JP2010212241A - ２次電池 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、電極組立体及び端子を安定的に連結することができる２次電池を提供する。
【解決手段】本発明による２次電池は、第１電極、第２電極、及び前記第１電極と前記第２電極との間に介在されたセパレータを含む電極組立体、前記電極組立体が内蔵される空間が形成されたケース、前記ケースに結合されたキャッププレート、前記電極組立体と電気的に連結されて、外部に露出される端子、及び前記電極組立体及び前記端子を電気的に連結して、前記電極組立体に挿入される支持突起と、前記電極組立体の側端と接する溶接突起とが形成された集電板を含む。
【選択図】図３

Description

本発明は、２次電池に関するものであって、より詳しくは、集電板の構造を改善した２次電池に関するものである。

２次電池（ｒｅｃｈａｒｇｅａｂｌｅ ｂａｔｔｅｒｙ）は、充電が不可能な１次電池とは異なって、充電及び放電が可能な電池である。低容量２次電池は、携帯電話機やノートパソコン、及びカムコーダなどの携帯が可能な小型電子機器に使用され、大容量２次電池は、ハイブリッド自動車などのモータ駆動用電源として幅広く使用されている。

最近では、高エネルギー密度の非水電解液を利用した高出力２次電池が開発されており、上記高出力２次電池は、大電力を必要とする機器、例えば電気自動車などのモータ駆動用に使用することができるように、複数の２次電池を直列に連結して、大容量２次電池に構成される。

また、一つの大容量２次電池は、通常、直列に連結される複数の２次電池で構成され、２次電池は、円筒型及び角型などに形成される。

角型２次電池は、正極及び負極がセパレータを介在して位置する電極組立体、電極組立体が内蔵される空間が形成されたケース、ケースを密閉して、端子が挿入される端子ホールが形成されたキャッププレート、電極組立体と電気的に連結され、端子ホールに挿入されて、ケースの外側に突出される端子を含む。

従来の角型２次電池は、電極組立体及び端子を電気的に連結するリードタップを無地部の側面に超音波溶接によって固定した。しかし、無地部の側面にリードタップを溶接すると、無地部が一定の長さを有する必要があるため、電極組立体の不要な体積が増加する問題がある。

また、リードタップを通して超音波を無地部に伝達しなければならないため、リードタップの厚さを薄く形成しなければならない。しかし、リードタップの厚さが薄いと、リードタップの抵抗が大きくなる問題があり、抵抗が大きくなると、熱が多く発生して出力が低下する問題がある。

また、２次電池に外部から衝撃が加わると、リードタップと電極組立体との間に接触不良が発生する問題があり、接触不良が発生すると、内部において熱が多く発生して出力が低下する問題がある。

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、電極組立体及び端子を安定的に連結することができる、新規かつ改良された２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、無地面（ｕｎｃｏａｔｅｄ ｓｉｄｅ）及び無地端（ｕｎｃｏａｔｅｄ ｅｎｄ）を有する無地部を端部に含む第１電極を含む電極組立体、及び前記第１電極の無地面と接触する第１部材と、前記第１電極の無地端と接触する第２部材とを含んで、前記第２部材に前記第１電極の前記無地端に付着される溶接部が形成された集電板を含む、２次電池が提供される。

前記電極組立体には内部空間が形成され、前記第１部材は支持突起であり、前記支持突起は前記内部空間内に位置することができる。前記支持突起の高さは前記内部空間の高さと実質的に同一であってもよい。

前記溶接部は溶接突起であってもよい。前記溶接突起は、三角形、四角形、弧形、及びこれらの組み合わせで構成された群より選択された一つの形状からなってもよい。前記溶接突起は前記第１電極の無地端に溶接されてもよい。

前記集電板には第１エッジ（ｅｄｇｅ）及び第２エッジ（ｅｄｇｅ）が形成され、前記第１部材は、前記第１エッジと角度を形成して延長される第１側面支持部と、前記第２エッジと角度を形成して延長される第２側面支持部とをさらに含むことができる。前記第１電極の無地部は、前記側面支持部と前記支持突起との間に位置することができる。

前記集電板は、前記電極組立体から発生するガスを排気する排気孔を含むことができる。

前記電極組立体には溝が形成され、前記支持突起の高さは前記内部空間及び前記溝の高さの合計と実質的に同一であってもよい。前記集電板は、前記支持突起に対応する位置から前記支持突起と反対の方向に向かう排気通路をさらに含むことができる。

