(57)【要約】  安全性を改良した円筒形二次バッテリー  電極アセンブリーが内部に取り付けられている円筒形容器の開いた上側末端に折り曲げ区域が形成され、該折り曲げ区域でキャップアセンブリーが該円筒形容器の開いた上側末端に取り付けられる構造に構築された円筒形二次バッテリーであって、該折り曲げ区域が、該折り曲げ区域の内側に配置されたガスケットを取り囲むように、該折り曲げ区域の上側末端が予め決められた曲率半径(Ｒ)で緩やかに屈曲し、屈曲した前端部が、該屈曲した末端が該ガスケットを圧迫するように伸び、該折り曲げ区域の上側部分が内側に向くように、該折り曲げ区域の側壁に予め決められた角度の傾斜が形成される構造に構築された、円筒形二次バッテリーを開示する。本発明の二次バッテリーにより、ガスケットの密封性が改良され、折り曲げ区域に形成された傾斜により、外部衝撃が部分的に吸収される。従って、折り曲げ区域の変形が最少に抑えられ、それによって、電解質の漏れが阻止され、バッテリーの安全性が大きく改良される。
2010503186.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒形二次バッテリーであって、
折り曲げ区域が、電極アセンブリーが内部に取り付けられている円筒形容器の開いた上側末端に形成され、前記折り曲げ区域でキャップアセンブリーが前記円筒形容器の開いた上側末端に取り付けられる構造に構築されてなり、
前記折り曲げ区域が、前記折り曲げ区域の内側に配置されたガスケットを取り囲むように、前記折り曲げ区域の上側末端が予め決められた曲率半径(Ｒ)で緩やかに屈曲し、屈曲した前端部が、前記屈曲した末端が前記ガスケットを圧迫するように伸び、前記折り曲げ区域の上側部分が内側に向くように、前記折り曲げ区域の側壁に予め決められた角度の傾斜が形成される構造に構築されてなる、円筒形二次バッテリー。
【請求項２】
前記傾斜が、垂直部分で湾曲していない2〜3 mmの直線区域である、請求項１に記載の円筒形二次バッテリー。
【請求項３】
前記予め決められた角度が、前記容器の前記側部から1〜8度である、請求項１に記載の円筒形二次バッテリー。
【請求項４】
前記予め決められた角度が、前記容器の前記側部から1〜5度である、請求項３に記載の円筒形二次バッテリー。
【請求項５】
前記傾斜が、前記側壁の中央から、前記側壁の全長の上側及び下側30％以内で開始する、請求項１に記載の円筒形二次バッテリー。
【請求項６】
前記屈曲した前端部が、前記折り曲げ区域の前記側部から2〜3 mmだけ伸びている、請求項１に記載の円筒形二次バッテリー。
【請求項７】
前記屈曲した前端部が、前記折り曲げ区域の前記側壁から60〜85度の角度で屈曲している、請求項１に記載の円筒形二次バッテリー。
【請求項８】
前記曲率半径(Ｒ)の値が0.3〜2 mmである、請求項１に記載の円筒形二次バッテリー。
【請求項９】
前記円筒形容器の厚さが0.15〜0.35 mmである、請求項１に記載の円筒形二次バッテリー。
【発明の詳細な説明】
【発明の分野】
【０００１】
本発明は、円筒形二次バッテリーに関し、より詳しくは、電極アセンブリーが内部に取り付けられている円筒形容器の開いた上側末端に折り曲げ区域(crimping region)が形成され、該折り曲げ区域でキャップアセンブリーが該円筒形容器の開いた上側末端に取り付けられる構造に構築された円筒形二次バッテリーであって、該折り曲げ区域が、予め決められた状態に形成され、それによって、電解質の漏れが阻止され、該バッテリーの内部圧力増加による該折り曲げ区域の変形が阻止される、円筒形二次バッテリーに関する。
【発明の背景】
【０００２】
可動装置が益々多く開発され、そのような可動装置の需要が増加するにつれて、それらの可動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。特に、高エネルギー密度及び高放電電圧を有するリチウム二次バッテリーに対して多くの研究が行われており、このバッテリーが現在商業化され、広く使用されている。
【０００３】
