JP2012156134A - ２次電池 - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明は、セル内部空間を極大化して、外部衝撃の際、電極組立体の短絡を減らすことができ、部品の自由度を向上させることができる２次電池を提供する。
【解決手段】一例として、内部に空間を備えるカンと、コーティング部と無地部とを含み、前記カンの内部に挿入される少なくとも一つの電極組立体と、一端が前記無地部に連結される少なくとも一つの可撓性電流集電体と、前記可撓性電流集電体の他端に連結される電極端子と、前記電極端子の上部に形成される絶縁部材と、前記絶縁部材の上部に形成されて前記電極端子によって貫通されるキャッププレートとを含む２次電池が開示されている。
【選択図】図１
【解決手段】一例として、内部に空間を備えるカンと、コーティング部と無地部とを含み、前記カンの内部に挿入される少なくとも一つの電極組立体と、一端が前記無地部に連結される少なくとも一つの可撓性電流集電体と、前記可撓性電流集電体の他端に連結される電極端子と、前記電極端子の上部に形成される絶縁部材と、前記絶縁部材の上部に形成されて前記電極端子によって貫通されるキャッププレートとを含む２次電池が開示されている。
【選択図】図１
Description
本発明は、２次電池に関する。
通常、２次電池（ｓｅｃｏｎｄａｒｙ ｂａｔｔｅｒｙ）は充電が不可能な一次電池とは違って充電および放電が可能な電池を意味する。このような２次電池は小型の場合、携帯電話、ノートパソコン、カムコーダなどの先端電子機器分野で幅広く使用され、大型の場合、電気自動車またはハイブリッド自動車のモータを駆動するために使用されている。
このような２次電池は、一般的に、カン内部に電極組立体、集電体および電極端子を含んで構成される。そして、２次電池は、大型の電気自動車またはハイブリッド自動車に使用されることによって、内部の空間効率を高めて容量を増加させ、外部の衝撃から電極組立体を保護して信頼性を向上させることが要求されている。
本発明は、セル内部の空間を極大化し、外部衝撃の際、電極組立体の短絡を減らすことができ、部品の自由度を向上させることができる２次電池を提供する。
本発明による２次電池は、内部に空間を備えるカンと、コーティング部および無地部を含み、前記カンの内部に挿入される少なくとも一つの電極組立体と、一端が前記無地部に連結される少なくとも一つの可撓性電流集電体と、前記可撓性電流集電体の他端に連結される電極端子と、前記電極端子の上部に形成される絶縁部材と、前記絶縁部材の上部に形成され、前記電極端子によって貫通するキャッププレートとを含むことができる。
また、前記可撓性電流集電体は、前記無地部と超音波溶接を通して結合することができる。
また、前記可撓性電流集電体は、表面が被覆されて形成されることができる。
また、前記可撓性電流集電体は、複数の筋からなることができる。
また、前記可撓性電流集電体は、複数の筋が縺れている形態に備えることができる。
また、前記絶縁部材は、前記電極端子と前記キャッププレートとの間に形成されることができる。
本発明による２次電池は、電極組立体の無地部と電極端子との間に可撓性電流集電体を連結して部品選択の自由度を高めることによって製造コストを下げることができ、生産効率を高めることができる。
また、本発明による２次電池は、可撓性電流集電体を複数の筋状に備えることによって、電極組立体の流動に応じた可撓性電流集電体の流動性を高めることができる。
また、本発明による２次電池は、可撓性電流集電体を複数の筋状の部材が撚り合された形態に備えることによって、可撓性電流集電体の耐久性をより向上させることができる。
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、本発明の一実施形態による２次電池の構成について説明する。
図１は、本発明の一実施形態による２次電池の斜視図である。図２は、本発明の一実施形態による２次電池の断面図である。図３は、本発明の一実施形態による２次電池の分解斜視図である。
