JP2011210720A - 二次電池及び二次電池モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】二次電池及び二次電池モジュールを提供する。
【解決手段】正極、負極及び正極と負極との間のセパレータを備える電極組立体と、電極組立体が収容されるケースと、ケースをシーリングするキャッププレートと、少なくとも一つのターミナルユニットと、を備える二次電池であって、ターミナルユニットは、電極組立体の一つの電極と電気的に連結され、第１部分と第２部分とを備えるマルチメタル電極リベットと、マルチメタル電極リベットと電気的に連結されたリベットターミナルと、を備え、第１部分は第１金属素材で形成され、リベットターミナルと第２部分とは第２金属素材で形成され、第１金属素材と第２金属素材とは、異なることを特徴とする、二次電池が提供される。
【選択図】図２

Description

本発明は、二次電池及び二次電池モジュールに関する。

二次電池は、充電使用が可能な電池をいうものであって、携帯電話、ノート型パソコン、カムコーダなどの携帯型電子機器分野で広く使われている。

かかる二次電池は、正極、負極及びセパレータがゼリーロール形態に巻かれた電極組立体を、ケースの開放部を通じて内部に挿入し、キャップ組立体でその開放部を覆った構造を有している。そして、前記電極組立体の端部には、集電板が設置されており、この集電板は、キャップ組立体に設けられたターミナルユニットと電気的に連結される。したがって、前記ターミナルユニットに外部端子を連結すれば、前記電極組立体で発生した電流が前記集電板と前記ターミナルユニットとを経由して外部端子に供給される。

ここで、前記ターミナルユニットは、集電板と連結された正極リベット及び負極リベット、そして、バスバーを連結するために、前記正極リベット及び負極リベットに結合させるリベットターミナルなどを備えており、該正極リベットまたは負極リベットとリベットターミナルとの結合及びリベットターミナルとバスバーとの結合は、レーザー溶接により行われる。

しかし、正極リベットと負極リベットとは、通常相異なる金属材質で形成されるため、二つのうちいずれか一つの金属の材質でリベットターミナルを形成すれば、異種の金属間の溶接を行う方は、溶接性が低下して接合強度が相対的に弱くなる。これを解決するために、リベットターミナルも正極リベットと負極リベットそれぞれの材質と同じ金属で形成して溶接する場合、各リベットと該リベットターミナルとの間の溶接性は改善されるが、該リベットターミナルの間を連結するバスバーを溶接する時には、同様に異種の金属間の溶接性の低下の問題が少なくても一方では生じる。したがって、かかるターミナルユニットの異種の金属間の溶接時に発生する溶接性の低下の問題を解決できる方案が要求される。

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、異種の金属間の溶接時に発生する溶接性の低下の問題を解決することが可能な、新規かつ改良された二次電池及び二次電池モジュールを提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、正極、負極及び前記正極と前記負極との間のセパレータを備える電極組立体と、前記電極組立体が収容されるケースと、前記ケースをシーリングするキャッププレートと、少なくとも一つのターミナルユニットと、を備える二次電池であって、前記ターミナルユニットは、前記電極組立体の一つの電極と電気的に連結され、第１部分と第２部分とを備えるマルチメタル電極リベットと、前記マルチメタル電極リベットと電気的に連結されたリベットターミナルと、を備え、前記第１部分は、第１金属素材で形成され、前記リベットターミナルと第２部分とは、第２金属素材で形成され、前記第１金属素材と第２金属素材とは、異なることを特徴とする、二次電池が提供される。

前記第１金属素材は、銅であり、前記第２金属素材は、アルミニウムであってもよい。

前記第１部分と前記第２部分とは、互いに対して摩擦撹拌溶接されていてもよい。

前記マルチメタル電極リベットの第２部分は、前記リベットターミナルに対してレーザー溶接されていてもよい。

前記第１部分と前記第２部分との間に形成されたクラッド部をさらに備えていてもよい。

前記クラッド部は、前記第１部分と前記第２部分との間に第１金属層と第２金属層とを備え、前記第１金属層は、前記第１部分に結合され、前記第１金属素材で形成され、前記第２金属層は、前記第２部分に結合され、前記第２金属素材で形成されていてもよい。

