(57)【要約】【課題】外部衝撃による貫通時にも安全性が確保されるリチウム二次電池を提供することにある。【解決手段】本発明によるリチウム二次電池は、第１電極板と第２電極板及び上記第１電極板と上記第２電極板との間に介在されるセパレータを巻回して形成される電極組立体及び上記電極組立体を収納する缶を含み、上記セパレータはセラミックスを含む物質に形成され、上記第１電極板の極性は上記缶と反対に形成され、上記第１電極板の最外殻部分は上記第２電極板の最外殻部分より外殻に配置される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１電極板と第２電極板及び前記第１電極板と前記第２電極板との間に介在されるセパレータを巻回して形成される電極組立体と、
前記電極組立体を収納する缶と、を含み、
前記セパレータは、セラミックスを含む物質で形成され、
前記第１電極板の極性は、前記缶と反対に形成され、
前記第１電極板の最外殻部分は、前記第２電極板の最外殻部分より外殻に配置されたリチウム二次電池。
【請求項２】
前記第１電極板及び前記第２電極板は、それぞれ電極集電体と活物質層を備え、前記第１電極板及び前記第２電極板の両端には、それぞれ第１電極無地部及び第２電極無地部が形成され、
前記第１電極板の最外殻領域に配置された第１電極無地部は、少なくとも１ターン(ｔｕｒｎ)を形成することを特徴とする、請求項１に記載のリチウム二次電池。
【請求項３】
前記第１電極無地部は、前記電極集電体のみで形成されることを特徴とする、請求項２に記載のリチウム二次電池。
【請求項４】
前記セパレータは、前記電極組立体の最外殻を取り囲むように配置されることを特徴とする、請求項２に記載のリチウム二次電池。
【請求項５】
前記セパレータは、前記電極組立体の最外殻を取り囲んで前記セパレータの最外殻部分の端部が１ターン中心側の前記セパレータと接触していることを特徴とする、請求項４に記載のリチウム二次電池。
【請求項６】
前記第１電極無地部の最外殻１ターンから前記缶までの最短距離は、前記缶の回りに沿って実質的に同じになるように形成されることを特徴とする、請求項２に記載のリチウム二次電池。
【請求項７】
前記最短距離を形成する仮想の線と接触する前記第１電極無地部及び前記缶の一点での接平面は、お互いに平行であることを特徴とする、請求項６に記載のリチウム二次電池。
【請求項８】
前記セパレータは、セラミックス物質とバインダーが結合して形成される多孔性膜を含むことを特徴とする、請求項１に記載のリチウム二次電池。
【請求項９】
前記セラミックス物質は、シリカ(ＳｉＯ２)、アルミナ(Ａｌ２Ｏ３)、ジルコニウム酸化物(ＺｒＯ２)及びチタン酸化物(ＴｉＯ２)からなる群から選択された少なくともいずれか一つを含むことを特徴とする、請求項１に記載のリチウム二次電池。
【請求項１０】
前記セパレータは、前記セラミックスを含む物質が前記第１電極板または前記第２電極板にコーティングされて形成されることを特徴とする、請求項１に記載のリチウム二次電池。
【請求項１１】
前記缶の上部と結合されて前記缶を密封するキャップ組立体をさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載のリチウム二次電池。
【請求項１２】
前記第１電極板の極性は、陽極に形成されることを特徴とする、請求項１に記載のリチウム二次電池。
【請求項１３】
前記第１電極板の極性は、陰極に形成されることを特徴とする、請求項１に記載のリチウム二次電池。
【請求項１４】
第１電極板と第２電極板及び前記第１電極板と前記第２電極板との間に介在されるセパレータを巻回して形成された電極組立体と、
前記電極組立体の最外殻で前記電極組立体と連結されて前記電極組立体の最外殻を少なくとも１ターン以上に取り囲む短絡部と、
前記電極組立体及び前記短絡部を収納する缶と、を含み、
前記セパレータはセラミックスを含む物質に形成され、
前記第１電極板の極性は前記缶と反対に形成され、
前記第１電極板の最外殻部分は、前記第２電極板の最外殻部分より外殻に配置され、前記短絡部は前記セパレータの最外殻端部と連結された絶縁部及び前記第１電極板の最外殻端部と連結された電極部を備えたリチウム二次電池。
