JP5282070B2 - 二次電池 - Google Patents
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Description
本発明は、二次電池に関する。
二次電池（Rechargeable battery）は、充電が不可能な一次電池とは異なり、充電及び放電が可能な電池である。二次電池は、一つの電池セルがパック形態で包装された低容量電池の場合、携帯電話又はカムコーダーのような携帯可能な小型電子機器に使われている。また、二次電池は、電池パックが数十個連結された電池パック単位の大容量電池の場合、ハイブリッド自動車などのモーター駆動用電源として広く使われている。
二次電池は様々な形状で製造されているが、代表的に円筒形及び角形が挙げられる。二次電池は、電極組立体と電解液がともにケースに収容され、ケースに蓋板が設けられて構成される。電極組立体は、正極及び負極板の間に絶縁体であるセパレーター（separator）を介在して形成される。電極組立体には電極端子が連結され、電極端子は蓋板を介して外部に露出する。
ここで、電極端子と蓋板の間には間隙が形成される。そのため、間隙に電解液が流れる場合がある。そして、電極端子と蓋板間の間隙に電解液が流れると、電極端子と蓋板の間に電気的短絡が発生する。その結果、電池の劣化が加速され、電池容量が減少する。また、このような電解液は蓋板と電極端子間の間隙を通過して外部に漏れてしまい、電池の外部に設けられた各種構造物を腐食させる。さらに、このような間隙を通過して外部の水分がケースの内側に流れ込むこともある。
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、電解液による電極端子と蓋板の間の電気的短絡を防止することが可能な、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、第１電極板、第２電極板及び前記第１電極板と前記第２電極板の間に介在されるセパレーターを含む電極組立体と、前記電極組立体を収容するケースと、前記ケースを密封する蓋板と、前記電極組立体に連結され、前記蓋板を貫通する電極端子と、を含み、前記蓋板または前記電極端子のうち少なくとも何れか一つに絶縁層が形成されたことを特徴とする二次電池が提供される。
上記絶縁層は、ポリプロピレンまたはポリエチレンからなってもよい。
上記絶縁層は、前記蓋板の下面に形成されてもよく、前記電極端子と対応する蓋板の下面に形成されてもよい。
上記電極端子は、前記蓋板を貫通する端子本体と、前記端子本体に連結されると同時に前記蓋板の下部に位置する端子連結部と、前記端子連結部から垂直方向に延び、前記電極組立体に溶接された端子延長部と、を含む。
上記絶縁層は、前記端子連結部の上面に形成されてもよい。
上記蓋板と前記電極端子の間にはシールガスケットが形成され、前記絶縁層は、前記シールガスケットと対応する前記端子連結部の上面に形成されてもよい。
上記蓋板と前記電極端子の間には下部絶縁体が形成され、前記絶縁層は、前記下部絶縁体と対応する前記端子連結部の上面に形成されてもよい。
上記絶縁層は、前記蓋板の下面及び前記端子連結部の上面に形成されてもよい。
以上説明したように本発明によれば、電極端子と蓋板の間の電気的短絡を防止できる。
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、本明細書及び図面において、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。
（第一の実施形態）
図１ａは本発明の第一の実施形態に係る二次電池を示す斜視図であり、図１ｂは図１ａの二次電池のＩ−Ｉ’線で切断した断面図であり、図１ｃは図１ｂに図示されたＡ部分の拡大図である。
図１ａは本発明の第一の実施形態に係る二次電池を示す斜視図であり、図１ｂは図１ａの二次電池のＩ−Ｉ’線で切断した断面図であり、図１ｃは図１ｂに図示されたＡ部分の拡大図である。
