JP2013534036A - リチウム電池の電極構造 - Google Patents

Abstract

リチウム電池の筐体内の正極、負極を外部と電気的に接続させるリチウム電池の電極構造は、蓋板本体（１００）と、少なくとも１つのプレート状の金属材質である電極本体（２００）を含む。電極本体（２００）の被覆部（２１０）は該蓋板本体（１００）内に設けられ、さらに被覆部（２１０）の両端にそれぞれ折曲部（２０１、２０２）が形成され、それぞれ折曲部（２０１、２０２）から延伸形成される接続部（２２０）および出力部（２３０）は、該蓋板本体（１００）の表面から現れる。被覆および非直接貫通の方式により、リチウム電池の導電電極構造を形成し、電極の導電部分を密封する効果を達成する。
【選択図】図２

Description

本発明はリチウム電池の電極構造に関し、特に被覆および非直接貫通の方式により、リチウム電池の導電電極構造を形成し、電極の導電部分における密封効果を達成することを指す。

リチウム電池は材料技術の大幅な飛躍により、高い電気量を必要とするものの電力供給源（例：リン酸鉄リチウム二次電池）とすることができ、例えば電動自転車、電動車椅子など高い電力需要の設備に使用される。この種の高容量の非水電解液二次リチウム電池は、その蓄電量および電力供給量が従来のリチウム電池より大きい。前記二次リチウム電池の電池缶は、通常アルミニウム製の金属缶である。
一般的に述べると、金属缶は、アルミニウムまたはステンレスからなり、少なくとも一端が開口した円筒型または角型に作製される。電池の正極、負極およびセパレータを金属缶に封入した後、電池内部の長期的な安定した密封を保持するため、電池缶の開口部位を、蓋板で様々な密封技術により確実に密閉することができ、電池の良好な防水防ガス性能を確実に保証する。

既存の角型リチウム電池の電極は、外部と電気的に接続する電極端子が蓋板に設置され、さらに両者の間が絶縁プレートで隔てられる。さらにリベットが該蓋板、正極端子および絶縁プレートを貫通することにより、正極端子が蓋板に固定される。他に、絶縁プレートが蓋板の下側に設置され、該リベットおよび蓋板が絶縁される。電極コネクタが該リベットの下端に溶接され、該正極コネクタおよび金属缶内の電池の正極（または負極）がつながる。

円筒型の電池は、一体成型または溶接により構成される導電タブ、および蓋板を貫通する導電端子が電気的に連結し、外部放電における応用が完成する。

注意すべきことは、現在、金属缶内部の電池から蓋板外まで接続されるリチウム電池の電極構造の設計は、すべて蓋板を貫通する方式であり、剛性のリベットまたはボルト（導電端子）を外部の電極とする。この種の蓋板の貫通および剛性材料の使用によって、以下の欠陥を有することがある。

１．貫通方式による電極構造は、絶縁プレートにより、この部分の密封の効果を達成することができるが、長時間の使用後は、一般にゴムの絶縁プレートを使用すると、老化により隙間が生じることがある。このとき、貫通孔部分は再度密封状態にはならず、水気がこの部分から電池の金属缶内部に浸入することがあり、電池の使用寿命が低下する。

２．剛性材料の外部電極は、電気接続部品により、並べた２つのリチウム電池を直列接続または並列接続するとき、電気接続部品も剛性材料である場合、電動自転車、電動車椅子などのような高振動環境で使用すると、剛性材料の相対応力により電極貫通孔が破壊されて変形し、貫通孔部分が密封状態でなくなる。水気がこの部分から電池金属缶の内部に浸入することがあり、電池の使用寿命が低下する。

３．貫通方式による電極構造は、その蓋板を貫通する部分（リベットまたはボルト（導電端子））が外部と接触する点の断面積は大きくない。この種の構造原理は、広々とした大通りのある箇所における比較にならないほど小さい橋梁のようなものであり、つまり、橋梁を通過する車が多いほど、橋梁の入り口で容易に渋滞が発生する。
同じ原理で、大量の電子が電極を通過するとき、蓋板を貫通する部分のインピーダンスにより熱エネルギーが発生することがあるため、充電時に温度が上昇することがある。温度上昇の効果により、さらにインピーダンスが引き起こされて悪循環が増し、使用の安全性が好ましくない。
さらに、大量の電荷が電圧を受けて電極を通過するとき、この電極の抵抗が上昇し、充放電の効率が自然に低下する。