前記マルチメタル電極リベットの前記第２部分は、前記リベットターミナルにリベットされていてもよい。

前記マルチメタル電極リベットの前記第１部分は、ヘッド部であり、前記第２部分は、テール部であってもよい。

他のターミナルユニットをさらに備え、前記他のターミナルユニットは、他のリベットターミナルと、電極リベットと、を備え、前記他のリベットターミナルと前記電極リベットとは、同種の金属素材で形成されていてもよい。

前記マルチメタル電極リベットを備える前記ターミナルユニットは、前記他の電極リベットを備える前記他のターミナルユニットと互いに逆極性を有していてもよい。

前記電極組立体の他の電極は、キャッププレートとケースのうち少なくとも一つに電気的に連結されていてもよい。

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、複数の二次電池を含む二次電池モジュールであって、前記二次電池のうち少なくとも一つの二次電池は、正極、負極及び前記正極と前記負極との間のセパレータを備える電極組立体と、前記電極組立体が収容されるケースと、前記ケースをシーリングするキャッププレートと、少なくとも一つのターミナルユニットと、を備え、前記ターミナルユニットは、電極組立体の一つの電極と電気的に連結され、第１部分と第２部分とを備えるマルチメタル電極リベットと、前記マルチメタル電極リベットと電気的に連結されたリベットターミナルと、を備え、前記第１部分は、第１金属素材で形成され、前記リベットターミナルと第２部分とは、第２金属素材で形成され、前記第１金属素材と第２金属素材とは、異なることを特徴とする、二次電池モジュールが提供される。

前記少なくとも一つの二次電池のターミナルユニットに結合され、隣接した二次電池に結合されるバスバーをさらに備えていてもよい。

前記バスバーは、前記第２金属素材で形成されていてもよい。

前記バスバーは、隣接した二次電池のターミナルに結合されていてもよい。

以上説明したように本発明によれば、電極リベットとリベットターミナルとの結合が同種の金属間の溶接により行われるため、堅固な接合強度を確保することができる。

一実施形態による二次電池モジュールの斜視図である。 図１に示した本発明の一実施形態による二次電池モジュールの側断面図である。 図２に示した電極組立体の構造を示す図面である。 図２に示した二次電池のうち負極リベットの構造を示す図面である。 摩擦攪拌溶接を利用して負極リベットの溶接過程を示す図面である。 負極リベットとリベットターミナルとの結合過程を示す図面である。 負極リベットとリベットターミナルとの結合過程を示す図面である。 他の実施形態による負極リベットの構造を示す図面である。 本発明の他の実施形態による二次電池の斜視図である。 図７の断面図である。

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。

図面において、層や領域のサイズは、図示の明確性のために誇張されている。

図１は、本発明の一実施形態による二次電池モジュールの斜視図を示す図面であり、図２は、図１に示した本発明の一実施形態による二次電池モジュールのＩＩ−ＩＩ線による側断面図である。

図１及び図２を参照すれば、二次電池モジュール９５は、複数の二次電池２０を備え、二次電池２０は、正極、負極及びセパレータがゼリーロール形態に巻き取られた電極組立体６０と、電極組立体６０の両端部に結合された集電板７０と、該電極組立体６０及び集電板７０を収容するケース５０と、該ケース５０の開放部に結合されるキャップ組立体４０と、を備えている。したがって、ケース５０の開放部を通じて集電板７０が付着された電極組立体６０を挿入し、キャップ組立体４０を覆えば、電極組立体６０を安全に収容した電池セルが準備される。

キャップ組立体４０は、ケース５０内に電解液を注入した後、注入口を密封するシーリング部材８０を備える。また、キャップ組立体４０は、ケース５０内の圧力が大きすぎる場合に破損されて、ガスを排出させる安全ベント９０を備える。

図３は、図２に示した電極組立体６０を示す図面である。図３に示したように、電極組立体６０は、正極６１、セパレータ６３及び負極６２が交互に積層されてゼリーロール形態に巻かれたものであって、正極６１には、正極活物質６１ａが塗布されており、負極６２には、負極活物質６２ａが塗布されている。そして、正極６１及び負極６２の端部には、活物質が塗布されていない無地部６１ｂ，６２ｂがそれぞれ設けられているが、正極無地部６１ｂは、電極組立体６０の一側端部に、負極無地部６２ｂは他側端部に位置するように交互に配列されて巻かれる。これによって、図３を例として見れば、左側には正極無地部６１ｂが、右側には負極無地部６２ｂが配置されるのである。したがって、図２の左側に付着された集電板７０は、電極組立体６０の正極６１に電気的に連結され、右側に付着された集電板７０は、負極６２に電気的に連結されているのである。そして、各集電板７０は、それぞれターミナルユニットの正極リベット１１と負極リベット１２とに連結される。