図１ａ〜図１ｃを参照すると、本発明の第一の実施形態に係る二次電池１００は、電極組立体１０、第１電極端子２０、第２電極端子３０、ケース４０及びキャップ組立体５０を含む。
電極組立体１０は、薄い板形あるいは膜形に形成された第１電極板１１、セパレーター１３及び第２電極板１２の積層体を巻回するか重ねるかして形成される。ここで、第１電極板１１は例えば正極として作用し、第２電極板１２は負極として作用する。
第１電極板１１は、例えばアルミニウムの金属箔で形成された第１電極集電体に遷移金属酸化物などの第１電極活物質を塗布することで形成される。また、第１電極板１１は、第１電極活物質が塗布されない領域である第１電極無地部１１ａを含む。第１電極無地部１１ａは、第１電極板１１と第１電極端子２０間の電流の流れる通路となる。なお、本発明で第１電極板１１の材質は本実施形態の例に限定されない。
第２電極板１２は、例えばニッケルまたは銅の金属箔で形成された第２電極集電体に黒鉛または炭素などの第２電極活物質を塗布することで形成される。また、第２電極板１２は、第２電極活物質が塗布されない領域である第２電極無地部１２ａを含む。第２電極無地部１２ａは、第２電極板１２と第２電極端子３０間の電流の流れる通路となる。なお、本発明で第２電極板１２の材質は本実施形態の例に限定されない。
なお、上記の第１電極板１１及び第２電極板１２は、極性を異ならせて配置することもできる。
セパレーター１３は、第１電極板１１と第２電極板１２の間に位置して短絡を防止し、リチウムイオンの移動を可能にする役割を果たし、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の複合フィルムからなる。なお、本発明でセパレーター１３の材質は本実施形態の例に限定されない。
上記のような電極組立体１０の両側端部には、第１電極板１１及び第２電極板１２とそれぞれ電気的に連結されるための第１電極端子２０及び第２電極端子３０が結合される。
このような電極組立体１０は、実質的に電解液（図示せず。）とともにケース４０に収納される。電解液は、ＥＣ、ＰＣ、ＤＥＣ、ＥＭＣ、ＤＭＣのような有機溶媒にＬｉＰＦ６、ＬｉＢＦ４のようなリチウム塩が溶解されて形成される。また、電解液は液体、固体またはゲル状からなる。
従来、このような電解液が第１電極端子２０とキャップ組立体５０間の領域（間隙）、または第２電極端子３０とキャップ組立体５０間の領域（間隙）に浸透する場合、第１電極端子２０とキャップ組立体５０間、または第２電極端子３０とキャップ組立体５０間の電気的短絡を誘発していた。
第１電極端子２０はアルミニウムなどの導電性材質で形成され、電極組立体１０の一側端部に突出した第１電極無地部１１ａと溶接されることで、第１電極板１１と電気的に連結される。第１電極端子２０は、第１端子本体２１、第１端子連結部２２及び第１端子延長部２３を含む。
第１端子本体２１は、キャップ組立体５０を貫通してキャップ組立体５０に固定される。また、第１端子本体２１の上部には、ねじ山が形成される。
第１端子連結部２２は、第１端子本体２１から水平方向に延び、キャップ組立体５０の下面に位置する。
第１端子延長部２３は、第１端子連結部２２の端部から垂直方向に延び、電極組立体１０の第１電極無地部１１ａに密着する。すなわち、第１端子延長部２３は第１電極無地部１１ａに溶接される。
第２電極端子３０はニッケルなどの導電性材質で形成され、電極組立体１０の他側端部に突出した第２電極無地部１２ａと接触することで、第２電極板１２と電気的に連結される。第２電極端子３０は、第２端子本体３１、第２端子連結部３２及び第２端子延長部３３を含む。
第２電極端子３０の第２端子本体３１、第２端子連結部３２及び第２端子延長部３３は、第１電極端子２０の第１端子本体２１、第１端子連結部２２及び第１端子延長部２３と同じ形状を有し、且つ同じ役割を果たすので、重複した説明は省略する。
