JP2008293939A - 二次電池 - Google Patents

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Abstract

【課題】段差を形成して二次電池の外廓厚さを均一にすることが可能な二次電池を提供すること。
【解決手段】電極組立体及び電極組立体を収容する缶又はパウチ外装材を含むベアセルと、ベアセル一側に設けられた保護回路基板と、ベアセルの側面に付着されるラベルとを備え、缶又はパウチ外装材は段差が形成されたことを特徴とする。また、上記段差は、前記ラベルが重ね合わせられて形成されたラベル重ね部が収容されるラベル重ね収容部であってもよい。
【選択図】図1A

Description

本発明は二次電池に係り、更に詳細には二次電池の外廓厚さを均一にするために缶又はケースの構造を改善したリチウム二次電池に関する。
急速に変化している情報化によって情報機器の小型化、軽量化、高機能化に対するユーザーの要求が増大しており、PDA、GPS、カムコーダ、携帯用電話機等の携帯用電子装置は電池を主電源で用いる。また、大部分の電池電源としては小型化と軽量化のためにエネルギー密度が高く、再充電が可能な二次電池を駆動電源で用いている。
特に、リチウム二次電池はリチウムの軽い原子の特性によって既存の鉛蓄電池、ニッケル−カドミウム電池、ニッケル−水素電池、ニッケル−亜鉛電池等と比較して単位重量当たりのエネルギー密度が高くて、急速充電が可能であるため広く使われている。
これら二次電池でベアセルの大部分は陽極、陰極及びセパレーターで構成された電極組立体を通常アルミニウム又はアルミニウム合金で構成された缶に収容して、缶をキャップ組立体で密閉した後、缶内部に電解液を注入して密封することによって形成される。
缶は鉄材で形成されることができるがアルミニウム又はアルミニウム合金で形成するようになればアルミニウムの軽い属性で電池の軽量化が実現できて、高電圧下で長時間用いる時にも腐蝕しない等の利点がある。
ところが、電池はエネルギー源として多くのエネルギーを放出する可能性を有している。二次電池の場合、エネルギーを充電された状態で自体に高いエネルギーを蓄積しており、充電する過程では、他のエネルギー源からエネルギーの供給を受けて蓄積するようになる。このような過程や状態で内部短絡等二次電池の異常が発生する場合、電池内に蓄積されたエネルギーが短時間に放出されながら発火、爆発等の安全問題を起こすおそれがある。
最近に多く使われるリチウム系二次電池はリチウム自体が高い活性を有するので電池の異常発生時発火や爆発の危険が大きい。リチウムイオン電池の場合は金属状態のリチウムではないイオン状態のリチウムだけ存在するので金属リチウムを用いる電池に比べて安全性が向上した。しかし、相変らず電池に使われる陰極や非水性電解液等の材料は可燃性を有する等の理由で電池の異常発生時発火や爆発の危険性が大きい。
従って、二次電池は充電された状態であるいは充電する過程で電池自らの異常による発火や爆発を防止するために多数の安全装置が具備される。安全装置は通常リードプレートと呼ばれる導体構造によりベアセルの陽極端子及び陰極端子と連結される。
これら安全装置は電池の高温上昇や、過度な充放電等で電池の電圧が急上昇する等の場合に電流を遮断して電池の破裂、発火等危険を防止するようにする。安全装置ではベアセルに連結されることとしては異常電流や電圧を感知して電流流れを遮断する保護回路、異常電流による過熱で作動するPTC(positive temperature coefficient)素子、バイメタル等がある。
ベアセルと安全装置等を含む回路部が成形樹脂で結合した状態の二次電池は最終適用時の外部形態によって大別して2種の類型に区分するので、外部機器と電気的に連結されることができる端子(外部端子)が露出された状態で電池の外面にプラスチック樹脂のハウジングが一体で成形されている形態(ハードパック型電池:hard pack battery)と外部端子が露出された状態で電池の外面にプラスチック樹脂のハウジングが別途に成形されなくてラベルが包装される形態(インナーパック型電池:inner pack battery)である。
インナーパック型電池は外部機器の形態及び構造に関係なく使われることができるという長所があり、スリム化及び多様なデザインが可能であってスリム型携帯電話に適用されたことに続いて多様な製品としてその適用範囲が広くなっており、標準化作業も急速に行われている。
特開2004−22234号公報 特開2004−327176号公報 特開2005−158452号公報 大韓民国特許公開第2006−0113802号明細書
一方、二次電池が使われる電子製品の小型化傾向で電子製品に設けられてエネルギーを供給する二次電池は小型特に薄形の二次電池に対する要求が増大している。
