JP4373385B2 - ベントプレートを含むキャップ組立体及びこのキャップ組立体を含む二次電池 - Google Patents

Description

本発明は二次電池に関し、より詳しくは、ベントプレートの構造を改善した二次電池、及びこれに使用されるキャップ組立体及びベントプレートに関する。

二次電池（ｓｅｃｏｎｄａｒｙ ｂａｔｔｅｒｙ）は、充電が不可能な一次電池とは異なり、充電及び放電が可能な電池である。一つの電池セルがパック形態に包装された低容量電池は、セルラーフォンやノートブックコンピュータ、カムコーダのような携帯が可能な小型電子機器用電源として使用され、電池セルを数十個連結した電池パック単位の大容量電池は、ハイブリッド電気自動車などのモータ駆動用電源として使用されている。

前記二次電池は多様な形態に製造されるが、代表的な形態としては円筒形または角形があり、帯状の正極及び負極の間に絶縁体であるセパレータ（ｓｅｐａｒａｔｏｒ）を置いて、これを渦流状に巻いた電極群をケースに内蔵設置し、前記ケースに外部端子が形成されたキャップ組立体を設置して、電池を形成する。

そして、前記正極及び負極には、電池の作動時に発生する電流を集電するために、導電性導体であるリードが各々取り付けられ、このリードの端子は、正極及び負極に溶接などにより取り付けられて、正極及び負極に発生した電流を各々正極及び負極の端子に導く。

しかし、高出力が要求される大容量電池は、前記構造によってその作動特性を満たすことができないため、従来の構造として複数のリードを電極群に付着して使用するマルチタップ構造があり、他の構造として下記特許文献１に開示されているように、タップ形態のリードの代わりに板状のプレートをリードエレメントとして使用するようになった。

一方、二次電池は、ケースを密封するキャップ組立体がケースの入口に設置され、このキャップ組立体は、必要時にケース内部のガスをケース外部に排出して当該二次電池の安全を図るための安全ベント（ｓａｆｅｔｙ ｖｅｎｔ）を含む。

通常、この安全ベントは、板状のプレート（以下、ベントプレートとする）からなり、このベントプレートは、キャップ組立体が構成される時に、このキャップ組立体の他の構成要素と共に前記ケースにクランピング（ｃｌａｍｐｉｎｇ）方式で固定される。

ところが、従来のベントプレートは薄板からなるため、キャップ組立体がケースにクランピングされる時に付加される力によって変形が起きやすい構造である。

したがって、従来の二次電池は、その製造過程で起こるベントプレートの変形構造によって、キャップアセンブリー及びケースの間の気密特性を低下させ、製品としての品質を低下させる確率が高い。
米国特許６，１９３，７６５号明細書

したがって、本発明は、前記問題点を解消するためのものであって、製造過程で起こるベントプレートの変形を最少化することができるようにした、二次電池を提供する。

前記課題を達成するために、本発明による二次電池は、正極、負極、及びこの正極及び前記負極の間に配置されるセパレータを含む電極群と、前記電極群が内蔵されるケースと、前記ケースと結合されて、これを密閉するキャップ組立体と、を含み、前記キャップ組立体は、少なくとも一部分が複層構造に形成されるベントプレートを含み、前記ベントプレートは、先端が前記ベントプレートに密着するように内側に折り曲げられて形成されたビーディング部を有する。

前記キャップ組立体は、ガスケットを媒介として前記ケースと組立てられて、前記ビーディング部は、前記ガスケットに接触するように形成される。

前記ビーディング部の幅は、前記ガスケットとの密着面の幅と同一か大きく形成される。

前記ビーディング部は前記電極群に向かって配置される。

前記ビーディング部は前記電極群とは反対の方向に向かって配置される。

また、本発明による二次電池のキャップ組立体は、端子が形成されるキャッププレートと、先端が折り曲げられて形成されたビーディング部を有するベントプレートとを含む。

また、本発明による二次電池のベントプレートは、板状の本体と、前記本体に形成されて、一定の圧力で開放されるベントと、前記本体の先端に沿って形成されて、前記本体の強度を補強する強度補強部とを含む。

本発明に係る二次電池によると、ベントプレートの一部分を複層構造に形成したので、二次電池の製造過程時に、キャップ組立体をケースにクランピングする過程で起こる可能性のあるベントプレートの変形を最少化することができ、これによりこのベントプレートがガスケットと緊密に密着するようになって、ケースとの気密性が高まり、二次電池の特性を向上させることができる。