図１〜図３を参照すれば、本発明の一実施形態による２次電池１００は、カン１１０、電極組立体１２０、可撓性電流集電体１４０、電極端子１５０、１５１、第１絶縁部材１６０、キャッププレート１７０および第２絶縁部材１８０を含む。また、前記キャッププレート１７０の上部には前記電極端子１５０、１５１に結合したナット１９０をさらに形成することができる。
前記カン１１０は、六面体状またはそれ以外の形状に形成される。また、前記カン１１０は内部に前記電極組立体１２０および電解液を収容するための空間を備えている。前記カン１１０は、通常、アルミニウム、アルミニウム合金またはニッケルメッキされたスティックのような導電性金属からなる。また、前記カン１１０の内部には絶縁物質が形成されて、前記カン１１０は前記電極組立体１２０と電気的に分離できる。
前記電極組立体１２０は、前記カン１１０の内部に実装される。前記電極組立体１２０は、正極板と負極板との間に形成されたセパレータ（図示せず）を含んで形成される。前記電極組立体１２０は、前記正極板、負極板およびセパレータを渦流状に巻き取ったゼリーロールタイプからなる。前記電極組立体１２０は、活物質がコーティングされたコーティング部１２１および前記活物質がコーティングされずに極板が露出する無地部１２２を含んで構成される。前記無地部１２２は、前記コーティング部１２１の両側に突出して形成され、前記可撓性電流集電体１４０が締結される。
前記可撓性電流集電体１４０は、前記電極組立体１２０の無地部１２２に結合する。前記可撓性電流集電体１４０は対をなして形成され、前記電極組立体１２０を構成する正極板および負極板、それぞれに連結される。可撓性電流集電体１４０は、円形の断面形状または平らな（ｐｌａｎａｒ）断面形状を有していてもよい。
前記可撓性電流集電体１４０の一端は前記無地部１２２に結合して、前記極板の中、一つと連結される。このとき、前記可撓性電流集電体１４０は、前記無地部１２２に超音波溶接を通して結合することができる。また、前記可撓性電流集電体１４０の他端は前記電極端子１５０の中、一つと連結されて前記無地部１２２と前記電極端子１５０とを相互間に電気的に連結するようにする。
また、前記可撓性電流集電体１４０は、一定程度の可撓性（ｆｌｅｘｉｂｌｅ）のある材質からなるため、外部から衝撃が加わる場合においても前記無地部１２２と可撓性電流集電体１４０との間の結合が破損することを抑制することができる。一例として、前記可撓性電流集電体１４０は、アルミニウム（Ａｌ）または銅（Ｃｕ）材質からなることができる。
また、前記可撓性電流集電体１４０は、前記電極組立体１２０および電極端子１５０、１５１の形成位置に自由度を提供する。したがって、前記電極端子１５０、１５１の位置を所望する位置に設計することができるので、内部部品選択の自由度を高めることができ、なお、部品数およびコストを下げることができる。
また、前記可撓性電流集電体１４０は従来の集電体に比べて、占有する空間が少ないので空間効率を高めることができ、全体的な重量を減少させることができる。前記可撓性電流集電体１４０の外部に必要に応じて、フッ素ゴム（ｆｌｕｏｒｏ ｅｌａｓｔｏｍｅｔ）、弾性プラスチック（ｅｌａｓｔｉｃ ｐｌａｓｔｉｃ）、シリコン（Ｓｉｌｉｃｏｎ）、フッ素（ｆｌｕｏｒｉｃｅ）およびその組み合わせからなるグループから選択されるいずれか一つの物質でさらに被覆してもよい。
前記電極端子１５０、１５１は、前記可撓性電流集電体１４０に連結されて前記電極組立体１２０と電気的に連結される。前記電極端子１５０、１５１は、前記第１絶縁部材１６０を通じて前記キャッププレート１７０に固定されると共に、前記キャッププレート１７０と電気的に絶縁される。前記電極端子１５０、１５１は、前記可撓性電流集電体１４０に連結される第１極性の電極端子１５０と第２極性の電極端子１５１とを含んでなる。前記電極端子１５０、１５１は、前記キャッププレート１７０の外部に突出する形状からなる。
前記第１絶縁部材１６０は、前記電極端子１５０、１５１の上部に結合する。前記第１絶縁部材１６０の下部は前記電極端子１５０、１５１によって保持され、前記電極端子１５０、１５１のナット１９０の締結によって位置を固定することができる。
