(57)【要約】  カソード／セパレータ／アノード構造の電極アセンブリーがバッテリーケース中に取り付けられ、該バッテリーケースが熱溶接により密封される構造に構築された板形状の二次バッテリーであって、内部の高圧ガスをバッテリーセルの外に排出し、外部のガスが該バッテリーセルの中に導入されるのを阻止するための、少なくとも一個の、該バッテリーケースの電極アセンブリー受入部分の外側周辺部に形成された、密封部分に取り付けられた、厚さが小さいバルブ(一方向排出バルブ)を有する、二次バッテリーを開示する。本発明の二次バッテリーには、バッテリーケースの密封性を維持しながら、バッテリーの異常作動、例えば過充電、の際に発生した内部の高圧ガスをバッテリーケースの外側に効果的に排出し、それによって、バッテリーの効率および安全性を同時に改良する、という効果がある。
2010503150.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
板形状の二次バッテリーであって、
電極アセンブリーがバッテリーケース中に取り付けられてなり、かつ、前記バッテリーケースが熱溶接により密封されてなる構造により構築されてなり、前記電極アセンブリーがカソード／セパレータ／アノード構造を備えてなり、
前記二次バッテリーが、少なくとも一個のバルブ(一方向排出バルブ)を備えてなり、
前記バルブが、厚さが小さいものであり、密封部分に取り付けられ、前記バッテリーケースの電極アセンブリー受入部分の外側周辺部に形成されてなり、
内部の高圧ガスをバッテリーセルの外に排出し、かつ、外部のガスが前記バッテリーセルの中に導入されるのを阻止するものである、二次バッテリー。
【請求項２】
前記バッテリーケースが、樹脂層及び金属層を包含するラミネートシートから製造される、請求項１に記載の二次バッテリー。
【請求項３】
前記シートがアルミニウムラミネートシートである、請求項２に記載の二次バッテリー。
【請求項４】
前記電極アセンブリーが、折り曲げ、積重、または積重／折り曲げ型構造に構築されてなる、請求項１に記載の二次バッテリー。
【請求項５】
前記一方向排出バルブが、
前記密封部分に取り付けた第一フィルムと、
多孔質フィルムと、
前記多孔質フィルムが、前記多孔質フィルムの、前記一方向排出バルブの上側末端開口部を除いた外側周辺部が前記第一フィルムに連結され、前記多孔質フィルムの上側末端が前記第一フィルムの上側末端よりも低い構造に構築されてなり、
可変フィルムと、及び
前記可変フィルムが、前記可変フィルムの、前記一方向排出バルブの前記上側末端開口部を除いた外側周辺部が前記多孔質フィルムに連結され、前記可変フィルムの下側末端が前記多孔質フィルムに、前記可変フィルムの下側末端が前記多孔質フィルムの下側末端から予め決められた幅だけ分離された位置で連結され、前記可変フィルムの前記上側末端が前記多孔質フィルムの上側末端よりも高く、前記可変フィルムが、前記多孔質フィルムの材料よりたわみ性が高い材料から製造されるか、または前記多孔質フィルムの厚さより小さい厚さを有する構造に構築されてなり、
第二フィルムとを包含してなるものであり、
前記第二フィルムが、前記第一フィルムの反対側で前記密封部分に取り付けられ、前記第二フィルムの、前記一方向排出バルブの前記上側末端開口部を除いた外側周辺部が前記可変フィルムの前記下側末端に連結されてなる、請求項１に記載の二次バッテリー。
【請求項６】
前記可変フィルムが、弾性材料から製造され、前記可変フィルムの前記上側末端が前記第一フィルムに向かって屈曲する、請求項５に記載の二次バッテリー。
【請求項７】
前記バッテリーが、正常に作動する際、前記第一フィルムの前記上側末端が前記第二フィルムの前記上側末端と接触する、請求項５に記載の二次バッテリー。
【請求項８】
前記一方向排出バルブの前記上側末端開口部が前記バッテリーセルの外側と連絡するように、前記一方向排出バルブの前記上側末端開口部が前記密封部分中に形成されてなる、請求項５に記載の二次バッテリー。
【請求項９】
前記一方向排出バルブの前記上側末端開口部が、前記密封部分により、予め決められた幅だけ閉鎖される、請求項５に記載の二次バッテリー。
【請求項１０】
前記一方向排出バルブの前記上側末端開口部を閉鎖する前記密封部分の前記幅が、前記密封部分の前記幅全体の10〜60％である、請求項９に記載の二次バッテリー。
【請求項１１】
前記多孔質フィルムが、気体及び液体分離フィルムである、請求項５に記載の二次バッテリー。
