JP4499683B2 - 二次電池 - Google Patents

Description

本発明は、二次電池に関するもので、より詳細には、筐体に電解液が注入され、キャッププレートが含まれたキャップ組立体によって仕上げられる二次電池に関するものである。

近年、携帯電話、ノート型パソコン、またはビデオカメラなどのコンパクトで軽量化された携帯用の電気・電子装置が活発に開発及び生産されつつある。このような携帯用電気・電子装置は、別途、電源が備えられていない場所でも作動するように、電池パックを内蔵している。この電池パックは、携帯用電気・電子装置を一定の期間駆動するために、一定のレベルの電圧を出力できるように、内部に少なくとも一つの電池を備えている。

前記電池パックは、経済性を考慮して、近年、充放電可能な二次電池を採用している。二次電池には、代表として、ニッケル−カドミウム（Ｎｉ−Ｃｄ）電池と、ニッケル−水素（Ｎｉ−ＭＨ）電池、またはリチウム（Ｌｉ）電池とリチウムイオン（Ｌｉ−ｉｏｎ）電池などのリチウム二次電池などがある。

特に、リチウム二次電池は、作動電圧が３．６Ｖであり、携帯用電子装備の電源として多く使われているニッケル−カドミウム電池やニッケル−水素電池よりも作動電圧が３倍も高く、単位重量当たりのエネルギー密度が高いという側面から、急速普及している。

このようなリチウム二次電池は、主に正極活物質としてリチウム系酸化物、負極活物質として炭素材が用いられている。一般的には、電解液の種類によって、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言い、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言う。また、リチウム二次電池は、様々な形状に製造されており、代表的な形状としては、円筒形、角形、パウチ形などが挙げられる。

一般的に、二次電池は、活物質がコートされた第１の電極板及び２の電極板と、第１の電極板と第２の電極板との間に位置されて短絡を防止し、リチウムイオン（Ｌｉ−ｉｏｎ）の移動を可能とするセパレーターとが巻き取られた電極組立体と、電極組立体を収容する筐体と、筐体の内部に注入されて、リチウムイオンの移動を可能とする電解液と、筐体を封止するキャップ組立体と、からなる。

このような二次電池は、第１の電極板及び第２の電極板から第１の電極タブ及び第２の電極タブが引き出された第１の電極板及び第２の電極板と、セパレーターとを積層した後、それらを巻き取って電極組立体を製造する。

ここで、電極組立体の第１の電極タブは、後述するキャップ組立体のキャッププレートに連結され、第２の電極タブは、キャップ組立体に挿入される電極端子に連結され、それぞれ互いに異なる極性を有することになる。

キャップ組立体は、筐体に組み込まれて筐体を封止するキャッププレートと、電極タブに連結される電極端子と、キャッププレートと電極端子との間に設けられ、キャッププレートと電極端子とを絶縁させるガスケットと、キャッププレートと電極タブとを絶縁させる絶縁プレートと、絶縁プレートの下部に結合され、電極端子に連結されるターミナルプレートと、を備える。

ここで、筐体に注入される電解液は、筐体に電極組立体が収容された後、残りの空間に注入される。電解液は、それらの間にセパレーターが介在された第１の電極板及び第２電極板間を通過しながらイオンを移動させる。

電解液は、その量が足りない場合、二次電池の容量が減少するようになる。そして、二次電池の使用による電解液の部分的な変性や劣化によって、電池の容量が減少する現象が生じるようになる。しかしながら、内部に十分な電解液を含めるために、電池筐体の大きさを増やすのは、対容積比、すなわち、電池容量を低下させる結果をもたらすことになる。

同じ容積で二次電池の容量を増やすために、キャッププレートの厚さを薄くする方法が考えられる。ところが、電解液の注入量を増やすためにキャッププレートの厚さを薄く形成すると、溶接が行われる箇所において、溶接により薄いキャッププレートが損傷され、損傷された部分から電解液が漏れてしまうという問題点がある。

