JP4545067B2 - 缶型二次電池 - Google Patents

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Description

本発明は、缶型二次電池に関し、より詳細には、キャップ組立体の絶縁プレートの他側にターミナルプレートの他側を固定する固定手段が形成されて二次電池が外部の衝撃、または、圧力を受ける場合に、ターミナルプレートが変形されて電極組立体と短絡することを防止して、二次電池の安全性を向上させた缶型二次電池に関する。
一般に、ビデオカメラ、携帯型電話、携帯型コンピュータなどのような、携帯型無線機器の軽量化及び高機能化が進行することにより、その駆動電源として使われる二次電池に対し、多くの研究がなされている。このような二次電池は、例えば、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池、ニッケル亜鉛電池、リチウム二次電池などがある。その中で、リチウムイオン二次電池は再充電が可能であり、小型及び大容量化が可能であるものであって、作動電圧が高く、単位重量当たりエネルギー密度が高いという長所があるので、尖端電子機器分野で広く使われている。
図１は、従来の缶型リチウムイオン二次電池に対する分離斜視図を示す。
前記缶型二次電池は、第２電極板１１３、第１電極板１１５及びセパレータ１１４から構成される電極組立体１１２を電解液と共に缶１１０に受納し、この缶１１０の上段開口部１１０ａをキャップ組立体１２０で封入することにより形成される。
前記キャップ組立体１２０は、キャッププレート１４０、絶縁プレート１５０、ターミナルプレート１６０及び電極端子１３０を含んで構成される。キャップ組立体１２０は別途の絶縁ケース１７０と結合し、缶の上段開口部１１０ａに結合して、缶１１０を封入することになる。
前記キャッププレート１４０は、前記缶１１０の上段開口部１１０ａと相応する大きさと形状を有する金属板で形成される。前記キャッププレート１４０の中央には所定の大きさの端子通孔（１）１４１が形成され、端子通孔（１）１４１には電極端子１３０が挿入される。前記電極端子１３０が端子通孔（１）１４１に挿入される際は、電極端子１３０とキャッププレート１４０との絶縁のために、電極端子１３０の外面にはチューブ型のガスケットチューブ１４６が結合して、共に挿入される。一方、前記キャッププレート１４０の一側には電解液注入孔１４２が前記キャッププレート１４０の他側に所定の大きさで形成される。前記キャップ組立体１２０が前記缶１１０の上段開口部１１０ａに組立てられた後、電解液注入孔１４２を通じて電解液が注入され、別途の密閉手段によって密閉される。
前記電極端子１３０は、前記第１電極板１１５の第１電極タブ１１７、または、前記第２電極板１１３の第２電極タブ１１６に連結されて、第１電極端子、または、第２電極端子として作用することになる。
前記第１電極板１１５は、正極板、または、負極板として使われることができ、逆に、第２電極板１１３は、負極板、または、正極板として使われることができる。
前記絶縁プレート１５０は、ガスケットのような絶縁物質で形成され、キャッププレート１４０の下面に結合する。絶縁プレート１５０には前記キャッププレート１４０の端子通孔（１）１４１に対応する位置に前記電極端子１３０が貫通する端子通孔（２）１５１が形成されている。前記絶縁プレート１５０の下面には前記ターミナルプレート１６０が安着するようにターミナルプレート１６０の大きさに相応する安着溝１５２が形成される。
前記ターミナルプレート１６０は、Ｎｉ合金で形成され、前記絶縁プレート１５０の下面に結合する。前記ターミナルプレート１６０には、キャッププレート１４０の端子通孔（１）１４１に対応する位置に前記電極端子１３０が挿入される端子通孔（３）１６１が形成されており、前記電極端子１３０が前記ガスケットチューブ１４６により絶縁し、かつ、キャッププレート１４０の端子通孔（１）１４１を通じて結合するので、前記ターミナルプレート１６０は前記キャッププレート１４０と電気的に絶縁し、かつ、前記電極端子１３０と電気的に連結される。
