JP5236022B2 - 二次電池 - Google Patents

Description

本発明は、二次電池に関するものである。

一般的にリチウムイオンバッテリには、バッテリに異常が発生してバッテリ内部の温度が異常に上昇する場合、温度の上昇を遮断するためのＰＴＣ（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）又は温度ヒューズ（Ｔｈｅｒｍａｌ Ｆｕｓｅ）のような二次保護素子が設置される。また、このような二次保護素子はバッテリの外側部に位置するのが一般的である。しかし、このような二次保護素子がバッテリの外側部に位置する場合、バッテリ内部からの発生熱を検出する感度が落ちてしまう。これを改善するために、二次保護素子をバッテリ内部に挿入できる構造が開発され、この場合、二次保護素子を設置しやすくするために電極端子の位置をバッテリの中心部から側部に移動させた構造も開発された。しかし、この場合、バッテリを大量に電池トレイに収納して充放電過程を経る際、充放電プラグがバッテリのキャッププレート上の中心部に位置した電極端子の上に位置するように設計された充放電設備を活用しにくいため、二次電池の生産性が低下するという問題点がある。

本発明は上述のような問題点を解決するためのものであり、電極端子がキャッププレート上面の中心部を基準に一側に偏った位置に形成されることによって充放電設備の活用が難しくなり、電池の生産性低下が発生することを防ぐためのものである。

前記の目的を達成するために、本発明の一実施形態による二次電池は、正極タップ及び負極タップを具備する電極組立体と、前記電極組立体が収容される缶と、中心部から一側部方向に偏った位置に形成された端子通孔とを具備し、前記缶の上端開口部を密封するキャッププレートと、前記端子通孔に挿入される電極端子とを含み、前記電極端子は前記キャッププレートの上部から前記キャッププレートの中心部を通るように延長されて形成されたものであり得る。

前記電極端子は、前記キャッププレートの上面に突出される部分であるヘッド部と、前記端子通孔に挿入される部分である柱部を含んで形成され、前記ヘッド部は前記キャッププレートの中心部を通るように延長されて形成されたものであり得る。

前記キャッププレートの一側に偏った位置の下部には前記電極端子と電気的に接続されるターミナルプレートが形成され、キャッププレートの下面と前記ターミナルプレートの間には絶縁プレートが形成されたものであり得る。

前記絶縁プレートの下面には二次保護素子が付着されており、前記二次保護素子は一側に形成された第１連結タップによって前記ターミナルプレートと電気的に接続され、他側に形成された第２連結タップによって前記負極タップと電気的に接続されるものであり得る。

前記絶縁プレートと二次保護素子の間には、断熱プレートが更に形成されたものであり得る。

前記キャッププレートの下面のうち中心部から他側に偏った位置には第２絶縁プレートが形成され、前記第２絶縁プレートの下面には第２ターミナルプレートが更に形成されるものであり得る。

前記第２絶縁プレートの下面には二次保護素子が形成され、前記二次保護素子の他側は第３連結タップによって前記第２ターミナルプレートと連結され、二次保護素子の一側は第４連結タップによって前記キャッププレートの下面に連結され、前記第２ターミナルプレートは前記正極タップと連結されるものであり得る。

前記キャッププレートの一側に偏った位置の下面には絶縁プレートが形成され、前記絶縁プレートの下面には前記電極端子及び負極タップと電気的に接続される二次保護素子が付着されるものであり得る。

前記電極端子とキャッププレートの間には絶縁ガスケットが設置され、前記絶縁ガスケットは前記電極端子に対応する大きさ及び形状を有するものであり得る。

本発明の実施形態による二次電池は、二次保護素子が電池内部の温度変化により敏感に作動するようにするために、二次保護素子を電池の内部に形成することによる問題点を解消することができる。

すなわち、電極端子がキャッププレートの上で中心部を基準に一側に偏った位置に形成されることによって充放電設備の活用が難しくなり、二次電池の生産性低下が発生することを防ぐことができる。