【請求項１２】
前記バッテリーがリチウム二次バッテリーである、請求項１に記載の二次バッテリー。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれか一項に記載の二次バッテリーを単位電池として包含する、高出力及び大容量の中型または大型バッテリーパック。
【発明の詳細な説明】
【発明の分野】
【０００１】
本発明は、一方向排気バルブを包含する二次バッテリーに、より詳しくは、カソード／セパレータ／アノード構造の電極アセンブリーがバッテリーケース中に取り付けられ、該バッテリーケースが熱溶接により密封される構造に構築された板形状の二次バッテリーであって、内部の高圧ガスをバッテリーセルの外に排出し、外部のガスが該バッテリーセルの中に導入されるのを阻止するための、少なくとも一個の、該バッテリーケースの電極アセンブリー受入部分の外側周辺部に形成された、密封部分に取り付けられた、厚さが小さいバルブを有する、二次バッテリーに関する。
【発明の背景】
【０００２】
モバイル装置が益々多く開発され、そのようなモバイル装置の需要が増加するにつれて、それらのモバイル装置用のエネルギー源として二次バッテリーの需要も急速に増加している。とりわけ、エネルギー密度が高く、放電電圧が高いリチウム二次バッテリーに多くの調査及び研究が集中しており、このリチウム二次バッテリーは、市販され、広く使用されている。
【０００３】
リチウム二次バッテリーは、その形状に基づき、一般的に円筒形バッテリー、プリズムバッテリー、または小袋形バッテリーとして分類することができる。他方、その電解質に基づき、リチウム二次バッテリーは、リチウム-イオンバッテリー、リチウム-イオン重合体バッテリー、またはリチウム重合体バッテリーとして分類することができる。
【０００４】
モバイル装置が小型化されるにつれて、厚さが比較的小さい長方形バッテリーおよび小袋形バッテリーが増加している。特に、小袋形バッテリーの形状は容易に変更でき、小袋形バッテリーの製造コストは低く、小袋形バッテリーの重量は小さいので、現在小袋形バッテリーに多くの関心が寄せられている。
【０００５】
一般的に、小袋形バッテリーは、カソード、アノード、およびカソードとアノードの間にそれぞれ配置されたセパレータを包含する電極アセンブリーを、樹脂層／金属フィルム層／樹脂層のラミネート構造に構築された小袋形バッテリーケース中に配置し、バッテリーケースの外側周辺部に沿って形成された密封部分を熱溶接し、バッテリーケースを密封することにより、製造される。
【０００６】
密封部分は、バッテリーケースの外側周辺部同士が互いに接触している状態で、バッテリーケースの、電極アセンブリーの外側表面を取り囲む外側周辺部同士を熱溶接することにより形成される区域である。バッテリーケースの密封部分は、バッテリーの正常な作動の際に、外気がバッテリーケースの中に導入されるのを阻止するための密封性を示す必要がある。また、バッテリーケースの密封部分は、バッテリーの異常作動、例えば長時間の連続的な充電及び放電バッテリーに対する高温の作用、によりバッテリー中に高圧が発生した時に、密封性を解除し、バッテリーケースの外にガスを排出する必要もある。従って、バッテリーケースの密封部分は、バッテリーの安全性ならびにバッテリーの効率を改良するために非常に重要である。しかし、密封機能とガス排出機能は相反する作用機構であり、従って、密封機能およびガス排出機能の両方を達成することは困難である。
【０００７】
これに関して、板形状二次バッテリー中に高圧が発生した時に密封部分を解除するための構造だけが限定的に提案されているが、二次バッテリーの密封性を維持しながら、板形状二次バッテリーの外に加圧ガスを排出するための構造は提案されていない。
【０００８】
例えば、日本国公開第2005-116235号明細書は、電極アセンブリーが中に取り付けられているラミネートフィルムの外側周辺部が熱溶接され、ラミネートフィルムを密封する構造に構築されたバッテリーで特殊なガス排出機構を形成する技術を開示している。この開示されている技術は、熱溶接工程の際に、密封部分に非溶接部分を部分的に形成し、内部ガスの圧力を非溶接部分に集中させる方法、および最も内側にある密封層が、ラミネートフィルムの残りの区域の接着強度より小さい接着強度を有するように、ラミネートフィルムの最も内側にある密封層を変形させる方法を包含する。
【０００９】
