JP5300788B2 - 二次電池 - Google Patents
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Description
本発明は二次電池に関するものである。
二次電池は、再充電が容易で携帯が簡便であるので、各種の電子機器及び通信機器の電力源として脚光を浴びている。
一般的に、二次電池は、電極板とセパレーターが交互に積層されるか、積層されて巻回された形態の電極組立体がケースの内部に収納される。この時、電極組立体の電極板には電極タブが付着し、前記電極組立体がケースに収納される時、前記電極タブの端部はケースの外部に突出する。前記ケースの外部に突出する電極タブは外部電極リードと電気的に連結される。
従来は、ケースのシーリング部位である縁部のうち電極タブと接触する部位では液漏れが発生するという問題がある。
また、ケースの外部に引き出された電極タブは外部電極リードと溶接される。前記電極タブは外部電極リードと結合され、ケースのシーリング部位の外側の別途空間に位置する。よって、従来は、電池の容量とは関係のない別途空間が電池パックの体積に対して最小１５％から最大３０％まで占める。従って、電池の全体容量が減少する問題がある。
また、前記電極タブと外部電極リードの結合構造は機械的安全性（Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｓａｆｅｔｙ）が弱いという問題がある。前記電極タブと外部電極リードは主に溶接方式によって結合される。この時、電極タブと外部電極リードの溶接部位はケースの外部に露出するので、他の部品との接触や外部衝撃発生時に分離される可能性が高い。
本発明の目的は、電極タブがケースから引き出される時に発生するシーリング部位のシーリング力の低下を防止する二次電池を提供することにある。
本発明の他の目的は、電極タブが外部に突出して結合されるために必要な空間を排除して電池の内部容量を増大させた二次電池を提供することにある。
本発明のまた他の目的は電極タブと外部電極リードの結合部位で機械的な安全性（Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｓａｆｅｔｙ）を確保するようにした二次電池を提供することにある。
本発明は、複数の第１、２電極板と、前記第１、２電極板の間にそれぞれ介在されるセパレーターを含む電極組立体と、前記第１電極板に備えられる第１電極タブと、前記第２電極板に備えられる第２電極タブと、前記電極組立体とともに前記第１、２電極タブが内部に収納されて密封されるケースと、前記ケースの外部に設けられ、前記第１、２電極タブと所定の接続手段によって電気的に連結される第１、２外部リード端子と、を含み、前記第１、２外部リード端子は前記ケースによって囲まれることを特徴とする。
前記ケースは、縁部が密封される時に形成されるシーリング部によって前記第１、２外部リード端子が囲まれることが好ましい。
前記ケースは、縁部が密封される時に形成されるシーリング部が垂直に折曲されて、前記第１、２外部リード端子が前記ケースの側面に垂直になる状態で覆われることが好ましい。
前記ケースは、縁部が密封される時に形成されるシーリング部が垂直に折曲され、前記シーリング部の端部が前記第１、２外部リード端子が外部に露出しない状態で囲みながら前記ケースの側面に密着させることが好ましい。
前記ケースは、前記第１、２電極タブと対応する位置に貫通孔が形成され、前記貫通孔と対応して設けられた前記第１、２外部リード端子が前記貫通孔を介して接続されることが好ましい。
前記ケースの内部には、前記第１、２電極タブと前記第１、２外部リード端子の間に介在される第１、２内部リード端子が備えられることが好ましい。
前記第１、２外部リード端子と前記第１、２内部リード端子は融着されて一体に形成されたことが好ましい。
前記第１、２外部リード端子と前記第１、２内部リード端子は超音波溶接または抵抗溶接のうち何れか一つの溶接方式によって融着されることが好ましい。
前記ケースと前記第１、２内部リード端子の間に絶縁層が形成されたことが好ましい。
前記ケースと前記第１、２外部リード端子の間に絶縁層が形成されたことが好ましい。
