JP2004103579A - キャップ組立体を具備した２次電池及びその密閉部材 - Google Patents

Abstract

【課題】　キャップ組立体を具備した２次電池及びその密閉部材を提供する。
【解決手段】　陽極板、セパレータ、陰極板が順次に巻き取られた電池部と、電池部が収容される缶と、缶の上部に設置され、端子通孔及び電解液注入口が形成されたキャッププレートと、端子通孔を通じて缶の内部に貫通設置され、その外面にキャッププレートとの絶縁のためにガスケットが介在された電極端子と、電解液注入口に挿入されてこれを密閉させ、その上部の縁が電解液注入口の上部の縁と相接する密閉部材とを具備するキャップ組立体と、電池部のうちいずれか１つの極板から引き出されて電極端子と電気的に接続される電極タブと、を含む２次電池。よって、電解液注入口に対して密閉部材が正しい位置に結合でき、電池の密閉性を向上させて電池の信頼性を確保できる。
【選択図】　図３

Description

　本発明は、２次電池に係り、より詳しくは、電解液が注入される電解液注入口を密閉させる構造が改善されたキャップ組立体を具備する２次電池及び、その密閉部材に関する。

　通常、２次電池（ｓｅｃｏｎｄａｒｙ ｂａｔｔｅｒｙ）は充電不可の１次電池とは異なり、充放電可能な電池を言い、携帯電話、ノート型パソコン、カムコーダーなどの先端電子機器の分野で広く使われている。特に、リチウム２次電池は作動電圧が３.６Ｖであって、電子機器電源として多く使われているＮｉ−Ｃｄ電池や、Ｎｉ−水素電池より３倍も高く、単位重量当たりエネルギー密度が高い側面から急速に開発される傾向にある。

　このようなリチウム２次電池は、主に陽極活性物質としてリチウム系酸化物、陰極活性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言い、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２次電池は色々な形に製造されているが、代表的には、円筒形、角形、そして、ポーチ型がある。

　図１には従来の角形２次電池１０が図示されている。

　図面を参照すれば、２次電池１０は、缶１１と、前記缶１１の内部に収容される電池部１２と、前記缶１１に結合されるキャップ組立体２０とより構成される。

　前記電池部１２は、陽極板１３、セパレータ１４、陰極板１５の順に巻き取られており、前記陽極板１３及び陰極板１５からは陽極タブ１６及び陰極タブ１７がそれぞれ引き出されている。

　前記キャップ組立体２０は、前記缶１１の上部に結合されるキャッププレート２１と、前記キャッププレート２１にガスケット２２を媒介として絶縁される陰極端子２３と、前記キャッププレート２１の下部面に設置される絶縁板２４と、前記絶縁板２４の下部面に設置されて前記陰極端子２３と通電される端子プレート２５とを具備する。

　前記陽極タブ１６はキャッププレート２１と電気的に接続されており、前記陰極タブ１７は端子プレート２５を通じて陰極端子２３と電気的に接続されている。

　また、前記キャッププレート２１には缶１１の内部に電解液が注入される通路を提供する電解液注入口２６が形成されており、前記電解液注入口２６には密閉部材２７が結合されている。

　図２Ａには、図１の電解液注入口が密閉される前の状態が示されており、図２Ｂには、図２Ａの電解液注入口が密閉された後の状態が示されている。

　図２Ａ及び図２Ｂを参照すれば、キャッププレート２１には電解液注入口２６が形成されている。前記電解液注入口２６が形成されたキャッププレート２１の上部面にはその周囲に沿ってテーパー部２８が形成されている。前記テーパー部２８には電解液が注入された後で電解液注入口２６を密閉させるために密閉部材としてボール２７が位置している。

　前記ボール２７は、その上部からプレス１のような加圧手段により前記電解液注入口２６に圧着できる。前記電解液注入口２６についてボール２７が圧着されれば、前記ボール２７がキャッププレート２１に圧着される境界部分に沿ってレーザー溶接を通じて溶接部２９を形成して電解液注入口２６を密閉させる。

　ところで、従来の電解液注入口２６の密閉構造は次のような問題点がある。

　前記キャッププレート２１にはその上部面から電解液注入口２６を拡張させたテーパー部２８を形成し、前記ボール２７をテーパー部２８に安着させた状態で電解液注入口２６について圧着させる。しかし、圧着後、ボール２７の位置程度が確保できず、ボール２７の上部面が正確には円形にならないので、ボール２７の圧着後に電解液注入口２６の縁に沿って形成される溶接部と一致しなくなる可能性が高い。

