特許 7188708 二次電池

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-12-05

(45)【発行日】2022-12-13

(54)【発明の名称】二次電池

(51)【国際特許分類】

   H01M 10/643 20140101AFI20221206BHJP

   H01M 50/107 20210101ALI20221206BHJP

   H01M 10/04 20060101ALI20221206BHJP

   H01M 50/538 20210101ALI20221206BHJP

   H01M 10/613 20140101ALI20221206BHJP

   H01M 10/6551 20140101ALI20221206BHJP

   H01M 10/652 20140101ALI20221206BHJP

   H01M 10/651 20140101ALI20221206BHJP

   H01M 50/545 20210101ALI20221206BHJP

【ＦＩ】

H01M10/643

H01M50/107

H01M10/04 W

H01M50/538

H01M10/613

H01M10/6551

H01M10/652

H01M10/651

H01M50/545

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2020569095

(86)(22)【出願日】2019-11-08

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2021-10-07

(86)【国際出願番号】 KR2019015126

(87)【国際公開番号】W WO2020105916

(87)【国際公開日】2020-05-28

【審査請求日】2020-12-15

(31)【優先権主張番号】10-2018-0143697

(32)【優先日】2018-11-20

(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】521065355

【氏名又は名称】エルジー エナジー ソリューション リミテッド

(74)【代理人】

【識別番号】110000877

【氏名又は名称】弁理士法人ＲＹＵＫＡ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】ユーン、ユー ジン

(72)【発明者】

【氏名】ホ、ハ ヨン

【審査官】高野 誠治

(56)【参考文献】

【文献】特開２００５－２５１５１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－２２２９７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－０１２４８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－０８９８３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－１９５１８７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｍ １０／６０ －１０／６６７

Ｈ０１Ｍ １０／０４

Ｈ０１Ｍ ５０／１０７

Ｈ０１Ｍ ５０／５３８

Ｈ０１Ｍ ５０／５４５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電極組立体が円筒状缶の内部に取り付けられ、前記缶の上端には電極組立体の正極と連結されるトップキャップが結合され、前記缶は負極と連結される二次電池であって、
前記電極組立体で発生した熱の伝導を受けて放出し、前記缶の下部に結合される冷却部材を含み、
前記冷却部材は、相互間に並んで配置されている複数個の冷却ピンを有し、
前記冷却部材は、缶と熱伝導度が同一であるかさらに大きい材質で製造され、
前記冷却ピンは、缶の長手方向と平行をなす方向に配置されており、
前記缶の底面は、周縁部から中心に行くほど高さが漸進的に上昇する形状を有する、二次電池。

【請求項2】

電極組立体が円筒状缶の内部に取り付けられ、前記缶の上端には電極組立体の正極と連結されるトップキャップが結合され、前記缶は負極と連結される二次電池であって、
前記電極組立体で発生した熱の伝導を受けて放出し、前記缶の下部に結合される冷却部材を含み、
前記冷却部材は、相互間に並んで配置されている複数個の冷却ピンを有し、
前記冷却ピンは、缶の長手方向と平行をなす方向に配置されており、
前記缶の底面は、周縁部から中心に行くほど高さが漸進的に上昇する形状を有する、二次電池。

【請求項3】

前記電極組立体は、缶の底面の形状に対応して前記缶の底面に接することになる部分が凹んだ形状を有し、前記缶の底面の形状によって形成された凹んだ空間を埋めるように前記缶に内蔵される、請求項１または２に記載の二次電池。

【請求項4】

前記冷却部材に形成された冷却ピンは、缶の底面の形状に対応して前記缶の底面の周縁に配置されたものは相対的に長さが短く、前記缶の底面の中心に近くなるほど長さが漸進的にさらに長く形成されている、請求項１から３のいずれか一項に記載の二次電池。