一般的に二次電池は製品によって若干の差はあるが、その厚さについて4.7mmを基準にして0.1mm水準で管理することが要求されている。特に電池の使用中にスウェリング(swelling)現象により中央部の厚さが厚くなるので中央部の厚さを4.7mm以下に管理することが要求される。
従って、ベアセルの外部にフィルム形態のラベルが包装されれば、ラベルはベアセルのいずれか1位置で封合のために重なるようになってB領域のようなラベルが重なる領域、すなわちラベル重ね部が形成される。
すなわち、電池の厚さがラベルの厚さだけ更に厚くなって二次電池の厚さ管理に難しい問題がある。このようなラベルの厚さによる厚さ増加は管理によって減らせない部分であるので他の厚さ偏差発生原因、すなわち缶の厚さ偏差等を更に厳格に管理する問題がある。
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、段差を形成して二次電池の外廓厚さを均一にすることが可能な、新規かつ改良された二次電池を提供することにある。
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、電極組立体及び電極組立体を収容する缶又はパウチ外装材を含むベアセルと、ベアセルの側面に付着されるラベルとを備え、缶又はパウチ外装材は段差が形成されたことを特徴とする二次電池が提供される。
上記段差は、前記ラベルが重ね合わせられて形成されたラベル重ね部が収容されるラベル重ね収容部であってもよい。
上記二次電池は上部ケース及び下部ケースを更に備えるものであってもよい。また、上記ベアセルはリチウムイオンセル又はリチウムポリマーセルであってもよい。更に、上記ベアセルは角形、円筒形又はパウチ型のうちいずれか1つの形状で形成されるものであってもよい。
上記段差は缶又はパウチ外装材の一側面のコーナー又は中央部に形成されるものであってもよい。また、上記一側面は缶又はパウチ外装材の長側であってもよい。
上記電極組立体は、陽極タブが連結される陽極板と、陰極タブが連結される陰極板と、陽極板と陰極板との間に介在されるセパレーターとが巻回された形態であってもよい。
上記陽極タブ及び陰極タブは段差が形成される領域以外で陽極板及び陰極板と連結されるものであってもよい。
上記電極組立体は、巻回された終端が、段差が形成される位置以外に位置するものであってもよい。
上記上部ケースは一体型、埋込型又はカバー型で形成されるものであってもよい。
また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、電極組立体及び電極組立体を収容する缶又はパウチ外装材を含むベアセルと、ベアセルの側面に設けられた外部ケースと、外部ケース上に付着されるラベルとを備え、外部ケースは段差が形成されたことを特徴とする二次電池が提供される。
上記段差は外部ケースの一側面のコーナー又は中央部に形成されるものであってもよい。また、上記一側面は外部ケースの長側であってもよい。
上記上部ケースは下部ケースと分離された形態に形成されるものであってもよい。また、上記上部ケースは下部ケースと一体に形成されるものであってもよい。
上記外部ケースはアルミニウム又はステンレス鋼で形成されるものであってもよい。また、上記外部ケースはプラスチックで形成されるものであってもよい。
上記缶又はパウチ外装材に段差が形成されるものであってもよい。また、上記段差は外部ケースに形成される段差と同じ位置に形成されるものであってもよい。
本発明によれば、段差を形成して二次電池の外廓厚さを均一にすることができる。
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。また、図面において、層及び領域の厚さ等は便宜のために誇張されて表現されることができる。
(第1の実施形態)
まず、本発明の第1の実施形態に係る二次電池について説明する。図1Aは本発明の第1の実施形態による二次電池の分離斜視図を示したものであって、図1Bは図1Aの二次電池のラベルが包装される斜視図を示したものであって、図1Cはラベルが包装された図1Bの二次電池のAから眺めた正面図を示したものであって、図1Dは図1CのB領域の拡大図である。
図1A〜図1Dを参照すると、二次電池はベアセル100及びベアセル100と電気的に連結されて、過充電、過放電、過電流等による安全事故を予防するための保護回路基板200がベアセル100の上部に具備される。
また、ベアセル100の上部及び下部には上部ケース310と下部ケース330が更に具備されることができ、ベアセル100の側面にはラベル400が付着される。ベアセル100は液体電解質を用いるリチウムイオンセルであることがあり、固体ポリマー電解質又はゲル状の電解質を用いるリチウムポリマーセルであることができる。また、ベアセル100は電極組立体が収容される缶の形態によって分類される角形、円筒形及びパウチ型のうちいずれか一つの形状で構成されることができる。