　これによって、電池１０の内部に注入された電解液が前記電解液注入口２６に沿って矢印で表示したように外部に漏れる現象が生じる。また、このような漏れ電解液によって溶接時に過度なスパークが生じるなど電解液注入口２６に対する密閉性を保障できないので、電池１０の信頼性を低下させる結果を招く。

　このような問題点を解決するために、本出願人による２次電池がある（特許文献１参照）。

　２次電池において、キャッププレートに形成された電解液注入口内を多段に加工して係止部を形成し、これと対応する形状のピンを圧入させた後で溶接によって接合させるようになっている。

　しかし、係止部に電解液が溜まり、このように溜まった電解液はピンが挿入される時に外部に漏れ出る可能性がある。このような漏れ電解液は、溶接不良を起こして電解液注入口に対する密閉性を保障できない恐れがある。
大韓民国特許出願第２００２−１２０５号公報（２００２.０１.０９）

　本発明の目的は、キャッププレートの電解液注入口とそれを密閉させる密閉手段の構造とを改善して電解液注入口に対する密閉性を向上させたキャップ組立体を具備した２次電池及び、その密閉部材を提供するところにある。

　本発明によるキャップ組立体は、端子通孔と、電解液注入口が備えられたキャッププレートと、前記端子通孔を通じて結合される電極端子と、前記電極端子の外周面に設置され、前記キャッププレートについて電極端子を絶縁させるガスケットと、前記電解液注入口を通じて圧入されてこれを密閉させ、その上部の縁が前記電解液注入口の上部の縁と相接する密閉部材とからなることを特徴とする。

　前記電解液注入口は、順次にテーパーリングされた第１、２テーパー部を含み、前記密閉部材が前記電解液注入口を通じて無理に係合される時、その外周面が前記第１テーパー部に密着される本体部と、前記本体部から延長されて前記第２テーパー部に密着される延長部よりなることを特徴とする。

　前記密閉部材が前記電解液注入口に設置された後には、前記密閉部材の上部面が前記キャッププレートの上部面と水平面をなすことを特徴とする。

　前記密閉部材は前記電解液注入口に挿入された後に、前記電解液注入口の縁に沿って溶接部が形成されることを特徴とする。

　前記密閉部材の外周面にはポリマーコーティングが施されて前記電解液注入口に無理に係合されることを特徴とする。

　本発明による２次電池は、陽極板、セパレータ、陰極板が順次に巻き取られた電池部と、前記電池部が収容される缶と、前記缶の上部に設置され、端子通孔及び電解液注入口が形成されたキャッププレートと、前記端子通孔を通じて缶の内部に貫通設置され、その外面に前記キャッププレートとの絶縁のためにガスケットが介在された電極端子と、前記電解液注入口に挿入されてこれを密閉させ、その上部の縁が前記電解液注入口の上部の縁と相接する密閉部材を具備するキャップ組立体と、前記電池部のうちいずれか１つの極板から引き出されて前記電極端子と電気的に接続される電極タブと、を含むことを特徴とする。

　本発明による２次電池の密閉部材は、電池部と、前記電池部が収容される缶と、前記缶の上部に設置されるものであって電解液が注入される電解液注入口が備えられたキャップ組立体を含む２次電池において、
　前記電解液注入口を密閉するものであって、前記電解液注入口に形成された第１テーパー部にその外周面が密着される一方、その上部の縁が前記電解液注入口の上部の縁と相接する本体部と、前記本体部から延長され、前記電解液注入口の第１テーパー部から形成された第２テーパー部に密着される延長部とを具備して構成されることを特徴とする。

　前述したように、本発明によれば、電解液注入口内に多段に第１、２テーパー部を形成し、前記第１、２テーパー部と対応される形状を有する密閉部材を圧入して設置することによって、電解液注入口に残存する電解液が容易に排出できて缶の内部から電解液の漏れが防止できる一方、電解液注入口に対して密閉部材が正位置に結合されうる。これによって、溶接不良を防止して電池の密閉性を向上して電池の信頼性を確保できる。

