JP4579880B2 - 二次電池 - Google Patents

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Description

本発明は、二次電池(SECONDARY BATTERY)に関し、より詳細には、加圧されても変形しない角型に形成された二次電池に関する。
最近では、携帯電話、ノート型パソコン、ビデオカメラなどの薄型で、軽量化した電気/電子装置が盛ん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、別途の電源が備えられていない場所でも作動できるように、電池パックを内蔵している。内蔵された電池パックは、携帯用電気/電子装置を一定期間駆動するために、一定のレベルの電圧を出力させることが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、経済的な側面を考慮して、最近は、充放電可能な二次電池を採用している。二次電池には、代表的なものとして、ニッケル−カドミウム(Ｎｉ-Ｃｄ)電池、ニッケル−水素(Ｎｉ-ＭＨ)電池、及びリチウム(Ｌｉ)電池またはリチウムイオン(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であって、携帯用電子装備電源として大いに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、急速に普及する趨勢にある。
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を、負極活物質としては炭素材を使用している。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いい、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いう。また、リチウム二次電池は、様々な形状で製造されており、代表的な形状としては、円筒型と、角型と、パウチ型とが挙げられる。
通常、リチウム二次電池は、二次電池用ケースと、ケースの内部に収容されるゼリーロール型電極組立体と、ケースの上部に結合されるキャップ組立体とから構成される。
電極組立体は、活物質がコーティングされた第１及び第２の電極板と、前記第１及び第２の電極板の間に位置して短絡を防止し、リチウムイオン(Ｌｉ-ｉｏｎ)の移動のみを可能にするセパレータとが巻き取られ、二次電池用ケースの内側に収容されて、リチウムイオンの移動を可能にする電解液等からなっている。
キャップ組立体は、電極組立体が収容されたケースの上部に結合される。ケースの開放された上部に対応する大きさと形状とを有する平板状のキャッププレートが設けられ、中央部には、電極端子が通過可能に端子用通孔が形成される。電極端子の外側には、電極端子とキャッププレートとの電気的な絶縁のために、チューブ状のガスケットが設けられる。キャッププレートの下面には、絶縁プレートが配置され、絶縁プレートの下面に、電極端子と連結されるターミナルプレートが配置される。
ここで、キャッププレートには、一方に、ケースの内部の圧力が上昇して爆発することを防ぐために安全ベントが形成され、安全ベントの周辺に、キャッププレートの上側に注入される樹脂が外部から加えられる圧力により捩じられることを防ぐために、上方に突出された突起が設けられる。突起の上側には、樹脂の捩じれを防ぐ支持力を強化するための補助突起が設けられる。
そして、キャッププレートの上面には、電極端子とキャッププレートとの絶縁のために、絶縁テープが設けられる。
ところが、このような従来の二次電池は、キャッププレートの上側に注入される樹脂により安全ベントが破断され得るという問題点がある。
また、二次電池は、キャッププレートの上面に絶縁テープを設けた後、突起の上面に補助突起を設けなければならないので、複数の工程を経なければならないという面倒さが生じてしまう。
本発明は、上述したような問題点を解決するために案出されたもので、本発明の目的は、キャッププレートに加えられる圧力に対応する補強部材を絶縁部材と一体に備え、工程を減らすことができる二次電池を提供することにある。
上記のような目的を達成するための本発明は、一端面が開口されたケースと;前記ケースの内部に収容され、上側に第１及び第２の電極タブが引き出される電極組立体と;前記ケースの開口をカバーするキャッププレート及び前記キャッププレートから絶縁される電極端子を有するキャップ組立体と;前記電極端子と前記キャッププレートとに各々連結される第１及び第２の電極リ―ドと;前記第１及び第２の電極リ―ドにより前記キャップ組立体と連結される回路基板と;前記キャップ組立体と前記回路基板との間に充填される樹脂部と;前記キャップ組立体に前記第１の電極リ―ド及び前記キャッププレートを絶縁するように設けられた絶縁補強部と、を含む二次電池を提供する。
