JP4769780B2 - 二次電池 - Google Patents

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Description

本発明は、二次電池に関し、より詳しくは、ベアセルと保護回路モジュールとを結合させる成形樹脂部の固定力を強化して成形樹脂部が変形することによる離脱を防止した二次電池に関する。
一般に、二次電池は使い捨て電池と異なって充電すれば繰り返して使うことのできる電池であり、主に通信用、情報処理用、オーディオ/ビデオ用携帯器機の主電源として使われている。近年、二次電池に対する関心が高まり、開発が急速に行われている主な理由は、二次電池が超軽量、高エネルギー密度、高出力電圧、低い自己放電率、環境への親和及び長い寿命などの長所を備えた電源であるためである。
二次電池は、電極活物質によってニッケル水素(Ni−MH)電池とリチウムイオン(Li−ion)電池などに分けられ、特にリチウムイオン電池は電解質の種類によって液体電解質を使う場合と固体ポリマー電解質あるいはゲル状の電解質を使う場合とに分けられる。また、電極組立体が収容される容器の形態によって、缶型とパウチ型など多様な種類に分けられる。
リチウムイオン電池は、重さ当りのエネルギー密度が使い捨て電池に比べて著しく高く、超軽量バッテリーの実現が可能であり、セル当りの平均電圧は3.6Vもあるので他の二次電池であるニッカド電池やニッケル水素電池の平均電圧1.2Vよりも3倍のコンパクト効果がある。また、リチウムイオン電池は、自己放電率が20℃で1ヵ月に約5%未満であり、ニッカド電池やニッケル水素電池より約1/3の水準である。また、カドミウム(Cd)や水銀(Hg)のような重金属を使わないので、環境に親和的で、尚且つ定常状態で1000回以上の充放電が可能であるという長所がある。したがって、このような長所により、近年の情報通信技術の発展に伴ってその開発が急速に進められている。
従来の二次電池は、陽極板、陰極板及びセパレータからなる電極組立体をアルミニウムまたはアルミニウム合金からなる缶に収納し、缶の上端開口部をキャップ組立体で閉めた後、缶内部に電解液を注入して封止することでベアセルを形成していた。缶が、前記のように、アルミニウムまたはアルミニウム合金から形成されれば、アルミニウムの軽さから電池の軽量化を実現することができ、高電圧化で長期間使用する際にも腐食しないなど有利な点がある。
封止されたベアセルは、保護回路モジュールと電気的に接続されるが、保護回路モジュールはPTC素子(Positive Temperature Coefficient)、サーマルヒューズ(Thermal Fuse)、保護回路基板などの安全装置及びその他の電池部品から構成されている。
保護回路基板の接続端子は、別のリードプレートを通じてベアセルと電気的に接続されるが、ベアセルに設置されたキャッププレートと保護回路基板の陽極端子とが陽極リードプレートによって接続され、ベアセルの陰極端子と保護回路基板の陰極端子とが陰極リードプレートによって接続されている。電気的に接続されたベアセルと保護回路モジュールとはその結合を固定するために、別のハードパックに収納されたり、ホットメルト樹脂のモールドで形成された成形樹脂部によって二次電池の完成した外観を形成するようにしている。
一方、ベアセルと、ベアセルと電気的に接続された保護回路モジュールとを結合させる成形樹脂部は、ベアセルから一定角度以上に捻られると、たとえ成形樹脂部が完全に破損しなくても、ベアセルの陽極端子または陰極端子からリードプレートを介して保護回路基板の外部端子に至るまでの電気的接続に問題が発生する場合があり、電池の安全装置が作動しなくなる恐れもある。
また、前記のように、溶融した樹脂によってパック電池の形態に成形する際、成形樹脂部はパックの捻れや曲がりによってベアセル部分と相対的な変形が発生し、これによってベアセル外部に離脱してしまうという問題点がある。
本発明は上述した従来の問題点に鑑みてなされたものであり、成形樹脂部のせん断応力を高めて固定力を強化することにより、外力によって捩れたり、曲がったりする変形可能性を防止し、これによって成形樹脂部がベアセル外部に離脱してしまうことを防止できる二次電池を提供することを目的とする。
