JP2004146362A - キャップ組立体、これを具備した２次電池及び、キャップ組立体の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】　キャップ組立体を具備した２次電池及び、そのキャップ組立体の製造方法を提供する。
【解決手段】　陽極板３３と、セパレータ３４、及び陰極板３５が順次に巻き取られた電池部３２と、電池部３２が収容される缶３１と、缶３１の上部に設置されて、端子通孔４１ａが形成されたキャッププレート４１と、端子通孔４１ａを通じて缶３１の内部に貫通設置される電極端子４２と、キャッププレート４１と電極端子４２との間にこれらと一体に形成されてキャッププレート４１と電極端子４２との間を絶縁させる一方、電極端子４２をキャッププレート４１に堅固に固定させる絶縁部材４３を具備するキャップ組立体４０と、電池部３２の極板から引き出されて電極端子４２及び缶３１とそれぞれ電気的に接続される電極タブ３６と、を含む２次電池３０。よって、電極端子４２が絶縁部材４３によってキャッププレート４１に堅固に固定されるので、ショート不良を防止でき、缶３１の内部から電解液が漏れることが防止でき、さらに、製造工程を簡単にできる。
【選択図】　　　　　　図３

Description

　本発明は、２次電池に係り、より詳しくは、キャッププレートについての電極端子の設置構造の改善されたキャップ組立体を具備した２次電池及び、そのキャップ組立体の製造方法に関する。

　通常、２次電池（ｓｅｃｏｎｄａｒｙ ｂａｔｔｅｒｙ）は、充電不可能な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、電子装備の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という側面から急速に開発している傾向である。

　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。これと関連して、特許文献１には角形２次電池であって、キャップ組立体を有する２次電池が開示されている。

　図１に従来の角形２次電池において、キャップ組立体についての一例を示す。

　図示されたキャップ組立体１０は、電池部を収容した缶の上部に設置されるものであって、缶の上部開口に結合されるキャッププレート１１と、前記キャッププレート１１にガスケット１３を媒介として絶縁されるように設置される電極端子１２と、前記キャッププレート１１の下部面に設置される絶縁プレート１４とを具備する。前記キャッププレート１１に設置される電極端子１２は電池部から引き出された陽極タブまたは陰極タブと電気的に連結されて陽極または陰極端子の役割を果たす。

　前記のような構成を有するキャップ組立体は、図２に示すように組み立てられる。

　図面を参照すれば、キャッププレート１１の端子通孔１１ａ（図１参照）に電極端子１２が挿入されている。前記キャッププレート１１と電極端子１２との間にはガスケット１３が介在されてこれらを相互絶縁させている。前記キャッププレート１１の下部面には絶縁プレート１４が設置されてキャッププレート１１の端子通孔１１ａを通じて露出された電極端子１２の端部とキャッププレート１１との間を相互絶縁させている。そして、前記電極端子１２はキャッププレート１１についてスピニング工程を通じて示すように変形されることによって、絶縁プレート１４について加圧密着され、これによって、電極端子１２がキャッププレート１１及び絶縁プレート１４について固定されている。

　ところで、前記した構造を有するキャップ組立体１０において、電極端子１２とガスケット１３とは単純に密着されている状態であるので、電極端子１２がガスケット１３について外部的な要因によって自由に動ける。これによって、電極端子１２の端部に結合される陽極タブまたは陰極タブが共に動くので、電極タブが缶の内壁と接触してショートする恐れがある。

　また、缶の内部に注入された電解液が電極端子１２とガスケット１３との間を通じて漏れる可能性が高くて、別途のガスケット１３と絶縁プレート１４とが必要になるので、部品数が増加する問題点がある。
米国特許第５０９,１１５号公報

　本発明の目的は、電極端子とキャッププレートとの間に形成される絶縁部材を具備することによって、キャッププレートに電極端子をより堅固に固定でき、さらに構造を単純化できるキャップ組立体、及びこれを具備した２次電池、並びにそのキャップ組立体の製造方法を提供することである。

　本発明によるキャップ組立体は、端子通孔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設置される電極端子と、前記キャッププレートと前記電極端子との間にこれらと一体に形成されて、前記キャッププレートと電極端子との間を絶縁させる一方、前記電極端子をキャッププレートに堅固に固定させる絶縁部材と、を具備することを特徴とする。