【請求項１５】
前記第１電極板は、電極集電体と活物質層を備え、前記第１電極板の中心側端には電極無地部が形成され、前記絶縁部は前記電極組立体の最外殻を取り囲むように配置されることを特徴とする、請求項１４に記載のリチウム二次電池。
【請求項１６】
前記電極部は、前記電極集電体と同じ物質に形成されることを特徴とする、請求項１５に記載のリチウム二次電池。
【請求項１７】
前記電極部の厚さは、前記電極集電体の厚さより厚く形成されることを特徴とする、請求項１６に記載のリチウム二次電池。
【請求項１８】
前記電極部は、前記電極集電体より電気伝導度が高い物質によって形成されることを特徴とする、請求項１５に記載のリチウム二次電池。
【請求項１９】
前記電極部の厚さは、前記電極集電体の厚さより薄く形成されることを特徴とする、請求項１８に記載のリチウム二次電池。
【請求項２０】
前記セパレータは、前記セラミックス物質とバインダーによって結合して形成された多孔性膜を含むことを特徴とする、請求項１４に記載のリチウム二次電池。
【請求項２１】
前記セラミックス物質は、シリカ(ＳｉＯ２)、アルミナ(Ａｌ２Ｏ３)、ジルコニウム酸化物(ＺｒＯ２)及びチタン酸化物(ＴｉＯ２)からなる群から選択された少なくともいずれか１つを含むことを特徴とする、請求項１４に記載のリチウム二次電池。
【請求項２２】
前記セパレータは、前記セラミックスを含む物質が前記第１電極板または前記第２電極板にコーティングされて形成することを特徴とする、請求項１４に記載のリチウム二次電池。
【請求項２３】
前記セパレータは、前記セラミックスを含む物質が前記電極部にコーティングされて形成することを特徴とする、請求項１４に記載のリチウム二次電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リチウム二次電池に関し、より詳しくは、貫通時にも安全性が確保されるリチウム二次電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、二次電池は、再充電が可能であり、小型及び大容量化が可能である。最近、キャムコーダ、携帯用のＰＣ及び携帯電話機などの携帯用電子機器の需要が増加され、携帯用電子機器の電源として、二次電池のうち代表的にはニッケル水素(Ｎｉ-ＭＨ)電池とリチウムイオン(Ｌｉ−ｉｏｎ)電池及びリチウムイオンポリマー電池などが活発に開発されている。
【０００３】
二次電池の材料として多く用いられるリチウムは、元素自体の原子量が小さいことから単位質量当たり上記容量が大きい電池を製造することに好適である。また、リチウムは、水分と激しく反応するため、リチウム系電池では非水性電解質を用いるようになる。このとき、水の電気分解電圧に影響を受けないことで、リチウム系電池では３−４ボルト程度の起電力を発生させることができるという長所がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、最近、リチウム二次電池の呉濫用による安全性の確保が非常に重要な問題として取り上げられている。特に、外部衝撃によるリチウム二次電池の貫通時に内部短絡が発生し、これは発火につながって人命事故に拡大される事例が増加されている。よって、安全性確保のための様々な方案が導出されているが微細なピンによって二次電池が貫通される場合のような苛酷な条件では既存のように発火が頻繁に発生して安全性を保障しにくい状況である。
【０００５】
本発明は、従来の問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、貫通による内部短絡が発生する場合にも安全性を著しく増大させたリチウム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】
【０００６】
