電層を扁平に維持させることによって、前記導電層と第１電極板との接触抵抗を低減させられる。
【００２５】
例えば、前記セラミック層及び接着層は、前記電極組立体に向かい、前記導電層の一部を露出させるように形成される。
【００２６】
例えば、前記導電層は、前記第１電極板に向けて露出され、前記第１電極板と導電性接触を形成し、前記セラミック層及び接着層は、前記第１電極板の巻き付け端部から離隔された位置に形成され、前記導電層と第２電極板との間に介在される。
【００２７】
例えば、前記二次電池は、前記電極組立体と導電性安全部材とを収容するバッテリケースと、前記電極組立体と電気的に連結されたキャッププレートと、をさらに含む。
【００２８】
例えば、前記電極組立体を収容したバッテリケースの開口部は、前記キャッププレートによって密封される。
【００２９】
例えば、前記二次電池は、前記電極組立体を収容する内部空間を形成し、前記電極組立体を密封するように、互いに対向する方向にフォールディングされる上部ケース及び下部ケースを含むバッテリケースをさらに含む。
【発明の効果】
【００３０】
本発明の二次電池は、二次電池の貫通時、正極・負極間の短絡パスを形成することによって、外部衝撃や、貫通試験で加えられる貫通衝撃に対して、向上した安全性を提供する。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の一実施形態による二次電池の分解斜視図である。
【図２】図１の電極組立体を展開して図示した斜視図である。
【図３】電極組立体と仕上げ部材との結合状態を示す断面図である。
【図４】電極組立体と仕上げ部材との結合状態を示す断面図である。
【図５】二次電池の貫通時、仕上げ部材による短絡パスの形成について説明するための断面図である。
【図６】二次電池の貫通時、仕上げ部材による短絡パスの形成について説明するための断面図である。
【図７】本発明の他の実施形態による二次電池の分解斜視図である。
【図８】本発明のさらに他の実施形態による二次電池の分解斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、添付された図面を参照し、本発明の望ましい実施形態に係わる二次電池について説明する。
【００３３】
図１は、本発明の一実施形態による二次電池の斜視図である。図面を参照すれば、前記二次電池は、電極組立体１００と、前記電極組立体１００の外周上に形成される仕上げ部材（または導電性安全部材、以下同様）２００と、を含む。
【００３４】
前記電極組立体１００は、電極活物質が塗布された第１電極板１１０及び第２電極板１２０を、セパレータ１５０を介在して相互隔離させ、前記第１電極板１１０及び第２電極板１２０並びにセパレータ１５０をゼリーロール状に共に巻き付けられて形成したものである。前記第１電極板１１０及び第２電極板１２０には、化学反応で形成された電荷を外部回路に引き出し、充放電電流のパスを形成するための第１電極タブ１１３及び第２電極タブ１２３が形成される。
【００３５】
前記第１電極板１１０及び第２電極板１２０、並びにそれら間のセパレータ１５０は、巻き付け中心１００ｃを取り囲み、内側から外側の方向に向けてロール状に延び、前記電極組立体１００の外周には、巻き付けの終了部に該当する巻き付け端部１００ｆが形成される。
【００３６】
前記巻き付け端部１００ｆを覆い包むように、電極組立体１００の外周上には、仕上げ部材２００が付着される。前記仕上げ部材２００は、電極組立体１００の解体を防止する。また、前記仕上げ部材２００は、二次電池の貫通時、発火、破裂及び爆発の危険性を減らすための安全器具としての機能を行う。例えば、前記仕上げ部材２００は、二次電池の貫通試験で、高い安定性を提供することができる。前記貫通試験では、二次電池を標準充電した後、所定半径を有するクギで二次電池の中心を貫通させ、発火、破裂及び爆発の可能性を調べる方法で、二次電池の安定性を評価する。
【００３７】
前記仕上げ部材２００は、二次電池の貫通時、短絡パスを形成することによって、充電容量を消尽するように、二次電池を放電させる保護措置を取り、二次電池の発火、破裂及び爆発の危険性を減らすことができる。