本発明の一実施形態による二次電池のベアセルを示す斜視図である。 図３のＡ方向から眺めた電極端子及び絶縁ガスケットに対する部分断面図である。 図３のＣ方向から眺めた平面図である。 図３のＸ−Ｘ´線に沿って切り取られた部分の断面図であり、本発明の一実施形態による二次電池のベアセルの部分断面図である。 図３のＸ−Ｘ´線に沿って切り取られた部分の断面図であり、本発明の他の実施形態による二次電池のベアセルの部分断面図である。 図３のＸ−Ｘ´線に沿って切り取られた部分の断面図であり、本発明の更に他の実施形態による二次電池のベアセルの部分断面図である。 図３のＸ−Ｘ´線に沿って切り取られた部分の断面図であり、本発明の更に他の実施の形態による二次電池のベアセルの部分断面図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態を介して本発明をより詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施形態による二次電池のベアセル１００ａを示す斜視図であり、図３は、本発明の一実施形態による断面図で、図１の切り取り線Ｘ−Ｘ´に沿って切り取られた部分の断面図である。

図１及び図３を参照すると、本発明の一実施形態による二次電池のベアセル１００ａは缶２００と、前記缶２００の内部に収容される電極組立体２１０と、前記缶２００の上端開口部を密封するキャップ組立体３００ａとを含んで形成される。

前記缶２００は、略直六面体の形状を有する金属材で形成されることができ、それ自体が端子の役割を果たすことができる。前記缶２００の上端は開口されて上端開口部を形成し、この上端開口部を介して電極組立体２１０が収容される。

前記電極組立体２１０は図３を参照すると、正極板２１１と負極板２１３及びセパレータ２１２を含む。前記正極板２１１と負極板２１３はセパレータ２１２を挟んで積層された後、ゼリーロール（ｊｅｌｌｙ−ｒｏｌｌ）の形に巻き取ることができる。前記正極板２１１には正極タップ１５０が溶接されており、この正極タップ１５０の一端部は前記電極組立体２１０の上方に突出している。

前記キャップ組立体３００ａは、キャッププレート３１０ａと電極端子３２０と二次保護素子３３０ａとを含んで形成される。

前記キャッププレート３１０ａは、前記缶２００の上端開口部に相応する大きさと形状を有する金属板で形成される。キャッププレート３１０ａの一側部３０１から他側部３０２に至る距離の中間地点に該当する中心部から一側部３０１の方に偏った所定の位置には、キャッププレート３１０ａの上面３０４から下面３０３に向かう方向である厚さ方向に電極端子３２０が挿入できるように端子通孔３１１ａ形成されている。前記端子通孔３１１ａには電極端子３２０、例えば負極端子が挿入される。キャッププレート３１０ａの中心部から他側部３０２の方に偏った所定の位置には、キャッププレート３１０ａの厚さ方向に電解液が注入される所定の大きさの電解液注入孔３１２が形成される。キャッププレート３１０ａの下面３０３の中心部には前記電極組立体２１０の負極タップ１４０が溶接され、キャッププレート３１０ａの他側には電極組立体２１０の正極タップ１５０が溶接される。

前記電極端子３２０は、前記キャッププレート３１０ａの上面の上に露出されるように形成されたヘッド部３２１と、前記端子通孔３１１ａに挿入される柱部３２２とを含んで形成される。また、前記キャッププレート３１０ａと電極端子３２０の間には、電気的絶縁のために絶縁ガスケット３４０が設置されている。前記絶縁ガスケット３４０は、電極端子３２０に対応する大きさ及び形状を有する。

