JP2014175306A - 二次電池 - Google Patents

Abstract

【課題】リードタブにセルヒューズを備える二次電池に関する。
【解決手段】本発明の一実施形態にかかる二次電池は、電極アセンブリと、前記電極アセンブリを収容し、側壁を含み、ケース開放部を備えるケースと、前記電極アセンブリに結合される端子と、前記端子と前記電極アセンブリとの間に結合され、セルヒューズを含むリードタブと、前記ケース開放部に隣接したリードタブの一部分、および前記側壁に隣接したリードタブの他の部分に備えられる断熱部材と、を含む。
【選択図】図３

Description

本発明は、リードタブにセルヒューズを備える二次電池に関するものである。

二次電池（ｒｅｃｈａｒｇｅａｂｌｅ ｂａｔｔｅｒｙ）は、一次電池とは異なり、充電および放電を繰り返し行う電池である。小容量の二次電池は、携帯電話やノートパソコンおよびビデオカメラのように携帯が可能な小型電子機器に用いられ、大容量の二次電池は、ハイブリッド自動車および電気自動車のモータ駆動用電源として用いられる。

例えば、二次電池は、充電および放電作用をする電極アセンブリと、電極アセンブリと電解液とを収容するケースと、ケースの開放部に結合されるキャッププレートと、電極アセンブリを電極端子に電気的に連結するリードタブとを含む。

二次電池セルにおいて、リードタブは、電極アセンブリに連結される部分と、電極端子に連結される部分との間にセルヒューズを形成している。例えば、セルヒューズは、外部短絡のような高電流領域では短時間内に切れる。

しかし、セルヒューズの切れるべき電流範囲のうちの低電流領域（例えば、２０００Ａ未満）では、リードタブおよびセルヒューズの放熱によって、高電流領域よりセルヒューズが円滑に切れないことがある。

本発明の目的は、リードタブおよびセルヒューズの放熱を抑制し、セルヒューズの切れるべき電流範囲のうちの低電流領域でも、セルヒューズが円滑に切れるようにする二次電池を提供する。

本発明の一実施形態にかかる二次電池は、電極アセンブリと、前記電極アセンブリを収容し、側壁を含み、ケース開放部を備えるケースと、前記電極アセンブリに結合される端子と、前記端子と前記電極アセンブリとの間に結合され、セルヒューズを含むリードタブと、前記ケース開放部に隣接したリードタブの一部分、および前記側壁に隣接したリードタブの他の部分に備えられる断熱部材と、を含む。

前記断熱部材は、ケース開放部に隣接した少なくとも１つの第１断熱部材と、前記側壁に隣接した第２断熱部材とを含むことができる。

前記第２断熱部材は、前記リードタブと前記ケースとの間に配置され、前記第２断熱部材は、前記リードタブに結合されるリテーナによって前記リードタブに付着することができる。

前記第２断熱部材は、前記リードタブと前記リテーナとの間に配置されるとよい。

前記リードタブは、前記セルヒューズにヒューズ開口を備えることができる。

前記断熱部材は、前記セルヒューズを覆うことができる。

前記断熱部材は、前記セルヒューズおよび前記セルヒューズに隣接したリードタブ部分を覆うプレートと、前記プレートから前記ヒューズ開口内に延びる突起と、を含むことができる。

前記断熱部材は、前記突起によって前記リードタブに固定されるとよい。

本発明の他の実施形態にかかる二次電池は、前記リードタブと前記ケースの内面との間に位置するリテーナをさらに含み、前記ケース内に前記電極アセンブリを支持することができる。

前記リテーナは、前記リードタブとフック締結することによって、前記リテーナと前記リードタブとの間に前記断熱部材を固定することができる。

前記リテーナは、ポリプロピレン（ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ）を含むことができる。

前記断熱部材は、前記リードタブを囲むことができる。

前記断熱部材は、前記リードタブの周囲に一体的にモールディングされ、前記セルヒューズにおいて前記リードタブを介して開口内に形成されるとよい。

前記リードタブは、前記電極アセンブリに結合される第１連結部と、前記端子に結合される第２連結部と、を含み、前記セルヒューズは、前記第２連結部に位置することができる。

