JP5529768B2 - 二次電池及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、二次電池及びその製造方法に係り、さらに詳細には、二次電池のケース構造に関する。

最近、携帯電話、ノート型パソコン、カムコーダのようなコンパクトであって軽量化された電気／電子装置が活発に開発及び生産されている。このような携帯用電気／電子装置は、別途の電源が備わっていないところでも作動可能なように、電池パックを内蔵している。内蔵された電池パックは、携帯用電気／電子装置を一定期間の間駆動させるために、一定レベルの電圧を出力させることができるように、内部に充放電が可能な二次電池を具備できる。二次電池はまた、電気車またはハイブリッド車の駆動源としても使われる。

二次電池は、例えば、ニッケル−カドミウム（Ｎｉ−Ｃｄ）電池、ニッケル−水素（Ｎｉ−ＭＨ）電池またはリチウム（Ｌｉ）電池などの電池がある。このとき、例えば、リチウム二次電池は、作動電圧が約３．６Ｖであり、この値は、携帯用電子装備のための電源として多用されているニッケル−カドミウム電池やニッケル−水素電池より３倍も高い。従って、リチウム二次電池等の二次電池は、単位重量当たりエネルギー密度が高く、それ故、急速に普及が広がっている。

このようなリチウム二次電池は、主に正極活物質としては、リチウム系酸化物を使用しており、負極活物質としては、炭素材を使用している。一般的には、電解液の種類によって、液体電解質電池と、高分子電解質電池とに分類され、液体電解質を使用する電池を、リチウムイオン電池といい、高分子電解質を使用する電池を、リチウムポリマー電池という。また、リチウム二次電池は、さまざまな形状で製造されているが、代表的な形状としては、円筒型（円筒形）、角型（角形）、ポーチ型を挙げることができる。

リチウムイオン二次電池は、正極活物質がコーティングされた正極電極板、負極活物質がコーティングされた負極電極板、及び正極電極板と負極電極板との間に位置すると共にショートを防止し、且つリチウムイオン（Ｌｉ−ｉｏｎ）の移動だけを可能にするセパレータとが巻かれる、または積層された電極組立体、電極組立体を収容するケース、さらにケース内に注入され、リチウムイオンの移動を可能にする電解液などを具備できる。

このようなリチウムイオン二次電池は、正極活物質がコーティングされ、正極タブが連結された正極電極板、負極活物質がコーティングされ、負極タブが連結された負極電極板、及びセパレータを積層した後、これを巻く、または積層して、電極組立体を製造する。このとき、正極活物質は、リチウム（Ｌｉ）を含む複合酸化物を主成分とし、例えば、炭酸リチウムと酸化コバルトとを、１．２：１の割合で混合した後、４００℃ないし１，０００℃で焼成して形成されたＬｉＣｏＯ_２を使用できる。電極組立体をケースに収容し、ケースに電解液を注入して密封し、リチウム二次電池を完成する。

リチウム二次電池は、充電を反復して使用しているうちに、電極組立体の体積が膨脹及び収縮を反復する。このような電極組立体の膨脹作用及び収縮作用は、ケースが膨脹するスウェリング（swelling）現象を生じさせうる。

本発明の一実施形態による二次電池及びその製造方法は、内部圧力を効果的に分散させて剛性を上昇させる二次電池、及びその製造方法を提供することを目的とする。

本発明の一実施形態によれば、凹凸部が形成された第１面を具備し、前記凹凸部は、高さｈ及び幅ｗを有し、前記高さｈ及び前記幅ｗは、同じ単位系を使用したとき、前記幅ｗに対する前記高さｈの比（ｈ／ｗ×１００％）が、２％ないし５０％であるケースと、第１電極、第２電極及び前記第１電極と前記第２電極との間に介在されたセパレータと、を具備し、前記ケースに収容される電極組立体を含む二次電池を提供する。

前記幅ｗに対する前記高さｈの比（ｈ／ｗ×１００％）は、２％ないし３３％でありうる。ここで、前記幅ｗに対する前記高さｈの比（ｈ／ｗ×１００％）は、２．４％ないし１８．８％でありうる。

１個以上であるＮ個の前記凹凸部が、前記ケースの前記第１面上に形成され、前記第１面は、第１長さＡを有し、前記Ｎ個の凹凸部は、前記第１長さＡに対して垂直方向に延在しており、前記第１長さＡに対する前記凹凸部の個数Ｎの比（Ｎ／Ａ×１００％）は、２％ないし２４％でありうる。

前記Ｎ個の凹凸部は、第１線形凹凸部セットを構成し、前記第１線形凹凸部セットに対して垂直方向に延在しており、Ｎ’個の前記凹凸部を有する第２線形凹凸部セットが前記第１面上に形成され、前記第１面は、第２長さＢを有し、前記Ｎ’個の凹凸部は、前記第２長さＢに対して垂直方向に延在しており、前記第２長さＢに対する前記第２線形凹凸部セットの前記凹凸部の個数Ｎ’の比（Ｎ’／Ｂ（ｍｍ）×１００％）は、２％ないし２４％でありうる。