前記電極組立体は、前記第１電極板、セパレーター及び第２電極板が順に積層された積層型電極組立体であることが好ましい。
前記電極組立体は、前記第１電極板、セパレーター及び第２電極板が順に積層されて巻回された渦巻型電極組立体であることが好ましい。
前記第１、２電極タブは前記第１、２電極板に互いに反対方向に向かって付着したことが好ましい。
前記ケースはパウチ型ケースであることが好ましい。
前記パウチ型ケースはアルミニウムまたはアルミニウム合金材質のラミネートシートで形成されたことが好ましい。
本発明は、電極組立体とともに電極タブがケースの内部に収納されるので、ケースのシーリング部のシーリング状態を良好に維持できる効果がある。
本発明は、電極タブが外部に引き出されて外部電極リードと溶接されないので、溶接工程を実施するために電極タブと電極リードの長さを延ばす必要がなく、別途空間を排除することができる。従って、電池の容量を極大化させることができるので、最小１５％、最大３０％の電池容量を増大させる効果がある。また、本発明に係るケースの内部に収納される電極タブの厚さを増大させることができるので、高出力電池の開発に効果的である。
また、本発明は、電極タブがケースの内部に収納され、ケースの外部に備えられた外部電極リードと結合される。よって、電極タブと外部電極リードの溶接部位が外部に露出しないので、電極タブと外部電極リードの結合部位での機械的な安全性を向上させる効果がある。
以下、本発明の好ましい実施例を添付図面に基づいてより詳しく説明する。
図１は本発明の一実施例に係る二次電池の構造を説明するための斜視図、図２は図１のＩＩ‐ＩＩ線断面図、図３は図１のＩＩＩ-ＩＩＩ線断面図、図４〜図８は本発明の一実施例に係る二次電池を製造する工程を順に示す斜視図または平面図であって、図４は電極組立体に電極タブが付着した状態を示す斜視図、図５は電極タブに第１、２内部電極リードが接合された状態を示す斜視図、図６はパウチの内部に電極組立体、電極タブ及び第１、２内部電極リードを収納した状態を示す平面図、図７はパウチの外部に第１、２外部電極リードを接合した状態を示す斜視図、図８は本発明の一実施例に係る二次電池の製造が完成された状態を示す図であって、パウチのシーリング部でパウチの側面を囲んだ状態を示す斜視図である。
本発明の一実施例に係る二次電池１００は、複数の正極板１１１と負極板１１２、及び前記正極板１１１と負極板１１２の間にセパレーター１１３が介在されて積層された電極組立体１１０と、前記複数の正極板１１１にそれぞれ付着した正極タブ１２０及び前記複数の負極板１１２にそれぞれ付着した負極タブ１３０と、前記電極組立体１１０とともに前記正極タブ１２０及び負極タブ１３０が内部に収納されて密封されるパウチ型ケース（以下「パウチ」と称する）１４０と、前記パウチ１４０の外部に設けられて前記正極タブ１２０及び負極タブ１３０と電気的に連結される外部正極リード１５０及び外部負極リード１６０を含む。
前記正極タブ１２０及び負極タブ１３０と前記外部正極リード１５０及び外部負極リード１６０は、超音波溶接またはスポット溶接のような抵抗溶接方式によって融着され、機械的、電気的に接合される。ここで、前記正極タブ１２０及び負極タブ１３０と前記外部正極リード１５０及び外部負極リード１６０が融着される部位と対応する前記パウチ１４０の該当部位には、貫通孔１４１、１４２が形成される。前記貫通孔１４１、１４２は、前記正極タブ１２０及び負極タブ１３０と前記外部正極リード１５０及び外部負極リード１６０が融着される部位より大きい直径に形成されることが好ましい。それによって、正極タブ１２０と外部正極リード１５０及び負極タブ１２０と外部負極リード１６０の融着時にパウチ１４０が損傷されないようにすることができる。実際に、本発明の一実施例では、外部正極リード１５０と内部正極リード１７０、外部負極リード１６０と内部負極リード１８０が融着される。これについてはまた後述する。