二次バッテリーを使用できる用途及び製品が増加するにつれて、様々な用途及び製品に対応する出力及び容量を与えることができるように、バッテリーの種類も増加している。例えば、小型の可動装置、例えば携帯電話、パーソナルデジタルアシスタント(PDA)、デジタルカメラ、及びラップトップコンピュータ、は、対応する製品の小型化及び軽量化に応じて、各装置毎に、一または数個の小型、軽量二次バッテリー(単位電池)を使用する。
【０００４】
二次バッテリーの外側及び内側構造に応じて、二次バッテリーは、一般的に円筒形バッテリー、プリズム形バッテリー、または小袋形バッテリーに分類することができる。二次バッテリーを構成する、カソード/セパレータ/アノード構造を有する電極アセンブリーの構造に応じて、二次バッテリーは、ゼリーロール(巻き上げ)型構造または積重型構造に構築することができる。
【０００５】
一般的に使用されるゼリーロール型電極アセンブリーは、集電装置として使用する金属ホイルを電極活性材料で被覆し、被覆された金属ホイルを乾燥させ、プレス加工し、その乾燥させ、プレス加工した金属ホイルを、予め決められた幅及び長さを有する帯の形態に切断し、セパレータを使用してアノード及びカソードを互いに分離し、アノード/セパレータ/カソード構造を渦巻形状に巻き上げることにより、製造される。ゼリーロール型電極アセンブリーは、一般的に円筒形バッテリーに好適である。状況に応じて、ゼリーロール型電極アセンブリーをプリズム形バッテリー及び小袋形バッテリーに使用できるように、ゼリーロール型電極アセンブリーを板状構造に圧縮することができる。
【０００６】
図1は、従来の円筒形バッテリーの構造を例示する垂直断面図である。
【０００７】
図1に関して、円筒形バッテリー10は、一般的に円筒形容器20、容器20の中に取り付けられたゼリーロール型電極アセンブリー30、容器20の上側末端に連結されたキャップアセンブリー40、及びキャップアセンブリー40が取り付けられている折り曲げ区域50を包含する。
【０００８】
電極アセンブリー30は、カソード31及びアノード32を、カソード31とアノード32の間にセパレータ33を挿入した状態でゼリーロール型形状に巻き上げた構造に構築されている。カソード31には、キャップアセンブリー40に接続されたカソードタブ34が取り付けられている。アノード32には、容器20の下側末端に接続されたアノードタブ(図には示していない)が取り付けられている。
【０００９】
キャップアセンブリー40は、カソード端子を構成するトップキャップ41、バッテリーの内側温度が増加した時にバッテリー抵抗が大きく増加することにより電気回路を遮断するための正温度係数(PTC)素子42、バッテリーの内側圧力が増加した時に電流及び／または排出ガスを遮断するための屈曲安全部材43、特定部分を除いて屈曲安全部材43をキャッププレート45から電気的に隔離するための絶縁部材44、及びカソード31に取り付けられているカソードタブ34に接続されたキャッププレート45を包含する。キャップアセンブリー40は、トップキャップ41、PTC素子42、屈曲安全部材43、絶縁部材44、及びキャッププレート45を連続的に積み重ねた構造に構築される。
【００１０】
折り曲げ区域50は、キャップアセンブリー40を容器20の開いた上側末端に取り付けることができるように、容器20の上側末端に形成する。より詳しくは、折り曲げ区域50は、容器20の内側に窪みが形成されるように、容器20の上側末端に丸みを付け(beading)、ガスケット60を取り付け、キャッププレート45、絶縁部材44、屈曲安全部材43、及びトップキャップ41の
外周部分を順次挿入し、容器20の上側末端を曲げることにより、形成される。その結果、折り曲げ区域50は、折り曲げ区域50の内側に配置されたガスケット60を取り囲む形状に形成される。キャップアセンブリー40は、折り曲げ及びプレス加工により、折り曲げ区域50に取り付けられる。
【００１１】
しかし、外部の衝撃が上記の構造を有する二次バッテリーに作用すると、二次バッテリーの密封性が低下し、二次バッテリーの電気的接続区域における抵抗が変動し、二次バッテリーの安静が低下し、二次バッテリーが所望の性能を発揮するのが困難になることが分かっている。