上述の目的を達成するために本発明によるリチウム二次電池は、第１電極板と第２電極板及び上記第１電極板と上記第２電極板との間に介在されるセパレータを巻回して形成される電極組立体及び上記電極組立体を収納する缶を含み、上記セパレータはセラミックスを含む物質に形成され、上記第１電極板の極性は上記缶と反対に形成され、上記第１電極板の最外殻部分は上記第２電極板の最外殻部分より外殻に配置されることを特徴とする。
【０００７】
このとき、上記第１電極板及び上記第２電極板は、それぞれ電極集電体と活物質層を備え、上記第１電極板及び上記第２電極板の両端にはそれぞれ第１電極無地部及び第２電極無地部が形成され、上記第１電極板の最外殻領域に配置された第１電極無地部は少なくとも１ターン(ｔｕｒｎ)を形成することができる。
【０００８】
また、上記第１電極無地部は、上記電極集電体のみに形成され、上記セパレータは上記電極組立体の最外殻を取り囲むように配置でき、上記セパレータは上記電極組立体の最外殻を取り囲んで上記セパレータの最外殻部分の端部が１ターン内殻側の上記セパレータと接触することができる。
【０００９】
また、上記第１電極無地部の最外殻１ターンから上記缶までの最短距離は、上記缶の回りに沿って実質的に同じく形成でき、上記最短距離を形成する仮想の線と接続する上記第１電極無地部及び上記缶の一点での接平面はお互いに平行することができる。
【００１０】
また、上記セパレータは、セラミックス物質とバインダーによって結合して形成される多孔性膜を含むことができ、上記セラミックス物質はシリカ(ＳｉＯ２)、アルミナ(Ａｌ２Ｏ３)、ジルコニウム酸化物(ＺｒＯ２)及びチタン酸化物(ＴｉＯ２)を含む群から選択された少なくともいずれか１つを含むことができる。このとき、上記セパレータは、上記セラミックスを含む物質が上記第１電極板または上記第２電極板にコーティングして形成されることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明によるリチウム二次電池は、上記缶の上部と結合されて上記缶を密封するキャップ組立体をさらに含むことを特徴とする。上記第１電極板の極性は、陽極または陰極に形成されることを特徴とする。
【００１２】
一方、本発明の他の側面によるリチウム二次電池は、第１電極板と第２電極板及び上記第１電極板と上記第２電極板との間に介在されるセパレータを巻回して形成された電極組立体、上記電極組立体の最外殻で上記電極組立体と連結されて上記電極組立体の最外殻を少なくとも１ターン以上に取り囲む短絡部及び上記電極組立体及び上記短絡部を収納する缶とを含み、上記セパレータはセラミックスを含む物質に形成され、上記第１電極板の極性は上記缶と反対に形成され、上記第１電極板の最外殻部分は上記第２電極板の最外殻部分より外殻に配置され、上記短絡部は上記セパレータの最外殻端部と連結された絶縁部及び上記第１電極板の最外殻端部と連結された電極部を備えることを特徴とする。
【００１３】
このとき、上記第１電極板は、電極集電体と活物質層を備え、上記第１電極板の中心側端には電極無地部が形成され、上記絶縁部は上記電極組立体の最外殻を取り囲むように配置されることを特徴とする。
【００１４】
また、上記電極部は、上記電極集電体と同一物質に形成でき、上記電極部の厚さは上記電極集電体の厚さより厚く形成されることを特徴とする。
【００１５】
また、上記電極部は、上記電極集電体と電気伝導度が高い物質に形成でき、上記電極部の厚さは上記電極集電体の厚さより薄く形成されることを特徴とする。
【００１６】
また、上記セパレータは、上記セラミックス物質とバインダーによって結合して形成された多孔性膜を含むことができ、上記セラミックス物質はシリカ(ＳｉＯ２)、アルミナ(Ａｌ２Ｏ３)、ジルコニウム酸化物(ＺｒＯ２)及びチタン酸化物(ＴｉＯ２)を含む群から選択された少なくともいずれか１つを含むことができる。
【００１７】
また、上記セパレータは、上記セラミックスを含む物質が上記第１電極板または上記第２電極板にコーティングされて形成でき、上記セパレータは上記セラミックスを含む物質が上記電極部にコーティングされて形成されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
