JP2007188884A

JP2007188884A - 二次電池

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Publication number: JP2007188884A
Application number: JP2007002163A
Authority: JP
Inventors: Hwa Il Uh; 和一魚
Original assignee: Samsung SDI Co Ltd
Current assignee: Samsung SDI Co Ltd
Priority date: 2006-01-11
Filing date: 2007-01-10
Publication date: 2007-07-26
Anticipated expiration: 2027-01-10
Also published as: JP4963609B2; CN100565974C; KR100928129B1; US20070160904A1; CN101000950A; KR20070075008A

Abstract

【課題】第１、２電極タブ貫通孔を通って外側に引き出された第１、２電極タブが逆方向に移動して電極組立体と接触され、ショートすることを防止することが可能な、新規かつ改良された二次電池を提供すること。
【解決手段】一側が開口されたケース２００と、ケースの内部に受容されて上側に第１、２電極タブ２１５、２２５が引き出される電極組立体２５０と、電極組立体の上側に取り付けられて外圧による変形を防止する変形防止部１６７と、第１、２電極タブが貫通する第１、２電極タブ貫通孔１６３、１６５とが形成された絶縁ケース１６０と、ケースの開口をカバーして密封するキャップ組立体１００と、を含むことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、二次電池に関する。

近年、携帯電話、ノートパソコン、カムコーダなどのコンパクトで軽量化された電気／電子装置が、活発に開発及び生産されている。このようなポータブル電気／電子装置は、別途の電源が備えられていない場所でも作動できるように電池パックを内蔵している。内蔵された電池パックは、ポータブル電気／電子装置を一定期間駆動させるために一定レベルの電圧を出力できるように、内部に少なくとも一つの電池を備えている。

電池パックは、経済的な側面を考慮して、近年では充・放電が可能な二次電池が採用されている。二次電池としては、代表的にニッケル−カドミウム（Ni-Cd）電池、ニッケル−水素（Ｎｉ−ＭＨ）電池、及び、リチウム（Li）電池とリチウムイオン（Li-ion）電池などのリチウム二次電池などがある。

特に、リチウム二次電池は、作動電圧が３．６Ｖであって、ポータブル電子装備の電源として多いに使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点から急速に伸びている趨勢にある。

このようなリチウム二次電池は、主に正極活物質としてリチウム系酸化物、負極活物質として炭素材を用いている。一般的には、電解液の種類によって液体電解質電池と、高分子電解質電池に分類され、液体電解質を用いる電池をリチウムイオン電池と言い、高分子電解質を用いる電池をリチウムポリマー電池と言う。また、リチウム二次電池は様々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、パウチ型が挙げられる。

通常的に、リチウム二次電池は、二次電池用ケースと、ケースの内部に受容されるゼリーロール（jelly-roll）状電極組立体と、ケースの上部に結合されるキャップ組立体と、で構成される。

電極組立体は、活物質がコーティングされた第１、２電極板と、第１、２電極板の間に位置されてショートを防止し、リチウムイオン（Li-ion）の移動のみを可能にするセパレータとが巻き取られてなり、上側に第１、２電極板と繋がれた第１、２電極タブが引き出される。このような電極組立体は、二次電池用ケースの内側に受容され、リチウムイオンの移動を可能にする電解液などが注入される。

キャップ組立体は、電極組立体が受容されたケースの上部に結合される。ケースの開放された上端に対応する大きさと形状を有する平板型のキャッププレートが設けられ、中央部には、電極端子が通過できるように端子用通孔が形成される。電極端子の外側には、電極端子とキャッププレートとの電気的絶縁のためにチューブ状のガスケットが取り付けられる。キャッププレートの下面には、絶縁プレートが配置され、絶縁プレートの下面には、電極端子と繋がれるターミナルプレートが配置される。

ここで、電極組立体が受容されたケースは、キャップ組立体によって密封される前に上側に絶縁ケースが取り付けられる。絶縁ケースは、電極組立体から引き出された第１、２電極タブが貫通して、後述されるキャップ組立体と繋がれるように第１、２電極タブ貫通孔が形成される。第１電極タブ貫通孔は、第１電極タブを貫通させてキャッププレートと繋がれ、第２電極タブ貫通孔は、第２電極タブを貫通させてキャップ組立体の電極端子と繋がれる。