前記ケースの第１面の互いに反対側に配置された両端に垂直であると共に、前記第１面の中心点を横切る中心線に対して前記凹凸部は、対称的に形成され、前記凹凸部は、前記両端と前記第１面の中心点との間に配置されうる。

前記ケースの表面積を増加させるために、前記凹凸部は、前記ケース上に渦巻き状に形成されうる。

本発明の他の実施形態によれば、第１端部と、前記第１端部に対向する第２端部とを具備する第１面を含むケースと、第１電極、第２電極及び前記第１電極と前記第２電極との間に介在されたセパレータを具備し、前記ケースに収容される電極組立体と、を含み、前記第１端部と前記第２端部とに垂直であると共に、前記第１端部と前記第２端部との中心点を横切る中心線に対して対称的に前記第１面に凹凸部が形成された二次電池を提供する。

前記凹凸部は、第１線形凹凸部であり、前記第１端部と前記第２端部との間に延在しており、前記凹凸部は、高さｈ及び幅ｗを有し、前記幅ｗに対する前記高さｈの比（ｈ／ｗ×１００％）は、２％ないし５０％でありうる。

前記二次電池は、前記第１線形凹凸部に垂直に延在する第２線形凹凸部をさらに具備することもできる。

ここで、前記第２線形凹凸部は、前記第１線形凹凸部と交差するように形成されうる。

前記凹凸部は、前記第１面の前記中心点を取り囲むように形成されうる。

前記凹凸部は、連続的に形成されうる。

前記二次電池は、前記凹凸部を取り囲んで前記中心点を中心に円状をなす少なくとも１つの追加凹凸部がさらに形成されうる。

前記二次電池は、少なくとも２つの不連続凹凸部を、前記第１面の前記中心点に対して対称的に配置されるようにさらに具備し、前記不連続凹凸部は、前記凹凸部の外側に形成され、前記凹凸部が、前記第１面の前記中心点と前記不連続凹凸部との間に配置されもする。

前記二次電池は、前記中心線に対して互いに対称になる半円凹凸部を、前記第１面上にさらに具備することもできる。

本発明のさらに他の実施形態によれば、凹凸部が形成された第１面を具備し、前記凹凸部は、高さｈ及び幅ｗを有し、前記高さｈ及び前記幅ｗは、同じ単位系を使用したとき、前記幅ｗに対する前記高さｈの比（ｈ／ｗ×１００％）が、２％ないし５０％であるケースを提供する段階と、第１電極、第２電極及び前記第１電極と前記第２電極との間に介在されたセパレータを具備する電極組立体を前記ケースに収容する段階と、を含む二次電池の製造方法を提供する。

本発明の一実施形態によれば、二次電池は、二次電池の充放電時の体積膨脹を補償及び抑制し、内圧の上昇による電極組立体の変形を抑制できる。

二次電池の概略的斜視図である。 図１の実施形態において、ＩＩ−ＩＩ線に沿って切り取った断面図である。 各辺の長さがＡ，Ｂ，Ｃであるケースの概略的斜視図である。 凹凸部が形成されて単位面積が増加したケースを図示した概略的斜視図である。 図４ＡのＩＶｂを拡大した図面であり、凹凸部の斜辺の長さを求めるための概略的概念図である。 力の分散原理について説明する概略的概念図である。 曲げ応力の原理について説明するために図示した平らな平面の側面図及び正面図である。 曲げ応力の原理について説明するために図示した、凹凸部が形成された構造物の側面図及び正面図である。 幅ｗ、高さｈ、凹凸部角θ、凹凸部曲率ｒを有する凹凸部を図示した概略的概念図である。 直六面体状のケースに内圧を適用したときに生じる応力を示した概略的斜視図である。 図８Ａの実施形態において示された変形量について図示した概略的斜視図である。 ケースの正面図である。 本発明による一実施形態であって、変形量に対応してケース一面の中心から同心円に凹凸部が形成されたケースの概略的斜視図である。 図９Ａの実施形態のＩＸｂ−ＩＸｂに沿って切り取った断面図である。 図９Ａの実施形態の一変形例であり、応力に対応してケースの応力集中点に凹凸部を形成したケースの概略的斜視図である。 図１０Ａ実施形態のＸｂ−Ｘｂに沿って切り取った断面図である。 図９Ａの実施形態の他の変形例であり、変形量と応力集中点とに対応し、同心円凹凸部と線形凹凸部とが形成されたケースの概略的斜視図である。 図１１Ａの実施形態のＸＩｂ−ＸＩｂに沿って切り取った断面図である。 図９Ａの実施形態のさらに他の変形例であり、同心円凹凸部と放射線型凹凸部とが形成されたケースの概略的斜視図である。 図１２Ａ実施形態のＸＩＩｂ−ＸＩＩｂに沿って切り取った断面図である。 凹凸部が１個形成された本発明の他の実施形態の応力分布を図示した概略的斜視図である。 図１３Ａの実施形態の変形量を図示した概略的斜視図である。 図１３Ａの実施形態の正面図である。 図１３Ａの実施形態の一変形例であり、凹凸部が２つ形成されたケースの応力分布を図示した概略的斜視図である。 図１４Ａの実施形態の変形量を図示した概略的斜視図である。 図１４Ａの実施形態の正面図である。 図１３Ａの実施形態の他の変形例であり、Ａ辺とＢ辺とに凹凸部がそれぞれ８つ形成されたケースの応力分布を図示した概略的斜視図である。 図１５Ａの実施形態の変形量を図示した概略的斜視図である。 図１５Ａの実施形態の正面図である。 図１５Ａの実施形態の側面図である。