以上説明したように本発明によれば、本発明は、缶と対向する電極板との極性を異なって形成してセラミックス物質を含むセパレータを利用することからリチウム二次電池の貫通時にセパレータが保護素子の役割を行うようにして、内部短絡が拡散することを遮断して二次電池の貫通時に発生する電流を外部に分散させることで、リチウム二次電池の安全性をさらに増大させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者が容易に実施できるように、この発明の実施形態について図面に基づいて説明する。本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者が容易に理解できるように、後述する実施形態は本発明の概念と範囲を脱しない限度内で様々な形態に変形できる。以下、用いられる技術用語及び科学用語を含むすべての用語は、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が一般的に理解する意味と同一の意味を有する。事前に定義された用語は、関連技術文献と現在に開始された内容に符合する意味を有することで追加解釈され、定義されない限り理想的且つ非常に公式的な意味に解釈されない。本発明を明確に説明するために、説明と関係ない部分は省略して、明細書の全体を介して同一または類似の構成要素について同一参照符号を付けるようにした。また、図面で複数の層及び領域を明確に表現するために厚さを拡大して示した。
【００２０】
図１は、本発明の一実施形態によるリチウム二次電池の概略的な分解斜視図であり、図２は図１で電極組立体を収容した缶を示す概略的な縦断面図である。一方、ここでは角形リチウム二次電池について示したが、本発明は角形二次電池に限定されず、円筒形リチウム二次電池やパウチ型二次電池にも適用でき、これも本発明の範囲に属する。
【００２１】
図１及び図２に示すように、本発明の一実施形態によるリチウム二次電池１０００は、缶１００、缶１００の内部に収容される電極組立体２００を含んで形成される。また、図１に示すように、本実施形態による缶型二次電池１０００は、缶１００の上端開口部１００ａを密封するキャップ組立体３００をさらに含んで形成される。
【００２２】
缶１００は、ほぼ直方体の形状を有する金属材料に形成でき、それ自体が端子の役割を行うことが可能である。しかし、缶１００の形状は、これに限定されない。このとき、缶１００の極性は、後述する第１電極板２１０と反対に形成される。また、図示されてないが、缶１００には、内部から発生された熱の外部放出をより容易にするために、放熱面積を広げる所定形状の放熱面積拡大部が形成される。缶１００は、その一面が開口された上端開口部１００ａを含み、上端開口部１００ａを通じて電極組立体２００が収納される。
【００２３】
図２を参照すれば、缶１００は、後述する電極組立体２００の第１電極板２１０と対向するように形成される。すなわち、第１電極板２１０の最外殻部分が第２電極板２２０より缶１００の近くに位置する。
【００２４】
電極組立体２００は、第１電極板２１０、第２電極板２２０及びセパレータ２３０とを含む。第１電極板２１０と第２電極板２２０との間には、セパレータ２３０が介在されてゼリーロール(ｊｅｌｌｙ−ｒｏｌｌ)形態に巻回される。
【００２５】
セパレータ２３０は、電極組立体３００で第１電極板２１０と第２電極板２２０との電子伝導を遮断してリチウムイオンの移動を円滑にすることができる多孔性材料を含んで形成される。一例として、セパレータ２３０は、ポリエチレン(ＰＥ)、ポリプロピレン(ＰＰ)またはこれらの複合フィルムを用いることができ、セラミックスを含む物質に形成できる。本発明の一実施形態によるリチウム二次電池でセパレータ２３０は、セラミックスセパレータを第１電極板２１０にコーティングして形成される。セラミックスセパレータの詳しい構成については後述する。
【００２６】
第１電極板２１０は、陽極電極板または陰極電極板のうちいずれか１つであることができる。このとき、本発明の一実施形態によるリチウム二次電池は、第１電極板２１０と缶１００の極性が反対に形成される。したがって、缶１００の極性が陽極の場合、第１電極板２１０の極性は陰極であり、缶１００の極性が陰極の場合は第１電極板２１０の極性は陽極になる。また、第１電極板２１０の極性と反対に第２電極板２２０の極性が決定される。