前記第１絶縁部材１６０は、前記電極端子１５０、１５１および可撓性電流集電体１４０が前記カン１１０に接触することを防止して、前記カン１１０がこれらから電気的に独立できるようにする。また、前記第１絶縁部材１６０は前記電極組立体１２０の前記カン１１０内の位置を固定して、前記電極組立体１２０が前記カン１１０の内部で流動することを防止する。
また、前記第１絶縁部材１６０は、前記キャッププレート１７０との間に電解液の漏出を防止するためのガスケット１６０ａをさらに備えることができる。前記ガスケット１６０ａは、前記第１絶縁部材１６０と前記キャッププレート１７０との間に形成される隙間を埋めて、前記電解液が外部に漏出することを防止する。
前記キャッププレート１７０は、前記カン１１０の上部に結合する。前記キャッププレート１７０は、前記カン１１０を密封する。前記キャッププレート１７０は、前記カン１１０の周縁に沿って溶接を通して結合する。前記キャッププレート１７０は、前記カン１１０の内部に電解液を注入した以後、注入栓１７１を通じて注入口を密封することができる。また、前記キャッププレート１７０の他の領域に比べて相対的に薄い厚さで形成され、前記カン１１０の内部圧力が増加するによって先に開放されるように形成された安全ベント１７２を含むことができる。
また、前記キャッププレート１７０は前記電極端子１５０、１５１によって貫通し、前記電極端子１５０、１５１は前記キャッププレート１７０の上部に突出する。このとき、前記電極端子１５０、１５１は、前記第１絶縁部材１６０およびガスケット１６０ａによって前記キャッププレート１７０と電気的に絶縁することができる。
前記第２絶縁部材１８０は、前記キャッププレート１７０の上部から前記電極端子１５０、１５１に対応して結合する。前記第２絶縁部材１８０は前記電極端子１５０、１５１の周辺に沿って形成され、前記電極端子１５０、１５１と前記キャッププレート１７０との間に形成される。前記第２絶縁部材１８０は、前記電極端子１５０、１５１が前記キャッププレート１７０と接触するのを防止して相互間に電気的に絶縁されるようにする。
前記ナット１９０は、前記第２絶縁部材１８０の上部から前記電極端子１５０、１５１に結合する。前記ナット１９０は、前記電極端子１５０、１５１の上方周りに沿って形成されるねじ山と結合する。前記ナット１９０は、前記電極端子１５０を前記キャッププレート１７０と物理的に結合させて前記電極端子１５０の位置を固定させる。
前記のようにして、本発明の一実施形態による２次電池１００は、電極組立体１２０の無地部１２２と電極端子１５０、１５１との間に可撓性電流集電体１４０を連結することによって、外部衝撃の際、電極組立体１２０の無地部１２２から結合が破損することを防止することができる。
また、集電体に比べて少ない体積を有する可撓性電流集電体１４０によってカン１１０の内部空間を効率的に活用でき、電極端子１５０、１５１の設計自由度を提供することができる。さらに、可撓性電流集電体１４０によって全体重量を減らすことができ、部品数およびコストを下げることができる。
以下、本発明の他の実施形態による２次電池の構成について説明する。
図４は、本発明の他の実施形態による２次電池の断面図である。上述した実施形態と同一の構成および作用を有する部分については同一の符号を付け、以下、上述した実施形態との差異点を中心に説明する。
図４を参照すれば、本発明の他の実施形態による２次電池２００は、カン１１０、電極組立体１２０、可撓性電流集電体２４０、電極端子１５０、１５１、第１絶縁部材１６０、キャッププレート１７０、第２絶縁部材１８０およびナット１９０を含む。
前記可撓性電流集電体２４０は、複数の筋状となるように形成されている。前記可撓性電流集電体２４０は相互間に分離された複数の筋状の部材からなっているため、一つの筋状の部材からなる場合に比べて、相対的に電極組立体１２０の流動に対する流動性を高めることができる。