【００１２】
この理由から、本発明者らは、韓国特許出願第2006−22950号明細書に開示されている、構造が改良された二次バッテリーを提案している(図2参照)。
【００１３】
図2に関して、円筒形二次バッテリー100は、電極アセンブリー110を容器200の中に挿入し、電解質を容器200の中に注入し、キャップアセンブリー300を容器200の開いた上側末端に取り付けることにより製造される。円筒形二次バッテリー100の製造方法は従来型円筒形バッテリーを製造する方法と一般的に同等である。しかし、円筒形二次バッテリー100の構造は、従来型円筒形バッテリーの構造とは異なっている。その違いを以下に詳細に説明する。
【００１４】
キャップアセンブリー300は、気密性を維持するために、トップキャップ310及び内部圧力を下げるための屈曲安全部材320が、容器200の上側丸み部分210に取り付けたガスケット400の内側で互いに緊密に接触する構造に構築されている。トップキャップ310は、トップキャップ310の中央部分が上方向に突き出るように形成され、従って、トップキャップ310が、外部回路に接続されるカソード端子として作用する。トップキャップ310は、その突き出た部分の周辺部に沿って複数の通し孔312を備え、それらの通し孔を通して加圧されたガスが容器200から外に排出される。
【００１５】
屈曲安全部材320は、薄膜構造であり、そこを通して電流が流れる。屈曲安全部材320の中央部分は、凹んでおり、凹んだ中央部分322を形成し、深さが異なった2個の切欠き部324及び326が中央部分322の上側及び下側屈曲区域にそれぞれ形成されている。屈曲安全部材320の下には、バッテリーの外にガスを排出し、同時に、電流を遮断するための電流遮断部材600が取り付けてある。屈曲安全部材320の末端は、トップキャップ310の外周表面314を取り囲み、トップキャップ310の下側末端表面に輪状突起316が形成されている。
【００１６】
上記の構造を有する円筒形二次バッテリー100は、電気的接続区域における密封性に関連する問題及び抵抗変動の問題を解決する。しかし、本発明者らが行った実験により、強い外部衝撃が二次バッテリーに作用した時、または二次バッテリーの内部圧力が急激に増加した時、図1の構造に構築された折り曲げ区域ならびに図2の構造に構築された折り曲げ区域は容易に変形し、トップキャップ、屈曲安全部材、及びガスケット間の接触表面が互いに分離するために、二次バッテリーの密封性が低下することが分かった。
【００１７】
図3は、円筒形二次バッテリーの折り曲げ区域を例示する部分的拡大図である。説明の都合上、容器の、折り曲げ区域を形成する部分だけを示す。
【００１８】
図3に関して、折り曲げ区域500は、ガスケット400(図2参照)がキャップアセンブリー300と容器200の開いた上側末端との間に配置された状態で、キャップアセンブリー300(図2参照)が容器200(図2参照)の開いた上側末端に安定して取り付けられるように、折り曲げ区域500の末端が屈曲した構造に構築される。折り曲げ区域500の側壁520は、バッテリーの側部と同じ様式で垂直に形成され、折り曲げ区域500の屈曲した前端部510は内側に伸びており、折り曲げ区域500の屈曲した前端部510が予め決められた角度で傾斜した状態で、折り曲げ区域500の屈曲した前端部510がガスケット400を圧迫するようになっている(図2参照)。
【００１９】
しかし、この構造では、例えばバッテリーの側部に強い外部力が (水平矢印で示す方向で) 作用した時、折り曲げ区域500の側壁520が内側に向かって曲げられるか、または圧迫される結果、折り曲げ区域500の屈曲した前端部510が上方向に移動する(線ａ参照)。また、例えば強い外部力が (約45度傾斜した矢印で示す方向で) バッテリーの角部に作用した時、折り曲げ区域500の側壁520が外に向かって突き出す結果、折り曲げ区域500の屈曲した前端部510が広がってしまう。これらの変形は、折り曲げ区域500によるガスケットの密封力を低下させるファクターとして作用することがある。
