JP2015082499A - ２次電池 - Google Patents
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Abstract
【課題】レーザビームによって集電板が電極組立体に溶接されるとき、レーザビームおよび／またはスパッタの電極組立体の内部への流入により電極板組立の内部に不具合を生ずることを防止することが可能な２次電池の提供。
【解決手段】電極板１２１、１２２の活物質非コーティング部１２１ａ、１２２ａに光吸収部材１４０ａ、１４０ｂが結合した状態で、集電板１３０ａ、１３０ｂと活物質非コーティング部１２１ａ、１２２ａとがレーザ溶接される。
【選択図】図２
【解決手段】電極板１２１、１２２の活物質非コーティング部１２１ａ、１２２ａに光吸収部材１４０ａ、１４０ｂが結合した状態で、集電板１３０ａ、１３０ｂと活物質非コーティング部１２１ａ、１２２ａとがレーザ溶接される。
【選択図】図２
Description
本発明は、２次電池に関する。
リチウムイオン２次電池はノートパソコンや携帯電話のような小型電子装置に主に用いられている。また、最近のリチウムイオン２次電池は他の種類の２次電池に比べて高出力、高容量および軽量などの特性を有しているため、ハイブリッド自動車または電気自動車にも使用されている。
一方、２次電池の製造工程の中で一般に集電板は電極組立体にレーザビームで溶接される。一例として、集電板のスリットに電極組立体の活物質非コーティング部（無地部）が嵌合された後、レーザビームを照射することによって、集電板が電極組立体に電気的に連結される。
しかし、このような製造工程はレーザビームが電極板組立の内部にまで流入することによって、電極板組立の内部に不具合を生ずるという問題があった。例えば、活物質非コーティング部の内部にまでレーザビームが流入することによって、セパレータおよび／または電極板が損傷しやすく、したがって電極板の間に内部短絡が発生するという問題があった。
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、レーザビームによって集電板が電極組立体に溶接されるとき、レーザビームおよび／またはスパッタが電極組立体の内部に流入しないようにして、電極板組立の内部に不具合を生ずることを防止することが可能な、新規かつ改良された２次電池を提供することにある。
以上説明したように本発明によれば、ケース、前記ケースに収容された電極組立体、前記電極組立体に結合した光吸収部材、前記電極組立体に溶接され前記光吸収部材に密着した集電板、および、前記集電板に連結され、前記ケースの外側に延長された端子を含むことを特徴とする２次電池が提供される。
前記光吸収部材は電気的に絶縁体であってもよい。
前記光吸収部材の色は黒色であってもよい。
前記光吸収部材はＰＰ（ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ）、ＰＥ（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ）およびＥＰＤＭ（ｅｔｈｙｌｅｎｅ ｐｒｏｐｙｌｅｎｅ ｄｉｅｎｅ ｍｅｔｈｙｌｅｎｅ ｌｉｎｋａｇｅ）からなる群から選択されたいずれか一つであってもよい。
前記電極組立体は活物質コーティング部および活物質非コーティング部を含み、前記集電板は前記活物質非コーティング部に溶接され、前記光吸収部材は前記活物質非コーティング部に結合してもよい。
前記電極組立体は、第１電極板、第２電極板、および、前記第１、第２電極板の間に介在したセパレータにより構成される積層体からなり、前記集電板は前記活物質非コーティング部の前記積層体を積層する方向に垂直な方向又は前記積層体を巻き取る軸方向の端部に溶接され、前記光吸収部材は前記積層体を積層する方向に垂直な方向又は前記積層体を巻き取る軸方向に対して垂直方向に位置してもよい。
前記活物質コーティング部は前記光吸収部材によって前記集電板から隔離されてもよい。
前記電極組立体は前記活物質コーティング部に密着したセパレータをさらに含み、前記セパレータは前記光吸収部材によって前記集電板から隔離されてもよい。
前記電極組立体は、第１電極板、第２電極板、および、前記第１、第２電極板の間に介在したセパレータにより構成される積層体からなり、前記集電板は、前記端子に連結された第１領域、前記第１領域から延長され、前記電極組立体のうち前記活物質非コーティング部の前記積層体を積層する方向に垂直な方向又は前記積層体を巻き取る軸方向の端部に溶接された第２領域、および前記第１領域と前記第２領域との間に形成された折り曲げ領域を含んでもよい。
前記電極組立体は、第１電極板、第２電極板、および、前記第１、第２電極板の間に介在したセパレータにより構成される積層体からなり、前記活物質非コーティング部は、前記積層体を積層する方向に垂直な方向又は前記積層体を巻き取る軸方向に対して水平な第１領域、前記集電板の前記活物質非コーティング部が溶接される面に対して垂直な第２領域、および前記第１領域と前記第２領域との間に形成された折り曲げ領域を含んでもよい。
前記電極組立体は、第１電極板、第２電極板、および、前記第１、第２電極板の間に介在したセパレータにより構成される積層体からなり、前記集電板は前記積層体を積層する方向に垂直な方向又は前記積層体を巻き取る軸方向に対して垂直な方向の面を有してもよい。