しかし、本発明者らが行った実験により、ガス排出機構が形成される密封部分の接着力が小さく、従って、バッテリーの正常な作動中にも、このガス排出機構が形成されている密封部分を通して湿分が連続的にバッテリーセル中に浸透し、このガス排出機構が形成されている密封部分を通して電解質が連続的に漏れ、それによって、バッテリーの安全性が大きく低下することが分かった。上記の問題のために、非溶接部分の大きさおよび接着強度の大きさを特定の範囲内に正確に制御しなければならないことを考えると、開示されている技術には、ガス排出を必要とする高圧条件下で、対応する区域を信頼性良く作動させることは困難であるという根本的な問題がある。
【００１０】
他方、日本国特許第3,638,765号明細書は、板形状電極アセンブリーがシース部材中に取り付けられ、シース部材の外側周辺部同士が熱溶接または接着剤層により互いに取り付けられてシース部材を密封し、シース部材の熱的安全性より高い熱的安全性を有する重合体樹脂シートが外側周辺部分間に部分的に挿入された状態で、シース部材が密封され、それによって、重合体樹脂シートを有する密封部分が、残りの密封性部分の圧力抵抗より低い圧力抵抗を示す構造に構築されたバッテリーを開示している。また、日本国公開第2001-093489号明細書は、電極アセンブリーがラミネートシート製の小袋形バッテリーケース中に取り付けられ、電極アセンブリーのカソード及びアノードプレートに接続されたカソード及びアノードリード線がシースケースの密封部分から外に露出しており、ラミネートシートの融点より低い融点を有する熱溶接樹脂がシースケースの密封部分中に部分的に挿入された状態で、熱溶接が行われる構造に構築されたバッテリーを開示している。
【００１１】
しかし、上記の技術では、バッテリーの密封性および作動信頼性が確保されていない。
【００１２】
他方、ある種の装置からガスを一方向で排出するための技術が公知であるが、この装置は板形状二次バッテリーではない。例えば、米国特許第5004655号明細書は、バッテリー受入部分の周りに取り付けたスペーサを包含し、スペーサの片側に開口部が形成されており、この開口部にシリコーン油が塗布されており、それによって、外部の湿分がバッテリーの中に浸透するのを阻止しながら、内部ガスを一方向で排出する、鉛バッテリーを開示している。また、日本国公開第2003-037028号明細書は、金属フィルムおよびプラスチックフィルムが積み重ねられ、オイルシール構造のガス排出バルブがシースケースの内側に取り付けられており、シースケースからガスを排出するためのピンホールがシースケースに、ガス排出バルブの外側で形成されている構造に構築された、シースケース構造を包含するコンデンサーを開示している。
【００１３】
しかし、これらの技術の一方向ガス排出構造は、装置中に導入される湿分により、深刻な影響を受けない装置に適用され、従って、この一方向ガス排出構造は、板形状二次バッテリーには適用されない。結論として、一方向ガス排出構造を板形状二次バッテリーに適用する試みはなされていない。
【発明の概要】
【００１４】
従って、本発明は、上記の問題および他の未解決の技術的問題を解決するためになされたものである。
【００１５】
上記の問題を解決するための、様々な広範囲で集中的な研究及び実験の結果、本発明者らは、カソード／セパレータ／アノード構造の電極アセンブリーがバッテリーケース中に取り付けられ、該バッテリーケースが熱溶接により密封される構造に構築された板形状の二次バッテリーが、内部の高圧ガスをバッテリーセルの外に排出し、外部のガスが該バッテリーセルの中に導入されるのを阻止するための、該バッテリーケースの電極アセンブリー受入部分の外側周辺部に形成された密封部分に取り付けられた、厚さが小さい一方向排出バルブを備えている場合、この二次バッテリーは、バッテリーケースの密封性を維持しながら、バッテリーの異常作動、例えば過充電、の際に発生した内部の高圧ガスをバッテリーケースの外側に効果的に排出し、それによって、バッテリーの効率および安全性を同時に改良する効果を有することを見出した。本発明は、これらの知見に基づいて完成された。
【００１６】
