JP2006040901A - 二次電池 - Google Patents

Abstract

【課題】 外部衝撃による損傷によって耐久性が低下するのを防止することができる二次電池を提供する。
【解決手段】 正極１１と負極１２との間にセパレータ１３が介されて形成する電極群１４と，上記電極群１４が内蔵するケース１５と，上記正極１１と上記負極１２とに電気的に連結する端子３１，３２を有して上記ケース１５に結合するキャップ組立体３０と，上記正極１１又は上記負極１２及び上記端子３１，３２と電気的に連結するリード体１７と，上記リード体１７を囲みながら上記電極群１４に連結され，上記電極群１４と上記ケース１５との間の空間に配置する構造体２０とを含む。
【選択図】 図１

Description

本発明は二次電池に係り，特に，二次電池における電気的な連結部位に対する保護技術に関するものである。

二次電池は，充電が不可能な一次電池とは異なって，充電及び放電が可能な電池であって，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，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，電池セルが数十個連結された電池パック単位の大容量電池の場合は，ハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）などのモーター駆動用電源として使用されている。

このような二次電池はその形状によって分類することができるが，代表的な形状には円筒形，角形，及びパウチ形がある。

二次電池は通常，帯状の正極及び負極の間に絶縁体であるセパレータを介在し，これを渦流状に巻いて形成した電極群や，一定の大きさを有する正極，負極，及びセパレータを積層して形成した電極群をケースに内蔵設置し，上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することによって構成する。

上記電極群の構造，特に，角形二次電池に対する電極群の構造については，下記の特許文献１や特許文献２に開示されている。

特開第２０００−４０５０１号公報 特許第２００１−３８４７５号公報

しかし，上記角形二次電池の場合，電極群と外部端子との間の連結部位が外部衝撃によって容易に損なわれるという構造的な限界を有する。

このような問題点は，電極群の無地部（ｕｎｃｏａｔｅｄ ｒｅｇｉｏｎ）に溶接によって接合されながら，上記外部端子と連結するリード体（ｌｅａｄ ｅｌｅｍｅｎｔ）が上記ケースの内部空間に位置する際，特別な保護装置によって保護されずに位置することに起因する。

特に，ハイブリッド電気自動車用のようなモーター駆動用二次電池は，高出力を出すために何よりもその電気的な連結構成要素間の安定的な結合状態が要求するが，振動などの外部衝撃に露出されているため，上記問題点をさらに有する。

本発明は上記問題点を勘案したものであって，外部衝撃による損傷によって耐久性が低下するのを防止することができる二次電池を提供する。

したがって，本発明による二次電池は，正極と負極との間にセパレータが介されて形成する電極群と，上記電極群が内蔵するケースと，上記正極と上記負極とに電気的に連結する端子を有して上記ケースに結合するキャップ組立体と，上記正極又は上記負極及び上記端子と電気的に連結するリード体と，上記リード体を囲みながら上記電極群に連結され，上記電極群と上記ケースとの間の空間に配置する構造体とを含む。

上記構造体は，上記電極群と上記ケースとの間の隙間に対応する大きさで形成することができる。

上記構造体は，上記正極及び上記負極が有する各々の無地部に嵌合されて，上記電極群と結合することができる。

上記構造体は六面体に形成され，上記無地部に対向する面には，この無地部と対応する形態の溝が形成することができる。

上記溝には，上記無地部と電気的に連結されたタップが挿入するスロットが形成することができる。

上記構造体の一側先端には，上記端子が嵌合する端子挿入部が形成することができる。

上記構造体は，絶縁物質からなることができる。

上記構造体には，貫通孔が多数形成することができる。

本発明の二次電池は，電極群の無地部を一定の形状を有する構造体によって囲んで保護することにより，外部からの衝撃発生時，この衝撃によるエネルギーによる無地部の破損はもちろん，この無地部と電気的に結合されたリード体との固定状態が損なわれることを防止して，電池の耐久性を高めることができる。

また，本発明の二次電池は，構造体によって電極群とケースとの間の隙間を最小化することにより，電解液の注入過程で隙間に電解液が流入することを防止して電解液の浪費を減少させ，したがって，電解液の過度な流入による電池特性の低下を防止することができる。

以下に，添付した図面を参照しながら，本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお，本明細書及び図面において，実質的に同一の機能構成を有する発明特定事項については，同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