【請求項5】

前記電極組立体は、缶の長手方向に沿って中心に貫通孔が穿孔され、前記冷却部材は、前記貫通孔に挿入されるセンター棒を含む、請求項４に記載の二次電池。

【請求項6】

前記電極組立体の負極はセンター棒と電気的に接続され、前記センター棒は缶と電気的に接続されている、請求項５に記載の二次電池。

【請求項7】

前記電極組立体の負極は、センター棒の上端で電気的に接続されている、請求項６に記載の二次電池。

【請求項8】

前記冷却ピンのうちいずれか一つは、他の冷却ピンより直径が大きく形成されている、請求項７に記載の二次電池。

【請求項9】

他の冷却ピンより直径が大きく形成された冷却ピンは、他の冷却ピンより下方にさらに突出される長さを有する、請求項８に記載の二次電池。

【請求項10】

他の冷却ピンより直径が大きく形成された冷却ピンは、前記缶の底面の中心に対応する位置に形成される、請求項８に記載の二次電池。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本出願は、２０１８年１１月２０日付韓国特許出願第１０－２０１８－０１４３６９７号に基づいた優先権の利益を主張し、当該韓国特許出願の文献に開示されている全ての内容は本明細書の一部として含まれる。

【0002】

本発明は、円筒状二次電池に関し、さらに詳しくは、冷却部材を備えて冷却性能が改善された二次電池に関する。

【背景技術】

【0003】

多様なデジタル機器及び車両のような運送手段でも広く用いられる二次電池は、繰り返し充電／放電が可能な特徴を有する。そして、効率を増大させて安全性を向上させるための研究と開発が継続してなされている。

【0004】

二次電池は、電池ケースの形状によって、または電極組立体の材質などによって多様に分類でき、電池ケースの形状によって分類すれば、円筒状、角形、パウチ型が最も広く製造されている。

【0005】

このうち、円筒状二次電池は、上側が開口されて中が空いた円筒状缶１０の内部に電極組立体３０が内蔵され、前記缶１０の上端にトップキャップ２０が結合される。従来の円筒状二次電池の内部の姿が示されている縦断面図である図１に示されている通り、前記缶１０は、下端で電極組立体３０と負極タブ６０を介して連結され、前記トップキャップ２０は、正極タブ４０を介して電極組立体３０と連結される。そして、前記正極タブ４０と負極タブ６０は相互間に電気的に絶縁されるようにインシュレーターが取り付けられるか絶縁処理される。

【0006】

併せて、一般的な円筒状二次電池は、爆発及び発火の発生を抑えるよう、内部のガス圧力が増加すればガスを排出するように破断される安全ベント、高温で電流を遮断するＰＴＣ素子、電池の内圧が上昇した時に電流を遮断する電流遮断素子（Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｉｎｔｅｒｒｕｐｔ Ｄｅｖｉｃｅ：ＣＩＤ）などが前記トップキャップに追加的に取り付けられる構造を有する。

【0007】

一方、クイックボード、電気ドリル、電気掃除機などのように、モーターの高回転が求められる装置に搭載される二次電池は、高電流が流れるように設計される。しかし、高電流が流れることによって電極組立体３０では熱の発生がやむを得なくなる。

【0008】

たとえ、常温で１０Ａ以上の電流でバッテリーを放電する場合、抵抗によって電極組立体３０の温度が基本４０℃以上上がることになり、温度の上昇によって抵抗も増加するため、高電流の放電を維持し難いという問題が発生することがあった。

【0009】

これにより、電極組立体の基本抵抗を低めるための研究と開発がなされているが、電極及び部品の抵抗を低めることだけでは限界があった。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

したがって、本発明は、前述したような問題点を解消できるよう、高電流の放電時に発生する熱をより迅速で効率的に冷却することができる二次電池の提供に主な目的がある。

【課題を解決するための手段】

【0011】

前述したような目的を達成するための本発明は、電極組立体が円筒状缶の内部に取り付けられ、前記缶の上端には電極組立体の正極と連結されるトップキャップが結合され、前記缶は負極と連結される二次電池であって、前記電極組立体及び缶で発生する熱の伝導を受けて放出し、前記缶の下部に結合される冷却部材を含み、前記冷却部材は、相互間に並んで配置されている複数個の冷却ピンを有することを特徴とする。