前記電極組立体１１０は、複数の正極板１１１と負極板１１２、及び前記正極板１１１と負極板１１２の間にそれぞれ介在されるセパレーター１１３が順に積層される積層型電極組立体である。このように積層された複数の正極板１１１、セパレーター１１３及び負極板１１２からなる電極組立体１１０は、大容量電池の具現に適合する。前記正極板１１１は、正極集電体（図示せず）上に正極活物質（図示せず）がコーティングされ、少なくとも何れか一側に正極活物質がコーティングされない無地部（図示せず）が形成されることができる。前記負極板１１２は、負極集電体（図示せず）上に負極活物質（図示せず）がコーティングされ、少なくとも何れか一側に負極活物質がコーティングされない無地部（図示せず）が形成されることができる。前記セパレーター１１３は、正極板１１１と負極板１１２の間に介在され、電子の移動が可能な材質で形成される。好ましくは、ポリエチレン、ポリプロピレンの多孔性膜が単層または多層からなる構成を有する。
前記正極タブ１２０は、前記一つの正極板１１１ごとにそれぞれ一つの正極タブが付着される。そして前記負極タブ１３０も、前記一つの負極板１１２ごとにそれぞれ一つの負極タブが付着される。この時、前記正極タブ１２０が正極板１１１に付着された位置と前記負極タブ１３０が負極板１１２に付着された位置が互いに反対方向に向かうようにする。本発明に係る二次電池は、大容量電池を具現するために電極タブの幅を広く形成する。この時、電極板に対して互いに反対方向に電極タブが付着されるので、二つの電極タブが互いに干渉されない。従って、電極タブの幅を大容量電池に適合するように大きく形成することができる。
但し、電池の製造条件によって前記正極タブと負極タブを正極板及び負極板に対して同じ方向に付着してもよい。
前記パウチ１４０の内部に電極組立体１１０が収納される。この時、電極組立体１１０の正極板１１１及び負極板１１２にそれぞれ正極タブ１２０と負極タブ１３０が付着されて、電極組立体１１０とともにパウチ１４０の内部に収納される。
前記パウチ１４０は、前記電極組立体１１０が収納される内部空間を有するようになっている一枚のシートを折り曲げて、電極組立体及び電解液を注入した状態で三つの辺を密封して形成することができる。または、二つのシートを用いて電極組立体を収納し電解液を注入した後、四つの辺を密封して形成することができる。このようなパウチ１４０は、三つの層が接合された状態に形成される。即ち、内側にはポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアミドなどの耐電解液性の優れた熱可塑性樹脂材からなる内面層が形成される。そして、外側にはポリアミド系樹脂、ポリエステル系樹脂などの電気絶縁性の優れた絶縁樹脂材の外面層が形成される。前記内面層と外面層の間には、アルミニウム、ステンレスのような可撓性及び強度の優れた金属で形成された金属層が介在される。
前記外部正極リード１５０は、パウチ１４０の内部で正極タブ１２０が位置する部位に形成された貫通孔１４１と対応して設けられる。前記外部負極リード１６０は、パウチ１４０の内部で負極タブ１３０が位置する部位に形成された貫通孔１４２と対応して設けられる。このように正極タブ１２０と外部正極リード１５０は、貫通孔１４１を介して溶接されて接合される。また、負極タブ１３０と外部負極リード１６０は貫通孔１４２を介して溶接されて接合される。前記外部正極リード１５０は、前記正極タブ１２０の材質と同じ材質で形成されることが好ましい。即ち、アルミニウムまたはアルミニウム合金材質で形成されることが好ましいが、これに限定される必要はない。前記外部負極リード１６０は、前記負極タブ１３０の材質と同じ材質で形成されることが好ましい。即ち、銅、ステンレス、ニッケル材質で形成されることが好ましいが、これに限定される必要はない。
前記パウチ１４０の内部には、前記正極タブ１２０の最上段に内部正極リード１７０がさらに設けられ、前記負極タブ１３０の最上段には内部負極リード１８０がさらに設けられることができる。よって、前記正極タブ１２０は内部正極リード１７０と接合されて電気的な連結構造を有し、前記負極タブ１３０は内部負極リード１８０と接合されて電気的な連結構造を有する。このような構造によると、前記外部正極リード１５０と内部正極リード１７０が貫通孔１４１を介して接合され、前記外部負極リード１６０と内部負極リード１８０が貫通孔１４２を介して接合される。前記内部正極リード１７０及び内部負極リード１８０は、接合される部品と同一材質で形成されることが好ましいが、これに限定される必要はない。
