JP2015527723A - 締結強化部を具備する2次電池用ケース - Google Patents

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Abstract

上記のような目的を達成するための本発明に係る2次電池用ケースは、下板と、前記下板から上向に延長する上向側壁とで構成され、上側が開放した内部空間を具備するカンと、上板と、前記上板から下向に延長する下向側壁とで構成され、下側が開放した内部空間を具備し、前記下向側壁の下端が前記下板の上面に安着するように前記カンの内部空間に挿入されて前記カンの内部空間を外部と隔離させるキャップとを含み、前記カンと前記キャップとを締結する時に締結力と密閉性を向上させるように前記下向側壁の一部区間を前記上向側壁の一部区間で囲む締結強化部を具備する。本発明に係る2次電池用ケースは、カンとキャップとの結合構造が単純化して製品の小型化が可能となり、カンとキャップとの間の締結力および密閉性が向上し、電極組立体との通電性が改善されるという長所がある。【選択図】図6

Description

本発明は、カンとキャップで構成される2次電池用ケースに関し、さらに詳しくは、カンとキャップの締結力および密閉性が向上し、電極組立体との通電性を改善することができる2次電池用ケースに関する。
一般に、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であり、最近、高エネルギー密度の非水電解液を利用した高出力2次電池が開発されており、一つの電池セルがパック状に包装された低容量電池の場合、携帯電話やノートパソコンおよびキャムコーダーのような携帯が可能な小型電子機器に使用され、大電力を必要とする機器、例えば、電気自動車などのモータ駆動用電源の場合は、前記電池セルの数十個を直列または並列に連結して大容量の2次電池を構成する。
前記2次電池は、様々な形状に製造されているが、代表的な形状としては、帯状の正極板と負極板との間に絶縁体である隔離膜(separator)を介在して、これを渦流状に巻いて電極群(または、ジェルーロール)を形成した円筒形と、正極板と負極板および隔離膜を複数個に積層して電極組立体を形成した後、これをケースに内装設置したスタック型とがある。
前記ケースは、通常、基準値以上の強度を有するように金属板で製作され、電解液と電極組立体が挿入されるカンと、カンの入口を覆って密封するキャップとからなる。ここで、リチウムイオン2次電池を使用する途中は、ガス発生による耐圧の上昇でカンとキャップとの接触部位で電解液が漏れるという状況が時々発生する。もしこのように電解液が漏れる場合は、それ自体が電池の性能に致命的な影響を与えるだけでなく、さらに深刻になると、電池が使用されている電子機器の電子回路を汚染して、高価な電子機器の寿命を短縮させる。従って、前記カンとキャップは、完全に密封するように結合する。
以下、添付した図面を参照して、従来の2次電池用ケースについて詳しく説明する。
図1は、従来の2次電池用ケースの分解斜視図であり、図2は、従来の2次電池用ケースの断面図である。
図1に示すように、従来の2次電池用ケースは、上側が開放するように凹み状に形成され、上側入口にフランジ12が具備されるカン10と、前記カン10の上側入口およびフランジ12を覆うように安着し、周縁終端がフランジ12を囲むように結合されるキャップ20と、前記カン10とキャップ20とがなす内部空間に引き入れられる電極組立体30とを含んで構成される。この時、電極組立体30が引き入れられる内部空間には電解液が満たされ、前記電解液が外部に流出しないように、カン10とキャップ20とが接する部位にはガスケット40が挿入される。
しかし、上記のように構成される従来の2次電池用ケースは、内部圧力の増加により、キャップ20が持ち上げられる際に、フランジ12の上面とキャップ20の底面との間が離れるので、内部の電解液およびガスが外部に流出する恐れがあるという短所がある。もちろん、フランジ12の長さを増加させるかキャップ20の周縁で囲まれたフランジ12をさらに折り曲げる場合、上記のような電解液およびガスの流出の恐れを減少させることができるが、フランジ12の長さを増加させれば、2次電池の全体の大きさが増加するという問題点があり、フランジ12を折り曲げるためには、別途の工程がさらに要求されるという短所がある。
本発明は、上記のような問題点を解決するために提案されたもので、カンとキャップとの結合構造が単純化して製品の規格が減少し、カンとキャップとの間の締結力および密閉性が向上し、電極組立体との通電性が改善される2次電池用ケースを提供することに目的がある。
上記のような目的を達成するための本発明に係る2次電池用ケースは、下板と、前記下板から上向に延長する上向側壁とで構成され、上側が開放した内部空間を具備するカンと、上板と、前記上板から下向に延長する下向側壁とで構成され、下側が開放した内部空間を具備し、前記下向側壁の下端が前記下板の上面に安着するように前記カンの内部空間に挿入されて前記カンの内部空間を外部と隔離させるキャップとを含み、前記カンと前記キャップとを締結する時に締結力と密閉性を向上させるように前記下向側壁の一部区間を前記上向側壁の一部区間で囲む締結強化部を具備することができる。
前記締結強化部は、前記上向側壁に形成され、上側部が前記上板の全体または一部を覆うようにベンディングするベンディング部であることができる。
前記ベンディング部が前記上板を下向加圧して、前記下向側壁の下端が前記下板に圧着することができる。
前記ベンディング部の長さ方向終端は、前記下向側壁の内側面より前記キャップの垂直中心に近いように位置することができる。
前記上板は、下向に陥没して前記ベンディング部によって下向加圧する時に前記電極組立体を下向加圧する陥没部を具備することができる。
前記陥没部の側壁は、下に行くほど前記陥没部の垂直中心線と近くなる方向に傾いて形成されることができる。
前記カンとキャップが相互重なる部位に挿入され、前記カンと前記キャップとの間を密閉させるガスケットをさらに含むことができる。
前記ガスケットは、前記下向側壁の下側終端と前記下板の上面との間から、前記ベンディング部の底面と前記上板の上面との間まで設けられることができる。
前記下向側壁は、前記下板と直角をなすように配置され、前記ベンディング部が前記下向側壁を前記下板と直角の方向に加圧するように構成されることができる。