本発明のさらに他の実施形態にかかる二次電池は、前記第１連結部の一部を囲む断熱フィルムをさらに含むことができる。

前記断熱部材は、断熱フィルムを含むことができる。

前記断熱部材は、ポリイミド（ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ）を含むことができる。

本発明の一実施形態によれば、リードタブのうち、セルヒューズに隣り合う一部分を断熱部材で覆うことで、リードタブからセルヒューズへの熱伝導を円滑に維持させるため、セルヒューズの切れるべき電流範囲のうちの低電流領域でも、セルヒューズが円滑に切れる効果がある。

本発明の第１実施形態にかかる二次電池の斜視図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。 図２のリードタブの斜視図である。 図３のＩＶ−ＩＶ線断面図である。 本発明の第２実施形態にかかる二次電池に用いられるリードタブの斜視図である。 図５のＶＩ−ＶＩ線断面図である。 本発明の第３実施形態にかかる二次電池に用いられるリードタブの断面図である。

以下、添付した図面を参照して、本発明の実施形態について、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者が容易に実施できるように詳細に説明する。しかし、本発明は、種々の異なる形態で実現可能であり、ここで説明する実施形態に限定されない。図面において、本発明を明確に説明するために説明上不必要な部分を省略し、明細書全体にわたって同一または類似の構成要素については同一の参照符号を付した。

図１は、本発明の第１実施形態にかかる二次電池の斜視図であり、図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。図１および図２を参照すれば、第１実施形態にかかる二次電池セル１００は、電流を充電および放電する電極アセンブリ１０と、電極アセンブリ１０と電解液とを内蔵するケース１５（実質的に密封し又は囲む）と、ケース１５の開放部に結合されるキャッププレート２０と、キャッププレート２０に設けられる（例えば、結合される）電極端子２１、２２と、電極端子２１、２２を電極アセンブリ１０に連結するリードタブ５１、５２とを含む。

図２を参照すれば、電極アセンブリ１０は、絶縁体のセパレータ１３それぞれの（例えば、向き合う）表面に電極（例えば、負極１１と正極１２）を配置し、負極１１、セパレータ１３および正極１２をゼリーロール状に巻き取りまたはローリングして形成される。

負正極１１、１２はそれぞれ、金属板の集電体に活物質を塗布したコーティング部１１ａ、１２ａと、活物質を塗布せずに露出した集電体に形成される無地部１１ｂ、１２ｂとを含む。

負極１１の無地部１１ｂは、巻き取られる負極１１に沿って負極１１の一方端部に形成される。正極１２の無地部１２ｂは、巻き取られる正極１２に沿って正極１２の一方端部に形成される。そして、無地部１１ｂ、１２ｂは、電極アセンブリ１０の両端にそれぞれ配置される。

ケース１５は、電極アセンブリ１０を内部に収容する空間または内部空洞（ｃａｖｉｔｙ）を設定するように略直方体からなる。ケース１５の開放部は、直方体の一側に形成され、外部から内部空間に電極アセンブリ１０を挿入可能にする。

キャッププレート２０は、ケース１５の開放部に設けられ、ケース１５を密閉する。例えば、ケース１５とキャッププレート２０は、アルミニウムで形成され、互いに溶接されるとよい。つまり、電極アセンブリ１０をケース１５に挿入した後、キャッププレート２０は、ケース１５の開放部に溶接されるとよい。

また、キャッププレート２０は、１つ以上の開口を有し、例えば、端子ホールＨ１、Ｈ２およびベントホール２４を備える。電極端子２１、２２は、キャッププレート２０の端子ホールＨ１、Ｈ２にそれぞれ設けられ、電極アセンブリ１０に電気的に連結される。

つまり、電極端子２１、２２は、電極アセンブリ１０の負極１１および正極１２にそれぞれ電気的に連結される。したがって、電極アセンブリ１０は、電極端子２１、２２を介してケース１５の外部に引き出されるとよい。

電極端子２１、２２は、端子ホールＨ１、Ｈ２において、キャッププレート２０の外側に配置されるプレートターミナル２１ｃ、２２ｃと、電極アセンブリ１０に電気的に連結され、端子ホールＨ１、Ｈ２を貫通してプレートターミナル２１ｃ、２２ｃに締結されるリベットターミナル２１ａ、２２ａとを含む。