前記２次電池は、前記電極組立体を内蔵するケース、前記電極組立体と電気的に連結される電極端子、及び前記ケースの開口に結合されるキャッププレートを含むことができる。前記集電板は第１集電板であり、前記電極組立体は無地面及び無地端を有する無地部を端部に含む第２電極をさらに含むことができる。前記２次電池は、前記第２電極の無地面と接触する第１部材と、前記第２電極の無地端と接触する第２部材とを含んで、前記第２部材に前記第２電極の前記無地端に付着される溶接部が形成された第２集電板を含むことができる。前記ケースは角型であってもよい。

前記キャッププレートはベント部材を含む。前記集電板は排気孔を含み、前記集電板の第１部材は支持突起であり、前記集電板は前記支持突起に対応する位置から前記支持突起と反対の方向に向かう排気通路を含むことができる。前記２次電池において、前記ベント部材、前記排気孔、及び前記排気通路は、前記電極組立体から発生するガスが前記排気孔及び排気通路を通して前記ベント部材に排出されるように構成されてもよい。

また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、端部に第１無地面、第２無地面、及び無地端を有する第１電極を含む電極組立体、及び前記第１無地面または第２無地面のうちの少なくとも一つと接触する第１部材と、前記無地端と接触して前記無地端に付着される溶接部が形成された第２部材とを含む集電板を含む、２次電池が提供される。

前記電極組立体には内部空間が形成され、前記第１部材は、前記第１電極の第１無地面と接触する支持突起と、前記第１電極の第２無地面と接触する前記集電板の側面から角度を形成して延長される側面支持部とを含むことができる。前記電極組立体は、前記支持突起と前記側面支持部との間で固定されてもよい。

また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、第１電極、第２電極、及び前記第１電極と第２電極との間にセパレータを含んで、内部空間が形成された電極組立体、及び前記内部空間に位置し、前記内部空間と実質的に同一な高さを有する支持突起と、前記第１電極の無地端に固定される溶接突起とが形成されて、前記第１電極の無地端と接触する集電体を含む、２次電池が提供される。

前記無地面（ｕｎｃｏａｔｅｄ ｓｉｄｅ）は前記電極組立体の平らな面とほぼ平行な無地部の部分であり、無地端（ｕｎｃｏａｔｅｄ ｅｎｄ）は前記電極組立体の平らな面に対して垂直な方向、つまり前記電極組立体の巻芯軸方向に向かう無地部の部分であってもよい。

以上説明したように本発明によれば、支持突起が形成されて、リード部材が電極組立体を安定的に支持することができ、集電板の電極組立体の側端面に溶接されて、コーティング部の体積を大きく形成することができ、それによって出力が向上する。

本発明の第１実施形態による２次電池を示した斜視図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線に沿って切断して示した断面図である。 本発明の第１実施形態による電極組立体及び集電板を示した分解斜視図である。 本発明の第２実施形態による集電板を示した斜視図である。 本発明の第３実施形態による集電板及び電極組立体を示した斜視図である。

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。

図１は本発明の第１実施形態による２次電池を示した斜視図であり、図２は図１のＩＩ−ＩＩ線に沿って切断して示した断面図である。

図１及び図２を参照して説明すると、第１実施形態による２次電池１００は、正極１１と負極１２との間に絶縁体であるセパレータ１３を介在して巻き取られた電極組立体１０を含む。上記電極組立体１０はケース３４に内蔵され、正極端子２１及び負極端子２２は電極組立体１０と電気的に連結され、キャッププレート３０はケース３４の開口部と結合される。第１実施形態による２次電池は、リチウム−イオン２次電池であって角型であるものを例に挙げて説明する。

正極１１及び負極１２は、薄板の金属箔で形成された集電体に活物質が塗布された領域であるコーティング部と、活物質が塗布されない領域である無地部１１ａ、１２ａとを含む。

正極無地部１１ａは正極１１の長さ方向に沿って正極１１の一側端に形成され、負極無地部１２ａは負極１２の長さ方向に沿って負極１２の他側端に形成される。そして、正極１１及び負極１２は、絶縁体であるセパレータ１３を間に介在した後に巻き取られる。電極組立体は、巻き取られた状態で板状に平たく加圧されて、外周面に平坦部１８及び平坦部１８の両端に配置された屈曲部１９が形成される（図３参照）。

キャッププレート３０は薄板で構成され、キャッププレート３０には電解液が注入される電解液注入口（図示しない）が形成され、電解液注入口には密封キャップ３８が形成される。また、キャッププレート３０には設定された上記ケースの内部圧力の増加によって破断されるように溝が形成されたベント部材３９が設置される。

キャッププレート３０と端子２１、２２との間には上部ガスケット２５及び下部ガスケット２７が介在されて、キャッププレート３０及び端子２１、２２を絶縁させる。本明細書における端子とは、正極端子及び負極端子を含む概念である。