本発明において、第１の電極リ―ドまたは第２の電極リ―ドのいずれか一方に連結され、二次電池と外部との電流を遮断させる電流遮断部が備えられることができ、電流遮断部は、ＰＴＣサーミスタ等からなることができる。
前記絶縁補強部は、前記キャッププレートの一部面をカバーするカバー部材と、前記カバー部材の一側方に設けられた補強部材とが一体に形成されることができ、前記補強部材は、上方に突出して形成されることができ、前記カバー部材は、薄いプレート状に形成されることができる。
また、絶縁補強部は、前記カバー部材の下側に、前記キャッププレートに形成された安全ベントを保護するベント保護部材が更に備えられていればよい。
本発明において、ケースは、角型であることができる。
本発明によれば、二次電池の絶縁補強部は、補強部材とカバー部材(絶縁部材)とが一体に形成されることによって、工程が減るという利点がある。
そして、二次電池は、ケースとキャップ組立体との間に注入される樹脂部を補強する絶縁補強部が備えられることによって、外部から圧力が加えられた時、キャップ組立体が樹脂部から分離されることを防止できるという利点がある。
また、注入された樹脂部は、キャッププレートに形成された安全ベントを加圧するが、絶縁補強部の一部を構成する安全ベント保護部材により、安全ベントが破損されることを防止できるという利点がある。
以下、本発明に係る二次電池の実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明に係る二次電池の分解斜視図であり、図２は、本発明に係る二次電池の一部分解斜視図であり、図３は、本発明に係る二次電池の断面図である。
これらの図面を参照すれば、本実施形態の二次電池は、一端面が開口されたケース２００と、ケース２００の内部に収容される電極組立体２５０と、ケース２００の開口２０１に結合され、ケース２００の上部を封止するキャップ組立体１００とを備えてなるベアセルを有する。
本実施形態の二次電池は、角型で、ケース２００は、直方体(四角い六面体)のボックス形状を持ったアルミニウムあるいはアルミニウム合金で形成され、ケース２００の開口２０１を通じて電極組立体２５０と電解液とが収容される。ケース２００は、それ自体が、第１及び第２の電極２１０、２２０のいずれか一方の電極端子の役割を遂行することが可能である。
電極組立体２５０は、薄い板状または膜状に形成され、第１の電極タブ２１５と連結される第１の電極２１０、セパレータ２３０、第２の電極タブ２２５が設けられた第２の電極２２０の積層体を渦状に巻取って形成する。この時、第１及び第２の電極２１０、２２０は、負極または正極になる。ここで、第１の電極２１０は、通常、負極であることが望ましい。
負極は、導電性の金属薄板、例えば、銅箔からなる負極集電体と、その両面にコーティングされた炭素材を主成分とする負極活物質層とを含んでいる。負極には、負極活物質層が形成されていない負極集電体の領域に負極端子が接続されて、上側に引き出される。
正極は、導電性に優れた金属板、例えば、アルミニウム箔からなる正極集電体と、その両面にコーティングされ、リチウム系酸化物を主成分とする正極活物質層とを含む。正極には、正極活物質層が形成されていない正極集電体の領域に正極端子が電気的に連結されて、上側に引き出される。
セパレータ２３０は、ポリエチレン、ポリプロピレン、またはポリエチレンとポリプロピレンとの共重合体(Ｃｏ-Ｐｏｌｙｍｅｒ)からなり、第１及び第２の電極２１０、２２０よりも幅を広くして形成されることが、極板間の短絡を防止するのに有利である。
キャップ組立体１００は、ケース２００の開口２０１をカバーして封止するもので、ケース２００の開口２０１に対応する大きさと形状とを有する平板状のキャッププレート１１０を備えている。キャッププレート１１０の下面には、絶縁プレート１４０が設けられ、絶縁プレート１４０の下面には、第１の電極２１０に設けられた第１の電極タブ２１５と電気的に連結されるターミナルプレート１５０が設けられる。
キャッププレート１１０は、中央部に、電極端子１３０が貫通して第１の電極タブ２１５と連結される第１の端子通孔１１１が形成され、第１の端子通孔１１１には、電極端子１３０とキャッププレート１１０とを電気的に絶縁させるために、チューブ状のガスケット１２０が設けられる。
また、キャッププレート１１０の一側方には、所定の大きさの電解液注入孔１１３が形成される。電解液注入孔１１３は、キャップ組立体１００がケース２００の上部の開口２０１に組み立てられた後、電解液注入孔１１３を介して電解液が注入されると、栓１１５により密閉される。