前記パウチ１４０と内部正極リード１７０及び内部負極リード１８０の間には絶縁層１９０が形成されることができる。前記絶縁層１９０の形成方式は特に制限されず、一例として前記絶縁層１９０は、内部正極リード１７０及び内部負極リード１８０の表面に絶縁テープを付着させる方式で形成するか、当分野で一般的に知られている絶縁物質を塗布することで形成することもできる。前記絶縁層１９０によって内部正極リード１７０または内部負極リード１８０の短絡を防止することができる。さらに、絶縁層１９０によってパウチ１４０と内部正極及び負極リード１７０、１８０のシーリング状態を良好にすることができる。
前記パウチ１４０と外部正極リード１５０及び外部負極リード１６０の間にも絶縁層１９５が形成されることができる。前記絶縁層１９５の形成方式も特に制限されず、一例として外部正極リード１５０及び外部負極リード１６０の表面に絶縁テープを付着させる方式で形成するか、当分野で一般的に知られている絶縁物質を塗布することで形成することもできる。前記絶縁層１９５によって外部正極リード１５０または外部負極リード１６０の短絡を防止することができ、さらにパウチ１４０とのシーリング状態を良好に具現することができる。
このように構成される本発明の一実施例に係る二次電池の製造工程を組立手順に基づいて図４〜図８を参照して説明する。
図４に示すように、複数の正極板１１１、負極板１１２及び正極板１１１と負極板１１２の間にセパレーター１１３が介在されて積層された電極組立体１１０が形成される。そして、前記電極組立体１１０の正極板１１１には正極タブ１２０が付着され、負極板１１２には負極タブ１３０がそれぞれ付着される。この時、正極タブ１２０と負極タブ１３０は互いに反対方向に引き出されるように付着される。
そして、図５に示すように、複数の正極タブ１２０の最上段に内部正極リード１７０を設け、複数の負極タブ１３０の最上段には内部負極リード１８０を設ける。前記内部正極リード１７０及び内部負極リード１８０は、正極タブ１２０と負極タブ１３０に溶接などによる方式で接合される。
次に、図６に示すように、パウチ１４０の内部に正極タブ１２０と負極タブ１３０が付着した電極組立体１１０と、正極タブ１２０と負極タブ１３０に接合された内部正極リード１７０及び内部負極リード１８０を一緒に収納する。そして、電解液を注入した後、パウチ１４０の三つまたは四つの辺が密封される。
前記パウチ１４０の両辺には貫通孔１４１、１４２が形成される。前記貫通孔１４１は正極タブ１２０及び内部正極リード１７０と対応して形成され、前記貫通孔１４２は負極タブ１３０及び内部負極リード１８０と対応して形成される。
図７は、パウチ１４０に収納された内部正極リード１７０、内部負極リード１８０とパウチ１４０の外部に設けられる外部正極リード１５０と外部負極リード１６０が接合された状態を示す図である。このように、前記外部正極リード１５０と内部正極リード１７０、前記外部負極リード１６０と内部負極リード１８０が超音波溶接またはスポット溶接のような抵抗溶接方式によって融着される。この時、前記パウチ１４０の貫通孔１４１、１４２は融着される領域より十分に大きく形成され、パウチ１４０が溶けたり損傷されたりしない。そして、パウチ１４０と外部電極リード１５０、１６０の間に形成された絶縁層１９５またはパウチ１４０と内部電極リード１７０、１８０の間に形成された絶縁層１９０によって、貫通孔１４１、１４２を通した液漏れが防止される。
最後に、図８に示すように、パウチ１４０の両辺シーリング部１４３、１４４をパウチ１４０の本体部１４５の方に垂直に折り曲げる。そして、両辺シーリング部１４３、１４４の端部１４３ａ、１４４ａを折曲して、両辺シーリング部１４３、１４４によって外部電極リード１５０、１６０が囲まれるようにする。これによって、外部電極リード１５０、１６０は両辺シーリング部１４３、１４４によって囲まれた状態でパウチ１４０の本体部１４５の方に密着するので、全体サイズを最小化することができる。
このように形成された本発明の一実施例は、電極タブがケースであるパウチの外部に引き出されず、貫通孔を介して外部電極リードと融着されて接合される。従って、パウチのシーリング部でのシーリング力を向上させる効果がある。