　また、電解液注入口について密閉部材を手軽に結合できて工程を単純化できる。

　図３は、本発明の一実施例による２次電池を示すものである。

　図面を参照すれば、２次電池３０は缶３１と、前記缶３１の内部に収容される電池部３２と、前記缶３１の上部に結合されるキャップ組立体４０とを含む。

　前記缶３１は四角形状を有する金属材であって、それ自体が端子の役割を果たせる。

　前記缶３１の内部に収容される電池部３２は陽極板３３と、セパレータ３４と、陰極板３５の順に配置され、ジェリーロール型（ｊｅｌｌｙ−ｒｏｌｌ ｔｙｐｅ）に巻き取られている。

　リチウム２次電池の場合には、前記陽極板３３は薄板のＡｌよりなる陽極集電体と、その両面にリチウム系酸化物を主成分とするスラリーがコーティングされており、前記陰極板３５は薄板のＣｕよりなる陰極集電体と、その両面に炭素材を主成分とするスラリーがコーティングが施されている構成を有する。

　前記陽極板３３及び陰極板３５からは電池部３２の上部に一部が突出される陽極タブ３７及び陰極タブ３６がそれぞれ引き出されている。前記陽極タブ３７及び陰極タブ３６は溶接によって陽極集電体及び陰極集電体に固定できる。

　一方、前記陽極タブ３７及び陰極タブ３６は極性を別にして配置することもできる。前記陽極タブ３７及び陰極タブ３６が陽極板３３及び陰極板３５の外部に突出される部分では極板３３、３５間の短絡を防止するために絶縁テープ３８が巻かれている。

　前記缶３１の上部開口にはキャップ組立体４０が設置される。前記キャップ組立体４０は、キャッププレート４１と、前記キャッププレート４１の下部面に設置された絶縁プレート４６と、前記絶縁プレート４６の下部面に設置された端子プレート４７とを具備する。

　前記キャッププレート４１の中央には端子通孔４２が形成されている。前記端子通孔４２には前記缶３１の内部に貫通される陰極端子４５が設置されている。前記陰極端子４５の外部面にはガスケット４４が設置されて前記陰極端子４５とキャッププレート４１との間を絶縁させる。前記端子プレート４７には前記陰極端子４５が結合される。一方、前記キャップ組立体４０と電池部３２との間には絶縁ケース４８がさらに設置されることもできる。

　前記陽極タブ３７は溶接によって前記キャッププレート４１と直接固定され、前記陰極タブ３６は前記端子プレート４７を通じて陰極端子４５と溶接固定されることによって電気的に接続される。これとは反対に、前記電極の極性を別にして電池３０が設計されることもありうる。また、前記キャップ組立体４０の構成は前述したことに限定されない。

　ここで、前記キャッププレート４１の一側には図４に示すように、前記缶３１の内部に電解液が注入可能な電解液注入口４３が形成されており、前記電解液注入口４３には電解液の注入が完了した後でこれを密閉させるための手段である密閉部材５１が設置される。

　前記電解液注入口４３は、キャッププレート４１の上部面に形成された第１電解液注入口４３ａと、キャッププレート４１の内部に形成された第２電解液注入口４３ｂと、キャッププレート４１の下部面に形成された第３電解液注入口４３ｃとからなる。前記第１、２、３注入口４３ａ、４３ｂ、４３ｃは共通の中心を有する。

　前記電解液注入口４３の入口からキャッププレート４１の厚さ方向に２段にテーパーリングされているが、前記第１、２電解液注入口４３ａ、４３ｂの間にテーパーリングされた第１テーパー部４３ｄと、第２、３電解液注入口４３ｂ、４３ｃの間にテーパーリングされた第２テーパー部４３ｅとからなっている。

　前記第１テーパー部４３ｄはキャッププレートの厚さ方向の垂直軸を基準として第２テーパー部４３ｅよりさらに傾斜して形成されており、電解液注入口４３の入口側がより広がっている形状である。

　前記の構造を有する電解液注入口４３に密閉部材５１が設置されているが、前記密閉部材は本体部５１ａと、前記本体部５１ａから延びて形成された延長部５１ｂとからなっている。前記本体部５１ａは電解液注入口４３の第１テーパー部４３ｄと相接する形状を有し、前記密閉部材５１が電解液注入口４３を通じて挿入される時、本体部５１ａの上部面が前記キャッププレート４１の上部面と水平面をなすようになる。そして、前記本体部５１ａの上段縁は前記電解液注入口４３の縁とほぼ一致する。

