JP2005011813A

JP2005011813A - 安全弁を有する二次電池及びその製造方法

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Publication number: JP2005011813A
Application number: JP2004179952A
Authority: JP
Inventors: Chinkyoku Ri; 鎭旭李
Original assignee: Samsung SDI Co Ltd
Current assignee: Samsung SDI Co Ltd
Priority date: 2003-06-19
Filing date: 2004-06-17
Publication date: 2005-01-13
Also published as: US7459232B2; CN1574418A; CN100452483C; KR20040110599A; US20040258989A1; KR100515356B1

Abstract

【課題】別途の追加工程なく形成された安全弁を有する二次電池及び別途の追加工程を必要とせずに安全弁を形成することができる二次電池の製造方法を提供する。
【解決手段】正極板、負極板及びこれら極板の間に介在するセパレータを備えた電極組立体と、前記電極組立体が内部に収納される缶と、前記缶の開口部に設置されて前記缶を密閉するキャッププレート及び前記缶とキャッププレートの結合部位に形成される安全弁を含む。
【選択図】図３

Description

本発明は二次電池に関し、より詳しくは二次電池の安全弁（safety valve）の構造に関する。

二次電池は再充電ができ、小型及び大容量化が可能であり、代表的なものとしてはニッケル水素（Ni-MH）電池とリチウム（Li）電池及びリチウムイオン（Li-ion）電池があり、外観上では円筒型（cylindrical type）と角型（square type）電池に区分される。

通常、前記二次電池は正極板、負極板及びセパレータからなる発電要素、つまり、電極組立体と、この電極組立体及び電解液を収納する金属製の缶と、この缶の開口部に設置されて前記缶を密封するキャップ組立体を含む。

ここで、前記キャップ組立体は前記二次電池の構造によって多様な形態に構成できるが、これには前記缶の開口部に直接溶接されて缶を密封するキャッププレートと、前記キャッププレートを貫通して設置される端子ピン及び前記端子ピンを前記キャッププレートと絶縁するガスケットを含む構成となっている。

前記で端子ピンには負極板から引出された負極タップが溶接されて前記端子ピンが負極端子部の機能をする。

そして、正極板から引出された正極タップは前記キャッププレートの下面や、缶の内面に直接電気的に連結されて前記端子ピンを除いた電池外部全体が正極端子部としての機能をする。

一方、通常二次電池は電池内部からガスが生成して電池内圧が規定値以上に上昇する場合、破裂して前記内圧を減少させることによって電池自体の爆発を防止するための安全弁（safety valve）を備える。

従来は前記安全弁は機械的な方法、エッチング法及び電気鋳型法（electroforming）によって前記キャッププレートまたは缶に一体に形成される構造物からなるか、または別途に構造物として作られて前記キャッププレートまたは前記缶に設けられている。

したがって、従来は二次電池の安定性のために前記安全弁を別途に電池に提供しなければならないので、それにともなう工程及び装備が必然的に追加されて二次電池の製造性（工程の複雑化/製造費用上昇）を低下させる問題点を持続的に持っていたのが実情である。

本発明は前記問題点を勘案して案出されたものであって、別途の追加工程なく形成された安全弁を有する二次電池を提供する。

また、本発明は別途の追加工程を必要とせずに安全弁を形成することができる二次電池の製造方法を提供する。

ここに本発明による二次電池は、
正極板、負極板及びこれら極板の間に介在するセパレータを備えた電極組立体と、前記電極組立体が内部に収納される缶と、前記缶の開口部に設置されて前記缶を密閉するキャッププレート及び前記缶とキャッププレートの結合部位に形成される安全弁を含む。

前記缶とキャッププレートは溶接によって結合され、前記安全弁は前記缶とキャッププレートの密封部に形成される。

前記密封部は一定の溶接強度（welding strength）を有して形成される第１密封部と、この第１密封部より弱い溶接強度で形成される第２密封部とを含み、前記安全弁は前記第２密封部として形成される。

