JP4184740B2 - キャップ組立体及びそれを具備した角形2次電池 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、角形2次電池のキャップ組立体及びそれを具備した角形2次電池に係り、より詳細には密閉構造が改善された角形2次電池のキャップ組立体及びそれを具備した角形2次電池に関する。
【0002】
【従来の技術】
通常、二次電池は再充電が可能であり、近年その小型及び大容量化のための研究開発が広く行われている。小型、大容量化の代表的なものとしては、ニッケル水素(Ni−MH)電池、リチウム(Li)電池、及びリチウムイオン(Li−ion)電池などがある。
【0003】
二次電池は極板組立体を収容しているケースの外観によって円筒形電池と角形電池とに区分できる。角形電池は直六面体のケース内に極板組立体が収容されたものである。
【0004】
図1は、通常の角形2次電池の概略的な分解斜視図である。
【0005】
図面を参照すれば、ケース15は全体的に直六面体(角柱形状)の空間を限定しており、ケース15の内部に極板組立体16が収容されている。
【0006】
極板組立体16は電極活物質が塗布された正極板と負極板とをセパレータで相互隔離させ、前記正極板、負極板及びセパレータをゼリーロール状に巻いて形成したものである。極板組立体16の一側には電極タブ17が形成される。
【0007】
キャップ組立体は、図1に示されたようにケース15の上段を密閉するキャッププレート11と、前記キャッププレート11に形成された孔11aに挿入されるガスケット12と、前記ガスケット12に形成された孔に挿入されて前記極板組立体16のタブ17に電気的に連結されるピン13と、前記タブ17とキャッププレート11とを電気的に絶縁させる絶縁体14とを具備する。
【0008】
ターミナルプレート19(図2)に前記タブ17の端部17aが溶接され、前記ターミナルプレート19と前記ピン13の端部とが接触することによって電気的に連結される。ピン13はその端部の一部が中空型で形成されているが、これは後述されるスピニング作業のためのものである。
【0009】
図面番号11bは電解液注入口を示すが、キャッププレート11がケース15の上段に組立てられた後にこの電解液注入口11bを通じて前記ケース15の内部に電解液を注入してプラグ(図示せず)で密閉する。
【0010】
図面番号18は安全弁を示す。この安全弁18は、電池内部の圧力上昇時に開放されることによって電池の爆発を防止する。
【0011】
図2は、図1に示されたキャップ組立体を概略的に示す断面図である。
【0012】
図面を参照すれば、ピン13は中空型ガスケット12内に挿入される。前記中空型ガスケット12はキャッププレート11の孔11a内に挿入される。ガスケット12はキャッププレート11に形成された孔11aを通じて電池ケース内部のガス及び電解液などが外部に流出されることを防止する。ピン13の端部は絶縁体14に形成された孔に挿入されると同時に、ターミナルプレート19に形成された孔に挿入されることによって組立てられ、前記ピン13の下端部が変形されることによって固定状態を維持する。またタブ17の端部17aは前記ターミナルプレート19に溶接され、よってタブ17、ターミナルプレート19及びピン13が電気的に連結される。
【0013】
絶縁体14はターミナルプレート19がキャッププレート11と接触することを防止する。ピン13の端部は図面に示されたようにスピニング作業を通じて変形され、絶縁体14とターミナルプレート19とをキャッププレート11側に加圧密着させて固定させる。公知のようにスピニング作業はピン13を回転させながらフレームに合せてピン13の端部を広める作業である。
【0014】
前述されたような角形2次電池のキャップ組立体は次のような問題点を有する。まず、密閉構造を維持するためにガスケット12が備わるが、ガスケット12はピン13の下端部の変形により固定される。この時、完全な密閉作業を実施するための作業条件の管理が容易でない。また、密閉構造のためのガスケット12及び、ターミナルプレート19の絶縁のための絶縁体14の使用により部品点数が増加して製造工程が複雑である。さらに、ケース15の内圧が上昇すればそれによってピン13が外部に突出する現象が発生しうる。
【0015】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は前記問題点を解決するために案出されたものであって、本発明の目的は改善された角形2次電池のキャップ組立体を提供するのである。
【0016】
本発明の他の目的は、改善されたキャップ組立体を具備した角形2次電池を提供するのである。
