JP4519063B2 - 二次電池 - Google Patents

Description

本発明は二次電池に係り、特に、二次電池を構成するケースと内部の電極群との絶縁工程を単純化させることができる二次電池に関するものである。

一般的に二次電池（ｓｅｃｏｎｄａｒｙ ｂａｔｔｅｒｙ）は、充電の不可能な一次電池とは異なる、充電及び放電が可能な電池であって、最近になって高エネルギー密度の非水電解液を利用した高出力二次電池が開発されている。二次電池は、一つの電池セルがパック形態に包装された低容量電池の場合には、携帯電話やノートブックコンピュータ及びカムコーダのような携帯可能な小型電子機器に使用され、大容量の電力を必要とする機器、例えば、電気自動車などのモーター駆動用電源の場合には、前記電池セル数十個を直列または並列に連結して大容量の二次電池を構成する。

前記二次電池は多様な形状に製造されているが、代表的な形状としては円筒形、角形が挙げられ、帯状の正、負極板の間に絶縁体であるセパレータを介在して、これを渦流状に巻いて電極群（または、ゼリーロール）を形成したり、正極板、負極板及びセパレータを複数に積層して電極群を形成した後にこれをケースに内装設置し、前記ケースに外部端子が形成されたキャップ組立体を設置して電池を構成する。

また、前記正、負極板及びセパレータが巻かれて構成された電極群の場合、正、負極板には、電池作動時に正、負極板で発生した電流を集電するための各々のリードが付着され、このリードが外部端子に連結されて正、負極板で発生した電流を外部端子に誘導する。

また、大容量のいわゆるＨＥＶ（ｈｙｂｒｉｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）用のような電池においては、正、負極板の面積が電池の大きさに比例して大きくなり、それに伴う抵抗などを考慮して集電面積を極大化させることができるように別途のタブを使用している。下記特許文献１の場合には、角形の二次電池において、タブによる電極群の無地部と端子との連結構造を開示している。
特開２０００−４０５０１号公報

しかし、前記従来の構造は、タブや電極群が前記ケースと電気的に接することを防止するために、前記電極群を絶縁フィルムで囲む工程を経るために工程が複雑になり、絶縁フィルムの消耗により製造単価が高くなる問題点がある。

本発明は、電極群の無地部に連結されるタブの構造を改善して、タブがケースと電気的に絶縁できるように構成される二次電池を提供する。

本発明による二次電池は、セパレータ並びにその両面に配置される正極板及び負極板を含む電極群と、前記電極群が内蔵されるケースと、前記電極群の前記正極板及び負極板の少なくとも一方の周縁に沿って連続した面で形成され、活物質が被覆されていない無地部に一方面が付着されるタブと、前記タブと前記ケースの内側面との間に介される第１絶縁材と、前記ケースと結合されてこれを密閉し、前記タブに連結された端子が結合されるキャップ組立体と、前記電極群の無地部を隔てて前記タブの反対側に位置して前記無地部に付着される補助タブと、前記補助タブと前記ケースの内側面との間に介される第２絶縁材と、を含む。

前記タブは、前記無地部の一側面全体を覆うことのできる大きさに形成され、このようなタブが適用される前記二次電池は角形からなる。

本発明の一実施形態によれば、前記第１絶縁材は、前記ケースの内側面と対向する前記タブの面に被覆されて形成されることができ、このような絶縁材は前記タブの側面まで被覆されることができる。

前記タブには、前記絶縁材が、前記ケースの内側面と対向する前記タブの面の一部を被覆しない第１露出面が形成され、前記タブと前記電極群の無地部は、前記第１露出面を通じて溶接されることができる。前記第１露出面は、前記タブの長さ方向に沿って長尺な形状からなることができる。

前記第１絶縁材は、ポリマー（ｐｏｌｙｍｅｒ）またはポリプロピレン（ＰｏｌｙＰｒｏｐｙｌｅｎｅ）からなることができ、前記第１絶縁材の厚さは、ケースとタブとが第１絶縁材により間隙を維持することのできる程度に形成することができる。