ベアセル100がリチウムイオンセルで形成される場合、ベアセル100は電極組立体を深絞り等の方法を用いて形成したアルミニウム等の金属材質の缶に収容した後、缶上端部をキャップ組立体で密閉して、電解液を注入して形成され、電解液はキャップ組立体で密閉する前に缶に注入されることもできる。
ベアセル100がリチウムポリマーセルで形成される場合、ベアセル100は電極組立体を収容するための空間を具備するパウチ外装材の下面に電極組立体を収容して、パウチ外装材の上面を利用して前記下面を覆った後密封することによって形成される。
ベアセル100に収容される電極組立体は陽極集電体に陽極活物質を塗布して形成された陽極板、陰極集電体に陰極活物質を塗布して形成された陰極板及び陽極板と陰極板間に介在されるセパレーターが積層及び巻回されてゼリーロール形態で構成される。また、陽極板及び陰極板には活物質が塗布されない無地部が形成され、陽極板の無地部には陽極タブが連結されて、陰極板の無地部には陰極タブが連結される。
陽極集電体及び陰極集電体はステンレス鋼、ニッケル、銅、アルミニウム及びこれらの合金で構成された群から選択された1つで形成されることができ、望ましくは、陽極集電体はアルミニウム又はアルミニウム合金で形成され、陰極集電体は銅又は銅合金で形成されて効率を極大化する。
セパレーターは陽極板と陰極板間に介在されて2極板の短絡を防止して、リチウムイオンの移動を可能にする。セパレーターを形成する物質ではポリエチレン(PE)及びポリプロピレン(PP)等のポリオレフィン系高分子膜又はこれらの多重膜で形成されることができる。
この時、電極組立体が収容される缶又はパウチ外装材の一面には段差によるラベル重ね収容部150を形成する。ラベル重ね収容部150はベアセル100外側にラベル400が付着される場合、ラベリング終わり区間で発生されるラベル重ね部410を収容するために形成されることであって、ラベルの重ねによる厚さの増加を防止することができる。
ラベル重ね収容部150は缶又はパウチ外装材の一側面に形成されるコーナーに角をなした形態又は曲率を有する形態に形成されることができ、中央部に形成されることもでき、前記一側面は缶又はパウチ外装材の長側であることが望ましい。なお、ラベル重ね収容部150の形態や形成される位置は本発明に限られるのではなく、実施形態によって当業者による多様な変更と修正が可能であることである。
また、上部ケース310及び下部ケース330が具備される場合、上部及び下部ケース310、330にもラベル重ね収容部を形成することができる。このとき、ラベル重ね収容部150は電極組立体が収容される缶又はパウチ外装材の内部方向に形成される段差であるため、ラベル重ね収容部150が形成されない他の部分より内部空間が小さくなる。従って、陽極タブ及び陰極タブが、段差が形成される領域以外で陽極板及び陰極板と連結するようにすることが望ましい。また、電極組立体を形成するために巻かれた終端が、段差が形成される領域以外に位置するようにすることが望ましい。
保護回路基板200はベアセル100の一側に具備されて電気的に連結しており、電池の過充電、過放電、過電流等の状態を確認して異常動作が発生すれば、充電及び放電を遮断して電池の安全性及び信頼性を提供する。
保護回路基板200は配線パターンが形成されている印刷回路基板(PCB:Printed Circuit Board)に保護回路、PTC、フューズ等の保護素子を具備し、外部機器とベアセルを電気的に連結するための一つ又は複数個の外部連結端子210を含んで形成することができる。保護回路基板200はベアセルと電気的に連結するためのリードプレートを具備してベアセルと連結することができ、電極組立体と連結される電極タブと直接連結されることができる。
ベアセルの上部及び下部には外部衝撃から保護するための上部ケース310と下部ケース330が具備されることができ、上部ケース310は外部連結端子を外部に突出させるためのホール315を形成する。このとき、上部ケース310は一体型、埋込型又はカバー型等で形成することができる。
上部ケース310を一体型で形成することはベアセルの上端に保護回路基板を連結して、ベアセルと保護回路基板間の間隙をナイロン系統の合成樹脂物で充填した後低温低圧射出して成形する方法によって形成するものであることができる。
また、上部ケース310を埋込型で形成することは保護回路基板を合成樹脂に埋め込んで保護回路基板埋込型上部ケースを形成した後、保護回路基板埋込型上部ケースをベアセルの上端に結合する方法によって形成するものであることができる。
また、上部ケース310をカバー型で形成することはベアセルの上部に保護回路基板を連結して、合成樹脂であらかじめ形成した上部ケースを保護回路基板が連結されたベアセルに結合する方法によって形成するものであることができる。