【００２０】
他方、バッテリーが高温環境にさらされた時、またはバッテリーに作用する外部衝撃によりバッテリー中で局所的な短絡が生じた時、カソード界面で電解質の分解反応が起こる結果、大量のガスが発生する。バッテリーの内部圧力が予め決められた圧力レベルを超えると、屈曲安全部材320(図2参照)が作動し、高圧ガスを外に排出する。しかし、屈曲安全部材320のが作動する前に、高圧ガスのために折り曲げ区域が変形し、ガスケットの密封性が低下するために、電解質が高圧ガスと共にバッテリーの外に排出され、バッテリーの安全性が大きく損なわれる。
【００２１】
特に、折り曲げ区域が変形すると、トップキャップ、屈曲安全部材、及びガスケット間の接触表面が互いに分離するか、または折り曲げ区域の屈曲した前端部がガスケットを強く圧迫できなくなり、従って、ガスケットの密封性が部分的に解除される。その結果、屈曲安全部材とトップキャップの間の接触表面が瞬間的に互いに分離する。そのために、電解質がその隙間を通って外に漏れ、バッテリーが引火または爆発することがある。その結果、バッテリーの安全性は大きく低下する。
【００２２】
従って、外部衝撃または内部圧力から密封性を維持することができる円筒形二次バッテリーが強く求められている。
【発明の概要】
【００２３】
従って、本発明は、上記の問題及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。
【００２４】
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、円筒形二次バッテリーの折り曲げ区域が、該折り曲げ区域の側壁及び上側末端が内側に向かって予め決められた角度で傾斜するように形成され、屈曲構造が特定の条件により構築されている場合、外部衝撃が部分的に吸収され、ガスケットが折り曲げ区域と緊密に接触し、それによって、強い外部衝撃及びバッテリーの内部圧力による折り曲げ区域の変形が最少に抑えられ、従って、優れた密封性が維持され、バッテリーの安全性が大きく改良されることを見出した。本発明は、これらの知見に基づいて完成された。
【００２５】
本発明の一態様により、上記の、及び他の目的は、電極アセンブリーが内部に取り付けられている円筒形容器の開いた上側末端に折り曲げ区域が形成され、該折り曲げ区域でキャップアセンブリーが該円筒形容器の開いた上側末端に取り付けられる構造に構築された円筒形二次バッテリーであって、該折り曲げ区域が、該折り曲げ区域の内側に配置されたガスケットを取り囲むように、該折り曲げ区域の上側末端が予め決められた曲率半径Ｒで緩やかに屈曲し、屈曲した前端部が、該屈曲した末端が該ガスケットを圧迫するように伸び、該折り曲げ区域の上側部分が内側に向くように、該折り曲げ区域の側壁に予め決められた角度の傾斜が形成される構造に構築された、円筒形二次バッテリーを提供することにより、達成される。
【００２６】
本発明の二次バッテリーでは、折り曲げ区域の側壁及び上側末端が、予め決められた角度で内側に向かって傾斜している。そのため、バッテリーに作用する外部の物理的衝撃、落下または振動による折り曲げ区域の変形が最少に抑えられ、それによって、バッテリーからの電解質の漏れが阻止される。
【００２７】
特に、強い外部衝撃がバッテリーに側部方向または角部方向で作用した時、その衝撃は、折り曲げ区域の側壁の傾斜部分により部分的に吸収され、衝撃は折り曲げ区域側壁の下側部分に相対的に集中し、それによって、ガスケットとの緊密な接触が弾性により維持される。そのため、強い外部衝撃がバッテリーに作用しても、折り曲げ区域は全く変形しないか、または折り曲げ区域は、バッテリーの安全性が確保される程度に変形し、従って、バッテリーの安全性は著しく改良される。バッテリー安全性の著しい改良は、以下に説明する例及び比較例から、より明確に分かる。
【００２８】
さらに、折り曲げ区域の屈曲した前端部の角度を、本発明により、二次バッテリーで予め決められた条件に設定すると、バッテリーの内部圧力の増加による折り曲げ区域の変形が最少に抑えられ、従って、バッテリーの安全性がより改良される。