本発明の他の実施形態によれば、前記第１絶縁材が、前記ケースの内側面と対向する前記タブの面に付着されて形成されることができる。この時、前記第１絶縁材は板状に形成され、前記タブの面の一部が露出されるように第１開口部を有する。

前記第１開口部は、前記タブの長さ方向に沿って長尺な形状からなることができ、前記タブと前記電極群の無地部とは、前記第１絶縁材の第１開口部を通して露出された前記タブの面を通じて溶接されることができる。

前記第２絶縁材は、前記ケースの内側面と対向する前記補助タブの面に被覆されて形成されることができ、このような第２絶縁材は前記補助タブの側面まで被覆されることができる。

前記第２絶縁材は、前記ケースの内側面と対向する前記補助タブの面の一部を被覆しない第２露出面を形成し、前記補助タブと前記電極群の無地部とは前記第２露出面を通じて溶接されることができる。

また、前記第２絶縁材が前記ケースの内側面と対向する前記補助タブの面に付着されて形成されることができ、この時、前記第２絶縁材は板状に形成され、前記補助タブの面の一部が露出されるように第２開口部を有する。

前記第２開口部は、前記補助タブの長さ方向に沿って長尺形状からなることができ、前記補助タブと前記電極群の無地部とは、前記第２絶縁材の第２開口部を通して露出された前記補助タブの第２露出面を通じて溶接されることができる。

このように構成される前記二次電池はモーター駆動用に適用されることができる。

本発明によれば、電極群の無地部にタブを設置することにより、同時に電極群をケースから絶縁させることができるので、ケースと電極群の絶縁によりフィルムを巻くなどの工程を省略することによって工程を短縮することができ、生産性を高めることもできる。

以下、本発明の好ましい実施形態を、添付した図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の第１実施形態による二次電池の構成の一部を示した一部切開斜視図であり、図２は、本発明の第１実施形態による二次電池の組立状態を示した部分切開断面図である。

図１では電極群の一側端部、特に正極側端部に対してのみ示されているが、他側の端部（負極側端部）もまた、同一な構造を有することができる。

図１及び図２を参照すれば、本実施形態による二次電池は、帯形状の正極板１１と負極板１２とがセパレータ１３を隔てて積層されて形成される電極群１０と、一端が開放された挿入部を有し、内部に前記電極群１０を収容する空間部を有する角形（ｐｒｉｓｍａｔｉｃ ｔｙｐｅ）のケース１４と、前記電極群１０の無地部１１ａ、１２ａの両側面に溶接され、端部には、前記ケース１４の挿入部側に延びる端子３２、３３が形成されたタブ２０、４０と、前記ケース１４の挿入部に結合されてこれを密閉し、前記タブ２０、４０に形成された端子３２、３３が貫通して設置されるキャップ組立体３０と、を含む。

前記電極群１０は、各々の活物質が集電体にコーティングされて構成された正極板１１と負極板１２とが、セパレータ１３を隔てて積層された構成からなるか、正極板１１とセパレータ１３及び負極板１２が積層された状態で、これらが渦流状に巻かれて形成されたゼリーロールタイプからなることができる。

前記電極群１０を構成する正極板１１と負極板１２は、集電体と、活物質が被覆されたコーティング部と、活物質が被覆されない無地部と、を有しており、本実施形態による二次電池の場合、前記無地部は各極板の一側周縁に沿って連続的に形成され、前記正極板１１と負極板１２に対して互いに反対の方向に配置されて電極群１０の両端を構成している。

本実施形態では、図１に示されているようにゼリーロールタイプで巻かれた電極群１０の外周が平たく押さえられて、自体的に平坦な部分である平面部と、丸く湾曲した部分である屈曲部とを形成し、屈曲部の一方側から角形のケース１４内に内蔵された構造を有する。

