JP4745692B2 - 二次電池および二次電池用集電板の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は，二次電池に関し，より詳しくは，二次電池のケースの内部に装着された電極組立体とキャップ組立体の外部端子とを連結する構造に関する。

最近，携帯可能な小型電子機器，および環境を考慮したモータ駆動用として高出力電池が開発されており，このような高出力電池として，高エネルギー密度の非水電解液二次電池が用いられている。非水電解液二次電池の陽極および陰極には，例えばリチウムなどのアルカリ金属が使用されているため，アルカリ金属が大気中の水分と反応しないように，電池容器には密閉構造が採用されている。

このような密閉構造の二次電池は，上部が開放されたケースと，ケースの内部に装着され，電解液が含浸された電極組立体と，ケースと結合してケースを密閉し，外部端子，つまり陽極端子部が形成されたキャップ組立体とを含む。そして，電極組立体の陽極板は，タブを介してキャップ組立体に連結される構造を有する。

このような二次電池において，一つのタブを介して電極組立体と外部端子を連結する構造は，電極組立体で生成された電流を，タブを介して外部端子に伝達するとき，内部抵抗が増加する。したがって，電極組立体の電流を外部端子に十分に引き出すことができず，電池の特性を最大限に活用することができないこともある。このため，上記のような構造は，モータ駆動用のように高出力性能を必要とする電池の場合には適さない構造であるといえる。

また，一つのタブを用いて電極組立体と外部端子とを連結する構造は，電極組立体の各部位で発生した電圧を均一に引き出すことが難しく，電極組立体とタブとが溶接された部分と，この部分から十分に離れた部分との間で電位差が発生する。このような電位差は，充放電を繰り返すにつれて，タブと溶接される部位の劣化をもたらし，電池の出力性能を減少させ，電池の寿命を短くさせる。このような現象は，特に短時間に充放電が繰り返されるモータ駆動用電池の場合に，より顕著に現れる。

したがって，本発明はこのような問題点に鑑みてなされたもので，その目的とするところは，電極組立体で生成された電流を外部端子に伝達するとき，内部抵抗を最小化し，単一タブ溶接による電位差の発生を抑制して，電池の出力性能および寿命を向上させることの可能な，新規かつ改良された二次電池を提供することにある。

上記課題を解決するために，本発明のある観点によれば，陽極板，陰極板，および陽極板と陰極板との間に介在される隔離板を含む電極組立体と，電極組立体を収容する空間部を有するケースと，ケースに結合してケースを密閉させるキャップ組立体と，電極組立体の陽極板または陰極板のいずれか一つに電気的に連結される集電板とを含む二次電池が提供される。この二次電池にかかる集電板は，板状の本体および本体に一体に形成され，キャップ組立体に電気的に連結される少なくとも二つのタブを含むことを特徴とする。

ここで，少なくとも二つのタブは，集電板の本体に放射状に形成されるのがよく，さらに，本体の一部が切開されて本体に対して曲げられることによって形成されるのがよい。また，これらの少なくとも二つのタブは，レーザ溶接，抵抗溶接，または超音波溶接などの方法を用いてキャップ組立体に溶接することにより，固定することもできる。

かかる二次電池は，少なくとも二つのタブとキャップ組立体との間に配置され，これらを電気的に連結する補助タブをさらに含むことができる。

また，集電板は，本体から突出して，対応する陽極板または陰極板に接触する接触部をさらに含むことができる。このとき，接触部は，例えば本体に任意のパターンに形成される少なくとも一つの溝部により形成される。例えば，この溝部は，本体に放射状に形成されるのがよい。または，溝部は本体に十字状に形成され，溝部と溝部との間に，タブが形成されるのがよい。

さらに，少なくとも二つのタブは，本体の一部を突出させて形成することもできる。

また，二次電池の形状は，例えば円筒形であってもよい。そして，かかる二次電池は，例えばモータ駆動用として使用することができる。

また，上記課題を解決するために，本発明の別の観点によれば，二次電池の電極組立体とキャップ組立体を電気的に連結する二次電池用集電板の製造方法において，任意の形状を有する本体の一部を切開し，切開された部分を曲げてタブを形成することにより，本体とタブとを一体的に形成することを特徴とする，二次電池用集電板の製造方法が提供される。

