JP5323786B2

JP5323786B2 - 二次電池

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Publication number: JP5323786B2
Application number: JP2010196475A
Authority: JP
Inventors: 雲成白
Original assignee: Samsung SDI Co Ltd
Current assignee: Samsung SDI Co Ltd
Priority date: 2009-11-30
Filing date: 2010-09-02
Publication date: 2013-10-23
Anticipated expiration: 2030-09-02
Also published as: CN102082241A; CN102082241B; KR101132120B1; EP2333870A1; EP2333870B1; KR20110060782A; US8343653B2; US20110129725A1; JP2011119225A

Description

本発明は、二次電池に関し、製造工程及び管理上の問題により外観形状が不規則で基準の設定が難しいポリマーセルとトップケースとの組立の安定化を図ることができる二次電池に関する。

一般的に、二次電池は、化学エネルギーと電気エネルギーとの相互変換が可逆的なため、充電と放電を繰り返すことができる電池である。このため、二次電池は、モバイルや携帯用ＩＴ機器の軽量化及び高機能化に伴い、これらの機器の駆動電源として注目されている。

この二次電池には、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池、ニッケル亜鉛電池、リチウム二次電池などがある。このうち、リチウム二次電池は、再充電が可能で、小型化及び大容量化が可能なだけでなく、動作電圧が高く、単位重量あたりのエネルギー密度が高いという利点を持つ。このため、リチウム二次電池は、先端電子機器分野において広く用いられており、その種類には、リチウムイオン電池、リチウムイオンポリマー電池、リチウムポリマー電池などがある。

このうち、特に、ポリマー電池の製造では、電極組立体から正極端子と負極端子を外部に露出した後、ポリマーセルを密封する。また、正極及び負極端子の外部露出時、密封される部分に当接する正極及び負極端子の外表面に、絶縁のための別の絶縁テープなどを付着する。これを、一般的に、「絶縁翼部」または「絶縁テラス部」と称することもある。しかし、前記絶縁テープからなる絶縁翼部または絶縁テラス部は、ポリマーセルの密封時に熱によって収縮したり変形することが多い。また、絶縁翼部にこのような変形が発生すると、寸法安定性が低下し、これにより、セルの全体的な外郭寸法を満足する電池パックの供給に支障をきたす。特に、熱による変形が発生した絶縁翼部により、トップケースとの組立時に干渉などの問題が発生し、電池パックの全体的な寸法安定性及び信頼性を低下させるという問題がある。

本発明の目的は、トップケースに回避部を形成することにより、ポリマーセルの絶縁翼部とこれに組立てられるトップケースとの間に発生する干渉を回避し、これにより、インナーパックの外観寸法に影響を与えることなく、インナーパック製造工程の安定化を図ることができる二次電池を提供することである。

本発明の一態様によれば、電極端子としてリードタブを備えた電極組立体と、前記リードタブの一部が外部に露出するように前記電極組立体を収容するケース本体と、前記ケース本体の上部で結合するトップケースとを備える二次電池において、前記リードタブが露出する領域の前記ケース本体には密封部が備えられ、前記密封部に接するリードタブの一領域は、絶縁部を備え、前記トップケースには、前記リードタブの絶縁部との干渉を回避するための空間としての回避部を形成する二次電池を提供する。

また、本発明において、前記絶縁部は、絶縁テープによって形成される。

また、本発明において、前記絶縁部は、翼の形態を有し、前記トップケースの回避部は、前記絶縁部が位置可能な大きさで備えられ、前記トップケースと絶縁部との間には空間が形成される。

さらに、本発明において、前記トップケースは、前面と後面の両側から延びた側壁を備え、前記リードタブは、前記側壁に平行するように延長することができる。

また、前記回避部は、前記側壁の少なくともいずれか一側壁に形成される。

さらに、本発明において、前記側壁の少なくともいずれか一側壁には、前記リードタブに隣接する位置に少なくとも２つの回避部を備えることができる。

また、本発明において、前記回避部の間に少なくとも１つの第１支持リブが延長する。また、前記トップケースは、前記いずれか１つの回避部とトップケースの端部との間に少なくとも１つの第１支持リブを備える。