このようなリチウムイオン二次電池は、電極組立体の内部短絡、外部短絡、または、過充電等により電圧が急上昇し、このため、電池が破裂する危険が内在している。二次電池の内部の短絡を防止するためには、電極組立体において第２電極板と第１電極板との終端部と、電極タブ熔接部位を含んで短絡の危険のある部分に絶縁テープを付着することになる。また、二次電池は、ＰＴＣ（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）素子、サーマルヒューズ（ｔｈｅｒｍａｌ ｆｕｓｅ）及び保護回路（ｐｒｏｔｅｃｔｉｎｇ ｃｉｒｃｕｉｔ）などのような安全装置と電気的に連結され、このような安全装置は電池の電圧や温度が急上昇する際、電流を遮断して電池の破裂を未然に防止する。
しかし、リチウムイオン二次電池が衝撃や圧力により変形される場合には、保護回路や保護素子が電極間の短絡を防止できなくなる。特に、前記第２電極板と第１電極板とが互いに短絡する場合には、第２電極板から第１電極板へ急激に電流が流れながら第２電極板と第１電極板の自体抵抗により発熱が進行するので、発熱の程度が甚だしくなる問題がある。また、発熱が甚だしくなると、二次電池が爆発する場合も発生することになる。
また、二次電池が縦軸方向に圧縮を受けたり、キャップ組立体の上段から下方へ力を受けたりする場合には、キャップ組立体の下面に形成されたターミナルプレートが絶縁プレートから分離されて電極組立体方向に撓むことになり、電極組立体の第２電極板と第１電極板とを短絡させることになる。従って、二次電池の安全性を低下させる要因として作用することになる。
本発明は、上記の問題を解決するために案出したものであって、特に、キャップ組立体の絶縁プレートの他側にターミナルプレートの他側を固定する固定手段が形成され、二次電池が外部の衝撃により変形される場合に、ターミナルプレートが電極組立体と短絡することを防止して、二次電池の安全性を向上させた缶型二次電池を提供することをその目的とする。
前記の課題を解決するために案出した本発明の缶型二次電池は、第２電極板、第１電極板及びセパレータを備える電極組立体と、前記電極組立体と電解液とが受容される缶と、キャッププレート、絶縁プレート、電極端子及びターミナルプレートを含んでなり、前記缶の上段開口部に結合して缶を封入するキャップ組立体を含む缶型二次電池において、前記絶縁プレートは、一側に前記電極端子が挿入される端子通孔が形成され、他側には前記絶縁プレートの下面に装着される前記ターミナルプレートの撓みを抑えつつ前記ターミナルプレートを固定する固定手段を含んで形成され、前記絶縁プレートは、下面に前記ターミナルプレートが装着される安着溝が形成され、前記固定手段は、棒形状で、前記絶縁プレートの他側において前記安着溝の長辺の両側に形成されることを特徴とする。
また、本発明において、前記固定手段は、前記絶縁プレートの他側から前記絶縁プレートの長さの２０％以内の位置に形成されることができる。
また、本発明において、前記固定手段は、前記ターミナルプレートの他側から前記ターミナルプレートの長さの２０％以内の位置に形成されることが好ましい。
前記の課題を解決するために案出した本発明の缶型二次電池は、第１電極板、第２電極板及びセパレータを備える電極組立体と、前記電極組立体と電解液とが受容される缶と、キャッププレート、絶縁プレート、電極端子及びターミナルプレートを含んでなり、前記缶の上段開口部に結合して缶を封入するキャップ組立体とを含む缶型二次電池において、前記絶縁プレートは、一側に前記電極端子が挿入される端子通孔が形成され、他側には前記絶縁プレートの下面に装着される前記ターミナルプレートの撓みを抑えつつ前記ターミナルプレートを固定する固定手段を含んで形成され、前記固定手段は、Ｖ形状の棒であって、前記絶縁プレートの他側において前記安着溝の長辺の両側と短辺の上面に結合して形成されることを特徴とする。