ここで，タブは，本体に複数形成することができる。また，かかる二次電池は，例えばモータ駆動用として使用することもできる。

このような構成により，電極組立体で生成された電流を，集電板を介してキャップ組立体に伝達させるとき，電池の内部抵抗を最小化することができ，集電板が電極組立体と安定した状態で接触するので，電極組立体からより効率よく電流を集電することができる。したがって，二次電池の出力特性を最大化することができるので，高出力性能が要求されるハイブリッド電気自動車，電気自動車，無線真空掃除機，伝動自転車または伝動スクーターなどのモータ駆動用としての使用に適している。

以上説明したように本発明によれば，電極組立体で生成された電流を外部端子に伝達させるとき，内部抵抗を最小化し，単一タブ溶接による電位差の発生を抑制して，電池の出力性能および寿命を向上させることの可能な，二次電池を提供することができる。

以下に添付図面を参照しながら，本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお，本明細書および図面において，実質的に同一の機能構成を有する構成要素については，同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

（第１の実施形態）
図１は，本発明の第１の実施形態にかかる二次電池の部分切開断面図である。また，図２は，図１に示す集電板の斜視図である。

図１に示すように，本実施形態にかかる二次電池は，陽極板１１と陰極板１２が隔離板１３を介在して位置する電極組立体１０と，電解液とともに電極組立体１０を収容するケース２０と，ガスケット３１を介してケース２０の開口部上端に配置され，ケース２０を密封するキャップ組立体３０と，電極組立体１０の陽極板１１の集電体に電気的に連結される集電板４０と，キャップ組立体３０に向かって集電板４０から一体型に突出してキャップ組立体３０に付着される複数のタブ４１とを含んで構成される。

より具体的には，ケース２０は，例えばアルミニウム，アルミニウム合金，またはニッケルが鍍金されたスチールのような導電性金属から形成される。この形状は，電極組立体１０が位置する内部空間部を有するように，例えば円筒形または六面体，その他の形状に形成できる。

電極組立体１０は，それぞれの活物質が集電体にコートされて構成された陽極板１１と陰極板１２との間に隔離板１３を介在させて積層状態にして形成される。または，陽極板１１，隔離板１３および陰極板１２が積層された状態でこれらを巻き付けたゼリーロール型に形成できる。なお，図１は，円筒形のケース２０にゼリーロール型の電極組立体１０を挿入して，二次電池を構成した場合が示されている。

このように構成された電極組立体１０において，陰極板１２の下部（図１基準）には陰極板１２の集電体に活物質が塗布されていない無地部１２ａが形成されて，ケース２０と接触している。さらに，陽極板１１の上部（図１基準）には，集電板４０に電気的に連結されるように，集電体の縁部に，陽極活物質が塗布されていない無地部１１ａが形成されている。

ここで，陰極板１２とケース２０との間には，図３に示すように，陰極板１２の無地部１２ａとケース２０との間に位置して接触する陰極用集電板５０を，さらに配置することが可能である。

キャップ組立体３０は，外部端子３２ａを有するキャッププレート３２と，ケース２０とキャッププレート３２との間を絶縁させるガスケット３１とを含み，設定圧力条件で破損してガスを放出することにより，電池の爆発を防止するベントプレート３３をさらに含むことができる。ベントプレート３３は，設定圧力条件でタブ４１による電極組立体１０と外部端子３２ａとの間の電気的連結を遮断することが可能な構造であれば，図１に示すような形状に限定されず，多様に変形することが実施可能である。

集電板４０は，図２に示すように，円板状の本体４２と，キャップ組立体３０（図１参照）に向かって本体４２から一体型に突出した複数のタブ４１とを含んで構成される。このタブ４１は，その一端をキャップ組立体３０に付着させることが可能である。ここで，本体４２の形状は，円形に限定されず，例えば三角形，四角形，多角形などの多様な形状に形成できる。

タブ４１は，その端部がキャップ組立体３０，具体的にはベントプレート３３に付着されて，集電板４０とキャップ組立体３０とを電気的に連結する。このようなタブ４１は，本体４２の一部を切開し，その切開部の端部を本体４２からキャップ組立体３０側に曲げることによって形成される。このように形成することで，本体４２と一体に形成することができ，さらに，タブを少なくとも二つ以上形成して，集電板４０とキャップ組立体３０の接触面積を増大させることができる。