上述した目的を達成するために、本発明の二次電池は、キャッププレートを備えたベアセルと、前記ベアセルの上部に電気的に接続された保護回路モジュールと、前記ベアセルと前記保護回路モジュールとの間に形成された間隙に充填されてモールドされた成形樹脂部とを備えた二次電池において、前記キャッププレートの片側に固定されてリベット通孔が形成された支持プレート部と、前記支持プレート部の一端に一体となって形成されて前記保護回路モジュールの方向に一定の角度で折り曲げられて突設された樹脂固定部と、前記リベット通孔を貫通して前記支持プレート部を前記キャッププレートに固定するリベット結合部とから構成された固定強化部材を含むことを特徴とする。
また、前記樹脂固定部は、少なくとも1つ以上の樹脂支持孔が形成され、前記樹脂支持孔は貫通した樹脂がモールドされて前記成形樹脂部を支持することができる。また、前記固定強化部材は、前記リベット結合部が前記キャッププレートの片側に一体となって形成され、その上部が圧着される突出部を備えている。
また、前記固定強化部材は、前記樹脂固定部が前記支持プレート部に対して直角に折り曲げられて‘L’字状に形成されることが可能である。
また、前記固定強化部材は、前記樹脂固定部が前記支持プレート部を基準に鋭角に折り曲げられて形成されることも可能である。
また、前記固定強化部材は、前記樹脂固定部が前記支持プレート部を基準に鈍角に折り曲げられて形成されることも可能である。
また、前記固定強化部材は、前記支持プレート部の垂直二等分面を軸にして前記樹脂固定部が前記支持プレート部の他端にも対象に形成されていることが可能である。
本発明の他の特徴は、キャッププレートを備えたベアセルと、前記ベアセルの上部に電気的に接続された保護回路モジュールと、前記ベアセルと前記保護回路モジュールとの間に形成された間隙に充填されてモールドされた成形樹脂部とを備えた二次電池において、前記キャッププレートの片側に前記保護回路モジュールの方向に突設され、前記成形樹脂部を形成する樹脂が貫通してモールドされる少なくとも1つ以上の樹脂支持孔が形成された樹脂固定部と、前記樹脂固定部の底面に形成されて前記キャッププレートに固定されるリベット結合部とから構成された固定強化部材を含むことを特徴とする。
本発明によれば、ベアセルの上端にあるキャッププレートに成形樹脂部の固定力を向上させる固定強化部材を設けたので、外力による成形樹脂部の捻れや曲がりによる変形を防止し、また、成形樹脂部の外部への離脱を防止する効果がある。
以下、添付した図面を参照して本発明の一実施例に係る二次電池の望ましい実施例を詳しく説明する。
本発明の一実施例に係る二次電池の望ましい実施例は、図1に示したように、ベアセル100と、ベアセル100の上部で電気的に接続される保護回路モジュール300と、ベアセル100と保護回路モジュール300との間を結合する成形樹脂部とから構成されている。
ベアセル100は、電極組立体110と、電極組立体110を収容した缶120と、缶120の上端開口部を封止するキャップ組立体130とを含んで構成されている。
電極組立体110は、陽極活物質が塗布された陽極板111と、陰極活物質が塗布された陰極板112と、陽極板111と陰極板112との間に介在するセパレータ113とを積層して巻き取ることで形成されている。
陽極板111では、陽極活物質層が形成されていない陽極集電体の領域に陽極タブ114が電気的に接続され、陰極板112でも陰極活物質層が形成されていない陰極集電体の領域に陰極タブ115が電気的に接続されている。このとき、電極タブ114、115が電極組立体110から引き出される境界部では、電極タブ114、115と電極板111、112との間の短絡を防止するために絶縁テープをそれぞれ巻いておく。また、セパレータ113は、陽極板111及び陰極板112より幅広に形成しておくことにより、極板間の短絡の防止に有利である。
一方、電極組立体110の上面には、電極組立体110とキャップ組立体130との電気的絶縁と、電極組立体110の上端部をカバーできるように絶縁ケース190が設置されており、絶縁ケース190は絶縁性を有する高分子樹脂で形成されている。また、絶縁ケース190の中央部には陰極タブ115が通れるように通孔が形成され、側部には電解液通過孔191が形成されている。
缶120は、略直方体の形状を有したアルミニウムあるいはアルミニウム合金で形成され、開放された上端を通じて電極組立体110が収容されて電極組立体110と電解液とを収容する容器の役割をしている。また、缶120はそのものが端子の役割を果たすこともできる。