　前記絶縁部材はインサート射出成形によって形成されることを特徴とする。

　前記キャッププレートの一側には前記絶縁部材との結合をより堅固にするための結合補助手段をさらに具備することを特徴とする。

　前記電極端子は、ヘッド部と、前記ヘッド部から下方に形成された挿入部とからなり、前記挿入部の直径は下方に行くほど大きいことを特徴とする。

　前記電極端子の一端部はスピニング工程で変形されることによって、変形された部分が前記絶縁部材の一側面に加圧密着されることによって、前記電極端子と絶縁部材との間の結合がより堅固になることを特徴とする。

　前記絶縁部材の一側には前記電極端子と電気的に接続される端子プレートをさらに具備することを特徴とする。

　本発明による２次電池は、陽極板と、セパレータ、及び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て、端子通孔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る電極端子と、前記キャッププレートと電極端子間にこれらと一体に形成されて前記キャッププレートと電極端子との間を絶縁させる一方、前記電極端子をキャッププレートに堅固に固定させる絶縁部材を具備するキャップ組立体と、前記電池部の極板から引き出されて前記電極端子及び缶とそれぞれ電気的に連結される電極タブとを含むことを特徴とする。

　本発明によるキャップ組立体の製造方法は、端子通孔が形成されたキャッププレートと、前記端子通孔に所定間隔に離隔されて挿入される電極端子を備える段階と、前記キャッププレートの端子通孔に電極端子が挿入された状態で、前記キャッププレートの端子通孔の内周面と電極端子の外周面との間を所定間隔に維持する段階と、所定間隔に維持されたキャッププレート及び電極端子との間に射出樹脂を充填させて前記キャッププレート及び電極端子との間を結合及び絶縁させるように絶縁部材を形成する段階と、を含むことを特徴とする。

　前記絶縁部材を形成する段階には、前記絶縁部材が形成された後で、前記電極端子の一端部を変形させ、変形された部分が前記絶縁部材の一側面に加圧密着できるようにするスピニング段階をさらに含むことを特徴とする。

　前述したように、本発明によれば、電極端子が絶縁部材によってキャッププレートに堅固に固定されるので、前記電極端子と結合される電極タブが動いて缶の内壁と接触することによって生じるショートを防止できる。

　また、従来の組立工程とは差別された射出成形工程によって、電極端子とキャッププレートとの間に絶縁部材が一体に形成されるので、缶の内部からの電解液の漏れを防止でき、別途のガスケットと絶縁プレートとを省略でき部品数を減らせられ、工程を単純化できる。

　その上、絶縁部材はインサート射出成形によって製造可能なので、絶縁部材の形状を設計によって容易に変更できる効果がある。

　図３には本発明の一実施例による２次電池が示されている。

　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の上部に設置されるキャップ組立体４０とを含んで構成される。前記缶３１は大略四角形状を有する金属材であって、前記電池部３２の電極タブ３６のうちいずれか１つと電気的に接続され、それ自体が端子役割を果たす。

　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、及び陰極板３５の順に配置された後、巻き取られている。

　前記電池部３２は、例えば、リチウム２次電池の場合、薄板のＡｌよりなる陽極集電体の少なくとも一側面にリチウム系酸化物を主成分とするスラリがコーティングされた陽極板と、薄板のＣｕよりなる陰極集電体の少なくとも一側面に炭素材を主成分とするスラリがコーティングされた陰極板とを具備する。

　前記電池部３２の上部には電極タブ３６が引き出されている。すなわち、前記陽極板３３及び陰極板３５から陽極タブ３６ａ及び陰極タブ３６ｂがそれぞれ一部引き出されているが、前記陽極タブ３６ａ及び陰極タブ３６ｂは溶接などによって陽極板３３及び陰極板３５にそれぞれ固定されている。前記陽極タブ及び陰極タブは図示されたものに限定されず、電池の設計によって極性を別にして配置できる。

　前記缶３１の上部開口には、図４に詳細に示したようにキャップ組立体４０が設置されている。

　前記キャップ組立体４０はキャッププレート４１を具備するが、前記キャッププレート４１は缶３１の上部開口と結合され、中央には端子通孔４１ａが形成されている。前記端子通孔４１ａには前記缶３１の内部に貫通される電極端子４２が設置されている。