前記締結強化部は、前記キャップの前記下向側壁に形成され、外側に延長してから再び下向に延長する締結係止部と、前記カンの前記上向側壁に形成され、前記締結係止部の上面に安着するようにベンディングするベンディング部であることができる。
前記締結係止部は、前記下向側壁の中段に形成され、前記上向側壁は、前記ベンディング部の終端から上向延長しながら前記下向側壁に密着する延長部をさらに含むことができる。
前記ベンディング部は、前記上向側壁の上側終端に形成され、前記締結係止部の上面に定着されたベンディング部の最高点の高さは、前記上板の上面の高さ以下であることができる。
前記ベンディング部の上面は、前記上板の上面と一つの平面をなすことができる。
前記下向側壁は、前記締結係止部が上下方向に二つ以上形成され、前記上向側壁は、前記ベンディング部が上下方向に二つ以上形成され、前記二つ以上の締結係止部に互いに異なるベンディング部がそれぞれ安着することができる。
前記ベンディング部は、前記締結係止部を下向加圧するようにベンディングし、前記下向側壁の下端が前記下板に圧着することができる。
前記ベンディング部の終端は、前記締結係止部より下に位置する下向側壁の内側面より前記キャップの垂直中心に近いように位置することができる。
前記上板は、下向に陥没して前記上向側壁のベンディングによって下向加圧する時に前記電極組立体を下向加圧する陥没部を具備することができる。
前記陥没部の側壁は、下に行くほど前記陥没部の垂直中心線と近くなる方向に傾いて形成されることができる。
前記上向側壁と前記下向側壁との間、前記下向側壁と前記下板との間に挿入され、前記カンと前記キャップとの間を密閉させるガスケットをさらに含むことができる。
本発明に係る2次電池用ケースは、カンとキャップとの結合構造が単純化して製品の小型化が可能となり、カンとキャップとの間の締結力および密閉性が向上し、電極組立体との通電性が改善されるという長所がある。
従来の2次電池用ケースの分解斜視図である。 従来の2次電池用ケースの断面図である。 本発明に係る2次電池用ケースの第1実施例の分解斜視図である。 本発明に係る2次電池用ケースの第1実施例に含まれるキャップがひっくり返された形状を示す斜視図である。 第1実施例のカンとキャップとが結合する過程を順次に示す断面図である。 第1実施例のカンとキャップとが結合する過程を順次に示す断面図である。 第1実施例のカンとキャップとの結合構造を示す部分断面図である。 本発明に係る2次電池用ケースの第1実施例に係る正極板と負極板の連結構造を示す本発明に係る2次電池用ケースの断面図である。 本発明に係る2次電池用ケースの第2実施例の断面図である。 本発明に係る2次電池用ケースの第3実施例の分解斜視図である。 本発明に係る2次電池用ケースの第4実施例の2次電池用ケースの分解斜視図である。 第4実施例のカンとキャップとが結合する過程を順次に示す断面図である。 第4実施例のカンとキャップとが結合する過程を順次に示す断面図である。 第4実施例のカンとキャップとの結合構造を示す部分断面図である。 本発明に係る2次電池用ケースの第5実施例の断面図である。 本発明に係る2次電池用ケースの第6実施例の断面図である。 本発明に係る2次電池用ケースの第7実施例の分解斜視図である。
以下、添付した図面を参照して本発明に係る2次電池用ケースの実施例を詳しく説明する。
図3は、本発明に係る2次電池用ケースの第1実施例の分解斜視図であり、図4は、本発明に係る2次電池用ケースの第1実施例に含まれるキャップがひっくり返された形状を示す斜視図であり、図5および図6は、第1実施例のカンとキャップとが結合する過程を順次に示す断面図であり、図7は、第1実施例のカンとキャップとの結合構造を示す部分断面図である。
本発明の第1実施例に係る2次電池用ケースは、内部に電極組立体300が引き入れられ、電解液が満たされるように内部空間が設けられるカン100と、前記カン100の内部空間入口を密閉させるキャップ200とを基本構成要素として有する。カン100は、底体の役割をする下板110と、前記下板110から上向に延長して下板110の上側空間側方を囲む上向側壁120とからなり、内部空間が上側に開放するように具備される。また、キャップ200は、カン100の内部空間上側を覆うことができる大きさおよび形状を有する上板210と、前記上板210の周縁から下向で延長して上板210の下側空間側方を囲む下向側壁220とからなり、内部空間が下側に開放するように設けられる。前記下向側壁220によって囲まれる空間は、上向側壁120によって囲まれる空間より若干小さく設定され、キャップ200がカン100に結合した時に、下向側壁220は上向側壁120と重なるように、つまり、下向側壁220の外側面が上向側壁120の内側面に密着する。
また、2次電池用ケースをなすカン100とキャップ200とは、一般に金属で製作されるが、互いに異なる二つの金属が直接接すれば、二つの金属が完璧には密着せず微細ながらも離隔空間が発生し得るので、本発明に係る2次電池用ケースは、カン100とキャップ200とが接する部位に挿入されて、前記カン100とキャップ200との間を密閉させるガスケット400がさらに具備される。この時、前記ガスケット400は、図6および図7に示すように、上向側壁120と下向側壁220との間を詰めるように設けられることはもちろん、下向側壁220と下板110との間までも満たせられるように延長することが好ましい。
このように下向側壁220と上向側壁120とが重なるように装着され、下向側壁220と上向側壁120との間にガスケット400が装着されれば、2次電池用ケースの内部圧力が増加して内部空間が膨張しても、カン100とキャップ200との間には電解液やガスが外部に流出しなくなる。しかし、ケースの内部圧力が増加すれば、キャップ200は上向に移動するように力を受け、それにより、カン100とキャップ200とが分離し得るという問題点がある。本発明に係る2次電池用ケースは、上記のような問題点を解決することができるように、つまり、内部圧力が発生してもキャップ200が上向にスライドしてカン100から分離しないように、カン100の上向側壁120の上側部が内側にベンディングしてキャップ200の上板210の周縁部位を覆う構造を有するという点に最も大きな特徴がある。本発明に係る2次電池用ケースを組み立てる時は、先ず、カン100の内部空間に電極組立体300を安着させた後、図5に示すように、キャップ200の下向側壁220がカン100の上向側壁120の内側面に密着するように、狭持方式でキャップ200をカン100に挿入させる。これまでカン100の上向側壁120は、上側に向かって真直ぐ伸びている状態を維持する。