【0017】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明によれば、金属または非金属材料のキャッププレートと、融点が400℃以下の粉末または顆粒化された状態のガラスとメタルとを混合してゲル化させたガラスメタル材料よりなり、前記キャッププレートに形成された孔に挿入される中空型の低融点ガラスメタルチューブと、前記ガラスメタルチューブに形成された中空に挿入される金属または非金属材料のピンと、を具備し、高温加熱により前記キャッププレート、前記ガラスメタルチューブ、及び前記ピン間の接触面が原子的結合をなしており、前記ピンは、端部に突出した変形部を具備し、前記変形部はタブの連結のための面積を確保するために変形されていることを特徴とする角形2次電池のキャップ組立体が提供される。
【0019】
本発明の他の特徴によれば、前記高温加熱時に組立てられた状態のキャップ組立体を支持する冶具と前記ガラスメタルチューブとの直接的な接触を防止するために前記ガラスメタルチューブの外側にセラミックシートが挟まれている。
【0020】
本発明のさらに他の特徴によれば、前記高温加熱時に、組立てられた状態のキャップ組立体を支持する冶具と前記ガラスメタルチューブとの直接的な接触を防止するために前記ガラスメタルチューブの外側にセラミックリングがはめられている。
【0023】
また、本発明によれば、正極板、負極板及びセパレータを巻いて形成された極板組立体と、前記極板組立体をその中に収容する角形ケースと、前記角形ケースを密閉する金属または非金属材料のキャッププレートと、融点が400℃以下の粉末または顆粒化された状態のガラスとメタルとを混合してゲル化させたガラスメタル材料よりなり、前記キャッププレートに形成された孔に挿入される中空型の低融点ガラスメタルチューブと、前記ガラスメタルチューブに形成された中空に挿入される金属または非金属材料のピンとを具備し、高温加熱により前記キャッププレート、前記ガラスメタルチューブ及び前記ピン間の接触面が原子的結合をなしており、前記ピンは、一端部からから突出した変形部が形成され、前記正極板または負極板の一側から引出されたタブと前記ピンとが電気的に接続されるように、前記変形部は前記タブに対する連結面積を確保するために変形されていることを特徴とする角形2次電池が提供される。
【0026】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を添付した図面を参照して本発明の望ましい実施の形態について詳細に説明する。
【0027】
図3は、本発明による角形2次電池のキャップ組立体を逆転された状態で示したものである。
【0028】
図面を参照すれば、キャップ組立体は図示の便宜のために逆転された状態で図示されている。すなわち、図1に対して逆転された状態で図示されており、図1に示された極板組立体16を収容したケース15が図3ではキャッププレート31の上部に結合され、金属または非金属材のピン33の上段にタブ17が接することと理解すればよい。
【0029】
図3において、キャッププレート31に形成された孔31aには中空型ガラスメタルチューブ32が挿入される。また、中空型ガラスメタルチューブ32の内側にはピン33が挿入される。
【0030】
キャッププレート31とピン33は導電性がある金属材または非金属材で形成される一方、ガラスメタルチューブ32はガラスメタルで形成される。
【0031】
ガラスメタル材料は、融点が400℃以下の粉末または顆粒化された状態のガラスとメタルとを混合してゲル化させたものであって、高温塑性時に導電性のない固形状態となる。ガラスメタル材料は他のメタル材料との原子的な結合を通じてシールを形成しうる。また、ガラスメタル材料は粉末状態で圧出成形されることによってチューブの形態で形状化され、以後に高温塑性を通じてメタル材料とシールを形成しうる。高温塑性時に加わる温度は400℃ないし1000℃である。
【0032】
ガラスメタルチューブ32の一側にはフランジ32が形成されている。ガラスメタルチューブ32は高温で加熱された時にキャッププレート31及び、ピン33の金属材料と原子的な結合状態を形成しうる。したがって、ガラスメタルチューブ32をキャッププレート31の孔31aに挿入し、ピン33をガラスメタルチューブ32に挿入した状態で高温で加熱すれば、ガラスメタルチューブ32と金属または非金属材質のピン33及び、キャッププレート31とが原子的に結合されることによって密閉構造が形成される。
【0033】
ピン33は胴体33bの一側にヘッド33cが形成され、胴体33bの他の一側には変形部33aが形成されている。ヘッド33cは完成された角形2次電池から外部に露出されて外部回路と連結される部分である。変形部33aは内側に円錘形孔などが形成されており、外力により変形されることによって電極組立体のタブ17(図1)と溶接などで連結される部分である。他の例によれば、円錘形孔が変形部33aに形成されずに単に偏平な表面を有する。
【0034】
図4A及び図4Bは、図3に示されたキャップ組立体の製作過程の概略的な断面図である。
【0035】
図4Aを参照すれば、ガラスメタルチューブ32の外表面はキャッププレート31の孔内表面と接触している。ガラスメタルチューブ32の内側孔にはピン33が挿入され、ピン33の外表面とガラスメタルチューブ32の内表面とが接触している。