キャップ組立体130は、缶120の開放された上端に対応する大きさと形状を有する平板型のキャッププレート140を備えている。ここで、キャッププレート140の中央部には端子通孔141が形成され、端子通孔141を貫通する電極端子150とキャッププレート140との間には電気的な絶縁のためにチューブ状のガスケット160が設けられている。また、キャッププレート140の下面に絶縁プレート170が配置され、絶縁プレート170の下面には端子プレート180が設けられている。また、電極端子150の底面部は端子プレート180と電気的に接続されている。キャッププレート140の下面には陽極板111から引き出された陽極タブ114が溶接され、電極端子150の下端には陰極板112から引き出された陰極タブ115がジグザグ形状の折曲部を有した状態で溶接されている。
キャッププレート140には電解液注入口142が形成され、電解液が注入された後には電解液注入口142を密閉するために栓143が設けられる。この栓143は、アルミニウムやアルミニウム含有金属で形成されたボール型母材であって、電解液注入口142の上に置かれて機械的に電解液注入口142に圧入される。また、封止するために、栓143は電解液注入口142の周辺でキャッププレート140に溶接される。一方、キャッププレート140は安全ベント144が形成される。この安全ベント144は、電池内部の圧力が所定圧力以上に上昇すると破損し、電池の発火、爆発を防止する役割をしている。
また、キャッププレート140は、一端に成形樹脂部が外力によって変形してもベアセル100から離脱することを防止する固定強化部材200を備えている。すなわち、固定強化部材200は、二次電池の曲げ(bending)テストまたはねじれ(twisting)テストのような外力に対して成形樹脂部のせん断強度を高めて変形を防止し、成形樹脂部がベアセル100から離脱することを防止する。
固定強化部材200は、図2aに示すように、平板型の支持プレート部210と、支持プレート部210の一端に一体となって形成され、保護回路モジュール300の方向へ一定角度折り曲げられて突設された樹脂固定部220と、支持プレート部210をキャッププレート140に固定するリベット結合部230とから構成されている。
図2bに示すように、支持プレート部210は、リベット結合部230と対応する結合部位にリベット結合部230が貫通するリベット通孔211が形成されている。
リベット結合部230は、キャッププレート140の片側に一体となって形成され、保護回路モジュール300の方向へ突設された突出部が形成されている。このリベット結合部230はリベットと同じ機能を果たしている。すなわち、リベット結合部230は、支持プレート部210に形成されたリベット通孔211を貫通し、その上部が圧着されて支持プレート部210をキャッププレート140に固定する。
一方、図示していないが、リベット結合部230を別の固定手段、例えばリベットで形成し、このリベットが貫通するように支持プレート部210とキャッププレート140の対応する結合部位に孔をそれぞれ形成しておくようにしてもよい。すなわち、リベットを支持プレート部210とキャッププレート140に形成された孔に挿入し、キャッププレート140の底面と支持プレート210の上面に露出したリベットを圧着して支持プレート部210をキャッププレート140に固定することも可能である。
固定強化部材200は、本実施例において、樹脂固定部220が支持プレート部210に対して直角に折り曲げられて図2a及び図2bに示したように、その断面の形状が‘L’字状となっている。
さらに、固定強化部材200は、図2cに示したように樹脂固定部220が、支持プレート210の上部で支持プレート部210を基準に保護回路モジュール300の方向へ鋭角に折り曲げられて、例えば
Figure 0004769780
字状となるようにすることができる。
また、図2dに示したように、固定強化部材200は、樹脂固定部220を保護回路モジュール300の方向に鈍角に折り曲げて、例えば
Figure 0004769780
字状とすることもできる。
さらに、固定強化部材200は、支持プレート部210の垂直二等分面を軸として対象に樹脂固定部220を形成してもよい。具体的に説明すると、上述した樹脂固定部220を垂直二等分面を軸として対称移動して支持プレート部210の他端にさらに形成する。