【００３８】
図２は、図１の電極組立体１００を展開して図示した図面である。図面を参照すれば、前記電極組立体１００では、一方向に沿って、帯状に延設された第１電極板１１０及び第２電極板１２０がセパレータ１５０を介在して、互いに対向するように積層される。
【００３９】
前記第１電極板１１０は、第１電極集電体１１１と、前記第１電極集電体１１１の少なくとも一面に形成された第１電極活物質１１５と、を含んでもよい。前記第１電極集電体１１１は、第１電極活物質１１５で発生する電荷の移動通路を提供し、第１電極活物質１１５を支持する機能を行う。例えば、前記第１電極板１１０は、正極として機能することができ、前記第１電極集電体１１１は、アルミニウムまたはアルミニウム合金を含んでもよい。
【００４０】
前記第１電極活物質１１５は、電極活物質、バインダ、導電剤などからなる電極合剤を溶媒に分散させてスラリ状にし、これを電極集電体１１１の少なくとも一面に塗布した後、乾燥及び圧縮して形成される。
【００４１】
前記第１電極板１１０には、第１電極活物質１１５が形成されていない無地部１１０ａが形成され、例えば、第１電極板１１０の長手方向に両側端部には、第１電極活物質１１５が形成されず、第１電極集電体１１１が露出される無地部１１０ａが形成される。前記無地部１１０ａ上には、化学反応で形成された電荷を外部に引き出すための第１電極タブ１１３が形成される。例えば、前記第１電極タブ１１３は、第１電極板１１０の無地部１１０ａのうちいずれか一方の無地部１１０ａ上に結合され、例えば、超音波溶接で結合されてもよい。前記第１電極タブ１１３は、正極タブとして機能することができ、アルミニウムまたはアルミニウム合金を含んでもよい。
【００４２】
前記第２電極板１２０は、第２電極集電体１２１と、前記第２電極集電体１２１の少なくとも一面に形成された第２電極活物質１２５を含んでもよい。前記第２電極集電体１２１は、第２電極活物質１２５で発生する電荷の移動通路を提供し、第２電極活物質１２５を支持する機能を行う。例えば、前記第２電極板１２０は、負極として機能することができ、前記第２電極集電体１２１は、銅または銅合金を含んでもよい。
【００４３】
前記第２電極活物質１２５は、電極活物質、バインダ、導電剤などからなる電極合剤を溶媒に分散させてスラリ形態にした後、これを電極集電体１２１の少なくとも一面に塗布した後、乾燥及び圧縮して形成される。
【００４４】
前記第２電極板１２０には、第２電極活物質１２５が形成されていない無地部１２０ａが形成され、例えば、第２電極板１２０の長手方向に、両側端部には、第２電極活物質１２５が形成されず、第２電極集電体１２１が露出される無地部１２０ａが形成される。前記無地部１２０ａ上には、化学反応で形成された電荷を外部に引き出すための第２電極タブ１２３が形成される。例えば、前記第２電極タブ１２３は、第２電極板１２０の無地部１２０ａのうちいずれか一方の無地部１２０ａ上に結合され、超音波溶接で結合されてもよい。前記第２電極タブ１２３は、負極タブとして機能することができ、  ニッケルまたはニッケル合金を含んでもよい。
【００４５】
前記第１電極板１１０及び第２電極板１２０は、セパレータ１５０を介在して、互いに対向するように積層され、前記セパレータ１５０は、前記第１電極板１１０及び第２電極板１２０間で、正極・負極間の短絡を防止する。前記セパレータ１５０は、高いイオン透過度を有し、機械的な強度を有する多孔性フィルムから形成され、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのオレフィン系ポリマーから形成される。例えば、前記セパレータ１５０は、長手方向に沿って、または幅方向に沿って、第１電極板１１０及び第２電極板１２０より延設されて熱的収縮による第１電極板１１０及び第２電極板１２０の短絡を防止することができる。
【００４６】
前記二次電池は、電極組立体１００内に含浸されている電解質（図示せず）をさらに含んでもよい。前記電解質は、電極組立体１００と共に、電池ケース（図示せず）内に収容され、電極組立体１００内に含浸され、例えば、前記電解質としては、非水系電解質が使われてもよい。
【００４７】
