特許 7484058 円筒形電池および円筒形電池の製造方法

(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】2024-05-08

(45)【発行日】2024-05-16

(54)【発明の名称】円筒形電池および円筒形電池の製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01M 50/152 20210101AFI20240509BHJP

   H01M 50/578 20210101ALI20240509BHJP

   H01M 50/317 20210101ALI20240509BHJP

   H01M 50/179 20210101ALI20240509BHJP

   H01M 10/04 20060101ALI20240509BHJP

   H01M 10/052 20100101ALN20240509BHJP

   H01M 10/0587 20100101ALN20240509BHJP

   H01M 50/548 20210101ALN20240509BHJP

【ＦＩ】

H01M50/152

H01M50/578

H01M50/317 101

H01M50/179

H01M10/04 W

H01M10/052

H01M10/0587

H01M50/548 201

【請求項の数】 11

(21)【出願番号】P 2022517493

(86)(22)【出願日】2020-11-30

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2022-11-21

(86)【国際出願番号】 KR2020017326

(87)【国際公開番号】W WO2021145558

(87)【国際公開日】2021-07-22

【審査請求日】2022-03-17

(31)【優先権主張番号】10-2020-0004258

(32)【優先日】2020-01-13

(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR

(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】パク、インボク

【審査官】井原 純

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１２／１７６２３３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開平１１－０８６８３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－０８４７４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】韓国公開特許第１０－２００４－００８９２６０（ＫＲ，Ａ）

【文献】韓国公開特許第１０－２０１９－００９９９２４（ＫＲ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｍ ５０／１０－５０／１９８

Ｈ０１Ｍ ５０／５０－５０／５９８

Ｈ０１Ｍ ５０／３０－５０／３９２

Ｈ０１Ｍ １０／０４

Ｈ０１Ｍ １０／０５２

Ｈ０１Ｍ １０／０５８７

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電極組立体、および前記電極組立体の上部に位置するトップキャップアセンブリを含み、
前記トップキャップアセンブリは、第１トップキャップアセンブリおよび第２トップキャップアセンブリを含み、
前記第１トップキャップアセンブリおよび前記第２トップキャップアセンブリは絶縁部材によって互いに電気的に分離されており、
前記第１トップキャップアセンブリは第１上端キャップ、第１電流遮断部材、および第１ガス貯蔵部を含み、前記第２トップキャップアセンブリは第２上端キャップ、第２電流遮断部材、および第２ガス貯蔵部を含み、
前記絶縁部材は、上部絶縁部材と下部絶縁部材を含み、
前記上部絶縁部材は、前記第１電流遮断部材および前記第２電流遮断部材に付着され、前記第１電流遮断部材と前記第２電流遮断部材のうちのいずれか一つが作動した場合前記上部絶縁部材は上向移動することで外部に突出し、
前記第１電流遮断部材または前記第２電流遮断部材が作動すれば、前記電極組立体から発生したガスが前記第１ガス貯蔵部および前記第２ガス貯蔵部に捕集される、円筒形電池。

【請求項2】

前記上部絶縁部材は、"Π"型の断面形状を有する、請求項１に記載の円筒形電池。

【請求項3】

前記上部絶縁部材は、前記下部絶縁部材の中間部位を囲む構造で結合された、請求項２に記載の円筒形電池。

【請求項4】

前記下部絶縁部材は、前記第１電流遮断部材と前記第２電流遮断部材の間に位置し前記第１電流遮断部材と前記第２電流遮断部材を電気的に絶縁する、請求項１から３のいずれか一項に記載の円筒形電池。

【請求項5】

前記第１ガス貯蔵部および前記第２ガス貯蔵部に捕集された前記ガスの圧力によって前記上部絶縁部材が高さＬ１以上に上向移動すれば、前記第１ガス貯蔵部および前記第２ガス貯蔵部に捕集された前記ガスが外部に排出される、請求項１に記載の円筒形電池。

【請求項6】

電極組立体、および前記電極組立体の上部に位置するトップキャップアセンブリを含み、
前記トップキャップアセンブリは、第１トップキャップアセンブリおよび第２トップキャップアセンブリを含み、
前記第１トップキャップアセンブリおよび前記第２トップキャップアセンブリは絶縁部材によって互いに電気的に分離されており、
前記第１トップキャップアセンブリは第１上端キャップ、第１電流遮断部材、および第１ガス貯蔵部を含み、前記第２トップキャップアセンブリは第２上端キャップ、第２電流遮断部材、および第２ガス貯蔵部を含み、
前記絶縁部材は、第１絶縁部材、第２絶縁部材、および下部絶縁部材を含み、
前記第１絶縁部材は前記第１電流遮断部材に付着され、前記第１電流遮断部材が作動すれば、前記第１絶縁部材は上向移動して突出し、
前記第２絶縁部材は前記第２電流遮断部材に付着され、前記第２電流遮断部材が作動すれば、前記第２絶縁部材は上向移動して突出し、
前記第１電流遮断部材または前記第２電流遮断部材が作動すれば、前記電極組立体から発生したガスが前記第１ガス貯蔵部および前記第２ガス貯蔵部に捕集される、円筒形電池。

