JP5269834B2

JP5269834B2 - 二次電池

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Publication number: JP5269834B2
Application number: JP2010131066A
Authority: JP
Inventors: 大淵文
Original assignee: Samsung SDI Co Ltd
Current assignee: Samsung SDI Co Ltd
Priority date: 2009-11-27
Filing date: 2010-06-08
Publication date: 2013-08-21
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Also published as: US20110129717A1; KR101093894B1; EP2337108A1; JP2011113963A; CN102104130A; KR20110059285A; EP2337108B1; CN102104130B

Description

本発明は、二次電池に関し、特に電極組立体の電極タップに抵抗溶接で接続されるリード線の溶接特性を向上させた二次電池に関するものである。

最近、電子、通信コンピュータ産業の急速な発展に伴い、携帯用電子機器の供給が増えつつある。携帯用電子機器の電源としては、再充電の可能な二次電池が主に使用されている。

二次電池は、一般に陽極、陰極及び陽極と陰極との間に介在するセパレーターを有する電極組立体を備えており、電極組立体は、電極組立体を保護する保護部材の内部に収容されている。

このとき、二次電池では、陽極及び陰極の各々を外部と接続するための電極タップが、陽極及び陰極から延びて保護部材の外部に露出している。

露出した電極タップを他の素子、例えば二次電池を制御する保護回路モジュールに接続するためには、電極タップと保護回路モジュールとを接続するリード線が必要である。ここで、電極タップとリード線は電気抵抗溶接によって接続される。

このとき、二次電池の内部抵抗を最小化するためには、電極タップとリード線との間の溶接特性を優秀にする必要がある。

本発明の目的は、電極タップに溶接されるリード線の溶接特性を向上させた二次電池を提供することにある。

上記目的を達成すべく、本発明の一側面によれば、電極タップを外部に露出させたベアセルと、前記電極タップに溶接され、前記ベアセルを他の素子と電気的に接続するリード線とを備え、前記リード線は、前記電極タップが溶接される溶接領域と、前記溶接領域以外の領域であるリード領域とを備え、前記溶接領域は第１層及び第２層からなり、前記第２層は前記第１層に比べて電気電導度が高いことを特徴とする二次電池が提供される。

上記目的を達成すべく、電極タップを外部に露出させたベアセルと、前記電極タップに溶接され、前記ベアセルを他の素子と電気的に接続するリード線とを備え、前記リード線は、前記電極タップが溶接される溶接領域と、前記溶接領域以外の領域であるリード領域とを備え、前記溶接領域は第１層及び第２層からなり、前記第１層は前記第２層に比べて電気抵抗が高いことを特徴とする二次電池が提供される。

前記溶接は抵抗溶接である。

前記電極タップはニッケル又はニッケル系合金からなり、前記第１層はニッケル又はニッケル系合金からなり、前記第２層は銅又は銅系合金からなる。

前記第１層の厚さ及び前記第２層の厚さは同じである。

前記第２層は板状形態で、前記第１層の表面に接触している。

前記第２層は前記第１層の表面上にコーティングされた形態である。

前記第２層は前記第１層の表面上にメッキされた形態である。

前記第１層と前記第２層はクラッド化されている。

前記リード線は、少なくとも前記溶接領域が露出され、前記リード領域は絶縁フィルムで覆われている。

前記第２層は前記溶接領域より広い面積である。

本発明によれば、上述の目的をすべて達成することができる。具体的に説明すると、本発明によって、電極タップに溶接されるリード線の溶接特性を向上させた二次電池を提供するという効果がある。

本発明の一実施形態に係る二次電池の構造を示す斜視図である。本発明の一実施形態に係る二次電池の構造を示す斜視図である。本発明の一実施形態に係る二次電池の電極タップとリード線との溶接部分を示す拡大図である。本発明の一実施形態に係る二次電池の電極タップとリード線との溶接部分を示す断面図である。本発明の他の実施形態に係る二次電池の構造を示す斜視図である。