また、本発明において、前記固定手段は、前記長辺に接着する位置が前記絶縁プレートの長さの２０％以内の位置に接着するように形成されることができる。
また、本発明において、前記固定手段は、前記長辺に接着する位置が前記ターミナルプレートの長さの２０％以内の位置に接着することが好ましい。
本発明に係る缶型二次電池によると、外部の衝撃や圧力によって二次電池が変形される場合に、ターミナルプレートを固定する固定手段がターミナルプレートと電極組立体とが短絡することを防止して、缶型二次電池の安全性が向上する効果がある。
以下、添付の図面を参照しながら本発明に係る好ましい実施の形態を詳細に説明する。
図２は、本発明の実施の形態に係る缶型二次電池を示す分離斜視図である。図３ａは、本発明の実施の形態に係る固定手段が装着された絶縁プレートの底面図を示す。図３ｂは、図３ａのＡ-Ａ断面図を示す。図４ａは、本発明の他の実施の形態に係る固定手段が装着された絶縁プレートの底面図を示す。図４ｂは、図４ａのＢ-Ｂ断面図を示す。図５ａは、本発明の他の実施の形態に係る固定手段が装着された絶縁プレートの底面図を示す。図５ｂは、図５ａのＣ-Ｃ断面図を示す。図６は、本発明の他の実施の形態に係る固定手段が装着された絶縁プレートの底面図を示す。図７は、本発明の実施の形態に係る固定手段を備えた絶縁プレートが装着された二次電池の部分断面図を示す。図８は、図７の二次電池が縦軸圧を受けて変形された二次電池の底面断面図を示す。
本発明に係る缶型二次電池は、図２を参照すると、缶２１０と、缶２１０の内部に受容される電極組立体２１２と、前記缶２１０の上段開口部２１０ａを封入するキャップ組立体２２０とを含んで形成される。また、前記キャップ組立体２２０にはキャップ組立体２２０を構成するターミナルプレート２６０の変形を防止する固定手段２５５が絶縁プレート２５０に形成される。
前記缶２１０は、略ボックス形状であり、好ましくは、軽く、軟性のあるアルミニウム、または、アルミニウム合金で形成されるが、ここに、その種類を限るのではない。前記缶２１０は、その一面が開口された上段開口部２１０ａを含み、上段開口部２１０ａを通じて電極組立体２１２が受容される。
前記電極組立体２１２は、第２電極板２１３、第１電極板２１５及びセパレータ２１４を含む。前記第２電極板２１３及び第１電極板２１５は、セパレータ２１４を介して積層された後、ジェリー-ロール（ｊｅｌｌｙ−ｒｏｌｌ）形態で巻き取られることができる。前記第２電極板２１３には、リチウム酸化物で形成される正極酸化物層が形成されており、前記第１電極板２１５には炭素材で形成される第１電極酸化物層が形成されている。前記第２電極板２１３には第２電極タブ２１６が熔接されており、この第２電極タブ２１６の端部は、前記電極組立体２１２の上方に突出している。前記第１電極板２１５にも第１電極タブ２１７が熔接されており、この第１電極タブ２１７の端部も前記電極組立体２１２の上方に突出している。
前記第１電極板２１５及び第１電極タブ２１７は、各々、負極板と負極タブとして使われ、正極板と正極タブとして使われることができる。また、前記第２電極板２１３と第２電極タブ２１６とは、正極板と正極タブとして使われ、負極板と負極タブとして使われることができる。
前記キャップ組立体２２０は、キャッププレート２４０、絶縁プレート２５０、ターミナルプレート２６０及び電極端子２３０を含んで構成される。キャップ組立体２２０は別途の絶縁ケース２７０と結合して缶２１０の上段開口部２１０ａに結合して前記電極組立体２１２と絶縁し、かつ、缶２１０を封入することになる。
前記キャッププレート２４０は、前記缶２１０の上段開口部２１０ａに相応する大きさと形状の金属板で形成され、好ましくは、重さが軽いアルミニウム、または、アルミニウム合金で形成される。前記キャッププレート２４０の中央には所定の大きさの端子通孔（４）２４１が形成され、一側には電解液注入孔２４２が形成される。前記端子通孔（４）２４１には電極端子２３０が挿入され、前記端子通孔（４）２４１の内面には電極端子２３０とキャッププレート２４０との絶縁のためにチューブ型のガスケットチューブ２４６が組立てられる。