プレートターミナル２１ｃ、２２ｃは、貫通ホールＨ３、Ｈ４を有する。リベットターミナル２１ａ、２２ａは、上端が端子ホールＨ１、Ｈ２を貫通して貫通ホールＨ３、Ｈ４に挿入されて位置する。電極端子２１、２２は、キャッププレート２０の内側でリベットターミナル２１ａ、２２ａに一体に広く形成されるフランジ２１ｂ、２２ｂをさらに含む。前記フランジ２１ｂ、２２ｂは、前記端子ホールＨ１、Ｈ２の対応する幅よりも大きい断面幅を有して、前記電極端子２１、２２をそれぞれ前記ケース１５に実質的に固定させる。

負極１１に連結される電極端子２１側で、プレートターミナル２１ｃとキャッププレート２０との間に介在する外部絶縁部材３１は、プレートターミナル２１ｃとキャッププレート２０とを電気的に絶縁させる。つまり、キャッププレート２０は、電極アセンブリ１０および負極１１と絶縁された状態を維持する。

絶縁部材３１およびプレートターミナル２１ｃをリベットターミナル２１ａの上端に結合して上端をリベッティングまたは溶接することによって、絶縁部材３１およびプレートターミナル２１ｃはリベットターミナル２１ａの上端に締結される。プレートターミナル２１ｃは、絶縁部材３１を介在した状態でキャッププレート２０の外側に設けられる。

正極１２に連結される電極端子２２側で、プレートターミナル２２ｃとキャッププレート２０との間に介在する導電性トッププレート４６は、プレートターミナル２２ｃとキャッププレート２０とを電気的に連結させる。つまり、キャッププレート２０は、電極アセンブリ１０および正極１２に電気的に連結された状態を維持する。

トッププレート４６およびプレートターミナル２２ｃをリベットターミナル２２ａの上端に結合して上端をリベッティングまたは溶接することによって、トッププレート４６およびプレートターミナル２２ｃはリベットターミナル２２ａの上端に締結される。プレートターミナル２２ｃは、トッププレート４６を介在した状態でキャッププレート２０の外側に設けられる。

ガスケット３６、３７は、電極端子２１、２２のリベットターミナル２１ａ、２２ａとキャッププレート２０の端子ホールＨ１、Ｈ２の内面との間にそれぞれ設けられ、リベットターミナル２１ａ、２２ａとキャッププレート２０との間をシーリングして電気的に絶縁する。

ガスケット３６、３７は、フランジ２１ｂ、２２ｂとキャッププレート２０の内面との間にさらに延設され、フランジ２１ｂ、２２ｂとキャッププレート２０との間をさらにシーリングして電気的に絶縁する。つまり、ガスケット３６、３７は、キャッププレート２０に電極端子２１、２２を設けることによって、端子ホールＨ１、Ｈ２を介して電解液が漏れる（ｌｅａｋ）のを防止する。

リードタブ５１、５２は、電極端子２１、２２を電極アセンブリ１０の負正極１１、１２にそれぞれ電気的に連結する。つまり、リードタブ５１、５２をリベットターミナル２１ａ、２２ａの下端に結合して下端をコーキング（ｃａｕｌｋｉｎｇ）することによって、リードタブ５１、５２は、フランジ２１ｂ、２２ｂに支持されつつ、リベットターミナル２１ａ、２２ａの下端に連結される。

リードタブ５１、５２は、電極端子２１、２２と電極アセンブリ１０との間で電流を遮断するセルヒューズ７１、７２をさらに備える。図示のように、セルヒューズ７１、７２は、電極アセンブリ１０の負極１１側および正極１２側に形成されてもよく、図示しないが、負極１１側または正極１２側に選択的に形成されてもよい。

セルヒューズ７１、７２は、二次電池セル１００の外部短絡のような高電流領域で短時間内に切れ、低電流領域でも切れるべき電流範囲で円滑に切れるように構成される。このために、一例として、断熱部材８１、８２がリードタブ５１、５２にさらに備えられる。