前記電極組立体は、第１活物質コーティング部と第１活物質非コーティング部とを含む第１電極板、第２活物質コーティング部と第２活物質非コーティング部とを含む第２電極板、および、前記第１、第２電極板の間に介在したセパレータを含み、前記光吸収部材は、前記第１活物質非コーティング部に結合した第１光吸収部材、および前記第２活物質非コーティング部に結合した第２光吸収部材を含んでもよい。
前記集電板と電極組立体とのレーザ溶接の際、前記第１光吸収部材によって前記第１電極板の第１活物質コーティング部、第２電極板の第２活物質コーティング部およびセパレータ側にレーザの流入が遮断されてもよい。
前記集電板と電極組立体とのレーザ溶接の際、前記第２光吸収部材によって前記第１電極板の第１活物質コーティング部、第２電極板の第２活物質コーティング部およびセパレータ側にレーザの流入が遮断されてもよい。
以上説明したように本発明によれば、レーザビームによって集電板が電極組立体に溶接されるとき、レーザビームおよび／またはスパッタが電極組立体の内部に流入しないようにして電極板組立の内部に不具合を生ずることを防止することが可能である。
以下、添付図面を参照して本発明の望ましい実施例を詳しく説明する。
本発明の実施例は当該技術分野において通常の知識を有する者に本発明をより完全に説明するために提供されるものであり、下記実施例は様々な他の形態に変形することができ、本発明の範囲が下記実施例に限定されるものではない。むしろ、これら実施例は本開示をより充実かつ完全になるようにし、当業者に本発明の思想を完全に伝達するために提供されるものである。
本発明の実施例は当該技術分野において通常の知識を有する者に本発明をより完全に説明するために提供されるものであり、下記実施例は様々な他の形態に変形することができ、本発明の範囲が下記実施例に限定されるものではない。むしろ、これら実施例は本開示をより充実かつ完全になるようにし、当業者に本発明の思想を完全に伝達するために提供されるものである。
また、以下の図面において、各層の厚さや大きさは説明の便宜および明確性のために誇張されたものであり、図面上で同一符号は同一な要素を示す。本明細書で用いられたように、‘および／または’という用語は当該記載された項目のうちいずれか一つおよび一つ以上のすべての組み合わせを含む。
本明細書で用いられる用語は、特定の実施例を説明するために用いられ、本発明を限定しようとするものではない。本明細書に用いられたように、単数形は文脈上異なる場合を明白に指摘するものでない限り、複数形を含むことができる。また、本明細書で用いられる‘含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）’および／または‘含んでいる（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）’は言及された形状、数字、段階、動作、部材、要素および／またはこれらの組み合わせが存在することを特定するものであり、一つ以上の他の形状、数字、段階、動作、部材、要素および／またはこれらの組み合わせの存在または付加を排除するものではない。
本明細書で第１、第２などの用語が多様な部材、部品、領域、層および／または部分を説明するために用いられるが、これら部材、部品、領域、層および／または部分は、前記用語によって限定されてはならないということは明らかであろう。前記用語は一つの部材、部品、領域、層または部分を他の部材、部品、領域、層または部分から区別する目的にのみ用いられる。したがって、以下に説明する第１部材、部品、領域、層または部分は、本発明の思想を外れなくても第２部材、部品、領域、層または部分を指称することができる。
図１ａは本発明の一実施例による２次電池を示した斜視図であり、図１ｂは図１ａの第１端子１７０ａ及び第２端子１７０ｂを通りキャッププレート１６０に垂直な１ｂ−１ｂ線断面図であり、図１ｃは図１ａの１ｂ−１ｂ線断面及びキャッププレート１６０に垂直な１ｃ−１ｃ線断面図であり、図１ｄは集電板およびその周辺構造を示した部分斜視図である。また、図２は本発明の一実施例による集電板と電極組立体との溶接構造を示した断面図である。
図１ａ〜図１ｄ及び図２に示されているように、本発明の一実施例による２次電池１００はケース１１０、電極組立体１２０、第１集電板１３０ａ、第１光吸収部材１４０ａ、第１絶縁部材１５０ａ、第２集電板１３０ｂ、第２光吸収部材１４０ｂ、第２絶縁部材１５０ｂ、キャッププレート１６０、第１端子１７０ａおよび第２端子１７０ｂを含む。
ここで、図１ｃを参照すれば、電極組立体１２０は一つが示されているが、これよりも多くの個数が存在してもよい。また、ケース１１０はカン（ｃａｎ）と称することがあり、場合によってはキャッププレート１６０を含む概念であり得る。
ケース１１０はほぼ平らで互いに向き合う一対の長側壁１１１ａ、１１１ｂ、前記長側壁１１１ａ、１１１ｂを連結し互いに向き合う一対の短側壁１１２ａ、１１２ｂ、および前記長側壁１１１ａ、１１１ｂと前記短側壁１１２ａ、１１２ｂとを連結する一つの底壁１１３を含む。ここで、長側壁の面積は短側壁の面積より相対的に大きい。また、ケース１１０は上部の開放された領域がキャッププレート１６０で密閉される。このようなケース１１０には電極組立体１２０が電解液と共に収容される。また、ケース１１０はアルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金、鉄、鉄合金、ステンレススチールおよびその等価物の中から選択されたいずれか一つからなるが、これらに限定されるものではない。