【００２９】
本発明では、傾斜は、垂直部分で湾曲していない直線区域である。傾斜が垂直部分で湾曲すると、衝撃が集中する区域が形成され、その結果、所望の外部衝撃吸収効果及び所望の折り曲げ区域変形阻止効果が示されない。傾斜の、垂直部分で直線を形成する長さは、折り曲げ区域の長さ及び傾斜の開始点に応じて変えることができる。傾斜の長さは、好ましくは1〜3 mm、より好ましくは2〜3 mmである。
【００３０】
折り曲げ区域の側壁が傾斜する傾斜角度は、容器の機械的強度およびガスケットの弾性力及び耐久性を考慮して、キャップアセンブリーの変形を誘発しない範囲内に適切に決定することができる。傾斜角度は、好ましくは容器の側部から1〜8度、より好ましくは1〜5度である。
【００３１】
傾斜角度が8度を超えると、ガスケットが過度に圧迫される結果、ガスケットの弾性力のために傾斜を維持するのが困難になり、内側の安全性に関連する部分が変形することがある。反対に、傾斜角度が1度未満である場合、本発明の効果が発揮されない。
【００３２】
折り曲げ区域の側壁に形成される傾斜区域の出発点に特に制限は無いが、傾斜区域の出発点は、折り曲げ区域の下側末端から、または折り曲げ区域の中央に近い区域から開始することができる。
【００３３】
例えば、外部衝撃が側部方向で水平にバッテリーに作用する場合、その衝撃は、側壁の最下端から側壁傾斜が開始する構造中の狭い区域に集中し、その結果、折り曲げ区域に亀裂が形成されるか、または非常に大きな圧力が作用することがあり、それによって、折り曲げ区域が大きく変形することがある。反対に、側壁傾斜が、側壁の上側末端に向かって大きく偏位した位置から開始する場合、折り曲げ区域の下側末端に作用する衝撃とほとんど同じ強度を有する衝撃が、折り曲げ区域の上側末端に作用し、その結果、衝撃を排除する効果が小さくなり、従って、折り曲げ区域の変形を最少に抑えることが困難になる。そのため、側壁傾斜は、折り曲げ区域の変形を最少に抑える範囲内に設定するのが好ましい。より好ましくは、側壁傾斜は、側壁の中央から、側壁の全長の上側及び下側30％以内で開始する。
【００３４】
一方、傾斜を形成する方法および工程に、特に制限は無い。例えば、バッテリー容器を製造する際に、またはバッテリー容器に電極アセンブリーを取り付けた後の、折り曲げ区域を形成する際に、傾斜を形成することができる。しかし、好ましくは、キャップアセンブリーの設置を容易に行えるように、キャップアセンブリーをバッテリー容器の開いた上側末端に取り付け、折り曲げ区域の内側に位置するガスケットを十分に圧迫した後、傾斜を形成する。
【００３５】
また、折り曲げ区域が、折り曲げ区域の内側に位置するガスケットを取り囲むことができるように、本発明の折り曲げ区域を緩やかに屈曲させる。ガスケットは、屈曲安全部材をトップキャップから電気的に絶縁し、バッテリーの内側を密封する作用をする。しかし、バッテリーの過充電などにより、バッテリーの内部圧力が増加すると、ガスケットが過度に変形し、バッテリーの密封性が大きく低下することがあり、従って、電解質がバッテリーから漏れることがある。従って、折り曲げ区域の変形を阻止するために、折り曲げ区域の屈曲した前端部は内側に向かって伸び、屈曲した前端部がガスケットの過度の変形を防止しながら、屈曲した前端部がガスケットを十分に圧迫する。また、折り曲げ区域の屈曲した前端部は、折り曲げ区域の側部から予め決められた角度で傾斜している。
【００３６】
折り曲げ区域の屈曲した前端部が内側に向かって伸びる長さは、容器の機械的強度およびガスケットの弾性力及び耐久性を考慮して、適切に決定することができる。好ましい実施態様では、折り曲げ区域の屈曲した前端部は、折り曲げ区域の側部から2〜3 mmだけ伸びている。
【００３７】
また、ガスケットと折り曲げ区域の間の緊密な接触が維持され、ガスケットに予め決められた圧力が作用するように、折り曲げ区域の屈曲した前端部は、折り曲げ区域の側壁から60〜85度の角度で屈曲しているのが好ましい。これによって、ガスケットは折り曲げ区域の屈曲末端と緊密に接触し、ガスケットは折り曲げ区域の屈曲末端により適切に圧迫され、それによって、バッテリーの内部圧力による、バッテリーからの液体の漏れ(バッテリーからの電解質の漏れ)が防止され、従って、バッテリーの安全性が大きく改良される。