ターミナルユニットには、正極リベット１１、負極リベット１２、これら正極リベット１１，負極リベット１２にそれぞれ溶接されるリベットターミナル２１，２２、及びリベットターミナル２１，２２に溶接されて、隣接した二次電池２０と直列または並列連結構造を形成するバスバー３０が備えられている。

一実施形態において、負極リベット１２は、第１金属素材及び第２金属素材を含むマルチメタル電極リベットで構成され、マルチメタル電極リベット１２とリベットターミナル２２とは、ターミナルユニットを構成する。

正極リベット１１は、負極リベット１２とは別の電極リベットを構成する。負極リベット１２とは別の電極リベットである正極リベット１１は、リベットターミナル２２とは別のリベットターミナル２１と共にリベットターミナル２２とは別のターミナルユニットを構成し、さらに、リベットターミナル２２とは別のリベットターミナル２１と負極リベット１２とは別の電極リベット１１とは、同じ第２金属素材で形成される。しかも、マルチメタル電極リベット１２を備えるターミナルユニットは、このターミナルユニットとは別の、負極リベット１２とは別の正極リベット１１を備えるターミナルユニットと互いに逆極性を有する。

マルチメタル電極リベット１２は、電極組立体６０の一つの電極と電気的に連結される。図示していないが、電極組立体６０の他の電極は、キャップ組立体４０のキャッププレート及びケース５０のうち少なくともいずれか一つと電気的に連結される。

一実施形態の二次電池モジュール９５において、バスバー３０は、二次電池２０のターミナルユニットに連結される一方、隣接した二次電池に連結されるバスバー３０を備える。バスバー３０は、第２金属素材で形成される。一実施形態において、バスバー３０は、隣接した二次電池のターミナルに結合される。

本実施形態では、正極リベット１１、リベットターミナル２１，２２及びバスバー３０が同種の金属であるアルミニウム材質（第２金属素材）であり、負極リベット１２は、それと異なる銅材質（第１金属素材）をベースとする場合を例示する。この場合は、正極リベット１１とリベットターミナル２１との間の溶接や、リベットターミナル２１，２２とバスバー３０との間の溶接は、同種の金属間の溶接となる。したがって、同種の金属間の溶接は、一般的なレーザー溶接でも十分な溶接強度が得られるので、既存の方式の通り溶接すればよい。その代わりに、負極リベット１２とリベットターミナル２２との結合は、もし、そのまま異種の金属間の溶接を行えば、結合力が弱くなるため、負極リベット１２を異種の金属の接合体で構成して、リベットターミナル２２と接合される部分は、同種の金属間の溶接にする。

図４は、負極リベット１２の断面図を示すものである。図４に示したように、負極リベット１２の集電板７０と連結されるヘッド部１２ａ（第１部分）は、従来のような銅材質（第１金属素材）とし、リベットターミナル２２と連結されるテール部１２ｂ（第２部分）は、そのリベットターミナル２２と同じ材質であるアルミニウム（第２金属素材）で構成するものである。これにより、リベットターミナル２２と負極リベット１２との結合も、同種の金属間の結合となるので、レーザー溶接で十分な接合強度が得られる。

ただし、かかる負極リベット１２を形成する時にも、異種の金属間の接合となるので、一般的なレーザー溶接では接合力が弱い。したがって、この時には、摩擦撹拌溶接により、ヘッド部１２ａ（第１部分）とテール部１２ｂ（第２部分）とを接合させれば、十分な接合強度が得られる。

この摩擦撹拌溶接は、溶接部に摩擦熱を与えて溶接を行う方式であって、レーザー溶接に比べて相対的に低温で結合されるため、熱影響部が狭く、二つの部材の溶接部位が摩擦撹拌により混合が均一になって、均一かつ堅固な溶接強度が得られる。