以下、添付した図面を参照して、本発明の好ましい実施の形態をより詳細に説明する。

図１は本発明の実施の形態による二次電池を示した断面図である。

前記図面を参照すれば、二次電池は、正極１１及び負極１２がセパレータ１３を間に置いて位置する電極群１０と、電解液と共に電極群１０を収容することができるように、一側先端が開放されたケース２０と、ガスケット３１を媒介として前記ケース２０の開口部に設置されて、ケース２０を密封するキャップ組立体３０とを含む。

ケース２０は、アルミニウム、アルミニウム合金、またはニッケルがメッキされたスチールのような導電性金属からなり、その形態は、電極群１０が位置する内部空間部を有する円筒形からなる。

本実施の形態では、円筒形二次電池を例示して説明するが、本発明の二次電池はこれに限定されず、円筒形以外にも角形やその他の形態からなることができる。

電極群１０は、各々の活物質が集電体１１ａ、１２ａにコーティングされて形成された正極１１及び負極１２がセパレータ１３を間に置いて積層された構造からなり、正極１１、セパレータ１３、及び負極１２が積層された状態で、これらが渦流状に巻かれて形成されたジェリーロールタイプからなることができる。

図１では、円筒形のケース２０に円形のジェリーロールタイプに巻かれた電極群１０が位置する構造を例示している。

前記のように構成された電極群１０は、正極１１及び負極１２に電気的に連結される各集電板４０、５０を含んで一つの電極組立体を構成するが、このために、図１のように、キャップ組立体３０が上を向くようにケース２０を立てた状態で、負極１２の下端には、この負極１２の集電体１２ａの周縁に沿って負極活物質が塗布されない無地部１２ｂが形成されて、負極集電板５０と接触し、正極１１の上端には、正極集電板４０と電気的に連結されるように、この正極１１の集電体１１ａの周縁に沿って正極活物質が塗布されない無地部１１ｂが形成される。

一方、キャップ組立体３０は、端子３２ａを有するキャッププレート３２と、ケース２０及びキャッププレート３２の間に置かれて、これらの間を絶縁させるガスケット３１と、予め設定された圧力条件で破損して、ケース２０内部に発生したガスをケース２０外部に放出することによって二次電池の爆発を防止する安全ベント３７を有するベントプレート３３とを含む。

ここで、このキャップ組立体３０は、電極群１０の正極１１と電気的に連結されるが、このために、ベントプレート３３及び正極集電板４０の両側にはリードエレメント３５が連結される。

さらに、キャッププレート３２及びベントプレート３３の間には、二次電池の安全装置として、ＰＴＣ（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）素子３６が配置される。

本実施の形態によるキャップ組立体３０は、キャッププレート３２、ＰＴＣ素子３６、及びベントプレート３３が順次に積層された構造からなり、これらの外周面にはこれらを完全に囲む形態でガスケット３１が位置する。

ガスケット３１は、絶縁性及び弾性を有する物質からなり、二次電池の正極を形成するキャップ組立体３０及び負極を形成するケース２０の間を絶縁させながらケース２０を密封する作用をする。

このようなキャップ組立体３０は、ケース２０の開口部に位置し、この状態で、キャップ組立体３０の外周面を基準にケース２０を強制的にクランピング（ｃｌａｍｐｉｎｇ）成形して、キャップ組立体３０をケース２０に固定する。

図２は本発明の実施の形態による二次電池のベントプレートを示した斜視図であり、図３は図２のＩ−Ｉ線の断面図であって、この図面を参照して本実施の形態によるベントプレートを見てみると、下記の通りである。

ベントプレート３３は円板形態の本体３４を含み、この本体３４の中央部にはケース２０の内側、つまり電極群１０に向かって突出形成される安全ベント３７が配置される。ここで、この安全ベント３７の周囲に沿ってノッチ３９が形成される。

ここで、ベントプレート３３の先端は、１８０度に内側に折り曲げられて畳まれてビーディング部３８を形成する。このビーディング部３８は、ベントプレート３３の強度を補強するための強度補強部であって、ベントプレート部３３の外周面に沿って連続して所定の幅（ｗ）を有して一体に形成されたものである。