以下、本発明による実施形態について、図面と共に説明する。しかし、本発明が前記図面に図示された実施形態に限定されるものではなく、他の実施形態を構成できることは、いうまでもない。以下、説明された実施形態は、当業者が本発明を実施することできるように十分に開示されている。

図面には、層または構成要素の一部分が、説明を明確にするために、誇張されて描かれていることもある。また、層または構成要素が、他の層または物質の「上」に配置されたということは、前記層または構成要素が他の層または物質の真上に配置されるか、または前記層または構成要素と、他の層または物質との間に他の物質が配置されると解釈されうる。

また、層が他の層の「下」に配置されるということも、直下に配置される、または１層またはそれ以上の他の層が介在されている状態で配置されうることは、いうまでもない。また、２層「間」に配置されるということは、２層間にのみ配置される、または２層間にさらに他の１層またはそれ以上の層が介在されている状態で配置されうることは、いうまでもない。同じ図面符号は、同じ構成要素を称する。

以下、添付された図面に図示された実施形態を参照しつつ、本発明について詳細に説明する。

図１及び図２を参照しつつ、二次電池１の構造についてまず説明した後、内圧に効果的に耐えるケース３４の構造について説明する。図１には、二次電池１の斜視図が図示されている。図２には、図１の二次電池１で、ＩＩ−ＩＩ線に沿って切り取った断面図が図示されている。

図１及び図２を参照すれば、二次電池１は、電極組立体１０、電極端子２１，２２及びケース３４を具備する。このとき、ケース３４は、電極組立体１０を収容し、電極組立体１０は、電極端子２１，２２を介して外部と電気的に連結されうる。

電極組立体１０は、正極１１、負極１２及びセパレータ１３を具備する。このとき、正極１１及び負極１２は、絶縁体であるセパレータ１３を間に介在させて巻かれて電極組立体１０を形成できる。このとき、電極組立体１０は、センターピンを内側に配置させ、センターピンを中心に巻くこともでき、または正極１１、セパレータ１３及び負極１２を積層することもできる。正極１１及び負極１２は、それぞれ無地部１１ａ，１２ａと、コーティング部１１ｂ，１２ｂとを含むことができる。無地部１１ａ，１２ａは、薄板の金属ホイルから形成された集電体上の活物質がコーティングされていない領域でありうる。コーティング部１１ｂ，１２ｂは、薄板の金属ホイルから形成された集電体上の活物質が塗布された領域である。電極組立体１０の正極無地部１１ａには、正極集電部４０ａが溶接によって付着されうる。正極集電部４０ａは、リード部材２８を介して、正極端子２１と電気的に連結されうる。それにより、正極端子２１は、リード部材２８及び正極集電部４０ａを介して、電極組立体１０の正極１１と連結されうる。負極集電部４０ｂは、リード部材２８を介して、負極端子２２と電気的に連結されうる。それにより、負極端子２２は、リード部材２８及び負極集電部４０ｂを介して、電極組立体１０の負極１２と連結されうる。リード部材２８とキャップ・プレート３０との間には、絶縁のための絶縁部材２６が設けられうる。リード部材２８は、集電部４０ａ，４０ｂに付着され集電リード部２８ｂと、電極端子２１，２２に付着された端子リード部２８ａとを含むことができる。電極端子２１，２２は、正極端子２１及び負極端子２２を具備する。正極端子２１及び負極端子２２は、それぞれ電極組立体１０の正極１１及び負極１２に電気的に連結されていると共に、ケース３４の外部に露出されうる。

ケース３４は、一面にキャップ・プレート３０を具備できる。ケース３４は、一面が開放された角形缶状を有し、キャップ・プレート３０で、ケース３４の開いた部分を封ずることができる。キャップ・プレート３０は、電極端子２１，２２を外部に突出させつつ、ケース３４を覆うことができる。ケース３４とキャップ・プレート３０との境界がレーザで溶接され、電極組立体１０が電解液と共に収容されたケース３４が密封されうる。キャップ・プレート３０は、薄板からなりうる。また、キャップ・プレート３０には、設定された内部圧力によって破断されうるように、溝が形成されたベント部材３９が設けられうる。ここで、キャップ・プレート３０には、電解液が注入される電解液注入口３８ａが形成されうる。電解液注入口３８ａには、密封栓３８がはめ込まれて設けられうる。