電極組立体１２０は、長側壁１１１ａ、１１１ｂに対向し、ほぼ平らで互いに向き合う一対の長側面１２０ａ、１２０ｂと、底壁１１３に対向し、長側面１２０ａ、１２０ｂを連結し互いに向き合う一対の短側面１２０ｃ、１２０ｄとを含む。ここで、長側面１２０ａ、１２０ｂの面積は短側面１２０ｃ、１２０ｄの面積に比べて相対的に広い。
また、電極組立体１２０の第１活物質がコーティングされない第１活物質非コーティング部１２１ａ（第１無地部）、および第２活物質がコーティングされない第２活物質非コーティング部１２２ａ（第２無地部）は互いにセパレータ１２３に対して反対方向に一定の長さ突出されている。つまり、第１活物質非コーティング部１２１ａは長側面１２０ａ、１２０ｂおよび短側面１２０ｃ、１２０ｄに平行に一側方向に一定の長さ突出し、第２活物質非コーティング部１２２ａは長側面１２０ａ、１２０ｂおよび短側面１２０ｃ、１２０ｄに平行に前記一側方向の反対である他側方向に一定の長さ突出している。また、電極組立体１２０の第１活物質非コーティング部１２１ａおよび第２活物質非コーティング部１２２ａはそれぞれケース１１０に具備された短側壁１１２ａ、１１２ｂに向かって突出されている。
さらに、電極組立体１２０は薄い板型あるいは膜型からなる第１電極板１２１、第２電極板１２２、および第１、第２電極板１２１、１２２の間に介在したセパレータ１２３の積層体が巻き取られるか、または重なって形成される。ここで、第１電極板１２１は正極として動作することができ、第２電極板１２２は陰極として動作することができる。もちろん、その逆も可能である。
第１電極板１２１はアルミニウムまたはアルミニウム合金のような金属箔からなる第１電極集電体１２１ｂに遷移金属酸化物などの第１電極活物質１２１ｃ（場合によっては、第１活物質コーティング部という）が塗布されて形成され、第１活物質が塗布されない領域である第１活物質非コーティング部１２１ａを含む。第１活物質非コーティング部１２１ａは第１電極板１２１と第１集電板１３０ａとの間の電流の通路となる。なお、本発明において本実施例は前記第１電極板１２１の材質を限定するものではない。
第２電極板１２２は銅、銅合金またはニッケルのような金属箔からなる第２電極集電体１２２ｂに黒鉛または炭素などの第２電極活物質１２２ｃ（場合によっては、第２活物質コーティング部という）が塗布されて形成され、第２活物質が塗布されない領域である第２活物質非コーティング部１２２ａを含む。第２活物質非コーティング部１２２ａは第２電極板１２２と第２集電板１３０ｂとの間の電流の通路となる。なお、本発明において本実施例は前記第２電極板１２２の材質を限定するものではない。このような第１電極板１２１および第２電極板１２２は極性を異にして配置されることができる。
セパレータ１２３は第１電極板１２１と第２電極板１２２との間に位置して相互間で短絡を防止しリチウムイオンの移動を可能にする役割を果たし、ポリエチレンやポリプロピレンやポリエチレンとポリプロピレンの複合フイルムからなる。なお、本発明において本実施例は前記セパレータ１２３の材質を限定するものではない。
このような電極組立体１２０は前述のように電解液と共にケース１１０に収容される。前記電解液はＥＣ（ｅｔｈｙｌｅｎｅ ｃａｒｂｏｎａｔｅ）、ＰＣ（ｐｒｏｐｙｌｅｎｅ ｃａｒｂｏｎａｔｅ）、ＤＥＣ（ｄｉｅｔｈｙｌ ｃａｒｂｏｎａｔｅ）、ＥＭＣ（ｅｔｈｙｌ ｍｅｔｈｙｌ ｃａｒｂｏｎａｔｅ）、ＤＭＣ（ｄｉｍｅｔｈｙｌ ｃａｒｂｏｎａｔｅ）のような有機溶媒にＬｉＰＦ６、ＬｉＢＦ４のようなリチウム塩からなることができる。また、前記電解液は液体、固体またはゲル状であり得る。
第１光吸収部材１４０ａは第１活物質非コーティング部１２１ａに結合している。つまり、第１光吸収部材１４０ａは多数の第１活物質非コーティング部１２１ａがなす空間で第１活物質非コーティング部１２１ａに挟まれている。このようにして、第１光吸収部材１４０ａの一側に位置した第１電極板１２１の第１活物質１２１ｃ、セパレータ１２３および第２電極板１２２は第１光吸収部材１４０ａを通じて外側に露出しない。言い換えれば、第１電極板１２１の第１活物質１２１ｃ、セパレータ１２３および第２電極板１２２は第１光吸収部材１４０ａによって第１集電板１３０ａから隔離される。したがって、後述する第１集電板１３０ａと第１活物質非コーティング部１２１ａの間のレーザ溶接工程で、レーザビームおよびスパッタなどが第１電極板１２１の第１活物質１２１ｃ、セパレータ１２３および第２電極板１２２に流入しない。
一方、第１光吸収部材１４０ａは電気的に絶縁体であり得る。さらに、後述するレーザ溶接工程でレーザビームの吸収率が高くなるように第１光吸収部材１４０ａの色は黒色系であり得る。ただし、本発明はこのような色相に限定されるものではない。
具体的に、第１光吸収部材１４０ａはＰＰ（ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ）、ＰＥ（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ）、ＥＰＤＭ（ｅｔｈｙｌｅｎｅ ｐｒｏｐｙｌｅｎｅ ｄｉｅｎｅ ｍｅｔｈｙｌｅｎｅ ｌｉｎｋａｇｅ）およびその等価物からなる群から選択されたいずれか一つであり得る。ただし、本発明はこのような材質に限定されるものではない。一例として、電解液と反応しない材料であれば、第１光吸収部材１４０ａとして用いられる。