さらに、前記トップケースは、前記回避部内において、前記トップケースから延びて位置する少なくとも１つの第２支持リブをさらに備えるが、前記第２支持リブは、前記第１支持リブより小さい長さで延長することができる。

また、前記第２支持リブは、前記回避部が形成された長さより小さく形成され、前記第２支持リブと前記ケース本体とは互いに離隔しており、前記第２支持リブは、前記回避部の幅より狭く形成されるか、または前記第１支持リブの幅より狭く形成されることが好ましい。

本発明による二次電池は、製造工程及び管理上の問題により外観形状が不規則で基準の設定が難しいポリマーセルに絶縁翼部を形成することにより、ポリマーセルとトップケースとの組立時に発生する干渉を回避することができる。これにより、インナーパックの外観寸法に影響を与えることなく、インナーパック製造工程の安定化を図り、ポリマーセルが適用されるインナーパックの信頼性及び競争力を確保するという効果がある。

一般的な二次電池のトップケースを示す正面図である。二次電池のポリマーセルの一部を示す正面図である。本発明の第１実施例による二次電池を示す正面図である。本発明の第１実施例による二次電池のトップケースを示す斜視図である。本発明の第２実施例による二次電池を示す正面図である。

以下、添付した図面を参照して本発明の好ましい実施例を詳細に説明する。また、本発明の実施例は、当該技術分野における通常の知識を有する者に本発明をより完全に説明するために提供されるものであり、下記の実施例は、様々な他の形態で変形可能であり、本発明の範囲は下記の実施例に限定されるものではない。

図１は、一般的な二次電池のトップケースを示す正面図であり、図２は、特に、二次電池のポリマーセルの一部を示す正面図である。図１に示すように、二次電池１０は、内部に電極組立体（図示せず）が収容されるポリマーセル１１と、ポリマーセル１１の上端に組立てられるトップケース１２とを備える。また、前記ポリマーセル１１は、ケース本体と称することもできるが、以下では、ケース本体を「ポリマーセル１１」と通称することとする。

図２に示すように、ポリマーセル１１は、内側に電極組立体（図示せず）が収容され、電極組立体から正極端子と負極端子の役割を果たすリードタブ１１ａ、１１ｂがポリマーセル１１の外部に一部露出し、リードタブ１１ａ、１１ｂが露出する側には、ポリマーセル１１が密封される密封部１１ｅが設けられる。このとき、リードタブ１１ａ、１１ｂにおいて、密封部１１ｅとの当接領域には、絶縁のための絶縁部または絶縁翼部１１ｃ、１１ｄがそれぞれ設けられる。この絶縁部の形態は、リードタブの一部がポリマーセルまたはケース本体の密封部に接し、端部は外部に露出する形態となる。

ここで、リードタブとは、第１電極、第２電極、または正極及び負極端子の役割を果たすものと定義されるが、電極端子自体がリードタブの役割を果たすことを排除しないものとする。つまり、電極端子自体がリードタブの役割を果たしてもよい。

また、このポリマーセル１１には、高温上昇や過充電及び過放電などを防止するために、ＰＣＭ（Protecting Circuit Module）及び二次保護素子のような安全装置が設けられるが、ＰＣＭ（図示せず）がトップケース１２に組立てられた状態で、ＰＣＭの一方がポリマーセル１１の（＋）極に接続され、かつ、ＰＣＭの他方がポリマーセル１１の（−）極に接続される。このとき、ＰＣＭとポリマーセル１１との間に二次保護素子（図示せず）が接続されるが、この二次保護素子は、ポリマーセル１１の特性によって（＋）極または（−）極に接続可能である。これに副資材を取り付けることにより、二次電池のインナーパックを完成するようになる。