【請求項7】

前記第１絶縁部材と前記第２絶縁部材は相互分離された構造である、請求項６に記載の円筒形電池。

【請求項8】

前記電極組立体は第１電極組立体と第２電極組立体を含み、前記第１電極組立体は前記第２電極組立体の中心部に位置する、請求項１から７のいずれか一項に記載の円筒形電池。

【請求項9】

前記第１電極組立体の第１正極タップは前記第２トップキャップアセンブリに電気的に連結され、前記第２電極組立体の第２正極タップは前記第１トップキャップアセンブリに電気的に連結される、請求項８に記載の円筒形電池。

【請求項10】

請求項１から９のいずれか一項に記載の円筒形電池を製造する方法であって、
第１正極、第１分離膜、および第１負極を巻き取って第１電極組立体を製造する段階；
第２正極、第２分離膜、および第２負極を巻き取って第２電極組立体を製造する段階；
前記第１電極組立体を前記第２電極組立体の中心部に挿入する段階；
前記第１電極組立体の第１正極タップを第２トップキャップアセンブリに電気的に連結する段階；および
前記第２電極組立体の第２正極タップを第１トップキャップアセンブリに電気的に連結する段階；
を含む、円筒形電池の製造方法。

【請求項11】

請求項１から９のいずれか一項に記載の円筒形電池を製造する方法であって、
第１正極、第１分離膜、および第１負極を巻き取って第１電極組立体を製造する段階；
前記第１電極組立体を巻芯として使用して第２正極、第２分離膜、および第２負極積層体を巻き取って第２電極組立体を製造する段階；
前記第１電極組立体の第１正極タップを第２トップキャップアセンブリに電気的に連結する段階；および
前記第２電極組立体の第２正極タップを第１トップキャップアセンブリに電気的に連結する段階；
を含む、円筒形電池の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

関連出願との相互引用
本出願は２０２０年１月１３日付韓国特許出願第１０－２０２０－０００４２５８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た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、円筒形電池および円筒形電池の製造方法に関するものである。

【背景技術】

【0003】

最近、化石燃料の枯渇によるエネルギー源の価格上昇、環境汚染の関心が増幅され、環境に優しい代替エネルギー源に対する要求が未来生活のための必須不可欠な要因になっている。よって、原子力、太陽光、風力、潮力など多様な電力生産技術に対する研究が持続されており、このように生産されたエネルギーをさらに効率的に使用するための電力貯蔵装置にも多くの関心が寄せられている。

【0004】

さらに、モバイル機器と電池自動車に対する技術開発と需要が増加するにつれてエネルギー源としての電池の需要が急激に増加しており、それにより多様な要求に応じ得る電池に対する多くの研究が行われている。特に、材料面では高いエネルギー密度、放電電圧、出力安定性などの長所を有するリチウムイオン電池、リチウムイオンポリマー電池などのようなリチウム二次電池に対する需要が高い。

【0005】

二次電池は、正極、負極、および正極と負極の間に介される分離膜が積層された構造の電極組立体がいかなる構造になっているかによって分類される。代表的には、長いシート型の正極と負極を分離膜が介された状態で巻き取った構造のジェリーロール型（巻取型）電極組立体、所定の大きさの単位で切り取った複数の正極と負極を分離膜を介した状態で順次に積層したスタック型（積層型）電極組立体などが挙げられ、最近は前記ジェリーロール型電極組立体およびスタック型電極組立体が有する問題点を解決するために、前記ジェリーロール型とスタック型の混合形態である一歩進んだ構造の電極組立体であって、所定単位の正極と負極を分離膜を介した状態で積層した単位セルを分離フィルム上に位置させた状態で順次に巻き取った構造のスタック／フォールディング型電極組立体が開発された。

【0006】

このような電極組立体を使用目的によって、パウチケース、円筒型カン、および角型ケースなどに収納して電池を製造する。

【0007】

このうち、円筒形電池は製造が容易であり重量当りのエネルギー密度が高いという長所を有していて、携帯用コンピュータから電池自動車に至るまで多様な機器のエネルギー源として使用されている。

【0008】

図１は、従来の円筒形電池を示す模式図である。

【0009】

図１を参照すれば、円筒形電池１００は、ジェリーロール型電極組立体１２０を円筒形ケース１３０に収納し、円筒形ケース１３０内に電解液を注入した後、円筒形ケース１３０の開放上端にトップキャップ１４０を結合して製作する。

【0010】

ジェリーロール型電極組立体１２０は正極１２１、分離膜１２２、および負極１２３を順次に積層して丸い形態に巻き取った構造であって、その巻芯である電極組立体１２０の中心部には円筒形のセンターピン１５０が挿入されている。このようなセンターピン１５０は、電極組立体１２０を固定および支持する作用と充放電および作動時に内部反応によって発生されるガスを放出する通路として作用する。但し、センターピン１５０は、円筒形電池１００の仕様によって使用されなくてもよい。