【００２７】
また、第１電極板２１０の最外殻部分は、第２電極板の最外殻部分より電極組立体２００の外殻に配置される。よって、缶１００が貫通される場合に缶１００は第１電極板２１０と優先的に短絡されるように構成される。
【００２８】
一方、キャップ組立体３００は、キャッププレート３４０と絶縁プレート３５０とターミナルプレート３６０及び電極端子３３０とを含んで構成される。キャップ組立体３００は、別途の絶縁ケース３７０によって電極組立体２００と絶縁されながら缶１００の上端開口部１００ａに結合されて缶１００を密封するようになる。
【００２９】
プレート３４０は、缶１００の上端開口部１００ａと相応する大きさと形状を有する金属板に形成される。キャッププレート３４０の中央には、所定の大きさの端子通孔３４１が形成され、端子通孔３４１には電極端子３３０が挿入される。電極端子３３０が端子通孔３４１に挿入される際は、電極端子３３０とキャッププレート３４０の絶縁のために電極端子３３０の外面にはチューブ状のガスケット３３５が結合されて共に挿入される。キャッププレート３４０の一つの側には、電解液注入口３４２が所定の大きさに形成され、別の側には安全ベント(図示されず)が形成される。安全ベントは、キャッププレート３４０の断面厚さを薄くして一体に形成される。キャップ組立体３００が缶１００の上端開口部１００ａに組立された後に電解液注入口３４２を介して電解液が注入され、電解液注入口３４２は栓３４３によって密閉される。
【００３０】
電極端子３３０は、第１電極板２１０の第１電極タブ２１７または第２電極板２２０の第２電極タブ２２７に連結されて第１電極端子または第２電極端子にて作用するようになる。第１電極タブ２１７及び第２電極タブ２２７が電極組立体２００から引出される部分には短絡を防止するために絶縁テープ２１８が巻かれている。
【００３１】
一方、リチウム二次電池の他の構成については、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が容易に実施可能であるため、詳しい説明は省略する。
【００３２】
以下、本発明の一実施形態によるリチウムイオン電池について、より詳しく説明する。
【００３３】
図３は、図１で缶に収容された電極組立体を概略的に示した横断面図である。
【００３４】
図３を参照すれば、前述したように第１電極板２１０の極性が陰極に形成される場合に、第１電極板２１０は薄板の銅ホイルからなる第１電極集電体２１１と第１電極集電体２１１の両面にコーティングされた炭素材を主成分とする第１電極活物質層２１３を含んでいる。第１電極集電体２１１には、第１電極活物質層２１３が第１電極集電体２１１の両面または一面にコーティングされない第１電極無地部(ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ ｕｎｃｏａｔｅｄ ａｒｅａ)２１５が第１電極板２１０の両端にそれぞれ形成される。第１電極無地部２１５には、第１電極タブ２１７が備えられる。
【００３５】
また、第１電極板２１０が陰極に形成される場合、第２電極板２２０の極性は陽極に形成される。このとき、第２電極板２２０は、アルミニウム薄膜からなる第２電極集電体２２１と第２電極集電体２２１の両面にコーティングされるリチウム系酸化物を主成分とする第２電極活物質層２２３を含む。第２電極集電体２２１上には、第２電極活物質層２２３が第２電極集電体２２１の両面または一面にコーティングされない領域である第２電極無地部２２５が第２電極板２２０の両端にそれぞれ形成される。第２電極無地部２２５には、第２電極タブ２２７が備えられる。
【００３６】
セラミックスセパレータ２３０は、各電極板２１０、２２０の間の絶縁のために第１電極板２１０にコーティングされて形成する。このとき、前述したように本発明の一実施形態によるリチウム二次電池でセパレータは、セラミックス物質とバインダーによって結合されて形成する多孔性膜を含み、多孔性膜が電極板にコーティングされてセラミックスセパレータ２３０を形成する。