図１は，本発明の実施形態による二次電池の構成を概略的に示した斜視図であり，図２は，図１の二次電池が結合された状態を示した断面図であり，図３は，図２のIII−III線の断面図である。

図１〜３を参照すれば，二次電池は，正極１１と負極１２とがセパレータ１３を隔てて位置してゼリーロール形態に巻かれた電極群１４と，上記電極群１４が内蔵する角形のケース１５と，上記ケース１５の開口１５ａに結合されてこれを密閉し，上記正極１１と負極１２の各々の無地部１１ａ，１２ａにリード体１７を媒介として電気的に連結する正極端子３１及び負極端子３２を含むキャップ組立体３０と，上記電極群１４に連結されて，上記ケース１５と電極群１４の無地部との間の隙間に配置する構造体２０とを含む。

上記ケース１５は，アルミニウム，アルミニウム合金又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１４が位置する内部空間を有する六面体形態の角形や円筒形又はそれ以外の形状からなる。

上記電極群１４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と負極とがセパレータを隔てて反復積層された構成からなるか，又は，正極，セパレータ，及び負極が順に積層された状態で，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。

本実施形態では，図１に示されているように，角形のケース１５にゼリーロールタイプに形成された電極群１４が位置して二次電池が構成された場合を例に挙げている。

上記電極群１４は，各々の集電体に当該活物質がコーティングされて構成された正極１１と負極１２とがセパレータ１３を隔てて積層された状態で，渦流状に巻かれてゼリーロールタイプに形成する。さらに，上記電極群１４は，巻かれた後でプレスされて，円筒形からほぼ長方形に押さえられた状態を維持する。この時，正極無地部１１ａと負極無地部１２ａとは，セパレータ１３の外側に位置しながら対向配置する。

ここで，正極端子３１と負極端子３２とが連結する正極無地部１１ａと負極無地部１２ａは，正極１１及び負極１２の一周縁に沿って各々の当該活物質が塗布されなかったために形成された領域である。

正極端子３１と負極端子３２は，各々正極無地部１１ａと負極無地部１２ａに挿入され，これらと溶接によって固定するリード体１７の先端に一体に形成された構造を有する。

また，正極無地部１１ａと負極無地部１２ａは，電極群１４が上記形状に完成した後には多数の層に重なった状態を維持し，上記リード体１７がその内部に挿入されて結合された後には，このリード体１７との結合のためにその中心部位が互いに密着した状態を維持する。

したがって，正極無地部１１ａと負極無地部１２ａの最終形状は，上記電極群１４を左，右側から見た場合，その上部及び下部に比べて中央部位が薄い厚さを有する形状を維持する。

キャップ組立体３０は，上記ケース１５の上端である開口１５ａに気密を維持した状態で結合するキャッププレート３３を含む。このキャッププレート３３の両側には，上記正極端子３１と上記負極端子３２が挿入されて装着するための孔３３ａ，３３ｂが形成されている。

上記リード体１７は，ある一部分を正極無地部１１ａと負極無地部１２ａの内側へ挿入させ，溶接を通じてこの無地部１１ａ，１２ａと結合するようにし，他の一部分は，無地部１１ａ，１２ａの長さ方向に沿ってこの無地部１１ａ，１２ａの外部に露出させている。

もちろん，本発明において，リード体１７の具体的な構造は上記場合に限定されず，多様な構造が適用することができる。

上記構造体２０は，上記無地部１１ａ，１２ａに嵌合されて上記電極群１４が上記ケース１５へ挿入する場合，上記無地部１１ａ，１２ａと上記ケース１５との間に配置する。

本実施形態で，この構造体２０は六面体からなって，上記ケース１５内部へ挿入する場合，ケース１５の内側面に密着した状態を維持し，上記無地部１１ａ，１２ａを対向する面には，この無地部１１ａ，１２ａが挿入できるように溝２１が形成されている。

この溝２１には，上記リード体１７が嵌合できるように，このリード体１７の形状に対応するスロット２３が形成されている。

ここで，上記溝２１の全体的な形状は，上記無地部１１ａ，１２ａの形状に対応する。

つまり，上記溝２１は，図４に示されているように，無地部１１ａ，１２ａの形状と対応するように前面から見た場合，その側面の中央部，つまり，上記無地部１１ａ，１２ａとリード体１７との溶接部位に対応する部分は内側に斜めに傾いて形成され，その上部と下部の部位は，無地部１１ａ，１２ａの上部と下部の形状に対応するようにほぼ円弧形態に形成されている。