【0011】

円筒形電池１００の充放電過程で、電極組立体１２０の電極は膨張と収縮を繰り返すようになる。よって、電極組立体１２０が捩れる構造的変形が発生する。特に、応力が集中される電極組立体１２０の中心部で前記変形がさらに深刻に発生する。

【0012】

また、円筒形電池１００は、充放電過程で円筒形電池１００内部で高い熱エネルギーが発生する。しかし、従来の円筒形電池１００は前記熱エネルギーを迅速に排出することができるシステムを備えていない。特に、最近は高容量および高出力の可能な円筒形電池に対する需要が増加している。これにより、活物質が高くローディングされた電極を使用する場合、暴走が発生することがあるという問題点がある。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0013】

本発明が解決しようとする課題は、電極組立体の変形および暴走を防止することができる円筒形電池および円筒形電池製造方法を提供するためのものである。

【0014】

しかし、本発明の実施形態が解決しようとする課題は上述の課題に限定されず、本発明に含まれている技術的思想の範囲で多様に拡張できる。

【課題を解決するための手段】

【0015】

本発明の一実施形態による円筒形電池は電極組立体、および前記電極組立体の上部に位置するトップキャップアセンブリを含み、前記トップキャップアセンブリは絶縁部材によって互いに電気的に分離できる。

【0016】

前記トップキャップアセンブリは第１トップキャップアセンブリおよび第２トップキャップアセンブリを含み、前記第１トップキャップアセンブリは第１上端キャップ、第１電流遮断部材、および第１ガス貯蔵部を含み、前記第２トップキャップアセンブリは第２上端キャップ、第２電流遮断部材、および第２ガス貯蔵部を含むことができる。

【0017】

前記絶縁部材は、上部絶縁部材と下部絶縁部材を含むことができる。

【0018】

前記上部絶縁部材は、"Π"型の断面形状を有することができる。

【0019】

前記上部絶縁部材は、前記下部絶縁部材の中間部位を囲む構造で結合できる。

【0020】

前記下部絶縁部材は、前記第１電流遮断部材と前記第２電流遮断部材の間に位置し前記第１電流遮断部材と前記第２電流遮断部材を電気的に絶縁することができる。

【0021】

前記上部絶縁部材は、前記第１電流遮断部材および前記第２電流遮断部材に付着できる。

【0022】

前記第１電流遮断部材と前記第２電流遮断部材のうちのいずれか一つが作動しても前記上部絶縁部材は上向移動して外部に突出することになる。

【0023】

前記第１電流遮断部材または前記第２電流遮断部材が作動すれば、前記電極組立体から発生したガスが前記第１ガス貯蔵部および前記第２ガス貯蔵部に捕集できる。

【0024】

前記第１ガス貯蔵部および前記第２ガス貯蔵部に捕集された前記ガスの圧力によって前記上部絶縁部材が高さＬ１以上に上向移動すれば、前記第１ガス貯蔵部および前記第２ガス貯蔵部に捕集された前記ガスが外部に排出できる。

【0025】

前記絶縁部材は、第１絶縁部材、第２絶縁部材、および下部絶縁部材を含むことができる。

【0026】

前記第１絶縁部材と前記第２絶縁部材は相互分離された構造であってもよい。

【0027】

前記第１絶縁部材は前記第１電流遮断部材に付着され、前記第１電流遮断部材が作動すれば、前記第１絶縁部材は上向移動して突出することになる。

【0028】

前記第２絶縁部材は前記第２電流遮断部材に付着され、前記第２電流遮断部材が作動すれば、前記第２絶縁部材は上向移動して突出することになる。

【0029】

前記電極組立体は第１電極組立体と第２電極組立体を含み、前記第１電極組立体は前記第２電極組立体の中心部に配置できる。

【0030】

前記第１電極組立体の第１正極タップは前記第２トップキャップアセンブリに電気的に連結され、前記第２電極組立体の第２正極タップは前記第１トップキャップアセンブリに電気的に連結できる。

【0031】

本発明の一実施形態による円筒形電池製造方法は、第１正極、第１分離膜、および第１負極を巻き取って第１電極組立体を製造する段階；第２正極、第２分離膜、および第２負極を巻き取って第２電極組立体を製造する段階；前記第１電極組立体を前記第２電極組立体の中心部に挿入する段階；前記第１電極組立体の第１正極タップを第２トップキャップアセンブリに電気的に連結する段階；および前記第２電極組立体の第２正極タップを第１トップキャップアセンブリに電気的に連結する段階；を含むことができる。

【0032】

本発明の他の一実施形態による円筒形電池製造方法は、第１正極、第１分離膜、および第１負極を巻き取って第１電極組立体を製造する段階；前記第１電極組立体を巻芯として使用して第２正極、第２分離膜、および第２負極積層体を巻き取って第２電極組立体を製造する段階；前記第１電極組立体を前記第２電極組立体の中心部に挿入する段階；前記第１電極組立体の第１正極タップを第２トップキャップアセンブリに電気的に連結する段階；および前記第２電極組立体の第２正極タップを第１トップキャップアセンブリに電気的に連結する段階；を含むことができる。