本発明は、前記問題点を解消するために成されたものであり、二次電池に収容される電解液の量を増やすことによって、電池の性能を向上させた二次電池を提供することを目的とする。

前記目的を達成するための本発明に係る二次電池は、２つの電極及び前記２つの電極間を絶縁するセパレーターを有する電極組立体と、前記電極組立体を収容する空間を持ち、上端部が開放された缶と、前記開放された缶の上端部を溶接して覆うキャッププレートと、を備え、前記キャッププレートは、前記溶接される部分のうち少なくとも一の部分の厚さが、当該キャッププレートの他の部分の厚さよりも厚く形成され、前記缶の上端部に溶接されるキャッププレートの端部の厚さは、前記キャッププレートの他の部分の厚さよりも厚く形成され、前記端部には、前記キャッププレートの下面を基準にして下側に突出するリブを備え、前記リブは前記キャッププレートの下面に対して直角に形成されていることを特徴とする。

また、前記缶の上端部の内側面には、所定の幅を有する段差部が形成され、前記リブの下端部は、前記段差部に配置されることを特徴とする。

また、前記リブを含めた前記キャッププレートの厚さは前記段差部の幅と等しく形成され、前記キャッププレートの外側面は前記段差部に接するように配置されることを特徴とする。

また、前記リブを含めた前記キャッププレートの厚さは、０．８〜０．９ｍｍに形成されることを特徴とする。

また、前記リブを除くキャッププレートの厚さは、０．４〜０．８ｍｍに形成されることを特徴とする請求項２に記載の二次電池。

また、前記キャッププレートには、電解液を注入するための電解液注入口が形成され、前記電解液注入口の周辺部の厚さは、前記キャッププレートの他の部分の厚さよりも厚く形成され、前記キャッププレートの下面を基準にして下側に突出する溶接補強部が形成されることを特徴とする。

また、前記溶接補強部を含む前記キャッププレートの厚さは、前記リブを含む端部の厚さと等しい厚さに形成されることを特徴とする。

本発明に係る二次電池は、キャッププレートの厚さが薄く形成され、筐体に注入される電解液の量を増やすことができるというメリットがある。

また、キャッププレートは、下側に突出するようにリブ及び溶接補強部が形成されるか、または、所定の厚さを保持するように形成されることから、溶接時に、溶接部分が損傷されて、電解液が漏れることが防止することができる。

以下では、図面を参照して、本発明に係る一実施の形態について詳細に説明する。

図１は本実施の形態に係る二次電池の分解斜視図であり、図２は本実施の形態に係る二次電池の一部断面図であり、図３は本実施の形態に係るキャッププレートを示した正面図である。これらの図に示されているように、本実施の形態に係る二次電池は、一側が開口された缶２００と、缶２００の内部に収容される電極組立体２５０と、缶２００の開口部２０１に結合されるキャッププレート１１０を含んで仕上げるキャップ組立体１００とからなる。

缶２００は、略四角箱体状に形成されて一側が開口され、金属材質で形成されるので、缶２００自体が端子の役割を果たすことができる。缶２００を成す材質としては、ステンレス鋼などの鉄材も使用されるが、軽量の伝導性金属であり、腐食に対処しやすいように耐食性に優れたアルミニウムまたはアルミニウム合金が望ましい。しかしながら、本実施の形態においてその材質を限定するものではない。

電極組立体２５０は、第１の電極タブ２１５が取り付けられた第１の電極２１０と、第２の電極タブ２２５が取り付けられた第２の電極２２０と、それらの間に挟まれたセパレーター２３０とが巻き取られたゼリー・ロ−ル状となる。第１の電極２１５及び第２の電極タブ２２５は、電極組立体２５０の上部に引き出される。

キャップ組立体１００は、キャッププレート１１０と、絶縁プレート１４０と、ターミナルプレート１５０と、電極端子１３０と、を含む。

キャッププレート１１０は、缶２００の開口部２０１と相応する大きさと形状とを有した金属金で形成され、その中央に電極端子１３０が挿入される第１の端子通孔１１１が形成される。