しかし、このように組立てて形成される二次電池のポリマーセルは、密封部１１ｅを熱によって圧着するとき、絶縁テープなどからなる絶縁翼部１１ｃ、１１ｄが熱による影響を受けるようになる。絶縁テープなどからなる絶縁翼部１１ｃ、１１ｄが熱による影響を受けると、絶縁翼部１１ｃ、１１ｄの外側が収縮したり変形が発生してしまう。この収縮、変形の発生は、ポリマーセル１１の全体的な寸法安定性を低下させる。これにより、ポリマーセル全体の外郭寸法を満足できるように供給するのに支障をきたすことが多かった。特に、ポリマーセル１１の端子部テラス、すなわち、絶縁翼部１１ｃ、１１ｄは、製造工程において管理されていない部分であって、多くの散布を持っている。

また、このように熱によって変形した絶縁翼部１１ｃ、１１ｄを有するポリマーセル１１にトップケース１２を組立てるようにすると、絶縁翼部１１ｃ、１１ｄとトップケースとの間に干渉を誘発することが必至であり、製造工程の安定化を阻害してしまう。

図３は、本発明の第１実施例による二次電池を示す正面図である。図示のように、本発明の第１実施例による二次電池１００は、リードタブ１１１、１１２に絶縁翼部１１３、１１４を有するポリマーセル１１０と、ポリマーセル１１０の上部に組立てられ、かつ、回避部１２１が設けられるトップケース１２０とを備える。

本発明の第１実施例において、トップケース１２０に形成された回避部１２１としての空間は、リードタブ１１１、１１２の絶縁翼部１１３、１１４に当接する領域に形成する。そのため、絶縁翼部１１３、１１４は、前記トップケース１２０の回避部１２１に干渉なく位置する。したがって、絶縁翼部１１３、１１４に熱による変形が発生しても、トップケース１２０に形成された回避部１２１により全く干渉が発生することなく組立可能になる。また、トップケース１２０への空間部としての回避部１２１の間には、１つ以上の第１支持リブ１２２を形成することにより、セルとトップケース１２０相互の組立をより強固にすることができる。

前記ポリマーセル１１０は、内側に電極組立体（図示せず）が収容され、電極組立体から正極端子と負極端子の役割をそれぞれ果たすことになるリードタブ１１１、１１２が外部に一部露出し、リードタブ１１１、１１２が露出する側には、密封のための密封部１１５が設けられる。ここで、絶縁翼部１１３、１１４は、ポリマーセル１１０から引出されたリードタブ１１１、１１２が密封部１１５に当たる領域に、ポリマーセルの外部部材とリードタブ１１１、１１２との絶縁のために設けられる。絶縁翼部１１３、１１４は、ポリマーセル１１０のリードタブ１１１、１１２が位置する端子部側のテラス部位であって、絶縁のための物質や絶縁テープからなり得る。

図４は、このように回避部１２１が形成されたトップケース１２０を示す図である。ここで、前記トップケースは、上部において前面と後面から両側に延びた側壁からなる。また、前記リードタブは、前記側壁に平行するように延長することができる。また、前記回避部１２１は、前記絶縁翼部に当接する位置において、前記トップケース１２０の両側から延びた側壁の前面や後面の少なくともいずれか一面に形成される。すなわち、前記回避部は、前記側壁の少なくともいずれか一側壁に形成される。もちろん、前面と後面の両面に同時に形成することも可能である。また、回避部１２１の間または回避部１２１が形成されていない領域に１つ以上の第１支持リブ１２２が備えられる。この第１支持リブは、ポリマーセルをより強固に結合し支持できる程度の長さに延設する。

また、前記側壁の少なくともいずれか一側壁には、前記リードタブに隣接する位置に少なくとも２つの回避部、すなわち、第１回避部及び第２回避部を備えることができ、前記第１回避部と第２回避部との間には、少なくとも１つの第１支持リブが延長することができる。本発明の構成の一部を示す図４において、前記トップケースは、前記いずれか１つの回避部とトップケースの端部との間に少なくとも１つの第１支持リブを備えることが可能である。