前記図２ａ及び図２ｂは、各々図１のＡ及びＣ方向から眺めた電極端子３２０と絶縁ガスケット３４０を示す部分断面図である。

図２ａを参照すると、前記電極端子３２０は正面（図１のＡ方向）から眺めた時、端子通孔３１１ａに挿入される柱部３２２の一側部３２２ａと他側部３２２ｂから距離が同じ地点を通る中心線Ｌを基準に、左右の長さが非対称の形態を有する。従って、前記電極端子３２０は前記キャッププレート３１０ａの上面の上に露出されるように形成されたヘッド部３２１の一側部３２１ａから中心線Ｌに至る距離より、他側部３２１ｂから中心線Ｌに至る距離がより長く形成される。また、絶縁ガスケット３４０の場合にも、一側部３４１から中心線Ｌに至る距離より他側部３４２から中心線Ｌに至る距離がより長く形成される。

図２ｂを参照すると、前記電極端子３２０は上から見下ろした時（図１のＣ方向）、前記ヘッド部３２１の一側部３２１ａから他側部３２１ｂに至る距離が、キャッププレート３１０ａの一側部３０１と他側部３０２から距離が同一な地点を通る中心線Ｎを通る形態を成す。すなわち、前記ヘッド部３２１の他側部は前記キャッププレートの他側方向に延長され、前記キャッププレートの中心部を通るように形成される。

この場合、電極端子３２０の一側部３２１ａと中心線Ｎの間の距離及び他側部３２１ｂと中心線Ｎの間の距離は、好ましくは化成工程の際、充放電プラグが前記電極端子３２０のヘッド部３２１の上面に接触される部分（「充放電プラグの先端部」と定義する。）の厚さより厚く形成されるようにする。これは化成工程の際、充放電プラグの先端部全体が電極端子の上に安着できるようにするためである。また、絶縁ガスケット３４０の場合も、一側部３４１から他側部３４２に至る距離が中心線Ｎを通る形態を有する。

図３を参照すると、前記キャッププレート３１０ａの一側３０１に偏った位置の下部には、前記電極端子３２０と電気的に接続されるターミナルプレート３１４が形成され、ターミナルプレート３１４とキャッププレート３１０ａの間における電気的絶縁のためにキャッププレート３２０の下面３０３と前記ターミナルプレート３１４の間に絶縁プレートが設置される。前記絶縁プレート３１３は、ＰＰテープのような絶縁テープを使用することができる。一方、前記電極端子３２０は、形成位置によっては正極端子に形成され、正極タップ１５０が連結できるというのは勿論である。

前記二次保護素子３３０ａは、前記キャッププレート３１０ａの下面３０３に位置する絶縁プレート３１３の下面に付着されたターミナルプレート３１４と第１連結タップ３１５を介して電気的に接続されることによって電極端子３２０と電気的に接続され、第２連結タップ３１６によって前記負極タップ１４０と電気的に接続される。前記二次保護素子３３０ａの一側と他側に形成される第１連結タップ３１５及び第２連結タップ３１６は、二次保護素子３３０ａと一体に形成されることができる。

前記二次保護素子３３０ａとして、温度ヒューズ（ｔｈｅｒｍａｌ ｆｕｓｅ）、ＰＴＣ素子又はバイメタルなどを使用することができる。好ましくは、二次保護素子３３０ａとして低価でありながら温度敏感性の優秀な温度ヒューズを使用する。

前記温度ヒューズは錫を主成分とする錫合金で形成され、温度敏感性を増加させるために薄膜に形成される。温度ヒューズは電池の一般的な使用温度及び製造工程を考慮し、９０〜１００℃の間で動作されるように成分を調整して設計することが好ましい。すなわち、作動温度が９０℃以下であると、二次電池の製造工程のうちエージング工程で溶けてしまうという問題が発生する。また、作動温度が１００℃を超えると、二次電池の過熱に対する爆発などの危険性を効果的に防止することができなくなる。

前記温度ヒューズとして、錫（Ｓｎ）７０乃至９０％、亜鉛（Ｚｎ）５乃至１０％、鉛（Ｐｂ）１乃至４％及びその他の金属が残量として含まれた錫合金を使用することができる。また、前記温度ヒューズとしては、錫２２％、鉛２８％、ビスマス５０％が含まれた合金を使用することができる。