本発明の一態様により、上記の、及び他の目的は、カソード／セパレータ／アノード構造の電極アセンブリーがバッテリーケース中に取り付けられ、該バッテリーケースが熱溶接により密封される構造に構築された板形状の二次バッテリーであって、内部の高圧ガスをバッテリーセルの外に排出し、外部のガスが該バッテリーセルの中に導入されるのを阻止するための、少なくとも一個の、該バッテリーケースの電極アセンブリー受入部分の外側周辺部に形成された、密封部分に取り付けられた、厚さが小さいバルブ(一方向排出バルブ)を有する、二次バッテリーを提供することにより、達成される。
【００１７】
特に、本発明の二次バッテリーは、一方向排出バルブがバッテリーケースの密封部分に取り付けられる構造に構築される。従って、バッテリーの異常作動により高圧ガスが発生した時に、そのガスは、排出バルブを通して直ちに排出され、従って、バッテリーの内部高圧ガスによるバッテリーの効率低下が最少に抑えられる。
【００１８】
他方、前に説明したように、従来の技術では、板形状バッテリーケースの外側周辺部に形成された密封部分を部分的に切り取るか、または非溶接部分を密封部分に形成し、ガスをバッテリーから外に排出する。しかし、この場合、電解質の漏れが起こるか、または外部の湿分がバッテリーの中に浸透することがあり、その結果、バッテリーの効率が低下する。また、密封部分を分離し、ガスをバッテリーの外に排出した後、バッテリーの再使用は不可能である。
【００１９】
反対に、本発明の二次バッテリーでは、一方向排出バルブを構造中に構築し、バッテリーの正常作動の際に、外部のガスまたは湿分がバッテリーセルの中に導入されるのを阻止する。さらに、従来の使い捨てガス排出機構と異なり、高圧ガスを排出した後でも、外部のガスまたは湿分がバッテリーセルの中に導入されることが阻止される。つまり、高圧ガスを排出した後でも、密封性が維持される。その結果、バッテリーを繰り返し使用することができる。また、一方向排出バルブの位置を変えることにより、ガス排出を容易に制御することもできる。従って、有害ガスの不注意な排出により引き起こされる問題が解決される。
【００２０】
バッテリーケースは、樹脂層及び金属層を包含するラミネートシート、好ましくはアルミニウムラミネートシートから製造することができる。この小袋形バッテリーケースは、バッテリーケースに取り付けた電極アセンブリーを、バッテリーケースの外側周辺部に形成された密封部分を熱溶接することにより、密封する。
【００２１】
セパレータがカソードとアノードの間にそれぞれ配置された構造に電極アセンブリーが構築される限り、電極アセンブリーには特に制限は無い。例えば、電極アセンブリーは、折り曲げ、積重、または積重／折り曲げ型構造に構築することができる。積重／折り曲げ型電極アセンブリーの詳細は、本出願者の名前で提出された韓国公開特許出願第2001-0082058号、第2001-0082059号、及び第2001-0082060号の各明細書に開示されている。上記特許出願の開示全文をここに参考として含める。
【００２２】
本発明により、一方向排出バルブは、一方向排出バルブがバッテリーの全体的な厚さを増加しない限り、様々な構造に構築することができるが、一方向排出バルブは、板形状二次バッテリーの密封部分に取り付け、一方向排出バルブは、内部の高圧ガスをバッテリーセルの外に排出し、外部のガスがバッテリーセルの中に導入されるのを阻止するために使用される。
【００２３】
好ましい実施態様では、一方向排出バルブは、(a)密封部分に取り付けた第一フィルムと、(b)多孔質フィルムと、該多孔質フィルムが、該多孔質フィルムの、該一方向排出バルブの上側末端開口部を除いた外側周辺部が該第一フィルムに連結され、該多孔質フィルムの上側末端が該第一フィルムの上側末端よりも低い構造に構築され、(c)可変フィルムと、該可変フィルムが、該可変フィルムの、該一方向排出バルブの該上側末端開口部を除いた外側周辺部が該多孔質フィルムに連結され、該可変フィルムの下側末端が該多孔質フィルムに、該可変フィルムの下側末端が該多孔質フィルムの下側末端から予め決められた幅だけ分離された位置で連結され、該可変フィルムの該上側末端が該多孔質フィルムの上側末端よりも高く、該可変フィルムが、該多孔質フィルムの材料よりたわみ性が高い材料から製造されるか、または該多孔質フィルムの厚さより小さい厚さを有する構造に構築され、及び(d)第二フィルムとを包含し、該第二フィルムが、該第一フィルムの反対側で該密封部分に取り付けられ、該第二フィルムの、該一方向排出バルブの該上側末端開口部を除いた外側周辺部が該可変フィルムの該下側末端に連結されている。
【００２４】
