JP2015228362A - 二次電池 - Google Patents

Abstract

【課題】二次電池を提供する。
【解決手段】二次電池は、第１電極と第２電極とを備える電極アセンブリと、電極アセンブリと電気的に連結される電極端子と、電極アセンブリを収納するケースと、ケースを密閉するようにケースの開口に設けられ、端子ホールが形成されたキャッププレートと、を含む。電極端子は、キャッププレートの端子ホールに設けられ、電極アセンブリと電気的に連結されるリベットターミナルと、キャッププレートの外側に配置され、リベットターミナルに電気的に連結されるプレートターミナルと、プレートターミナルの側部に延在するリードターミナルと、を含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、電極端子が部分的に変位（変形）可能な二次電池に関するものである。

二次電池（rechargeable battery）は、充電が不可能な一次電池とは異なり、充電および放電可能な電池である。低容量の二次電池は、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可能な小型電子機器に用いられ、大容量の電池は、ハイブリッド自動車などのモータ駆動用電源として幅広く用いられている。
代表的な二次電池には、ニッケル−カドミウム（Ｎｉ−Ｃｄ）電池とニッケル−水素（Ｎｉ−ＭＨ）電池、およびリチウム（Ｌｉ）電池とリチウムイオン（Ｌｉ−ｉｏｎ）二次電池などがある。特に、リチウムイオン二次電池は、携帯用電子装備の電源として多く使用されているニッケル−カドミウム電池や、ニッケル−水素電池よりも作動電圧が約３倍も高い。また、単位重量あたりのエネルギー密度が高いという面でも幅広く使用されている。
二次電池は、主に、正極活物質としてリチウム系酸化物、負極活物質としては炭素材を使用している。一般には、電解質の種類によって、液体電解質電池と、高分子電解質電池とに分類され、液体電解質を使用する電池をリチウムイオン電池といい、高分子電解質を使用する電池をリチウムポリマー電池という。
このような二次電池は、継続的な使用過程で二次電池が部分的に膨張するスウェリング（sewlling）が発生した場合、電極端子に連結されたバスバーの連結部分の破断が発生し得る問題がある。

本発明の一実施形態は、二次電池の電極端子がバスバーに連結される部分で破断が発生しないようにする二次電池を提供することを目的とする。

本発明の一実施形態は、第１電極と第２電極とを備える電極アセンブリと、電極アセンブリと電気的に連結される電極端子と、電極アセンブリを収納するケースと、ケースを密閉するようにケースの開口に設けられ、端子ホールが形成されたキャッププレートと、を含む。電極端子は、キャッププレートの端子ホールに設けられ、電極アセンブリと電気的に連結されるリベットターミナルと、キャッププレートの外側に配置され、リベットターミナルに電気的に連結されるプレートターミナルと、プレートターミナルの側部に延在するリードターミナルと、を含む。
リードターミナルには、プレートターミナルとの連結部分において溝形状の切欠が形成されてよい。
切欠は、リードターミナルの対向する周縁にそれぞれ形成されてよい。
リードターミナルは、弾性変形するアルミニウム材質で形成されてよい。
切欠は、リードターミナルの周縁から内部に引き込まれるように形成された多角溝であってよい。切欠は、リードターミナルの周縁から内部に引き込まれるように形成された三角溝であってよい。
切欠は、プレートターミナルとの連結部分の対向する周縁に少なくとも２個以上がそれぞれ形成されてよい。
プレートターミナルとリードターミナルとは、同一平面をなすとともに同一の厚さを有するように形成されてよい。

本発明の一実施形態によれば、電極端子は部分的に変位（変形）をすることが可能であり、二次電池の一部の変形が発生した場合でも、電極端子とバスバーとの連結部分で破断が発生しないようにすることにより、二次電池の安定性を向上させることができる。

本発明の第１実施形態にかかる二次電池を概略的に示した斜視図である。 図１をＩＩ−ＩＩ線に沿って切断した断面図である。 図１の電極端子にバスバーが連結された状態の平面図である。 多角溝形状の切欠が形成された、図１の電極端子を概略的に示した斜視図である。 多角溝形状の切欠が形成された、図１の電極端子を概略的に示した斜視図である。 切欠が形成された、本発明の第２実施形態にかかる電極端子を概略的に示した斜視図である。