【0036】
図面番号41は、ピン33の変形部33aに形成された円錘形空間を示す。前記円錘形空間41は変形部33aの変形を容易にするためのものである。図示されなかった他の例によれば、前記変形部33aに円錘形空間が形成されずに単に偏平な表面を有する。
【0037】
図4Bを参照すれば、ガラスメタルチューブ32と金属材のキャッププレート31及び、ピン33は高温加熱により原子的に結合された状態である。この時、ガラスメタルチューブ32の絶縁性に起因してキャッププレート31とピン33とは相互に電気的に絶縁されうる。また、ピン33の端部の一側に形成された変形部33aは外力により変形されることによって、タブ17と連結される時にさらに広い面積を確保できる。
【0038】
一方、ガラスの材料としてさらに良好な結合性を有する材料を使用することによって安定した結合状態を獲得できる。例えば、ニッケル成分は他の金属に比べてガラス材料との結合性に優れる。したがって、キャッププレート31とピン33をニッケルで形成するか、少なくともガラスメタルチューブ32と接触する部分にメッキ層を形成すれば安定した結合状態を獲得できる。
【0039】
さらに、ガラスに鉛成分が含まれている場合には製作し難い。より詳細には、キャッププレート31、ガラスメタルチューブ32とピン33を高温加熱する前に相互組立てられた状態で冶具を利用してその組立体を相互支持するが、冶具のカーボン成分のためにガラスメタルチューブ32と冶具(図示せず)とが互いに結合されて分離し難くなるだけでなく、分離されたとしても外観不良がおこる。このような問題点を解決するためにセラミック材料が好ましい。
【0040】
図5は、本発明による他の実施の形態に関する断面図であって、これはセラミックシートを利用したものである。
【0041】
図面を参照すれば、キャッププレート51の孔にはガラスメタルチューブ52が挿入される。ガラスメタルチューブ52は図3に示されたのとは異なり、フランジなしに中空の円筒形で形成される。
【0042】
セラミックシート55は中央に孔が形成されており、前記セラミックシート55の孔にピン53が挿入される。セラミックシート55はヘッド53cに近接して、キャップ組立体の加熱時に冶具(図示せず)に接触することによってガラスメタルチューブ52が冶具と直接的に接触することを防止する。変形部53aは図3ないし図4Bを参照して説明されたように、外力により変形されることによってタブの連結面積を確保する。
【0043】
図6は、本発明によるさらに他の実施の形態に関する断面図であって、これはセラミックリングを利用したものである。
【0044】
図面を参照すれば、キャッププレート61の孔にはガラスメタルチューブ62が挿入される。ガラスメタルチューブ62は図5に示されたように中空の円筒形で形成される。
【0045】
セラミックリング65は中央に孔が形成されており、前記セラミックリング65の孔にピン63が挿入される。セラミックリング65は、ヘッド63cに近接してキャップ組立体の加熱時に冶具(図示せず)に接触することによってガラスメタルチューブ62が冶具と直接的に接触することを防止する。
【0046】
図7は、本発明によるさらに他の実施の形態に関する断面図であって、これはガラスメタルチューブが段付きで形成された例である。
【0047】
図面を参照すれば、ガラスメタルチューブ72は階段型で段付きで形成され、それに対応してキャッププレート71の孔内表面とピン73の外表面が形成される。このような段付き形状は、より大きい面積にわたってガラスメタルチューブ72をキャッププレート71及び、ピン73と接触させる。また、電池ケース内部の気体が外部に流出される流路を屈曲のあるように形成することによって密閉効果をさらに増進させうる。
【0048】
セラミックシート75を挿入することによって冶具(図示せず)がガラスメタルチューブ72と接触することも防止できる。なお、変形部73aがピン73の端部に形成されることは前記の通りである。
【0049】
図3ないし図7を参照して説明された例では、ガラス材料を有するチューブをキャッププレートとピンとの間に介在させることによって原子的に結合して密閉及び絶縁作用を行わせる。これとは異なり、フッ素樹脂のような合成樹脂を利用してチューブを形成し、前記チューブを利用して密閉構造を形成することもある。
【0050】
図8Aないし図8Cは、合成樹脂チューブを利用したキャップ組立体を製造する過程を概略的に示したものである。
【0051】
図8Aを参照すれば、ピン81は金属または非金属材で形成され、チューブ82はフッ素樹脂合成材料で形成される。チューブ82は図示されたように円筒形に形成される。ピン81は図8Bに示されたようにチューブ82を圧縮しながらキャッププレート83に形成された孔に挿入される。ピン81の挿入時の加圧によってピン81とキャッププレート83との間にシール構造が形成される。これにより、チューブ82とキャッププレート83の間の絶縁とガスシールが行われて固定されることになる。以後に図8Cに示されたように、ピン81の端部81aをスピニングにより変形させることによってピン81がしっかり固定される。極板組立体のタブ(図示せず)は前記ピン81の端部81aに直接的に溶接される。