また、本実施形態では、各タブ２０、４０と電気的に接続される無地部１１ａ、１２ａが、前記電極群１０を成す各極板１１、１２の一側周縁に沿って形成された構造を有する。

つまり、正極板１１の無地部１１ａと負極板１２の無地部１２ａが電極群１０の両端に配置されて、ケース１４を垂直に立ててキャップ組立体３０が上下方向に置かれた場合を基準（以下においてもこれを基準に説明する）に、ケース１４の両側面に電極群１０の無地部１１ａ、１２ａが位置するように内蔵され、電極群１０の両端の無地部１１ａ、１２ａは、タブ２０、４０を介して前記ギャップ組立体３０の正極端子３２及び負極端子３３と電気的に接続される。

もちろん、本発明は前記構造に限定されず、電池の形状や無地部の構造に関係なく全て適用可能である。

前記ケース１４は、アルミニウム、アルミニウム合金またはニッケルがメッキされたスチールのような導電性金属で製作され、その形状は、電極群１０が位置する内部空間部を有する六面体の形状からなる。

そして、前記キャップ組立体３０は、前記ケース１４の挿入部に気密を維持した状態で結合されてケース１４を密閉するキャッププレート３１を含み、前記キャッププレート３１上には、両極（ｂｏｔｈ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ）の各タブ２０、４０に設置される端子３２、３３が貫通できるように端子孔３４、３５が形成されている。

図３は、本発明の第１実施形態による二次電池の組立状態を示した正極側断面図である。

図３を参照すれば、正極側に配置されるタブ２０は、端子３２と一体に形成される連結部２２と、この連結部２２の下端に延長形成されて前記電極群１０の正極無地部１１ａの一側面を覆う接合部２１とを含む。前記接合部２１は、無地部１１ａと接する面の反対側面に、無地部１１ａとの溶接時に必要な部位Ａ（第１露出面）を除いた領域にケース１４と前記タブ２０との間の絶縁のための第１絶縁材２３が被覆される。第１露出面は、タブ２０の長さ方向に沿って長尺な形状を有している。

前記第１絶縁材２３は、ポリマーまたはポリプロピレンからなることができる。

また、前記タブ２０は、前記のように端子３２が形成された構造以外に、前記無地部１１ａの反対側面に付着されて無地部１１ａの反対側面をケース１４と絶縁させるための補助タブ２４を含む。

前記補助タブ２４は、前記無地部１１ａを覆うことのできる大きさの平板構造であって、また無地部１１ａと接する面の反対側面に、無地部１１ａとの溶接時に必要な部位Ｂ（第２露出面）を除いた領域に第２絶縁材２５が被覆される。第２露出面は、補助タブ２４の長さ方向に沿って長尺な形状を有している。

電極群１０の無地部１１ａ側面にタブ２０の接合部２１が接して溶接で固定され、前記タブ２０の上端には、一体に形成された端子３２がキャッププレート３１の端子孔３４を介して外部に露出される。

前記タブ２０の接合部２１及び補助タブ２４は、前記無地部１１ａの平坦な面より大きく形成されて、無地部１１ａに溶接で付着される場合に無地部１１ａの両側面を充分に覆うことができる。

そして、前記タブ２０の接合部２１及び補助タブ２４の各中央に形成された、絶縁材２３、２５が被覆されていない領域Ａ，Ｂを通じて、前記タブ２０と補助タブ２４を無地部１１ａに溶接することができる。

図４は、本発明の第１実施形態による二次電池の正極側のタブを示した斜視図である。

図４を参照すれば、前記タブ２０は、無地部の側面に溶接される接合部２１と、前記接合部２１の上部に一体に形成されて前記接合部２１に伝達された電流が集電され、上端には前記端子３２が一体に形成される連結部２２とを含む構造からなる。

そして、前記タブの接合部２１の外側面には、接合部２１を無地部１１ａと溶接させるために必要な部位Ａを除いた残りの領域に、第１絶縁材２３が所定の厚さで被覆される。

ここで、前記第１絶縁材２３は、タブ２０の外側面と角部を含む周縁にまで被覆されることにより、ケース１４と確実に絶縁できるようにするのが好ましい。

したがって、前記タブ２０を無地部１１ａに溶接させた後にケース１４に内蔵すれば、タブ２０の接合部２１に被覆された第１絶縁材２３がタブ２０とケース１４との間に位置するため、タブ２０がケース１４と電気的に通じることを防止できる。