既存の貫通方式による電極構造について、蓋板の貫通には密封するための絶縁プレートなどの部品を取り付ける必要があり、密封標準に達するには、その製造難度およびコストが相当高くなる。

上記の欠点を解決するために、本発明はリチウム電池の電極構造を提供する。非直接貫通の方式によりリチウム電池の導電電極構造を形成し、水気が電池の金属缶内部に浸入しにくく、電極の導電部分における密封標準に容易に達する。

本発明の別の目的は、弾性接触の電極構造の設計により、高振動環境で使用するときも、電極は蓋板の導出部分で破壊、変形されにくく、電池の使用寿命が長くなる。

本発明の別の目的は、電極の外部における接触面積を増大させ、大量電流への応用に適合させる。電極の抵抗の影響を低下させ、大電流の応用における安全性を増加させ、リチウム電池の充放電効率を増加させる。

本発明の他の目的は、電極および蓋板の密封構造を簡素化する。構造が簡単であり、密封標準に達するのに、その製造難度およびコストは既存技術より低い。

上記の目的を達成するために、本発明はリチウム電池の電極構造を開示する。リチウム電池の缶体内における電池の正極、負極を外部と電気的に接続させる電極構造であり、絶縁防水材を利用し、射出成型方式により一体成型される蓋板本体と、少なくとも１つの金属材質である電極本体を含む。該電極本体の中間部分は被覆部であり、該被覆部は該蓋板体内に設けられる。
さらに該被覆部の一端に第１折曲部が形成され、該第１折曲部が該蓋板本体の下表面から現れる接続部を延伸形成し、缶体内の電池の正極（または負極）と電気的に接続する。該被覆部の別の一端に第２折曲部が形成され、該第２折曲部が該蓋板本体の上表面から現れ、外部導電する出力部を延伸形成する。

このうち、該出力部が第３折曲部を形成し、該第３折曲部から接触部が延伸形成される。

このうち、該蓋板本体の上表面に少なくとも１つの固定部品が設けられ、該固定部品は設置において、該電極本体の被覆部と非接触状態または接触状態を形成することができる。

本発明の利点は次の通りである。
電極本体の被覆部および第１、２折曲部が該蓋板本体内部に形成され、被覆により形成される密封効果以外に、折曲部により、電極本体が蓋板において非直接貫通で上下に露出した形態が形成される。折曲形態により、万が一水気が継ぎ目部分から浸入しても、その経路を延長し、毛細管現象によりリチウム電池缶の内部に浸入するのを防止する。
さらに電極本体がプレート状であるため、第３折曲部が延伸形成する接触部により、外部に大きい接点面積を形成することができる以外に、大量の電荷が電圧を受けて電極を通過するとき、電極の抵抗が低下し、充放電の効率が向上する。
さらに第３折曲部により防振効果が形成されるため、周知である剛性材料の相対応力により蓋板上の電極に生じる破壊、変形が減少し、リチウム電池の使用寿命が長くなる。周知の貫通方式による電極構造とは異なり、電極および蓋板の密封構造が簡素化されるため、余計な密封部品を必要とせずに密封の標準に達することができ、製造難度およびコストが既存の開示技術より低い。

図１は、本発明の第１実施例の立体概要図である。 図２は、本発明の第１実施例の断面概要図である。 図３は、本発明の第１実施例における別の応用の概要図である。 図４は、本発明の第２実施例の立体概要図である。 図５は、本発明の第２実施例の断面概要図である。 図６は、本発明の第３実施例における別の応用の概要図である。

本発明の詳細な内容および技術的説明に関して、ここに実施例によりさらなる説明を行う。しかし、理解すべきことは、これらの実施例は説明を例示するのに使用したに過ぎず、本発明の実施を制限するものと解釈されるべきではない。