前記電解液注入孔２４２は、前記キャッププレート２４０の一側に所定の大きさで形成される。前記キャップ組立体２２０が前記缶２１０の上段開口部２１０ａに組立てられた後、電解液注入孔２４２を通じて電解液が注入され、電解液注入孔２４２は別途の密閉手段により密閉される。
前記絶縁プレート２５０は、ガスケットのような絶縁物質が使われ、板状で形成される。また、前記絶縁プレート２５０の下面には前記ターミナルプレート２６０が安着する安着溝２５２が形成されることができる。また、前記絶縁プレート２５０は、一側に前記絶縁プレート２５０と前記キャッププレート２４０とが結合する際、前記キャッププレート２４０の端子通孔（４）２４１に対応する位置に合わせられ、前記電極端子２３０が挿入される。
また、前記絶縁プレート２５０の長辺には、前記第１電極タプ２１７が熔接される位置に対応する位置に、第１電極タプの接近が容易になるように熔接溝２５３が形成されることができる。
前記絶縁プレート２５０は、他側の下面に前記ターミナルプレート２６０の他側、即ち、端子通孔（６）２６１が形成された側の反対側を固定する固定手段２５５を含んで形成される。前記固定手段２５５に対しては後述する。
前記ターミナルプレート２６０は、Ｎｉ合金で形成され、前記絶縁プレート２５０の安着溝２５２に安着する。前記ターミナルプレート２６０にはキャッププレート２４０の端子通孔（４）２４１に対応する位置に端子通孔（６）２６１が形成されており、前記電極端子２３０が挿入されて、互いに電気的に連結される。
前記絶縁ケース２７０は、第２電極タブホール２７１と第１電極タブホール２７２とを含んで形成され、前記キャップ組立体２２０の下部に結合して、前記キャップ組立体２２０と電極組立体２１２とを電気的に絶縁させることになる。この際、前記第２電極タブ２１６は、前記第２電極タブホール２７１を通過して、前記キャッププレート２４０に連結される。また、前記第１電極タプ２１７は、前記第１電極タブホール２７２を通じて前記ターミナルプレート２６０に連結される。
前記固定手段２５５は、図３ａと図３ｂを参照すると、板状で、前記絶縁プレート２５０において端子通孔（５）２５１が形成された一側の反対側である他端において、前記安着溝２５２の上部に所定の幅で形成され、前記絶縁プレート２５０の下面に安着する前記ターミナルプレート２６０の他側を固定することになる。前記固定手段２５５の幅は、前記絶縁プレート２５０の長さの２０％以内になるように形成し、好ましくは、前記ターミナルプレート２６０の長さの２０％以内になるように形成する。即ち、前記固定手段２５５は、前記ターミナルプレー２６０の長さの２０％以内と接触してターミナルプレート２６０を固定することになる。前記固定手段２５５の幅が前記絶縁プレート２５０の長さの２０％を超過することになると、前記ターミナルプレート２６０の下面に第１電極タプ２１７の熔接のための領域が不足することになり、熔接作業が不便になる。
前記固定手段２５５は、前記絶縁プレート２５０と一体成形されて形成されることができる。前記固定手段２５５が一体で形成される場合には、前記絶縁プレート２５０との結合力が強くなるので、前記ターミナルプレートをより強い力で固定できることになる。ただし、前記固定手段２５５が一体で形成される場合には、絶縁プレート２５０の成形過程が複雑になることができる。
また、前記固定手段２５５は、別途の板状を前記絶縁プレート２５０に熔着、または、接着剤による接着などで結合させて形成することができる。前記固定手段２５５を絶縁プレート２５０と別途に製作して結合させる場合には固定手段２５５の形成が容易になる。ただし、接着剤を用いて接着させる場合には二次電池に使われる電解液に耐性のある接着剤を使用しなければならない。例えば、前記固定手段２５５を接着する接着剤として、ＰＩ（ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ）系接着剤などが使われることができる。