第１集電板１３０ａはケース１１０の内側に位置し、第１端子１７０ａと電極組立体１２０の間に電気的に接続する。具体的に、第１集電板１３０ａは第１端子１７０ａに電気的に連結されるほぼ平らな第１領域１３１ａ、第１領域１３１ａから折り曲げられて電極組立体１２０の第１活物質非コーティング部１２１ａに電気的に連結されるほぼ平らな第２領域１３２ａ、そして第１領域１３１ａと第２領域１３２ａとの間に形成された折り曲げ領域１３３ａを含む。さらに、第２領域１３２ａには最外郭の第１活物質非コーティング部１２１ａを囲むように第２領域１３２ａから折り曲げられた第３領域１３４ａをさらに形成することができる。
ここで、第１集電板１３０ａのうち平らな第２領域１３２ａは第１活物質非コーティング部１２１ａの積層体を積層する方向に垂直な方向又は積層体を巻き取る軸方向（以下、第１方向と呼ぶ。）の端部に溶接される。このため、第１集電板１３０ａのうち平らな第２領域１３２ａの面は上記第１方向に対してほぼ垂直であってもよい。また、第１集電板１３０ａのうち第２領域１３２ａと第１活物質非コーティング部１２１ａの上記第１方向の端部とをレーザ溶接する際にレーザ溶接を妨害しないように、第１光吸収部材１４０ａは上記第１方向に対してほぼ垂直に位置することができる。
また、第１集電板１３０ａのうち第１領域１３１ａにはほぼ四角形状のヒューズホール１３５ａが形成され、また、ヒューズホール１３５ａの両側には相対的に断面積が小さい一対のヒューズ部１３６ａが形成される。つまり、ヒューズ部１３６ａの幅は第１領域１３１ａまたは第２領域１３２ａの幅より小さく形成される。図においてはヒューズ部１３６ａの形成のために第１領域１３１ａに貫通ホールが形成されたことを示しているが、切開部の形成も可能である。このようなヒューズ部１３６ａは２次電池１００の外部短絡または過充電時に流れる過電流によって発生する熱で溶融することによって、充電および／または放電電流を遮断する役割を果たす。もちろん、これによって２次電池１００の安全性が向上する。
また、第１集電板１３０ａのうち第１領域１３１ａには後述する第１端子１７０ａの締結領域１７１ａおよび結合突起１７４ａが結合する結合ホール１３７ａ、１３８ａを形成することができる。
ここで、第１集電板１３０ａはアルミニウム、アルミニウム合金、チタニウム、ステンレス、金、タンタル、ニオビウム、ハフニウム、ジルコニウム、バナジウム、インジウム、コバルト、タングステン、錫、ベリリウム、モリブデンまたはこれらの合金を含むことができる。ただし、本発明はこれらに限定されるものではない。一例として、第１集電板１３０ａがアルミニウムからなる場合、ヒューズ部１３６ａもアルミニウムからなる。アルミニウムの場合、溶融点がほぼ６５９℃であるため、過電流によってヒューズ部１３６ａの温度がほぼ６５９℃に到達すれば、ヒューズ部１３６ａは自然に溶融して切れる。
第１絶縁部材１５０ａは第１集電板１３０ａの第１領域１３１ａをほぼ囲む形状である。具体的に、第１絶縁部材１５０ａはキャッププレート１６０と第１集電板１３０ａの第１領域１３１ａの間に位置し、第１端子１７０ａの締結領域１７１ａ、フランジ１７３ａ、および第１集電板１３０ａの第１領域１３１ａを囲む。さらに具体的に、第１絶縁部材１５０ａは第１集電板１３０ａの第１領域１３１ａおよび第１端子１７０ａのフランジ１７３ａと、キャッププレート１６０の間に介在した上部領域１５１ａ、そして第１集電板１３０ａの第１領域１３１ａのうち側部領域、第１端子１７０ａの締結領域１７１ａおよびフランジ１７３ａの側部領域を囲むほぼ４つの側部領域１５２ａを含む。このような第１絶縁部材１５０ａは電解液と反応しないＰＰＳ（Ｐｏｌｙｐｈｅｎｙｌｅｎｅ Ｓｕｌｆｉｄｅ）およびその等価物の中から選択されたいずれか一つからなるが、本発明はこのような材質に限定されるものではない。
キャッププレート１６０は第１端子１７０ａが外部に露出または突出するようにしながら、前記ケース１１０の開放された領域を覆う。もちろん、前記ケース１１０とキャッププレート１６０との境界はレーザビームで溶接することができる。さらに、キャッププレート１６０には電解液の注液口１６１が形成され、このような注液口はキャップ１６２で塞ぐことができ、相対的に薄い厚さを有する安全ベント１６３を形成することもできる。実質的に、このようなキャッププレート１６０はケース１１０と同一材質からなることができる。
第１端子１７０ａは第１集電板１３０ａに電気的に連結され、キャッププレート１６０を貫通して外側に延長される。つまり、第１端子１７０ａは第１集電板１３０ａの第１領域１３１ａに結合し、第１絶縁部材１５０ａおよびキャッププレート１６０を貫通して外側に延長される。このような第１端子１７０ａは第１集電板１３０ａの第１領域１３１ａに具備された結合ホール１３７ａに電気的および機構的に結合し、柱形状の締結領域１７１ａと、ケース１１０またはキャッププレート１６０の外側の締結領域１７１ａに固定されバスバー（図示せず）などが結合する固定領域１７２ａを含む。また、締結領域１７１ａのうちケース１１０またはキャッププレート１６０の内側には水平方向に延長された板状のフランジ１７３ａがさらに形成され、このようなフランジ１７３ａは下部に延長されて第１集電板１３０ａの第１領域１３１ａに具備されたまた他の結合ホール１３８ａに結合する結合突起１７４ａを含む。ここで、フランジ１７３ａの上面が第１絶縁部材１５０ａの上部領域１５１ａに密着し、第１集電板１３０ａのヒューズ部１３６ａおよび折り曲げ領域１３３ａなどは前述した第１絶縁部材１５０ａに形成された４つの側部領域１５２ａがなす空間に収容される。