以後、カン100には、前記カン100と前記キャップ200とを締結する時に締結力と密閉性を向上させるように、前記下向側壁220の一部区間を前記上向側壁120の一部区間で囲む締結強化部122を具備する。本実施例に係る締結強化部122は、カン100の上向側壁120に形成され、上側部が上板の全体または一部を覆うようにベンディングするベンディング部位(以下、「ベンディング部122」と略称する)で設けられる。
キャップ200がカン100に完全に挿入すれば、組立者は、図6に示すように、上向側壁120の上側部を内側にベンディングさせキャップ200の上面に密着させることにより、キャップ200が上向側壁120のベンディング部122に引っかかって上向に抜けないようにする。
上述したように、図1および図2に示した従来の2次電池用ケースの場合は、内部圧力が上昇する時に、カン10とキャップ20とが相互遠くなる方向に力を受けてカン10とキャップ20との間が離れるが、本発明に係る2次電池用ケースは、内部圧力が上昇してキャップ200の上板210が下板110と離れる方向に力を受け、キャップ200の下向側壁220が外側に広がる方向に力を受けても、前記上板210が上向側壁120のベンディング部122に圧着し、キャップ200の下向側壁220がカン100の上向側壁120に圧着するので、カン100とキャップ200との間に離隔空間が発生しなくなる。ケース内部圧力が発生すれば、キャップ200の上板210と下向側壁220がさらに大きい力でカン100の上向側壁120に圧着するので、カン100とキャップ200との間の密閉性はむしろ向上するといえる。
一方、上向側壁120の上側にベンディング部122が形成される場合、前記ガスケット400は、ベンディング部122と上板210との間まで密閉させるように、ベンディング部122の底面と上板210の上面との間まで延長形成することが好ましい。このように、ベンディング部122と上板210との間に挿入されたガスケット400は、ケースの内部圧力が増加する時にさらに圧縮するので、ベンディング部122の底面と上板210の上面との間の密閉性はさらに高くなる。また、前記ガスケット400は、前記下向側壁220の下側終端と前記下板110の上面との間の地点から、前記ベンディング部122の底面と前記上板210の上面との間の地点まで満たされるように、上下に長く延長形成することが好ましい。このようにガスケット400が延長形成されれば、ガスケット400で満たされる空間が非常に広くなるので、密閉力の向上効果が得られる。
また、カン100の上向側壁120がキャップ200の上板210を覆うように折り曲げられることにより、カン100とキャップ200とが結合するように構成されれば、図1および図2に示したフランジ12を省略してもよいので、電極組立体300の大きさを同一に維持しながらも前記フランジ12の長さほど製品の幅方向規格を減らすことができるという長所がある。このように2次電池を小型化させることができれば、2次電池を利用した多様な種類の電子製品の大きさを小さくすることができるという効果が得られる。
一方、ケース内部の圧力が上昇してキャップ200の上板210が上向に力を受ける時に、上向側壁120のベンディング部122が上向に向かうように伸びれば、キャップ200は上向に移動してカン100から完全に分離されることができるので、事故が発生し得るという問題点がある。そこで、本発明に係る2次電池用ケースは、前記ベンディング部122がある程度伸びても、キャップ200がカン100から完全に分離しないように、つまり、前記ベンディング部122が本実施例に示した場合より長く形成されることができる。また、本実施例では、ベンディング部122が上板210の周縁部位を覆う構造のみが示されているが、前記ベンディング部122は、より広く設計されて上板210の全体を覆うように構成してもよい。反対に、内部圧力が向上してもベンディング部122が伸びる恐れのない場合、上向側壁120の上側部のうち一部のみがベンディングして上板210を覆うように、つまり、前記ベンディング部122が上向側壁120の一部のみに形成されるように設計してもよい。ベンディング部122が広くかつ長くなるほど、カン100とキャップ200との締結力は向上するが、材料費用が増加するという短所が発生するので、前記ベンディング部122の大きさおよび形状は、内部圧力の大きさおよびカン100とキャップ200の材料剛性などによって適切に設計することができる。
また、ケース内部の電解液およびガスが外部に流出することを防止するためには、下向側壁220の下端が下板110の上面に圧着するように構成することが好ましい。従って、上向側壁120の上側部は、上板210の上面に積層されるようにベンディングする時に上板210を下向加圧するように構成することが好ましい。つまり、図5に示した状態から図6に示した状態となるように、上向側壁120の上側部が上板210を覆うようにベンディングする時に、ベンディングした部位、つまり、ベンディング部122が上板210を単純に覆うだけでなく、上板210を下向に加圧する時まで前記ベンディング部122を十分にベンディングさせることにより、下向側壁220の下側端を下板110の上面に圧着させることができる。このようにベンディング部122をベンディングすれば、ベンディング部122と上板210とが相互圧着するだけでなく、下向側壁220の下端と下板110も相互圧着するので、ケース内部の電解液およびガスが外部に流出する現象をさらに効果的に防止することができる。この時、下向側壁220が下板110に対して垂直に立てられず一側に傾いて斜めに立てられれば、ベンディング部122が上板210を下向に加圧する時に下向側壁220が一側に倒れる。従って、前記下向側壁220は、前記下板110と直角をなすように配置され、前記ベンディング部122は、下向側壁220を下板110と直角方向に加圧するように構成することが好ましい。