さらに，集電板４０の本体４２上には，通孔４５が少なくとも一つ以上形成される。この通孔４５は，ケース２０の内部に注入される電解液が集電板４０の外部から容易に注入できるようにする役割をする。

また，本体４２の中央部には中央孔４７が形成され，その縁部には把持部（ｇｒｉｐｐｉｎｇ）４９が上部に突出されている。この把持部４９は，集電板４０を陽極板１１に溶接するとき，集電板４０が陽極板１１上の正確な位置で動かないように固定するため，任意の器具で固定することを可能にする役割をする。

なお，図２には，二つのタブ４１を備えた集電板４０が示され，図４には，四つのタブ４１’を備えた集電板４０’が示されているが，これらのタブ４１，４１’の数は，かかる例に限定されない。また，集電板４０に複数設けられるタブ４１は，作業性および集電板４０の形状対称性を考慮すると，本体４２に放射状に配置されることが好ましい。

この際，図５および図６に示すように，集電板４０’’に設けられたタブ４１が集電体４０’’とキャップ組立体３０とを連結するのに十分な長さを有しない場合，タブ４１とキャップ組立体３０との間に，補助タブ６０をさらに備えることができる。ここで，補助タブ６０は別途に製造され，タブ４１に溶接などで固定することが可能である。

次に，図７Ａおよび図７Ｂは，本実施形態にかかる集電板の変形例である集電板７０，７０’を示す斜視図である。この集電板７０，７０’は，上述した集電板とは異なり，本体７２，７２’に設けられる複数のタブ７４，７４’を，本体７２，７２’の一部が切開されて曲げて形成された形態でなく，単純に突出した形態に形成されている。

図７Ａは，本体７２から突設されたタブ７４が，直接キャップ組立体に溶接などで連結される場合の集電板７０を示している。また，図７Ｂは，本体７２’から突設されたタブ７４’に補助タブ７６がさらに備えられ，この補助タブ７６がキャップ組立体に溶接などで連結される場合の集電体７０’を示すものである。

集電板４０，４０’，４０’’，７０，７０’の本体４２，７２，７２’は，その下面が陽極板１１の無地部１１ａと接触して電気的に連結される。この際，陽極板１１の無地部１１ａとの接触状態をよくするため，本体４２，７２，７２’には，電極組立体１０に向かって突出する溝部４３をさらに形成することが可能である。

溝部４３は，例えば，本体４２，７２，７２’をビーディング加工して形成することが可能である。このような溝部４３は，複数形成することもでき，本体４２，７２，７２’に放射状に配置することもできる。その一例として，例えば図６，図７Ａおよび図７Ｂのように，四つの溝部４３は，本体４２，７２，７２’上に十字状に形成することができる。ここで，それぞれのタブ４１，４１’，７４，７４’は，溝部４３との間に形成することも可能である。

このように構成される二次電池は，その製造の際，ケース２０の内部に電極組立体１０が挿入された状態で，集電板４０を電極組立体１０の上面に載せる。そして，例えば，溶接で集電板４０の溝４３を陽極板１１の無地部１１ａに固定して，集電板４０と陽極板１１を電気的に連結することができる。

また，集電板４０に設けられたタブ４１は，キャップ組立体３０のベントプレート３３に接触して電気的に連結される。この連結は，例えば，レーザ溶接，抵抗溶接，超音波溶接などの方法により行うことができる。

前述した構成の二次電池は，少なくとも二つ以上に設けられるタブ４１により，集電板４０とキャップ組立体３０との接触面積を増大させる。これにより，電極組立体１０で生成された電流を，集電板４０を介してキャップ組立体３０に伝達するとき，電池の内部抵抗を最小化することができる。したがって，かかる二次電池は，その適用電池の出力特性を最大化することができ，高出力性能を出力するのに有利な構造となっている。

ここで，表１は，本願発明の発明者が測定した従来の構造の二次電池（集電板上に一つのタブが形成された場合）の性能と本願発明にかかる構造の二次電池（図２に示す，集電板上に複数のタブが形成された場合）の性能とを比較したデータである。

表１から，集電板上に複数のタブが形成された場合は，極板から端子に集電される電流のパス（ｐａｔｈ）が短縮される。これにより，集電板の抵抗値を低減させて集電効率を向上できることがわかる。