下部ガスケット２７は端子ホールに嵌合されて設置され、上部ガスケット２５はキャッププレート３０上に設置される。上部ガスケット２５上には締結力を緩衝させるワッシャー２４が設置される。正極端子２１及び負極端子２２には端子２１、２２を上部において支持するナット２９が設置される。

このような電極組立体１０の正極無地部１１ａには集電板５０が溶接によって付着され、集電板５０はリード部材２８を介在して正極端子２１と電気的に連結される。また、負極無地部１２ａには集電板５０が溶接によって付着され、集電板５０はリード部材２８を介在して負極端子２２と電気的に連結される。リード部材２８とキャッププレート３０との間には、これらの間の絶縁のための絶縁部材２６が設置される。リード部材２８は、集電板５０に付着される集電リード部２８ｂと、端子２１、２２に付着された端子リード部２８ａとを含む。

図３は本発明の第１実施形態による電極組立体及び集電板を示した分解斜視図である。

図３を参照して説明すると、第１実施形態による電極組立体１０は、巻き取られた状態で板状に平たく加圧され、中央には内面が離隔された内部空間１４が形成される。

各集電板５０は、各電極の無地部の側面と接触する第１部材を含む。上記第１部材は上記電極組立体の内部空間に挿入される支持突起５２であってもよい。さらに、各集電板５０は、各電極の無地部の端部と接触する第２部材を含む。上記第２部材は、電極組立体１０の側端に密着されて、無地部１１ａ、１２ａを加圧する溶接突起５４であってもよい。

支持突起５２は、集電板５０の幅方向の中央において集電板５０の長さ方向に沿って連結されて形成される。支持突起５２は集電板５０が屈曲されて形成され、これによって膨らんで突出した部分の裏面には窪んだ溝が形成される。支持突起５２の高さは電極組立体１０の内部空間１４の高さに対応する高さである。

支持突起５２は、電極組立体１０の内部空間１４に挿入されて電極組立体１０を支持する役割を果たし、それによって外部の衝撃によって電極組立体１０と集電板５０との間の接触が不良になるのを減少または防止することができる。支持突起５２は、内部空間の長さ方向だけでなく幅方向にも電極組立体１０を支持して、より安定的に電極組立体１０を支持することができる。

支持突起５２の両側端には付着板５１が連結されて形成され、溶接突起５４は付着板５１の幅方向に繋がって形成される。溶接突起５４は無地部１１ａ、１２ａが積層された方向に繋がるように配置され、それによって積層された無地部の層全体と接することができる。溶接突起５４は付着板５１が弧形に屈曲されて形成され、それによって膨らんで突出した部分の裏面には窪んだ溝が形成される。しかし、本発明がこれに限定されるのではなく、溶接突起５４の断面は、三角形、四角形、弧形、及びその他の適切な形状から選択されるいずれか一つの形状からなる。

付着板５１は電極組立体１０の側端面に密着して配置され、溶接突起５４は電極組立体１０の側端面に配置された無地部１１ａ、１２ａを加圧して屈曲させる。本明細書における側端面とは、巻き取る際に中心になる軸に垂直な面をいう。

それによって、溶接突起５４及び無地部１１ａ、１２ａは相対的に広い面積で接触することができる。溶接突起５４は集電板５０の長さ方向に複数が離隔されて配置され、レーザー溶接によって電極組立体１０の側端面に付着される。このように溶接突起がレーザー溶接によって付着されると、超音波溶接に比べて集電板の厚さをより厚く形成することができ、それによって集電板の抵抗を最少化したり減少させることができる。

集電板５０が無地部１１ａ、１２ａの側端に固定されるため、無地部１１ａ、１２ａの面積を相対的に小さくし、活物質が塗布されたコーティング部の面積をより大きくして、電極組立体１０の全体的な出力を向上させることができる。

図４は本発明の第２実施形態による集電板を示した斜視図である。図４を参照して説明すると、第２実施形態による集電板６０は、中央から膨らんで突出した突起６２、支持突起６２の両側と連結された付着板６１、及び付着板６１の側端と連結されて、電極組立体１０の無地部１１ａ、１２ａと接する側面支持部６３を含む。

支持突起６２は、集電板６０の幅方向の中央において集電板６０の長さ方向に沿って連結されて形成され、電極組立体１０の内部空間に挿入されて電極組立体１０を支持する役割を果たす。