キャッププレート１１０の他側方には、安全ベント１１７が形成される。安全ベント１１７は、キャッププレート１１０の上面に形成されることが一般的であり、キャッププレート１１０の厚さよりも薄く形成された溝形態になり得る。
絶縁プレート１４０は、ガスケット１２０のように絶縁物質から形成され、キャッププレート１１０の下面に連結される。絶縁プレート１４０は、キャッププレート１１０の第１の端子通孔１１１に対応するように形成され、連通される第２の端子通孔１４１が形成される。
ターミナルプレート１５０は、Ｎｉ金属またはこれの合金で形成され、絶縁プレート１４０の下面に結合される。ターミナルプレート１５０は、キャッププレート１１０の第１の端子通孔１１１に対応する第３の端子通孔１５１が形成される。
絶縁ケース１６０は、電極組立体２５０の上側に配置され、電極組立体２５０とキャッププレート１１０とを絶縁させるもので、第１及び第２の電極タブ２１５、２２５を貫通させる第１及び第２の電極タブの貫通孔１６３、１６５が形成される。絶縁ケース１６０の材質は、絶縁性を持つ高分子樹脂であり、望ましくは、ポリプロピレンからなるが、本発明の実施形態において、その材質を限定するものではない。
キャッププレート１１０の上面には絶縁補強部１７０が設けられる。絶縁補強部１７０はキャッププレート１１０に貼り付けられることができ、キャッププレート１１０をカバーするカバー部材１７３と、カバー部材１７３の一側方にカバー部材１７３と一体に形成された補強部材１７１とからなる。補強部材１７１は、キャッププレート１１０の上側に所定の高さだけ突出して形成される。後述する保護回路基板３００とキャッププレート１１０との間に樹脂が注入され、補強部材１７１は、樹脂とキャッププレート１１０との接着を強化させる。この実施形態によれば、絶縁補強部１７０は下面に、キャッププレート１１０の安全ベント１１７と対応するように安全ベント保護部材１７５が形成可能である。これにより、樹脂が注入される際に、樹脂により安全ベント１１７が損傷を受けることを防止可能である。絶縁補強部１７０は一体的に形成できる。すなわち、カバー部材１７３、補強部材１７１及び安全ベント保護部材１７５が一体物として又はあらかじめ結合して形成可能であり、カバー部材１７３、補強部材１７１及び安全ベント保護部材１７５を含む絶縁補強部１７０が、キャッププレート１１０の上面に同時に（同一製造工程で）形成されることができる。
電極組立体２５０から引き出された第１及び第２の電極タブ２１５、２２５は、電極端子１３０及びキャッププレート１１０に連結され、電極端子１３０とキャッププレート１１０とは、各々、第１及び第２の電極リ―ド３６０、３７０を媒介として保護回路基板３００に連結される。
ここで、正極または負極のいずれかの端子には、電流の流れを遮断させる電流遮断部４１０が連結される。電流遮断部４１０は、ケース２００の内部の温度が異常高温に上昇したり、ケース２００の内部の圧力が上昇したりする際に、内部の充放電の電流を遮断させる。電流遮断部４１０としては、温度があるレベルを越えると、電気抵抗がほぼ無限大まで大きくなるディバイスであり、その厚さが薄いＰＴＣ(Positive Temperature Coefficient)が適用されることができる。
一方、保護回路基板３００は、合成樹脂パネルに回路チップを含めて回路が形成される。この保護回路基板３００は、異なる極性を持つ電極端子１３０とキャッププレート１１０とに連結され、電池の化学的組成が不安定になって過充電されるか、過電流が流れる場合に生じる漏液又は爆発発火による電池の性能低下を防止するために必要なもので、第１及び第２の電極リ―ド３６０、３７０に連結されてベアセルの電圧を監視し、過充電を防止する。
ここで、電流遮断部４１０とキャップ組立体１００との間には、樹脂が充填されて樹脂部５００が形成される。
以下では、上記のように構成された本発明に係る二次電池の組立過程を詳細に説明する。
先ず、ケース２００には、電極組立体２５０を収容する。
電極組立体２５０の上側には、絶縁ケース１６０が設けられる。この時、電極組立体２５０から引き出された第１及び第２の電極タブ２１５、２２５は、絶縁ケース１６０に形成された第１及び第２の電極タブの貫通孔１６３、１６５を介してケース２００の外側に引き出される。
一方、キャッププレート１１０の上面には、絶縁補強部１７０が設けられる。すなわち、絶縁補強部１７０には、プレート状の絶縁部材(カバー部材)１７３がキャッププレート１１０の上面をカバーし、絶縁部材１７３の下側に設けられた安全ベント保護部材１７５が安全ベント１１７の上側に挿入され、キャッププレート１１０の上側に補強部材１７１が突出される。
