JP2006128082A - 二次電池 - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明は，電極組立体とケースとの接触による電気的短絡を防止するために，絶縁層を有する二次電池を提供することを課題とする。
【解決手段】本発明は，第１電極板２１０と第２電極板２２０との間にセパレータ２３０が介在された電極組立体２００と，電極組立体２００を収容する，絶縁層２５０が形成された金属材質のケース１１０と，ケース１１０を密閉する蓋体組立体とを含む二次電池を提供する。
【選択図】 図４
【解決手段】本発明は，第１電極板２１０と第２電極板２２０との間にセパレータ２３０が介在された電極組立体２００と，電極組立体２００を収容する，絶縁層２５０が形成された金属材質のケース１１０と，ケース１１０を密閉する蓋体組立体とを含む二次電池を提供する。
【選択図】 図４
Description
本発明は，二次電池に関し，より詳しくは，電極組立体とケースとを絶縁させる二次電池に関する。
最近，携帯用電話，ラップトップコンピュータ，ビデオレコーダなど，小型かつ軽量の携帯用電気・電子機器が，盛んに開発生産されている。このような携帯用電気・電子機器は，固定電源を得られない場所でも作動できるように電池パックを内装している。電池パックは，携帯用電気・電子機器の一定期間の駆動に必要とされる所定水準の電圧を出力するために，少なくとも１つの電池を備える。
最近の電池パックには，経済的な観点から，充放電可能な二次電池が用いられている。二次電池としては，例えば，ニッケルカドミウム（Ｎｉ−Ｃｄ）電池，ニッケル水素（Ｎｉ−ＭＨ）電池，リチウム（Ｌｉ）電池，リチウムイオン（Ｌｉ−ｉｏｎ）電池が挙げられる。
特に，リチウム二次電池は，携帯用電子機器の電源として広範に利用されているニッケルカドミウム電池やニッケル水素電池と比べて，３倍の作動電圧（３．６Ｖ）を有し，かつ単位重量当りエネルギー密度が高いという特徴から，その工業的用途が急速に拡大している。
リチウム二次電池は，一般に，正極活物質としてリチウム系酸化物を，負極活物質として炭素質物を用いる。リチウム二次電池は，電解質の種類に応じて，液体電解質を用いるリチウムイオン電池と，高分子電解質を用いるリチウムポリマー電池とに分類され，円筒型，角型，パウチ型など様々な形状で製造されている。
一般に，二次電池は，活物質が塗布された第１，第２電極板と，電気的短絡の防止とリチウムイオンのみの移動を可能とするために，両電極板の間に介在されるセパレータとを巻回することにより形成される電極組立体，この電極組立体を収容するケース，このケースに注入されてリチウムイオンの移動を可能ならしめる電解質を含む。
しかし，上記のような従来の二次電池では，電極組立体がケースに収容される際，ケースと異なる極性を有する電極板がケースと接触することにより，電気的短絡が生じるという問題がある。
すなわち，電極組立体を構成するセパレータは，電極板相互の接触を防止するために，電極板より大きく形成される。このため，電極組立体がケースに収容される際，セパレータが一側に曲折されて，ケースと異なる極性を有する電極板がケースと接触することになる。
ケースが円筒型の場合，ケースは，損傷の防止，導電体との接触による電気的短絡の防止を目的として，その外面を，絶縁物質からなる外装材により被覆される。
一般に，外装材は，円筒型ケースを軟質のポリ塩化ビニル管内に挿入し，このポリ塩化ビニル管が約２００℃以上に加熱され収縮されて，円筒型ケースの外面に積層（ｌａｍｉｎａｔｉｎｇ）することにより形成される。
しかしながら，外装材を形成する際に加えられる熱により，二次電池内部の電極組立体や電解質が変形・変質し，電池性能が劣化するという問題がある。
さらに，環境ホルモン作用や発癌性を有するフタル酸化合物を発生させたり，加熱時には塩化ケイ素などの有害物質を発生させることから，環境汚染の原因となるため，ポリ塩化ビニルの使用は規制されている。
本発明は，このような問題点に鑑みてなされたもので，その目的は，電極組立体とケースとの接触による電気的短絡を防止するために，絶縁層を有する二次電池を提供することである。
上記課題を解決するために，本発明のある観点によれば，第１電極板と第２電極板との間にセパレータが介在された電極組立体と，電極組立体を収容する，絶縁層が形成された金属材質のケースと，ケースを密閉する蓋体組立体とを含む二次電池が提供される。