また、本発明の一実施例は、電極タブが外部に引き出されて外部電極リードと溶接されないので、溶接工程を実施するために電極タブと電極リードの長さを延ばす必要がなく、別途空間を排除することができる。従って、電池の容量を極大化することができるので、最小１５％、最大３０％の電池容量を増大させる効果がある。また、本発明の一実施例によってパウチの内部に収納される電極タブは外部電極リードと上下に積層されて接合される構造を有するので、電極タブの厚さを制限しないことができる。従って、高出力電池の開発にメリットがある。
また、本発明の一実施例は、パウチのシーリング部によって電極タブと外部電極リードの溶接部位が外部に露出しないので、電極タブと外部電極リードの結合部位での機械的な安全性を向上させる効果がある。
上述のように本発明の一実施例は、前記電極組立体が第１電極板、セパレーター、第２電極板を積層して形成された積層型電極組立体を例に挙げて説明したが、前記電極組立体は、前記第１電極板、セパレーター及び第２電極板が順に積層されて巻回された渦巻型電極組立体であってもよい。これは、別途の図面を図示して添付しなくても当技術分野の当業者であれば容易に実施することができる。
１００：二次電池
１１１：正極板
１１２：負極板
１１３：セパレーター
１１０：電極組立体
１２０：正極タブ
１３０：負極タブ
１４０：パウチ
１４１、１４２：貫通孔
１４３、１４４：シーリング部
１４５：パウチ本体
１５０、１６０：第１、２外部電極リード
１７０、１８０：第１、２内部電極リード
１９０、１９５：絶縁層
１１１：正極板
１１２：負極板
１１３：セパレーター
１１０：電極組立体
１２０：正極タブ
１３０：負極タブ
１４０：パウチ
１４１、１４２：貫通孔
１４３、１４４：シーリング部
１４５：パウチ本体
１５０、１６０：第１、２外部電極リード
１７０、１８０：第１、２内部電極リード
１９０、１９５：絶縁層
Claims (8)
- 複数の第１、２電極板と、前記第１、２電極板の間にそれぞれ介在されるセパレーターを含む電極組立体と、
前記第１電極板に備えられる第１電極タブと、前記第２電極板に備えられる第２電極タブと、
前記電極組立体とともに前記第１、２電極タブが内部に収納されて密封されるケースと、
前記ケースの外部に設けられて、前記第１電極タブに電気的に連結される第１外部リード端子、及び前記第２電極タブに電気的に連結される第２外部リード端子と、を含み、
前記ケース内には、前記第１電極タブと前記第１外部リード端子の間に介在される第１内部リード端子が備えられ、該第１外部リード端子と前記第１内部リード端子は、超音波溶接または抵抗溶接のうち何れか一つの溶接方式によって融着されて一体に形成され、
前記ケース内には、前記第２電極タブと前記第２外部リード端子の間に介在される第２内部リード端子が備えられ、該第２外部リード端子と前記第２内部リード端子は、超音波溶接または抵抗溶接のうち何れか一つの溶接方式によって融着されて一体に形成され、
前記第１、２外部リード端子は前記ケースの縁部が密封される時に形成されるシーリング部によって囲まれ、該シーリング部は、前記電極組立体が収容される箇所となる該ケースの本体部の側面に沿うように配置されることを特徴とする二次電池。 - 前記ケースは、前記第１、２内部リード端子と対応する位置に貫通孔が形成され、前記貫通孔と対応して設けられた前記第１、２外部リード端子が前記貫通孔を介して接続されたことを特徴とする請求項１に記載の二次電池。
- 前記ケースと前記第１、２内部リード端子の間に絶縁層が形成されたことを特徴とする請求項１に記載の二次電池。
- 前記ケースと前記第１、２外部リード端子の間に絶縁層が形成されたことを特徴とする請求項１に記載の二次電池。
- 前記電極組立体は、前記第１電極板、セパレーター及び第２電極板が順に積層された積層型電極組立体であることを特徴とする請求項１に記載の二次電池。
- 前記第１、２電極タブは前記第１、２電極板に互いに反対方向に向かって付着されたことを特徴とする請求項１に記載の二次電池。
- 前記ケースはパウチ型ケースであることを特徴とする請求項１に記載の二次電池。
- 前記ケースはアルミニウムまたはアルミニウム合金材質のラミネートシートで形成されたことを特徴とする請求項１に記載の二次電池。
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