次に、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とは、各々の第１、第２、及び第３の端子通孔１１１、１４１、１５１が連通されるように順次積層させる。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とを貫通させる電極端子１３０は、 連通される第１、第２及び第３の端子通孔１１１、１４１、１５１に、一定の力を加えて回転させながら挿通させる。
この時、電極端子１３０は、ガスケット１２０によりキャッププレート１１０から絶縁されながらキャッププレート１１０の第１の端子通孔１１１を通じて結合されるので、ターミナルプレート１５０は、キャッププレート１１０から電気的に絶縁されながら電極端子１３０に電気的に連結される。
上記のように組み立てられたキャップ組立体１００は、ケース２００の開口２０１を封止させる。ここで、第１及び第２の電極タブ２１５、２２５に各々連結された電極端子１３０とキャッププレート１１０とは、第１及び第２の電極リ―ド３６０、３７０を媒介として保護回路基板３００に連結される。
この時、負極になる電極端子１３０には、連結リ―ド３７１により、異常発生時に電流を遮断する電流遮断部４１０になるＰＴＣが連結される。
次に、保護回路基板３００とキャッププレート１１０との間には、樹脂が注入される。
この時、樹脂部５００は、キャッププレート１１０に形成された安全ベント１１７を加圧するが、絶縁補強部１７０の一部を構成する安全ベント保護部材１７５により、安全ベント１１７が破損されることを防ぐことができる。
また、樹脂が注入された二次電池は、外部から圧力が加えられた時、絶縁補強部１７０の一部を構成する補強部材１７１により、キャップ組立体１００が樹脂部から離脱することを防ぐことができる。
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部分解斜視図である。 本発明に係る二次電池の断面図である。
符号の説明
１００ キャップ組立体
１１０ キャッププレート
１１１ 第１の端子通孔
１１３ 電解液注入孔
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
１５０ ターミナルプレート
１５１ 第３の端子通孔
１６０ 絶縁ケース
１７０ 絶縁補強部
１７１ 補強部材
１７３ カバー部材(絶縁部材)
１７５ 安全ベント保護部材
２００ ケース
２１０ 第１の電極
２１５ 第１の電極タブ
２２０ 第２の電極
２２５ 第２の電極タブ
２３０ セパレータ
２５０ 電極組立体
３００ 保護回路基板
３１０、３２０ 第１及び第２の外部端子
３６０、３７０ 第１及び第２の電極リ―ド
４１０ 電流遮断部
５００ 樹脂部

Claims (6)

  1. 一端面が開口されたケースと;
    前記ケースの内部に収容され、上側に第１及び第２の電極タブが引き出される電極組立体と;
    前記ケースの開口をカバーするキャッププレート及び前記キャッププレートから絶縁される電極端子を有するキャップ組立体と;
    前記電極端子と前記キャッププレートとに各々連結される第１及び第２の電極リ―ドと;
    前記第１及び第２の電極リ―ドにより前記キャップ組立体と連結される回路基板と;
    前記キャップ組立体と前記回路基板との間に充填される樹脂部と;
    前記キャップ組立体に前記第１の電極リ―ド及び前記キャッププレートを絶縁するように設けられた絶縁補強部と、
    を含み、
    前記キャッププレートに安全ベントが形成されるとともに、前記絶縁補強部が、前記キャッププレートの一部面をカバーするプレート状のカバー部材と、前記カバー部材の上側に上方に突出して形成された補強部材と、前記カバー部材の下側に形成された前記安全ベントを保護するベント保護部材からなることを特徴とする二次電池。
  2. 前記補強部材は、上方に突出して形成されたことを特徴とする請求項１に記載の二次電池。
  3. 前記カバー部材は、プレート状に形成されたことを特徴とする請求項１に記載の二次電池。
  4. 前記ケースは、直方体をなす角型ケースであることを特徴とする請求項１に記載の二次電池。
  5. 前記第１の電極リ―ド又は第２の電極リ―ドのいずれか一方に連結されて電流を遮断させる電流遮断部が備えられることを特徴とする請求項１に記載の二次電池。
  6. 前記電流遮断部は、ＰＣＴ素子であることを特徴とする請求項５に記載の二次電池。
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