図３は、図１の仕上げ部材２００を図示した断面図であり、図４は、電極組立体１００と仕上げ部材２００との結合状態を示す断面図である。
【００４８】
前記仕上げ部材（または導電性安全部材）２００は、電極組立体１００と対向するように配置され、電極組立体１００との粘着を媒介する接着層２１０と、電極組立体１００と対向するように配置され、電極組立体１００との導電性接触を形成するための導電層２３０と、前記導電層２３０の強度補強及び形状安定のためのセラミック層２２０と、前記導電層２３０の絶縁のために、仕上げ部材２００の最外郭を形成する絶縁層２４０と、を含む。前記仕上げ部材２００は、接着層２１０、セラミック層２２０、導電層２３０及び絶縁層２４０が互いに対して積層された多層構造によって形成される。
【００４９】
前記接着層２１０は、電極組立体１００の巻き付け端部１００ｆと対向するように配置され、仕上げ部材２００と電極組立体１００との粘着を媒介することができ、電極組立体１００の巻き付け端部１００ｆを覆い包むように、電極組立体１００の外周上に付着され、電極組立体１００の解体を防止することができる。後述するように、前記接着層２１０は、導電層２３０の一部を露出させるように形成される。
【００５０】
前記導電層２３０は、電極組立体１００と導電性接触を形成する。例えば、前記導電層２３０は、電極組立体１００の最外郭ターンを形成する第１電極板１１０の巻き付け端部１１０ｆと対向するように配置され、第１電極板１１０の巻き付け端部１１０ｆと導電性接触を形成する。導電性接触とは、導電層２３０と、第１電極板１１０ａの巻き付け端部１１０ｆとが互いに接触した状態であるか、溶接などを介して、相互導通されるように接合された状態であるか、または、導電層２３０と、第１電極板１１０の巻き付け端部１１０ｆとが実質的に導通されるように電気的に連結された状態を意味することができる。例えば、前記導電層２３０と、第１電極板１１０の巻き付け端部１１０ｆは、電極組立体１００及び仕上げ部材２００を収容した電池ケース（図示せず）の圧迫によって、互いに対して加圧接触した状態を維持することができる。
【００５１】
前記導電層２３０は、電気伝導特性にすぐれる金属薄板から形成できて、例えば、第１電極板１１０の巻き付け端部１１０ｆと同種金属を含み、低抵抗の導電性接触を形成することができる。
【００５２】
前記第１電極板１１０が正極として形成されるとするとき、第１電極板１１０の巻き付け端部１１０ｆは、第１電極集電体１１１と一体に、アルミニウムまたはアルミニウム合金から形成される。このとき、前記導電層２３０は、第１電極板１１０の巻き付け端部１１０ｆと同種金属であるアルミニウムまたはアルミニウム合金の薄板から形成されることにより、第１電極板１１０の巻き付け端部１１０ｆと低抵抗の導電性接触を形成することができる。具体的な実施形態で、前記導電層２３０は、アルミニウム薄板から形成される。
【００５３】
前記第１電極板１１０が負極として形成されるとするとき、第１電極板１１０の巻き付け端部１１０ｆは、第１電極集電体１１１と一体に、銅または銅合金から形成される。このとき、前記導電層２３０は、第１電極板１１０の巻き付け端部１１０ｆと同種金属である銅または銅合金の薄板から形成されることにより、第１電極板１１０の巻き付け端部１１０ｆと低抵抗の導電性接触を形成することができる。具体的な実施形態で、前記導電層２３０は、銅薄板から形成される。
【００５４】
第１電極板１１０の巻き付け端部１１０ｆと導電性接触を形成し、これにから延設された導電層２３０は、第２電極板１２０の巻き付け端部１２０ｆと対向するように配置される。すなわち、前記導電層２３０は、第１電極板１１０の巻き付け端部１１０ｆ及び第２電極板１２０の巻き付け端部１２０ｆと対向するように、巻き付け方向に沿って、十分な長さに延設される。
【００５５】
前記導電層２３０と、第２電極板１２０の巻き付け端部１２０ｆとが互いに対向するように重なって配置されることにより、電極組立体１００を貫通する方向に侵入した外部侵入部材３００により、導電層２３０と、第２電極板１２０の巻き付け端部１２０ｆとの間で、正極・負極間の短絡パスが形成される。すなわち、前記導電層２３０は、第１電極板１１０の巻き付け端部１１０ｆと導電性接触を形成し、巻き付け方向に沿って、第１電極板１１０の巻き付け端部１１０ｆから延び、第２電極板１２０の巻き付け端部１２０ｆと対向するように配置され、導電層２３０と、第２電極板１２０の巻き付け端部１２０ｆとの間に配置されたセパレータ１５０によって、正極・負極間の短絡が防止される。