ここで、第１端子１７０ａをなす締結領域１７１ａ、固定領域１７２ａ、フランジ１７３ａおよび結合突起１７４ａなどはいずれもアルミニウム、アルミニウム合金およびその等価物の中から選択されたいずれか一つであることができるが、本発明はこのような材質に限定されるものではない。
さらに、キャッププレート１６０の上方の締結領域１７１ａは固定領域１７２ａに結合した後リベッティングまたは溶接され、キャッププレート１６０の下方の締結領域１７１ａおよび結合突起１７４ａは第１集電板１３０ａの第１領域１３１ａに具備された結合ホール１３７ａ、１３８ａに結合した後リベッティングまたは溶接される。
さらに、キャッププレート１６０の上方の締結領域１７１ａは固定領域１７２ａに結合した後リベッティングまたは溶接され、キャッププレート１６０の下方の締結領域１７１ａおよび結合突起１７４ａは第１集電板１３０ａの第１領域１３１ａに具備された結合ホール１３７ａ、１３８ａに結合した後リベッティングまたは溶接される。
また、第１端子１７０ａのうち締結領域１７１ａがキャッププレート１６０を貫通するが、その外周縁にはシールガスケット１８１ａをさらに形成することができる。したがって、第１端子１７０ａはキャッププレート１６０から絶縁されてもよい。一例として、シールガスケット１８１ａは電解液と反応しないＰＦＡ（Ｐｅｒｆｌｕｏｒｏａｌｋｏｘｙ）とすることができるが、本発明はこのような材質に限定されるものではない。
さらに、固定領域１７２ａとケース１１０との間には上部絶縁部１８２ａが介在する。このような上部絶縁部１８２ａはシールガスケット１８１ａに密着することもできる。このような上部絶縁部１８２ａは第１固定領域１７２ａとキャッププレート１６０とを絶縁させる。一例として、上部絶縁部１８２ａはＰＰＳ（Ｐｏｌｙｐｈｅｎｙｌｅｎｅ Ｓｕｌｆｉｄｅ）とすることができるが、本発明はこれに限定されるものではない。また、ケース１１０およびキャッププレート１６０が正極に帯電した電池の場合には固定領域１７２ａとキャッププレート１６０が示されていない高抵抗部材を通して相互間で電気的に接続することもできる。
一方、第２集電板１３０ｂ、第２光吸収部材１４０ｂおよび第２端子１７０ｂの構造は基本的に前述した第１集電板１３０ａ、第１光吸収部材１４０ａおよび第１端子１７０ａの構造と同一または類似する。さらに、第２集電板１３０ｂにはヒューズホール１３５ｂおよびヒューズ部１３６ｂが存在する。もちろん、場合によってはヒューズホール１３５ｂおよびヒューズ部１３６ｂは存在しないこともある。
ただし、第２光吸収部材１４０ｂは第２活物質非コーティング部１２２ａに結合している。つまり、第２光吸収部材１４０ｂは多数の第２活物質非コーティング部１２２ａがなす空間で第２活物質非コーティング部１２２ａに挟まれている。このようにして、第２光吸収部材１４０ｂの一側に位置した第２電極板１２２の第２活物質１２２ｃ、セパレータ１２３および第１電極板１２１は第２光吸収部材１４０ｂを通じて外側に露出しない。言い換えれば、第２電極板１２２の第２活物質１２２ｃ、セパレータ１２３および第１電極板１２１は第２光吸収部材１４０ｂによって第２集電板１３０ｂから隔離される。したがって、後述する第２集電板１３０ｂと第２活物質非コーティング部１２２ｂの間のレーザ溶接工程でレーザビームおよびスパッタなどが第２電極板１２２の第２活物質１２２ｃ、セパレータ１２３および第１電極板１２１に流入しない。
また、第１光吸収部材１４０ａおよび第２光吸収部材１４０ｂは互いに反対方向に一定の長さ延長されている。つまり、第１光吸収部材１４０ａは電極組立体１２０の長側面１２０ａ、１２０ｂおよび短側面１２０ｃ、１２０ｄに平行に一側方向に一定の長さ延長され、第２光吸収部材１４０ｂは電極組立体１２０の長側面１２０ａ、１２０ｂおよび短側面１２０ｃ、１２０ｄに平行に前記一側方向の反対である他側方向に延長されている。また、第１光吸収部材１４０ａおよび第２光吸収部材１４０ｂはそれぞれケース１１０に具備された短側壁１１２ａ、１１２ｂに向かって延長されている。
一方、電極組立体１２０のうち最外郭の活物質非コーティング部１２１ａ、１２２ａの外側には、図２に示されているように、光吸収部材１４０ａ、１４０ｂが位置したり（図２の右側領域を参照）または位置しない（図２の左側領域を参照）ことがある。このような最外郭の光吸収部材１４０ａ、１４０ｂは集電板１３０ａ、１３０ｂの大きさやデザインによって存在したり存在しないことがあるが、本発明はこれに限定されない。
以下、第１集電板１３０ａおよび第２集電板１３０ｂ、第１光吸収部材１４０ａおよび第２光吸収部材１４０ｂの形状は同一または類似するので、第１集電板１３０ａおよび第１光吸収部材１４０ａを中心に説明する。
以下、第１集電板１３０ａおよび第２集電板１３０ｂ、第１光吸収部材１４０ａおよび第２光吸収部材１４０ｂの形状は同一または類似するので、第１集電板１３０ａおよび第１光吸収部材１４０ａを中心に説明する。
図３は本発明のまた他の実施例による集電板と電極組立体との溶接構造を示した断面図である。