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、様々な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は省略し、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を概略的に示した斜視図であり、図２は、図１をＩＩ−ＩＩ線に沿って切断した断面図であり、図３は、図１の電極端子にバスバーが連結された状態の平面図である。
図１〜図３に示されているように、本発明の一実施形態にかかる二次電池１００は、電流の充電および放電を行う電極アセンブリ１０と、電極アセンブリ１０と電気的に連結され、第１電極端子２１と第２電極端子２２とを含む電極端子２１、２２と、電極アセンブリ１０を収納するケース１５と、ケース１５を密閉するようにケース１５の開口に設けられ、端子ホールＨ１、Ｈ２が形成されたキャッププレート２０と、を含む。
例えば、電極アセンブリ１０は、絶縁体であるセパレータ１３の両面に第１電極（以下、「負極」という）１１と第２電極（以下、「正極」という）１２とを配置し、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って形成される。
負極１１および正極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の一方の端部に形成される。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の一方の端部に形成される。したがって、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。

例えば、ケース１５は、内部に電極アセンブリ１０および電解液を収容する空間を設定するように略直方体からなり、外部と内部空間とを連結する開口を直方体の一面に形成する。開口は、電極アセンブリ１０をケース１５の内部に挿入できるようにする。
キャッププレート２０は、ケース１５の開口に設けられることにより、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とは、アルミニウムで形成され、互いに溶接可能である。
また、キャッププレート２０は、電解液注入口２９と、ベントホール２４と、端子ホールＨ１、Ｈ２と、を備える。電解液注入口２９は、ケース１５にキャッププレート２０を結合した後、ケース１５の内部に電解液を注入できるようにする。電解液の注入後、電解液注入口２９は、密封キャップ２７で密封される。
ベントホール２４は、二次電池１００の内部圧力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溝２５ａを有することができる。
電極端子２１、２２は、負極端子２１および正極端子２２から構成されるものであって、キャッププレート２０の端子ホールＨ１、Ｈ２に設けられ、電極アセンブリ１０に電気的に連結される。つまり、負極端子２１は、電極アセンブリ１０の負極１１に電気的に連結され、正極端子２２は、電極アセンブリ１０の正極１２に電気的に連結される。したがって、電極アセンブリ１０は、負極端子２１および正極端子２２を通してケース１５の外部に引き出されてよい。

このような電極端子２１、２２を、より具体的に説明すれば、電極端子２１、２２は、キャッププレート２０の端子ホールＨ１、Ｈ２に設けられ、電極アセンブリ１０と電気的に連結されるリベットターミナル２１ａ、２２ａと、キャッププレート２０の内側においてリベットターミナル２１ａ、２２ａに一体的に広く形成されるフランジ２１ｂ、２２ｂと、キャッププレート２０の外側に配置され、リベットターミナル２１ａ、２２ａに電気的に連結されるプレートターミナル２１ｃ、２２ｃと、プレートターミナル２１ｃ、２２ｃの側部に延在するリードターミナル２１ｄ、２２ｄと、を含む。
リードターミナル２１ｄ、２２ｄは、電極端子２１、２２を構成するプレートターミナル２１ｃ、２２ｃの側部に一体的に突出して形成されてよい。リードターミナル２１ｄ、２２ｄは、プレートターミナル２１ｃ、２２ｃと同じアルミニウムなどの材質で形成されてよい。このようなリードターミナル２１ｄ、２２ｄは、バスバー３０が電気的に連結できる。リードターミナル２１ｄ、２２ｄとバスバー３０とは、溶接などによって電気的に連結されることを例として説明し、これに必ずしも限定されるものではなく、ボルトなどの所定の締結手段（図示せず）によって連結することも可能である。
リードターミナル２１ｄ、２２ｄがプレートターミナル２１ｃ、２２ｃの側部に突出して形成されることは、二次電池１００の継続的な使用によりスウェリング（swelling）が発生して、膨らんで変形する場合であっても、リードターミナル２１ｄ、２２ｄとバスバー３０との安定した結合状態を維持するためである。つまり、リードターミナル２１ｄ、２２ｄは、アルミニウムなどの可撓性材質で形成されることにより、部分的な変位（変形））を生じさせることができる。
したがって、二次電池１００の変形発生時に、リードターミナル２１ｄ、２２ｄとバスバー３０との連結部分を、プレートターミナル２１ｃ、２２ｃの位置に対して一側または他側の方向に弾性変形させることが可能であり、バスバー３０がリードターミナル２１ｄ、２２ｄから着脱することなく、または結合位置で損傷が発生することなく、安定した連結状態を維持することが可能である。本実施形態において、リードターミナル２１ｄ、２２ｄには、可撓性向上のために切欠２１ｅ、２２ｅが形成される。
切欠２１ｅ、２２ｅは、リードターミナル２１ｄ、２２ｄの周縁の対向する両側にそれぞれ形成されてよい。