【００５６】
電極組立体１００を貫通する方向に侵入する外部侵入部材３００によって、互いに重なって配置された導電層２３０と、第２電極板１２０の巻き付け端部１２０ｆは、互いに電気的に導通されて短絡パスを形成する。このように形成された短絡パスを介して、第１電極板１１０及び第２電極板１２０間に蓄積された充電容量が早く消尽され、発火、爆発の危険性が速かに低くなる。例えば、第１電極板１１０及び第２電極板１２０に蓄積された電荷は、導電層２３０と、第２電極板１２０の巻き付け端部１２０ｆとの間に形成された短絡パスを介して早く消尽される。
【００５７】
第１電極板１１０の巻き付け端部１１０ｆから、導電層２３０を経て、第２電極板１２０の巻き付け端部１２０ｆに至る短絡パス上では、電極活物質が排除され、相対的に高い抵抗を有する電極活物質を短絡パス上から排除させることにより、ジュール熱による発熱を抑制することができる。
【００５８】
さらに具体的には、前記導電層２３０と対向するように配置される第１電極板１１０の巻き付け端部１１０ｆ及び第２電極板１２０の巻き付け端部１２０ｆは、電極活物質が排除された無地部１１０ａ，１２０ａでもって形成される。第１電極板１１０の巻き付け端部１１０ｆは、導電層２３０との導電性接触を形成して短絡パスを形成し、第２電極板１２０の巻き付け端部１２０ｆは、外部侵入部材３００を受容し、外部侵入部材３００と電気接続をなして短絡パスを形成するので、第１電極板１１０の巻き付け端部１１０ｆ及び第２電極板１２０の巻き付け端部１２０ｆを、無地部１１０ａ，１２０ａでもって形成することにより、貫通損傷に係わる発熱及び爆発の危険を減らすことができる。
【００５９】
前記仕上げ部材２００は、電極組立体１００上に付着されるが、仕上げ部材２００の導電層２３０と、第１電極板１１０の巻き付け端部１１０ｆとが互いに対面接触するように、電極組立体１００上に付着される。このとき、導電層２３０と電極組立体１００との間の接着層２１０及びセラミック層２２０は、導電層２３０が露出されるように形成される。すなわち、前記接着層２１０とセラミック層２２０は、第１電極板１１０の巻き付け端部１１０ｆと対向しない位置、すなわち、第１電極板１１０の巻き付け端部１１０ｆから反対側にずれた位置に形成される。例えば、前記接着層２１０とセラミック層２２０は、巻き付け方向に沿って、仕上げ部材２００の全体長にわたって形成されず、第１電極板１１０の巻き付け端部１１０ｆと対向する位置まで延びないように、相対的に短く形成される。
【００６０】
前記仕上げ部材２００は、電極組立体１００の外周上に付着され、電極組立体１００と物理的な接触を形成する。このとき、前記導電層２３０と接着層２１０は、電極組立体１００の外周上の互いに異なる領域で導電性接触を形成したり、あるいは粘着性結合を形成する。さらに具体的には、前記導電層２３０は、電極組立体１００の第１電極板１１０の巻き付け端部１１０ｆと導電性接触を形成する一方、前記接着層２１０は、第１電極板１１０の巻き付け端部１１０ｆを超えた位置に延びるセパレータ１５０上に粘着される。
【００６１】
前記導電層２３０は、絶縁層２４０によって覆われるように形成される。前記絶縁層２４０は、電極組立体１００と導電性接触を形成する導電層２３０を絶縁させる機能を行い、例えば、導電層２３０を覆うように、仕上げ部材２００の最外郭に形成される。例えば、前記絶縁層２４０は、絶縁性樹脂素材から形成される。
前記セラミック層２２０は、仕上げ部材２００の剛性を補充し、仕上げ部材２００の形状安定性に寄与することができる。特に、前記セラミック層２２０は、導電層２３０のシワや裂けのような形状変形を防止し、導電層２３０が扁平な板状を維持する。前記導電層２３０は、電極組立体１００と導電性接触を形成し、有事時電極組立体１００の短絡パスを形成するので、前記セラミック層２２０を利用し、導電層２３０と電極組立体１００との物理的な接触が安定して維持されるようにし、導電層２３０と電極組立体１００との間に、対面接触が維持されることにより、短絡パスの電圧を下げ、高電流の短絡電流が速かに放電される。