すなわち、固定強化部材200は、樹脂固定部220が支持プレート部210と直角に折り曲げられてその断面の形状が‘L’字状である場合には、図2eに示したように、支持プレート部210の垂直二等分面を軸として対称移動した樹脂固定部220がさらに形成されて
Figure 0004769780
字状となる。また、樹脂固定部220が支持プレート部210を基準に保護回路モジュール300の方向に鋭角に折り曲げられてその断面の形状が例えば
Figure 0004769780
字状である場合には、図2fに示したように、
Figure 0004769780
字状となる。さらに、樹脂固定部220が鈍角に折り曲げられてその断面の形状が例えば
Figure 0004769780
字状である場合には、図2gに示したように、
Figure 0004769780
字状となる。
一方、固定強化部材200は、他の実施例として、図3aに示したように、平板型の支持プレート部210と、支持プレート部210の一端に一体となって形成されて保護回路モジュール300の方向に一定角度折り曲げられて突設した樹脂固定部220と、支持プレート部210をキャッププレート140に固定するリベット結合部230とから形成されている。
図3bに示すように、支持プレート部210は、前述した実施例と同様にリベット結合部230と対応する結合部位にリベット結合部230が貫通するリベット通孔211が形成され、リベット結合部230はキャッププレート140の片側に一体となって形成された突出部となっている。
リベット結合部230は、支持プレート部210に形成されたリベット通孔211を貫通した後、その上部が圧着されることで支持プレート部210をキャッププレート140に固定する。
樹脂固定部220は、上述した実施例と異なり、少なくとも1つ以上の樹脂支持孔221が形成され、この樹脂支持孔221を貫通した樹脂はモールドされて成形樹脂部を支持することになる。。
樹脂支持孔221は、樹脂が成形される際に溶融した樹脂が進入してモールドされ、これによって成形樹脂部の固定力が強化される。
一方、本実施例において、固定強化部材200は、上述した実施例と同様に図3a及び図3bに示したように、樹脂固定部220が支持プレート部210に対して直角に折り曲げられてその断面の形状が‘L’字状となる。
また、固定強化部材200は、図3cに示したように、樹脂固定部220が支持プレート部210を基準に鋭角に折り曲げられて、例えば
Figure 0004769780
字状となるか、または図3dに示したように、支持プレート部210を基準に鈍角に折り曲げられて、例えば
Figure 0004769780
字状となるように形成することができる。さらに、固定強化部材200は、支持プレート部210の垂直二等分面を軸として対象に樹脂固定部220形成し、その断面の形状が図3eに示したように、
Figure 0004769780
字状としたり、図3fに示しされたように、例えば
Figure 0004769780
字状としたり、図3gに示したように、例えば
Figure 0004769780
字状としたりできることは勿論である。
また、固定強化部材200は、さらに他の実施例として、図4a及び図4bに示したように、キャッププレート140の片側に設置されて保護回路モジュール300の方向へ突設された樹脂固定部220と、樹脂固定部220とキャッププレート140とを固定するリベット結合部230とから形成されている。
樹脂固定部220には、少なくとも1つ以上の樹脂支持孔221が形成され、この樹脂支持孔221を貫通した樹脂がモールドして成形樹脂部を支持する。樹脂支持孔221は前述した固定強化部材200の他の実施例とその構成及び機能は同じである。
リベット結合部230は、樹脂固定部220の底面に段差をもって形成され、キャッププレート140はリベット結合部230が固定される対応部位にリベット結合部230が貫通する結合孔145が形成されている。この結合孔145を貫通したリベット結合部230がキャッププレート140の底面で圧着されることにより、固定強化部材200はキャッププレート140に固定される。一方、図示していないが、結合孔145を貫通したリベット結合部230は別の固定手段、例えば、リベットが挿入される孔を固定強化部材200の内部に形成し、この孔にリベットを挿入してキャッププレート140の底面で結合することにより、固定強化部材200をキャッププレート140に固定するようにしてもよい。