図５Ａは、摩擦撹拌溶接方式で負極リベット１２を溶接する過程を簡略に示すものであるが、図５Ａのように、銅材質のヘッド部１２ａ（第１部分）とアルミニウム材質のテール部１２ｂ（第２部分）とを相対回転させつつ摩擦熱を発生させ、これによって、二つの部材１２ａ，１２ｂの接触部位が局部的に溶けて混ざりつつ堅固な溶接が行われる。

このように形成された異種の金属の接合体である負極リベット１２ｂとリベットターミナル２２とは、次のように溶接される。図５Ｂ及び図５Ｃは、負極リベット１２とリベットターミナル２２とを結合する工程段階についての断面図である。

まず、図５Ｂのように、負極リベット１２のテール部１２ｂの先端をリベット加工してリベットターミナル２２に密着させる。このようにリベット加工が行われれば、リベットターミナル２２がリベット加工された負極リベット１２の先端にかかって離脱しない。

この状態で、図５Ｃのように、負極リベット１２とリベットターミナル２２との境界部をレーザー溶接により接合させる。この時には、負極リベット１２及びリベットターミナル２２の溶接部がいずれも同種の金属であるアルミニウム材質であるので、レーザー溶接でも十分な接合強度が得られる。

また、以後のリベットターミナル２１，２２とバスバー３０との結合は、同種の金属であるアルミニウム材質同士の溶接であるので、一般的なレーザー溶接により接合させればよい。

したがって、前述したような方式によれば、二次電池のターミナルユニットを組み立てる時、同種の金属間の溶接により行うことになるので、非常に安定的かつ堅固な接合構造を形成できる。

次いで、図６は、本発明の他の実施形態による負極リベット１３を示すものであって、前述した実施形態と同様に、銅材質のヘッド部１３ａ（第１部分）とアルミニウム材質のテール部１３ｂ（第２部分）とを備えるが、その両側を接合する方式を摩擦撹拌溶接でないクラッドメタル１３ｃを使用する方式を例示したものである。該クラッドメタル１３ｃは、ヘッド部１３ａと同じ材質の銅板と、テール部１３ｂと同じ材質のアルミニウム板とを圧接して形成した部材であって、該クラッドメタル１３ｃを挟んでヘッド部１３ａとテール部１３ｂとを溶接すれば、互いに同種の金属同士が溶接されるので、一般的なレーザー溶接でも十分な接合強度が得られる。以後、該負極リベット１３とリベットターミナル２２との結合は、図５Ｂ及び図５Ｃと同じ過程で進めばよい。したがって、本実施形態の負極リベット１３も、リベットターミナル２２と同種の金属間の溶接が行わせるので、それを採用すれば、安定的な接合強度が得られる。

図７は、他の実施形態による二次電池の斜視図である。図８は、図７に示した二次電池のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線による断面図である。図７及び図８において、図１及び図２に示した二次電池と同じ要素について同じ符号が付与され、これによる重複的な説明は省略する。

本実施形態において、二次電池のリベットターミナル２２は、バスバー１３０を利用して隣接した二次電池のキャップ組立体４０と直列または並列に電気的に連結される。さらに具体的に、バスバー１３０は、隣接した二次電池のキャップ組立体４０の上面を構成するキャッププレートに結合される。この時、キャップ組立体４０は、電極組立体６０の一つの電極板と連結され、ターミナルとして機能する。特に、バスバー１３０は、肉厚部１３０ａと肉薄部１３０ｂとを備える。肉薄部１３０ｂは、二次電池のリベットターミナル２２に結合され、肉厚部１３０ａは、隣接した二次電池のキャップ組立体４０に結合される。かかるバスバー１３０の構造は、二次電池のリベットターミナル２１と隣接した二次電池のキャップ組立体４０との高差を収容できる。

一方、本実施形態では、電極リベットのうち、負極リベットがリベットターミナルと異種の金属間となる場合を例示したが、場合によっては、正極リベットとリベットターミナルとが異種の金属間となってもよい。したがって、どちらでも電極リベットとリベットプレートとの間の異種の金属間の溶接を行わねばならない場合、電極リベットを異種の金属の接合体として形成して適用すれば、堅固な接合構造が得られる。