【００６２】
さらに具体的には、電極組立体１００の第１電極板１１０と導電層２３０は、導電性接触をなすが、互いに対面接触を形成することにより、それら間の接触抵抗を低減させることができる。このために、導電層２３０と重なってセラミック層２２０を配置することにより、導電層２３０が扁平な板状を維持するようにし、特に、電極組立体１００を貫通する方向に侵入する外部侵入部材３００にもかかわらず、導電層２３０のシワや裂けのような変形を防ぐための強度補強がなされる。
【００６３】
例えば、外部侵入部材３００の貫通時、圧力集中によって、導電層２３０が貫通され、シワや裂けなどの変形が誘発される。もし導電層２３０がシワになったり、裂けるように変形されれば、導電層２３０と、第１電極板１１０の巻き付け端部１１０ｆとの接触は、対面接触から点接触の形態に遷移され、導電層２３０と、第１電極板１１０の巻き付け端部１１０ｆとの接触抵抗が増大し、短絡パスの抵抗が増大し、点接触による発熱が生じうる。
【００６４】
前記導電層２３０と隣接した位置のセラミック層２２０は、導電層２３０の機械的な強度を補充し、導電層２３０の変形を抑制することができる。前記セラミック層２２０は、導電層２３０の機械的な強度を補充し、導電層２３０の変形を抑制することができ、導電層２３０の板状形態を維持し、第１電極板１１０の巻き付け端部１１０ｆとの対面接触を維持することができる。
【００６５】
前記導電層２３０上に形成された絶縁層２４０は、導電層２３０の絶縁機能以外に、導電層２３０の機械的な強度を補充する機能を兼ねることができる。すなわち、前記絶縁層２４０及びセラミック層２２０は、導電層２３０を挟みいれて両側に形成されたサンドイッチ状に形成され、導電層２３０を板状の形態に維持し、導電層２３０と、第１電極板１１０の巻き付け端部１１０ｆとの対面接触を維持することができる。
【００６６】
前記仕上げ部材２００と電極組立体１００との配置に対して、仕上げ部材２００の導電層２３０と、第２電極板１２０の巻き付け端部１２０ｆとの重なった部分は、電極組立体１００の中央位置に配置されてもよい。前記導電層２３０と、第２電極板１２０の巻き付け端部１２０ｆは、互いに重なって配置され、有事の際、外部侵入部材３００を介して電気的に連結されて導通され、短絡パスを形成する。従って、電極組立体１００の中央に向かった貫通損傷に対応するという点で、前記導電層２３０と、第２電極板１２０の巻き付け端部１２０ｆとの重なった部分は、電極組立体１００の中央領域に配置されてもよい。
【００６７】
前記電極組立体１００は、巻き付け中心１００ｃを取り囲み、内側から外側の方向に沿って、ロール状に延びる第１電極板１１０及び第２電極板１２０、並びにそれらの間を絶縁するセパレータ１５０を含み、前記電極組立体１００の外周には、巻き付けの終了部に該当する巻き付け端部１００ｆが形成される。
【００６８】
前記巻き付け端部１００ｆで、第１電極板１１０が電極組立体１００の最外郭ターンを形成することができ、前記第１電極板１１０の内側に、第２電極板１２０が配置され、前記第１電極板１１０及び第２電極板１２０間には、セパレータ１５０が配置されてもよい。前記第１電極板１１０は、巻き付け方向に沿って、第２電極板１２０より先に終了し、前記第２電極板１２０は、第１電極板１１０を超え抜け、余分の長さを有して延びる。前記セパレータ１５０は、前記第１電極板１１０及び第２電極板１２０より長く延設されることにより、セパレータ１５０の熱的伸縮にもかかわらず、第１電極板１１０及び第２電極板１２０間の短絡を防止することができる。
【００６９】
巻き付け方向に、第１電極板１１０の巻き付け端部１１０ｆ及び第２電極板１２０の巻き付け端部１２０ｆには、電極活物質が排除された無地部１１０ａ，１２０ａが形成される。前記第１電極板１１０は、無地部１１０ａを介して、仕上げ部材２００の導電層２３０と導電性接触を形成することにより、それらが形成する短絡パス上で、電極活物質の発熱を抑制することができる。また、電極組立体１００を貫通する方向に侵入する外部侵入部材３００に対して、前記第２電極板１２０は、無地部１２０ａを介して外部侵入部材３００を受容し、外部侵入部材３００との電気接点を形成するので、外部侵入部材３００と、第２電極板１２０の巻き付け端部１２０ｆとが形成する短絡パス上でも、電極活物質による発熱を抑制することができる。