保護回路モジュール300は、保護回路基板と、この保護回路基板に電気的に接続される接続端子と、ベアセル100と接続端子とを容易に連結するリードプレートとから構成されている。
保護回路基板は、ベアセル100の上部でキャッププレート140と水平に並んで配置されて結合されているが、ベアセル100の対向面であるキャッププレート140とほとんど同じ大きさと形状のプレート状となっており、電池の過充電または過放電を遮断して電池の安全性をはかる保護回路が形成されている。
また、保護回路基板は、外側の面に外部器機と接続される外部端子が形成され、内側の面であるキャッププレート140の対向面には接続端子が電気的に接続されて、保護回路と外部端子及び接続端子は保護回路基板を通過する導電構造によって電気接続されている。
接続端子は、リードプレートを介してベアセル100と電気的に接続され、このとき、リードプレートは通常ニッケル材質で形成されている。
成形樹脂部は、ベアセル100と保護回路モジュール300との間に形成された間隙に溶融した樹脂を充填してモールドすることによって形成されている。
以下、本発明の一実施例に係る二次電池の作用を説明する。
本発明の一実施例に係る二次電池は、ベアセル100と、ベアセル100と電気的に接続された保護回路モジュール300とが、溶融した樹脂でモールドされた成形樹脂部によって結合されている。
保護回路モジュール300をベアセル100に固定的に結合させる成形樹脂部は、ベアセル100と材質が異なり、かつ、接している面積も大きくないため、外力による曲げや捻れによって容易に変形する。このように、固定強度が脆弱な成形樹脂部は外力によってベアセルから容易に離脱する。
本発明において、上述した成形樹脂部の脆弱な固定強度を向上させて成形樹脂部の変形を防止するために、図1に示したように、二次電池のベアセル100の上端であるキャッププレート140の片側に成形樹脂部の固定力を向上させる固定強化部材200を設けた。
固定強化部材200は、図2bないし図2g、図3bないし図3gに示したように、多様な形状で実施することが可能である。すなわち、固定強化部材200は、キャッププレート140の片側にリベット結合部230で固定される支持プレート部210と、支持プレート部210の一端に一体となって形成され、図2a及び図3aに示したように、保護回路モジュール300の方向に支持プレート部210に対して直角に折り曲げられた樹脂固定部220とから形成されている。折り曲げられた樹脂固定部220は、モールドされた成形樹脂部のせん断応力を強化させるため、成形樹脂部の固定力を向上させる。
また、樹脂固定部220は、図3a及び図4aに示したように、内部に溶融した樹脂が貫通する樹脂支持孔221が形成されていてもよい。溶融した樹脂は樹脂支持孔221に進入してモールディングされて樹脂支持孔221を密閉する。これによって、成形樹脂部と固定強化部材200及びベアセル100の機械的な結合力をさらに高めることができる。
したがって、固定強化部材200は、二次電池の曲げ(bending)テストまたはねじり(twisting)テストのような外力に対して前述したように、成形樹脂部のせん断応力を高めて成形樹脂部の変形を防止し、さらに成形樹脂部がベアセル100から離脱することを防止する。
本発明は、前述した特定の実施例や図面に記載された内容にその技術的思想が限定されるわけではなく、特許請求の範囲で請求する本発明の要旨を逸脱することなく、当業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、そのような変更は本発明の特許請求の範囲内にある。