かかる構成によれば，ケースに形成された絶縁層が電極組立体とケースとの間の電気的絶縁性を確保するため，両者の接触により生じうる電気的短絡を防止することができる。
上記絶縁層は，ケースの内面に形成されるようにしてもよい。
また，上記絶縁層は，ケースの外面に形成されるようにしてもよい。
また，上記絶縁層は，ケースの内面と外面とに形成されるようにしてもよい。
また，上記絶縁層は，ケースに塗布により形成されるようにしてもよい。
上記塗布は，ケースに浸漬により形成されるようにしてもよい。
また，上記塗布は，ケースに溶射により形成されるようにしてもよい。
また，上記塗布は，ケースに積層により形成されるようにしてもよい。
また，上記塗布は，ケースに塗装により形成されるようにしてもよい。
上記絶縁層は，エポキシ材質であるようにしてもよい。
また，上記絶縁層は，ナイロン材質であるようにしてもよい。
また，上記絶縁層は，アクリル材質であるようにしてもよい。
また，上記絶縁層は，ケースの底面を被覆するように下側に形成るようにしてもよい。
上記ケースは，角型であるようにしてもよい。
また，上記ケースは，円筒型であるようにしてもよい。
本発明によれば，ケースの内面，外面のいずれか片方，または双方に絶縁層が形成されるため，電極組立体とケースとの接触による電気的短絡を防止できる二次電池を提供することができる。
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形態について詳細に説明する。なお，本明細書および図面において，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は本発明に係る角型二次電池の分解斜視図であり，図２は本発明の第１の実施形態に係る角型二次電池の断面図である。
図３は本発明の第２の実施形態に係る角型二次電池の断面図であり，図４は本発明の第３の実施形態に係る角型二次電池の断面図である。
図５は本発明に係る円筒型二次電池の斜視図であり，図６は本発明の第５の実施形態に係る円筒型二次電池の断面図であり，図７は本発明の第６の実施形態に係る円筒型二次電池の断面図である。
図１〜図７に示すとおり，二次電池１００は，ケース１１０と，ケース１１０に収容されるジェリーロール型の電極組立体２００と，ケース１１０を密閉する蓋体組立体３００とからなる。
ケース１１０は，略円筒形状または略四角形状を有する金属物質からなり，一側に上開口部を有して，それ自体が端子として機能する。
ケース１１０は，絶縁層２５０により塗布（コーティング）される。
詳細には，ケース１１０は，その内面に絶縁層２５０ａと，その外面に絶縁層２５０ｂとが形成されてもよい。また，必要に応じて，その内面または外面のいずれかに選択的に絶縁層２５０ａまたは２５０ｂが形成されてもよい。また，ケース１１０の外面および内面の絶縁層２５０は，ケース１１０の底面を含むように形成されてもよい。
絶縁層２５０は，ケース１１０を絶縁物質に浸漬（ｄｉｐｐｉｎｇ）する，またはケース１１０の内面に絶縁物質を溶射（ｓｐｒａｙｉｎｇ）することにより形成されてもよい。絶縁層２５０は，あるいは，ケース１１０に絶縁物質を塗装（ｐａｉｎｔｉｎｇ）する，またはケース１１０に膜状の絶縁物質を積層（ｌａｍｉｎａｔｉｎｇ）することにより形成されてもよい。
絶縁層２５０を形成する絶縁物質としては，少なくとも２つのエポキシ基の重合により形成された熱硬化性樹脂であり，粘性，付着性，耐薬品性，電気的性質，曲げ強度や硬度などの機械的性質に優れるエポキシ樹脂を用いてもよい。
また，ナイロンは，酸アミド結合−ＣＯＮＨ−の繰り返しによって主鎖を構成するポリアミド系合成高分子であり，強靭かつ耐油性や耐薬品性に優れるため，高温から低温まで安定した状態で用いることができる。ナイロンプラスチック（紡糸していないナイロン）は，エンジニアリングプラスチックの代表例であり，摩擦係数が低く，耐摩耗性に優れるという特徴を有する。ナイロン６は，膜状で強靭かつ酸素遮断性・耐油性に優れるため，油を使った食品や冷凍食品の包装材として用いられる。ナイロン６，６は，耐熱性に優れる。ナイロン繊維は，高い引張強度，低い弾性率，低い吸収率，高い耐摩耗性，熱硬化性に優れるという特徴を有し，編物・織物に広く用いられる。また，高い引張強度を有するため，女性用ストッキングを始めとする極薄の織物構造に適し，羊毛・木綿・レーヨンと混紡して広く用いられている。最近，芳香族ポリアミド（アラミド）が，新しいポリアミドとして脚光を浴びている。アラミドは，分子構造としてベンゼン環を有し，脂肪族ポリアミドと比べて融点・弾性率が高く高温特性に優れるため，耐熱性繊維，タイヤコードや他の工業用資材として用いられている。一方，ナイロンは，最小の体積でも，強度，柔軟性，弾性を確保できるため，薄膜状に加工が可能である。