【００７０】
電極組立体１００の巻き付け方向に沿って、仕上げ部材２００の導電層２３０は、第１電極板１１０の巻き付け端部１１０ｆ及び第２電極板１２０の巻き付け端部１２０ｆと対向するように十分な長さに延設される。前記導電層２３０は、第１電極板１１０の巻き付け端部１１０ｆと導電性接触を形成し、巻き付け方向に沿って、第１電極板１１０の巻き付け端部１１０ｆから延び、第２電極板１２０の巻き付け端部１２０ｆと対向するように配置される。前記導電層２３０と、第２電極板１２０の巻き付け端部１２０ｆは、セパレータ１５０を介在して、互いに対向するように重なって配置されることにより、導電層２３０と、第２電極板１２０の巻き付け端部１２０ｆとの間で、正極・負極間の短絡が防止される。
【００７１】
電極組立体１００を貫通する方向に侵入する外部侵入部材３００に対して、セパレータ１５０を介在して、相互重なって配置された導電層２３０と、第２電極板１２０の巻き付け端部１２０ｆは、前記外部侵入部材３００によって電気的に連結され、それら間には、正極・負極間の短絡パスが形成される。例えば、前記第１電極板１１０及び第２電極板１２０に集められた電荷は、導電層２３０と、第２電極板１２０の巻き付け端部１２０ｆとの間に形成された短絡パスを介して速かに消尽され、第１電極板１１０及び第２電極板１２０間に蓄積された充電容量が消尽されることにより、二次電池の発熱、爆発の危険性が低下する。
【００７２】
図５及び図６は、電極組立体１００の貫通損傷時に形成される短絡パスＰについて説明するための断面図である。電極組立体１００を貫通する方向に、外部侵入部材３００が侵入する場合、例えば、二次電池の貫通試験では、二次電池を標準充電した後、所定半径を有するクギで二次電池を貫通させ、発火、破裂及び爆発の可能性を調べる方法で、二次電池の安定性を評価するが、クギなどの外部侵入部材が、電極組立体１００内に侵入した場合、電極組立体１００の外周上に付着された仕上げ部材２００を介して、短絡パスＰが形成される。
【００７３】
すなわち、前記仕上げ部材２００は、外部侵入部材３００と共に、短絡パスＰを形成することにより、二次電池の充電容量を消尽するように、二次電池を放電させる保護措置を行い、これにより、次電池の発火、破裂及び爆発の危険を低下させることができる。
【００７４】
さらに具体的には、前記仕上げ部材２００は、電極組立体１００の巻き付け端部１００ｆを覆い包むように、電極組立体１００の外周上に付着される。このとき、前記仕上げ部材２００の導電層２３０は、電極組立体１００外周上の互いに異なる位置に形成された第１電極板１１０の巻き付け端部１１０ｆ及び第２電極板１２０の巻き付け端部１２０ｆと対向するように十分な長さに延設され、第１電極板１１０の巻き付け端部１１０ｆとは、導電性接触を形成する一方、第２電極板１２０の巻き付け端部１２０ｆとは、有事の際に短絡パスＰを形成するように、セパレータ１５０を挟んで重なって配置される。
【００７５】
電極組立体１００を貫通する方向に侵入する外部侵入部材３００は、導電層２３０と、第２電極板１２０の巻き付け端部１２０ｆとを貫通し、それらと電気接続を形成する。このとき、前記導電層２３０と、第２電極板１２０の巻き付け端部１２０ｆとの間には、正極・負極間の短絡パスＰが形成される。すなわち、前記外部侵入部材３００は、第１電極板１１０の巻き付け端部１１０ｆと接続された導電層２３０と、セパレータ１５０を挟み、前記導電層２３０と隔離されていた第２電極板１２０の巻き付け端部１２０ｆとを貫通し、それらを電気的に連結される短絡パスＰを形成する。第１電極板１１０及び第２電極板１２０に集められた電荷は、導電層２３０と、第２電極板１２０の巻き付け端部１２０ｆとの間に形成された短絡パスＰを介して消尽され、第１電極板１１０及び第２電極板１２０間に蓄積された充電容量が消尽されつつ、発火、爆発の危険が除去される。