【0012】

また、本発明の実施例１で、前記冷却ピンは、缶の長手方向と平行をなす方向に配置され、前記缶の底面は、缶の長手方向と直角をなす平面に形成される。

【0013】

本発明の実施例２では、前記缶の底面が周縁部から中心に行くほど高さが漸進的に上昇する形状を有する。

【0014】

このとき、前記電極組立体は、缶の底面の形状に対応して前記缶の底面に接することになる部分が凹んだ形状を有し、前記缶の底面の形状によって形成された凹んだ空間を埋めるように前記缶に内蔵される。

【0015】

前記冷却部材に形成された冷却ピンは、缶の底面の形状に対応して前記缶の底面の周縁に配置されたものは相対的に長さが短く、前記缶の底面の中心に近くなるほど長さが漸進的にさらに長く形成される。

【0016】

前記電極組立体は、缶の長手方向に沿って中心に貫通孔が穿孔され、前記冷却部材は、前記貫通孔に挿入されるセンター棒を含む。

【0017】

前記電極組立体の負極はセンター棒と電気的に接続され、前記センター棒は缶と電気的に接続される。このとき、前記電極組立体の負極は、センター棒の上端で電気的に接続される。

【0018】

本発明の実施例３では、前記冷却ピンのうちいずれか一つが他の冷却ピンより直径が大きく形成される。このとき、さらに大きい直径を有する冷却ピンは、缶の底面の中心に対応する位置に形成されたピンであるのが好ましい。

【0019】

このピン（他の冷却ピンより直径が大きく形成された冷却ピン）は、他の冷却ピンより下方にさらに突出される長さを有するので、負極端子として用いられてよい。

【0020】

併せて、本発明で、前記冷却部材は、缶と熱伝導度が同一であるかさらに大きい材質で製造されるのが好ましい。

【発明の効果】

【0021】

前記のような構成を有する本発明は、複数個の冷却ピンを有する冷却部材が缶の下部に結合されるので、電極組立体で発生する熱をより速やかに放出させることができるという効果を有する。

【0022】

前記缶の底面が周縁部から中心に行くほど高さが漸進的に上昇する形状を有するので、発熱によるスウェリングが発生する時に形状の変形を防止することができ（内部圧力による缶の変形を防止することができ）、電極組立体は、缶の底面の形状に対応して前記缶の底面の形状によって形成された凹んだ空間を埋める形状を有するので、容量を増大することができる。

【0023】

併せて、前記電極組立体は、缶の長手方向に沿って中心に貫通孔が穿孔され、前記冷却部材は、前記貫通孔に挿入されるセンター棒を含むので、電極組立体の内部から発生する熱をさらに効率的に外部へ放出させることができる。

【0024】

前記電極組立体の負極タブはセンター棒と電気的に接続され、前記センター棒は缶と電気的に接続される。また、前記冷却ピンのうちいずれか一つは、他の冷却ピンより直径が大きく形成される。このとき、さらに大きい直径を有する冷却ピンは、缶の底面の中心に対応する位置に形成されるので、冷却ピンを負極端子として用いることができる。

【図面の簡単な説明】

【0025】

【図1】従来の円筒状二次電池の内部の姿が示されている縦断面図である。

【図2】本発明の実施例１に係る二次電池の内部の姿が示されている縦断面図である。

【図3】本発明の実施例１に係る二次電池から冷却部材が分離された姿が示されている斜視図である。

【図4】本発明の実施例２に係る二次電池の内部の姿が示されている縦断面図である。

【図5】本発明の実施例２に係る二次電池の内部の姿が示されている縦断面図である。

【図6】本発明の実施例２に係る二次電池から冷却部材が分離された姿が示されている斜視図である。

【図7】本発明の実施例３に係る二次電池から冷却部材が分離された姿が示されている斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0026】

以下、図に基づいて、本発明に対し、本発明の属する技術分野で通常の知識を有する者が容易に実施できるよう詳しく説明する。しかし、本発明は、幾多の異なる形態に具現されてよく、ここで説明する実施形態に限定されない。