以下、添付した図面を参照して、本発明に係る実施形態を詳細に説明する。

図１及び図２は、本発明の一実施形態に係る二次電池の構造を示す斜視図である。このとき、図２は図１の一部分図である。

図１及び図２に示すように、本発明の一実施形態に係る二次電池１０００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基板２００と、ベアセル１００と保護回路基板２００とを接続するリード線３００とを備えている。

ベアセル１００は、図２に示すように、保護部材１１０と、保護部材１１０に収容された電極組立体１２０とを具備している。

保護部材１１０は、本体１１２と、カバー１１４とを備えている。

本体１１２は、電極組立体１２０を収容する空間である収容部１１２ａと、収容部１１２ａの入口から延びて拡張された密封部１１２ｂとを備えている。

カバー１１４は、本体１１２の密封部１１２ｂのエッジから延びている。カバー１１４は、本体１１２の収容部１１２ａと対応する収容部蓋領域１１４ａと、本体１１２の密封部１１２ｂと対応する密封部１１４ｂとを備えている。収容部蓋領域１１４ａは、本体１１２の収容部１１２ａをすべて覆いつつ、本体１１２の密封部１１２ｂで密封されることによって本体１１２の収容部１１２ａと対応している。

したがって、本発明の一実施形態に係る二次電池１０００は、電極組立体１２０を本体１１２の収容部１１２ａに収容すると、カバー１１４で覆った後に密着し、本体１１２の密封部１１２ｂとカバー１１４の密封部１１４ｂとを熱融着のような方法で密封して形成される。

ここで、電極組立体１２０を収容部１１２ａに収容する時、又は収容した後、収容部１１２ａに電解液を注入して電極組立体１２０を含浸させる。また、二次電池１０００は、電極組立体１２０を収容し、保護部材１１０を密封した後には、電極組立体１２０から延びた第１電極タップ１２４及び第２電極タップ１２５を外部に露出した状態となる。

電極組立体１２０は、第１電極板１２１と、第２電極板１２２と、セパレーター１２３とを備えている。

電極組立体１２０は、第１電極板１２１と第２電極板１２２との間にセパレーター１２３を介在させて、第１電極板１２１と第２電極板１２２とを絶縁させる構造をしている。

そして、電極組立体１２０は、図２に示すように、第１電極板１２１、セパレーター１２３及び第２電極板１２２をゼリーロール状に巻き回したゼリーロール型電極組立体である。また図面には示していないが、第１電極板１２１、セパレーター１２３及び第２電極板１２２を繰り返し積層した構造のスタック型電極組立体であってもよい。

電極組立体１２０は、第１電極板１２１と接続された第１電極タップ１２４と、第２電極板１２２と接続された第２電極タップ１２５とを備え、第１電極タップ１２４及び第２電極タップ１２５は、保護部材１１０の外部に露出する。

電極組立体１２０の第１電極板１２１は陽極板であり、第２電極板１２２は陰極板である。これとは反対に、第１電極板１２１が陰極板であり、第２電極板１２２が陽極板であってもよい。

第１電極板１２１が陽極板であり、第２電極板１２２が陰極板である場合には、第１電極タップ１２４は陽極電極と接続される陽極電極タップであり、第２電極タップ１２５は陰極電極と接続される陰極電極タップになる。

一方、ベアセル１００は、その内部の電極組立体１２０を充放電するか、又は制御するための保護回路モジュール２００などの他の素子と電気的に接続されている。本実施形態では、説明の便宜上、ベアセル１００が電気的に接続される他の素子を保護回路モジュール２００に限定して説明するが、他の素子が必ず保護回路モジュール２００のみを意味するわけではないことは明らかである。

保護回路モジュール２００は、電極組立体１２０の充放電を制御するだけでなく、二次電池１０００の動作を制御する役割を果たしている。一方、保護回路モジュール２００には、ＩＣ素子などの制御素子２１０と、二次電池１０００に過電流が流れることを防止する二次保護素子２２０と、二次電池１０００を外部機器と接続する外部端子２３０とを備えている。