このとき、図１及び図２には、二次電池１を角形電池として図示したが、これは、二次電池１の一実施形態に過ぎず、多様な形態で構成されうる。例えば、二次電池１は、円筒形二次電池またはポリマー型二次電池でありうる。このとき、それぞれ、電極組立体１０は、センターピンを中心に巻いて構成することもでき、または積層型に構成することもできる。

ここで、二次電池１は、充放電を介して、電極組立体１０が膨脹または収縮しうる。このような電極組立体１０の膨脹と収縮は、ケース３４に物理力として作用し、これによって、ケース３４は、電極組立体１０の変化に相応する物理的膨脹と収縮とを行うことになる。このような電極組立体１０の膨脹と収縮は、ケース３４の外形を変形させうる。また、反復的な電極組立体１０の膨脹と収縮は、ケース３４の変形を固着化させることもできる。もしケース３４が変形され、電極組立体１０の体積が膨脹した状態にある場合、二次電池１の効率は、低下することになる。また、このような充電と放電とが反復する場合、基材に塗布された活物質が脱落し、または劣化することもある。

本発明は、別途の構成要素を追加せずに、ケース３４の形成を変化させ、圧力を分散させて剛性を上昇させるケース３４の構造を提供する。電極組立体１０の膨脹時、ケース３４の応力を小さくして変形量を減らすためには、ケース３４は、３つの要素、すなわち、第一に、ケース３４の面積を増加させ、第二に、内圧を分散させ、第三に、ケース３４の剛性を上昇させる構造を満足させねばならない。各要素について説明し、この三要素を満足させるケース３４の実施形態について説明する。

まず、図３を参照しつつ、ケース３４の変形を抑制するためのケース３４の表面積Ｓを増加させた構造について説明する。ここで、単位面積Ｓは、力Ｆが及ぶケース３４の表面積を意味する。図３は、各辺の長さがＡ，Ｂ，Ｃであるケース３４の概略的斜視図である。図３を参照しつつ、応力について説明する。応力σ（stress）は、単位面積当たり作用する力を意味する。下記数式１を参照しつつ、応力σを定義する。

ここで、力Ｆは、例えば、電極組立体１０の膨脹または縮少などの要因によって、ケース３４に作用する内圧（internal pressure）を意味する。力Ｆが発生する理由は、これに限定されるものではなく、ケース３４内部のガス圧力のような多様な原因によって力Ｆが生じうる。

このとき、数式１によれば、力Ｆが一定であるとき、応力σは、単位面積Ｓに反比例する。従って、一定の力Ｆに対して、単位面積Ｓが大きくなれば、応力σが低下する。このとき、応力σの大きさが低下するという意味は、ケース３４の任意の位置で、ケース３４を変形させようとする単位面積当たりの力（Ｆ／Ｓ）が小さくなるという意味である。従って、ケース３４が内圧に耐え、ケース３４の変形を効果的に抑制するためには、単位面積Ｓを増加させた構造が有効である。このとき、ケース３４の単位面積Ｓを増加させ、ケース３４の変形を抑制する方法だけではなく、力Ｆの方向が分散されるので、ケース３４の変形を抑制することもできる。

図４Ａ及び４Ｂを参照しつつ、図３の実施形態の単位面積Ｓを増加させるための凹凸を有するケース３４’について説明する。図４Ａ及び図４Ｂに図示されているように、ケース３４’は、単位面積Ｓを増加させるために、ピークの高さｈに対する幅ｗの比が一定である範囲を有する凹凸部（bead）ｂが、ケース３４’の表面上に形成されうる。もちろん、このとき、ピークの高さｈに対する幅ｗの比が一定であるということは、各凹凸部のサイズが同一であるということに限定されるものではなく、一定のピークの高さｈに対する幅ｗの比を有し、そのサイズが異なりうるということは、いうまでもない。ここで、突き出た形状の凹凸部ｂで、幅ｗは、頂部から頂部までの間をもって測定され、陰刻で形成された凹凸部ｂの場合、幅ｗは、エッジからエッジまでの間をもって測定されうる。

また、ケース３４’の１辺の長さがＡであり、長さがＡである１辺上にＮ個の凹凸部ｂが形成される場合、形成された凹凸部ｂの幅ｗは、Ａ／Ｎである。このとき、図４Ｂは、図４Ａで形成された凹凸部ｂの斜辺ｘの長さを求めるために、図４ＡのＩＶｂを拡大した図面である。図４Ｂで、凹凸部ｂのピークの高さをｈとするとき、斜辺の長さｘを、ピタゴラスの定理を利用して数式２によって誘導できる。

このとき、ここで、ケース３４’上には、Ｎ個の凹凸部ｂが生じるので、単位面積Ｓ’は、下記数式３を満足する。

従って、表面積を広くするためには、Ｎの個数とｈとが極限値を有さねばならない。しかし、工程上、凹凸部数Ｎと高さｈは、極限値を有することができないので、圧力分散と剛性増大とを介して、凹凸部数Ｎと高さｈとの範囲を決定する。