一方、ベンディング部122の長さが短くて下向側壁220の上側を十分に覆えなければ、ベンディング部122がベンディングして上板210を下向加圧する時に、下向側壁220の水平断面のうち一部のみに荷重が印加されるので、下向側壁220が歪んだり変形したりする恐れがある。そこで、本発明に係る2次電池用ケースは、ベンディング部122が上板210を下向加圧する時に、下向側壁220の全体にわたって均等に荷重を印加させるために、前記ベンディング部122の終端は、下向側壁220の内側面よりキャップ200の垂直中心に近いように、つまり、図7に示すように、ベンディング部122の終端が下向側壁220の内側面より少なくとも「a」という距離ほど内側に延長するように設計することが好ましい。このようにベンディング部122が十分に長く延長すれば、前記ベンディング部122が上板210を下向加圧する時に下向側壁220の全体にわたって均等に荷重が印加されるので、前記下向側壁220が一側に傾いたり歪んだりする現象を防止することができる。
また、上向側壁120の上側部を内側方向(ケースの中心方向)に折り曲げれば、ベンディングした部位が折り畳まれること、つまり、隣り合うベンディング部122の角部部位が重ねられて上板210の上面に積層できず立てられるということが発生し得る。このように、ベンディング部122の一部が折り畳まれた部位は高さが高くなり、上板210を下向加圧する機能を正常に行えなくなる。例えば、本実施例に示すように、上向側壁120が四角形をなすように配列される場合、各角部部位でベンディング部122が折り畳まれて水平に横にならないという現象が発生する。そこで、本発明に係る2次電池用ケースは、ベンディング部122のうち重なる部位(本実施例では、角部部位)に切開線が形成され、当該部位でベンディング部122が二重に積み重ねて積層されたり、ベンディング部122のうち重なる部位(本実施例では、角部部位)が取られて前記ベンディング部122が角部部位で重ならないように構成することもできる。
図8は、本発明に係る2次電池用ケースの第1実施例に係る正極板と負極板との連結構造を示す本発明に係る2次電池用ケースの断面図であり、図9は、本発明に係る2次電池用ケースの第2実施例の断面図である。
一般に、2次電池用電極組立体300は、図8に示すように、正極板310と負極板320とが交互に積層され、正極板310と負極板320との間には分離膜330が挿入され、それぞれの正極板310に形成されている正極端子312は、一つにまとめられてキャップ200に接地され、それぞれの負極板320に形成されている負極端子322は、一つにまとめられてカン100に接地するように構成される。従って、キャップ200は正極端の役割をし、カン100は負極端の役割をする。
この時、正極端子312のみがキャップ200に接触するのではなく、最も上側に位置する正極板310自体がキャップ200に接触するように構成すれば、正極板310とキャップ200との間の通電性がさらに向上するという効果が得られる。しかし、電極組立体300の厚さに比べて下向側壁220の長さが長ければ、キャップ200がカン100に結合した時に電極組立体300の上面と上板210の底面とが接触せず、電極組立体300の厚さに比べて下向側壁220の長さが短過ぎれば、下向側壁220の下端が下板110に接触しなくなるという問題が発生するので、電極組立体300の厚さと下向側壁220の長さとを正確に一致させることが好ましい。この時、前記電極組立体300は、正極板310と負極板320、分離膜330を複数重ねる過程で少しずつ厚さの差が発生するため、電極組立体300の厚さと下向側壁220の長さとを正確に一致させることに困難がある。
そこで、本発明の第2実施例に係る2次電池用ケースは、電極組立体300aの厚さと下向側壁220aの長さとに若干の誤差が発生しても、下向側壁220aの終端が下板110aに密着することと電極組立体300aの上面が上板210aに接触することとが同時に行われるように、前記上板210aには、電極組立体300aと対応する部位に陥没部212aが形成される。この時、前記陥没部212aは、上板210aにさらに結合するものではなく、上板210aをエンボス加工する工程を通じて形成される構成であるため、ベンディング部122aによって上板210aが下向加圧する時に、陥没部212aは、電極組立体300aに接触した以後に平たくなるように弾性的に変形可能である。従って、前記上板210aは、陥没部212aが電極組立体300aに接触した以後もさらに下降することができるので、下向側壁220aの下端を下板110aの上面に圧着させることができる。
もちろん、前記キャップ200aが厚い金属板で製作されれば前記陥没部212aが弾性的に変形し難いので、上板210aに陥没部212aを形成しても、下向側壁220aの終端が下板110aに密着することと電極組立体300aの上面が上板210aに接触することとが同時に行われることに大して役に立てられない。しかし、2次電池用ケースをなすカン100aとキャップ200aとは、一般に薄い金属板で製作されるので、図9に示すように、一側に突き出すようにエンボス加工する場合に、弾性的に変形および復元が可能となる。
この時、前記陥没部212aの側壁が垂直に立てられれば、上板210aを下向加圧する時に陥没部212aが簡単に変形し難い可能性もあるので、前記陥没部212aの側壁は傾いて形成されることが好ましい。もちろん、前記陥没部212aの側壁が下に行くほど陥没部212aの垂直中心線と離れる方向に、つまり、下に行くほど広がる方向に傾いて形成する場合も、陥没部212aの弾性変形を容易にすることができるが、この場合、単純な打抜工程で陥没部212aを加工することができなくなる。従って、前記陥没部212aは、本実施例に示すように、下に行くほど前記陥没部212aの垂直中心線と近くなる方向に傾いて形成されることが好ましい。
図10は、本発明に係る2次電池用ケースの第3実施例の分解斜視図である。
図3乃至図9においては、本発明に係る2次電池用ケースの平面状が四角形である場合のみを説明したが、本発明に係る2次電池用ケースは、平面状が図10に示すように、円形をなすように、つまり、コイン型またはボタン型に製作してもよく、その他に多様な形状に形成してもよい。
このように、本発明に係る2次電池用ケースがコイン型またはボタン型に製作されれば、上向側壁120bの上側部が内側に折り曲げられて、上板210bを下向加圧した時に上板210bの周縁全体が均一な大きさの締結力および密閉性を有するため、本発明に係る2次電池用ケースは、コイン型やボタン型などのリチウムイオン2次電池に適用することが好ましい。もちろん、本発明に係る2次電池用ケースは、コイン型やボタン型などのリチウムイオン2次電池用に限定されず、多様な形状の2次電池用として適用することができる。