二次電池１０００は、ベアセル１００から露出した第１電極タップ１２４及び第２電極タップ１２５を保護回路モジュール２００に接続する。

このとき、第１電極タップ１２４及び第２電極タップ１２５と保護回路モジュール２００との間を接続する部材は、リード線３００である。リード線３００の一側の終端は、ベアセル１００の第１電極タップ１２４及び第２電極タップ１２５に接続され、リード線３００の他側の終端は、保護回路モジュール２００に接続されている。以下、図３ａ及び図３ｂでは、リード線３００の一側終端をベアセル１００に接続する部分を示し、これを詳細に説明する。

図３ａ及び図３ｂは、本発明の一実施形態に係る二次電池の電極タップとリード線とを溶接する部分を示す図である。このとき、図３ａは、図１及び図２を参照して説明した二次電池１０００の第１電極タップ１２４及び第２電極タップ１２５とリード線３００とを溶接する部分を詳細に示すために、図１のＡ領域を拡大した拡大図であり、図３ｂは図３ａのＢ−Ｂ´線に沿って切断した断面図を示す図である。

図３ａ及び図３ｂを参照して説明すると、上述したようにベアセル１００から露出した第１電極タップ１２４及び第２電極タップ１２５は、保護回路モジュール２００にリード線３００によって接続されている。

リード線３００の一側終端は、第１電極タップ１２４及び第２電極タップ１２５に接続され、他側終端は保護回路モジュール２００の一側の表面に接続されている。

このとき、図３ａ及び図３ｂでは、第１電極タップ１２４及び第２電極タップ１２５に接続されるリード線３００の一側終端を示している。

リード線３００は、第１ライン３００ａ及び第２ライン３００ｂに区分されているが、第１ライン３００ａは第１電極タップ１２４に接続されて、第１電極タップ１２４を保護回路モジュール２００に電気的に接続する役割を果たしている。一方で第２ライン３００ｂは第２電極タップ１２５を保護回路モジュール２００に電気的に接続する役割を果たしている。

このとき、第１ライン３００ａ及び第２ライン３００ｂは、図に示すように、互いに離隔して設置されているので、互いに絶縁されている。

本発明では、第１ライン３００ａ及び第２ライン３００ｂが絶縁フィルム３１６によって接続されて一つのリード線３００となっている実施形態を示して説明するが、第１ライン３００ａ及び第２ライン３００ｂを分離、すなわち絶縁フィルム３１６によって第１ライン３００ａ及び第２ライン３００ｂが締結されておらず、それぞれ第１リード線及び第２リード線に分離された形態で形成することも可能である。

リード線３００の第１ライン３００ａ及び第２ライン３００ｂのそれぞれは、第１層３１２と、第２層３１４とを備えている。

第１層３１２は、その一側の表面上に第１電極タップ１２４又は第２電極タップ１２５が溶接されて、第１電極タップ１２４又は第２電極タップ１２５を保護回路モジュール２００に電気的に接続する。

第２層３１４は、第１層３１２の他側の表面上、すなわち第１層３１２を基に第１電極タップ１２４又は第２電極タップ１２５が溶接される表面の反対側の表面上に備えられている。

ここで、第１電極タップ１２４及び第２電極タップ１２５は、ニッケル又はニッケル系合金からなる。

したがって、第１電極タップ１２４又は第２電極タップ１２５に溶接される第１層３１２は、第１電極タップ１２４又は第２電極タップ１２５に対して溶接特性に優れた物質、すなわちニッケル又はニッケル系合金から形成されていることが好ましい。

一方、第２層３１４は、第１電極タップ１２４又は第２電極タップ１２５を第１層３１２に抵抗溶接で溶接する際に、第１電極タップ１２４と第２電極タップ１２５がそれぞれの第１層３１２に容易に溶接されるように、第１層３１２に比べて電気的特性に優れた物質から形成されていることが好ましい。

すなわち、第２層３１４は、第１層３１２に比べて電気導電性の高い物質又は電気抵抗の低い物質から形成されていることが好ましい。言い換えれば、第１層３１２は、第２層３１４に比べて電気導電性の低い物質又は電気抵抗の高い物質から形成されていることが好ましい。