前記密封部は一対の長辺と、一対の短辺を含んでおり、前記安全弁は少なくとも１つの前記長辺に形成することができる。

この時、前記長辺の全長をLとする時、前記安全弁は前記Lの３０％以内の大きさに形成される。

また、前記安全弁の長さをlとする時、このlは５〜２０mmで形成できる。

前記密封部は一対の長辺と、一対の短辺を含み、前記安全弁は少なくとも１つの前記短辺に形成できる。

前記密封部は一対の長辺と、一対の短辺を含んでおり、前記安全弁は前記長辺と短辺によって形成されるコーナー部に形成できる。

前記缶は角型または円筒型からなる。

また、本発明による二次電池の製造方法は、
電池内圧が規定圧力以上に上昇する時、前記内圧を減少させるように破裂する安全弁を有する角型二次電池の製造方法であって、
キャッププレートを角型缶の開口部に溶接して密封部を形成する時、前記密封部の一部区間では溶接強度を調節して他の区間より溶接強度が低い低密封部を形成することにより、この低密封部を前記安全弁として構成する。

また、本発明による二次電池の製造方法は、
電池内圧が規定圧力以上に上昇する時、前記内圧を減少させるように破裂する安全弁を有する円筒型二次電池の製造方法であって、
キャッププレートを円筒型缶の開口部にクリンピングして密封部を形成する時、前記密封部の一部区間ではクリンピング強度を調節して他の区間よりクリンピング強度の低い低密封部を形成することによって、この低密封部が前記安全弁として構成される。

以上で説明したように本発明はキャッププレートと缶の密封工程で別途の工程を追加せずに安全弁を形成することができるので、製造工程の単純化と製造費用の節減を実現することができる。

以下、添付図面を参照して本発明の好ましい実施例を詳細に説明する。

図１は本発明の一実施例による二次電池の分解斜視図を示しており、図２は図１の組立状態を示す側面図である。

図面を参照すれば、本発明の実施例による二次電池は一側に開口部１２が備えられた缶１０と、前記開口部１２を通じて前記缶１０の内部に収納される電極組立体２０と、前記缶１０の開口部１２に設置されて前記缶１０を密封するキャップ組立体３０を含む。

前記電極組立体２０は正極板２２及び負極板２４がセパレータ２６を介して形成されたもので、本発明の好ましい一実施例によると、図１に示されたように、正極板２２及び負極板２４がセパレータ２６を介して積層された後、巻取られて形成されたジェリーロール型の電極組立体２０を用いることができる。

この時、前記負極板２４はストリップ形状の金属箔板からなる負極集電体を備え、前記負極集電体としては銅薄板を用いることができる。前記負極集電体の少なくとも一面には負極活物質を含む負極合剤がコーティングされた負極コーティング部が形成される。

また、前記正極板２２はストリップ形状の金属箔板からなる正極集電体を備え、前記正極集電体としてはアルミニウム薄板を用いることができる。前記正極集電体の少なくとも一面には正極活物質を含んだ正極合剤がコーティングされる正極コーティング部が形成される。

前記のような電極組立体２０の上部には正極板２２及び負極板２４に各々電気的に連結された正極タップ２８及び負極タップ２８’が引出されている。負極タップ２８’としてはニッケル薄膜を用いることができ、正極タップ２８としてはアルミニウム薄膜を用いることができるが、必ずしもこれに限られるわけではない。前記正極タップ２８及び負極タップ２８’の位置が図１とは反対に備えられることができるのは当然のことである。

一方、前記缶１０はほぼ直六面体の形状を有する金属材からなることができ、これによりそれ自体が端子の役割を行うことができる。本実施例によると前記缶１０は軽量の電導性金属であるAlまたはAl合金で形成できる。また、前記缶１０はその一側が開かれた開口部１２を備え、これを通じて前記電極組立体２０が缶１０の内部に収納できる。

前記缶１０はその側面に角部が形成された角型で形成されることができ、図面で示していないが、その角部がラウンド処理されたラウンド形で備えられることもできる。

前記缶１０の開口部１２にはキャップ組立体３０が設置されて前記缶１０を密閉させるが、前記キャップ組立体３０は前記開口部１２周囲の前記缶１０部位に直接溶接されるキャッププレート３２を備える。前記缶１０とキャッププレート３２はその溶接の容易性のために同一な金属材で備えることができる。