一方、本発明に係る2次電池用ケースがコイン型またはボタン型に製作される場合も、第1実施例のように、上向側壁120bの上側部が内側に折り曲げられて上板210bを下向加圧する構造や、これにより得られる効果などは、上記の図3乃至図9に示した実施例と実質的に同一であるので、これに対する詳しい説明は省略する。
図11は、本発明に係る2次電池用ケースの第4実施例の2次電池用ケースの分解斜視図であり、図12および図13は、第4実施例のカンとキャップとが結合する過程を順次に示す断面図であり、図14は、第4実施例のカンとキャップとの結合構造を示す部分断面図である。
本発明の第4実施例に係る2次電池用ケースは、一般的な2次電池用ケースと同様に、内部に電極組立体300cが引き入れられ、電解液が満たされるように内部空間が設けられるカン100cと、前記カン100cの内部空間入口を覆って密閉させることで、電解液や内部で発生するガスが外部に流出することを防止するキャップ200cとで構成される。カン100cは、底体の役割をする下板110cと、前記下板110cから上向に延長して下板110cの上側空間側方を囲む上向側壁120cとからなり、内部空間が上側に開放するように設けられる。また、キャップ200cは、カン100cの内部空間上側が覆われる大きさおよび形状を有する上板210cと、前記上板210cの周縁から下向に延長して上板210cの下側空間側方を囲む下向側壁220cとからなり、内部空間が下側に開放するように設けられる。
前記下向側壁220cによって囲まれる空間は、上向側壁120cによって囲まれる空間より若干小さく設定されるので、キャップ200cがカン100cの内側に引き入れられることにより、下向側壁220cが上向側壁120cと重なり、前記キャップ200cの内側空間に電極組立体300cおよび電解液が位置する。この時、キャップ200cの内部に満たされている電解液と電極組立体300cの化学反応時に発生するガスが下向側壁220cと上向側壁120cとの間を通じて外部に排出する現象を防止することができるように、カン100cとキャップ200cとが結合する時に下向側壁220cの外側面は上向側壁120cの内側面に密着する。
一方、2次電池用ケースをなすカン100cとキャップ200cとは、一般に金属で製作されるが、互いに異なる二つの金属が直接接すれば、二つの金属が完璧に密着せず微細ながらも離隔空間が発生し得るので、本発明に係る2次電池用ケースは、カン100cとキャップ200cとが接する部位、つまり、上向側壁120cと下向側壁220cとの間、下向側壁220cと下板110cとの間に挿入されて、前記カン100cとキャップ200cとの間を密閉させるガスケット400cがさらに具備される。
このように下向側壁220cと上向側壁120cとが重なるように装着され、下向側壁220cと上向側壁120cとの間にガスケット400cが装着されれば、2次電池用ケースの内部圧力が増加して内部空間が膨張しても、カン100cとキャップ200cとの間には電解液やガスが外部に流出しなくなる。しかし、ケースの内部圧力が増加すれば、キャップ200cは上向にスライドするように力を受け、それにより、カン100cとキャップ200cとが分離し得るという問題点がある。
そこで、本発明の第4実施例に係る2次電池用ケースは、図13を主に参照すると、上記のような問題点を解決することができるように、前記カン100cと前記キャップ200cとを締結する時に締結力と密閉性を向上させるように、前記下向側壁220cの一部区間を前記上向側壁120cの一部区間で囲む締結強化部50cを具備し、このような締結強化部50cは、前記キャップ200cの前記下向側壁220cに形成され、外側に延長してから再び下向に延長する締結係止部230cと、前記カン100cの前記上向側壁120cに形成され、前記締結係止部230cの上面に安着するようにベンティングするベンディング部122cとで設けられる。
つまり、内部圧力が発生しても、キャップ200cが上向にスライドしてカン100cから分離しないように、カン100cの上向側壁120cの上側部が内側にベンディングしてキャップ200cに引っかかる構造を有する。従来の2次電池用ケースは(図1および図2参照)、内部圧力の上昇時に、カン10とキャップ20とが相互離れる方向に力を受けてカン10とキャップ20との間が広がるが、本発明に係る2次電池用ケースは、内部圧力が上昇してキャップ200cの上板210cが下板110cと離れる方向に力を受け、キャップ200cの下向側壁220cが外側に広がる方向に力を受けても、前記キャップ200cは、上向側壁120cのベンディングした部位(以下、ベンディング部122cと略称する)に引っかかって上昇できず、キャップ200cの下向側壁220cは、カン100cの上向側壁120cに圧着するので、カン100cとキャップ200cとの間に離隔空間が発生しなくなる。むしろ、内部圧力が上昇した時に、キャップ200cはさらに大きい力でベンディング部122cおよび上向側壁120cに圧着するので、カン100cとキャップ200cとの間の密閉性はさらに向上するといえる。
この時、上向側壁120cのベンディング部122cがキャップ210cの上面に安着するように構成されれば、前記ベンディング部122cがキャップ210cの上面よりさらに上に突き出すので、2次電池の装着空間がさらに大きく確保される必要があるという短所がある。また、大きな電圧および大きな電流が要求される場合は、複数の2次電池を積層させた後、電気的に連結するが、前記ベンディング部122cがキャップ210cの上面から上向突出せば、2次電池が安定して積層できず揺れるようになり、2次電池の積層過程でベンディング部122cに衝撃が加わって前記ベンディング部122cが破損し得るという問題点がある。そこで、本発明に係る2次電池用ケースは、外側に突き出す方向に延長してから再び下向に延長する締結係止部230cが下向側壁220cに具備され、前記ベンディング部122cは、締結係止部230cの上面に安着するように構成されるという点に特徴がある。このように、ベンディング部122cが上板210cの上面に密着するのではなく、下向側壁220cに形成された締結係止部230cに密着するように構成されれば、ベンディング部122cが上板210cの上面よりさらに上に突き出さないので、複数個の2次電池を安定して積層させることができ、ベンディング部122cの破損を防止することができるという長所がある。