さらに、前記可撓性電流集電体１４０は、一つの筋状の部材に比べて、前記電極組立体１２０の流動によるストレスを相対的に少なく受けることになるので、前記電極組立体１２０と電極端子１５０、１５１との結合状態を保持することができる。したがって、前記可撓性電流集電体２４０の結合信頼度をより高めることができる。
以下、本発明のまた他の実施形態による２次電池の構成について説明する。
図５は本発明のまた他の実施形態による２次電池の断面図である。
図５を参照すれば、本発明のまた他の実施形態による２次電池３００は、カン１１０、電極組立体１２０、可撓性電流集電体３４０、電極端子１５０、１５１、第１絶縁部材１６０、キャッププレート１７０、第２絶縁部材１８０およびナット１９０を含む。
前記可撓性電流集電体３４０は、複数の筋状の部材からなっている。さらに、前記可撓性電流集電体３４０は、複数の筋状の部材を互いに撚り合わせた状態で形成されている。したがって、前記可撓性電流集電体３４０は前記電極組立体１２０の流動の際、流動性を確保すると同時に、可撓性電流集電体３４０自らの耐久性を確保できる。
したがって、前記可撓性電流集電体３４０は、前記電極組立体１２０の流動による疲労破壊を防止し、前記電極組立体１２０および電極端子１５０、１５１との電気的な結合状態を保持できる。
以下、本発明のまた他の実施形態による２次電池の構成について説明する。
図６は、本発明のまた他の実施形態による２次電池の分解斜視図である。
図６を参照すれば、本発明のまた他の実施形態による２次電池４００は、カン１１０、複数の電極組立体４２０、可撓性電流集電体４４０、電極端子１５０、１５１、第１絶縁部材１６０、キャッププレート１７０、第２絶縁部材１８０およびナット１９０を含む。
前記電極組立体４２０は複数個備えられる。前記電極組立体４２０は、少なくとも二つ以上に備えられて前記カン１１０の内部に挿入される。前記電極組立体４２０は、それぞれコーティング部４２１および無地部４２２を含む。前記電極組立体４２０は水平方向に並んで配列された形状に示されているが、設計によっては垂直方向にスタックされる形状に備えることができる。
前記可撓性電流集電体４４０は、前記電極組立体４２０の無地部４２２に結合する。また、前記可撓性電流集電体４４０は、それぞれ前記電極端子１５０、１５１に結合して、前記電極組立体４２０と電極端子１５０、１５１とを電気的に結合させる。
このとき、前記可撓性電流集電体４４０は、前記電極組立体４２０と同じ極性を有する無地部４２２を同じ電極端子１５０、１５１に連結して、前記電極組立体４２０が相互間に並列に連結されるようにできる。もちろん、図示していないが、前記可撓性電流集電体４４０は前記電極組立体４２０の無地部４２２間を相互間に結合して直列に連結した後、前記電極端子１５０、１５１と連結してもよい。
前記可撓性電流集電体４４０は、前記カン１１０内部で空間を少なく占有することによって、前記電極組立体４２０を複数個形成することができる。したがって、前記可撓性電流集電体４４０を有する２次電池４００は、前記電極組立体４２０をより確保して容量を増やすことができる。
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、２００、３００、４００ ２次電池
１１０ カン
１２０、２２０ 電極組立体
１４０、２４０、３４０、４４０ 可撓性電流集電体
１５０、１５１ 電極端子
１６０ 第１絶縁部材
１７０ キャッププレート
１８０ 第２絶縁部材
１９０ ナット
１１０ カン
１２０、２２０ 電極組立体
１４０、２４０、３４０、４４０ 可撓性電流集電体
１５０、１５１ 電極端子
１６０ 第１絶縁部材
１７０ キャッププレート
１８０ 第２絶縁部材
１９０ ナット
Claims (20)
- 第１方向に延長される軸に対して巻き取られ、活物質を有するコーティング部および前記第１方向に沿った一端に無地部を含む電極組立体と、
前記電極組立体を収容するカンと、
前記カンの開口を密封するキャッププレートと、
前記カンの外部に突出する端子と、
前記電極組立体の無地部と前記端子との間に電気的に連結される可撓性電流集電体と、