ビーディング部３８は、実質的に、キャップ組立体３０をケース２０に密着設置する過程で、ケース２０の圧着によってガスケット３１が押さえられて、このガスケット３１に密着する部分であり、その幅（ｗ）は、ケース２０とのクランピング時に、ガスケット３１が変形する時にこのガスケット３１の密着面の幅（ｗ´）と同一か大きく形成されるのが好ましい。

このようなビーディング部３８によって、ベントプレート３３は、強度を強化することができるようになり、これによりケース２０とのクランピング時に外部から力を受けるとしても、その変形を最少化することができ、さらにガスケット３１との密着性を高めて、効果的な気密性維持を可能にすることができる。

ここで、ビーディング部３８が折れ曲がる方向は、安全ベント３７の突出方向と共に電極群１０に向かう方向であり（図１、図３参照）、これとは反対に、図４に示したように、ビーディング部３８´は、安全ベント３７とは反対の方向に向かって形成することもできる。この場合、ビーディング部３８´は、実質的に電極群１０に対向する方向に配置される。

このように、本実施の形態の二次電池によると、ベントプレートの先端を折り曲げてこのベントプレートの一部分を複層構造に形成することによって、薄板状の構造物であるベントプレートに剛性を付与することができる。

したがって、二次電池は、その製造過程時に、キャップ組立体をケースにクランピングする過程で起こる可能性のあるベントプレートの変形を最少化することができ、これによりこのベントプレートがガスケットと緊密に密着するようにして、ケースとの気密性を高めて、その特性を向上させることができる。

図５は図１乃至図４で言及した二次電池を有する二次電池モジュール９０がモータ９２を駆動することを示す概略ブロックダイアグラムである。

したがって、本発明による二次電池は、高出力特性が要求されるＨＥＶ（ハイブリッド自動車）、ＥＶ（電気自動車）、無線掃除機、電動自転車、電動スクーターなどのようにモータを使用して作動する機器において、当該機器のモータを駆動するためのエネルギー源として有用に使用することができる。

前記では、本発明の好ましい実施の形態について説明したが、本発明はこれに限定されず、特許請求の範囲、発明の詳細な説明、及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、これも当然本発明の範囲に属する。

本発明は、高出力特性が要求される機器のモータを駆動するための二次電池に使用することができる。

本発明の実施の形態による二次電池の断面図である。 本発明の実施の形態による二次電池のベントプレートを示した斜視図である。 図２のＩ−Ｉ線の断面図である。 本発明の他の実施の形態による二次電池のベントプレートを示した断面図である。 本発明による二次電池を有する二次電池モジュールがモータを駆動することを示す概略ブロックダイアグラムである。

符号の説明

１０ 電極群
１１ 正極
１２ 負極
１３ セパレータ
１１ａ、１２ａ 集電体
２０ ケース
３０ キャップ組立体
３１ ガスケット
３２ キャッププレート
３２ａ 端子
３３ ベントプレート
３４ 本体
３６ ＰＴＣ素子
３７ 安全ベント
３８ ビーディング部
３９ ノッチ
４０、５０ 集電板
９０ 二次電池モジュール
９２ モータ

Claims (7)

1. 正極、負極、及びこの正極及び前記負極の間に配置されるセパレータを含む電極群と、
   前記電極群が内蔵されるケースと、
   前記ケースと結合されて、これを密閉するキャップ組立体と、を含み、
   前記キャップ組立体は、少なくとも一部分が複層構造に形成されるベントプレートを含み、
   前記ベントプレートは、先端が前記ベントプレートに密着するように内側に折り曲げられて形成されたビーディング部を有することを特徴とする二次電池。
2. 前記キャップ組立体は、ガスケットを媒介として前記ケースと組立てられて、前記ビーディング部は、前記ガスケットに接触するよう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。
3. 前記ビーディング部の幅は、このビーディング部が接触する前記ガスケットとの密着面と同一か大きく形成されることを特徴とする請求項１または２に記載の二次電池。
4. 前記ビーディング部は前記電極群に向かって配置されることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の二次電池。
5. 前記ビーディング部は前記電極群とは反対の方向に向かって配置されることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の二次電池。
6. 前記二次電池は円筒形であることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の二次電池。
7. 前記二次電池はモータ駆動用であることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の二次電池。