このように、回避部１２１と第１支持リブ１２２とを備えたトップケース１２０をポリマーセル１１０に組立てるとき、トップケース１２０の回避部１２１は、絶縁翼部１１３、１１４の両方をすべて含むように設けられていてもよく、本実施例のように、絶縁翼部１１３、１１４が接触する領域ごとに回避部１２１が設けられていてもよい。

トップケース１２０は、高温上昇や過充電及び過放電などを防止するために、ＰＣＭ及び二次保護素子のような安全装置が設置可能である。このため、ＰＣＭ（図示せず）が組立てられた状態でポリマーセル１１０に組立てられるが、ここで、ＰＣＭは、一方がポリマーセル１１０の（＋）極に接続され、かつ、他方がポリマーセル１１０の（−）極に接続される。このとき、ＰＣＭとポリマーセル１１０との間に二次保護素子（図示せず）が接続されるが、このような二次保護素子は、ポリマーセル１１０の特性によって（＋）極または（−）極に接続可能である。

回避部１２１は、絶縁翼部１１３、１１４との干渉を回避するために、絶縁翼部１１３、１１４の端部が位置する領域に間隙（gap）や空間を提供できる多様な構造からなり得、本実施例のように、溝形状からなり得る。このように、回避部１２１が溝形状からなることにより、トップケース１２０は、絶縁翼部１１３、１１４との干渉の回避が優れていながらも、トップケース１２０に容易に形成できるようにする。

このように、トップケース１２０は、本実施例のように、ポリマーセル１１０の上部、例えば、リードタブ１１１、１１２が設けられる側を支持するように、回避部１２１が形成されていない領域に第１支持リブ１２２を備えることにより、ポリマーセル１１０とトップケース１２０との組立性を改善するとともに、組立状態を安定して維持できる。さらに、トップケース１２０は、上面に、ＰＣＭの端子が外部に露出できるように複数の端子ホール１２３を設ける。

第１支持リブ１２２は、本実施例のように複数個からなり得、回避部１２１を介してその両側に下方に延設可能である。

図５は、本発明の第２実施例による二次電池を示す正面図である。図示のように、本発明の第２実施例による二次電池２００は、リードタブ（図示せず）に絶縁翼部２１３、２１４が設けられるポリマーセル２１０と、ポリマーセル２１０に組立てられ、かつ、絶縁翼部２１３、２１４との干渉を回避するように回避部２２１が設けられるトップケース２２０とを備える。ここで、ポリマーセル２１０及びトップケース２２０は、第１実施例による二次電池１００で詳細に説明したので、ここでは第１実施例による二次電池１００との相違点を中心に説明する。

本実施例におけるトップケース２２０は、回避部２２１内に第２支持リブ２２３をさらに設ける。この第２支持リブ２２３は、リードタブが外部に露出しないようにする役割を果たす。

第２支持リブ２２３は、回避部２２１の幅より小さい幅を有することができ、これにより、絶縁翼部２１３、２１４の端部がトップケース１２０との組立による干渉を受けないようにすることもできる。また、第２支持リブ２２３は、絶縁翼部２１３、２１４及びリードタブの外観または寸法により変更できるようにする。また、第２支持リブ２２３は、第１支持リブ２２２と同様に、ポリマーセル２１０の上部に支持されるように下方に延設可能であるが、本実施例のように、回避部２２１により露出するリードタブ（図示せず）を覆い包む位置まで延設可能である。

以下、この構成を有する本発明による二次電池の作用を説明する。

図３及び図４に示す第１実施例による二次電池１００によれば、ポリマーセル１１０において、リードタブ１１１、１１２が設けられた端子部側の場合、密封時にリードタブ１１１、１１２を覆い包んでいる絶縁テープまたは絶縁物質などからなる絶縁翼部１１３、１１４に熱による変形が発生する。これにより、絶縁翼部１１３、１１４の外観形状が不規則になり、寸法安定性が低下し得るため、この絶縁翼部１１３、１１４にトップケース１２０を被せて組立てる場合、回避部１２１によりトップケース１２０と絶縁翼部１１３、１１４との干渉を回避することができる。このように、回避部１２１は、絶縁翼部１１３、１１４の端部が露出するように形成されるため、絶縁翼部１１３、１１４が二次電池１００の外観寸法に影響を与えることなく、これにより、製造工程の安定化を図り、ポリマーセル１１０が適用されるインナーパックの信頼性及び競争力を確保することができる。