を含むことを特徴とする、２次電池。 - 前記可撓性電流集電体の一端は前記無地部に結合され、
前記可撓性電流集電体の他端は前記端子に結合されることを特徴とする、請求項１に記載の２次電池。 - 前記可撓性電流集電体の一端は、前記可撓性電流集電体の他端に対して相対的に移動可能であることを特徴とする、請求項２に記載の２次電池。
- 前記可撓性電流集電体は、アルミニウムまたは銅を含むことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の２次電池。
- 前記可撓性電流集電体は、少なくとも一つの筋状の部材を含むことを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の２次電池。
- 少なくとも一つの前記可撓性電流集電体は、前記可撓性電流集電体の長さ方向に沿って、複数の前記筋状の部材を撚り合わせた状態であることを特徴とする、請求項５に記載の２次電池。
- 前記キャッププレートと前記端子との間に絶縁部材をさらに含むことを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載の２次電池。
- 前記絶縁部材は、前記第１方向で前記カンと前記電極組立体の一端との間に接して形成されることを特徴とする、請求項７に記載の２次電池。
- 前記絶縁部材は、前記カン内部で前記電極組立体を流動しないように固定することを特徴とする、請求項７または８に記載の２次電池。
- 前記カンに他の電極組立体をさらに含み、
前記他の電極組立体は、活物質を有するコーティング部および前記第１方向に沿った端部に活物質のない無地部を含むことを特徴とする、請求項１〜９のいずれか１項に記載の２次電池。 - 前記他の電極組立体の無地部と前記端子との間に電気的に連結される他の可撓性電流集電体をさらに含むことを特徴とする、請求項１０に記載の２次電池。
- 前記キャッププレートと前記端子との間に絶縁部材をさらに含み、
前記絶縁部材は、前記カン内部で前記電極組立体および他の電極組立体を流動しないように固定することを特徴とする、請求項１１に記載の２次電池。 - 前記可撓性電流集電体および前記他の可撓性電流集電体は、それぞれ前記電極組立体および前記他の電極組立体を前記端子に対して互いに並列に結合することを特徴とする、請求項１０〜１２のいずれか１項に記載の２次電池。
- 前記電極組立体は、前記電極組立体の一端の反対側となる他端に他の無地部をさらに含み、
前記２次電池は、前記カンの外部に突出する他の端子、前記電極組立体の他の無地部と他の端子との間に電気的に連結される他の可撓性電流集電体をさらに含むことを特徴とする、請求項１〜１３のいずれか１項に記載の２次電池。 - 前記可撓性電流集電体は、円形の断面形状を有することを特徴とする、請求項１〜１４のいずれか１項に記載の２次電池。
- 前記可撓性電流集電体は、平らな断面形状を有することを特徴とする、請求項１〜１４のいずれか１項に記載の２次電池。
- 前記可撓性電流集電体は、前記無地部に超音波溶接を通して結合されることを特徴とする、請求項１〜１６のいずれか１項に記載の２次電池。
- 前記可撓性電流集電体は、フッ素ゴム（ｆｌｕｏｒｏ ｅｌａｓｔｏｍｅｔ）、弾性プラスチック（ｅｌａｓｔｉｃ ｐｌａｓｔｉｃ）、シリコン（Ｓｉｌｉｃｏｎ）、フッ素（ｆｌｕｏｒｉｃｅ）およびその組み合わせからなるグループから選択されるいずれか一つの物質でコーティングされていることを特徴とする、請求項１〜１７のいずれか１項に記載の２次電池。
- 前記無地部は、前記第１方向で前記電極組立体の最外層に第１無地部および前記電極組立体の周縁に第２無地部を含み、
前記可撓性電流集電体は、前記第１無地部または前記第２無地部に結合されることを特徴とする、請求項１〜１８のいずれか１項に記載の２次電池。 - 前記電極組立体の無地部は、前記カンから電気的に絶縁されることを特徴とする、請求項１〜１９のいずれか１項に記載の２次電池。
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