第２層３１４は、このような条件を満たす物質である銅又は銅系合金から形成することができる。

第１層３１２の厚さと第２層３１４の厚さは、同じであることが好ましい。

また、第１層３１２の他側の表面に備えられた第２層３１４は板状に形成され、以後説明する絶縁フィルム３１６によって密着した形態で設置されている。このとき、図３ａ及び図３ｂでは、第２層３１４が四角形である場合を示しているが、これは、第２層３１４の一つの実施形態を示したものであり、この形状に限定されるものではなく、円形又は多角形のような他のいかなる形状で形成されても良い。

また、第２層３１４は、第１層３１２の他側の表面上にコーティングされた形態で備えることができる。このとき、第２層３１４をコーティングする方法としては、真空スパッタリング法のような乾燥式コーティング法又は溶液法のようなウェットコーティング法などを利用することができる。

また、第２層３１４は、第１層３１２の他側の表面上にメッキされた形態で備えることができる。

また、第１層３１２と第２層３１４は、クラッド（ｃｌａｄ）化されて備えることもできる。第１層３１２と第２層３１４がクラッド化されたということは、第１層３１２の他側の表面上に第２層３１４を配置し、圧力のような力で強く押さえて一体化させたことを意味する。これは、第１層３１２と第２層３１４を溶かして混合した合金とは区分される。クラッド化された第１層３１２及び第２層３１４は、二層間が強く接着されて結合した形態で備えられている。

一方、リード線３００は絶縁フィルム３１６を備えており、絶縁フィルム３１６は第１ライン３００ａ及び第２ライン３００ｂのそれぞれの第１層３１２と第２層３１４とを覆い、かつ第１ライン３００ａ及び第２ライン３００ｂとを接続している。

絶縁フィルム３１６は、第１層３１２と第２層３１４の表面全体を覆うわけではなく、第１層３１２の表面のうち一側の表面、すなわち第１電極タップ１２４又は第２電極タップ１２５が溶接される表面の一定領域は覆わずに、その他の第１層３１２と第２層３１４の表面を覆って、リード線３００が外部と絶縁されるようにする。

このとき、絶縁フィルム３１６が覆わない第１層３１２の一定領域は、溶接領域３２０と言い、その他の領域はリード領域３３０と言う。

溶接領域３２０は、第１電極タップ１２４又は第２電極タップ１２５が溶接される面積を考慮して、第１電極タップ１２４又は第２電極タップ１２５を容易に溶接することが可能な面積で形成することが好ましい。

一方、第１層３１２は、図３ａに示すように溶接領域３２０を備え、溶接領域３２０から延びたリード領域３３０の全体に形成されているが、第２層３１４は溶接領域３２０よりも少し広い範囲だけに形成されている。

すなわち、第２層３１４は、溶接領域３２０と一致するように溶接領域３２０の面積及び大きさと同じ面積及び大きさに形成するか、又は溶接領域３２０を覆うことができる程度に溶接領域３２０よりもさらに広い面積及び大きさに形成することができる。ここで、図３ａ及び図３ｂでは、第２層３１４が溶接領域３２０を覆うことができる程度の大きさの面積で形成した場合を示している。

図４は、本発明の他の実施形態に係る二次電池の構造を示す図である。

図４に示すように、本発明の他の実施形態に係る二次電池２０００は、図１〜図３ｂを参照して説明した二次電池１０００を外装ケース４００に装着した形態である。

外装ケース４００は、ベアセル収容部４１２及び保護回路モジュール収容部４１４を備えた下部ケース４１０と、下部ケース４１０を覆う上部ケース４２０とを備えている。

このとき、ベアセル収容部４１２と保護回路モジュール収容部４１４は、収容部隔壁４１６によって分離されている。

したがって、本発明の他の実施形態に係る二次電池２０００は、図２を参照して説明したベアセル１００及び図１を参照して説明した保護回路モジュール２００を具備しているものの、ベアセル１００はベアセル収容部４１２に収容され、保護回路モジュール２００は保護回路モジュール収容部４１４に収容された形態で形成されている。

このとき、ベアセル１００と保護回路モジュール２００は、図３ａ及び図３ｂを参照して説明したリード線３００によって接続されている。

このとき、リード線３００は、収容部隔壁４１６に設置された溶接用開口部４１６ａを介して、ベアセル１００と保護回路モジュール２００とを接続している。溶接用開口部４１６ａは、ベアセル１００の第１電極タップ１２４及び第２電極タップ１２５をリード線３００の溶接領域３２０に接触させ、抵抗溶接法で溶接する時に作業を容易にするために設置されている。