前記温度ヒューズは薄膜に形成され、またキャッププレート３１０ａの下面３０３に形成されるので、電解液との反応によって損傷を受けることを防止するためにポリエチレン又はポリウレタンフィルムで保護膜を形成することが好ましい。

一方、上述では、二次保護素子３３０ａを連結するに当たって、キャッププレート３１０ａの電極端子３２０を負極端子に形成し、負極端子と負極タップ１４０の間に二次保護素子３３０ａが連結されることに形成したが、キャッププレート３１０ａの電極端子３２０を正極端子に形成して正極端子と正極タップ１５０の間に二次保護素子３３０ａが連結できるというのは勿論である。

次いで、本発明の他の実施形態による二次電池について説明する。

図４は、本発明の他の実施形態による二次電池のうち、図３に対応する部分の断面図である。

図４における他の実施形態による二次電池は、本発明の一実施形態による図３の二次電池と比較して断熱プレート３１７が更に具備されているという点のみが異なり、他の構成は同じで同じ役割を果たす。従って、同じ構成に対する重複した説明は省略し、断熱プレート３１７のみに対して説明する。

図４を参照すると、前記断熱プレートは３１７は、絶縁プレート３１３と二次保護素子３３０ｂの間にポリウレタン系接着型樹脂を使用して形成される。このようなポリウレタン系接着型樹脂で形成される断熱プレート３１７は、特に二次保護素子３３０ｂが温度ヒューズである場合に弱い引張強度を補強する一方、電池外部の温度が温度ヒューズに伝達されて温度ヒューズが誤作動するのを防止することができる。二次保護素子３３０ａが固定される絶縁プレート３１３をＰＰテープの代わりにポリウレタン樹脂のみで形成し、断熱プレート３１７一つで絶縁及び断熱機能を同時に行わせることができるのは勿論である。

次いで、本発明の更に他の実施形態による二次電池に対して説明する。

図５は、本発明の更に他の実施形態による二次電池のうち、図３に対応する部分の断面図である。

本発明の更に他の実施形態による二次電池は、本発明の一実施形態による二次電池と比較して二次保護素子３３０ｃの形成位置が異なり、第２絶縁プレート３１３ｃと第２ターミナルプレート３１４ｃが各々一つずつ更に具備される点のみが異なり、他の構成は同じで同じ役割を果たす。従って、同じ構成に対する重複した説明は省略し、上述した差異点のみに対して説明する。

図５を参照すると、正極タップ１５０とキャッププレート３１０ａの間に二次保護素子３３０ｃを形成することも可能である。すなわち、キャッププレート３２０の下面３０３のうち、中心部から他側３０２に偏った位置には第２絶縁プレート３１３ｃが形成され、第２絶縁プレート３１３ｃと正極タップ１５０の間には第２ターミナルプレート３１４ｃが形成される。また、正極タップ１５０は第２ターミナルプレート３１４ｃと連結され、第２ターミナルプレート３１４ｃは二次保護素子３３０ｃの他側に形成された第３連結タップ３１８に連結される。二次保護素子３３０ｃは、前記二次保護素子３３０ｃの一側に形成された第４連結タップ３１９によってキャッププレート３１０ａに連結される。従って、正極タップ１５０の電流はキャッププレート３１０ａに直接流れず、二次保護素子３３０ｃを介して流れるようになる。また、前記キャッププレート３１０ａの電極端子３２０は正極端子として使用し、負極タップ１４０とキャッププレート３１０ａの間に二次保護素子３３０ｃを形成することが可能であるのは勿論である。