図４は、多角溝形状の切欠が形成された図１の電極端子を概略的に示した斜視図であり、図５は、多角溝形状の切欠が形成された図１の電極端子を概略的に示した斜視図である。
図４および図５に示されているように、切欠２１ｅ、２２ｅは、リードターミナル２１ｄ、２２ｄの対向する周縁からその内側方向に溝の形状に引き込まれた多角溝形状に形成されてよい。したがって、リードターミナル２１ｄ、２２ｄは、切欠２１ｅ、２２ｅの形成された位置を中心とした一側または他側への弾性変形が容易となることにより、二次電池１００の変形が発生しても、リードターミナル２１ｄ、２２ｄとバスバー３０との安定した連結状態が維持できる。切欠２１ｅ、２２ｅは、図４に示されているような、多角溝形状に形成することを例として説明するが、図５に示されているような、三角溝形状に形成することも可能である。つまり、切欠２１ｅ、２２ｅは、リードターミナル２１ｄ、２２ｄとプレートターミナル２１ｃ、２２ｃとの連結部分において幅が狭くなる溝の形状をなすものであって、特定形状に限定されず、適切な溝の形状を適用可能である。
電極端子２１、２２は、リードターミナル２１ｄ、２２ｄの部分とプレートターミナル２１ｃ、２２ｃの部分とが同一平面をなす同一の厚さに形成されてよい。したがって、リードターミナル２１ｄ、２２ｄとプレートターミナル２１ｃ、２２ｃとの連結状態を安定的に維持した状態で、切欠２１ｅ、２２ｅの部分を中心として弾性変形が容易となるようにすることができる。
負極／正極ガスケット３６、３７は、負極／正極端子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、負極／正極端子２１、２２のリベットターミナル２１ａ、２２ａとキャッププレート２０との間をシーリングして電気的に絶縁する。
負極／正極ガスケット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在するように設けられ、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、負極／正極ガスケット３６、３７は、キャッププレート２０に負極／正極端子２１、２２を設けることにより、端子ホールＨ１、Ｈ２を通して電解液が漏れる（leak）のを防止する。

負極／正極集電タブ５１、５２は、負極／正極端子２１、２２を電極アセンブリ１０の負極／正極１１、１２にそれぞれ電気的に連結する。つまり、負極／正極集電タブ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）することにより、負極／正極集電タブ５１、５２は、フランジ２１ｂ、２２ｂに支持されながら、リベットターミナル２１ａ、２２ａの下端に連結される。
下部絶縁部材５３、５４は、負極／正極集電タブ５１、５２とキャッププレート２０との間にそれぞれ設けられ、負極／正極集電タブ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、下部絶縁部材５３、５４は、一側でキャッププレート２０に結合され、他側で負極／正極集電タブ５１、５２とリベットターミナル２１ａ、２２ａおよびフランジ２１ｂ、２２ｂを囲むので、これらの連結構造を安定させる。
負極端子２１側の上部絶縁部材３１は、プレートターミナル２１ｃとキャッププレート２０との間に設けられ、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、負極端子２１と電気的に絶縁された状態を維持する。
例えば、上部絶縁部材３１は、プレートターミナル２１ｃとキャッププレート２０との間に介在し、リベットターミナル２１ａを貫通させる。したがって、上部絶縁部材３１とプレートターミナル２１ｃとをリベットターミナル２１ａの上端に結合して上端をコーキングすることにより、上部絶縁部材３１とプレートターミナル２１ｃとは、リベットターミナル２１ａの上端に結合される。
一方、負極ガスケット３６は、リベットターミナル２１ａと上部絶縁部材３１との間にさらに延在するように設けられる。つまり、負極ガスケット３６は、リベットターミナル２１ａと上部絶縁部材３１との間のシーリングおよび電気絶縁をさらに補強する。