接合部２１の溶接のために第１絶縁材２３が被覆されていない領域Ａが存在するが、この領域Ａは第１絶縁材２３の厚さだけケース１４の内側面と離隔することにより、ケース１４と接する虞はない。

以上では、二次電池の正極側に配置されるタブ２０を主に説明したが、負極側に配置されるタブもまた同様の特徴を有する形状からなることができ、これもまた本発明の範囲に属する。

一方、図５と図６は、各々本発明の第２実施形態による二次電池のタブ構造を示した分解斜視図と側断面図である。

図５および図６を参照すれば、電極群の無地部に設置されるタブ５０は、無地部に溶接して付着される接合部５１と、接合部５１に一体に連結され、上端に端子６２が設置される連結部５２とを含み、前記接合部５１の外側面に、接合部を覆ってケース１４と絶縁させるための第１絶縁部材（第１絶縁材）５６が付着される構造からなる。前記第１絶縁部材５６の付着は、接着剤などを利用して行われることができる。

したがって、ケース１４と前記タブ５０の接合部５１との間に第１絶縁部材５６が位置するので、タブ５０とケース１４との間を絶縁させることができる。

ここで、前記第１絶縁部材５６は、前記接合部５１を覆うことのできる程度の大きさに板状に形成され、中央部には、前記接合部５１と無地部の溶接のための溶接孔（第１開口部）５７が形成されることができる。溶接孔５７は、タブ５０の長さ方向に沿って長尺な形状からなる。

したがって、第１絶縁部材５６が付着された前記タブ５０を無地部に位置させ、前記第１絶縁部材５６上に形成された溶接孔５７を介して前記タブの接合部５１を無地部に容易に溶接させることができ、タブ５０が無地部に付着されることにより、前記接合部５１に付着された第１絶縁部材５６によってタブ５０がケース１４と絶縁される。

また、補助タブにおいても同様に、溶接孔（第２開口部）が設けられる第２絶縁部材を接合部に付着し、接合部を無地部に溶接することができる。この際、第２絶縁材は、ケースの内側面と対向する補助タブの面に付着される。第２絶縁材は板状に形成され、補助タブの面の一部が露出される第２開口部を有する。第２開口部は、補助タブの長さ方向に沿って長尺な形状からなる。補助タブと電極群の無地部とは、第２絶縁材の第２開口部を通して露出された補助タブの第２露出面を通じて溶接される。

本実施形態による二次電池のタブ５０構造は、正極無地部だけでなく負極無地部にも同様に付着して用いることができる。

図７は、本発明の実施形態による二次電池が駆動モーターとして使用される例を示したブロック図である。

図示されているように、二次電池７０の正極及び負極端子の各々がモーター８０に連結され、前記モーター８０を駆動する用途として使用されることができる。

特に、前記二次電池は、ＨＥＶ（ハイブリッド電気自動車）、ＥＶ（電気自動車）、無線掃除機、電動自転車、電動スクーターなどのようにモーターを使用して作動する機器において、当該機器のモーターを駆動するためのエネルギー源として用いることができる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、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のが可能であり、これもまた本発明の範囲に属する。

本発明の第１実施形態による二次電池の構成の一部を示した部分斜視図である。 本発明の第１実施形態による二次電池の組立状態を示した部分断面図である。 本発明の第１実施形態による二次電池の組立状態を示した正極側断面図である。 本発明の第１実施形態による二次電池の正極側のタブ構造を示した斜視図である。 本発明の第２実施形態による二次電池のタブ構造を示した分解斜視図である。 本発明の第２実施形態による二次電池のタブ構造を示した側断面図である。 本発明の実施形態による二次電池が駆動モーターとして使用される例を示したブロック図である。

符号の説明

１０ 電極群、
１１ 正極板、
１１ａ、１２ａ 無地部、
１２ 負極板、
１３ セパレータ、
１４ ケース、
２０、４０、５０ タブ、
２１、５１ 接合部、
２２、５２ 連結部、
２３、２５、５６ 絶縁材、
２４ 補助タブ、
３０ キャップ組立体、
３１ キャッププレート、
３２、３３、６２ 端子、
５７ 溶接孔、
７０ 二次電池、
８０ モーター。