図５を参照しつつ、圧力分散の原理について説明する。図５を参照すれば、底が平らな容器ＢＦと比較し、底が丸い容器ＢＲは、底表面に及ぶ圧力を分散させ、さらなる高圧にも耐えることができる。このとき、底表面に形成された丸い凹凸部の幅と高さとによって、内圧を分散させる程度が変わりうる。このとき、凹凸部角θが４５゜であるとき、力の分散が最大となる。従って、凹凸部角θの範囲は、４５゜以下でありうる。ここで、凹凸部角θが４５゜であるとき、ｈ／ｗは１／２になるので、（ｈ／ｗ×１００）は、５０％以下になるということが分かる。このとき、高さｈと幅ｗは、同じ単位系で測定され、例えば、ミリメートル（ｍｍ）を使用できる。

このとき、容器の内側に突出した底が丸い容器ＢＲの場合、容器の体積膨脹を補償する役割を行うこともできる。すなわち、容器が曲がることができる材質から構成されている場合、内圧によって容器が膨脹すれば、内に突き出た凹凸が外側に突出し、容器内部の体積を増大させ、容器が壊れたり、破裂するような結果を防ぐことができる。このような原理も、ケース３４’に適用可能である。すなわち、ケース３４’の内側に突き出た凹凸は、ケース３４’内部の圧力が高まる場合、ケース３４’の外側に突出し、ケース３４’内部の圧力を補償することができるために、ケース３４’が爆発したり、壊れることを防止できる。

６Ａ及び図６Ｂは、曲げ応力（bending stress）の原理について説明する概念図である。図６Ａは、平らな平面の側面図及び正面図であり、図６Ｂは、凹凸部ｂが形成された構造物の側面図及び正面図である。図７は、幅ｗ、高さｈ、凹凸部角θ及び凹凸部曲率ｒを有する凹凸部を図示した概略的概念図である。このとき、矢印は、曲げ応力を示している。曲げ応力は、下記数式４にように示すことができる。

数式４で、σは曲げ応力、Ｍは曲げモーメント（bending moment）、ｃは中心軸から、最大応力が発生する外側の表面までの距離、Ｉは慣性モーメント（moment of inertia）である。数式４から分かるように、曲げ応力と慣性モーメントは、反比例関係であるから慣性モーメントＩを増大させることにより、曲げ応力を低下させることができる。平らな平面で、慣性モーメントＩを増大させるために、凹凸部ｂを形成すれば、曲げ応力を低下させることができる。すなわち、ケース３４’の表面での曲げ応力を低下させるために、凹凸部ｂを形成できる。

このとき、曲げ応力を決定するパラメータは、図７で、凹凸部ｂの幅ｗ、凹凸部ｂの高さｈ、凹凸部角θ及び凹凸部曲率ｒであり、また、ケース３４’上に形成される凹凸部ｂの位置及び方向も影響を及ぼす。ここで、凹凸部角θは、４５゜以下である。また、凹凸部曲率ｒは、半円であるとき、力の分散を最大とするので、直径が凹凸部の幅ｗであるとき、最大値を有する（２ｒ≦ｗ）。

本発明によれば、各パラメータが、下記表１の値を満足させるとき、ケース３４’の構造は、さらに効果的に内圧に耐える構造となる。すなわち、下記表１を満足させる範囲で、ケース３４’は、内圧を効果的に分散させ、剛性を上昇させることができる。

このとき、幅に対する凹凸部の高さ比は、０％ないし５０％の範囲を有することができ、さらに狭くは、２％ないし３３％の範囲を満足させうる。このとき、凹凸部の個数も、制限を有する必要はないが、狭くは、１ないし１０個の凹凸部数を有することができる。

図８Ａ、図８Ｂ及び図８Ｃを参照しつつ、ケース１３４上に形成される凹凸部ｂの位置と方向とについて説明する。図８Ａは、直六面体状のケース１３４に内圧を適用したときに生じる応力を示した概略的斜視図である。図８Ｂは、図８Ａの実施形態において示された変形量について図示した概略的斜視図である。図８Ｃは、ケース１３４の正面図である。このとき、図８Ａで、色調が濃厚なところは、応力が集中するところを意味し、図８Ｂで、色調が濃厚なところは、変形量が大きいところを示す。図８Ａを参照すれば、ケース１３４上で応力が集中する地点Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４は、長方形上で、上下左右対称に現れるということが分かる。従って、ケース１３４上で応力を分散させるために、凹凸部ｂは、左右対称または上下対称、または左右上下対称に構成されうる。また、凹凸部ｂの形成は、連続的に形成される必要はなく、変形量または応力が集中するところに部分的に配置し、変形量または応力を分散させることができる。また、図８Ｂを参照すれば、変形量は、ケース１３４の原点を中心に、同心円形状に集中しうる。また、変形量は、中心、及びＸ軸またはＹ軸の開始点に集中しうる。変形量を抑制するために、ケース１３４の原点を中心に、凹凸部を同心円状に形成することもできる。