【発明の効果】

【0033】

以上で説明した通り、本発明の実施形態による円筒形電池は、電気的に分離されたトップキャップアセンブリを使用することによって円筒形電池の破損および変形を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【0034】

【図1】従来の円筒形電池を示す模式図である。

【図2】本発明の一実施形態による円筒形電池の模式図である。

【図3】図２のトップキャップアセンブリをＡ－Ａ'によって切断した断面模式図である。

【図4】図３の上部絶縁部材が上向突出したことを示す模式図である。

【図5】図２の絶縁部材を示す模式図である。

【図6】本発明の他の一実施形態によるトップキャップアセンブリを示す断面模式図である。

【図7】本発明の他の一実施形態によるトップキャップアセンブリを示す断面模式図である。

【図8】図２の電極組立体を本発明の一実施形態によって製造することを示す模式図である。

【図9】図２の電極組立体を本発明の他の一実施形態によって製造することを示す模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0035】

以下、添付した図面を参照して本発明の様々な実施形態について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することができるように詳しく説明する。本発明は様々な異なる形態に実現でき、ここで説明する実施形態に限定されない。

【0036】

また、明細書全体で、ある部分がある構成要素を"含む"というとき、これは特に反対になる記載がない限り他の構成要素を除くのではなく他の構成要素をさらに含むことができるのを意味する。

【0037】

また、明細書全体で、"上向"は重力が作用する反対方向を意味する。

【0038】

図２は、本発明の一実施形態による円筒形電池の模式図である。図３は図２のトップキャップアセンブリをＡ－Ａ'によって切断した断面模式図である。図４は、図３の上部絶縁部材が上向突出したことを示す模式図である。図５は、図２の絶縁部材を示す模式図である。

【0039】

図２～５を参照すれば、円筒形電池２００は、ジェリーロール型電極組立体２２０が電池ケース（図示せず）に挿入された構造であり得る。電極組立体２２０の上部には正極タップ２３０が形成されてトップキャップアセンブリ２１０と電気的に連結できる。電極組立体２２０の下部には負極タップ２４０が形成されて前記電池ケースに電気的に連結できる。正極タップ２３０は、第１正極タップ２３１と第２正極タップ２３２を含むことができる。負極タップ２４０は、第１負極タップ２４１と第２負極タップ２４２を含むことができる。

【0040】

トップキャップアセンブリ２１０は、第１トップキャップアセンブリ２１１と第２トップキャップアセンブリ２１２を含むことができる。第１トップキャップアセンブリ２１１と第２トップキャップアセンブリ２１２は、絶縁部材２５０によって電気的に分離できる。第１トップキャップアセンブリ２１１と第２トップキャップアセンブリ２１２は、絶縁部材２５０を中心にして相互に対称な構造であり得る。

【0041】

第１正極タップ２３１は、第２トップキャップアセンブリ２１２に電気的に連結できる。第２正極タップ２３２は、第１トップキャップアセンブリ２１１に電気的に連結できる。

【0042】

絶縁部材２５０は、トップキャップアセンブリ２１０の中心部を通過しトップキャップアセンブリ２１０の長さおよび幅方向に延長された構造で形成できる。絶縁部材２５０は、上部絶縁部材２５０－１と下部絶縁部材２５０－２を含むことができる。

【0043】

第１トップキャップアセンブリ２１１は、第１上端キャップ２１１－１、第１電流遮断部材（ＣＵＲＲＥＮＴ ＩＮＴＥＲＲＵＰＴＩＶＥ ＤＥＶＩＣＥ）２１１－２、第１ガス貯蔵部２１１－３、およびガスケット２１１－４を含むことができる。第１上端キャップ２１１－１は、外部に露出された形態に正極端子を形成することができる。第１電流遮断部材２１１－２は、上部絶縁部材２５０－１の下部に形成できる。

【0044】

第２トップキャップアセンブリ２１２は、第２上端キャップ２１２－１、第２電流遮断部材２１２－２、第２ガス貯蔵部２１２－３、および第２ガスケット２１２－４を含むことができる。第２上端キャップ２１２－１は、円筒形電池２００の外部に露出した形態に正極端子を形成することができる。第２電流遮断部材２１２－２は、上部絶縁部材２５０－１の下部に形成できる。

【0045】

上部絶縁部材２５０－１は、第１電流遮断部材２１１－２および第２電流遮断部材２１２－２に付着された構造であり得る。よって、第１電流遮断部材２１１－２と第２電流遮断部材２１２－２のうちのいずれか一つが作動しても、上部絶縁部材２５０－１は上向移動して外部に突出することになる。