【0052】
図9は、図8Aないし図8Cに示された実施の形態を変形させたものである。これはピン91の端部91aとキャッププレート93との接触を防止するために絶縁体ワッシャ94をさらに具備する場合である。ワッシャ94はピン91の端部91aをスピニングにより変形させる時、フッ素樹脂合成材料で製作されたチューブ92と共に定位置に固定されうる。
【0053】
以上本発明を添付した図面に示された実施の形態を参考して説明したが、これらは例示的なものに過ぎず、当業者であればこれらにより多様な変形及び均等な他の実施の形態を容易に具現できる。したがって、本発明の真の範囲は特許請求の範囲により限定されねばならない。
【0054】
【発明の効果】
本発明によるキャップ組立体及びそれを具備した角形2次電池は、キャップ組立体の密閉構造が安定的であるだけでなく、製造が容易な長所がある。また、キャップ組立体の部品数を減少させることによってコストの節減にも寄与できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 通常の角形2次電池の概略的な分解斜視図である。
【図2】 図1に示された角形2次電池のキャップ組立体の断面図である。
【図3】 本発明の一実施の形態による角形2次電池のキャップ組立体の概略的な分解斜視図である。
【図4】 図4A及び図4Bは、図3に示されたキャップ組立体を製造する過程を説明する断面図である。
【図5】 本発明の他の実施の形態による角形2次電池のキャップ組立体の概略的な断面図である。
【図6】 本発明のさらに他の実施の形態による角形2次電池のキャップ組立体の概略的な断面図である。
【図7】 本発明のさらに他の実施の形態による角形2次電池のキャップ組立体の概略的な断面図である。
【図8】 図8Aないし図8Cは、合成樹脂チューブを利用したキャップ組立体を製造する過程を概略的に示した図面である。
【図9】 図8Aないし図8Cに示された実施の形態を変形させた図面である。
【符号の説明】
31 キャッププレート
31a 孔
32 中空型ガラスメタルチューブ
33 ピン
33a 変形部
33b 胴体
33c ヘッド
Claims (5)
- 金属または非金属材料のキャッププレートと、
融点が400℃以下の粉末または顆粒化された状態のガラスとメタルとを混合してゲル化させたガラスメタル材料よりなり、前記キャッププレートに形成された孔に挿入される中空型の低融点ガラスメタルチューブと、
前記ガラスメタルチューブに形成された中空に挿入される金属または非金属材料のピンと、を具備し、
高温加熱により前記キャッププレート、前記ガラスメタルチューブ、及び前記ピン間の接触面が原子的結合をなしており、
前記ピンは、端部に突出した変形部を具備し、前記変形部はタブの連結のための面積を確保するために変形されていることを特徴とする角形2次電池のキャップ組立体。 - 前記高温加熱時に組立てられた状態のキャップ組立体を支持する冶具と前記ガラスメタルチューブとの直接的な接触を防止するために、前記ガラスメタルチューブの外側にセラミックシートが挟まれていることを特徴とする請求項1に記載の角形2次電池のキャップ組立体。
- 前記高温加熱時に組立てられた状態のキャップ組立体を支持する冶具と前記ガラスメタルチューブとの直接的な接触を防止するために、前記ガラスメタルチューブの外側にセラミックリングがはめられていることを特徴とする請求項1に記載の角形2次電池のキャップ組立体。
- 前記高温加熱は、400℃ないし1000℃でなされていることを特徴とする請求項1に記載のキャップ組立体。
- 正極板、負極板及びセパレータを巻いて形成された極板組立体と、
前記極板組立体をその中に収容する角形ケースと、
前記角形ケースを密閉する金属または非金属材料のキャッププレートと、
融点が400℃以下の粉末または顆粒化された状態のガラスとメタルとを混合してゲル化させたガラスメタル材料よりなり、前記キャッププレートに形成された孔に挿入される中空型の低融点ガラスメタルチューブと、
前記ガラスメタルチューブに形成された中空に挿入される金属または非金属材料のピンとを具備し、
高温加熱により前記キャッププレート、前記ガラスメタルチューブ及び前記ピン間の接触面が原子的結合をなしており、
前記ピンは、一端部からから突出した変形部が形成され、前記正極板または負極板の一側から引出されたタブと前記ピンとが電気的に接続されるように、前記変形部は前記タブに対する連結面積を確保するために変形されていることを特徴とする角形2次電池。
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