以下、図９Ａ、図９Ｂ、図１０Ａ、図１０Ｂ、図１１Ａ、図１１Ｂ、図１２Ａ及び図１２Ｂを参照しつつ、凹凸部ｂの形状及び形成位置について説明する。さらに、図１３Ａ、図１３Ｂ、図１３Ｃ、図１４Ａ、図１４Ｂ、図１４Ｃ、図１５Ａ、図１５Ｂ、図１５Ｃ及び図１５Ｄを参照しつつ、凹凸部ｂの数Ｎ、及び幅ｗに対する高さｈの比（ｈ／ｗ×１００）による変形量変化について説明する。

まず、図９Ａ、図９Ｂ、図１０Ａ、図１０Ｂ、図１１Ａ、図１１Ｂ、図１２Ａ及び図１２Ｂを参照しつつ、ケース２３４，３３４，４３４，５３４上に形成される凹凸部ｂの形成位置について説明する。

図８Ａ及び図８Ｂを参照すれば、変形量の大きさは、直六面体ケース１３４一面の中心（ｘｙ座標での原点）に同心円的に変化する。また、応力の変化は、一面の中心（ｘｙ座標での原点）から各４辺にそれぞれ対応する地点Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４に集中する。従って、凹凸部ｂの形成位置はこれに対応し、一面の中心に同心円で形成されるか、または応力が集中する地点に対応して形成されるか、または同心円と応力集中点とに対応して形成されうる。

図９Ａは、本発明による一実施形態であって、変形量に対応し、ケース２３４一面の中心から同心円に凹凸部ｂが形成されたケースの概略的斜視図である。図９Ｂは、図９Ａの実施形態のＩＸｂ−ＩＸｂに沿って切り取った断面図である。このとき、凹凸部ｂは、応力集中点または変形量の変位に対応した形状を有した同心円凹凸部ｃｃｂ、線形凹凸部ｌｂ、（図１１Ａ）、放射形凹凸部ｒｂ（図１２Ａ）が形成され、凹凸部ｂが形成される位置によるコーナー凹凸部ｃｂ、及び凹凸部ｂの機能による補充的凹凸部ａｂを形成できる。

図９Ａ及び図９Ｂのように、ケース２３４の一面の中心から同心円を有する同心円凹凸部ｃｃｂが形成されうる。このとき、ケース２３４の各コーナー部に、コーナー凹凸部ｃｂをさらに形成することもできる。また、ケース２３４に、凹凸部ｂが形成される面が正方形ではない場合、同心円凹凸部ｃｃｂの形成後に残る部分に、残った形状に沿って補充的凹凸部ａｂの形成も可能である。図１０Ａ及び図１０Ｂのように、図８Ａで、応力変化が集中する地点Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４に対応して凹凸部ｂを形成することもできる。図１０Ａは、図９Ａの実施形態の一変形例であり、応力に対応し、ケース３３４の応力集中点に凹凸部ｂを形成したケースの概略的斜視図である。図１０Ｂは、図１０Ａの実施形態のＸｂ−Ｘｂに沿って切り取った断面図である。図１０Ａは、ケース３３４一面の中心から、応力変化が集中する地点、すなわち、中心点と、中心点から各４辺に垂線を引いた地点とを連結した直線上に形成できる。このように、直六面体のケース３３４での応力集中点は、ｘ軸またはｙ軸上に形成されるので、凹凸部を、ｘ軸またはｙ軸上に中心が来るように形成できる。このとき、凹凸部ｂの形状は、図１０Ａに限定されるものではなく、線形または非線形の多様な形状に形成されうる。また、図１１Ａ及び図１１Ｂのように、変形量の変化および応力集中点のいずれにも対応するように、凹凸部ｂを形成できる。図１１Ａは、図９Ａの実施形態の他の変形例であり、変形量と応力集中点とに対応し、同心円凹凸部ｃｃｂと線形凹凸部ｌｂとが形成されたケースの概略的斜視図である。図１１Ｂは、図１１Ａの実施形態のＸＩｂ−ＸＩｂに沿って切り取った断面図である。図１１Ａには、中央と、各辺の近くとに同心円凹凸部ｃｃｂを形成し、同心円間の応力集中点に、線形凹凸部ｌｂを形成した。また、各コーナーには、コーナー凹凸部ｃｂを形成できる。このとき、凹凸部ｂの形状は、限定されるものではなく、多様な形成を構成できる。例えば、図１２Ａは、図９Ａの実施形態のさらなる他の変形例であり、同心円凹凸部ｃｃｂと放射線型凹凸部ｒｂとが形成されたケースの概略的斜視図である。図１２Ｂは、図１２Ａ実施形態のＸＩＩｂ−ＸＩＩｂに沿って切り取った断面図である。図１２Ａ及び図１２Ｂを参照すれば、凹凸部ｂは、放射形凹凸部ｒｂなど多様に形成できる。ただし、このような凹凸部ｂは、応力を分散させるために、ケース５３４の一平面上の原点を中心に、ｘ軸対称、ｙ軸対称、または原点対称になるように形成できる。