　前記本体部５１ａの厚さは、電解液注入口４３の入口から第１テーパー部４３ｄと第２テーパー部４３ｅとの境界までの深さと同じである。

　前記本体部５１ａは、前記電解液注入口４３の第１テーパー部４３ｄに嵌入する大きさであるか、又は、前記第１テーパー部４３ｄに圧入できる程度に第１テーパー部４３ｄよりわずかに大きいことが望ましい。

　前記本体部５１ａの下部に一体に延びる延長部５１ｂは、本体部５１ａの直径より小さく形成されており、電解液注入口４３の第２テーパー部４３ｅと相接する形状を有する。そして、前記延長部５１ｂの大きさは前記第２テーパー部４３ｅに対して無理に係合させられて前記第２テーパー部４３ｅに密着固定できるようになったのが望ましい。

　一方、前記密閉部材５１の外周面にはポリマーコーティングできる。前記のようにポリマーコーティングされた密閉部材が電解液注入口に無理に係合されれば、前記密閉部材と電解液注入口との固定のための別途の溶接などの工程が省略できる。

　前記のような構造を有する電解液注入口４３部分を密閉させる過程を記述すれば、図５Ａ及び図５Ｂに示す通りである。図５Ａは、図４の電解液注入口４３を密閉させる前の状態を、図５Ｂは、図５Ａの電解液注入口４３を密閉させた後の状態を示したものである。

　図５Ａ及び図５Ｂを参照すれば、前記キャッププレート４１の上部面には第１電解液注入口４３ａが形成されている。前記第１電解液注入口４３ａが形成された部分から下方には前記キャッププレート４１を貫通する第２電解液注入口４３ｂが形成されており、キャッププレート４１の下部面には第３電解注入孔４３ｃが形成されている。前記第２電解液注入口４３ｂの直径は第１電解液注入口４３ａの直径より狭く形成されて第１テーパー部４３ｄをなし、第３電解液注入口４３ｃの直径は第２電解液注入口４３ｂの直径より狭く形成されて第２テーパー部４３ｅをなす。

　前記密閉部材５１を電解液注入口４３について無理に係合してキャッププレート４１の上部面と密閉部材５１の上部面とが水平になれば、前記第１テーパー部４３ｄの内周面は密閉部材５１の本体部５１ａの外周面と面接触して、第２テーパー部４３ｅの内周面は密閉部材５１の延長部５１ｂの外周面と面接触することによって、密閉部材５１が電解液注入口４３内で十分に支持されて安着できる。また、前記密閉部材５１の本体部５１ａの縁と第１電解液注入口４３ａの縁とが相互一致する。

　前記密閉部材５１が電解液注入口４３を通じて挿入された後には前記密閉部材５１の本体部５１ａの縁と第１電解液注入口４３ａの縁が合う境界部に沿って溶接などのような固定方法、例えば、レーザー溶接を行って溶接部５２を形成する。これによって前記電解液注入口４３は密閉部材５１で完全に密閉できる。

　前記のような構造を有することによって、電池３０内に注入された電解液が第１、２テーパー部４３ｄ、４３ｅの傾斜した方向に沿って下方に容易に流れるようになり、電池３０の外部への漏れ現象が防止できて溶接不良が防止されるだけではなく、電解液注入口４３について密閉部材５１が別途の圧着手段なしに容易に挿入されて固定できる。

　本発明は図面に示す一実施例を参考に説明したが、これは例示的なものに過ぎず、当技術分野で当業者であればこれより多様な変形及び均等な実施例が可能であることが理解できるであろう。したがって、本発明の真の保護範囲は特許請求の範囲によって定められねばならない。

　本発明は電解液注入口の密閉性を向上して信頼性を確保できる充放電可能な２次電池に適用できる。

従来の２次電池を一部切断して示す断面図である。 図１の電解液注入口が密閉される以前の状態を拡大して示す断面図である。 図２Ａの電解液注入口が密閉された以後の状態を拡大して示す断面図である。 本発明の一実施例による２次電池を示す分離斜視図である。 図３において、電解液注入口部分を拡大して示す分離斜視図である。 図３の電解液注入口が密閉される以前の状態を拡大して示す断面図である。 Ａの電解液注入口が密閉された以後の状態を拡大して示す断面図である。