図１および図２を参照されたい。図１および図２は、本発明の第１実施例の立体および断面概要図である。角型のリチウム電池を説明例とする。
リチウム電池の缶体３００内における電池の正極、負極を外部と電気的に接続させる必要があり、一般的な角型リチウム電池は、該蓋板本体１００にプレート状の金属材質である電極本体２００を２つ有し、それぞれ缶体３００内の電池の正極、負極（図示せず）と電気的に接続される。各電極本体２００の中間部分は被覆部２１０であり、該被覆部２１０は該蓋板本体１００内に設けられる。該被覆部２１０の一端に第１折曲部２０１が形成され、該第１折曲部２０１が該蓋板本体１００の下表面１０１から現れる接続部２２０を延伸形成し、該接続部２２０および缶体３００内の電池の正極（または負極）と電気的に接続する。
該被覆部２１０の別の一端に第２折曲部２０２が形成され、該第２折曲部２０２が該蓋板本体１００の上表面１０２から現れる出力部２３０を延伸形成し、これにより該出力部２３０が外部導電する。さらに該出力部２３０の一端に第３折曲部２０３が形成され、該第３折曲部２０３から、外部と電気的に接続させるときの接触応用に使用される接触部２４０が延伸形成される。

実施において、該蓋板本体１００は、絶縁防水材を利用し射出成型方式により一体成型される。いかなる既知の材料および方法も採用することができ、例えば、プラスチック材料を使用して射出成型方式で形成される。

実施において、光線が該蓋板本体１００を透過して缶体３００内部を照射し、缶体３００内部の化学材料が損なわれるのを予防するために、いかなる既知の方法も採用することができる。例えば該蓋板本体１００内に金属プレートを設け、物理的強度および防光を増加させるか、または該蓋板本体１００に防光材料を貼付もしくは塗布する。

電極本体２００はいかなる既知の導電性金属材質も採用することができ、例えば常用される銅、アルミニウムなどの金属材質である。電極本体２００の被覆部２１０と第１、２折曲部２０１および２０２は、該蓋板本体１００の内部に形成される。実施において、被覆により形成される密封効果以外に、第１、２折曲部２０１および２０２により、該電極本体２００が蓋板本体１００において、非直接貫通で上下に露出した形態が形成される。第１、２折曲部２０１および２０２により、万が一水気が露出した継ぎ目部分から浸み込んでも、その経路を延長することができ、水気が毛細管現象によりリチウム電池の缶体３００の内部に浸入するのを防止する。

また、第３折曲部２０３により延伸形成された接触部２４０により、外部に大きい接点面積を形成することができる以外に、大量の電荷が電圧を受けて電極本体２００を通過するとき、電極本体２００の外部との接触面における抵抗を低下させることができ、充放電の効率が向上する。
さらに第３折曲部２０３は、該電極本体２００がプレート状の金属材質で形成されるため、プレート状の金属が元々有する弾性効果により、該第３折曲部２０３を支点とし、該接触部２４０を外部と接続させると、上下の緩衝効果を有する。該接触部２４０は防振効果を有する外部接触点を形成し、周知である剛性材料の相対応力により電極に生じる破壊、変形が減少し、リチウム電池の使用寿命が長くなる。

さらに図３を参照されたい。実施において、固定の需要のため、例えば２つ以上のリチウム電池を電気接続部品により直列接続または並列接続するとき、該蓋板本体１００の上表面１０２に固定部品４００を設けてもよい。
実施において、該蓋板本体１００が一体成型されるとき、該固定部品４００の封着部４０１を該蓋板本体１００内に被覆することができ、該蓋板本体１００の上表面１０２からその固定部４０２が露出しており、直列接続または並列接続するとき、リチウム電池を接続するとき、該固定部４０２により堅固に接続するのに便利である。
実施において、該固定部品４００は接触部２４０の下側に形成することができ、さらに該蓋板本体１００の厚さの要因に基づき、製造において、該蓋板本体１００の内部で該固定部品４００の封着部４０１および被覆部２１０は、非接触状態または接触状態であってよい。

これにより、該固定部品４００は既存技術と同じように、電極と互いに直接接続されるということはなく、電動自転車、電動車椅子など高振動環境で使用しても、接続固定の要因により、電極本体２００および蓋板本体１００の間の接続関係が破壊されることはない。