表２は、図３の実施形態、図９Ａの実施形態及び図１２Ａの実施形態の応力量及び変形量を比較した図表である。

表２を参照すれば、図９Ａの実施形態及び図１２Ａの実施形態が、変形を加えていない図３の実施形態と比較し、応力量と変形量とが顕著に減少していることが分かる。また、図９Ａの実施形態と図１２Ａの実施形態とを比較すれば、図９Ａの実施形態において、応力量と変形量との減少がさらに多く発生するということが分かる。このとき、図９Ａ及び図１２Ａは、幅が２ｍｍであり、深さが０．８ｍｍである少なくとも１個の同心円凹凸部ｃｃｂが共通して形成されているが、応力量と変形量とで差が生じる。その理由のうち一つとして、図９Ａの実施形態は、図１２Ａの実施形態と比較し、さらなる同心円凹凸部ｃｃｂが形成されているのに対し、図１２Ａは、放射形凹凸部ｒｂがさらに形成されていることが分かる。すなわち、本発明によれば、複数個の同心円凹凸部ｃｃｂがケースの一面に形成される場合、応力量及び変形量を顕著に減少させるのに効率的であるということが分かる。

以上、図９Ａ、図９Ｂ、図１０Ａ、図１０Ｂ、図１１Ａ、図１１Ｂ、図１２Ａ及び図１２Ｂによる本発明の一実施形態では、凹凸部ケース２３４，３３４，４３４，及び５３４上での応力集中と変形量とを抑制するために形成される凹凸部ｂの形状及び形成位置について説明した。更に、図１３Ａ、図１３Ｂ、図１３Ｃ、図１４Ａ、図１４Ｂ、図１４Ｃ、図１５Ａ、図１５Ｂ、図１５Ｃ及び図１５Ｄによる本発明の他の実施形態では、凹凸部ｂの個数Ｎ及び幅に対する高さ（ｈ／ｗ×１００）による変形量の変化について説明する。ここで、本発明の一実施形態と他の実施形態は、互いに異なる発明ではなく、同じ発明の異なる側面についての説明でありうる。すなわち、以下において別途に説明していないが、ケース３４’は、一実施形態に開示されている凹凸部ｂの形状及び形成位置を有し、同時に他の実施形態において開示されている凹凸部ｂの数Ｎ及びピークに対する幅（ｈ／ｗ×１００）を有することができることは、いうまでもない。

図１３Ａは、凹凸部ｂが１個形成された本発明の他の実施形態の応力分布を図示した概略的斜視図である。図１３Ｂは、図１３Ａの実施形態の変形量を図示した概略的斜視図である。図１３Ｃは、図１３Ａの実施形態の正面図である。図１４Ａは、図１３Ａの実施形態の一変形例であり、凹凸部ｂが２つ形成されたケース７３４の応力分布を図示した概略的斜視図である。図１４Ｂは、図１４Ａの実施形態の変形量を図示した概略的斜視図である。図１４Ｃは、図１４Ａの実施形態の正面図である。図１５Ａは、図１３Ａの実施形態の他の変形例であり、Ａ辺とＢ辺とに凹凸部ｂがそれぞれ８つ形成されたケース８３４の応力分布を図示した概略的斜視図である。図１５Ｂは、図１５Ａの実施形態の変形量を図示した概略的斜視図である。図１５Ｃは、図１５Ａの実施形態の正面図である。図１５Ｄは、図１５Ａの実施形態の側面図である。

下記表３は、図１３Ａ、図１３Ｂ、図１３Ｃ、図１４Ａ、図１４Ｂ、図１４Ｃ、図１５Ａ、図１５Ｂ、図１５Ｃ及び図１５Ｄに図示された本発明の他の実施形態及びその変形例のシミュレーションのためのパラメータ値を示している。ここで、図８Ａ、図８Ｂ及び図
Ｃの実施形態は、凹凸部ｂを形成していない直六面体のケース３４であり下記表３は、凹凸部ｂが形成されていない図８Ａ、図８Ｂ及び図８Ｃの実施形態と、凹凸部ｂが形成された図１３Ａ、図１３Ｂ、図１３Ｃ、図１４Ａ、図１４Ｂ、図１４Ｃ、図１５Ａ、図１５Ｂ、図１５Ｃ及び図１５Ｄの実施形態との変形量変化を比較している。

表３によれば、図１３Ａ、図１３Ｂ及び図１３Ｃの実施形態によれば、凹凸部ｂを形成していない図８Ａ、図８Ｂ及び図８Ｃの実施形態と比較し、５％の変形量減少が得られる。図１４Ａ、図１４Ｂ及び図１４Ｃの実施形態によれば１３％の変形量減少が得られる。また、図１５Ａ、図１５Ｂ、図１５Ｃ及び図１５Ｄの実施形態によれば、２７％の変形量減少が得られる。このように、表３によれば、凹凸部の個数Ｎが増加するほど、また、幅に対する高さの比（ｈ／ｗ×１００％）が増大するほど変形量減少が大きく得られる。このとき、幅に対する高さの比（ｈ／ｗ×１００％）は、０％ないし５０％の値を有し、狭くは、２％ないし３３％の値を有することができる。表３に図示された実験で、幅に対する高さの比（ｈ／ｗ×１００％）は、２．４％ないし１８．８％で、ピーク対比幅２％ないし３３％以内に含まれる範囲である。