【００３８】
折り曲げ区域の屈曲した前端部の内側に向かって伸びる長さが小さすぎるか、または折り曲げ区域の屈曲した前端部の角度が大きすぎる場合、ガスケットを十分に圧迫し、従って、折り曲げ区域の変形により、電解質の漏れ現象が起こることがある。反対に、折り曲げ区域の屈曲した前端部の内側に向かって伸びる長さが大きすぎるか、または折り曲げ区域の屈曲した前端部の角度が小さすぎる場合、折り曲げ区域の屈曲末端ガスケットを過度に圧迫し、ガスケットが損傷を受けることがある。
【００３９】
曲げ工程に特に制限は無い。例えば、曲げ工程は、間欠的に行うことができる。具体的には、一次的に、折り曲げ区域の屈曲した前端部がトップキャップの中央軸に対してほぼ直角になるように、折り曲げ区域の屈曲した前端部を折り曲げ区域の側部から曲げ、二次的に、折り曲げ区域の屈曲末端がガスケットの上側末端と緊密に接触するように、折り曲げ区域の屈曲した前端部を60〜85度の角度で曲げ、次いで、折り曲げ区域の屈曲した前端部を圧迫する。この時、一次曲げ工程と二次曲げ工程の間の時間間隔は、曲げの際に応力が集中する曲げ区域から応力が十分に分散する僅かな時間間隔である。この間欠的な曲げ方法により、曲げ区域が破損する危険性が大きく低下する。
【００４０】
前に記載したように、折り曲げ区域は、折り曲げ区域の上側末端が予め決められた曲率半径Ｒで緩やかに曲げられる構造に構築され、好ましくは、曲率半径の値は0.3〜2 mmである。
【００４１】
曲率半径Ｒが2 mmを超えると、外部の力がバッテリーに、図3に示すように、側部方向で作用した時、曲げ区域が応力により容易に変形し、その結果、折り曲げ区域の屈曲した前端部がガスケットから分離し、従って、電解質の漏れ現象が起こることがある。反対に、曲率半径Ｒが0.3 mm未満である場合、側部方向でバッテリーに作用する外部力による曲げ区域の変形または屈曲末端の分離は阻止される。しかし、外部力がバッテリーの最上部に作用すると、応力が曲げ区域に集中し、その結果、対応する区域に亀裂が生じる。また、断面で急な角度が形成され、バッテリーを使用する際のバッテリーの取扱が困難になる。
【００４２】
好ましくは、円筒形容器の厚さは、0.15〜0.35 mmである。円筒形容器の厚さが小さすぎる場合、バッテリーの機械的強度が必然的に低下し、カソードリード線を円筒形容器の底部に溶接する際に溶接欠陥が生じることがある。そのため、溶接の際に円筒形容器の底部が破壊されるか、または深刻な損傷を受けることがある。反対に、円筒形容器の厚さが大きすぎる場合、バッテリーの総重量が増加し、電極アセンブリーの面積が相対的に低下し、それによって、バッテリーの容量が低下する。また、容器の開いた上側末端に対して丸みを付ける工程、及び曲げる工程を行うのが困難になる。
【００４３】
円筒形容器の材料に特に制限は無い。円筒形容器は、ステンレス鋼、鋼、アルミニウム、及びそれらの同等品からなる群から選択された材料から製造する。
【００４４】
本発明のバッテリーは、バッテリーに外部衝撃が頻繁に作用するか、またはバッテリーの内部短絡の危険性が非常に高いために、高レベルの安全性を必要とする装置の電力供給源として使用することができる。本発明のバッテリーは、使用の際に外部衝撃に頻繁にさらされることがあるラップトップパーソナルコンピュータ(PC)用の円筒形バッテリーとして使用するのが好ましい。
【００４５】
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】
【００４６】
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。
【００４７】
図4は、本発明の好ましい実施態様による円筒形二次バッテリーの折り曲げ区域を典型的に例示する拡大図であり、図5は、本発明の別の好ましい実施態様による円筒形二次バッテリーの折り曲げ区域を典型的に例示する拡大図である。図4及び5の折り曲げ区域は、図3の折り曲げ区域に対応する。これらの図面は、折り曲げ区域の側壁の傾斜、折り曲げ区域の曲げ区域の曲率半径、及び折り曲げ区域の屈曲した前端部の延長形状及び角度を示す。