ここで、キャッププレート１１０には、周辺のエッジ部にリブ１１０ａが設けられ、缶２００に電極組立体２５０が収容された際に、キャッププレートの全てが、リブ１１０ａが形成された部分の厚さと等しい場合と対比して見ると、薄くなった厚さ分だけ、注入される電解液の注入空間を確保することができる。すなわち、従来に比べて、電解液の注入量を増やすことができる。

具体的には、キャッププレート１１０の下面には、下部に突出するように形成され、缶２００の段差部に配置されるリブ１１０ａが形成される。この時、キャッププレート１１０は、図２に示されたように形成されることができる。

図２を参照すれば、缶２００の上部の内側面に所定の幅（Ａ）を持つ段差部２００ａが形成され、キャッププレート１１０は、缶２００の最上端とキャッププレート１１０の上面とが、同一の高さになるように設けられている。これにより、リブ１１０ａが含まれるキャッププレート１１０の厚さ（Ｂ）は、缶２００の段差部２００ａの幅（Ａ）と同様に、０．８〜０．９ｍｍに形成される。リブは、キャッププレートの周辺のエッジ部に連続的に１ｍｍ程度の幅で形成されても、缶の上端部の厚さに比べて十分に広く、上方からレーザーで缶とキャッププレートとの境界部を溶接する際にも、十分な余裕度を持つことができる。

リブが形成された部分の厚さが、例えば、０．８〜０．９ｍｍ程度に十分に確保されることによって、キャッププレート１１０が缶２００の上端部と溶接される際にも、その厚さが通常の溶接深度よりも大きくなる。結果として、溶接によるキャッププレートの穿孔は発生せず、穿孔された部分に電解液が漏れることも防止することができる。この時、溶接が行われない多くの面積において、キャッププレート１１０は、その厚さ（Ｂ）が０．８ｍｍよりも薄く形成することができ、例えば、０．６ｍｍに形成されても構わない。

一方、キャッププレート１１０の一側に形成された電解液注入口１１３は、その周辺部の底面に、リブに類似する溶接補強部１１３ａが形成されることができる。溶接補強部１１３ａは、缶２００に電解液が注入された後、電解液注入口１１３を覆う栓１１５をキャッププレート１１０に溶接するためのものであって、栓１１５とキャッププレート１１０とが溶接された後、電解液が漏れることを防止するために、キャッププレート１１０の厚さを含めてその厚さが０．８〜０．９ｍｍに形成される。

溶接補強部１１３ａは、溶接に際してキャッププレートに穿孔が生ずることを防止すると共に、一定以上の幅で形成すると、アルミニウムボールの圧入による周辺部の変形も、防止することができる。

以下では、図１のような構成を有する本発明に係る二次電池の形成過程を説明する。

まず、缶２００の内部には、第１の電極タブ２１５及び第２の電極タブ２２５が引き出された電極組立体２５０を収納する。

電極組立体２５０の上側には、第１及び第２の貫通ホール１６３、１６５を通じて電極組立体２５０の第１の電極タブ２１５及び第２の電極タブ２２５を連通させる絶縁ケース１６０を配置させる。

一方、電極端子１３０は、ガスケット１２０に挿入された後、キャッププレート１１０の第１の端子通孔１１１に挿入される。

次に、絶縁プレート１４０は、中心部に位置した第２の端子通孔１４１に、電極端子１３０が挿入される。また、キャッププレート１１０の底面に結合され、その長さを延長した位置に形成された電解液注入孔１４３と、キャッププレート１１０の電解液注入口１１１とに連通するように設けられる。

次に、ターミナルプレート１５０は、絶縁プレート１４０の底面に結合され、第３の端子通孔１５１に電極端子１３０が挿入される。これにより、ターミナルプレート１５０と電極端子１３０とが連結される。