ケース４０は、アルミニウム、アルミニウム合金またはニッケルがメッキされたスチールのような導電性金属で形成される。ケース４０は、電極組立体１０、第１電極端子２０、第２電極端子３０及び電解液（図示せず。）を収容できる開口部が形成された略六面体形状からなる。図１ａ及び図１ｂでは、ケース４０とキャップ組立体５０が結合された状態が示されているため開口部は示されていないが、ケース４０のうちキャップ組立体５０と結合される部分は実際には開口されている。一方、ケース４０の内面は絶縁処理され、電極組立体１０、第１電極端子２０及び第２電極端子３０と電気的に絶縁される。
キャップ組立体５０はケース４０に結合される。キャップ組立体５０は蓋板５１を含む。蓋板５１はケース４０の開口部を密封する。なお、キャップ組立体５０は、ケース４０と同じ材質で形成されてもよい。また、蓋板５１は電解液注液口５２を塞ぐプラグ５３及び相対的に厚さが薄い安全ベント５４を含む。
また、キャップ組立体５０は第１密閉部６０及び第２密閉部７０を含む。
第１密閉部６０は、第１電極端子２０の第１端子本体２１が貫通する第１シールガスケット６１、第１下部絶縁体６２、第１上部絶縁体６３、第１ナット６４及び第１絶縁層６５ａを含む。
また、第２密閉部７０は、第２電極端子３０の第２端子本体３１が貫通する第２シールガスケット７１、第２下部絶縁体７２、第２上部絶縁体７３、第２ナット７４及び第２絶縁層７５ａを含む。
ここで、第１密閉部６０及び第２密閉部７０は同一構造を有するので、以下では、第１密閉部６０の構造を中心に説明する。さらに、以下の説明で第１電極端子２０は電極端子２０、第１端子本体２１は端子本体２１、第１端子連結部２２は端子連結部２２、第１端子延長部２３は端子延長部２３、第１シールガスケット６１はシールガスケット６１、第１下部絶縁体６２は下部絶縁体６２、第１上部絶縁体６３は上部絶縁体６３、第１ナット６４はナット６４、第１絶縁層６５ａは絶縁層６５ａと略称する。
図１ｃに示すように、シールガスケット６１が電極端子２０と蓋板５１の間に介在されることで、電極端子２０と蓋板５１間の電気的短絡を防止する。電気的短絡を防止するためにシールガスケット６１の材質は絶縁体である。
シールガスケット６１は本体６１ａとフランジ６１ｂを含む。本体６１ａは端子本体２１の周縁を略チューブ形状で囲むことで、端子本体２１が蓋板５１と電気的に短絡されないようにする。また、フランジ６１ｂは本体６１ａに対して段差を有し水平方向及び外側方向に一定長さ延び、また蓋板５１の下面に密着する。すなわち、フランジ６１ｂは蓋板５１の下面と端子連結部２２の間に位置する。このようなシールガスケット６１は、外部の水分が蓋板５１を介してケース４０の内側に浸透できないようにする。
下部絶縁体６２はフランジ６１ｂの外側に位置し、蓋板５１の下面に密着する。さらに、下部絶縁体６２の一部領域は、端子連結部２２と蓋板５１の間に密着する。
上部絶縁体６３は、電極端子２０の端子本体２１に結合されると同時に、蓋板５１の上面に密着する。
ナット６４は、電極端子２０に形成されたねじ山に沿って締結されて、電極端子２０を蓋板５１に固定する。また、ナット６４は、ねじ山に沿って締結されて、上部絶縁体６３に密着する。
絶縁層６５ａは蓋板５１の下面に形成される。また、絶縁層６５ａは、蓋板５１の下面のうち電極端子２０と対応する部分に形成されることができる。絶縁層６５ａは、電解液と反応しないポリプロピレン、ポリエチレンまたはその等価物で形成されることができる。すなわち、絶縁層６５ａは、蓋板５１の下面にポリプロピレンまたはポリエチレンをコーティングして形成されることができる。
また、絶縁層６５ａは蓋板５１と電極端子２０の間に位置して、電解液が蓋板５１と電極端子２０間の間隙に浸透したとき、蓋板５１と電極端子２０間の電気的短絡を防止する。もっと具体的に説明すると、絶縁層６５ａは蓋板５１の下面に形成され、電解液がシールガスケット６１と下部絶縁体６２間の間隙に浸透したとき、蓋板５１と電極端子２０間の電気的短絡を防止する。