次いで、本発明の更に他の実施形態による二次電池について説明する。

図６は、本発明の更に他の実施形態による二次電池のうち、図３に対応する部分の断面図である。

本発明の更に他の実施形態による二次電池は、本発明の一実施形態による二次電池と比較して二次保護素子３３０ｄがターミナルプレート３１４と一体に形成されるという点のみが異なり、他の構成は同じで同じ役割を果たす。従って、同じ構成に対する重複した説明は省略し、ターミナルプレート３１４と一体に形成された二次保護素子３３０ｄのみに対して説明する。

図６を参照すると、図３の場合と同じく絶縁プレート３１３の下面３０３にターミナルプレート３１４と二次保護素子３３０ａを別々に形成せず、電極端子３２０と負極タップ１４０を連結するターミナルプレート３１４の代わりに二次保護素子３３０ｄを使用して電極端子３２０と負極タップ１４０を電気的に接続するため、別途のターミナルプレートが不必要となる。従って、キャップ組立体の構造が簡単に形成されることができる。一方、電極端子３２０が負極端子でなく正極端子として使用される場合も可能であるのは勿論である。

本発明は、添付された図面に示した実施形態を参考にして説明されたが、これは例示的なものに過ぎず、該当技術分野において通常の知識を有する者であれば、これより多様な変形及び均等な他の実施形態が可能であるということを理解できるはずである。

１００ａ、１００ｂ、１００ｃ、１００ｄ：ベアセル
２００：缶
２１０：電極組立体
１４０：負極タップ
１５０：正極タップ
３００ａ：キャップ組立体
３１０ａ：キャッププレート
３２０：電極端子
３２１：ヘッド部
３２２：柱部
３３０、３３０ｃ、３３０ｄ：二次保護素子

Claims (9)

1. 正極タップ及び負極タップを具備する電極組立体と、
   前記電極組立体が収容される缶と、
   中心部から一側部方向に偏った位置に形成された端子通孔を具備して前記缶の上端開口部を密封するキャッププレートと、
   前記端子通孔に挿入される電極端子と、
   を含み、前記電極端子は前記キャッププレートの上部から前記キャッププレートの中心部を通るように延長されて形成されることを特徴とする二次電池。
2. 前記電極端子は前記キャッププレートの上面に突出される部分であるヘッド部と前記端子通孔に挿入される部分である柱部を含んで形成され、前記ヘッド部は前記キャッププレートの中心部を通るように延長されて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. 前記キャッププレートの一側に偏った位置の下部には前記電極端子と電気的に接続されるターミナルプレートが形成され、キャッププレートの下面と前記ターミナルプレートの間には絶縁プレートが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。
4. 前記絶縁プレートの下面には二次保護素子が付着され、前記二次保護素子は一側に形成された第１連結タップによって前記ターミナルプレートと電気的に接続され、他側に形成された第２連結タップによって前記負極タップと電気的に接続されることを特徴とする請求項３に記載の二次電池。
5. 前記絶縁プレートと二次保護素子の間には断熱プレートが更に形成されることを特徴とする請求項４に記載の二次電池。
6. 前記キャッププレートの下面のうち中心部から他側に偏った位置には第２絶縁プレートが形成され、前記第２絶縁プレートの下面には第２ターミナルプレートが更に形成されることを特徴とする請求項３に記載の二次電池。
7. 前記第２絶縁プレートの下面には二次保護素子が形成され、前記二次保護素子の他側は第３連結タップによって前記第２ターミナルプレートと連結され、二次保護素子の一側は第４連結タップによって前記キャッププレートの下面に連結され、前記第２ターミナルプレートは前記正極タップと連結されることを特徴とする請求項６に記載の二次電池。
8. 前記キャッププレートの一側に偏った位置の下面には絶縁プレートが形成され、前記絶縁プレートの下面には前記電極端子及び負極タップと電気的に接続される二次保護素子が付着されることを特徴とする請求項１に記載の二次電池。
9. 前記電極端子とキャッププレートの間には絶縁ガスケットが設置され、前記絶縁ガスケットは電極端子に対応する大きさ及び形状を有することを特徴とする請求項１に記載の二次電池。

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