Claims (23)

1. セパレータ並びに、このセパレータの両面に配置される正極板及び負極板を含む電極群と、
   前記電極群が内蔵されるケースと、
   前記電極群の前記正極板及び負極板の少なくとも一方の周縁に沿って連続した面で形成され、活物質が被覆されていない無地部に一方面が付着されるタブと、
   前記タブと前記ケースの内側面との間に介される第１絶縁材と、
   前記ケースと結合されてこれを密閉し、前記タブに連結された端子が結合されるキャップ組立体と、
   前記電極群の無地部を隔てて前記タブの反対側に位置して前記無地部に付着される補助タブと、
   前記補助タブと前記ケースの内側面との間に介される第２絶縁材と、
   を含む二次電池。
2. 前記第１絶縁材は、前記ケースの内側面と対向する前記タブの面に被覆されて形成される請求項１に記載の二次電池。
3. 前記第１絶縁材は、前記タブの側面まで被覆される請求項２に記載の二次電池。
4. 前記タブには、前記第１絶縁材が、前記ケースの内側面と対向する前記タブの面の一部を被覆しない第１露出面が形成される請求項２または３に記載の二次電池。
5. 前記タブと前記電極群の無地部は、前記第１露出面を通じて溶接される請求項４に記載の二次電池。
6. 前記第１露出面は、前記タブの長さ方向に沿って長尺な形状からなる請求項４または５に記載の二次電池。
7. 前記第１絶縁材は、ポリマーまたはポリプロピレンからなる請求項１〜６のいずれか１項に記載の二次電池。
8. 前記第１絶縁材は、前記ケースの内側面と対向する前記タブの面に付着される請求項１に記載の二次電池。
9. 前記第１絶縁材は板状に形成され、前記タブの面の一部が露出される第１開口部を有する請求項８に記載の二次電池。
10. 前記第１開口部は、前記タブの長さ方向に沿って長尺な形状からなる請求項９に記載の二次電池。
11. 前記タブと前記電極群の無地部とは、前記第１絶縁材の第１開口部を通して露出された前記タブの第１露出面を通じて溶接される請求項９または１０に記載の二次電池。
12. 前記第２絶縁材は、前記ケースの内側面と対向する前記補助タブの面に被覆されて形成される請求項１〜１１のいずれか１項に記載の二次電池。
13. 前記第２絶縁材は、前記補助タブの側面まで被覆される請求項１２に記載の二次電池。
14. 前記補助タブには、前記第２絶縁材が、前記ケースの内側面と対向する前記補助タブの面の一部を被覆しない第２露出面が形成される請求項１２または１３に記載の二次電池。
15. 前記補助タブと前記電極群の無地部は、前記第２露出面を通じて溶接される請求項１４に記載の二次電池。
16. 前記第２絶縁材は、ポリマーまたはポリプロピレンからなる請求項１〜１５のいずれか１項に記載の二次電池。
17. 前記第２絶縁材は、前記ケースの内側面と対向する前記補助タブの面に付着される請求項１〜１１のいずれか１項に記載の二次電池。
18. 前記第２絶縁材は板状に形成され、前記補助タブの面の一部が露出される第２開口部を有する請求項１７に記載の二次電池。
19. 前記第２開口部は、前記補助タブの長さ方向に沿って長尺な形状からなる請求項１８に記載の二次電池。
20. 前記補助タブと前記電極群の無地部とは、前記第２絶縁材の第２開口部を通して露出された前記補助タブの第２露出面を通じて溶接される請求項１８または１９に記載の二次電池。
21. 前記タブは、前記無地部の一側面全体を覆うことのできる大きさに形成される請求項１〜２０のいずれか１項に記載の二次電池。
22. 前記二次電池は、角形である請求項１〜２１のいずれか１項に記載の二次電池。
23. 前記二次電池は、モーター駆動用である請求項１〜２２のいずれか１項に記載の二次電池。

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