このように、本発明の第一の実施形態に係る二次電池１００は、蓋板５１の下面に絶縁層６５ａが形成されることで、シールガスケット６１と下部絶縁体６２間の間隙に電解液が浸透しても、蓋板５１と電極端子２０が短絡されない。よって、本実施形態に係る二次電池１００は、電極端子２０と蓋板５１間の電気的短絡が防止される。
また、本実施形態に係る二次電池１００は、蓋板５１の下面に絶縁層６５ａが形成されることで、電解液による蓋板５１の腐食を防止することができる。
（第二の実施形態）
次に、本発明の第二の実施形態に係る二次電池について説明する。図２は、本発明の第二の実施形態に係る二次電池を示す断面図である。
次に、本発明の第二の実施形態に係る二次電池について説明する。図２は、本発明の第二の実施形態に係る二次電池を示す断面図である。
本発明の他の実施例に係る二次電池は、図１に図示された二次電池１００と比較して絶縁層６５ｂの形成位置だけが異なり、同じ構成を有し且つ同じ役割を果たす。したがって、本発明の他の実施例に係る二次電池において同一構成についての重複した説明は省略し、絶縁層６５ｂについて重点的に説明する。
図２を参照すると、絶縁層６５ｂは電極端子２０に形成される。もっと詳しく説明すると、絶縁層６５ｂは電極端子２０の端子連結部２２の上面に形成される。
ここで、絶縁層６５ｂはシールガスケット６１と端子連結部２２の間に介在され、シールガスケット６１と対応するように端子連結部２２の上面に形成される。また、絶縁層６５ｂは下部絶縁体６２と端子連結部２２の間に介在され、下部絶縁体６２と対応するように端子連結部２２の上面に形成される。絶縁層６５ｂは、電解液と反応しないポリプロピレン、ポリエチレンまたはその等価物で形成されることができる。すなわち、絶縁層６５ｂは端子連結部２２の上面にポリプロピレンまたはポリエチレンをコーティングして形成されることができる。
絶縁層６５ｂは、蓋板５１と電極端子２０の間に位置し、電解液が蓋板５１と電極端子２０間の間隙に浸透したとき、蓋板５１と電極端子２０間の電気的短絡を防止する。もっと具体的に説明すると、絶縁層６５ｂは、端子連結部２２の上面に形成され、電解液がシールガスケット６１と下部絶縁体６２間の間隙に浸透したとき、蓋板５１と電極端子２０間の電気的短絡を防止する。
このように、本発明の第二の実施形態に係る二次電池は、端子連結部２２の上面に絶縁層６５ｂが形成されることで、シールガスケット６１と下部絶縁体６２間の間隙に電解液が浸透しても蓋板５１と電極端子２０が短絡されない。よって、本実施形態に係る二次電池は、電極端子２０と蓋板５１間の電気的短絡が防止される。
また、本実施形態に係る二次電池は、端子連結部２２の上面に絶縁層６５ｂが形成されることで、電解液による端子連結部２２の腐食を防止することができる。
（第三の実施形態）
次に、本発明の第三の実施形態に係る二次電池について説明する。図３は本発明の第三の実施形態に係る二次電池を示す断面図である。
次に、本発明の第三の実施形態に係る二次電池について説明する。図３は本発明の第三の実施形態に係る二次電池を示す断面図である。
図３に示すように、絶縁層６５は上部絶縁層６５ａ及び下部絶縁層６５ｂを含む。絶縁層６５は、電解液と反応しないポリプロピレンまたはポリエチレンをコーティングして形成されることができる。
上部絶縁層６５ａは蓋板５１の下面に形成される。また、上部絶縁層６５ａは、蓋板５１の下面のうち電極端子２０と対応する部分に形成されることができる。
下部絶縁層６５ｂは電極端子２０に形成される。もっと詳しく説明すると、下部絶縁層６５ｂは、電極端子２０のうち端子連結部２２の上面に形成される。ここで、下部絶縁層６５ｂは、シールガスケット６１と端子連結部２２の間に介在され、シールガスケット６１と対応するように端子連結部２２の上面に形成される。また、下部絶縁層６５ｂは、下部絶縁体６２と端子連結部２２の間に介在され、下部絶縁体６２と対応するように端子連結部２２の上面に形成される。
すなわち、絶縁層６５は蓋板５１と電極端子２０の間に位置し、電解液が蓋板５１と電極端子２０間の間隙に浸透した時、蓋板５１と電極端子２０間の電気的短絡を防止する。