　前記電極端子４２はキャッププレート４１の上方に露出されて端子の役割を果たす円筒形のヘッド部４２ａと、前記ヘッド部４２ａから下方に延設された挿入部４２ｂとよりなる。前記挿入部４２ｂは下方に行くほど直径が大きくなる形状を有するのが望ましいが、必ずしもこれに限定されることではない。

　前記挿入部４２ｂの端部はキャッププレート４１の端子通孔４１ａを通じて下方に所定長さに露出されて電極タブ３６のうち１つと溶接などによって固定されることによって電気的に接続される。図面を参照すれば、陰極タブ３６ｂが挿入部４２ｂの端部と電気的に接続されている。

　前記電極端子４２とキャッププレート４１との間には本発明の特徴による絶縁部材４３が備えられている。

　前記絶縁部材４３は、絶縁性物質よりなり、前記キャッププレート４１の上面と電極端子４２のヘッド部４２ａの縁下面との間に形成された第１絶縁部４３ａと、前記キャッププレート４１の端子通孔４１ａの内周面と電極端子４２の挿入部４２ｂの外周面との間に形成された第２絶縁部４３ｂ、及び前記キャッププレート４１の下面と電極端子４２の挿入部４２ｂの外周面との間に形成された第３絶縁部４３ｃを含んで構成される。

　前記絶縁部材４３は、インサート射出成形によって前記キャッププレート４１及び電極端子４２と一体に形成されうる。

　すなわち、前記キャッププレート４１の端子通孔４１ａについて前記電極端子４２が挿入されて、前記電極端子４２のヘッド部４２ａの底面とキャッププレート４１の上面との間に所定間隔を有し、前記電極端子４２の挿入部４２ｂの外周面とキャッププレート４１の端子通孔４１ａの内周面との間に所定間隔を有する状態を維持する一方、絶縁部材４３が示したように第１、２、３絶縁部４３ａ、４３ｂ、４３ｃの形状を有するように射出金型を設計する。前記のようにキャッププレート４１及び電極端子４２が金型に挿入された状態で金型内に絶縁性物質の射出樹脂を注入すれば、前記キャッププレート４１と電極端子４２との間に絶縁部材４３が形成されうる。前述したように、前記絶縁部材４３は前記キャッププレート４１及び電極端子４２と一体に形成できるようになって絶縁部材４３を媒介として前記電極端子４２がキャッププレート４１について堅固に固定できる。

　また、前記キャッププレート４１の下面には前記絶縁部材４３との結合をより堅固にするために結合補助手段が備えられるが、前記結合補助手段はキャッププレート４１の下面に少なくとも１つ形成された溝４４を含んで構成される。

　すなわち、前記キャッププレート４１と電極端子４２との間に絶縁部材４３が形成される時、前記キャッププレート４１に形成された溝４４に射出樹脂が詰められるこによって、前記キャッププレート４１に絶縁部材４３の一部が引き込まれて、これらの結合がより堅固になる。

　そして、前記キャッププレート４１の一側には前記缶３１の内部に電解液が注入される電解液注入口４１ｂが形成しており、前記電解液注入口４１ｂには密閉部材４５が設置されて電解液の注入が完了された後でこれを密閉させる。

　一方、前述したキャップ組立体４０には図５に示したように、電極端子４２と電気的に連結される端子プレート４６がさらに具備されうる。前記端子プレート４６は前記絶縁部材４３の第３絶縁部４３ｃの下面に設置されるが、前記端子プレート４６には前記電極端子４２の挿入部４２ｂが貫通できるように通孔が形成されている。前記端子プレート４６は前述したようにキャップ組立体４０のインサート射出成形を通じて絶縁部材４３の第３絶縁部４３ｃについて結合固定できる。前記端子プレート４６には陽極タブ３６ａ及び陰極タブ３６ｂのうち１つと溶接されて電気的に接続できる。

　また、前記端子プレート４６を絶縁部材４３及び電極端子４２についてより堅固に結合できるように、前記電極端子４２の下端部をスピニング工程を通じて変形させることによって、変形された部分を前記端子プレート４６の下面に密着固定させられる。一方、前記のような電極端子の下端部についてのスピニング工程は図４に示したキャップ組立体にも適用できることは言うまでもない。この時、前記電極端子の変形された下端部は絶縁部材４３の第３絶縁部４３ｃに密着固定される。