さらに図４および図５を参照されたい。図４および図５は、本発明の第２実施例の立体および断面概要図である。本発明を円筒型のリチウム電池に応用したものを説明例とする。一般の円筒型リチウム電池の電極は、それぞれ両端から導電されるため、蓋板本体５００にプレート状の金属材質である電極本体６００を１つ有し、缶体７００内の電池の正極または負極（図示せず）と電気的に接続される。電極本体６００の中間部分は被覆部６１０であり、該被覆部６１０は該蓋板本体５００内に設けられ、該被覆部６１０の両端にそれぞれ第１、２折曲部６０１、６０２が形成される。
第１折曲部６０１は、該蓋板本体５００の下表面５０１から現れる接続部６２０を延伸形成し、缶体７００内の電池の正極（または負極）との電気的接続に使用される。該第２折曲部６０２は、該蓋板本体５００の上表面５０２から現れ、外部導電する出力部６３０を延伸形成する。該出力部６３０の一端に第３折曲部６０３が形成され、該第３折曲部６０３から、外部と電気的に接続させるときの接触応用に使用することができる接触部６４０が延伸形成される。

第１実施例と同じく、該蓋板本体５００は絶縁防水材を利用し、射出成型方式により一体成型され、いかなる既知の材料および方法も採用することができる。光線の透過を予防するため、いかなる既知の方法も採用することができ、例えば該蓋板本体５００内に金属プレートを設け、物理的強度および防光を増加させるか、または該蓋板本体５００に防光材料を貼付もしくは塗布する。

電極本体６００も第１実施例の説明と同じく、いかなる既知の導電金属材質も採用することができ、例えば常用される銅、アルミニウムなどの金属材質である。

さらに図６を参照されたい。実施において、固定の需要のため、例えば２つ以上のリチウム電池を電気接続部品により直列接続または並列接続するとき、該蓋板本体５００の上表面５０２に固定部品８００を設けてもよい。該固定部品８００の封着部８０１を該蓋板５００内に被覆し、該蓋板本体５００の上表面５０２からその固定部８０２が露出する。
実施製造において、該蓋板本体５００の内部の該封着部８０１および被覆部６１０は、非接触状態または接触状態であってよい。一般の円筒型のリチウム電池は、該固定部品８００を該蓋板本体５００の上表面５０２の円心部分に設け、接触部６４０の下側に形成しており、円筒型のリチウム電池を直列接続または並列接続して使用するのに便利である。

以上の記載は、本発明の好ましい実施例に過ぎず、これにより本発明の実施範囲を限定することはできない。すわなち、本発明で出願する保護範囲および発明を説明した内容に基づき行われる簡単な同等の変化と修飾は、すべて本発明の特許請求の範囲に包含される範囲内に属する。

１００ 蓋板本体
５００ 蓋板本体
１０１ 下表面
５０１ 下表面
１０２ 上表面
５０２ 上表面
２００ 電極本体
６００ 電極本体
２０１ 第１折曲部
６０１ 第１折曲部
２０２ 第２折曲部
６０２ 第２折曲部
２０３ 第３折曲部
６０３ 第３折曲部
２１０ 被覆部
６１０ 被覆部
２２０ 接続部
６２０ 接続部
２３０ 出力部
６３０ 出力部
２４０ 接触部
６４０ 接触部
３００ 缶体
７００ 缶体
４００ 固定部品
８００ 固定部品
４０１ 封着部
８０１ 封着部
４０２ 固定部
８０２ 固定部

Claims (6)

1. リチウム電池の缶体内における電池の正極、負極を外部と電気的に接続させる電極構造である、リチウム電池の電極構造であって、
   蓋板本体と、
   少なくとも１つのプレート状の金属材質である電極本体と、を含み、
   前記電極本体の中間部分が被覆部であり、前記被覆部が前記蓋板本体内に設けられ、さらに前記被覆部の一端に第１折曲部が形成され、前記第１折曲部が前記蓋板本体の下表面から現れる接続部を延伸形成し、前記被覆部の別の一端に第２折曲部が形成され、前記第２折曲部が前記蓋板本体の上表面から現れる出力部を延伸形成する、リチウム電池の電極構造。
2. 前記出力部に第３折曲部が形成され、前記第３折曲部から接触部が延伸形成される、請求項１に記載の電極構造。
3. 前記蓋板本体が、絶縁防水材を利用し射出成型方式により一体成型される、請求項１に記載の電極構造。
4. 前記蓋板本体の上表面に、少なくとも１つの固定部品が設けられる、請求項１に記載の電極構造。
5. 前記固定部品および前記電極本体の被覆部が非接触状態である、請求項４に記載の電極構造。
6. 前記固定部品および前記電極本体の被覆部が接触状態である、請求項４に記載の電極構造。

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