【００３７】
セラミックス物質は、シリカ(ＳｉＯ２)、アルミナ(Ａｌ２Ｏ３)、ジルコニウム酸化物(ＺｒＯ２)及びチタン酸化物(ＴｉＯ２)とを含む群から選択された少なくともいずれか１つを含むことができ、バインダーは３次元架橋構造を有するアクリル系ゴムで形成することができる。
【００３８】
このとき、セラミックス物質と架橋構造を有するアクリル系ゴムバインダーを溶媒に混合してペーストを製作した後にペーストを利用して電極板２１０、２２０にコーティングしてセラミックスセパレータ２３０を形成する。例えば、図３では、第１電極板２１０にセラミックスセパレータ２３０をコーティング形成したことのみを図示したが、本発明の一実施形態によるリチウム二次電池はこれに限定されない。
【００３９】
すなわち、セラミックスセパレータ２３０は、第１電極板２１０及び第２電極板２２０の内部短絡の拡大を遮断することができる構成であれば充分であるため、第１電極板２１０及び第２電極板２２０のうち少なくともいずれか１つにコーティング形成されることができる。また、第１電極板２１０または第２電極板の片面または両面にコーティング形成される。このとき、コーティングは、電極板を多孔膜液に浸漬(ｄｉｐｐｉｎｇ)させる方法で行うことができる。
【００４０】
セラミックスセパレータ２３０は、既存のポリエチレン(ＰＥ)、ポリプロピレン(ＰＰ)などのフィルム状のセパレータの役割をするようになる。セラミックス物質の本来の特性上、分解温度が１０００℃以上であり、またバインダーとしては分解温度が２５０℃以上になる架橋構造を有するアクリル系ゴムバインダーを用いることから耐熱性の高い電池を得ることができる。
【００４１】
一方、本発明の一実施形態によるリチウム二次電池で第１電極板２１０の最外殻部分は第２電極板２２０の最外殻部分より電極組立体２００の外殻に配置されて第１電極板２１０の極性は缶１００と反対に形成される。よって、缶１００と第１電極板２１０との短絡を遮断するためにセラミックスセパレータ２３０は電極組立体２００の最外殻を取り囲むように配置される。
【００４２】
一方、本発明の一実施形態によるリチウム二次電池は、電極組立体２００の最外殻に位置した第１電極板２１０と第１電極無地部２１５にのみ少なくとも１ターン（１周を指す。以下同じ））を構成する。より好ましくは、第１電極無地部２１５は電極集電体２１１にのみ構成されて最外殻に１ターンを構成することができる。この場合、第１電極無地部２１５は、相対的に抵抗の高い第１電極活物質層２１３を含まないことから二次電池が貫通される場合に極板と貫通手段であるネイルピン(ｎａｉｌ  ｐｉｎ)の間を介して流れる電流が外部缶の方により効果的に分散する。
【００４３】
以上、本発明の一実施形態によるリチウム二次電池は、セラミックスセパレータ２３０を適用し、同時に電極組立体３００で最外殻に位置した第１電極板２１０の極性と缶１００の極性を反対に形成する。よって、外部衝撃などによって外部ピンが電池を貫通する場合にセラミックスセパレータが貫通時に発生する熱によるセパレータの溶融を阻止して内部短絡の拡大を阻止し、この際、缶と第１電極板が先に短絡されることから貫通部分に集中される電流を缶に円滑に分散させる。よって、リチウム二次電池の安全性が著しく増大される。
【００４４】
以下、本発明の他の実施形態によるリチウム二次電池について説明する。
【００４５】
図４は、本発明の他の実施形態によるリチウム二次電池で缶に収容された電極組立体を概略的に示す横断面図であり、図５は図４のＶ領域に対する拡大図である。
【００４６】
本実施形態において、前述した一実施形態と同じ構成要素については、同一参照番号を付けた。このとき、本実施形態によるリチウム二次電池は、前述の一実施形態によるリチウム二次電池と缶１００ａ及びセラミックスセパレータ２３０ａなどの構造が異なって形成される。
【００４７】