図３に示されているように、第１活物質非コーティング部１２１ａは上記第１方向に対してほぼ水平な第１領域１２１ａ_ａ、第１集電板１３０ａのうち平らな第２領域１３２ａの面に対してほぼ垂直な第２領域１２１ａ_ｃ、および第１領域１２１ａ_ａと第２領域１２１ａ_ｃとの間に形成された折り曲げ領域１２１ａ_ｂを含むことができる。例えば、スタックされた二つの第１電極板１２１の間には一つの第２電極板１２２と、二つのセパレータ１２３が介在するため、スタックされた二つの第１活物質非コーティング部１２１ａの間に第１光吸収部材１４０ａを介在しても、二つの第１活物質非コーティング部１２１ａがなす厚さは電極組立体１２０の全厚さより相対的に小さくなることがある。したがって、図３に示されているように、第１活物質非コーティング部１２１ａおよび第１光吸収部材１４０ａが加圧され、これによって、第１活物質非コーティング部１２１ａおよび第１光吸収部材１４０ａがなす厚さは電極組立体１２０の全厚さより相対的に薄くなることがある。もちろん、これによって第１集電板１３０ａの幅も電極組立体１２０の全厚さに比べて相対的に小さく設計される。
図４は本発明の一実施例による２次電池のうち電極組立体の巻き取り方法を示した斜視図である。
図４に示されているように、２次電池１００の製造工程の中で１つの第１電極板１２１、１つの第２電極板１２２、および２つのセパレータ１２３が具備される。
ここで、第１電極板１２１は第１活物質コーティング部１２１ｃおよび第１電極板１２１の一側の縁部に形成される第１活物質非コーティング部１２１ａを有し、第１活物質非コーティング部１２１ａの上面および／または下面には第１光吸収部材１４０ａが位置し、または付着する。また、第１光吸収部材１４０ａの幅は第１活物質非コーティング部１２１ａの幅と同一または小さくてもよい。もちろん、第１集電板１３０ａとの容易な溶接のために第１活物質非コーティング部１２１ａの端部は第１光吸収部材１４０ａを通じて外部に露出する。
また、第２電極板１２２は第２活物質コーティング部１２２ｃおよび第２電極板１２２の一側の縁部に形成される第２活物質非コーティング部１２２ａを有し、第２活物質非コーティング部１２２ａの上面および／または下面には第２光吸収部材１４０ｂが位置し、または付着する。また、第２光吸収部材１４０ｂの幅は第２活物質非コーティング部１２２ａの幅と同一または小さくてもよい。もちろん、第２集電板１２２との容易な溶接のために第２活物質非コーティング部１２２ａの端部は第２光吸収部材１４０ｂを通じて外側に露出する。
一方、第２電極板１２２の上面と下面にそれぞれ位置した二つのセパレータ１２３の上記縁部の延在する方向の長さを第１、第２電極板１２１、１２２の上記各々の縁部の延在する方向の長さよりさらに長く形成することによって、電極組立体１２０の最外郭がセパレータ１２３で囲まれ、よって２次電池１００の安全性が向上する。
最後に、このような構造体の上部の一側端にワインダ１９０が密着し、例えば、ワインダ１９０が上記縁部の延在する方向に回転することによって、図２に示されたような巻き取られた電極組立体１２０が得られる。
図５ａ〜図５ｄは本発明の一実施例による２次電池のうち集電板と電極組立体との溶接方法を示した断面図である。
図５ａに示されているように、電極組立体１２０の巻取り前に第１光吸収部材１４０ａは第１活物質非コーティング部１２１ａの下面に位置し、第２光吸収部材１４０ｂは第２活物質非コーティング部１２２ａの下面に位置する。逆に、電極組立体１２０の巻取り前に第１光吸収部材１４０ａは第１活物質非コーティング部１２１ａの上面に位置してもよく、第２光吸収部材１４０ｂは第２活物質非コーティング部１２２ａの上面に位置してもよい。また、電極組立体１２０の巻取り前に第１光吸収部材１４０ａは第１活物質非コーティング部１２１ａの上面および下面に位置してもよく、第２光吸収部材１４０ｂは第２活物質非コーティング部１２２ａの上面および下面に位置してもよい。
図５ｂに示されているように、電極組立体１２０の巻取り後に、例えば、第１光吸収部材１４０ａは２つの第１活物質非コーティング部１２１ａの間に介在する。もちろん、第１活物質非コーティング部１２１ａの端部は第１光吸収部材１４０ａを通じて外側に露出する。さらに、このような第１光吸収部材１４０ａを通じて、第１電極板１２１の第１活物質コーティング部１２１ｃ、セパレータ１２３および第２電極板１２２が外側に露出しなくなる。
図５ｃに示されているように、電極組立体１２０の巻取り後に、第１集電板１３０ａが第１活物質非コーティング部１２１ａに結合する。つまり、第１集電板１３０ａのうち上記第１方向に対してほぼ垂直方向の面を有するほぼ平らな第２領域１３２ａが第１活物質非コーティング部１２１ａおよび第１光吸収部材１４０ａに密着する。さらに、第１集電板１３０ａのうち第３領域１３４ａは最外郭の第１活物質非コーティング部１２１ａに密着する。
図５ｄに示されているように、第１集電板１３０ａのうち平らな第２領域１３２ａにレーザビームが入射される。このとき、レーザビームの入射方向が上記第１方向に対してほぼ水平方向をなす。したがって、第１集電板１３０ａのうち平らな第２領域１３２ａおよび第１活物質非コーティング部１２１ａの端部が溶融および冷却されながら相互間で溶接される。このとき、レーザビームが第１集電板１３０ａのうち平らな第２領域１３２ａを通過しても、第１光吸収部材１４０ａがこれを吸収することによって、レーザビームおよび／またはスパッタが第１電極板１２１の第１活物質コーティング部１２１ｃ、セパレータ１２３および第２電極板１２２に入射されない。