断熱部材８１、８２は、ケース１５と離隔して、リードタブ５１、５２のうち、セルヒューズ７１、７２に隣り合う一部分を覆う構造で配置される。したがって、断熱部材８１、８２は、リードタブ５１、５２からの放熱を抑制し、リードタブ５１、５２からセルヒューズ７１、７２に熱伝導させることによって、セルヒューズ７１、７２のより円滑な作動を補助する。つまり、断熱部材８１、８２は、セルヒューズ７１、７２でリードタブ５１、５２から外部への熱拡散を防止するように備えられるものである。例えば、断熱部材８１、８２は、耐熱性および耐衝撃性に優れたポリイミドで形成されるとよい。

一方、絶縁部材６１、６２は、リードタブ５１、５２とキャッププレート２０との間にそれぞれ設けられ、リードタブ５１、５２とキャッププレート２０とを電気的に絶縁させる。また、絶縁部材６１、６２は、一側でキャッププレート２０に結合され、他の一側でリードタブ５１、５２とリベットターミナル２１ａ、２２ａおよびフランジ２１ｂ、２２ｂを囲むため、これらの連結構造を安定させる。

ベントホール２４は、二次電池セル１００の内部圧力および発生したガスを排出できるようにベントプレート２５で密閉される。二次電池セル１００の内部圧力が設定圧力に達すると、ベントプレート２５が切開されてベントホール２４を開放する。ベントプレート２５は、切開を誘導する切欠２５ａを有する。

一方、リテーナ９１、９２は、電極アセンブリ１０とケース１５との間に介在して、外部衝撃から電極アセンブリ１０を保護する。つまり、リテーナ９１、９２は、電極端子２１、２２に連結されるリードタブ５１、５２を支持することによって、電極アセンブリ１０をケース１５から離隔させて緩衝支持することができる。例えば、リテーナ９１、９９は、軽量で軟化点が高く、加工性に優れたポリプロピレンで形成されるとよい。

図３は、図２のリードタブの斜視図であり、図４は、図３のＩＶ−ＩＶ線断面図である。リードタブ５１、５２は同一構造で形成されるので、便宜上、以下に電極アセンブリ１０の負極１１に連結されるリードタブ５１を例として説明する。

図３および図４を参照すれば、リードタブ５１は、電極アセンブリ１０の負極無地部１１ｂに連結される第１連結部５１１と、第１連結部５１１から折曲され、電極端子２１のリベットターミナル２１ａに連結される第２連結部５１２とを含む。

第２連結部５１２は、貫通口７３、７４を備え、リベットターミナル２１ａの下端およびフランジ２１ｂの下側突起２１ｄに結合される。セルヒューズ７１は、第２連結部５１２で周囲より狭い面積で形成され、周囲より高い電気抵抗を有する。

セルヒューズ７１は、第２連結部５１２に設定された面積のホールＨ５を穿孔し、導電部分を除去して抵抗を高めることによって、第１および第２連結部５１１、５１２の間で電流を断続することができる。つまり、第２連結部５１２を介して形成されたホールＨ５のため、リードタブ５１の第２連結部５１２はセルヒューズ７１でより小さい表面積を有し、それによって、セルヒューズ７１で第２連結部５１２の電気抵抗を高める。

断熱部材８１は、第１連結部５１１および第２連結部５１２のうちの少なくとも一部を覆うことで、リードタブ５１からセルヒューズ７１に伝導される熱の放熱を抑制する。便宜上、第１実施形態では、第１連結部５１１に備えられる第１断熱ブロック８１１と、第２連結部５１２に備えられる第２断熱ブロック８１２とを例示する。

第１断熱ブロック８１１は、少なくとも第１連結部５１１とリテーナ９１との間に介在して、断熱構造を形成する。つまり、第１断熱ブロック８１１は、第１連結部５１１の一面を断熱し、第１連結部５１１から第２連結部５１２への熱伝導を最大限円滑にする。

第２断熱ブロック８１２は、第２連結部５１２で少なくともセルヒューズ７１の一部を覆って、断熱構造を形成する。つまり、第２断熱ブロック８１２は、第２連結部５１２の一面を断熱し、セルヒューズ７１周囲の第２連結部５１２で放熱を最大限抑止する。また、第２断熱ブロック８１２は、セルヒューズ７１が溶融されて切れる時に発生するアークを防止することができる。