このとき、任意の１辺の長さＸに対する凹凸部の個数Ｎは、例えば、少なくとも二種の方法のうちいずれか１つの方法を介して決定できる。第一には、１辺の長さＸと関係なく、１ないし１０個の凹凸部個数Ｎを有することができる。このとき、凹凸部ｂは、表１の幅に対する高さの比（ｈ／ｗ×１００％）の範囲を満足する形状でありうる。第二の方法として、任意の１辺の長さＸに対して、１辺の長さに対する凹凸部個数Ｎの比（Ｎ／Ａ×１００）を乗じた値に近接する整数個の凹凸部個数Ｎを有することができる。このとき、表１を参照すれば、１辺の長さに対する凹凸部個数Ｎの比（Ｎ／Ａ（ｍｍ）×１００％）%は、２％ないし２４％でありうる。

このように、二次電池のケース３４の形状に凹凸部ｂを形成するが、凹凸部ｂの配置位置、凹凸部ｂの幅ｗ、凹凸部ｂの高さｈ、凹凸部角θ、凹凸部曲率ｒ、凹凸部ｂの個数Ｎ及び幅に対する高さの比（ｈ／ｗ×１００％）を調節し、二次電池の内圧を効果的に分散させて剛性を向上させるケース３４を構成できる。

本発明による実施形態を開示したが、たとえ各要素に対して、特定名称が使われたにしても、前記名称は、一般的であって描写的意味のみ有しており、発明の範囲を限定するものではない。従って、本願発明の特許請求の範囲によって保護される本発明の保護範囲を外れずに、本発明の実施形態の多様な変形例が可能であることを、当業者は理解することができるであろう。

本発明は、二次電池を利用及び製造する産業に利用されうる。

１ 二次電池
１０ 電極組立体
１１ 正極
１１Ａ，１２Ａ 無地部
１１Ｂ，１２Ｂ コーティング部
１２ 負極
１３ セパレータ
２１，２２ 電極端子
２６ 絶縁部材
２８ リード部材
２８Ａ 端子リード部
２８Ｂ 集電リード部
３０ キャップ・プレート
３４，３４’，１３４，２３４，３３４，４３４，５３４，６３４，７３４，８３４ ケース
３８ 密封栓
３８Ａ 電解液注入口
３９ ベント部材
４０Ａ 正極集電体
４０Ｂ 負極集電体
ｂ 凹凸部
ｗ 幅
ｈ 高さ
θ 凹凸部角
ｒ 凹凸部曲率

Claims (3)

1. 凹凸部が形成された第１面を具備し、前記凹凸部は、高さｈ及び幅ｗを有し、前記高さｈ及び前記幅ｗは、同じ単位系を使用したとき、前記幅ｗに対する前記高さｈの比（ｈ／ｗ×１００％）が、２．４％ないし１８．８％であるケースと、
   第１電極、第２電極及び前記第１電極と前記第２電極との間に介在されたセパレータを具備し、前記ケースに収容される電極組立体と、を含み、
   前記凹凸部の少なくとも一部が曲線状に延在しており、
   前記第１面の中心点と前記第１面各４辺との間にそれぞれ半円状の凹凸部が形成されており、半円状の各凹凸部の曲線部が中心点に向かって曲がっている二次電池。
2. 前記ケースの第１面の互いに反対側に配置された両端に垂直であると共に、前記第１面の中心点を横切る中心線に対して前記凹凸部は、対称的に形成され、前記凹凸部は、前記両端と前記第１面の中心点との間に配置されることを特徴とする請求項１に記載の二次電池。
3. 第１端部と、前記第１端部に対向する第２端部と、を具備する第１面を含むケースと、
   第１電極、第２電極及び前記第１電極と前記第２電極との間に介在されたセパレータを具備し、前記ケースに収容される電極組立体と、
   を含み、
   前記第１端部と前記第２端部とに垂直であると共に、前記第１端部と前記第２端部との中心点を横切る中心線に対して対称的に前記第１面に凹凸部が形成されており、
   前記凹凸部は、高さｈ及び幅ｗを有し、前記高さｈ及び前記幅ｗは、同じ単位系を使用したとき、前記幅ｗに対する前記高さｈの比（ｈ／ｗ×１００％）が、２．４％ないし１８．８％であり、
   前記凹凸部の少なくとも一部が曲線状に延在しており、
   前記第１面の中心点と前記第１面各４辺との間にそれぞれ半円状の凹凸部が形成されており、半円状の各凹凸部の曲線部が中心点に向かって曲がっている二次電池。