したがって、レーザビームおよび／またはスパッタによるセパレータ１２３および／または第１、第２電極板１２１、１２２の損傷現象および内部短絡現象が防止できる。
さらに、レーザビームによる溶接方向が上記第１方向に垂直方向ではなく、上記第１方向にほぼ水平方向になることによって、電極組立体１２０の内部マージン（つまり、第１活物質コーティング部１２１ｃの面積）が増加するだけでなく、第１集電板１３０ａのデザインが単純化され、製造工程数が低減される。
図６ａ〜図６ｄは本発明の他の実施例による２次電池のうち集電板と電極組立体との溶接方法を示した断面図である。
図６ａに示されているように、バラの第１光吸収部材１４０ａの厚さは第１電極板１２１または第２電極板１２２の厚さと同程度とすることができる。また、第１光吸収部材１４０ａの厚さはセパレータ１２３の厚さと同程度とすることができる。さらに、このような第１光吸収部材１４０ａは第１活物質非コーティング部１２１ａの上面および／または下面に位置する。
このようにして、第１活物質非コーティング部１２１ａの折り曲げ前には隣接した第１光吸収部材１４０ａが相互間で接触せずに離隔できる。
図６ｂに示されているように、第１活物質非コーティング部１２１ａの加圧工程によって、第１活物質非コーティング部１２１ａの間の距離が最小化され、したがって、隣接した第１光吸収部材１４０ａが相互で間密着できる。もちろん、このような加圧工程によって第１活物質非コーティング部１２１ａの全体的な厚さは電極組立体１２０の全体的な厚さに比べて薄くなる。
図６ｃに示されているように、圧縮された第１活物質非コーティング部１２１ａに第１集電板１３０ａが結合する。このとき、第１集電板１３０ａの平らな第２領域１３２ａは第１活物質非コーティング部１２１ａの端部に接触し、また、第３領域１３４ａは最外郭の第１活物質非コーティング部１２１ａまたは最外郭の第１光吸収部材１４０ａに密着する。
図６ｄに示されているように、レーザビームが第１集電板１３０ａの第２領域１３２ａに入射される。つまり、レーザビームが上記第１方向にほぼ水平方向に入射される。したがって、第１集電板１３０ａの第２領域１３２ａおよび第１活物質非コーティング部１２１ａが溶融および冷却されながら相互間で電気的に連結される。
もちろん、このとき、レーザビームおよび／またはスパッタは第１光吸収部材１４０ａによって第１電極板１２１の第１活物質コーティング部１２１ｃ、セパレータ１２３および第２電極板１２２に流入せず、したがって、第１、第２電極板１２１、１２２、およびセパレータ１２３の損傷現象が防止され、また、第１、第２電極板１２１、１２２の内部短絡が防止される。さらに、第１活物質非コーティング部１２１ａの加圧工程によって第１活物質非コーティング部１２１ａおよび第１光吸収部材１４０ａがなす厚さを低減することによって、これに接続する第１集電板１３０ａつまり、平らな第２領域１３２ａの幅も低減できる。
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 次電池
１１０ ケース
１１１ａ、１１１ｂ 長側壁
１１２ａ、１１２ｂ 短側壁
１１３ 底壁
１２０ 電極組立体
１２０ａ、１２０ｂ 長側面
１２０ｃ、１２０ｄ 短側面
１２１ 第１電極板
１２１ａ 第１活物質非コーティング部
１２１ｂ 第１電極集電体
１２１ｃ 第１活物質
１２２ 第２電極板
１２２ａ 第２活物質非コーティング部
１２２ｂ 第２電極集電体
１２２ｃ 第２活物質
１２３ セパレータ
１３０ａ 第１集電板
１３０ｂ 第２集電板
１３１ａ 第１領域
１３２ａ 第２領域
１３３ａ 折り曲げ領域
１３４ａ 第３領域
１３５ａ ヒューズホール
１３５ｂ ヒューズホール
１３６ａ ヒューズ部
１３６ｂ ヒューズ部
１３７ａ 結合ホール
１３８ａ 結合ホール
１４０ａ 第１光吸収部材
１４０ｂ 第２光吸収部材
１５０ａ 第１絶縁部材
１５０ｂ 第２絶縁部材
１５１ａ 上部領域
１５２ａ 側部領域
１６０ キャッププレート
１６１ 注液口
１６２ キャップ
１６３ 安全ベント
１７０ａ 第１端子
１７０ｂ 第２端子
１７１ａ 締結領域
１７２ａ 固定領域
１７３ａ フランジ
１７４ａ 結合突起
１８１ａ シールガスケット
１８２ａ 上部絶縁部
１１０ ケース
１１１ａ、１１１ｂ 長側壁
１１２ａ、１１２ｂ 短側壁
１１３ 底壁
１２０ 電極組立体
１２０ａ、１２０ｂ 長側面
１２０ｃ、１２０ｄ 短側面
１２１ 第１電極板
１２１ａ 第１活物質非コーティング部
１２１ｂ 第１電極集電体
１２１ｃ 第１活物質
１２２ 第２電極板
１２２ａ 第２活物質非コーティング部
１２２ｂ 第２電極集電体
１２２ｃ 第２活物質
１２３ セパレータ
１３０ａ 第１集電板
１３０ｂ 第２集電板
１３１ａ 第１領域
１３２ａ 第２領域
１３３ａ 折り曲げ領域
１３４ａ 第３領域
１３５ａ ヒューズホール
１３５ｂ ヒューズホール
１３６ａ ヒューズ部
１３６ｂ ヒューズ部
１３７ａ 結合ホール
１３８ａ 結合ホール
１４０ａ 第１光吸収部材
１４０ｂ 第２光吸収部材
１５０ａ 第１絶縁部材
１５０ｂ 第２絶縁部材
１５１ａ 上部領域
１５２ａ 側部領域
１６０ キャッププレート