【0046】

例えば、第１電流遮断部材２１１－２が作動する場合、上部絶縁部材２５０－１が上向移動し、上部絶縁部材２５０－１に付着された第２電流遮断部材２１２－２も共に上向移動できる。また、第２電流遮断部材２１２－２が作動する場合、上部絶縁部材２５０－１が上向移動し、上部絶縁部材２５０－１に付着された第１電流遮断部材２１１－２も共に上向移動できる。

【0047】

上部絶縁部材２５０－１が上向移動して外部に突出する時、作業者は上部絶縁部材２５０－１の突出程度を肉眼で確認することができる。そして、上部絶縁部材２５０－１の突出程度を通じて内部ガスの発生程度を把握することができる。

【0048】

上部絶縁部材２５０－１は、Ａ－Ａ'によって切断した断面が"Π"形状であり得る。上部絶縁部材２５０－１は、下部絶縁部材２５０－２の長さ方向Ｙで中間部位に形成できる。上部絶縁部材２５０－１は、下部絶縁部材２５０－２の前記中間部位を囲む構造で結合できる。

【0049】

下部絶縁部材２５０－２は、第１電流遮断部材２１１－２および第２電流遮断部材２１２－２の間に配置できる。第１電流遮断部材２１１－２および第２電流遮断部材２１２－２は、下部絶縁部材２５０－２によって電気的に相互絶縁された構造であり得る。

【0050】

第１電流遮断部材２１１－２または第２電流遮断部材２１２－２が作動すれば、電極組立体２２０から発生したガスが第１ガス貯蔵部２１１－３および第２ガス貯蔵部２１２－３に捕集できる。そして、第１ガス貯蔵部２１１－３および第２ガス貯蔵部２１２－３に捕集されたガスの圧力によって上部絶縁部材２５０－１が第１高さＬ１以上に上向移動すれば、第１ガス貯蔵部２１１－３および第２ガス貯蔵部２１２－３に捕集されたガスが外部に排出できる。

【0051】

第１ガス貯蔵部２１１－３は、第１湾入部２１１－３－１と第２湾入部２１１－３－２を含むことができる。第１湾入部２１１－３－１は、第１上端キャップ２１１－１側に湾入して形成された空間であり得る。第２湾入部２１１－３－２は、上部絶縁部材２５０－１側に湾入して形成された空間であり得る。第１ガス貯蔵部２１１－３は、第１湾入部２１１－３－１、第２湾入部２１１－３－２、および第１電流遮断部材２１１－２の間に形成できる。

【0052】

上部絶縁部材２５０－１が第１高さＬ１以上に上向移動すれば、第２湾入部２１１－３－２が外部に露出されながら第１ガス貯蔵部２１１－３に捕集された空気が外部に排出できる。

【0053】

第２湾入部２１１－３－２の高さＬ３と幅Ｌ２によって第１ガス貯蔵部２１１－３に捕集されたガスが排出される経路の大きさが決定できる。特に、幅Ｌ２が大きいほどガス排出経路が大きく形成できる。

【0054】

第１接触部２１１－５は、第１上端キャップ２１１－１と第１電流遮断部材２１１－２の間の接触部位であり得る。第１電流遮断部材２１１－２が上向移動すれば、第１接触部２１１－５が開放されながら前記内部ガスが第１ガス貯蔵部２１１－３に捕集できる。ここで、第１接触部２１１－５が開放されることは第１上端キャップ２１１－１と第１電流遮断部材２１１－２が分離されるのを意味する。第１上端キャップ２１１－１と第１電流遮断部材２１１－２が分離されながらできる空間を通じて前記内部ガスが移動して第１ガス貯蔵部２１１－３に捕集できる。

【0055】

第２トップキャップアセンブリ２１２は、第１トップキャップアセンブリ２１１と同一の構造であり得る。よって、第２トップキャップアセンブリ２１２に関する詳しい説明は省略する。

【0056】

第２ガス貯蔵部２１２－３は、第１ガス貯蔵部２１１－３と同一の構造であり得る。また、第２ガス貯蔵部２１２－３は、第１ガス貯蔵部２１１－３と同一の方式でガスを捕集し排出することができる。よって、第２ガス貯蔵部２１２－３に関する説明は省略する。

【0057】

第１ガス貯蔵部２１１－３と第２ガス貯蔵部２１２－３は、消火ガスを含むことができる。前記消火ガスは、二酸化炭素または窒素ガスであり得る。前記消火ガスは、円筒形電池２００の非正常的作動によって発生することがある暴走による火災を防止することができる。

【0058】

図６は、本発明の他の一実施形態によるトップキャップアセンブリを示す断面模式図である。

【0059】

図６を参照すれば、トップキャップアセンブリ３１０は、第１トップキャップアセンブリ３１１と第２トップキャップアセンブリ３１２を含むことができる。第１トップキャップアセンブリ３１１と第２トップキャップアセンブリ３１２は絶縁部材３５０によって電気的に分離できる。絶縁部材３５０を中心にして第１トップキャップアセンブリ３１１と第２トップキャップアセンブリ３１２は相互に対称な構造であり得る。