従って、一方向排出バルブは、第一フィルムおよび第二フィルムの、バッテリーケースの密封部分に対する安定した連結により、バッテリーの密封性を維持する。また、内部のガスは、一方向排出バルブの上側末端におけるフィルム同士の分離により、バッテリーから、一方向排出バルブの上側末端を通して効果的に排出され、一方、ガスを除く物質の導入及び排出は多孔質フィルムにより阻止され、該多孔質フィルムは、第一フィルムと接触し、一方向排出バルブの下側末端で、一方向排出バルブの最も外側の部分を構成する。
【００２５】
説明の都合上、本明細書では、バルブの、バッテリーケースの密封部分から、バッテリーの外側に隣接する末端はバルブの上側末端と呼び、バルブの、バッテリーの内側に隣接する末端はバルブの下側末端と呼ぶ。
【００２６】
状況に応じて、一方向排出バルブの開放及び閉鎖は、一方向排出バルブの上側末端における可変フィルムの構造に応じて決定される。より詳しくは、バッテリーが正常に作動している間は、可変フィルムは第一フィルムに連結し、一方向排出バルブの上側末端を閉鎖している。バッテリーの異常作動により内部圧力が増加すると、可変フィルムが第一フィルムから分離し、一方向排出バルブの上側末端を開く。
【００２７】
一方向排出バルブの上側末端における開口部を通してガスが排出された後、バッテリーの内部圧力が正常な状態に低下し、バッテリーの内部圧力が外部圧力と等しくなると、可変フィルムは第一フィルムと接触し、それによって、バッテリーの密封性が維持される。
【００２８】
好ましい実施態様では、可変フィルムは弾性材料から製造され、可変フィルムの上側末端は第一フィルムに向かって屈曲する。特に、ガスの排出後に可変フィルムの屈曲状態が維持されるように、可変フィルムは第一フィルムと接触する。
【００２９】
この時点で、可変フィルムは排出バルブの上側末端における多孔質フィルムの上側末端より大きく、排出バルブの下側末端における多孔質フィルムの下側末端より小さい。従って、一方向排出バルブは、バッテリーが正常に作動する際に、一方向排出バルブの下側末端が多孔質フィルムから構成され、一方向排出バルブの上側末端が可変フィルムにより取り囲まれる構造に構築することができる。
【００３０】
上記の好ましい実施態様では、一方向排出バルブの上側末端開口部は、一方向排出バルブの上側末端開口部がバッテリーセルの外側と連絡するように、バッテリーケースの密封部分中に形成される。特に、一方向排出バルブは、一方向排出バルブの上側末端開口部がバッテリーセルの外側と連絡し、密封部分の外側縁部と接触し、一方向排出バルブの多孔質フィルムから構成される下側末端がバッテリーセルの内側と連絡するように、密封部分の内側縁部と接触する。この場合、一方向排出バルブの上側末端開口部は、第一フィルムと接触する可変フィルムにより閉鎖される。
【００３１】
また、排出バルブは、第一フィルムが第二フィルムと接触し、バッテリーケースの密封性をさらに改良する構造で閉鎖されるのが好ましい。第一フィルム及び第二フィルムは、特定の弾性力または第一フィルム及び第二フィルムの変形に対する回復力を有する材料から製造する。例えば、第一フィルムと第二フィルムの間の接触構造は、第一フィルムの上側末端が第二フィルムの上側末端に向かって屈曲する構造または第二フィルムの上側末端が第一フィルムの上側末端に向かって屈曲する構造でよい。
【００３２】
別の好ましい実施態様では、第一フィルムの上側末端が、密封部分の末端と同じ高さに位置するか、または第一フィルムの上側末端が密封部分の断面に対して直角に曲げられている。あるいは、第二フィルムの上側末端は、第二フィルムの上側末端が第一フィルムまたは密封部分の垂直断面と接触するように、曲げることができる。この場合、ガス排出バルブの上側末端は外側に向かって突き出さず、従って、ガス排出バルブの処理が容易であり、都合が良い。
【００３３】
従って、バッテリーの内部圧力がバッテリーの異常作動により増加すると、ガス排出バルブの上側末端で可変フィルムと第一フィルムの間の分離及び第一フィルムと第二フィルムの間の分離が連続的に起こり、それによって、内部ガスがバッテリーから排出される。ガスの排出後、第一フィルム及び第二フィルムが互いに接触し、従って、外部ガスまたは湿分のバッテリー中への導入が阻止される。その結果、バッテリーの再使用が可能になる。
【００３４】