図４ａは、本発明の別の実施の形態による固定手段が装着された絶縁プレートの底面図を示し、図４ｂは、図４ａのＢ-Ｂ断面図を示す。
前記固定手段２５５ａは、図４ａと図４ｂを参照すると、前記絶縁プレート２５０ａが平板で形成されて、別途の安着溝２５２のない場合には、一側が開放されたキャップ形状で前記絶縁プレート２５０ａの他側に形成されることができる。前記固定手段２５５ａは開放された一側に挿入される前記ターミナルプレート２６０の他側を固定することになる。 前記に言及したように、前記固定手段２５５ａは、前記絶縁プレート２５０ａと一体、または、別途に形成されて、絶縁プレート２５０ａの下面に熔着、または、接着して形成されることができる。
図５ａは、本発明の別の実施の形態による固定手段が装着された絶縁プレートの底面図を示し、図５ｂは、図５ａのＣ-Ｃ断面図を示す。
前記固定手段２５５ｂは、図５ａと図５ｂとを参照すると、所定の幅のバー形状で形成され、前記絶縁プレート２５０の他側において長辺の両側の上面に結合して、前記ターミナルプレート２６０の他側を固定することになる。前記固定手段２５５ｂは、熔着、または、接着して結合することができる。前記固定手段２５５ｂは、前記絶縁プレート２５０の他側から前記絶縁プレート２５０の長さの２０％以内の位置に形成されるようにし、好ましくは、前記ターミナルプレート２６０の長さの２０％以内の位置に形成されるようにする。前記固定手段２５５の形成位置が前記ターミナルプレー２６０の長さの２０％を超過することになると、前記ターミナルプレート２６０の下面に第１電極タプ２１７の熔接のための領域が足りなくなる。
図６は、本発明の又別の実施の形態に係る固定手段が装着された絶縁プレートの底面図を示す。
前記固定手段２５５ｃは、図６を参照すると、Ｖ字形状の棒で形成され、前記絶縁プレート２５０の他側において長辺の両側と短辺の上面に結合して、前記ターミナルプレート２６０の他側を固定することになる。前記固定手段２５５ｃは、熔着、または、接着して結合することができる。前記固定手段２５５ｃをＶ字形状で形成する場合には、前記第１電極タプ２１７を熔接するための熔接棒（図示していない）が前記ターミナルプレート２６０に接近することが容易になる。この際、前記固定手段２５５ｃが前記長辺に接着する位置は、前記絶縁プレート２５０の他側から前記絶縁プレートト２５０の長さの２０％以内の位置に形成されるようにし、好ましくは、前記ターミナルプレート２６０の長さの２０％以内の位置に形成されるようにする。前記固定手段２５５ｃが前記長辺に形成される位置が前記ターミナルプレー２６０の長さの２０％を超過することになると、前記ターミナルプレート２６０の下面に第１電極タプ２１７の熔接のための領域が足りなくなる。
次に、本発明に係る二次電池の作用について説明する。
図７は、本発明の実施の形態に係る固定手段を備えた絶縁プレートが装着された二次電池の部分断面図を示す。図８は、図７の二次電池が縦軸圧を受けて変形された二次電池の底面断面図を示す。
図７を参考して見ると、前記キャップ組立体２２０が下面に第２電極タブ２１６と第１電極タプ２１７とが熔接されて、前記缶２１０の上段開口部２１０ａに結合すると、ターミナルプレート２６０は、前記缶２１０の内壁及び電極組立体２１２の上部と所定の距離離隔して、電気的に絶縁した状態を維持する。また、前記第２電極タブ２１６と第１電極タプ２１７も互いに電気的に絶縁した状態を維持することになる。
このような二次電池が外部の圧力、または、衝撃を受けて縦圧縮のような変形が缶２１０に生じることになると、キャップ組立体２２０は、図８に示すように、電極端子２３０を中心にして所定の角度で変形される。この際、前記ターミナルプレート２６０は、一側は前記電極端子２３０に連結されて固定され、他側は前記固定手段２５５によって絶縁プレート２６０に固定されているので、キャップ組立体２２０の垂直方向には変形されなくなる。また、前記ターミナルプレート２６０に熔接されている第１電極タブ２１７も電極組立体２１２、または、第２電極タブ２１６方向に変形されなくなる。従って、前記固定手段２５５は前記ターミナルプレート２６０が前記電極組立体２１２と接触して電極組立体２１２を損傷させたり、第２電極板２１３と第１電極板２１５とが短絡したりすることを防止することになる。