【0060】

絶縁部材３５０は、トップキャップアセンブリ３１０の中心部を通過してトップキャップアセンブリ３１０の長さおよび幅方向に延長された構造で形成できる。絶縁部材３５０は、第１絶縁部材３５０－１、第２絶縁部材３５０－２、および下部絶縁部材３５０－３を含むことができる。

【0061】

第１トップキャップアセンブリ３１１は、第１上端キャップ３１１－１、第１電流遮断部材３１１－２、第１ガス貯蔵部３１１－３、およびガスケット３１１－４を含むことができる。第１上端キャップ３１１－１は、外部に露出した形態に正極端子を形成することができる。第１電流遮断部材３１１－２は、第１絶縁部材３５０－１の下部に形成できる。

【0062】

第２トップキャップアセンブリ３１２は、第２上端キャップ３１２－１、第２電流遮断部材３１２－２、ガス貯蔵部３１２－３、および第２ガスケット３１２－４を含むことができる。第２上端キャップ３１２－１は、外部に露出した形態に正極端子を形成することができる。第２電流遮断部材３１２－２は、第２絶縁部材３５０－２の下部に形成できる。

【0063】

第１絶縁部材３５０－１は、第１電流遮断部材３１１－２に付着された構造であり得る。よって、第１電流遮断部材３１１－２が作動すれば、第１絶縁部材３５０－１は上向移動して突出することになる。

【0064】

第２絶縁部材３５０－２は、第２電流遮断部材３１２－２に付着された構造であり得る。よって、第２電流遮断部材３１２－２が作動すれば、第２絶縁部材３５０－２は上向移動して突出することになる。

【0065】

第１絶縁部材３５０－１と第２絶縁部材３５０－２は相互分離された構造であり得る。よって、第１絶縁部材３５０－１と第２絶縁部材３５０－２は分離されて作動できる。

【0066】

第１電流遮断部材３１１－２と第２電流遮断部材３１２－２は、下部絶縁部材３５０－３によって電気的に分離された構造であり得る。また、第１電流遮断部材３１１－２と第２電流遮断部材３１２－２は相互作動に影響を与えない。

【0067】

第１電流遮断部材３１１－２が作動すれば、内部ガスが第１ガス貯蔵部３１１－３に捕集できる。そして、第１ガス貯蔵部３１１－３に捕集されたガス圧力によって第１絶縁部材３５０－１が高さＳ１以上に上向移動すれば、第１ガス貯蔵部３１１－３に捕集されたガスが外部に排出できる。

【0068】

第１ガス貯蔵部３１１－３は、第１湾入部３１１－３－１と第２湾入部３１１－３－２を含むことができる。第１湾入部３１１－３－１は、第１上端キャップ３１１－１側に湾入して形成された空間であり得る。第２湾入部３１１－３－２は、第１絶縁部材３５０－１側に湾入して形成された空間であり得る。第１ガス貯蔵部３１１－３は、第１湾入部３１１－３－１、第２湾入部３１１－３－２、および第１電流遮断部材３１１－２の間に形成できる。

【0069】

第１絶縁部材３５０－１が高さＳ１以上に上向移動すれば、第２湾入部３１１－３－２が外部に露出されながら第１ガス貯蔵部３１１－３に捕集された空気が外部に排出できる。

【0070】

第２湾入部３１１－３－２の高さＳ３と幅Ｓ２によって第１ガス貯蔵部３１１－３に捕集されたガスが排出される経路の大きさが決定できる。特に、幅Ｌ２が大きいほどガス排出経路が大きく形成できる。

【0071】

第１接触部３１１－５は、第１上端キャップ３１１－１と第１電流遮断部材３１１－２の間の接触部位であり得る。第１電流遮断部材３１１－２が上向移動すれば、第１接触部３１１－５が開放されながら前記内部ガスが第１ガス貯蔵部３１１－３に捕集できる。ここで、第１接触部５１１－５が開放されることは、第１上端キャップ３１１－１と第１電流遮断部材３１１－２が分離されるのを意味する。第１上端キャップ３１１－１と第１電流遮断部材３１１－２が分離されながらできる空間を通じて前記内部ガスが移動して第１ガス貯蔵部３１１－３に捕集できる。

【0072】

第２トップキャップアセンブリ３１２は、第１トップキャップアセンブリ３１１と同一の構造であり得る。よって、第２トップキャップアセンブリ３１２に関する説明は省略する。

【0073】

第２ガス貯蔵部３１２－３は、第１ガス貯蔵部３１１－３と同一の構造であり得る。また、第２ガス貯蔵部３１２－３は、第１ガス貯蔵部３１１－３と同一の方式でガスを捕集し排出することができる。よって、第２ガス貯蔵部３１２－３に関する説明は省略する。

【0074】

第１ガス貯蔵部３１１－３と第２ガス貯蔵部３１２－３は、消火ガスを含むことができる。前記消火ガスは、二酸化炭素または窒素ガスであり得る。前記消火ガスは、円筒形電池の非正常的作動によって発生することがある暴走による火災を防止することができる。