すなわち、溶接用開口部４１６ａは、ベアセル１００がベアセル収容部４１２に収容された状態で、保護回路モジュール２００と他側の終端が接続されたリード線３００を、ベアセル１００の第１電極タップ１２４及び第２電極タップ１２５に溶接し易いように形成されている。図４では、リード線３００と保護回路モジュール２３０が接続されていない場合を示しているが、実際には接続された状態である。

以上、本発明を前記実施形態を例に挙げて説明したが、本発明はこれに制限されるものではない。当業者であれば、本発明の趣旨及び範囲から逸脱せずに修正、変更を行うことができ、このような修正と変更も本発明に属することは明白である。

１００ベアセル
２００保護回路モジュール
３００リード線

Claims

電極タップを外部に露出させたベアセルと、
前記電極タップに溶接され、前記ベアセルを他の素子と電気的に接続するリード線とを備え、
前記リード線は、第１層及び前記第１層に結合した第２層、前記第１層及び前記第２層を覆う絶縁フィルムを有し、
前記絶縁フィルムは、前記第１層の一定の領域が露出する溶接領域、前記第１層及び前記第２層を覆うリード領域に分割され、前記電極タップは前記第１層の前記溶接領域において前記第１層に溶接され、
前記第２層は前記第１層に比べて電気電導度が高いことを特徴とする二次電池。
前記電極タップはニッケル又はニッケル系合金からなり、前記第１層はニッケル又はニッケル系合金からなり、前記第２層は銅又は銅系合金からなることを特徴とする請求項１に記載の二次電池。
前記溶接は抵抗溶接であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の二次電池。
前記第１層の厚さ及び前記第２層の厚さは同じであることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の二次電池。
前記第２層は板状で、前記第１層の表面に接触していることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の二次電池。
前記第２層は前記第１層の表面上にコーティングされた形態であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の二次電池。
前記第２層は前記第１層の表面上にメッキされた形態であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の二次電池。
前記第１層と前記第２層はクラッド化されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の二次電池。
前記第２層は前記溶接領域より広い面積であることを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載の二次電池。
電極タップを外部に露出させたベアセルと、
前記電極タップに溶接され、前記ベアセルを他の素子と電気的に接続するリード線とを備え、
前記リード線は、第１層及び前記第１層に結合した第２層、前記第１層及び前記第２層を覆う絶縁フィルムを有し、
前記絶縁フィルムは、前記第１層の一定の領域が露出する溶接領域、前記第１層及び前記第２層を覆うリード領域に分割され、前記電極タップは前記第１層の前記溶接領域において前記第１層に溶接され、
前記第１層は前記第２層に比べて電気抵抗が高いことを特徴とする二次電池。
前記電極タップはニッケル又はニッケル系合金からなり、前記第１層はニッケル又はニッケル系合金からなり、前記第２層は銅又は銅系合金からなることを特徴とする請求項１０に記載の二次電池。
前記溶接は抵抗溶接であることを特徴とする請求項１０または請求項１１に記載の二次電池。
前記第１層の厚さ及び前記第２層の厚さは同じであることを特徴とする請求項１０乃至請求項１２のいずれか１項に記載の二次電池。
前記第２層は板状形態で、前記第１層の表面に接触していることを特徴とする請求項１０乃至請求項１３のいずれか１項に記載の二次電池。
前記第２層は前記第１層の表面上にコーティングされた形態であることを特徴とする請求項１０乃至請求項１３のいずれか１項に記載の二次電池。
前記第２層は前記第１層の表面上にメッキされた形態であることを特徴とする請求項１０乃至請求項１３のいずれか１項に記載の二次電池。
前記第１層と前記第２層はクラッド化されていることを特徴とする請求項１０乃至請求項１３のいずれか１項に記載の二次電池。
前記第２層は前記溶接領域より広い面積であることを特徴とする請求項１０乃至請求項１７のいずれか１項に記載の二次電池。