【００４８】
これらの図面に関して、折り曲げ区域501及び502は、図3の折り曲げ区域500と形状が類似している。しかし、折り曲げ区域の側壁区域に予め決められた傾斜が形成されており、従って、側壁の上側末端は、同じ角度で幾分緩やかである。
【００４９】
図4に示す構造では、側壁区域521が、側壁区域521の中央から下方に偏位した、折り曲げ区域の全長の約30％の範囲内にある区域で傾斜が開始する構造に構築される。他方、図5に示す構造では、側壁区域522が、折り曲げ区域の中央の近くで傾斜が開始する構造に構築される。
【００５０】
傾斜は、側壁の垂直表面から1〜8度の角度θを有する。従って、図3の側壁520と比較して、側壁区域521及び522は、内側に向かって伸びる長さが等しい条件でも、ガスケット(図には示していない)に対する大きな圧迫力及び高い密封性を示す。
【００５１】
従って、強い外部力がバッテリーに側壁方向で作用する場合、衝撃は、予め決められた角度θで形成された側壁傾斜により部分的に吸収され、衝撃は、折り曲げ区域の側壁区域521及び522の下側末端に集中する。その結果、比較的小さな衝撃が、折り曲げ区域の上側末端に位置する屈曲した前端部511及び512に作用し、従って、折り曲げ区域501の内側に配置されたガスケットとの緊密な接触が維持される。
【００５２】
また、強い外部力がバッテリーに角部方向で作用する場合、側壁区域521及び522は外側に向かって変形し、その結果、屈曲した前端部511及び512は上方向に移動する。しかし、この時、ガスケットとの緊密な接触は、傾斜により維持される。従って、傾斜が予め決められた角度θで形成されている構造に構築された折り曲げ区域500は、外部力に対して高い抵抗を示し、従って、変形を抑制する。
【００５３】
さらに、60〜85度の角度αで屈曲した前端部511は、バッテリーの内部圧力が増加しても、高い形状維持能力を示す。従って、ガスケットとの緊密な接触が大きく低下せず、従って、電解質の漏れも阻止される。
【００５４】
屈曲した前端部511は、屈曲した前端部511が折り曲げ区域501から予め決められた角度αで屈曲した状態で、内側に向かって伸びる。曲率半径Ｒ、屈曲角度α、及び内側に向かって伸びる長さは、上記の説明と同じである。
【００５５】
以下に、本発明の例をより詳細に説明する。しかし、無論、本発明の範囲は、例示する例により制限されるものではない。
【００５６】
[例1]
トップキャップ及び円筒形容器を、冷間圧延し、ニッケル(Ｎｉ)被覆した炭素鋼シート(SPCE)から製造し、電極アセンブリーを円筒形容器の中に取り付け、丸みを付ける加工を円筒形容器の電極アセンブリーの上側末端に対応する区域で行い、折り曲げ区域を形成し、ガスケットを折り曲げ区域の内側に挿入し、キャップアセンブリーを折り曲げ区域に取り付けた。続いて、折り曲げ区域を、折り曲げ区域の側壁が容器の側部から2度傾斜するように、図4に示す構造に緩やかに曲げた。また、折り曲げ区域の末端を内側に、折り曲げ区域の屈曲末端が容器の側部から70字傾斜するように屈曲させた。この時、折り曲げ区域の末端を、折り曲げ区域の屈曲末端の曲率半径が1.3 mmになるように屈曲させた。続いて、折り曲げ及び圧迫工程を行い、標準的な18650円筒形二次バッテリー(直径18 mmおよび長さ65 mmを有する)を製造した。折り曲げ区域の屈曲した前端部は、折り曲げ区域の側部から内側に約2.4 mm伸びていた。
【００５７】
[例2]
折り曲げ区域の側壁傾斜が図5に示すように開始する以外は、例1と同様に円筒形二次バッテリーを製造した。
【００５８】
[比較例1]
折り曲げ区域の側壁が容器の側部と角度0度を形成する以外は、例1と同様に円筒形二次バッテリーを製造した。
【００５９】
[比較例2]
折り曲げ区域の側壁が容器の側部と角度9度を形成する以外は、例1と同様に円筒形二次バッテリーを製造した。
【００６０】