より具体的にみると、第１断熱ブロック８１１は、第１連結部５１１と分離形成され、第１連結部５１１とリテーナ９１との間に配置されて断熱作用をする。また、リテーナ９１が第１連結部５１１にフックで締結される相互締結力によって、第１断熱ブロック８１１は第１連結部５１１の一面に固定される。

第２断熱ブロック８１２は、一面に突起８１３を備えるプレート８１４で形成され、電極アセンブリ１０に対向する第２連結部５１２をプレート８１４で覆う。また、突起８１３がセルヒューズ７１を形成するホールＨ５に挿入され、突起８１３とホールＨ５との締まり嵌め締結力によって、第２断熱ブロック８１２は第２連結部５１２の一面に固定される。つまり、突起８１３は、ホールＨ５内に嵌合され、第２連結部５１２の一面に対して第２断熱ブロック８１２を固定させることができる。

第１断熱ブロック８１１が第１連結部５１１を断熱し、第２断熱ブロック８１２が第２連結部５１２およびセルヒューズ７１を断熱するため、リードタブ５１からセルヒューズ７１への熱伝導が円滑に維持される。

したがって、高電流領域ではもちろん、セルヒューズ７１の切れるべき電流範囲のうちの低電流領域でも、セルヒューズ７１が円滑に切れることができる。つまり、セルヒューズ７１がリテーナ９１の溶融前に切れることができる。

以下、本発明の多様な実施形態について説明する。第１実施形態およびすでに説明された実施形態と同一の構成を省略し、互いに異なる構成を説明する。

図５は、本発明の第２実施形態にかかる二次電池に用いられるリードタブの斜視図であり、図６は、図５のＶＩ−ＶＩ線に沿って切断した断面図である。

図５および図６を参照すれば、第２実施形態の断熱部材８３において、第１断熱モールディング部８３１は、第１連結部５１１をインサートモールディングしてリテーナ９１に対応する第１連結部５１１の周りに一体に形成される。つまり、第１断熱モールディング部８３１は、第１連結部５１１の両面および側面で断熱作用をするため、第１実施形態の第１断熱ブロック８１１に比べて高い断熱効率を有する。

第２断熱モールディング部８３２は、第２連結部５１２をインサートモールディングしてセルヒューズ７１の周りおよびセルヒューズ７１を形成するホールＨ５に一体に形成される。つまり、第２断熱モールディング部８３２は、第２連結部５１２およびセルヒューズ７１の両面および側面で断熱作用をするため、第１実施形態の第２断熱ブロック８１２に比べて高い断熱効率を有する。

第１断熱モールディング部８３１が第１連結部５１１の両面および側面を断熱し、第２断熱モールディング部８３２が第２連結部５１２およびセルヒューズ７１の両面および側面を断熱するため、リードタブ５１からセルヒューズ７１への熱伝導がより円滑に維持できる。また、第２断熱モールディング部８３２は、セルヒューズ７１が溶融されて切れる時に発生するアークを防止することができる。

図７は、本発明の第３実施形態にかかる二次電池に用いられるリードタブの断面図である。図７を参照すれば、第３実施形態の断熱部材８４において、第１断熱被覆部８４１は、第１連結部５１１の周りを断熱フィルムで被覆し、リテーナ９１に対応する第１連結部５１１の周りを被覆して形成される。つまり、第１断熱被覆部８４１は、第１連結部５１１を被覆するため、第２実施形態の第１断熱ブロック８３１に比べて製造工程をより簡便にする。

第２断熱被覆部８４２は、第２連結部５１２およびセルヒューズ７１の周りを断熱フィルムで被覆する。つまり、第２断熱被覆部８４２は、第２連結部５１２およびセルヒューズ７１を被覆するため、第２実施形態の第２断熱モールディング部８３２に比べて製造工程をより簡便にする。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、特許請求の範囲と発明の詳細な説明および添付した図面の範囲内で多様に変形して実施することが可能であり、これも本発明の範囲に属することは当然である。