また，前述した構成の二次電池は，溝部４３により，集電板４０が陽極板１１の無地部１１ａに対して広い面積にわたって安定した状態で接触するので，電極組立体１０からより効率よく電流を集電することができる。これにより，本実施形態の二次電池は，電極組立体１０の内部電位差の発生を最小化して，電位差による問題点，つまり出力性能低下と寿命低下を抑制する利点が得られる。

集電板４０の効果のうち，溝４３による効果は，図３に示す陰極用集電板５０に対しても同様に実現可能である。ここで，陰極用集電板５０の構造は，タブ４１を除いた陽極用集電板４０と同一に構成され，陰極用集電板５０がケース２０の内部に挿入されるとき，溝部５１がケース２０の底面に接触するように形成される。この状態で抵抗溶接などによりケース２０に固定されることによって，ケース２０に電気的に連結することができる。

以上，添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが，本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば，特許請求の範囲に記載された範疇内において，各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり，それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

本発明は，二次電池に適用可能であり，特に，二次電池のケースの内部に装着された電極組立体とキャップ組立体の外部端子とを連結する構造に適用可能である。

本発明の第１実施形態にかかる二次電池の部分切開断面図である。 図１に示す二次電池の集電板の斜視図である。 同実施形態にかかる二次電池の変形例を示した部分切開断面図である。 同実施形態にかかる二次電池の集電板の変形例を示した斜視図である。 同実施形態にかかる二次電池の部分切開断面図である。 図５に示す二次電池の集電板の変形例を示した斜視図である。 同実施形態にかかる二次電池の集電板の変形例を示した斜視図である。 図７Ａに示す二次電池の集電板の変形例を示す斜視図である。

符号の説明

１０ 電極組立体
１１ 陽極板
１１ａ 無地部
１２ 陰極板
１２ａ 無地部
１３ 隔離板
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 外部端子
３３ ベントプレート
４０，４０’，４０’’，７０，７０’ 集電板
４１，４１’，７４，７４’ タブ
４２，７２，７２’ 本体
４２ 中央孔
４９ 把持部
５０ 陰極用集電板
６０ 補助タブ

Claims (11)

1. 陽極板，陰極板，および前記陽極板と前記陰極板とに間に介在される隔離板を含む電極組立体と；
   前記電極組立体を収容する空間部を有するケースと；
   前記ケースに結合されて前記ケースを密閉するキャップ組立体と；
   前記電極組立体の前記陽極板または前記陰極板のいずれか一つに電気的に連結される集電板と；を含み，
   前記集電板は，
   板状の本体と，
   前記本体と一体に形成され，前記キャップ組立体に電気的に連結される少なくとも二つのタブと，
   前記本体から突出して，対応する前記陽極板または前記陰極板に接触する接触部と，
   を備え，
   前記接触部は，平坦な底部を有する溝部であり，
   前記少なくとも二つのタブは，前記本体の一部を突出させて形成されることを特徴とする，二次電池。
2. 前記少なくとも二つのタブは，前記本体に放射状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. 前記少なくとも二つのタブは，レーザ溶接，抵抗溶接，または超音波溶接のいずれか一つの溶接方法により，前記キャップ組立体に固定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. 前記少なくとも二つのタブと前記キャップ組立体との間に配置され，これらを電気的に連結する補助タブをさらに含むことを特徴とする，請求項１〜３のいずれかに記載の二次電池。
5. 前記少なくとも一つの溝部は，前記本体に放射状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。
6. 前記溝部は，前記本体に十字状に形成され，前記タブは，隣接する前記溝部の間に形成されることを特徴とする，請求項５に記載の二次電池。
7. 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に記載の二次電池。
8. 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に記載の二次電池。
9. 二次電池の電極組立体とキャップ組立体とを電気的に連結する，二次電池用集電板の製造方法において：
   円形の形状を有し，平坦な底部を有する溝部である接触部が形成された二次電池用集電板の本体の一部を突出させて，前記キャップ組立体に電気的に連結されるタブを形成することにより，前記本体と前記タブとを一体に形成することを特徴とする，二次電池用集電板の製造方法。
10. 前記タブは，前記本体に複数形成されることを特徴とする，請求項９に記載の二次電池用集電板の製造方法。
11. 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９または１０に記載の二次電池用集電板の製造方法。

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