【0075】

第１絶縁部材３５０－１と第２絶縁部材３５０－２が上向移動して外部に突出する時、作業者は第１絶縁部材３５０－１と第２絶縁部材３５０－２の突出程度を肉眼で確認することができる。そして、第１絶縁部材３５０－１と第２絶縁部材３５０－２の突出程度を通じて内部ガスの発生程度を把握することができる。

【0076】

図７は、本発明の他の一実施形態によるトップキャップアセンブリを示す断面模式図である。

【0077】

図７を参照すれば、トップキャップアセンブリ４１０は、第１トップキャップアセンブリ４１１と第２トップキャップアセンブリ４１２を含むことができる。第１トップキャップアセンブリ４１１と第２トップキャップアセンブリ４１２は、絶縁部材４５０によって電気的に分離できる。

【0078】

絶縁部材４５０は、トップキャップアセンブリ４１０の中心部を通過してトップキャップアセンブリ４１０の長さおよび幅方向に延長された構造で形成できる。絶縁部材４５０は、上部絶縁部材４５０－１と下部絶縁部材４５０－２を含むことができる。

【0079】

第１トップキャップアセンブリ４１１は、第１上端キャップ４１１－１、第１電流遮断部材４１１－２、第１ガス貯蔵部４１１－３、およびガスケット４１１－４を含むことができる。第１上端キャップ４１１－１は、外部に露出された形態に正極端子を形成することができる。第１電流遮断部材４１１－２は、上部絶縁部材４５０－１の下部に形成できる。

【0080】

第２トップキャップアセンブリ４１２は、第２上端キャップ４１２－１、第２電流遮断部材４１２－２、ガス貯蔵部４１２－３、および第２ガスケット４１２－４を含むことができる。第２上端キャップ４１２－１は、外部に露出された形態に正極端子を形成することができる。第２電流遮断部材４１２－２は、上部絶縁部材４５０－１の下部に形成できる。

【0081】

上部絶縁部材４５０－１は、第１電流遮断部材４１１－２および第２電流遮断部材４１２－２に付着された構造であり得る。よって、第１電流遮断部材４１１－２と第２電流遮断部材４１２－２のうちのいずれか一つが作動しても上部絶縁部材４５０－１は上向移動して突出することになる。例えば、第１電流遮断部材４１１－２が作動する場合、上部絶縁部材４５０－１が上向移動しながら上部絶縁部材４５０－１に付着された第２電流遮断部材４１２－２も共に上向移動できる。また、第２電流遮断部材４１２－２が作動する場合、上部絶縁部材４５０－１が上向移動しながら上部絶縁部材４５０－１に付着された第１電流遮断部材４１１－２も共に上向移動できる。

【0082】

上部絶縁部材４５０－１が上向移動して外部に突出する時、作業者は上部絶縁部材４５０－１の突出程度を肉眼で確認することができる。そして、上部絶縁部材４５０－１の突出程度を通じて内部ガスの発生程度を把握することができる。

【0083】

第１電流遮断部材４１１－２または第２電流遮断部材４１２－２が作動すれば、内部ガスが第１ガス貯蔵部４１１－３および第２ガス貯蔵部４１２－３に捕集できる。但し、前述の実施形態と異なり、本実施形態によれば、第１ガス貯蔵部４１１－３および第２ガス貯蔵部４１２－３に捕集されたガス圧力によって上部絶縁部材４５０－１が第２高さＭ１以上に上向移動しても、第１ガス貯蔵部４１１－３および第２ガス貯蔵部４１２－３に捕集されたガスが外部に排出されない。しかし、外部での加熱などによって過度に気体が発生して電流遮断部材４１１－２、４１２－２が第２高さＭ１を超過すれば、上部絶縁部材４５０－１と電流遮断部材４１１－２、４１２－２が共に外部に排出され、内部ガスが外部に放出されることがある。

【0084】

第１ガス貯蔵部４１１－３は、第１上端キャップ４１１－１側に湾入して形成された空間であり得る。第１ガス貯蔵部４１１－３は、第１上端キャップ４１１－１、上部絶縁部材４５０－１、および第１電流遮断部材４１１－２の間に形成できる。

【0085】

第１接触部４１１－５は、第１上端キャップ４１１－１と第１電流遮断部材４１１－２の間の接触部位であり得る。第１電流遮断部材４１１－２が上向移動すれば、第１接触部４１１－５が開放されながら前記内部ガスが第１ガス貯蔵部４１１－３に捕集できる。ここで、第１接触部４１１－５が開放されることは第１上端キャップ４１１－１と第１電流遮断部材４１１－２が分離されるのを意味する。第１上端キャップ４１１－１と第１電流遮断部材４１１－２が分離されながらできる空間を通じて前記内部ガスが移動して第１ガス貯蔵部４１１－３に捕集できる。