１０：電極アセンブリ
１１：負極
１１ａ、１２ａ：コーティング部
１１ｂ、１２ｂ：無地部
１５：ケース
２０：キャッププレート
２１、２２：電極端子
２１ａ、２２ａ：リベットターミナル
２１ｂ、２２ｂ：フランジ
２１ｃ、２２ｃ：プレートターミナル
２１ｄ：突起
２４：ベントホール
２５：ベントプレート
２５ａ：切欠
３１：絶縁部材
３６、３７：ガスケット
４６：トッププレート
５１、５２：リードタブ
７１、７２：セルヒューズ
７３、７４：貫通口
８１、８２、８３、８４：断熱部材
９１、９２：リテーナ
１００：二次電池セル
５１１、５１２：第１、第２連結部
８１１：第１断熱ブロック
８１２：第２断熱ブロック
８１３：突起
８１４：プレート
８３１：第１断熱モールディング部
８３２：第２断熱モールディング部
８４１：第１断熱被覆部
８４２：第２断熱被覆部
Ｈ１、Ｈ２：端子ホール
Ｈ３、Ｈ４：貫通ホール
Ｈ５：ホール

Claims (17)

1. 電極アセンブリと、
   前記電極アセンブリを収容し、側壁を含み、ケース開放部を備えるケースと、
   前記電極アセンブリに結合される端子と、
   前記端子と前記電極アセンブリとの間に結合され、セルヒューズを含むリードタブと、
   前記ケース開放部に隣接したリードタブの一部分、および前記側壁に隣接したリードタブの他の部分に備えられる断熱部材と、を含むことを特徴とする二次電池。
2. 前記断熱部材は、ケース開放部に隣接した少なくとも１つの第１断熱部材と、前記側壁に隣接した第２断熱部材とを含むことを特徴とする請求項１に記載の二次電池。
3. 前記第２断熱部材は、前記リードタブと前記ケースとの間に配置され、前記第２断熱部材は、前記リードタブに結合されるリテーナによって前記リードタブに付着することを特徴とする請求項２に記載の二次電池。
4. 前記第２断熱部材は、前記リードタブと前記リテーナとの間に配置されることを特徴とする請求項３に記載の二次電池。
5. 前記リードタブは、前記セルヒューズにヒューズ開口を備えることを特徴とする請求項１に記載の二次電池。
6. 前記断熱部材は、前記セルヒューズを覆うことを特徴とする請求項５に記載の二次電池。
7. 前記断熱部材は、
   前記セルヒューズおよび前記セルヒューズに隣接したリードタブ部分を覆うプレートと、
   前記プレートから前記ヒューズ開口内に延びる突起と、を含むことを特徴とする請求項６に記載の二次電池。
8. 前記断熱部材は、前記突起によって前記リードタブに固定されることを特徴とする請求項７に記載の二次電池。
9. 前記リードタブと前記ケースの内面との間に位置するリテーナをさらに含み、前記ケース内に前記電極アセンブリを支持することを特徴とする請求項１に記載の二次電池。
10. 前記リテーナは、前記リードタブとフック締結することによって、前記リテーナと前記リードタブとの間に前記断熱部材を固定することを特徴とする請求項９に記載の二次電池。
11. 前記リテーナは、ポリプロピレンを含むことを特徴とする請求項９に記載の二次電池。
12. 前記断熱部材は、前記リードタブを囲むことを特徴とする請求項１に記載の二次電池。
13. 前記断熱部材は、前記リードタブの周囲に一体的にモールディングされ、前記セルヒューズにおいて前記リードタブを介して開口内に形成されることを特徴とする請求項１に記載の二次電池。
14. 前記リードタブは、
    前記電極アセンブリに結合される第１連結部と、
    前記端子に結合される第２連結部と、を含み、
    前記セルヒューズは、前記第２連結部に位置することを特徴とする請求項１に記載の二次電池。
15. 前記第１連結部の一部を囲む断熱フィルムをさらに含むことを特徴とする請求項１４に記載の二次電池。
16. 前記断熱部材は、断熱フィルムを含むことを特徴とする請求項１に記載の二次電池。
17. 前記断熱部材は、ポリイミドを含むことを特徴とする請求項１に記載の二次電池。

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