前記キャップ組立体３０には前記キャッププレート３２にガスケット３４を通じて絶縁されるように貫通形成された端子ピン３６が備えられるが、この端子ピン３６の下部には絶縁プレート及び端子プレート（図示せず）がさらに形成されて前記端子ピン３６がキャッププレート３２と絶縁されるようにする。この端子ピン３６の下部には前記負極タップ２８’が溶接され、ここに前記端子ピン３６は負極端子部として機能する。

一方、正極板２２から引出された正極タップ２８は前記キャッププレート３２の下面や缶１０の内面に直接電気的に連結されて前記端子ピン３６を除いた電池外部の全体が正極端子部としての機能をする。しかし、このような正極端子及び負極端子の構造は必ずしもこれに限定されるわけではなく、前記正極端子部の構造も前記負極端子部の構造のように別途の端子ピンを通じて形成でき、この他に他のいかなる構造でも適用できる。

一方、前記のような電極組立体２０が缶１０に挿入された後には絶縁性素材で備えられた保護ケース３８が前記電極組立体２０とキャップ組立体３０の間にさらに設置されて電極組立体２０をより堅固に固定することができる。

そして、キャップ組立体３０を缶１０の開口部１２に溶接した後にはキャッププレート３２に形成された電解液注入口４０を通じて電解液を注入した後、プラグ（図示せず）によりこれを密封する。

前記のような構成の角型二次電池において、前記キャッププレート３２はシーム（seam）溶接方式によって前記開口部１２周囲の缶１０部位に溶接されるが、この時、前記キャッププレート３２と缶１０が溶接された部分、つまり、密封部（SP:Sealing Part）は本実施例において一定の溶接強度を有して形成される第１密封部である高密封部（HSP:High Sealing Part）と前記第１密封部より弱い溶接強度を有する第２密封部である低密封部（LSP:Low Sealing Part）からなる。

図面上に前記高密封部（HSP）と低密封部（LSP）の区分を明確にするために、図２で高密封部（HSP）は実線で示しており、低密封部（LSP）は点線で示した。

ここで、前記低密封部（LSP）は前記缶１０の内圧が規定圧力以上に上昇する場合、前記内圧を減少させるように破裂する安全弁（SV）として機能する。

前記低密封部（LSP）は本実施例を通じて１２kgf/cm²以上のガス圧力が発生する場合、破裂できるようにこれに相応する溶接強度で形成される。

そして、前記高密封部（HSP）は通常の場合と同様に２０kgf/cm²程度の圧力に耐えられる程度の溶接強度で形成される。

このような密封部（SP）の形成は、前記キャッププレート３２を前記開口部１２に付けて前記キャッププレート３２と前記缶１０を溶接する時に、一部区間（前記低密封部部位）で溶接強度を調節して低い溶接強度で前記区間を溶接して形成できる。

本実施例で前記安全弁（SV）は図３に示したように、前記密封部（SP）が一対の長辺と一対の短辺の組み合わせによって形成される時、少なくとも１つの長辺に形成できる。

この場合、前記安全弁（SV）は前記長辺の全長をLとした時、その長さ（l）を前記長辺の全長（L）の３０％以内とし、具体的にその長さ（l）は１cm以下、好ましくは０．１〜１０mmの範囲内で形成される。

図４及び図５はこの実施例の変形例であって、図４は前記安全弁（SV）が前記密封部（SP）の短辺のうちの少なくとも１つの短辺に形成される場合、図５は前記密封部（SP）のコーナー部に各々形成される場合を示している。

以上、前記低密封部（LSP）による安全弁（SV）が溶接工程によって形成される場合を例えて説明したが、本発明はクリンピング（crimping）工程を利用してキャッププレートを缶と密封する円筒型二次電池の場合にクリンピング力を調節して低密封部を形成することも可能である。

図６は本発明の他の実施例を示したもので、円筒型二次電池の斜視図を示した図面である。

前記円筒型二次電池は通常クリンピング工程によってキャッププレート３２’と円筒型缶１０’が密封されるが、この時、本実施例の二次電池はキャッププレート３２’と缶１０’が密封される密封部（SP）の一部区間が他の区間より弱い強度でクリンピングされた低密封部（LSP）を備える。図３において、説明しなかった図面符号HSPは低密封部（LSP）より高い強度でクリンピングされた高密封部を示す。