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。

本発明は、本発明は、電池関連の技術分野に適用可能である。

１１ 正極リベット
１２ 負極リベット（マルチメタルリベット）
１２ａ，１３ａ ヘッド部（第１部分）
１２ｂ，１３ｂ テール部（第２部分）
１３ｃ クラッドメタル
２１，２２ リベットターミナル
３０，１３０ バスバー
６０ 電極組立体
１３０ａ 肉厚部
１３０ｂ 肉薄部

Claims (15)

1. 正極、負極及び前記正極と前記負極との間のセパレータを備える電極組立体と、
   前記電極組立体が収容されるケースと、
   前記ケースをシーリングするキャッププレートと、
   少なくとも一つのターミナルユニットと、
   を備える二次電池であって、
   前記ターミナルユニットは、
   前記電極組立体の一つの電極と電気的に連結され、第１部分と第２部分とを備えるマルチメタル電極リベットと、
   前記マルチメタル電極リベットと電気的に連結されたリベットターミナルと、
   を備え、
   前記第１部分は、第１金属素材で形成され、
   前記リベットターミナルと第２部分とは、第２金属素材で形成され、
   前記第１金属素材と第２金属素材とは、異なることを特徴とする、二次電池。
2. 前記第１金属素材は、銅であり、前記第２金属素材は、アルミニウムであることを特徴とする、請求項１に記載の二次電池。
3. 前記第１部分と前記第２部分とは、互いに対して摩擦撹拌溶接されたことを特徴とする、請求項１または２に記載の二次電池。
4. 前記マルチメタル電極リベットの第２部分は、前記リベットターミナルに対してレーザー溶接されたことを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の二次電池。
5. 前記第１部分と前記第２部分との間に形成されたクラッド部をさらに備えることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の二次電池。
6. 前記クラッド部は、前記第１部分と前記第２部分との間に第１金属層と第２金属層とを備え、
   前記第１金属層は、前記第１部分に結合され、前記第１金属素材で形成され、
   前記第２金属層は、前記第２部分に結合され、前記第２金属素材で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。
7. 前記マルチメタル電極リベットの前記第２部分は、前記リベットターミナルにリベットされることを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載の二次電池。
8. 前記マルチメタル電極リベットの前記第１部分は、ヘッド部であり、前記第２部分は、テール部であることを特徴とする、請求項１〜７のいずれかに記載の二次電池。
9. 他のターミナルユニットをさらに備え、
   前記他のターミナルユニットは、
   他のリベットターミナルと、
   電極リベットと、
   を備え、
   前記他のリベットターミナルと前記電極リベットとは、同種の金属素材で形成されることを特徴とする、請求項１〜８のいずれかに記載の二次電池。
10. 前記マルチメタル電極リベットを備える前記ターミナルユニットは、前記他の電極リベットを備える前記他のターミナルユニットと互いに逆極性を有することを特徴とする、請求項９に記載の二次電池。
11. 前記電極組立体の他の電極は、キャッププレートとケースのうち少なくとも一つに電気的に連結されることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれかに記載の二次電池。
12. 複数の二次電池を含む二次電池モジュールであって、
    前記二次電池のうち少なくとも一つの二次電池は、
    正極、負極及び前記正極と前記負極との間のセパレータを備える電極組立体と、
    前記電極組立体が収容されるケースと、
    前記ケースをシーリングするキャッププレートと、
    少なくとも一つのターミナルユニットと、
    を備え、
    前記ターミナルユニットは、電極組立体の一つの電極と電気的に連結され、第１部分と第２部分とを備えるマルチメタル電極リベットと、
    前記マルチメタル電極リベットと電気的に連結されたリベットターミナルと、
    を備え、
    前記第１部分は、第１金属素材で形成され、
    前記リベットターミナルと第２部分とは、第２金属素材で形成され、
    前記第１金属素材と第２金属素材とは、異なることを特徴とする、二次電池モジュール。
13. 前記少なくとも一つの二次電池のターミナルユニットに結合され、隣接した二次電池に結合されるバスバーをさらに備えることを特徴とする、請求項１２に記載の二次電池モジュール。
14. 前記バスバーは、前記第２金属素材で形成されることを特徴とする、請求項１３に記載の二次電池モジュール。
15. 前記バスバーは、隣接した二次電池のターミナルに結合されることを特徴とする、請求項１３に記載の二次電池モジュール。
    

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