また，上記スロット２３は，上記溝２１の底面にこの溝２１の長さ方向に沿って形成する。

このような構造体２０は，実質的に二次電池の特性には影響を与えないようにするために，ポリイミドのようなプラスチックや，パウダー状のダイアモンドとプラスチック合成物などの絶縁材質からなるのが好ましい。

また，この構造体２０は，ケース１５内で発生する熱やガスを排出（ｖｅｎｔ）させるための貫通孔２０ａを多数有して形成することができる。

このような構造体２０を電極群１４の無地部１１ａ，１２ａに嵌合すれば，無地部１１ａ，１２ａが溝２１に安着し，リード体１７はスロット２３に安着するので，これによって無地部１１ａ，１２ａは構造体２０によって囲まれるようになる。

この過程で，正極端子３１と負極端子３２は，構造体２０の一側先端（上端）に形成された端子挿入部２２へ挿入されて構造体２０に装着された状態を維持する。

このような状態で結合された電極群１４と構造体２０が上記ケース１５の内部へ挿入されれば，上記電極群１４における無地部１１ａ，１２ａは，上記構造体２０によって保護するようになるので，二次電池に外部衝撃が加えられても無地部１１ａ，１２ａには特別な損傷が発生しない。

また，構造体２０が電極群１４とケース１５との間の隙間を満たして位置するので，実質的に本実施形態の二次電池では，ケース１５内部に形成する不必要な空間を除去することができる。

以上，添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが，本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば，特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において，各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり，それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

本発明の二次電池は，高出力性能が要求するハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ），電気自動車（ＥＶ），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。

本発明の実施形態による二次電池を示した斜視図である。 本発明の実施形態による二次電池の断面図である。 図２のIII−III線の断面図である。 本発明の実施形態による構造体を示した斜視図である。

符号の説明

１１ 正極
１１ａ 正極の無地部
１２ 負極
１２ａ 負極の無地部
１３ セパレータ
１４ 電極群
１５ ケース
１５ａ 開口
１７ リード体
２０ 構造体
２０ａ 貫通孔
２１ 溝
２２ 挿入部
２３ スロット
３０ キャップ組立体
３１ 正極端子
３２ 負極端子
３３ キャッププレート
３３ａ，３３ｂ 孔

Claims (11)

1. 正極と負極との間にセパレータが介されて形成する電極群と；
   前記電極群が内蔵するケースと；
   前記正極と前記負極とに電気的に連結する端子を有して前記ケースに結合するキャップ組立体と；
   前記正極又は前記負極及び前記端子と電気的に連結するリード体と；
   前記リード体を囲みながら前記電極群に連結され，前記電極群と前記ケースとの間の空間に配置する構造体と；
   を含むことを特徴とする，二次電池。
2. 前記構造体は，前記電極群と前記ケースとの間の隙間に対応する大きさを有することを特徴とする，請求項１に記載の二次電池。
3. 前記構造体は，前記正極及び前記負極が有する各々の無地部に嵌合されて前記電極群と結合することを特徴とする，請求項１に記載の二次電池。
4. 前記構造体は六面体に形成され，前記無地部に対向する面に前記無地部と対応する溝が形成されたことを特徴とする，請求項３に記載の二次電池。
5. 前記溝に，前記無地部と電気的に連結されたタップが挿入するスロットが形成することを特徴とする，請求項４に記載の二次電池。
6. 前記構造体の一側先端には，前記端子が嵌合する端子挿入部が形成されたことを特徴とする，請求項４に記載の二次電池。
7. 前記構造体が絶縁物質からなることを特徴とする，請求項１〜６に記載の二次電池。
8. 前記構造体に貫通孔が多数形成されたことを特徴とする，請求項１〜７に記載の二次電池。
9. 前記電極群がゼリーロール形態に形成されたことを特徴とする，請求項１〜８に記載の二次電池。
10. 前記二次電池が角形に形成することを特徴とする，請求項１〜９に記載の二次電池。
11. 前記二次電池はモーター駆動用であることを特徴とする，請求項１〜１０に記載の二次電池。

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