図４を参照すれば、本発明の他の実施形態によるリチウム二次電池は、缶１００ａの角がラウンディング処理される。また、電極組立体の最外殻を取り囲むセラミックスセパレータ２３０は、最外殻部分の端部が１ターン手前の上記セパレータ２３０と接触する。よって、電極組立体２００が缶１００内部でスリップ(ｓｌｉｐ)される現象がより効率的に抑制される。
【００４８】
一方、缶１００ａは、ラウンディング処理によって缶１００ａの外周面の所定一点から第１電極板２１０の最外殻に形成された第１電極無地部２１５ａとの最短距離(ｄ)は実質的に同じ距離になるように形成される。実質的に同じ距離とは、厳密に同じ距離であってもよい。また、より詳しくは、図５を参照すれば、第１電極無地部２１５ａと缶１００ａとの最短距離(ｄ)を形成する仮想の線と接触する第１電極無地部の一点及び缶の内面の一点での接平面(ａ、ｂ)は、実質的にお互いに平行するように形成される。
【００４９】
すなわち、二次電池の貫通時にネイルピンなどによる貫通長さが実質的に大きい偏差なく形成される。よって、ネイルピンなどの貫通長さに対する予測可能性が保障される。これにより、電池の安全性がさらに増大される。また、缶のラウンディング処理によって電極組立体の相対的な容量が増大されることからデザインルールが向上される。
【００５０】
以下、本発明のまた他の実施形態によるリチウム二次電池について説明する。
【００５１】
図６は、本発明のまた他の実施形態によるリチウム二次電池で缶に収容された電極組立体を概略的に示す横断面図である。本実施形態では、前述した一実施形態と同一構成要素については、同一参照番号を付けた。このとき、本実施形態によるリチウム二次電池は、短絡部４００が備えられる。
【００５２】
短絡部４００は、第１電極板２１０の最外殻の方に位置した第１電極集電体２１１の端と連結される電極部４１０及び第１電極板２１０のうち最外殻の方に位置した電極集電体２１１に対応する領域のセパレータ２３０と連結される絶縁部４３０を含む。絶縁部４３０は、セパレータ２３０の最外殻端部と連結されてセパレータ２３０と同じ物質に形成される。
【００５３】
電極部４１０は、前述した一実施形態と共に第１電極無地部２１５と同じ物質に形成される。この場合、電極部４１０の厚さを第１電極無地部２１５の厚さより厚く形成して貫通時に誘導電流の分散がより容易になることができる。
【００５４】
また、電極部４１０は、第１電極無地部２１５と異なる物質に形成される。すなわち、電極部４１０を第１電極無地部２１５より貫通時の電流の分散をより容易にするために電気伝導度が第１電極集電体２１１より高い物質に形成することができる。この場合、電極部４１０の厚さを第１電極集電体２１１の厚さより薄く形成することができる。よって、電流の発生をより効果的に抑制するだけでなく、電極組立体２００のスリム化を達成してリチウム二次電池の容量をさらに増大させることができる。
【００５５】
以下、本発明の各実施形態による缶型二次電池の作用についてより詳しく説明する。
【００５６】
図７は、リチウム二次電池の貫通テストを概略的に示した断面図である。
【００５７】
図７に示すように、缶１００を貫通したネイルピン５００は、再び電極組立体２００を貫通するようになる。電極組立体２００内部でネイルピン５００は、第１電極板２１０と第２電極板２２０を貫通して第１電極板２１０と第２電極板２２０を短絡させるようになる。同時に、ネイルピン５００は、極性がお互いに反対である缶１００と第１電極板２１０を貫通した状態になる。
【００５８】
このとき、前述した本発明の実施形態によるリチウム二次電池は、前述のように第１電極板２１０の最外殻１ターンは第１電極無地部２１５または第１電極板２１０から延長された短絡部４００で構成され、セパレータ２３０は電極板にコーティングされたセラミックスセパレータによって形成される。よって、ネイルピン５００の貫通時に内部短絡の拡大を阻止して電流がより円滑に缶に分散されるパスを形成することで、リチウム二次電池の安全性が著しく増大される。
【実施例】
【００５９】
以下、実験例によって本発明をより詳しく説明する。但し、本実施例は、本発明を例示するためのものであり、本発明は本実験例に限定されない。