このように、本発明のまた他の実施例に係る二次電池は、蓋板５１の下面及び端子連結部２２の上面に絶縁層６５が形成されることで、シールガスケット６１と下部絶縁体６２間の間隙に電解液が浸透しても蓋板５１と電極端子２０が短絡されない。よって、本発明のまた他の実施例に係る二次電池は、電極端子２０と蓋板５１間の電気的短絡が防止される。
以上、本発明の第一〜第三の実施形態に係る二次電池は、蓋板または電極端子のうち少なくとも一つに絶縁層が形成されることで、シールガスケットと下部絶縁体間の間隙に電解液が浸透しても蓋板と電極端子が短絡されない。その結果、電極端子と蓋板の間の電気的短絡が防止される。
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詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、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、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
１００ 二次電池
１０ 電極組立体
２０ 第１電極端子
２１ 第１端子本体
２２ 第１端子連結部
２３ 第１端子延長部
３０ 第２電極端子
４０ ケース
５０ キャップ組立体
５１ 蓋板
５２ 注液口
５３ プラグ
５４ 安全ベント
６０ 第１密閉部
６１ シールガスケット
６２ 下部絶縁体
６３ 上部絶縁体
６４ ナット
６５ａ、６５ｂ 絶縁層
７０ 第２密閉部
１０ 電極組立体
２０ 第１電極端子
２１ 第１端子本体
２２ 第１端子連結部
２３ 第１端子延長部
３０ 第２電極端子
４０ ケース
５０ キャップ組立体
５１ 蓋板
５２ 注液口
５３ プラグ
５４ 安全ベント
６０ 第１密閉部
６１ シールガスケット
６２ 下部絶縁体
６３ 上部絶縁体
６４ ナット
６５ａ、６５ｂ 絶縁層
７０ 第２密閉部
Claims (7)
- 第１電極板、第２電極板及び前記第１電極板と前記第２電極板の間に介在されるセパレーターを含む電極組立体と、
前記電極組立体を収容するケースと、
前記ケースを密封する蓋板と、
前記蓋板を貫通する端子本体と、前記端子本体に連結されると同時に前記蓋板の下部に位置する端子連結部と、前記端子連結部から垂直方向に延び、前記電極組立体に溶接された端子延長部と、を含む電極端子と、
前記蓋板と前記端子連結部の間に形成された下部絶縁体と、
を含み、
前記端子本体の周囲かつ前記蓋板と前記下部絶縁体との間、または前記端子連結部と前記下部絶縁体との間のうち少なくとも何れか一つに絶縁層が形成されたことを特徴とする、二次電池。 - 前記絶縁層は、ポリプロピレンまたはポリエチレンからなることを特徴とする、請求項１に記載の二次電池。
- 前記絶縁層は、前記蓋板の下面に形成されたことを特徴とする、請求項１または２に記載の二次電池。
- 前記絶縁層は、前記端子連結部の上面に形成されたことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の二次電池。
- 前記蓋板と前記電極端子の間にはシールガスケットが形成され、
前記絶縁層は、前記シールガスケットと前記端子連結部の上面との間に介在するように形成されたことを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の二次電池。 - 前記絶縁層は、前記下部絶縁体と前記端子連結部の上面との間に介在するように形成されたことを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の二次電池。
- 前記絶縁層は、前記蓋板の下面及び前記端子連結部の上面に形成されたことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の二次電池。
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