【００７６】
前記第１電極板１１０の巻き付け端部１１０ｆから、導電層２３０を経て第２電極板１２０の巻き付け端部１２０ｆに至る短絡パスＰ上では、電極活物質が排除され、前記導電層２３０と対向するように配置される第１電極板１１０の巻き付け端部１１０ｆ、及び第２電極板１２０の巻き付け端部１２０ｆは、電極活物質が排除された無地部１１０ａ，１２０ａでもって形成される。このように短絡パスＰ上で、電極活物質を排除させることにより、相対的に電気抵抗が高い電極活物質による発熱が抑制され、発熱及び爆発の危険を減らすことができる。
【００７７】
前記電極組立体１００の外周を形成する巻き付け端部１００ｆは、最外郭ターンを形成する第１電極板１１０の巻き付け端部１１０ｆと、その内側に配置された第２電極板１２０の巻き付け端部１２０ｆとを含み、前記第１電極板１１０の巻き付け端部１１０ｆ及び第２電極板１２０の巻き付け端部１２０ｆは、巻き付け方向に沿って、互いに異なる位置に形成される。例えば、第２電極板１２０の巻き付け端部１２０ｆは、電極組立体１００の中央領域に形成され、中央領域で、導電層２３０と対向するように形成される。前記中央領域は、互いに反対極性の導電層２３０と、第２電極板１２０の巻き付け端部１２０ｆとが重なって配置され、電極組立体１００の貫通時、充電容量を消尽させる短絡パスＰを形成することができる、貫通損傷に対して安全な領域を形成するので、十分な面積に形成することができる。一方、前記第１電極板１１０の巻き付け端部１１０ｆは、電極組立体１００の１つのエッジ領域に配置され、電極組立体１００のエッジ領域で、導電層２３０と導電性接触を形成できる。
【００７８】
一方、前記導電層２３０と、第２電極板１２０の巻き付け端部１２０ｆとの間には、セパレータ１５０が介在され、第１電極板１１０の巻き付け端部１１０ｆと連結された導電層２３０と、第２電極板１２０の巻き付け端部１２０ｆとの間で、正極・負極間の短絡を防止する。このために、前記セパレータ１５０は、導電層２３０と、第２電極板１２０の巻き付け端部１２０ｆとの間で、巻き付け方向に沿って、十分な長さに延設され、セパレータ１５０の熱的収縮にもかかわらず、導電層２３０と、第２電極板１２０の巻き付け端部１２０ｆとの短絡を防止することができる。
【００７９】
前記仕上げ部材２００の接着層２１０は、前記第１電極板１１０の巻き付け端部１１０ｆを超えた位置に延設される余分のセパレータ１５０を覆い包むように形成され、セパレータ１５０の端部を、電極組立体１００の外周上に固定させることができる。
【００８０】
一方、仕上げ部材２００のセラミック層２２０及び接着層２１０は、導電層２３０と電極組立体１００との間に形成されるが、導電層２３０と、第１電極板１１０の巻き付け端部１１０ｆとの導電性接触を妨害しないように、導電層２３０と、第１電極板１１０の巻き付け端部１１０ｆとの間から排除される。そして、仕上げ部材２００の最外郭には、導電層２３０をカバーして絶縁させるように、絶縁層２４０が形成される。
【００８１】
前記電極組立体１００を貫通する方向に、外部侵入部材３００が侵入する場合、薄板厚の導電層２３０は、外部侵入部材３００の圧力によって、シワになったり、裂けるなどの損傷を受けることがある。このとき、前記導電層２３０と隣接して形成されたセラミック層２２０、あるいは、前記導電層２３０を挟んでサンドイッチ状に配置された絶縁層２４０とセラミック層２２０は、電極組立体１００を貫通する外部侵入部材３００の侵入によって、導電層２３０がシワになったり、あるいは裂けずに、扁平な板状形態を維持することで、導電層２３０と、第１電極板１１０の巻き付け端部１１０ｆとの対面接触を維持して接触抵抗を低減させ、短絡パスＰの低い抵抗を維持する。
【００８２】
図７は、本発明の他の実施形態による二次電池を図示した分解斜視図である。図面を参照すれば、図１の電極組立体１００、及び電極組立体１００の外周上に形成された仕上げ部材２００は、電池ケース４１０内に収納され、電極組立体１００と仕上げ部材２００とを収納した電池ケース４１０の上端開口部は、キャッププレート４５０によって密封される。
【００８３】