　前記のような構成を有するキャップ組立体４０は次のように製造される。

　まず、端子通孔４１ａが形成された板状のキャッププレート４１と、前記端子通孔４１ａを通じて挿入される挿入部４２ｂと前記挿入部４２ｂから延長形成され、端子の役割を果たすヘッド部４２ａとを有する電極端子４２を備える。

　その次に、絶縁部材４３が示されたような第１、２、３絶縁部４３ａ、４３ｂ、４３ｃの形状を有し、キャッププレート４１と電極端子４２とが挿入される空間部を有するように設計された金型に、前記のように備えられたキャッププレート４１及び電極端子４２を挿入する。この時、前記電極端子４２のヘッド部４２ａの底面とキャッププレート４１の上面との間に所定間隔を有し、前記電極端子４２の挿入部４２ｂの外周面とキャッププレート４１の端子通孔４１ａの内周面との間に所定間隔を有するようにキャッププレート４１と電極端子４２とが位置する空間部が備えられている。前記のようにキャッププレート４１と電極端子４２とが位置された状態で、金型内に絶縁性物質である射出樹脂を注入して前記キャッププレート４１と電極端子４２との間に射出樹脂を充填させることによって、絶縁部材４３を形成させれば、キャップ組立体４０を製造できる。

　一方、前記のように絶縁部材４３が形成されたキャップ組立体４０について前記電極端子４２の挿入部４２ｂを変形させ、変形された部分を絶縁部材４３の第３絶縁部４３ｃに密着固定させるスピニング工程が追加できる。

　また、図５に示したように、キャップ組立体４０には端子プレート４６をさらに具備できる。このためには、端子プレート４６をキャッププレート４１と所定間隔を置いて挿入できる空間部を有するように金型を設計した後、インサート射出成形する。絶縁部材４３の第３絶縁部４３ｃの下面に端子プレート４６が結合できる。合わせて、前記端子プレート４６が結合された状態で前述したスピニング工程を追加することもできる。

　本発明は、図面に示された一実施例を参考に説明されたが、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は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特許の範囲によって定められねばならない。

　本発明は、缶を密閉する缶の組立体の構造を単純化でき、さらに前記の缶の組立体を構成する構成要素間の結合を堅固にできる缶の組立体を具備した２次電池とその製造方法に適用できる。

従来の２次電池において、キャップ組立体を示す分離斜視図である。 図１のキャップ組立体が組立てられた状態を示す断面図である。 本発明の一実施例による２次電池を示す断面図である。 図３において、キャップ組立体についての部分切断斜視図である。 キャップ組立体の他の例を示す部分切断斜視図である。

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…電極タブ、
　３６ａ…陽極タブ、
　３６ｂ…陰極タブ、
　４０…キャップ組立体、
　４１…キャッププレート、
　４１ｂ…電解液注入口、
　４２…電極端子、
　４３…絶縁部材、
　４５…密閉部材。

Claims (20)