[比較例3]
折り曲げ区域の末端を、折り曲げ区域の屈曲末端が容器の側部と角度90度を形成するように屈曲させた以外は、例1と同様に円筒形二次バッテリーを製造した。
【００６１】
[比較例4]
折り曲げ区域の末端を、折り曲げ区域の屈曲末端が容器の側部と角度90度を形成するように屈曲させた以外は、例1と同様に円筒形二次バッテリーを製造した。
【００６２】
[実験例1]
衝撃実験を、例1及び例2に記載するようにして製造した10個のバッテリー、及び比較例1及び比較例2に記載するようにして製造した10個のバッテリーに対して、電圧4.2 Vで行った。衝撃実験では、電圧4.2 Vで充電したバッテリーを、木製床上に高さ1 mから、各バッテリーの最上部、底部、及び側部が木製床と衝突するように落下させ、電解質がバッテリーから漏れ出したか、否かを確認した。この時、バッテリーを、各バッテリーの最上部、底部、及び側部が木製床と、それぞれ30回衝突するように落下させた。
【００６３】
実験結果から、例1及び例2に記載するようにして製造したバッテリーのすべてから電解質は漏れなかったが、比較例1に記載するようにして製造した3個のバッテリーから電解質が漏れ、比較例1に記載するようにして製造した1個のバッテリーから電解質が漏れたことが分かった。
【００６４】
[実験例2]
例1及び例2に記載するようにして製造した30個のバッテリー、及び比較例1〜比較例4に記載するようにして製造した30個のバッテリーを逆さにして配置し、15 Kgfの圧力を電池の中に作用させ、電解質がそれぞれのバッテリーから、電流遮断部材(屈曲安全部材)が作動する前に漏れるか、否かを確認した。結果を下記の表1に示す。
【００６５】
【表１】
2010503186.tif 000003
【００６６】
上記の表1から、例1及び例2のバッテリーからは電解質が漏れなかったのに対し、比較例3のバッテリー7個及び比較例4のバッテリー3個からは電解質が、電流遮断部材の作動前及び後に漏れたことが分かる。従って、本発明のバッテリーは、電流遮断部材が作動した後でも、優れた安全性を示すことが分かる。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
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は、折り曲げ区域の側壁に予め決められた角度の傾斜が形成され、それによって、外部衝撃を部分的に吸収できる構造に構築されている。また、折り曲げ区域の上側末端は、予め決められた条件で屈曲しており、そのためにガスケットとの密封性が優れており、折り曲げ区域の変形が最少に抑えられる。従って、例えばバッテリーが落下した時、外部の物理的衝撃がバッテリーに作用しても、バッテリーの接触表面における接触抵抗増加を抑制し、電解質の漏れを阻止することができ、それによって、バッテリーの安全性が大きく改良される。
【００６８】
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。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】図1は、従来型円筒形二次バッテリーの代表的上側構造を典型的に例示する断面図である。
【図２】図2は、韓国特許出願第2006−22950号明細書に開示されている、円筒形二次バッテリーを典型的に例示する断面図である。
【図３】図3は、図2に示す折り曲げ区域の拡大図である。
【図４】図4は、本発明の好ましい実施態様による円筒形二次バッテリーの折り曲げ区域を例示する拡大図である。
【図５】図5は、本発明の別の好ましい実施態様による円筒形二次バッテリーの折り曲げ区域を例示する拡大図である。
【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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【国際調査報告】
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