上記のナイロンの特徴を用いることにより，ケース１１０が円筒型の場合，図５に示すとおり，ケース１１０の外面の絶縁層２５０ｂは，薄膜状に加工されたナイロンを膜化して形成されてもよい。膜状の絶縁層２５０ｂは，少量の熱によりケース１１０の外面に積層（ｌａｍｉｎａｔｉｎｇ）されてもよい。
絶縁物質としては，アクリル物質も適用可能であるが，これらの材質に限定されるものではない。
電極組立体２００は，第１電極タブ２１５を有する第１電極板２１０と，第２電極タブ２２５を有する第２電極板２２０と，第１，第２電極板２１０，２２０の間に介在されたセパレータ２３０とを巻回することにより形成される。
ここで，セパレータ２３０は，第１，第２電極板２１０，２２０を互いに絶縁させるために用いられるが，第１，第２電極板２１０，２２０が互いに接触しないように，第１，第２電極板２１０，２２０より大きく形成される。よって，巻回された電極組立体２００では，セパレータ２３０が第１，第２電極板２１０，２２０より大きく形成されてケース１１０の底部と接触する。
ケース１１０に形成される絶縁層２５０は，図２に示すとおりケース１１０の内面のみ，図３に示すとおりケース１１０の外面のみ，あるいは図４に示すとおりケース１１０の内面と外面の両面に形成されてもよい。
このことにより，電極組立体２００がケース１１０に収容される際，セパレータ２３０は一側に曲折されず，ケース１１０の底と，第１電極板２１０または第２電極板２２０との接触が防止される。さらに，ケース１１０の外面とある導電体とが接触した場合でも，電気的短絡が防止される。
ケース１１０が角型の場合，蓋体組立体３００は，蓋板３１０，絶縁板３４０，端子板３５０，電極端子３２０を含む。蓋体組立体３００は，絶縁ケース３６０に装着されるとともに，ケース１１０の上開口部に装着され，ケース１１０を密閉する。
蓋板３１０は，ケース１１０の上開口部に対応する寸法形状を有する金属板で形成される。蓋板３１０の中央には，所定寸法の第１端子通孔３１１が形成され，この第１端子通孔３１１に電極端子３２０が挿通される。
電極端子３２０と蓋板３１０を相互に絶縁するために，電極端子３２０は，その外周に管状のガスケット３３０が装着されて，第１端子通孔３１１に挿通される。
蓋板３１０の所定位置には，所定寸法の電解液注入孔３１２が形成される。蓋体組立体３００がケース１１０の上開口部に装着され，電解液注入孔３１２を通して電解液が注入された後，電解液注入孔３１２はボールピン３１５により密閉される。
電極端子３２０は，第２電極板２２０の第２電極タブ２２５，または第１電極板２１０の第１電極タブ２１５と連結され，負極端子または正極端子として機能する。ケース１１０が角型の場合，電極端子３２０は負極端子として機能してもよい。
絶縁板３４０は，ガスケット３３０と同様に絶縁物質で形成され，蓋板３１０の下面に装付着される。絶縁板３４０には，蓋板３１０の第１端子通孔３１１に対応する位置に，電極端子３２０を挿通するための第２端子通孔３４１が形成される。
端子板３５０は，Ｎｉ金属またはＮｉ合金により形成され，絶縁板３４０の下面に装着される。端子板３５０には，蓋板３１０の第１端子通孔３１１に対応する位置に，電極端子３２０を挿通するための第３端子通孔３５１が形成される。電極端子３２０は，ガスケット３３０により絶縁された状態で，蓋板３１０の第１端子通孔３１１を介して，端子板３５０と連結されるため，端子板３５０は，蓋板３１０と絶縁された状態で，電極端子３２０と電気的に連結される。
電極端子３２０を蓋板３１０，絶縁板３４０，端子板３５０と連結させるために，電極端子３２０は，回転されつつ一定の押力で，蓋板３１０の第１端子通孔３１１に挿通される。
電極端子３２０は，蓋板３１０の第１端子通孔３１１，絶縁板３４０の第２端子通孔３４１，端子板３５０の第３端子通孔３５１の順に挿通される。ここで，絶縁板３４０の第２端子通孔３４１の内径は，電極端子３２０の外径と同一，または若干大きく形成されているため，電極端子３２０は，その外面と第２端子通孔３４１とが密着して挿入される。