したがって、電池内圧が規定値、例えば１２kgf/cm²以上になれば、前記低密封部（LSP）が安全弁（SV）として作用して破裂し、これにより内圧が減少して電池自体の爆発を防止する。

また、本発明によれば、安全弁を形成する低密封部の溶接またはクリンピング強度を適切に調整することによって、その作動圧力をより容易で正確に設定できる効果がある。

前記では本発明の好ましい実施例を説明したが、本発明は前記実施例に限定されず、特許請求の範囲と発明の詳細な説明及び添付した図面の範囲内で多様に変形して実施することができ、これも本発明の範囲に属する。

本発明の第１実施例による二次電池の部分分解斜視図である。本発明の第１実施例による二次電池の正面図である。本発明の第１実施例による二次電池の密封部を説明するために示した部分斜視図である。本発明の第１実施例の変形例による密封部を説明するために示した部分斜視図である。本発明の第１実施例の変形例による密封部を説明するために示した部分斜視図である。本発明の第２実施例による二次電池を説明するために示した部分斜視図である。

符号の説明

１０缶
１２開口部
２０電極組立体
２２正極板
２４負極板
２６セパレータ
２８正極タップ
２８’ 負極タップ
３０キャップ組立体
３２キャッププレート
３４ガスケット
３６端子ピン

Claims

正極板、負極板及びこれら極板の間に介在するセパレータを備えた電極組立体;
前記電極組立体が内部に収納される缶;
前記缶の開口部に設置されて前記缶を密閉するキャッププレート;及び
前記缶とキャッププレートの結合部位に形成される安全弁
を含むことを特徴とする、二次電池。
前記缶とキャッププレートは溶接によって結合されており、前記安全弁は前記缶とキャッププレートの密封部に形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の二次電池。
前記密封部が一定の溶接強度を有して形成される第１密封部と、この第１密封部より弱い溶接強度で形成される第２密封部とを含み、前記安全弁が前記第２密封部として形成されていることを特徴とする、請求項２に記載の二次電池。
前記密封部は一対の長辺と、一対の短辺を含んでおり、前記安全弁は少なくとも１つの前記長辺に形成されていることを特徴とする、請求項３に記載の二次電池。
前記長辺の全長をLとする時、前記安全弁が前記Lの３０％以内の大きさに形成されていることを特徴とする、請求項４に記載の二次電池。
前記安全弁の長さをlとする時、このlが５〜２０mmで形成されていることを特徴とする、請求項４に記載の二次電池。
前記密封部は一対の長辺と、一対の短辺を含んでおり、前記安全弁は少なくとも１つの前記短辺に形成されていることを特徴とする、請求項３に記載の二次電池。
前記密封部は一対の長辺と、一対の短辺を含んでおり、前記安全弁は前記長辺と短辺によって形成されているコーナー部に形成されることを特徴とする、請求項３に記載の二次電池。
前記缶は角型からなることを特徴とする、請求項１に記載の二次電池。
前記缶は円筒型からなることを特徴とする、請求項１に記載の二次電池。
電池内圧が規定圧力以上に上昇する時、前記内圧を減少させるように破裂する安全弁を有する角型二次電池の製造方法であって、
キャッププレートを角型缶の開口部に溶接して密封部を形成する時、前記密封部の一部区間では溶接強度を調節して他の区間より溶接強度の低い低密封部を形成することによって、この低密封部を前記安全弁として構成することを特徴とする、二次電池の製造方法。
電池内圧が規定圧力以上に上昇する時、前記内圧を減少させるように破裂する安全弁を有する円筒型二次電池の製造方法であって、
キャッププレートを円筒型缶の開口部にクリンピングして密封部を形成する時、前記密封部の一部区間ではクリンピング強度を調節して他の区間よりクリンピング強度の低い低密封部を形成することによって、この低密封部が前記安全弁として構成されることを特徴とする、二次電池の製造方法。