以上、説明したように、本発明は上述の特定の好ましい実施の形態に限るのではなく、特許請求範囲から請求する本発明の要旨を外れない範囲で当該発明が属する技術分野で通常の知識を有する者であれば誰でも多様な変形の実施が可能であることは勿論であり、そのような変更は特許請求範囲の記載の範囲内にあることになる。
本発明は、電池の安全性を向上させることができるので電池の分野において利用可能である。
従来の缶型二次電池を示す分離斜視図である。 本発明の実施の形態に係る缶型二次電池を示す分離斜視図である。 本発明の実施の形態に係る固定手段が装着された絶縁プレートの底面図である。 図３ａのＡ-Ａ断面図である。 本発明の他の実施の形態に係る固定手段が装着された絶縁プレートの底面図である。 図４ａのＢ-Ｂ断面図である。 本発明の他の実施の形態に係る固定手段が装着された絶縁プレートの底面図である。 図５ａのＣ−Ｃ断面図である。 本発明の他の実施の形態に係る固定手段が装着された絶縁プレートの底面図である。 本発明の実施の形態に係る固定手段を備えた絶縁プレートが装着された二次電池の部分断面図である。 図７の二次電池が縦軸圧を受けて変形された二次電池の底面断面図である。
符号の説明
２１０ 缶
２２０ キャップ組立体
２３０ 電極端子
２４０ キャッププレート
２５０ 絶縁プレート
２５２ 安着溝
２５５、２５５ａ、２５５ｂ、２５５ｃ 固定手段
２６０ ターミナルプレート

Claims (6)

  1. 第１電極板、第２電極板及びセパレータを備える電極組立体と、前記電極組立体と電解液とが受容される缶と、キャッププレート、絶縁プレート、電極端子及びターミナルプレートを含んでなり、前記缶の上段開口部に結合して缶を封入するキャップ組立体とを含む缶型二次電池において、
    前記絶縁プレートは、一側に前記電極端子が挿入される端子通孔が形成され、他側には前記絶縁プレートの下面に装着される前記ターミナルプレートの撓みを抑えつつ前記ターミナルプレートを固定する固定手段を含んで形成され、
    前記絶縁プレートは、下面に前記ターミナルプレートが装着される安着溝が形成され、
    前記固定手段は、棒形状で、前記絶縁プレートの他側において前記安着溝の長辺の両側に形成されることを特徴とする缶型二次電池。
  2. 前記固定手段は、前記絶縁プレートの他端から前記絶縁プレートの長さの２０％以内の位置に結合することを特徴とする請求項１記載の缶型二次電池。
  3. 前記固定手段は、前記ターミナルプレートの他側から前記ターミナルプレートの長さの２０％以内の位置に結合することを特徴とする請求項１記載の缶型二次電池。
  4. 第１電極板、第２電極板及びセパレータを備える電極組立体と、前記電極組立体と電解液とが受容される缶と、キャッププレート、絶縁プレート、電極端子及びターミナルプレートを含んでなり、前記缶の上段開口部に結合して缶を封入するキャップ組立体とを含む缶型二次電池において、
    前記絶縁プレートは、一側に前記電極端子が挿入される端子通孔が形成され、他側には前記絶縁プレートの下面に装着される前記ターミナルプレートの撓みを抑えつつ前記ターミナルプレートを固定する固定手段を含んで形成され、
    前記固定手段は、Ｖ形状の棒であって、前記絶縁プレートの他側において前記安着溝の長辺の両側と短辺の上面に結合して形成されることを特徴とする缶型二次電池。
  5. 前記固定手段は、前記長辺に接着する位置が前記絶縁プレートの長さの２０％以内の位置に結合して形成されることを特徴とする請求項４記載の缶型二次電池。
  6. 前記固定手段は、前記長辺に接着する位置が前記ターミナルプレートの長さの２０％以内の位置に結合して形成されることを特徴とする請求項４記載の缶型二次電池。
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