【００６０】
本実施例では、貫通速度を５ｍｍ/sにて、貫通されるネイルピンの太さを２．５ｍｍΦにて、電圧を４．３１Ｖの苛酷な環境で二次電池の貫通実験を行った。それぞれの場合によるリチウム二次電池を１００回ずつ貫通した実験での発火程度を下記の表１に示した。
【００６１】
【表１】
2009094068.tif 000003
【００６２】
比較例１は、一般的な二次電池の場合として、既存のセパレータを適用し、電極組立体の最外殻１ターンを無地部のみに形成しない場合である。
【００６３】
比較例２は、既存のセパレータを適用し、電極組立体の最外殻１ターンを無地部のみに形成した場合である。
【００６４】
比較例３は、セラミックスセパレータを適用するが、電極組立体の最外殻１ターンを無地部のみに形成しなかった場合である。
【００６５】
実施例は、セラミックスセパレータを適用し、電極組立体の最外殻１ターンを無地部のみに形成した場合である。
【００６６】
表１に示すように、一般的な二次電池である比較例１では、前述した条件であるいわゆる苛酷な環境では１００％発火されることが確認された。しかし、セラミックスセパレータのみを適用するか、最外殻１ターンを無地部のみに形成した場合である比較例２及び３では発火程度が多少緩和されるが、変わらなく発火程度が大きく形成されることを分かる。
【００６７】
一方、本発明の実施例によると、上記の苛酷な条件下でも貫通時に二次電池の発火が全然発生しないことを分かる。すなわち、セラミックセパレータを適用した場合の効果及び電極組立体の最外殻１ターンを無地部で構成した場合の効果が加われて二次電池の貫通時の安全性が著しく増大されることを確認することができる。
【００６８】
以上、本発明は、上述した特定の好適な実施形態に限定されるものではなく、特許請求範囲から請求する本発明の基本概念に基づき、当該技術分野における通常の知識を有する者であれば、様々な実施変形が可能であり、そのような変形は本発明の特許請求範囲に属するものである。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
本発明は、リチウム二次電池に適用可能であり、特に貫通時にも安全性が確保されるリチウム二次電池に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明の一実施形態によるリチウム二次電池の概略的な分解斜視図である。
【図２】図１で電極組立体を収容した缶を示す概略的な縦断面図である。
【図３】図１で缶に収容された電極組立体を概略的に示した横断面図である。
【図４】本発明の他の実施形態によるリチウム二次電池で缶に収容された電極組立体を概略的に示す横断面図である。
【図５】図４のＶ領域に対する拡大図である。
【図６】本発明のまた他の実施形態によるリチウム二次電池で缶に収容された電極組立体を示す断面図である。
【図７】リチウム二次電池の貫通テストを概略的に示した断面図である。
【符号の説明】
【００７１】
１００    缶
１００ａ    上端開口部
２００    電極組立体
２１０    第１電極板
２１１    第１電極集電体
２１３    第１電極活物質
２１５    第１電極無地部
２１７    第１電極タブ
２１８    絶縁テープ
２２０    第２電極板
２２１    第２電極集電体
２２３    第２電極活物質
２２５    第２電極無地部
２２７    第２電極タブ
２３０    セパレータ
３００    キャップ組立体
３３０    電極端子
３３５    ガスケット
３４０    キャッププレート
３４１    端子通孔
３４２    電解液注入口
３４３    栓
３５０    絶縁プレート
３６０    ターミナルプレート
３７０    絶縁ケース
４００    短絡部
４１０    電極部
４３０    絶縁部
５００    ネイルピン
【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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