一方、第１、２電極タブの中間部分は、絶縁ケースの第１、２電極タブ貫通孔上でＳ字状に曲げて形成される。第１、２電極タブ貫通孔は、二次電池への外力が加わることによって拡張されると、Ｓ字状の部分（屈曲部分）が絶縁ケースの第１、２電極タブ貫通孔を介して電極組立体の方へ移動するおそれがあり、短絡の原因となる可能性がある。

つまり、このような従来の二次電池は、ケースにキャップ組立体を密封させるために押圧するか、ユーザが使用中に二次電池を加圧する場合、第１、２電極タブが貫通している第１、２電極タブ貫通孔が加圧によって広がり大きくなるため、第１、２電極タブは、第１、２電極タブの突設方向と逆方向に移動して、ケース又は電極組立体と接触され得るという問題がある。

すなわち、第１、２電極タブは、第１、２電極タブ貫通孔を通って、第１、２電極タブの突設方向と逆方向に移動して電極組立体と接触され、短絡する恐れがある。

そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、第１、２電極タブ貫通孔を通って外側に引き出された第１、２電極タブが逆方向に移動して電極組立体と接触され、ショートすることを防止することが可能な、新規かつ買いたょうされた二次電池を提供することをその目的とする。

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、一側が開口されたケースと、ケースの内部に受容されて上側に第１、２電極タブが引き出される電極組立体と、電極組立体の上側に取り付けられて外圧による変形を防止する変形防止部と、第１、２電極タブが貫通する第１、２電極タブ貫通孔とが形成された絶縁ケースと、ケースの開口をカバーして密封するキャップ組立体と、を含むことを特徴とする、二次電池が提供される。

上記変形防止部は、第１電極タブ貫通孔の一側に取り付けられて、第１電極タブ貫通孔の大きさを減らす支持片であるとしてもよい。また、上記支持片は、第１電極タブ貫通孔の一側と他側を連結するように取り付けられ、第１電極タブ貫通孔を２つの部分に分離させるとしてもよい。

上記変形防止部は、第２電極タブ貫通孔の一側に取り付けられて、第２電極タブ貫通孔の大きさを減らす支持片であるとしてもよい。また、上記支持片は、第２電極タブ貫通孔の一側と他側を連結するように取り付けられ、第２電極タブ貫通孔を２つの部分に分離させるとしてもよい。

上記ケースは、角形であるとすることができる。上記第１電極タブは、負の極性を有するとしてもよい。

上記変形防止部は、第１電極タブ貫通孔の周辺の少なくとも一部に沿って形成される補強リブを含んでもよい。また、補強リブは、絶縁ケースの周辺に沿って少なくとも一部の上方に突き出されるリブと同じ高さで形成されるとすることができる。

本発明によれば、第１、２電極タブ貫通孔を通って外側に引き出された第１、２電極タブが逆方向に移動して電極組立体と接触され、ショートすることを防止することができる。

以下に添付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構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

まず、本発明の第１の実施形態に係る二次電池について説明する。図１は、本実施形態に係る二次電池の分解斜視図である。図２は、本実施形態に係る二次電池の絶縁ケース１６０を示した上面図である。図３は、本実施形態に係る二次電池の断面図である。これらの図面に示すように、二次電池は、一側が開口されたケース２００と、ケース２００の内部に受容される電極組立体２５０と、ケース２００の開口２０１に結合されてケース２００の上端を密封するキャップ組立体１００と、を備えてなるベアセルを有する。

本実施形態は、角形であって、ケース２００は、略四角ボックス形状を有するアルミニウムあるいはアルミニウム合金で形成され、ケース２００の開口２０１から電極組立体２５０と電解液とが受容される。ケース２００は、ケース２００そのものが第１、２電極２１５、２２５のうちいずれか一つの電極端子の役割をすることが可能である。