１６１ 注液口
１６２ キャップ
１６３ 安全ベント
１７０ａ 第１端子
１７０ｂ 第２端子
１７１ａ 締結領域
１７２ａ 固定領域
１７３ａ フランジ
１７４ａ 結合突起
１８１ａ シールガスケット
１８２ａ 上部絶縁部
Claims (14)
- ケース、
前記ケースに収容された電極組立体、
前記電極組立体に結合した光吸収部材、
前記電極組立体に溶接され前記光吸収部材に密着した集電板、および、
前記集電板に連結され、前記ケースの外側に延長された端子を含むことを特徴とする２次電池。 - 前記光吸収部材は電気的に絶縁体であることを特徴とする請求項１に記載の２次電池。
- 前記光吸収部材の色は黒色であることを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の２次電池。
- 前記光吸収部材はＰＰ（ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ）、ＰＥ（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ）およびＥＰＤＭ（ｅｔｈｙｌｅｎｅ ｐｒｏｐｙｌｅｎｅ ｄｉｅｎｅ ｍｅｔｈｙｌｅｎｅ ｌｉｎｋａｇｅ）からなる群から選択されたいずれか一つであることを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の２次電池。
- 前記電極組立体は活物質コーティング部および活物質非コーティング部を含み、
前記集電板は前記活物質非コーティング部に溶接され、
前記光吸収部材は前記活物質非コーティング部に結合したことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の２次電池。 - 前記電極組立体は、第１電極板、第２電極板、および、前記第１、第２電極板の間に介在したセパレータにより構成される積層体からなり、
前記集電板は前記活物質非コーティング部の前記積層体を積層する方向に垂直な方向又は前記積層体を巻き取る軸方向の端部に溶接され、
前記光吸収部材は前記積層体を積層する方向に垂直な方向又は前記積層体を巻き取る軸方向に対して垂直方向に位置したことを特徴とする請求項５に記載の２次電池。 - 前記活物質コーティング部は前記光吸収部材によって前記集電板から隔離されることを特徴とする請求項５または６のいずれかに記載の２次電池。
- 前記電極組立体は前記活物質コーティング部に密着したセパレータをさらに含み、
前記セパレータは前記光吸収部材によって前記集電板から隔離されることを特徴とする請求項５〜７のいずれかに記載の２次電池。 - 前記電極組立体は、第１電極板、第２電極板、および、前記第１、第２電極板の間に介在したセパレータにより構成される積層体からなり、
前記集電板は、
前記端子に連結された第１領域、
前記第１領域から延長され、前記電極組立体のうち前記活物質非コーティング部の前記積層体を積層する方向に垂直な方向又は前記積層体を巻き取る軸方向の端部に溶接された第２領域、および
前記第１領域と前記第２領域との間に形成された折り曲げ領域を含むことを特徴とする請求項５〜８のいずれかに記載の２次電池。 - 前記電極組立体は、第１電極板、第２電極板、および、前記第１、第２電極板の間に介在したセパレータにより構成される積層体からなり、
前記活物質非コーティング部は、
前記積層体を積層する方向に垂直な方向又は前記積層体を巻き取る軸方向に対して水平な第１領域、
前記集電板の前記活物質非コーティング部が溶接される面に対して垂直な第２領域、および
前記第１領域と前記第２領域との間に形成された折り曲げ領域を含むことを特徴とする請求項５〜９のいずれかに記載の２次電池。 - 前記電極組立体は、第１電極板、第２電極板、および、前記第１、第２電極板の間に介在したセパレータにより構成される積層体からなり、
前記集電板は前記積層体を積層する方向に垂直な方向又は前記積層体を巻き取る軸方向に対して垂直な方向の面を有することを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の２次電池。 - 前記電極組立体は、
第１活物質コーティング部と第１活物質非コーティング部とを含む第１電極板、
第２活物質コーティング部と第２活物質非コーティング部とを含む第２電極板、および、
前記第１、第２電極板の間に介在したセパレータを含み、
前記光吸収部材は、
前記第１活物質非コーティング部に結合した第１光吸収部材、および
前記第２活物質非コーティング部に結合した第２光吸収部材を含むことを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載の２次電池。 - 前記集電板と電極組立体とのレーザ溶接の際、
前記第１光吸収部材によって前記第１電極板の第１活物質コーティング部、第２電極板の第２活物質コーティング部およびセパレータ側にレーザの流入が遮断されることを特徴とする請求項１２に記載の２次電池。 - 前記集電板と電極組立体とのレーザ溶接の際、
前記第２光吸収部材によって前記第１電極板の第１活物質コーティング部、第２電極板の第２活物質コーティング部およびセパレータ側にレーザの流入が遮断されることを特徴とする請求項１２または１３のいずれかに記載の２次電池。
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