次に、下側に延設されたピン形状の栓１１５は、電解液注入口１１３を経て電解液注入孔１４３に挿入されて、絶縁プレート１４０の回転を防ぐ。

キャップ組立体１００は、缶２００の開口部２０１を通じて缶の上端の内側に挿入される。

この時、絶縁ケース１６０の第１の貫通ホール１６３を貫通した第１の電極タブ２１５は、電極端子１３０に連結されるターミナルプレート１５０に接触する。

また、キャッププレート１１０は、第１の端子通孔１１１を基準にして、安全ベント１１７が位置された側が、第２の電極タブ２２５に接触するように組み込まれる。

すなわち、キャッププレート１１０のリブ１１０ａが、缶２００の上部の内側面に形成された段差部２００ａに配置される。

次に、電解液は、電解液注入口１１３を通じて缶２００の内部に注入され、缶２００は、キャッププレート１１０が接触する面が、キャッププレート１１０と溶接される。この時、キャッププレート１１０は、下側に突出して形成されたリブ１１０ａによって、溶接部分が補強される。

電解液注入口１１３は、栓１１５によって覆われ、栓１１５は、電解液注入口の周辺部においてキャッププレート１１０と溶接される。この時、電解液注入口１１３の周辺部の下側に突設された溶接補強部１１３ａは、栓１１５とキャッププレート１１０とが溶接される時、溶接部分を補強する。

したがって、缶２００に注入された電解液が漏れることを防止することができる。

二次電池に関する技術分野に有用である。

本発明に係る二次電池の分解斜視図である。 本発明に係る二次電池の一実施の形態を示した一部断面図である。

符号の説明

１００ キャップ組立体、
１１０ キャッププレート、
１１０ａ リブ、
１１１ 第１の端子通孔、
１１３ 電解液注入、
１１３ａ 溶接補強部、
１１５ 栓、
１２０ ガスケット、
１３０ 電極端子、
１４０ 絶縁プレート、
１４１ 第２の端子通孔、
１４３ 電解液注入孔、
１５０ ターミナルプレート、
１５１ 第３の端子通孔、
１６０ 絶縁ケース、
１６３ 第１の貫通ホール、
１６５ 第２の貫通ホール、
２００ 缶、
２１０ 第１の電極板、
２１５ 第１の電極タブ、
２２０ 第２の電極板、
２２５ 第２の電極タブ、
２５０ 電極組立体。

Claims (7)

1. ２つの電極及び前記２つの電極間を絶縁するセパレーターを有する電極組立体と、
   前記電極組立体を収容する空間を持ち、上端部が開放された缶と、
   前記開放された缶の上端部を溶接して覆うキャッププレートと、を備え、
   前記キャッププレートは、前記溶接される部分のうち少なくとも一の部分の厚さが、当該キャッププレートの他の部分の厚さよりも厚く形成され、前記缶の上端部に溶接されるキャッププレートの端部の厚さは、前記キャッププレートの他の部分の厚さよりも厚く形成され、前記端部には、前記キャッププレートの下面を基準にして下側に突出するリブを備え、前記リブは前記キャッププレートの下面に対して直角に形成されていることを特徴とする二次電池。
2. 前記缶の上端部の内側面には、所定の幅を有する段差部が形成され、前記リブの下端部は、前記段差部に配置されることを特徴とする請求項１に記載の二次電池。
3. 前記リブを含めた前記キャッププレートの厚さは前記段差部の幅と等しく形成され、前記キャッププレートの外側面は前記段差部に接するように配置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. 前記リブを含めた前記キャッププレートの厚さは、０．８〜０．９ｍｍに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。
5. 前記リブを除く前記キャッププレートの厚さは、０．４〜０．８ｍｍに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。
6. 前記キャッププレートには、電解液を注入するための電解液注入口が形成され、
   前記電解液注入口の周辺部の厚さは、前記キャッププレートの他の部分の厚さよりも厚く形成され、前記キャッププレートの下面を基準にして下側に突出する溶接補強部が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。
7. 前記溶接補強部を含む前記キャッププレートの厚さは、前記リブを含む端部の厚さと等しい厚さに形成されることを特徴とする請求項６に記載の二次電池。

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