上記の好ましい実施態様では、一方向排出バルブの上側末端開口部は、密封部分により、予め決められた幅だけ閉鎖される。具体的には、一方向排出バルブが、密封部分の外側縁部から予め決められた幅だけ間隔を置いて分離され、一方向排出バルブの上側末端開口部が密封部分中に位置し、密封部分の内側縁部と接触し、一方向排出バルブの、多孔質フィルムにより構成される下側末端が、バッテリーセルの内側と連絡する構造に、一方向排出バルブを構築することができる。
【００３５】
この場合、一方向排出バルブの上側末端開口部は、第一フィルムに取り付けた可変フィルムにより、または電極アセンブリーをシールする密封部分により、閉鎖することができる。従って、バッテリーの内部圧力がバッテリーの異常作動により増加すると、可変フィルムと第一フィルムとの間の分離及び密封部分の分離がガス排出バルブの上側末端で連続的に起こり、それによって、内部ガスがバッテリーから排出される。この構造は、特にバッテリーの正常作動の際にバッテリーの密封性を確保するのに好ましい。この構造により、バッテリー中に大きな圧力が発生した時にのみ、ガスを排出することができる。
【００３６】
ここで、一方向排出バルブの上側末端開口部を閉鎖する密封部分の幅には、特に制限は無い。しかし、一方向排出バルブの上側末端開口部を閉鎖する密封部分の幅は、バッテリーの正常作動の際のバッテリーの密封性及びバッテリーの安全性のために許容されるガスの圧力を考えて、密封部分の幅全体の10〜60％であるのが好ましい。
【００３７】
好ましい実施態様では、多孔質フィルムは、ガス成分、即ちガス、をそのフィルムを通して通過させるが、液体成分、即ち電解質、の通過を最大限抑制することができるガス及び液体分離フィルムである。
【００３８】
本発明の二次バッテリーは、電極アセンブリーをバッテリーケース中に取り付けた状態で、電極アセンブリーをリチウム含有電解質で含浸することにより製造される、リチウム二次バッテリーに適用するのが好ましい。
【００３９】
本発明の別の態様では、上記の構造を有する二次バッテリーを単位電池として包含する、高出力及び大容量の中または大型バッテリーパックを提供する。電気自動車またはハイブリッド電気自動車に使用する中または大型バッテリーパックには、長時間の作動寿命及び高い安全性を有することが求められる。単位電池中で発生するガスによりバッテリーパックの劣化が促進されると、バッテリーパックの寿命が大幅に短縮される。また、一部の単位電池により引き起こされるバッテリーパックの異常作動により、バッテリーパックの安全性が大きく低下する。この理由から、上記の一方向排出バルブをバッテリーパックに使用するのが好ましい。
【００４０】
リチウム二次バッテリー及び中または大型バッテリーパックの一般的な構造及びリチウム二次バッテリー及び中または大型バッテリーパックの製造方法は、本発明が関与するこの分野では良く知られており、従って、それらの詳細な説明は行わない。
【００４１】
本発明の上記の、及び他の目的、特徴及び利点は、添付の図面を参照しながら記載する下記の詳細な説明により、より深く理解される。
【好ましい実施態様の詳細な説明】
【００４２】
ここで、添付の図面を参照しながら、本発明の好ましい実施態様を詳細に説明する。しかし、本発明の範囲は、例示する実施態様に限定されるものではない。
【００４３】
図1は、本発明の好ましい実施態様による小袋形二次バッテリーを例示する平面図である。図1の二次バッテリーは、一般的に使用されている従来の小袋形二次バッテリーとほぼ同等であるので、本発明の特徴だけを以下に説明する。
【００４４】
図1に関して、二次バッテリー100は、アルミニウムラミネートシート製のバッテリーケース110の外側周辺部に沿って密封部分130形成され、その密封部分130に一方向排出バルブ200が取り付けられた構造に構築されている。
【００４５】
一方向排出バルブ200は、二次バッテリー100の異常作動の際に、一方向排出バルブ200が内部高圧ガスをバッテリーセルから排出し、一方、一方向排出バルブ200が外部ガスがバッテリーセル中に導入されるのを阻止する構造に構築されている。この構造は、二次バッテリー100がその正常作動から異常作動に切り換わる時の、排出バルブの作動を典型的に示す図2及び3から、より明確に理解される。
【００４６】
これらの図面に関して、一方向排出バルブ200は、第一フィルム210、多孔質フィルム220、可変フィルム230、及び第二フィルム240が特定の積重様式で積み重ねられた構造に構築されている。
【００４７】
第一フィルム210は、バッテリーの密封部分130に直接取り付けられている。
【００４８】