本発明の一実施例に係る二次電池の構成を示す縦断面図である。 本発明の一実施例に係るキャッププレートに固定された固定強化部材の構造を示す斜視図である。 図2aのA−A線の断面図である。 本発明の一実施例に係るキャッププレートに固定された固定強化部材の他の実施例を示す縦断面図である。 本発明の一実施例に係るキャッププレートに固定された固定強化部材の他の実施例を示す縦断面図である。 本発明の一実施例に係るキャッププレートに固定された固定強化部材の他の実施例を示す縦断面図である。 本発明の一実施例に係るキャッププレートに固定された固定強化部材の他の実施例を示す縦断面図である。 本発明の一実施例に係るキャッププレートに固定された固定強化部材の他の実施例を示す縦断面図である。 本発明の他の実施例に係るキャッププレートに固定された固定強化部材の構造を示す斜視図である。 図3aのB−B線の断面図である。 本発明の他の実施例に係るキャッププレートに固定された固定強化部材の他の実施例を示す縦断面図である。 本発明の他の実施例に係るキャッププレートに固定された固定強化部材の他の実施例を示す縦断面図である。 本発明の他の実施例に係るキャッププレートに固定された固定強化部材の他の実施例を示す縦断面図である。 本発明の他の実施例に係るキャッププレートに固定された固定強化部材の他の実施例を示す縦断面図である。 本発明の他の実施例に係るキャッププレートに固定された固定強化部材の他の実施例を示す縦断面図である。 本発明のさらに他の実施例に係る固定強化部材の構造を示す斜視図である。 キャッププレートに固定された固定強化部材を示した図4aのC−C線の断面図である。
符号の説明
100 ベアセル
110 電極組立体
120 缶
130 キャップ組立体
140 キャッププレート
145 結合孔
200 固定強化部材
210 支持プレート部
211 リベット通孔
220 樹脂固定部
221 樹脂支持孔
230 リベット結合部
300 保護回路モジュール

Claims (7)

  1. キャッププレートを備えたベアセルと、前記ベアセルの上部に電気的に接続された保護回路モジュールと、前記ベアセルと前記保護回路モジュールとの間に形成された間隙に充填されてモールドされた成形樹脂部とを備えた二次電池において、
    前記キャッププレートの片側に固定されてリベット通孔が形成された支持プレート部と、
    前記支持プレート部の一端に一体となって形成されて前記保護回路モジュールの方向に一定の角度で折り曲げられて突設された樹脂固定部と、
    前記リベット通孔を貫通して前記支持プレート部を前記キャッププレートに固定するリベット結合部とから構成された固定強化部材を含み、
    前記樹脂固定部は、少なくとも1つ以上の樹脂支持孔が形成され、前記樹脂支持孔は貫通した樹脂がモールドされて前記成形樹脂部を支持することを特徴とする二次電池。
  2. 前記固定強化部材は、
    前記リベット結合部が前記キャッププレートの片側に一体となって形成され、その上部が圧着される突出部を備えていることを特徴とする請求項1に記載の二次電池。
  3. 前記固定強化部材は、
    前記樹脂固定部が前記支持プレート部に対して直角に折り曲げられて‘L’字状に形成されてい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. 前記固定強化部材は、
    前記樹脂固定部が前記支持プレート部を基準に鋭角に折り曲げられて形成されてい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. 前記固定強化部材は、
    前記樹脂固定部が前記支持プレート部を基準に鈍角に折り曲げられて形成されてい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. 前記固定強化部材は、
    前記支持プレート部の垂直二等分面を軸にして前記樹脂固定部が前記支持プレート部の他端にも対称に形成されていることを特徴とする請求項1乃至のいずれか1項に記載の二次電池。
  7. キャッププレートを備えたベアセルと、前記ベアセルの上部に電気的に接続された保護回路モジュールと、前記ベアセルと前記保護回路モジュールとの間に形成された間隙に充填されてモールドされた成形樹脂部とを備えた二次電池において、
    前記キャッププレートの片側に前記保護回路モジュールの方向に突設され、前記成形樹脂部を形成する樹脂が貫通してモールドされる少なくとも1つ以上の樹脂支持孔が形成された樹脂固定部と、
    前記樹脂固定部の底面に形成されて前記キャッププレートに固定されるリベット結合部と
    から構成された固定強化部材を含むことを特徴とする二次電池。
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