正極端子２２側のトッププレート３２は、導電性部材で形成され、プレートターミナル２２ｃとキャッププレート２０との間に設けられ、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、正極端子２２を通して電極アセンブリ１０に電気的に連結された状態を維持する。
例えば、トッププレート３２は、プレートターミナル２２ｃとキャッププレート２０との間に介在し、リベットターミナル２２ａを貫通させる。したがって、トッププレート３２とプレートターミナル２２ｃとをリベットターミナル２２ａの上端に結合して上端をコーキングすることにより、トッププレート３２とプレートターミナル２２ｃとは、リベットターミナル２２ａの上端に結合される。
一方、正極ガスケット３７は、リベットターミナル２２ａとトッププレート３２との間にさらに延在するように設けられる。つまり、正極ガスケット３７は、リベットターミナル２２ａとトッププレート３２とが電気的に直接連結されるのを防止する。つまり、リベットターミナル２２ａは、プレートターミナル２２ｃを通してトッププレート３２に電気的に連結され、トッププレート３２を通してキャッププレート２０に電気的に連結される。

図６は、切欠が形成された、本発明の第２実施形態にかかる電極端子を概略的に示した斜視図である。図１〜図５と同一の参照番号は、同一機能を有する同一部材を指す。以下、同一の参照番号については、その詳細な説明を省略する。
図６に示されているように、本発明の第２実施形態にかかる二次電池２００の電極端子１２１、１２２は、プレートターミナル１２１ｃ、１２２ｃの対向する周縁に少なくとも２個以上の切欠１２１ｅがそれぞれ形成されてよい。このように、電極端子１２１、１２２のリードターミナル１２１ｄ、１２２ｄとプレートターミナル１２１ｃ、１２２ｃとの間の位置の周縁それぞれに少なくとも２個以上形成されることにより、可撓性をより向上させ、二次電池の変形発生時であっても、変形の自由度がより向上し、電極端子１２１、１２２とバスバー３０とが安定的に連結できるようにすることができる。
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 第１電極
１１ａ、１２ａ コーティング部
１１ｂ、１２ｂ 無地部
１２ 第２電極
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、２２ｄ リードターミナル
２１ｅ、２２ｅ 切欠
２４ ベントホール
２５ ベントプレート
２５ａ 切欠溝
２９ 電解液注入口
３１ 上部絶縁部材
３２ トッププレート
３６ 負極ガスケット
３７ 正極ガスケット
５１ 負極集電タブ
５２ 正極集電タブ
５３、５４ 下部絶縁部材

Claims (8)

1. 第１電極と第２電極とを備える電極アセンブリと、
   前記電極アセンブリと電気的に連結される電極端子と、
   前記電極アセンブリを収納するケースと、
   前記ケースを密閉するように前記ケースの開口に設けられ、端子ホールが形成されたキャッププレートと、
   を含み、
   前記電極端子は、
   前記キャッププレートの前記端子ホールに設けられ、前記電極アセンブリと電気的に連結されるリベットターミナルと、前記キャッププレートの外側に配置され、前記リベットターミナルに電気的に連結されるプレートターミナルと、前記プレートターミナルの側部に延在するリードターミナルと、を含むことを特徴とする、二次電池。
2. 前記リードターミナルには、前記プレートターミナルとの連結部分において溝形状の切欠が形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の二次電池。
3. 前記切欠は、前記リードターミナルの対向する周縁にそれぞれ形成されていることを特徴とする、請求項２に記載の二次電池。
4. 前記リードターミナルは、弾性変形するアルミニウム材質で形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の二次電池。
5. 前記切欠は、前記リードターミナルの周縁から内部に引き込まれるように形成された多角溝であることを特徴とする、請求項２に記載の二次電池。
6. 前記切欠は、前記リードターミナルの周縁から内部に引き込まれるように形成された三角溝であることを特徴とする、請求項２に記載の二次電池。
7. 前記切欠は、前記プレートターミナルとの連結部分の対向する周縁に少なくとも２個以上がそれぞれ形成されていることを特徴とする、請求項２に記載の二次電池。
8. 前記プレートターミナルと前記リードターミナルとは、同一平面をなすとともに同一の厚さを有するように形成されたことを特徴とする、請求項２に記載の二次電池。

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