電極組立体２５０は、薄い板型又は膜型に形成され、第１電極タブ２１５と繋がれる第１電極２１０と、セパレータ２３０と、第２電極タブ２２５が取り付けられた第２電極２２０との積層体が渦状に取り巻いて形成される。このとき、第１、２電極２１０、２２０は、負極又は正極になる。ここで、第１電極２１０は、通常負極であることが望ましい。

負極は、伝導性の金属薄板、例えば、銅ホイルでなった負極集電体と、その両面にコーティングされた炭素材を主成分とする負極活物質層と、を含んでいる。負極は、負極活物質層が形成されていない負極集電体の領域に負極端子が接続され、上側に引き出される。

正極は、導電性に優れた金属薄板、例えば、アルミニウムホイルでなった正極集電体と、その両面にコーティングされリチウム系酸化物を主成分とする正極活物質層と、を含む。正極は、正極活物質層が形成されていない正極集電体の領域に正極端子が電気的に繋がれ、上側に引き出される。

セパレータ２３０は、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンとポリプロピレンの共重合体（Co-Polymer）でなり、第１、２電極２１０、２２０より広幅で形成されることが極板間の短絡の防止に有利である。

キャップ組立体１００は、ケース２００の開口２０１をカバーして密封するものであり、ケース２００の開口２０１に対応する大きさと形状を有する平板型のキャッププレート１１０が設けられる。キャッププレート１１０の下面には、絶縁プレート１４０が取り付けられ、絶縁プレート１４０の下面には第１電極２１０に取り付けられた第１電極タブ２１５と電気的に繋がれるターミナルプレート１５０が取り付けられる。

キャッププレート１１０は、中央部に第１電極端子１３０が貫通して第１電極タブ２１５と繋がれる第１端子通孔１１１が形成され、第１端子通孔１１１には、第１電極端子１３０とキャッププレート１１０を電気的に絶縁させるために、チューブ状のガスケット１２０が取り付けられる。

また、キャッププレート１１０の一側には、所定大きさの電解液注入孔１１３が形成される。電解液注入孔１１３は、キャップ組立体１００がケース２００の上端開口２０１に組み立てられた後、電解液注入孔１１３を通って電解液が注入されると、栓１１５によって密閉される。キャッププレート１１０には、安全ベント１１７等の安全装置が形成される。

絶縁プレート１４０はガスケット１２０と同じく絶縁物質で形成され、キャッププレート１１０の下面に結合される。絶縁プレート１４０には、キャッププレート１１０の第１端子通孔１１１と対応して形成され連通される第２端子通孔１４１が形成される。

ターミナルプレート１５０は、Ｎｉ金属又はＮｉ金属の合金で形成され、絶縁プレート１４０の下面に結合される。ターミナルプレート１５０には、キャッププレート１１０の第１端子通孔１１１に対応する第３端子通孔１５１が形成される。

絶縁ケース１６０は、電極組立体２５０の上側に取り付けられて電極組立体２５０とキャッププレート１１０を絶縁させるものであって、絶縁性を有する高分子樹脂であり、望ましくはポリプロピレンでなるが、本発明の実施形態において、その材質を限定するものではない。また、絶縁ケース１６０には、電極組立体２５０の上側に引き出された第１、２電極タブ２１５、２２５をケース２００の外側に引き出させるために、第１、２電極タブ２１５、２２５が引き出された位置に対応するように、それぞれ第１、２電極タブ貫通孔１６３、１６５が形成される。絶縁ケース１６０には、電解液を注入する電解液注入孔１６１が形成される。

このとき、第１電極タブ貫通孔１６３又は第２電極タブ貫通孔１６５をそれぞれ貫通する第１電極タブ２１５又は第２電極タブ２２５のうちいずれか一つは負極になる。

第１電極タブ２１５が負極である場合、第１電極タブ２１５は、第１電極端子１３０と熔接されねばならないため、第１電極タブ２１５が貫通する第１電極タブ貫通孔１６３は絶縁ケース１６０が取り付けられた後、第１電極端子１３０と第１電極タブ２１５を熔接できる大きさに形成されねばならない。したがって、第１、２電極タブ貫通孔１６３、１６５は、その大きさが第１、２電極タブ２１５、２２５の貫通できる大きさより大きく形成できる。