ラベル400はビニル、ポリマー等で形成されてベアセルの外面を保護し、必要な製品名を記入して電池の外観を形成すると同時に外部と電気的に絶縁させるようになる。ラベル400は缶又はパウチ外装材の外面に接着される接着剤層、製造メーカー等が表記されている支持体層、支持体層に印刷されている文句を保護するためのフィルム層を含んで形成される。
ラベル400がベアセルの外面を包む場合、ラベルが終わる終端が開始端と重なる部分で形成されるラベル重ね部410はベアセルの外面に形成されるラベル重ね収容部150に収容されるので、ラベルの重ねによる厚さの増加を防止することができる。
(第2の実施形態)
次に、本発明の第1の実施形態に係る二次電池について説明する。図2Aは本発明の第2実施形態による二次電池の分離斜視図を示したものであって、図2Bは図2Aの二次電池のラベルが包装される斜視図を示したものであって、図2Cはラベルが包装された図2Bの二次電池のA’から眺めた正面図を示したものであって、図2Dは図2CのB’領域の拡大図である。
図2A〜図2Dを参照すると、二次電池はベアセル100’及びベアセル100’と電気的に連結されて、過充電、過放電、過電流等による安全事故を予防するための保護回路基板200がベアセル100’の上部に具備される。
本第2実施形態のベアセル100’及び保護回路基板200の構成及び役割は第1実施形態のベアセル100及び保護回路基板200と同じであるので詳細な説明は省略するようにする。但し、本第2実施形態のベアセル100’は第1実施形態のベアセル100と違って外側に段差が形成されないこともある。
また、ベアセル100’の上部及び下部には上部ケース310及び下部ケース330が更に具備されることができ、ベアセル100’の側面には外部ケース350が具備されて外部衝撃からベアセル100’を保護し、ラベル400が付着される。
本第2実施形態の上部ケース310、下部ケース330及びラベル400の構成及び役割は第1実施形態の上部ケース310、下部ケース330及びラベル400と同じであるので詳細な説明は省略する。
外部ケース350は第2実施形態と共に上部ケース310及び下部ケース330と分離される形態であることができるが、上部ケース310及び下部ケース330と一体に形成された形態であることもある。
外部ケース350はインナーパック形態の二次電池に具備されるアルミニウム、ステンレス鋼又はその等価物のうち選択されたいずれか一つで形成される金属材質のケースであることがあり、射出成形で形成されて、ハードパック形態の二次電池に具備されるプラスチック又はその等価物の材質で形成されるケースであってもよい。
このとき、外部ケース350の一面には段差によるラベル重ね収容部355を形成する。ラベル重ね収容部355はベアセル100’外側にラベル400が付着される場合、ラベリング終わり区間で発生するラベル重ね部410を収容するために形成されるものであって、ラベルの重ねによる厚さの増加を防止することができる。
ラベル重ね収容部355は外部ケース350の一側面に形成されるコーナーに角をなした形態又は曲率を有する形態に形成されることができ、中央部に形成されることもでき、前記一側面は外部ケース350の長側であることが望ましい。
ラベル重ね収容部355の形態や形成される位置は本発明に限られるのではなく、実施形態によって当業者による多様な変更と修正が可能であることである。
また、上部ケース310及び下部ケース330が具備される場合、上部及び下部ケース310、330にもラベル重ね収容部355を形成することができる。このとき、ラベル重ね収容部355は電極組立体が収容される缶又はパウチ外装材の内部方向に形成される段差であるので、ラベル重ね収容部が形成されない他の部分より内部空間が小さくなることがある。従って、陽極タブ及び陰極タブが、段差が形成される領域以外で陽極板及び陰極板と連結するようにすることが望ましい。また、電極組立体を形成するために巻かれた終端が、段差が形成される領域以外に位置するようにすることが望ましい。
上記では第1実施形態及び第2実施形態を独立的に説明しているが、第1実施形態及び第2実施形態を共に適用して実施することも可能である。すなわち、ベアセル及びベアセルの側面に付着される外部ケース2つともに段差によるラベル重ね収容部を形成することができる。この場合、ベアセルに形成される段差及び外部ケースに形成される段差は同じ位置で形成することが望ましい。
従って、上記に説明したように電極組立体を収容する缶又はパウチ外装材の外面に段差を形成することによって、段差により形成される空間にラベルの重ね部を位置させてラベル重ね部が周囲より厚くなることを防止することができて、電池の外廓厚さが均一に維持される。また、ケースに結合される場合ケースに段差を形成させても同じ効果を得ることができる。
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例又は修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