トップケース１２０は、ポリマーセル１１０の上部を支持する第１支持リブ１２２によりポリマーセル１１０との組立を容易にするとともに、組立状態を安定して維持することができる。

また、図５に示す第２実施例による二次電池２００のように、回避部２２１内に形成される第２支持リブ２２３がさらに形成されることにより、リードタブが外部に露出しないようにすることができる。また、第２支持リブ２２３は、ポリマーセル２１０の上部に支持されるように下方に延設可能である。

すなわち、前記トップケースは、前記回避部２２１内において、前記トップケースから延びて位置する少なくとも１つの第２支持リブ２２３をさらに備えるが、前記第２支持リブ２２３は、前記第１支持リブ２２２より小さい長さに延長することが好ましい。前記第２支持リブ２２３は、前記回避部２２１が形成された長さより小さく形成され、前記第２支持リブ２２３と前記ケース本体とは互いに離隔していることが好ましい。また、前記第２支持リブ２３３は、前記回避部２２１より狭く形成されている。これは、前記回避部２２１内に開口空間が備えられているからである。また、前記第２支持リブ２３３は、前記第１支持リブ２２２の幅より狭く形成される。

１００、２００；二次電池
１１０、２１０；ポリマーセル
１１１、１１２；リードタブ
１１３、１１４、２１３、２１４；絶縁翼部
１１５；密封部
１２０、２２０；トップケース
１２１、２２１；回避部
１２２、２２１、２２２；支持リブ
１２３；端子ホール

Claims

電極端子としてリードタブを備えた電極組立体と、前記リードタブの一部が外部に露出するように前記電極組立体を収容するケース本体と、前記ケース本体の上部で結合するトップケースとを備える二次電池において、
前記リードタブが露出する領域の前記ケース本体には密封部が備えられ、前記密封部に接するリードタブの一領域は、絶縁部を備え、前記トップケースには、前記リードタブの絶縁部との干渉を回避するための空間としての回避部を形成し、
前記絶縁部は、絶縁テープによって形成され、
前記トップケースは、前記回避部内において、前記トップケースから延びて位置する少なくとも１つの第２支持リブをさらに備え、前記第２支持リブは、第１支持リブより小さい長さで存在することを特徴とする二次電池。
前記絶縁部は、前記リードタブの一部がポリマーセルまたは前記ケース本体の密封部に接し、端部は外部に露出する形態を有し、前記トップケースの回避部は、前記絶縁部が位置可能な大きさで備えられ、前記トップケースと前記絶縁部との間には空間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。
前記トップケースは、前記トップケースの前面と後面の両側において前記ケース本体方向に延びた側壁を備え、前記リードタブは、前記側壁に平行するように延長することを特徴とする請求項１に記載の二次電池。
前記回避部は、前記側壁の少なくともいずれか一側壁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。
前記側壁の少なくともいずれか一側壁には、前記リードタブに隣接する位置に少なくとも２つの回避部が備えられることを特徴とする請求項４に記載の二次電池。
前記トップケースは、前記いずれか１つの回避部とトップケースの端部との間に少なくとも１つの第１支持リブを備えることを特徴とする請求項５に記載の二次電池。
前記第２支持リブは、前記回避部が形成された長さより小さく形成され、前記第２支持リブと前記ケース本体とは互いに離隔していることを特徴とする請求項１に記載の二次電池。
前記第２支持リブは、前記回避部の幅より狭く形成されることを特徴とする請求項７に記載の二次電池。
前記第２支持リブは、前記第１支持リブの幅より狭く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。