【0027】

本発明を明確に説明するため、説明と関りのない部分は省略し、明細書全体にかけて同一または類似の構成要素に対しては同一の参照符号を付するようにする。

【0028】

さらに、本明細書及び特許請求の範囲に用いられた用語や単語は、通常的や辞書的な意味に限定して解釈されてはならず、発明者は自身の発明を最良の方法で説明するために用語の概念を適宜定義することができるという原則に則って、本発明の技術的思想に適合する意味と概念として解釈されなければならない。

【0029】

本発明は、電極組立体３０が円筒状缶１０の内部に取り付けられ、前記缶１０の上端には電極組立体３０の正極タブ４０と連結されるトップキャップ２０が結合され、前記缶２０は、負極タブ６０と連結される円筒状二次電池に関するものであって、缶１０の下部（トップキャップの反対側）に冷却部材５０が搭載されることを特徴とする。以下、図を参照しつつ、本発明に係る実施形態をさらに詳しく説明する。

【0030】

実施例１
図２は、本発明の実施例１に係る二次電池の内部の姿が示されている縦断面図であり、図３は、本発明の実施例１に係る二次電池から冷却部材が分離された姿が示されている斜視図である。

【0031】

図示されている通り、本発明では、電極組立体３０及び缶１０で発生する熱の伝導を受けて放出する冷却部材５０が缶１０の下部に取り付けられる。

【0032】

前記冷却部材５０は、缶１０の底面１１に取り付けできる程度の直径を有する円板状を有し、ただし、缶１０の底面１１に付着される面の反対側の面には、相互間に並んで配置された複数個の冷却ピン５１が突出した構造を有する。このとき、前記冷却部材５０は、缶１０と熱伝導度が同一であるかさらに大きい材質で製造されるのが好ましい。

【0033】

前記冷却ピン５１は、冷却部材５０全体の表面積を増大させて空気と接触する面積を増加させる機能を行うことにより、熱の放出を増大させる。

【0034】

図示されている通り、この実施例で、前記冷却ピン５１は、缶１０の長手方向（図２で上下方向）と平行をなす方向（上下方向）に配置され、前記缶１０の底面１１は、缶１０の長手方向と直角をなす平面に形成される。

【0035】

実施例２
図４と図５は、本発明の実施例２に係る二次電池の内部の姿が示されている縦断面図であって、図４は、電極組立体３０が平坦な底面を有する時の姿であり、図５は、電極組立体３０が缶１０の底面１１の形状に対応して凹んだ空間を埋める形状を有する時の姿が示されている図である。また、図６は、本発明の実施例２に係る二次電池から冷却部材が分離された姿が示されている斜視図である。

【0036】

この実施例では、前記缶１０の底面１１が周縁部から中心に行くほど高さが漸進的に上昇する形状、すなわち、上方に凹んだ形状を有する。

【0037】

このように底面１１が凹んだ形状は、内部圧力の増加による缶１０の変形を抑えることができるように頑健性を増大させる。すなわち、炭酸飲料入りの飲料水缶の底面のように凹んだ形状を有する構造は、（発熱によって内部の電解液が気化して圧力が増加したとき）缶１０の変形を最大限抑えるように構造的安定性を提供する。

【0038】

併せて、缶１０の底面１１の形状によって形成された空間は、図５に示されている通り、電極組立体３０の下方の部分が拡張して埋められるような構成を有してよい。すなわち、この実施例で電極組立体３０は、図４に示されている通り、平坦な底面を有する従来の形状に形成されてもよいが、図５に示されている通り、缶１０の底面１１の形状に対応して前記缶１０の底面１１に接することになる部分が凹んだ形状を有してもよい。

【0039】

このとき、電極組立体３０が前記缶１０の底面１１の形状によって形成された凹んだ空間を埋めると、電極組立体３０の容量が増大する効果のみならず、電極組立体３０と缶１０の接触面積も増加して熱伝導がさらに容易になされ得る。特に、電極組立体３０で凹んだ空間を埋める部分は、（缶の底面を挟んで）冷却部材５０と間接的に触れ合うことになるので、内部で発生した熱をさらに速やかに放出することができる。