本発明の第1実施形態による二次電池の分離斜視図を示したものである。 図1Aの二次電池のラベルが包装される斜視図を示したものである。 ラベルが包装された図1Bの二次電池のAから眺めた正面図を示したものである。 図1CのB領域を拡大して示した図面である。 本発明の第2実施形態による二次電池の分離斜視図を示したものである。 図2Aの二次電池のラベルが包装される斜視図を示したものである。 ラベルが包装された図2Bの二次電池のA’から眺めた正面図を示したものである。 図2CのB’領域を拡大して示した図面である。
符号の説明
100、100’ ベアセル
150、355 ラベル重ね収容部
200 保護回路基板
210 外部連結端子
310 上部ケース
315 ホール
330 下部ケース
350 外部ケース
400 ラベル
410 ラベル重ね部

Claims (25)

  1. 電極組立体及び前記電極組立体を収容する缶又はパウチ外装材を含むベアセルと、
    前記ベアセルの側面に付着されるラベルと、
    を備え、
    前記缶又はパウチ外装材は段差が形成されたことを特徴とする、二次電池。
  2. 前記段差は、前記ラベルが重ね合わせられて形成されたラベル重ね部が収容されるラベル重ね収容部であることを特徴とする、請求項1に記載の二次電池。
  3. 前記二次電池は上部ケース及び下部ケースを更に備えることを特徴とする、請求項1に記載の二次電池。
  4. 前記ベアセルはリチウムイオンセル又はリチウムポリマーセルであることを特徴とする、請求項1に記載の二次電池。
  5. 前記ベアセルは角形、円筒形又はパウチ型のうちいずれか1つの形状で形成されることを特徴とする、請求項4に記載の二次電池。
  6. 前記段差は前記缶又はパウチ外装材の一側面のコーナー又は中央部に形成されることを特徴とする、請求項2に記載の二次電池。
  7. 前記一側面は前記缶又はパウチ外装材の長側であることを特徴とする、請求項6に記載の二次電池。
  8. 前記電極組立体は、陽極タブが連結される陽極板と、陰極タブが連結される陰極板と、前記陽極板と前記陰極板との間に介在されるセパレーターとが巻回された形態であることを特徴とする、請求項1に記載の二次電池。
  9. 前記陽極タブ及び陰極タブは前記段差が形成される領域以外で前記陽極板及び前記陰極板と連結されることを特徴とする、請求項8に記載の二次電池。
  10. 前記電極組立体は、巻回された終端が、前記段差が形成される位置以外に位置することを特徴とする、請求項8に記載の二次電池。
  11. 前記上部ケースは一体型、埋込型又はカバー型で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。
  12. 電極組立体及び前記電極組立体を収容する缶又はパウチ外装材を含むベアセルと、
    前記ベアセルの側面に設けられた外部ケースと、
    前記外部ケース上に付着されるラベルと、
    を備え、
    前記外部ケースは段差が形成されたことを特徴とする、二次電池。
  13. 前記段差は前記外部ケースの一側面のコーナー又は中央部に形成されることを特徴とする、請求項12に記載の二次電池。
  14. 前記一側面は前記外部ケースの長側であることを特徴とする、請求項13に記載の二次電池。
  15. 前記段差は、前記ラベルが重ね合わせられて形成されたラベル重ね部が収容されるラベル重ね収容部であることを特徴とする、請求項12に記載の二次電池。
  16. 前記二次電池は上部ケース及び下部ケースを更に備えることを特徴とする、請求項12に記載の二次電池。
  17. 前記上部ケースは前記下部ケースと分離された形態に形成されることを特徴とする、請求項16に記載の二次電池。
  18. 前記上部ケースは前記下部ケースと一体に形成されることを特徴とする、請求項16に記載の二次電池。
  19. 前記外部ケースはアルミニウム又はステンレス鋼で形成されることを特徴とする、請求項12に記載の二次電池。
  20. 前記外部ケースはプラスチックで形成されることを特徴とする、請求項12に記載の二次電池。
  21. 前記ベアセルはリチウムイオンセル又はリチウムポリマーセルであることを特徴とする、請求項12に記載の二次電池。
  22. 前記ベアセルは角形、円筒形又はパウチ型のうちいずれか1つの形状で形成されることを特徴とする、請求項12に記載の二次電池。
  23. 前記缶又はパウチ外装材に段差が形成されることを特徴とする、請求項12に記載の二次電池。
  24. 前記段差は前記外部ケースに形成される段差と同じ位置に形成されることを特徴とする、請求項23に記載の二次電池。
  25. 前記上部ケースは一体型、埋込型又はカバー型で形成されることを特徴とする、請求項16に記載の二次電池。
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