1. 　端子通孔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設置される電極端子と、
   　前記キャッププレートと前記電極端子との間にこれらと一体に形成されて、前記キャッププレートと電極端子間を絶縁させる一方、前記電極端子をキャッププレートに堅固に固定させる絶縁部材と、を具備することを特徴とするキャップ組立体。
2. 　前記絶縁部材はインサート射出成形によって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。
3. 　前記キャッププレートの一側には前記絶縁部材との結合をより堅固にするための結合補助手段をさらに具備することを特徴とする請求項１に記載のキャップ組立体。
4. 　前記結合補助手段は、前記キャッププレート一側面に形成された少なくとも１つの溝を含み、前記溝に前記絶縁部材が引き込まれることを特徴とする請求項３に記載のキャップ組立体。
5. 　前記電極端子は、ヘッド部と、前記ヘッド部から下方に形成されて前記端子通孔に挿入される挿入部とからなり、前記挿入部の直径は下方に行くほど大きいことを特徴とする請求項１に記載のキャップ組立体。
6. 　前記絶縁部材は、前記キャッププレートの上面と前記電極端子のヘッド部の縁下面との間に形成された第１絶縁部と、前記キャッププレートの端子通孔の内周面と前記電極端子の挿入部の外周面との間に形成された第２絶縁部及び、前記キャッププレートの下面と前記電極端子の挿入部の外周面との間に形成された第３絶縁部を含むことを特徴とする請求項５に記載のキャップ組立体。
7. 　前記電極端子の一端部はスピニング工程で変形され、該変形された部分が前記絶縁部材の一側面に加圧密着されることによって、前記電極端子と絶縁部材との結合がより堅固に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。
8. 　前記絶縁部材の一側には前記電極端子と電気的に接続される端子プレートをさらに具備することを特徴とする請求項１に記載のキャップ組立体。
9. 　前記電極端子の一端部はスピニング工程で変形され、その変形された部分が前記端子プレートの一側面に加圧密着されることによって、前記電極端子と端子プレートとの間の結合がより堅固になることを特徴とする請求項８に記載のキャップ組立体。
10. 　陽極板と、セパレータ、及び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て、端子通孔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る電極端子と、前記キャッププレートと電極端子との間にこれらと一体に形成されて前記キャッププレートと電極端子との間を絶縁させる一方、前記電極端子をキャッププレートに堅固に固定させる絶縁部材とを具備するキャップ組立体と、
    　前記電池部の極板から引き出されて前記電極端子及び缶とそれぞれ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。
11. 　前記絶縁部材はインサート射出成形によって形成されたことを特徴とする請求項１０に記載の２次電池。
12. 　前記キャッププレートの一側には前記絶縁部材との結合をより堅固にするための結合補助手段をさらに具備することを特徴とする請求項１０に記載の２次電池。
13. 　前記電極端子は、ヘッド部と、前記ヘッド部から下方に形成された挿入部とからなり、前記挿入部の直径は下方に行くほど大きいことを特徴とする請求項１０に記載の２次電池。
14. 　前記絶縁部材は、前記キャッププレートの上面と前記電極端子のヘッド部の縁下面との間に形成された第１絶縁部と、前記キャッププレートの端子通孔の内周面と前記電極端子の挿入部の外周面との間に形成された第２絶縁部及び、前記キャッププレートの下面と前記電極端子の挿入部の外周面との間に形成された第３絶縁部を含むことを特徴とする請求項１３に記載の２次電池。
15. 　端子通孔が形成されたキャッププレートと、前記端子通孔に挿入される電極端子を備える段階と、
    　前記キャッププレートの端子通孔に電極端子が挿入された状態で、前記キャッププレートの端子通孔の内周面と電極端子の外周面との間を所定間隔に維持する段階と、
    　所定間隔に維持されたキャッププレートと電極端子との間に射出樹脂を充填させて前記キャッププレートと電極端子との間を結合及び絶縁させるように絶縁部材を形成する段階と、を含むことを特徴とするキャップ組立体の製造方法。
16. 　前記電極端子は、ヘッド部と、前記ヘッド部から下方に形成された挿入部とを有するように備えられることを特徴とする請求項１５に記載のキャップ組立体の製造方法。
17. 　前記絶縁部材を形成する段階は、前記キャッププレートの上面と前記電極端子のヘッド部の縁下面との間に第１絶縁部を、前記キャッププレートの端子通孔の内周面と前記電極端子の挿入部の外周面との間に第２絶縁部を、前記キャッププレートの下面と前記電極端子の挿入部の外周面との間に第３絶縁部をそれぞれ形成することを特徴とする請求項１６に記載のキャップ組立体の製造方法。
18. 　前記絶縁部材を形成した後で、前記電極端子の一端部を変形させ、変形された部分を前記絶縁部材の一側面に加圧密着するスピニング段階をさらに含むことを特徴とする請求項１５に記載のキャップ組立体の製造方法。
19. 　前記絶縁部材を形成する段階以前に、前記キャッププレートと所定間隔に離隔されるように端子プレートを備える段階をさらに含むことによって、前記キャッププレートと端子プレートとの間に絶縁部材が形成されることを特徴とする請求項１５に記載のキャップ組立体の製造方法。
20. 　前記絶縁部材を形成した後で、前記電極端子の一端部を変形させ、変形された部分を前記端子プレートの一側面に加圧密着するスピニングする段階をさらに含むことを特徴とする請求項１９に記載のキャップ組立体の製造方法。

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