【0040】

また、この実施例では、二次電池の底（すなわち、缶の底）が図５に示されている通りに偏平な状態に維持されるよう、前記冷却部材５０に形成された冷却ピン５１が缶１０の底面１１の形状に対応して前記缶１０の底面１１の周縁に配置されたものは相対的に長さが短く、前記缶１０の底面１１の中心に近くなるほど長さが漸進的にさらに長く形成される。

【0041】

併せて、前記電極組立体３０は、缶１０の長手方向に沿って中心に貫通孔（図４、図５でセンター棒が挿入される部分）が穿孔され、前記冷却部材５０は前記貫通孔に挿入されるセンター棒５２を有する。

【0042】

前記センター棒５２は、缶１０の底面１１に穿孔された孔１２に進入して貫通孔に挿入され、正極タブ４０との干渉が発生しない高さまで進入する。前記センター棒５２は電極組立体３０の中心に位置することになるので、前記電極組立体３０で発生する熱をさらに速やかに下方の冷却部材５０に伝導させることができる。

【0043】

また、この実施例では、缶１０の底面１１が偏平でないため負極タブ６０と缶１０の底面の溶接が難しい関係上、前記負極タブ６０はセンター棒５２と溶接される。

【0044】

実施例３
図７は、本発明の実施例３に係る二次電池から冷却部材が分離された姿が示されている斜視図である。

【0045】

本発明の実施例３に係る二次電池は、実施例２の構造と同一の構造を有し、この際、前記冷却ピン５１のうちいずれか一つは、他の冷却ピンより直径が大きく形成される。

【0046】

このとき、さらに大きい直径を有する冷却ピン５１ａは、缶１０の底面１１の中心に対応する位置に形成されたピンである。このピン５１ａは、他の冷却ピン５１より下方へさらに突出される長さを有するので、（外部機器と電気的に接続される）負極端子として用いられ得る。

【0047】

前記のような構成を有する本発明は、複数個の冷却ピン５１を有する冷却部材５０が缶１０の下部に結合されるので、電極組立体３０で発生する熱をより速やかに放出させることができるという効果を有する。

【0048】

前記缶１０の底面１１が周縁部から中心に行くほど高さが漸進的に上昇する形状を有するので、構造的頑健性が増大して、発熱によるスウェリングが発生する時の形状の変形を防止することができる。

【0049】

また、電極組立体３０は、缶１０の底面１１の形状に対応して前記缶の底面の形状により形成された凹んだ空間を埋める形状を有するので、容量を増大させることができる。さらに、電極組立体と缶が接触する面積の増大によって伝導率が大きくなるので、冷却性能が向上され得る。

【0050】

併せて、前記電極組立体３０は、缶１０の長手方向に沿って中心に貫通孔が穿孔され、前記冷却部材５０は前記貫通孔に挿入されるセンター棒５２を含むので、電極組立体３０の内部で発生する熱をさらに効率的に外部に放出させることができる。

【0051】

前記電極組立体３０の負極タブ６０がセンター棒５２と電気的に接続されることにより、前記センター棒５２は缶１０と電気的に接続される。また、前記冷却ピン５１のうちいずれか一つ５１ａは、他の冷却ピンより直径が大きく形成される。このとき、さらに大きい直径を有する冷却ピン５１ａは、缶の底面の中心に対応する位置に形成されるので、冷却ピンを負極端子として用いることができる。また、負極端子として用いられる冷却ピン５１ａは、直径がさらに増大した状態なので、抵抗が減少して熱の排出がさらに容易になされ得る。

【0052】

さらに、冷却ピン５１ａの直径が増大した場合、外部端子が接触可能な面積が大きくなり、これにより、二次電池の充電／放電の際に充電／放電機器の端子の接続が著しく容易になり得る。

【0053】

以上、本発明は、たとえ限定された実施形態と図によって説明されたが、本発明がこれによって限定されず、本発明の属する技術分野で通常の知識を有する者により、本発明の技術思想と特許請求の範囲の均等の範囲内で多様な実施が可能である。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】