これに、大きく形成された第１、２電極タブ貫通孔１６３、１６５は、外部からケース２００を加圧するとき、第１、２電極タブ貫通孔１６３、１６５の周辺部が変形され、第１、２電極タブ貫通孔１６３、１６５の大きさがさらに大きくなり、第１電極タブ２１５と第２電極タブ２２５がケース２００又は電極組立体２５０と接触されて短絡することを防止するために、第１、２電極タブ貫通孔１６３、１６５の変形を防止する変形防止部が備えられる。

変形防止部は、外圧によって第１、２電極タブ貫通孔１６３、１６５が大きくなることが防止されるように、第１、２電極タブ貫通孔１６３、１６５に形成でき、第１電極タブ貫通孔１６３又は第２電極タブ貫通孔１６５のうちいずれか一つだけに形成することもできる。変形防止部は、第１、２電極タブ貫通孔１６３、１６５の大きさを減らす手段として支持片１６７が設けられ得る。

支持片１６７は、第１電極タブ貫通孔１６３を例に挙げると、図２に示されたように、第１電極タブ貫通孔１６３の一側と他側を連結するように取り付けられる。この時、第１電極タブ貫通孔１６３は、一側と他側を連結する支持片１６７によって２つの部分に分離される。

以下、このような構成による本発明の二次電池の組み立て過程を説明する。

まず、ケース２００に、電極組立体２５０を受容させる。次に、電極組立体２５０の上側には、支持片１６７が設けられた絶縁ケース１６０が取り付けられる。この時、電極組立体２５０から引き出された第１、２電極タブ２１５、２２５は、絶縁ケース１６０に形成された第１、２電極タブ貫通孔１６３、１６５を通してケース２００の外側に引き出される。

一方、キャッププレート１１０、絶縁プレート１４０、ターミナルプレート１５０は、それぞれの第１、２、３端子通孔１１１、１４１、１５１が連通するように順次積層させる。キャッププレート１１０、絶縁プレート１４０、ターミナルプレート１５０を貫通させる第１電極端子１３０は、連通する第１、２、３端子通孔１１１、１４１、１５１に挿入させるが、回転させつつ一定の力を加えて挿入させる。

このとき、第１電極端子１３０は、ガスケット１２０によってキャッププレート１１０と絶縁されつつキャッププレート１１０の第１端子通孔１１１を通って結合されるため、ターミナルプレート１５０は、キャッププレート１１０と電気的に絶縁されつつ、第１電極端子１３０とは電気的に繋がれる。

上記のように組み立てられたキャップ組立体１００は、ケース２００の開口２０１を密封させる。ここで、第１、２電極タブ２１５、２２５は、それぞれ第１電極端子１３０とキャッププレート１１０と繋がれる。

このとき、第１、２電極タブ２１５、２２５は外側から加圧されたとき、第１、２電極タブ２１５、２２５が貫通する第１、２電極タブ貫通孔１６３、１６５に支持片１６７が備えられることによって、第１、２電極タブ２１５、２２５が逆方向に移動されることが防止される。

次に、本発明の第２の実施形態に係る二次電池について説明する。図４は、本発明の第２の実施形態において用いられる絶縁ケース２６０の平面図である。また、図５は、図４の平面図のＡ−Ａ’線で切断した断面図である。

図４及び図５に示すように、本実施形態は、図２のような実施形態の絶縁ケース１６０と比べると、貫通孔２６３に面する周辺部に沿って補強リブ２６９が形成されている。補強リブ２６９は、絶縁ケース２６０自体の周辺エッジ部に形成されたリブのように、射出工程などを経て絶縁ケース２６０と一体に形成できる。したがって、絶縁ケース２６０の上面で上方に突き出されたこれらの補強リブ２６９と絶縁ケース周辺のエッジ部リブは一緒に成形されつつ、同じ大きさに形成できる。