そこで、本発明に係る2次電池用ケースを組み立てる時は、先ず、カン100cの内部空間に電極組立体300cを安着させた後、図12に示すように、キャップ200cの下向側壁220cがカン100cの上向側壁120cの内側面に密着するように、狭持方式でキャップ200cをカン100cに挿入させる。これまでカン100cの上向側壁120cは、上側に向かって真直ぐ伸びている状態を維持する。キャップ200cがカン100cに完全に挿入されれば、組立者は、図13に示すように、上向側壁120の上側部を内側にベンディングさせて締結係止部230cの上面に密着させることにより、キャップ200cがベンディング部122に引っかかって上向に抜けないようにする。この時、図13に示すように、締結係止部230cが下向側壁220cの中段に形成される場合、上板210cが側方に揺れる現象が発生しないように、前記ベンディング部122cの終端から上向延長ながら下向側壁220c(さらに明確には、下向側壁220cのうち締結係止部230cより上側に位置する地点)に密着する延長部124cが具備される。
また、上向側壁120cのベンディング部122cが締結係止部230cの上面を覆うように折り曲げられることにより、カン100cとキャップ200cとが結合するように構成されれば、図1および図2に示したフランジ12を省略してもよいので、電極組立体300cの大きさを同一に維持しながらも、前記フランジ12の長さほど製品の幅方向規格を減らすことができるという長所がある。このように2次電池を小型化させることができれば、2次電池が組み込まれる多様な種類の電子製品の大きさを小さくすることができるという効果が得られる。
また、ケース内部の電解液およびガスが外部に流出することを防止するためには、下向側壁220cの下端が下板110cの上面に圧着するように構成することが好ましい。従って、ベンディング部122cが締結係止部230cの上面に積層されるようにベンディングする時、前記ベンディング部122cは、下向側壁220cを下向加圧するように構成することが好ましい。つまり、図12に示した状態から図13に示した状態となるようにベンディング部122cをベンディングさせる時に、ベンディング部122cが単純に締結係止部230cを覆うだけでなく、締結係止部230cを下向に加圧するまで前記ベンディング部122cを十分にベンディングさせることにより、下向側壁220cの下側端を下板110cの上面に圧着させることができる。このようにベンディング部122cをベンディングすれば、ベンディング部122cと締結係止部230cが相互圧着するだけでなく、下向側壁220cの下端と下板110cも相互圧着するので、ケース内部の電解液およびガスが外部に流出する現象をさらに効果的に防止することができる。この時、締結係止部230cの下に位置する下向側壁220cが下板110cに対して垂直に立てられず一側に傾いて斜めに立てられれば、ベンディング部122cが締結係止部230cを下向に加圧する時に下向側壁220cが一側に倒れる。従って、締結係止部230cの下に位置する下向側壁220cは、前記下板110cと直角をなすように配置され、前記ベンディング部122cは、下向側壁220cを下板110cと直角方向に加圧するように構成することが好ましい。
一方、ベンディング部122cの長さが短くて締結係止部230cの上面を十分に覆えなければ、ベンディング部122cがベンディングして締結係止部230cを下向加圧する時に、下向側壁220cの水平断面のうち一部のみに(さらに明確には、ベンディング部122cの垂直下方に位置する部位のみに)荷重が印加されるので、下向側壁220cが歪んだり変形する恐れがある。そこで、本発明に係る2次電池用ケースは、ベンディング部122cが締結係止部230cを下向加圧する時に、下向側壁220cの全体にわたって均等に荷重を印加させるために、前記ベンディング部122cの終端は、締結係止部230cより下に位置する下向側壁220cの内側面よりキャップ200cの垂直中心に近いように、つまり、図14に示すように、ベンディング部122cの終端が下側の下向側壁220cの内側面より少なくとも「a1」という距離ほど内側に延長するように設計することが好ましい。このようにベンディング部122cが十分に長く延長すれば、前記ベンディング部122cが締結係止部230cを下向加圧する時に下向側壁220cの全体にわたって均等に荷重が印加されるので、前記下向側壁220cが一側に傾いたり歪んだりする現象を防止することができる。
また、本実施例では、下向側壁220cに締結係止部230cが一つのみ形成され、上向側壁120cにベンディング部122cが一つのみ形成される場合のみを示しているが、本発明に係る2次電池用ケースは、締結係止部230cとベンディング部122cが下向側壁220cと上向側壁120cにそれぞれ二つ以上形成されるように、つまり、締結係止部230cとベンディング部122cがそれぞれ上下方向に二つ以上ずつ配列されて下向側壁220cと上向側壁120cが多段に折り曲げられる構造で製作される。このように下向側壁220cと上向側壁120cが多段に折り曲げられた構造で製作すれば、上向側壁120cをベンディングして下向側壁220cを下向加圧する時に、前記加圧力が二つ以上の締結係止部230cに分散して印加されるので、より安定した加圧が可能となるという長所がある。この時、締結係止部230cとベンディング部122cの個数は、2次電池用ケースの特性により自由に変更することができる。
また、上向側壁120cの上側部を内側方向(ケースの中心方向)に折り曲げれば、ベンディングした部位が折り畳まれること、つまり、隣り合うベンディング部122cの角部部位が重ねられて締結係止部230cの上面に積層できず立てられるということが発生し得る。このように、ベンディング部122cの一部が折り畳まれた部位は高さが高くなり、締結係止部230cを下向加圧する機能を正常に行えなくなる。例えば、本実施例に示すように、締結係止部230cが四角形をなすように配列される場合、各角部部位では、ベンディング部122cが二重に折り畳まれて水平に横にならないという現象が発生する。そこで、本発明に係る2次電池用ケースは、ベンディング部122cのうち重なる部位(本実施例では、角部部位)に切開線が形成され、当該部位でベンディング部122cが二重に積み重ねて積層されたり、ベンディング部122cのうち重なる部位(本実施例では、角部部位)が取られて前記ベンディング部122cが角部部位で重ならないように構成することもできる。
図15は、本発明に係る2次電池用ケースの第5実施例の断面図であり、図16は、本発明に係る2次電池用ケースの第6実施例の断面図である。