多孔質フィルム220は、多孔質フィルム220の、一方向排出バルブ200の上側末端開口部250を除いた外側周辺部が第一フィルム210に連結し、多孔質フィルム220の上側末端が第一フィルム210の上側末端より低い構造に構築されている。
【００４９】
可変フィルム230は、可変フィルム230の、一方向排出バルブ200の上側末端開口部250を除いた外側周辺部が多孔質フィルム220に連結し、可変フィルム230の下側末端が多孔質フィルム220に、可変フィルム230の下側末端が多孔質フィルム220の下側末端から予め決められた幅だけ間隔を置いた位置(破線円Ａ)で連結し、可変フィルム230の上側末端が多孔質フィルム220の上側末端よりも高い構造に構築されている。
【００５０】
第二フィルム240は、第二フィルム240が密封部分130に、第一フィルム210と反対側で取り付けられ、第二フィルム240の、一方向排出バルブ200の上側末端開口部250を除いた外側周辺部が、可変フィルム230の下側末端に連結する構造に構築されている。
【００５１】
図2に示すように、バッテリーが正常に作動している間、ガス排出バルブ200の上側末端開口部250は、第一フィルム210に取り付けられた可変フィルム230により閉鎖されている。他方、バッテリー異常作動によりバッテリーの内部圧力が増加すると、可変フィルム230は、図3に示すように、第一フィルム210から分離され、その結果、一方向排出バルブ200の上側末端開口部250が開く。従って、一方向排出バルブ200は、バッテリーの正常作動の際には、一方向排出バルブ200の上側末端開口部250を閉鎖している可変フィルム130により、外部ガスがバッテリー中に導入されるのを阻止し、バッテリーが異常作動すると、バッテリー内部の圧力増加により、可変フィルム230が第一フィルムから分離し、それによって、一方向排出バルブ200は、内部ガスをバッテリーから効果的に排出する。
【００５２】
一方向排出バルブ200は、ガス排出バルブ200の上側末端開口部250がバッテリーの外側と連絡するように、密封部分130の外側縁部に隣接する位置に取り付けられる。あるいは、図4に示すように、一方向排出バルブ200の上側末端開口部250は、密封部分130の中に位置することもできる。
【００５３】
図2及び3に示すように、一方向排出バルブ200は、一方向排出バルブ200の上側末端開口部250が、密封部分130の外側縁部と接触した状態で、第一フィルム210と可変フィルム230の間の連結、及び一方向排出バルブ200の上側末端開口部250における第一フィルム210と第二フィルム240の間の連結により閉鎖され、それによって、異物がバッテリー中に導入されるのを阻止し、バッテリーの内部圧力が増加した時に、フィルム210と230が分離し、フィルム210と240が分離することにより、開き、内部ガスをバッテリーから排出する。
【００５４】
図4に示すように、ガス排出バルブ200の上側末端開口部250が密封部分130の中に位置する場合、一方向排出バルブ200は、互いに連結された第一フィルム210と可変フィルム230及び予め決められた幅ｘだけ密封部分130により閉鎖され、それによって、異物がバッテリー中に導入されるのを阻止し、バッテリーの内部圧力が増加した時に、フィルム210と230の分離及び密封部分130の分離により開き、外部ガスをバッテリーから排出する。従って、密封部分130は、相反する作用機構である密封機能及びガス排出機能を同時に果たすことができる。
【００５５】
また、一方向排出バルブ200は、一方向排出バルブ200の下側末端がバッテリーセル中に位置するように取り付けられ、該下側末端は、一方向排出バルブ200の上側末端開口部250と反対側にあり、該下側末端で、多孔質フィルム220が一方向排出バルブ200の最も外側の部分を構成する。従って、バッテリーが異常作動した時にバッテリー中で発生する大量のガスは、多孔質フィルム220を通してバッテリーの外に排出されるが、ガスを除いた他の物質は、バッテリーから排出されない。
【００５６】
図5及び6は、本発明の第二実施態様によるガス排出バルブの、二次バッテリーがその正常作動から異常作動に切り換わる時の、密封部分に取り付けられた排出バルブの作動を示す典型的な図である。また、図7は、本発明の第三実施態様による排出バルブの、二次バッテリーの異常作動により、二次バッテリーからガスが排出される時の、排出バルブの作動を示す典型的な図である。図5及び6に示すガス排出バルブの、ガス排出バルブの上側末端における接点を除いた構成部品は、図5及び6に示すガス排出バルブの構成部品と同等であるので、それらの詳細な説明は行わない。