このように貫通孔２６３の周辺に補強リブ２６９が形成される場合、絶縁ケース２６０に、特に貫通孔２６３の周辺に垂直に外力が働く場合、絶縁ケース２６０の面から垂直に突設された補強リブ２６９が、貫通孔２６３周辺の垂直方向変形を防止する支持体の役割をすることができる。この補強リブ２６９によって貫通孔２６３と絶縁ケース２６０の変形が防止され、貫通孔が広がる現象もある程度防止できる。したがって、貫通孔２６３を通過して絶縁ケースの上側に位置し、斜行する形状を有した電極タブ上部は、たとえ外力が上側から働く場合にも変形されない絶縁ケース２６０によって支持され得る。そして、電極タブが変形されて広がった貫通孔２６３を逆に通過し、電極組立体２５０の電極部分と短絡を起こす問題も発生しなくなる。

本実施形態において、補強リブ２６９は貫通孔２６３を横切る支持片２６７と一緒に、あるいは、別に形成されて使用できる。

本実施形態によれば、二次電池は、絶縁ケースに変形防止部が備えられることにより、二次電池が外圧を受けても絶縁ケースの変形が防止される利点がある。すなわち、二次電池は、第１、２電極タブを貫通させる第１、２電極タブ貫通孔に、その大きさを減らす支持片が備えられることにより、二次電池の外部から圧力が加えられても第１、２電極タブが逆方向に移動して電極組立体と接触されることが防止される。

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ことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例又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。

本発明の第１の実施形態に係る二次電池を示す分解斜視図である。同実施形態に係る二次電池の絶縁ケースを示す上面図である。同実施形態に係る二次電池を示す断面図である。本発明の第２の実施形態に係る二次電池において用いられる絶縁ケースを示す平面図である。図４のＡ−Ａ’線で切断した断面図である。

符号の説明

１００キャップ組立体
１１０キャッププレート
１１１第１端子通孔
１１３電解液注入孔
１１５栓
１２０ガスケット
１３０第１電極端子
１４０絶縁プレート
１４１第２端子通孔
１５０ターミナルプレート
１５１第３端子通孔
１６０、２６０絶縁ケース
１６１、２６１電解液注入孔
１６３第１電極タブ貫通孔
１６５第２電極タブ貫通孔
１６７、２６７支持片
２００ケース
２１０第１電極
２１５第１電極タブ
２２０第２電極
２２５第２電極タブ
２３０セパレータ
２６３貫通孔
２６９補強リブ

Claims

一側が開口されたケースと；
前記ケースの内部に受容されて上側に第１、２電極タブが引き出される電極組立体と；
前記電極組立体の上側に取り付けられて外圧による変形を防止する変形防止部と、前記第１、２電極タブが貫通する第１、２電極タブ貫通孔とが形成された絶縁ケースと；
前記ケースの開口をカバーして密封するキャップ組立体と；
を含むことを特徴とする、二次電池。
前記変形防止部は、前記第１電極タブ貫通孔の一側に取り付けられて、前記第１電極タブ貫通孔の大きさを減らす支持片であることを特徴とする、請求項１に記載の二次電池。
前記支持片は、前記第１電極タブ貫通孔の一側と他側を連結するように取り付けられ、前記第１電極タブ貫通孔を２つの部分に分離させることを特徴とする、請求項２に記載の二次電池。
前記変形防止部は、前記第２電極タブ貫通孔の一側に取り付けられて前記第２電極タブ貫通孔の大きさを減らす支持片であることを特徴とする、請求項１に記載の二次電池。
前記支持片は、前記第２電極タブ貫通孔の一側と他側を連結するように取り付けられ、前記第２電極タブ貫通孔を２つの部分に分離させることを特徴とする、請求項４に記載の二次電池。
前記ケースは、角形であることを特徴とする、請求項１に記載の二次電池。
前記第１電極タブは、負の極性を有することを特徴とする、請求項６に記載の二次電池。
前記変形防止部は、前記第１電極タブ貫通孔の周辺の少なくとも一部に沿って形成される補強リブを含むことを特徴とする、請求項１又は２に記載の二次電池。
前記補強リブは、前記絶縁ケースの周辺に沿って少なくとも一部の上方に突き出されるリブと同じ高さで形成されることを特徴とする、請求項８に記載の二次電池。