符号の説明

　３０　２次電池
　３１　缶
　３２　電池部
　３３　陽極板
　３４　セパレータ
　３５　陰極板
　３６　陰極タブ
　３７　陽極タブ
　３８　絶縁テープ
　４０　キャップ組立体
　４１　キャッププレート
　４２　端子通孔
　４３　電解液注入口
　４４　ガスケット
　４５　陰極端子
　４６　絶縁プレート
　４７　端子プレート
　４８　絶縁ケース
　５１　密閉部材

Claims (14)

1. 　端子通孔と電解液注入口が備えられたキャッププレートと、
   　前記端子通孔を通じて結合される電極端子と、
   　前記電極端子の外周面に設置され、前記キャッププレートから電極端子を絶縁させるガスケットと、
   　前記電解液注入口に圧入されてこれを密閉させ、その上部の縁が前記電解液注入口の上部の縁と相接する密閉部材と、を含むことを特徴とするキャップ組立体。
2. 　前記電解液注入口は順次にテーパーリングされた第１、２テーパー部を含み、前記密閉部材が前記電解液注入口に圧入される時、その外周面が前記第１テーパー部に密着される本体部と、前記本体部から延長されて前記第２テーパー部に密着される延長部よりなることを特徴とする請求項１に記載のキャップ組立体。
3. 　前記密閉部材が前記電解液注入口に設置された後には、前記密閉部材の上部面が前記キャッププレートの上部面と水平面をなすことを特徴とする請求項１に記載のキャップ組立体。
4. 　前記密閉部材は前記電解液注入口に挿入された後で、前記電解液注入口の縁に沿って溶接部が形成されることを特徴とする請求項１に記載のキャップ組立体。
5. 　前記密閉部材の外周面にはポリマーコーティングが施されて前記電解液注入口に圧入されることを特徴とする請求項１に記載のキャップ組立体。
6. 　陽極板、セパレータ、陰極板が順次に巻き取られた電池部と、
   　前記電池部が収容される缶と、
   　前記缶の上部に設置され、端子通孔及び電解液注入口が形成されたキャッププレートと、前記端子通孔を通じて缶の内部に貫通設置され、その外面に前記キャッププレートとの絶縁のためにガスケットが介在された電極端子と、前記電解液注入口に挿入されてこれを密閉させ、その上部の縁が前記電解液注入口の上部の縁と相接する密閉部材と、を具備するキャップ組立体と、
   　前記電池部のうちいずれか１つの極板から引き出されて前記電極端子と電気的に接続される電極タブと、を含むことを特徴とする２次電池。
7. 　前記電解液注入口は順次にテーパーリングされた第１、２テーパー部を含み、前記密閉部材が前記電解液注入口に圧入される時、その外周面が前記第１テーパー部に密着される本体部と、前記本体部から延長されて前記第２テーパー部に密着される延長部とよりなることを特徴とする請求項６に記載の２次電池。
8. 　前記密閉部材が前記電解液注入口に設置された後には、前記密閉部材の上部面が前記キャッププレートの上部面と水平面をなすことを特徴とする請求項６に記載の２次電池。
9. 　前記密閉部材は前記電解液注入口に挿入された後で、前記電解液注入口の縁に沿って溶接部が形成されることを特徴とする請求項６に記載の２次電池。
10. 　前記密閉部材の外周面にはポリマーコーティングが施されて前記電解液注入口に圧入されることを特徴とする請求項１に記載の２次電池。
11. 　電池部と、前記電池部が収容される缶と、前記缶の上部に設置されるものであって電解液が注入される電解液注入口が備えられたキャップ組立体とを含む２次電池において、
    　前記電解液注入口を密閉するものであって、前記電解液注入口に形成された第１テーパー部にその外周面が密着される一方、その上部の縁が前記電解液注入口の上部の縁と相接する本体部と、前記本体部から延長され、前記電解液注入口の第１テーパー部から形成された第２テーパー部に密着される延長部と、を具備して構成されることを特徴とする２次電池の密閉部材。
12. 　前記本体部の上部面は前記キャップ組立体の上部面と水平面をなすことを特徴とする請求項１１に記載の２次電池の密閉部材。
13. 　前記本体部と前記電解液注入口との境界には溶接部が形成されることを特徴とする請求項１１に記載の２次電池の密閉部材。
14. 　前記本体部と延長部の外周面とにはポリマーコーティングが施されて前記電解液注入口に圧入されることを特徴とする請求項１１に記載の２次電池の密閉部材。
    　
    　

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