本発明の第5実施例に係る2次電池用ケースは、上向側壁120dの上側に延長部124c(図13参照)が形成されずベンディング部122dのみが形成されても、上板210dが側方向に揺れず安定して固定されるように構成される。つまり、前記ベンディング部122dは、上向側壁120dの上側終端に形成され、前記締結係止部230dは、ベンディング部122dとガスケット400dの厚さを合わせた距離ほど上板210dより低い地点に形成され、ベンディング部122dが締結係止部230dの上面に安着した時に、前記ベンディング部122dの上面と上板210dの上面とが一致するように構成される。
このように、ベンディング部122dの上面と上板210dの上面とが一致するように、つまり、ベンディング部122dの上面と上板210dの上面とが一つの平面をなすように製作されれば、複数個の2次電池を積層させた時にベンディング部122dが破損する恐れがないだけでなく、ベンディング部122dの終端が上板210dの外側端を支持するので、上板210dが側方向に揺れなくなるという長所がある。また、ベンディング部122dの上面と上板210dの上面とが一つの平面をなせば、二つの2次電池が上下に積層された時に上側2次電池が下側2次電池のベンディング部122dを自重で下向加圧するので、下側2次電池の内圧が上昇してベンディング部122dに上向外力が印加される時に、前記ベンディング部122dが伸びるようになる恐れが減少するという利点もある。この時、ベンディング部122dの上面と上板210dの上面とが同一の高さになるように設計すれば、各部品の製造公差および組み立て公差によってベンディング部122dの上面が上板210dの上面より高くなり得るので、前記ベンディング部122dの上面が上板210dの上面より若干低く設定されてもよい。
また、締結係止部230dとベンディング部122dが下向側壁220dと上向側壁120dに二対以上形成される場合、一対の締結係止部230dとベンディング部122dは、図11乃至図14に示すように、下向側壁220cと上向側壁120cの中段に形成され、また、他の一対の締結係止部230dとベンディング部122dは、図15に示すように、下向側壁220dと上向側壁120dとの上側端部に形成される。このように締結係止部230dとベンディング部122dが形成されれば、カン100dとキャップ200dとの間の締結力をより均等に分散させることができ、複数個の2次電池を安定して積層させることができるという長所がある。
一方、2次電池用電極組立体300dは、一般に、図15に示すように、正極板310dと負極板320dとが交互に積層され、正極板310dと負極板320dとの間には分離膜330dが挿入され、それぞれの正極板310dに形成されている正極端子312dは、一つにまとめられてキャップ200dに接地され、それぞれの負極板320dに形成されている負極端子322dは、一つにまとめられてカン100dに接地するように構成される。従って、キャップ200dは両極端の役割をし、カン100dは負極端の役割をする。
この時、正極端子312dのみがキャップ200dに接触するのではなく、最も上側に位置する正極板310d自体がキャップ200dに接触するように構成すれば、正極板310dとキャップ200dとの間の通電性がさらに向上するという効果が得られる。しかし、電極組立体300dの厚さに比べて下向側壁220dの長さが長ければ、キャップ200dがカン100dに結合した時に電極組立体300dの上面と上板210dの底面とが接触せず、電極組立体300dの厚さに比べて下向側壁220dの長さが短過ぎれば、下向側壁220dの下端が下板110dに接触しなくなるという問題が発生するので、電極組立体300dの厚さと下向側壁220dの長さとを正確に一致させることが好ましい。
この時、前記電極組立体300dは、正極板310dと負極板320d、分離膜330dを複数重ねる過程で少しずつ厚さの差が発生するため、電極組立体300dの厚さと下向側壁220dの長さとを正確に一致させることが困難である。
そこで、本発明の第6実施例に係る2次電池用ケースは、図16に示すように、電極組立体300eの厚さと下向側壁220eの長さとに若干の誤差が発生しても、下向側壁220eの終端が下板110eに密着することと電極組立体300eの上面が上板210eに接触することとが同時に行われるように、前記上板210eには、電極組立体300eと対応する部位に陥没部212eが形成される。この時、前記陥没部212eは、上板210eにさらに結合するものではなく、上板210eをエンボス加工する工程を通じて形成される構成であるため、ベンディング部122eによって上板210eが下向加圧する時に、陥没部212eは、電極組立体300eに接触した以後に平たくなるように弾性的に変形可能である。従って、前記上板210eは、陥没部212eが電極組立体300eに接触した以後もさらに下降することができるので、下向側壁220eの下端を下板110eの上面に圧着させることができる。
もちろん、前記キャップ200eが厚い金属板で製作されれば前記陥没部212eが弾性的に変形し難いので、上板210eに陥没部212eを形成しても、下向側壁220eの終端が下板110eに密着することと電極組立体300eの上面が上板210eに接触することとが同時に行われることに大して役に立てられない。しかし、2次電池用ケースをなすカン100eとキャップ200eとは、一般に薄い金属板で製作されるので、図16に示すように、一側に突き出すようにエンボス加工する場合に、弾性的に変形および復元が可能となる。
この時、前記陥没部212eの側壁が垂直に立てられれば、上板210eを下向加圧する時に陥没部212eが簡単に変形し難い可能性もあるので、前記陥没部212eの側壁は傾いて形成されることが好ましい。もちろん、前記陥没部212eの側壁が下に行くほど陥没部212eの垂直中心線と離れる方向に、つまり、下に行くほど広がる方向に傾いて形成する場合も、陥没部212eの弾性変形を容易にすることができるが、この場合、単純な打抜工程で陥没部212eを加工することができなくなる。従って、前記陥没部212eは、本実施例に示すように、下に行くほど前記陥没部212eの垂直中心線と近くなる方向に傾いて形成されることが好ましい。
図17は、本発明に係る2次電池用ケースの第7実施例の分解斜視図である。