支持突起６２の両側端に連結されて形成された付着板６１には、無地部１１ａ、１２ａを加圧して屈曲させる溶接突起６４が幅方向に繋がって形成される。溶接突起６４は無地部１１ａ、１２ａが積層された方向に繋がるように配置され、これによって積層された無地部１１ａ、１２ａの層全体と接することができる。溶接突起６４は付着板６１が四角形に屈曲されて形成され、それによって膨らんで突出した部分の裏面には窪んだ溝が形成される。

本実施形態による溶接突起６４は断面が台形に形成されるが、本発明がこれに限定されるのではなく、溶接突起は、三角形、弧形、四角形などの多様な形状からなる。

付着板６１の側端には側面支持部６３が形成され、側面支持部６３は付着板６１から傾いて折曲され、無地部１１ａ、１２ａの最外側面と接して無地部１１ａ、１２ａを密集させる役割を果たす。つまり、一側の側面支持部６３と支持突起６２との間に一側の無地部が密集し、他側の側面支持部６３と支持突起６２との間に他側の無地部が密集する。

本実施形態による２次電池は、リチウム−イオン電池に構成されるが、リチウム−イオン電池の無地部１１ａ、１２ａは、リチウム−ポリマー電池などの他の種類の電池に比べて薄い薄膜で構成される。また、無地部１１ａ、１２ａの厚さは活物質が塗布されたコーティング部の厚さより小さいが、コーティング部によって密集せずに離隔されて配置される。それによって過度に薄い無地部１１ａ、１２ａの端部に集電板６０を付着するのは容易ではない。しかし、本実施形態のように、側面支持部６３と支持突起６２との間に無地部１１ａ、１２ａを密集させると、密集した無地部１１ａ、１２ａの終端に集電板６０を容易に溶接によって付着することができる。

図５は本発明の第３実施形態による集電板及び電極組立体を示した斜視図である。図５を参照して説明すると、第２実施形態による集電板７０は、中央から膨らんで突出した突起７２、支持突起７２の両側において繋がる付着板７１、及び付着板７１の側端において繋がって電極組立体１０の無地部１１ａ、１２ａと接する側面支持部７３を含む。

支持突起７２は、集電板７０の幅方向の中央に形成されて集電板７０の長さ方向に沿って繋がって形成されて、電極組立体１０の内部空間に挿入されて電極組立体１０を支持する役割を果たす。

支持突起７２の両側端には付着板７１が連結されて形成され、付着板７１には無地部１１ａ、１２ａを加圧して屈曲させる溶接突起７４が幅方向に繋がって形成される。溶接突起７４は付着板７１が三角形に屈曲されて形成され、それによって溶接突起７４は三角形の角部分で無地部１１ａ、１２ａを加圧して屈曲させる。

このように溶接突起７４を三角形に形成すると、三角形の角部分に溶接熱を集中させて集電板及び無地部を容易に溶接することができ、尖っている部分に応力が集中するため、無地部を一方向に容易に屈曲させることができる。

付着板７１の側端には側面支持部７３が形成され、側面支持部７３は付着板７１から傾いて折曲され、無地部１１ａ、１２ａの最外側面と接して無地部１１ａ、１２ａを密集させる役割を果たす。

電極組立体１０の上端には切開されて突起７２が挿入される溝１５が形成される。溝１５は、電極組立体１０の内部空間及び外面を繋ぐように形成されて、電極組立体１０の両側端に配置される。また、支持突起７２は内部空間の下端と接し、上端は溝１５に挿入される。

一方、集電板７０には排気孔７５が形成されるが、排気孔７５は集電板７０の上端及び下端に各々形成されて、付着板７１及び支持突起７２にわたって繋がって形成される。また、支持突起７２の裏面には窪んだ排気通路７６が形成され、排気通路７６は溝１５を貫通して電極組立体１０の上端まで繋がって形成される。それによって電極組立体１０の内部から発生したガスは排気孔７５及び排気通路７６を通してケース３４の上部に移動することができる。

電極組立体１０の内部でガスが発生すると、電極組立体１０が膨らんで充電及び放電効率が低下するが、本実施形態のように排気孔７５を形成すると、ガスを容易に排出させることができる。

また、電極組立体１０から排出されたガスは上部に移動して上部に圧力を伝達して、ベント部材３９が設定されたタイミングで作動するが、本実施形態のように排気通路７６が電極組立体１０の上端まで繋がって形成されると、発生したガスをケース３４の上部に容易に移動させることができる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、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、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

１００ ２次電池
１０ 電極組立体
１１ 正極
１２ 負極
１３ セパレータ
１４ 内部空間
１５ 溝
２１ 正極端子
２２ 負極端子
３０ キャッププレート
３４ ケース
５０ 集電板
５１ 付着板
５２ 支持突起
５４ 溶接突起
６３ 側面支持部
７５ 排気孔
７６ 排気通路