【0086】

第２トップキャップアセンブリ４１２は、第１トップキャップアセンブリ４１１と同一の構造であり得る。よって、第２トップキャップアセンブリ４１２の構造に関する説明は省略する。

【0087】

第２ガス貯蔵部４１２－３は、第１ガス貯蔵部４１１－３と同一の構造であり得る。また、第２ガス貯蔵部４１２－３は、第１ガス貯蔵部４１１－３と同一の方式でガスを捕集し排出することができる。よって、第２ガス貯蔵部４１２－３に関する説明は省略する。

【0088】

第１ガス貯蔵部４１１－３と第２ガス貯蔵部４１２－３は消火ガスを含むことができる。前記消火ガスは二酸化炭素または窒素ガスであり得る。前記消火ガスは、円筒形電池の非正常的作動によって発生することがある暴走による火災を防止することができる。

【0089】

図８は、図２の電極組立体を本発明の一実施形態によって製造することを示す模式図である。図９は、図２の電極組立体を本発明の他の一実施形態によって製造することを示す模式図である。

【0090】

図２、図８および図９を参照すれば、電極組立体２２０は、第１電極組立体２２１と第２電極組立体２２２を含むことができる。第１電極組立体２２１は、第２電極組立体２２２の中心部に配置できる。

【0091】

第１電極組立体２２１は、第１正極２２１－１、第１分離膜２２１－２、および第１負極２２１－３が順次に巻取られた構造であり得る。第１電極組立体２２１の上部には第１正極タップ２３１が形成されて第１トップキャップアセンブリ２１１に電気的に連結できる。第１電極組立体２２１の下部には第１負極タップ２４１が形成されて前記電池ケースに電気的に連結できる。

【0092】

第２電極組立体２２２は、第２正極２２２－１、第２分離膜２２２－２、および第２負極２２２－３が順次に巻取られた構造であり得る。第２電極組立体２２２の上部には第２正極タップ２３２が形成されて第２トップキャップアセンブリ２１２に電気的に連結できる。第２電極組立体２２２の下部には第２負極タップ２４２が形成されて前記電池ケースに電気的に連結できる。

【0093】

第１電極組立体２２１において、第１負極２２１－３は負極活物質を含むことができる。第２電極組立体２２２において、第２負極２２２－３は負極活物質を含むことができる。第１負極２２１－３のシリコン（Ｓｉ）の含量は、第２負極２２２－３のシリコン含量に対して２５パーセント～７５パーセントであり得る。第１負極２２１－３の負極活物質ローディング量は、第２負極２２２－３の負極活物質ローディング量に対して４０パーセント～７０パーセントであり得る。

【0094】

このような構造によって、円筒形電池２００の充放電過程で第１負極２２１－３と第２負極２２２－３の体積膨張と発熱による電極組立体２２０の構造が変形されるのを防止することができる。

【0095】

電極組立体２２０は、多様な方法で製造できる。一例として、第１電極組立体２２１と第２電極組立体２２２をそれぞれ巻き取って製造し第１電極組立体２２１を第２電極組立体２２２の中心部２６０に挿入して製造することができる。第１電極組立体２２１は、第１正極２２１－１、第１分離膜２２１－２、および第１負極２２１－３の積層体を巻き取って製造することができる。第２電極組立体２２２は、第２正極２２２－１、第２分離膜２２２－２、および第２負極２２２－３の積層体を巻き取って製造することができる。この時、第２電極組立体２２２は、中心部２６０の直径ｄ２と同一の巻芯（図示せず）を使用して第２電極組立体２２２を巻き取ることができる。そして、中心部２６０の直径ｄ２は、第１電極組立体２２１の直径ｄ１と同一であり得る。

【0096】

電極組立体２２０はまた、第１電極組立体２２１を先に製造した後、第１電極組立体２２１を巻芯として使用して第２正極２２２－１、第２分離膜２２２－２、および第２負極２２２－３の積層体を巻き取って第２電極組立体２２２を製造することができる。

【0097】

本発明の実施形態による円筒形電池は、電気的に分離された電極組立体とトップキャップアセンブリが一つの構造に含まれることによって、充放電過程で発生する電極組立体の変形を最少化することができる。特に、電極組立体の中心部に応力が集中されるのを防止することができる。

【0098】

また、電気的に分離されたトップキャップアセンブリによってそれぞれの電極組立体が管理されることにより内部で発生する熱エネルギーを迅速に放出することができるシステムを備えることができる。

【0099】

本発明の属する分野における通常の知識を有する者であれば、前記内容に基づいて本発明の範疇内で多様な応用および変形を行うことができるはずである。

【符号の説明】

【0100】

２１０、３１０、４１０：トップキャップアセンブリ
２１１－１、３１１－１、４１１－１：第１上端キャップ
２１２－１、３１２－１、４１２－１：第２上端キャップ
２１１－２、３１１－２、４１１－２：第１電流遮断部材
２１２－２、３１２－２、４１２－２：第２電流遮断部材
２５０、３５０、４５０：絶縁部材

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】