図11乃至図16においては、本発明に係る2次電池用ケースの平面状が四角形である場合のみを説明したが、本発明に係る2次電池用ケースは、平面状が図17に示すように、円形をなすように、つまり、コイン型またはボタン型に製作してもよい。このように、本発明に係る2次電池用ケースがコイン型またはボタン型に製作されれば、カンとキャップとの間の締結力および内部空間の密閉性を全ての区域において同一に確保することができるので、本発明に係る2次電池用ケースは、コイン型やボタン型などのリチウムイオン2次電池に適用することが好ましい。もちろん、本発明に係る2次電池用ケースは、コイン型やボタン型などのリチウムイオン2次電池用に限定されず、多様な形状の2次電池用として適用することができる。
一方、本実施例のように、本発明に係る2次電池用ケースがコイン型またはボタン型に製作される場合も、下向側壁220fに締結係止部230fが形成され、上向側壁120fに具備されたベンディング部(図示せず)が締結係止部230fに安着して前記締結係止部230fを下向加圧するように構成されてもよい。また、カン100fとキャップ200fがコイン状またはボタン状に形成される場合も、前記ベンディング部122fが締結係止部230fに安着することにより、カン100fとキャップ200fとが結合する構造や、これによって得られる効果などは、上記図11乃至図16に示した実施例と実質的に同一であるので、これに対する詳しい説明は省略する。
以上、本発明を好ましい実施例を使用して詳しく説明したが、本発明の範囲は、特定実施例に限定されるものではなく、添付の特許請求の範囲によって解釈されなければならない。また、この技術分野で通常の知識を習得した者なら、本発明の範囲から逸脱せず多くの修正と変形が可能であることを理解すべきである。

Claims (19)

  1. 下板と、前記下板から上向に延長する上向側壁とで構成され、上側が開放した内部空間を具備するカンと、
    上板と、前記上板から下向に延長する下向側壁とで構成され、下側が開放した内部空間を具備し、前記下向側壁の下端が前記下板の上面に安着するように前記カンの内部空間に挿入されて前記カンの内部空間を外部と隔離させるキャップと、
    を含み、
    前記カンと前記キャップとを締結する時に締結力と密閉性を向上させるように前記下向側壁の一部区間を前記上向側壁の一部区間で囲む締結強化部を具備することを特徴とする2次電池用ケース。
  2. 前記締結強化部は、前記上向側壁に形成され、上側部が前記上板の全体または一部を覆うようにベンディングするベンディング部であることを特徴とする請求項1に記載の2次電池用ケース。
  3. 前記ベンディング部が前記上板を下向加圧して、前記下向側壁の下端が前記下板に圧着することを特徴とする請求項2に記載の2次電池用ケース。
  4. 前記ベンディング部の長さ方向終端は、前記下向側壁の内側面より前記キャップの垂直中心に近いように位置することを特徴とする請求項3に記載の2次電池用ケース。
  5. 前記上板は、下向に陥没して前記ベンディング部によって下向加圧する時に前記電極組立体を下向加圧する陥没部を具備することを特徴とする請求項2に記載の2次電池用ケース。
  6. 前記陥没部の側壁は、下に行くほど前記陥没部の垂直中心線と近くなる方向に傾いて形成されることを特徴とする請求項5に記載の2次電池用ケース。
  7. 前記カンとキャップが相互に重なる部位に挿入され、前記カンと前記キャップとの間を密閉させるガスケットをさらに含むことを特徴とする請求項2乃至6のいずれか一項に記載の2次電池用ケース。
  8. 前記ガスケットは、前記下向側壁の下側終端と前記下板の上面との間から、前記ベンディング部の底面と前記上板の上面との間まで設けられることを特徴とする請求項7に記載の2次電池用ケース。
  9. 前記下向側壁は、前記下板と直角をなすように配置され、前記ベンディング部が前記下向側壁を前記下板と直角の方向に加圧するように構成されることを特徴とする請求項2乃至6のいずれか一項に記載の2次電池用ケース。
  10. 前記締結強化部は、前記キャップの前記下向側壁に形成され、外側に延長してから再び下向に延長する締結係止部と、前記カンの前記上向側壁に形成され、前記締結係止部の上面に安着するようにベンディングするベンディング部であることを特徴とする請求項1に記載の2次電池用ケース。
  11. 前記締結係止部は、前記下向側壁の中段に形成され、
    前記上向側壁は、前記ベンディング部の終端から上向延長しながら前記下向側壁に密着する延長部をさらに含むことを特徴とする請求項10に記載の2次電池用ケース。
  12. 前記ベンディング部は、前記上向側壁の上側終端に形成され、前記締結係止部の上面に定着されたベンディング部の最高点の高さは、前記上板の上面の高さ以下であることを特徴とする請求項10に記載の2次電池用ケース。
  13. 前記ベンディング部の上面は、前記上板の上面と一つの平面をなすことを特徴とする請求項12に記載の2次電池用ケース。
  14. 前記下向側壁は、前記締結係止部が上下方向に二つ以上形成され、前記上向側壁は、前記ベンディング部が上下方向に二つ以上形成され、
    前記二つ以上の締結係止部に互いに異なるベンディング部がそれぞれ安着することを特徴とする請求項10乃至13のいずれか一項に記載の2次電池用ケース。
  15. 前記ベンディング部は、前記締結係止部を下向加圧するようにベンディングし、前記下向側壁の下端が前記下板に圧着することを特徴とする請求項10乃至13のいずれか一項に記載の2次電池用ケース。
  16. 前記ベンディング部の終端は、前記締結係止部より下に位置する下向側壁の内側面より前記キャップの垂直中心に近いように位置することを特徴とする請求項10乃至13のいずれか一項に記載の2次電池用ケース。
  17. 前記上板は、下向に陥没して前記上向側壁のベンディングによって下向加圧する時に前記電極組立体を下向加圧する陥没部を具備することを特徴とする請求項10乃至13のいずれか一項に記載の2次電池用ケース。
  18. 前記陥没部の側壁は、下に行くほど前記陥没部の垂直中心線と近くなる方向に傾いて形成されることを特徴とする請求項17に記載の2次電池用ケース。
  19. 前記上向側壁と前記下向側壁との間、前記下向側壁と前記下板との間に挿入され、前記カンと前記キャップとの間を密閉させるガスケットをさらに含むことを特徴とする請求項10乃至13のいずれか一項に記載の2次電池用ケース。
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