電極組立体２００の上面には，電極組立体２００と蓋体組立体３００とを電気的に絶縁させつつ，電極組立体２００の上端に装着される絶縁ケース３６０が備えられる。
絶縁ケース３６０には，電解液を注入するために，蓋板３１０の電解液注入口３１２に対応する位置に，電解液注入通孔３１５が形成される。絶縁ケース３６０は，ポリプロピレンを始めとする絶縁性を有する高分子樹脂により形成されるが，この材質に限定されるものではない。
また，絶縁ケース３６０が電極組立体２００の上側に装着され，ケース１１０と第１，第２電極板２１０，２２０とを相互に絶縁させるため，ケース１１０の上側は，絶縁層２５０が形成されなくても絶縁される。
ケース１１０が円筒型である場合，ケース１１０の開口部１１０ａは，蓋体組立体３００を構成するキャップアップにより密閉される。ここで，キャップアップとは，蓋体組立体３００の最上部を総称するものである。
また，ケース１１０が円筒型の場合，外面に形成される絶縁層２５０として，環境規制の対象とされるポリ塩化ビニルとは異なる外装材を用いることができる。
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，本発明は係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疇に属するものと了解される。
１００ 二次電池
１１０ ケース
２００ 電極組立体
２１０ 第１電極板
２１５ 第１電極タブ
２２０ 第２電極板
２２５ 第２電極タブ
２３０ セパレータ
２５０ 絶縁層
３００ 蓋体組立体
３１０ 蓋板
３１１ 第１端子通孔
３１５ 電解液注入通孔
３２０ 電極端子
３２１ 電解液注入孔
３３０ ガスケット
３４０ 絶縁板
３４１ 第２端子通孔
３５０ 端子板
３５１ 第３端子通孔
３６０ 絶縁ケース
１１０ ケース
２００ 電極組立体
２１０ 第１電極板
２１５ 第１電極タブ
２２０ 第２電極板
２２５ 第２電極タブ
２３０ セパレータ
２５０ 絶縁層
３００ 蓋体組立体
３１０ 蓋板
３１１ 第１端子通孔
３１５ 電解液注入通孔
３２０ 電極端子
３２１ 電解液注入孔
３３０ ガスケット
３４０ 絶縁板
３４１ 第２端子通孔
３５０ 端子板
３５１ 第３端子通孔
３６０ 絶縁ケース
Claims (15)
- 第１電極板と第２電極板との間にセパレータが介在された電極組立体と；
前記電極組立体を収容する，絶縁層が形成された金属材質のケースと；
前記ケースを密閉する蓋体組立体と；
を含むことを特徴とする二次電池。 - 前記絶縁層は，前記ケースの内面に形成されたことを特徴とする，請求項１に記載の二次電池。
- 前記絶縁層は，前記ケースの外面に形成されたことを特徴とする，請求項１に記載の二次電池。
- 前記絶縁層は，前記ケースの内面と外面とに形成されたことを特徴とする，請求項１に記載の二次電池。
- 前記絶縁層は，前記ケースに塗布により形成されたことを特徴とする，請求項１〜４のいずれかに記載の二次電池。
- 前記塗布は，前記ケースに浸漬により形成されたことを特徴とする，請求項５に記載の二次電池。
- 前記塗布は，前記ケースに溶射により形成されたことを特徴とする，請求項５に記載の二次電池。
- 前記塗布は，前記ケースに積層により形成されたことを特徴とする，請求項５に記載の二次電池。
- 前記塗布は，前記ケースに塗装により形成されたことを特徴とする，請求項５に記載の二次電池。
- 前記絶縁層は，エポキシ材質であることを特徴とする，請求項１〜９のいずれかに記載の二次電池。
- 前記絶縁層は，ナイロン材質であることを特徴とする，請求項１〜９のいずれかに記載の二次電池。
- 前記絶縁層は，アクリル材質であることを特徴とする，請求項１〜９のいずれかに記載の二次電池。
- 前記絶縁層は，前記ケースの底面を被覆するように下側に形成されたことを特徴とする，請求項１〜１２のいずれかに記載の二次電池。
- 前記ケースは，角型であることを特徴とする，請求項１〜１３のいずれかに記載の二次電池。
- 前記ケースは，円筒型であることを特徴とする請求項１〜１３のいずれかに記載の二次電池。
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