【００５７】
先ず図5及び6に関して、ガス排出バルブ201は、第二フィルム241が第一フィルム211に向かって弾性的に屈曲し、第二フィルム241の一端が第一フィルム211の一端と接触し、それによって、ガス排出バルブ201の上側末端が密封される。従って、バッテリーの異常作動によりバッテリーの内部圧力が増加すると、図6に示すように、可変フィルム231を通過したガスが、第一フィルム211及び第二フィルム241を互いに分離しながら、バッテリーの外に排出される。他方、バッテリーの正常作動の際、またはバッテリーの異常作動によるガスがバッテリーの外に排出された後、図5に示すように、第二フィルム241の回復力により、第二フィルム241は第一フィルム211と接触し、それによって、ガス排出バルブ201の上側末端251が閉鎖される。
【００５８】
図7に関して、ガス排出バルブ202は、第一フィルム212が密封部分と緊密に接触するように、第一フィルム212が密封部分の垂直断面方向に屈曲し、第二フィルム242の一端が第一フィルム212の一端と接触するように、第二フィルム242が第一フィルム212に向かって弾性的に屈曲する構造に構築される。従って、バッテリーの異常作動の際、可変フィルム232を通過したガスは、第一フィルム212及び第二フィルム242を互いに分離しながら、バッテリーの外に排出される。ガスがバッテリーの外に完全に排出された後、第二フィルム242は第一フィルム212と接触する。上記の構造に構築されたガス排出バルブ202には、ガス排出バルブ202の上側末端252が外側に突き出さず、従って、ガス排出バルブ202の処理が容易に、好都合になるという利点がある。
【００５９】
本発明の好ましい実施態様を例示のために開示したが、当業者には明らかなように、請求項に記載する本発明の範囲及び精神から離れることなく、様々な修正、追加及び置き換えが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
上記の説明から明らかなように、本発明の二次バッテリーには、バッテリーケースの密封性を維持しながら、バッテリーの異常作動、例えば過充電、の際に発生した内部の高圧ガスをバッテリーケースの外側に効果的に排出し、それによって、バッテリーの効率および安全性を同時に改良する、という効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】図1は、本発明の好ましい実施態様による小袋形二次バッテリーを例示する平面図である。
【図２】図2は、本発明の第一実施態様によるガス排出バルブの、二次バッテリーがその正常作動から異常作動に切り換わる時の、密封部分に取り付けられた排出バルブの作動を示す典型的な図である。
【図３】図3は、本発明の第一実施態様によるガス排出バルブの、二次バッテリーがその正常作動から異常作動に切り換わる時の、密封部分に取り付けられた排出バルブの作動を示す典型的な図である。
【図４】図4は、図1に示す本発明の修正による、排出バルブを有する二次バッテリーを例示する平面図である。
【図５】図5は、本発明の第二実施態様による排出バルブの、二次バッテリーがその正常作動から異常作動に切り換わる時の、密封部分に取り付けられた排出バルブの作動を示す典型的な図である。
【図６】図6は、本発明の第二実施態様による排出バルブの、二次バッテリーがその正常作動から異常作動に切り換わる時の、密封部分に取り付けられた排出バルブの作動を示す典型的な図である。
【図７】図7は、本発明の第三実施態様による排出バルブの、二次バッテリーの異常作動により、二次バッテリーからガスが排出される時の、排出バルブの作動を示す典型的な図である。
【図１】
2010503150.tif 000003
【図２】
2010503150.tif 000004
【図３】
2010503150.tif 000005
【図４】
2010503150.tif 000006
【図５】
2010503150.tif 000007
【図６】
2010503150.tif 000008
【図７】
2010503150.tif 000009
【国際調査報告】
2010503150.tif 000010
2010503150.tif 000011