Claims (19)

1. 無地面及び無地端を有する無地部を端部に含む第１電極を含む電極組立体、及び
   前記第１電極の無地面と接触する第１部材と、前記第１電極の無地端と接触する第２部材とを含んで、前記第２部材に前記第１電極の前記無地端に付着される溶接部が形成された集電板を含むことを特徴とする、２次電池。
2. 前記電極組立体には内部空間が形成され、前記第１部材は支持突起であり、前記支持突起は前記内部空間内に位置することを特徴とする、請求項１に記載の２次電池。
3. 前記支持突起の高さは前記内部空間の高さと実質的に同一であることを特徴とする、請求項２に記載の２次電池。
4. 前記溶接部は溶接突起であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の２次電池。
5. 前記溶接突起は、三角形、四角形、弧形、及びこれらの組み合わせで構成された群より選択されたいずれか一つの形状からなることを特徴とする、請求項４に記載の２次電池。
6. 前記溶接突起は前記第１電極の無地端に溶接されることを特徴とする、請求項４に記載の２次電池。
7. 前記集電板には第１エッジ及び第２エッジが形成され、
   前記第１部材は、前記第１エッジと角度を形成して延長される第１の側面支持部と、前記第２エッジと角度を形成して延長される第２の側面支持部とをさらに含むことを特徴とする、請求項２に記載の２次電池。
8. 前記第１電極の無地部は、前記第１の側面支持部と前記支持突起との間、および前記第２の側面支持部と前記支持突起との間に位置することを特徴とする、請求項７に記載の２次電池。
9. 前記集電板は、前記電極組立体から発生するガスを排気する排気孔を含むことを特徴とする、請求項１〜８のいずれか１項に記載の２次電池。
10. 前記電極組立体には溝が形成され、前記支持突起の高さは前記内部空間及び前記溝の高さの合計と実質的に同一であることを特徴とする、請求項２に記載の２次電池。
11. 前記集電板は、前記支持突起に対応する位置から前記支持突起と反対の方向に向かう排気通路をさらに含むことを特徴とする、請求項２に記載の２次電池。
12. 前記電極組立体を内蔵するケース、
    前記電極組立体と電気的に連結される電極端子、及び
    前記ケースの開口に結合されるキャッププレートを含み、
    前記集電板は第１集電板であり、
    前記電極組立体は無地面及び無地端を有する無地部を端部に含む第２電極をさらに含み、
    前記第２電極の無地面と接触する第１部材と、前記第２電極の無地端と接触する第２部材とを含んで、前記第２部材に前記第２電極の前記無地端に付着される溶接部が形成された第２集電板を含むことを特徴とする、請求項１に記載の２次電池。
13. 前記ケースは角型であることを特徴とする、請求項１２に記載の２次電池。
14. 前記キャッププレートはベント部材を含むことを特徴とする、請求項１２に記載の２次電池。
15. 前記集電板は排気孔を含み、
    前記集電板の第１部材は支持突起であり、
    前記集電板は前記支持突起に対応する位置から前記支持突起と反対の方向に向かう排気通路を含み、
    前記ベント部材、前記排気孔、及び前記排気通路は、前記電極組立体から発生するガスが前記排気孔及び排気通路を通して前記ベント部材に排出されるように構成されることを特徴とする、請求項１４に記載の２次電池。
16. 端部に第１無地面、第２無地面、及び無地端を有する第１電極を含む電極組立体、及び
    前記第１無地面または第２無地面のうちの少なくとも一つと接触する第１部材と、前記無地端と接触して前記無地端に付着される溶接部が形成された第２部材とを含む集電板を含むことを特徴とする、２次電池。
17. 前記電極組立体には内部空間が形成され、
    前記第１部材は、前記第１電極の第１無地面と接触する支持突起と、前記第１電極の第２無地面と接触する前記集電板の側面から角度を形成して延長される側面支持部とを含むことを特徴とする、請求項１６に記載の２次電池。
18. 前記電極組立体は、前記支持突起と前記側面支持部との間で固定されることを特徴とする、請求項１７に記載の２次電池。
19. 第１電極、第２電極、及び前記第１電極と前記第２電極との間に介在されるセパレータを含んで、内部空間が形成された電極組立体、及び
    前記内部空間に位置して、前記内部空間と実質的に同一な高さを有する支持突起と、前記第１電極の無地端に固定される溶接突起とが形成されて、前記第１電極の無地端と接触する集電体を含むことを特徴とする、２次電池。
    
    

Images