例えば、前記キャッププレート４５０は、絶縁ケース４２０を貫通して延びる第１電極タブ１１３と電気的に連結され、前記キャッププレート４５０には、第２電極タブ１２３と電気的に連結される電極端子４５５が組み込まれる。前記電極端子４５５は、絶縁ガスケット４５３を介在して、キャッププレート４５０の端子ホール４５１に組み込まれる。
【００８４】
前記キャッププレート４５０の下部には、電極端子４５５と電気的に連結された端子プレート４３０が配置され、前記キャッププレート４５０と端子プレート４３０との間には、絶縁プレート４４０が介在され、それら間の電気的な絶縁を確保することができる。例えば、前記電極端子４５５は、絶縁プレート４４０と端子プレート４３０とに形成された端子ホール４４１，４３１を貫通し、第２電極タブ１２３と電気的に連結されてもよい。前記キャッププレート４５０には、電解質注入のための電解質注入口４５２が形成され、前記電解質注入口４５２は、シーリング部材４５７によって密封される。
【００８５】
前記電極組立体１００、及び電極組立体１００の外周上に形成された仕上げ部材２００は、多様な形状と構造とを備えた電池ケース内に収納され、図７に例示された角形ケース構造に限定されず、例えば、円筒形ケース構造またはポーチケースのような柔軟性ケース内に収容されもする。
【００８６】
図８は、本発明のさらに他の実施形態による二次電池を図示した分解斜視図である。図面を参照すれば、前記二次電池は、電極組立体１００と、前記電極組立体１００の外周上に形成された仕上げ部材２００と、を含み、前記電極組立体１００と仕上げ部材２００とを収容するバッテリケース５００を含む。
【００８７】
例えば、前記バッテリケース５００は、前記電極組立体１００を収容する内部空間を形成し、互いに対向する方向に結合される上部ケース５１０と下部ケース５２０とを含んでもよい。前記上部ケース５１０と下部ケース５２０は、互いに対向する方向にフォールディングされ、互いに対向する方向にフォールディングされつつ、バッテリケース５００内部に、電極組立体１００が密封される。前記バッテリケース５００は、金属薄板と、前記金属薄板の両側の絶縁性フィルムとが配置された可撓性のポーチケースとして設けられる。
【００８８】
前記電極組立体１００の第１電極タブ１１３及び第２電極タブ１２３の周辺には、絶縁テープ５０１が巻き付けられる。前記絶縁テープ５０１は、バッテリケース５００から第１電極タブ１１３及び第２電極タブ１２３を絶縁させることができる。
【００８９】
本発明は、図面に図示された実施形態を参考にして説明したが、それらは例示的なものに過ぎず、本技術分野の当業者であるならば、それらから多様な変形及び均等な他の実施形態が可能であるという点を理解するであろう。従って、本発明の真の技術的保護範囲は、特許請求の範囲の技術的思想によって決まるものである。
【産業上の利用可能性】
【００９０】
本発明の二次電池は、例えば、エネルギー関連の技術分野に効果的に適用可能である。
【符号の説明】
【００９１】
１００  電極組立体
１００ｃ  電極組立体の巻き付け中心
１００ｆ  電極組立体の巻き付け端部
１１０  第１電極板
１１０ａ  第１電極板の無地部
１１０ｆ  第１電極板の巻き付け端部
１１１  第１電極集電体
１１３  第１電極タブ
１１５  第１電極活物質
１２０  第２電極板
１２０ａ  第２電極板の無地部
１２０ｆ  第２電極板の巻き付け端部
１２１  第２電極集電体
１２３  第２電極タブ
１２５  第２電極活物質
１５０  セパレータ
２００  仕上げ部材
２１０  接着層
２２０  セラミック層
２３０  導電層
２４０  絶縁層
３００  外部侵入部材
４１０  電池ケース
４２０  絶縁ケース
４３０  端子プレート
４３１，４４１，４５１  端子ホール
４４０  絶縁プレート
４５０  キャッププレート
４５２  電解質注入口
４５３  絶縁ガスケット
４５５  電極端子
４５７  シーリング部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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