JP5455964B2 - 二次電池 - Google Patents

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Description

本発明は、二次電池に関し、より具体的には、複数の電極組立体で中大型電池を具現する際、電極組立体の複数のタップをバッテリーケースに容易く溶接することができる二次電池に関する。
二次電池は、充電が不可能な一次電池とは違って、充電及び放電の可能な電池である。一つのセルからなる低容量二次電池は、携帯電話やノートブックコンピューター及びカムコーダのように携帯可能な小型電子機器に使用され、複数の電池セルのパック形態で連結された大容量二次電池はハイブリッド電気自動車などのモーター駆動用電源として脚光を浴びている。
このような大容量二次電池は、大電力を要する電気自動車などのモーターの駆動に使用できるように直列連結された二次電池で構成される。これとともに、大容量電池単独としての研究も活発に進行されている。
しかし、複数の小型電池をモジュールで構成し、これを大容量二次電池で具現するようになれば、重さとコストが増加するという短所がある。また、大容量二次電池の場合には、単位セルあたり容量が増えてしまい、安全性の側面からさらに多い危険を含んでおり、同一性能具現に追加的なコストがかかるという問題がある。
したがって、本発明は上記問題を解決するために案出されたものであり、その目的は、複数の電極組立体で中大型電池を具現する際にそれぞれの電極組立体を固定させることができる収容部を備えた絶縁体によって電極組立体の複数のタップをバッテリーケースに容易に溶接することができる二次電池を提供することにある。
上記目的を達成するために本発明の一実施例によれば、陽極板、陰極板及び陽極板と陰極板との間のセパレータを含み、前記陽極板または陰極板のいずれか一つ以上から延長された少なくとも一つの電極タップを備える少なくとも二つの電極組立体と、前記電極タップが通過する少なくとも一つの開口部を含む少なくとも一つの絶縁体を含むが、前記絶縁体は前記電極組立体の一領域を収容する収容部を備える二次電池を提供する。
また、前記絶縁体は一表面を含み、前記各収容部は前記一表面の上に突出された少なくとも一つの側壁を含む。
また、前記絶縁体は第1絶縁体と第2絶縁体からなる。
また、前記電極組立体の各電極タップは、一端から延長された第1電極タップと、他端から延長された第2電極タップとを含み、前記絶縁体の少なくとも一つの開口部は、第1絶縁体の第1開口部と第2絶縁体の第2開口部を含むが、前記第1電極タップは前記第1絶縁体の第1開口部を介して延長されて、第2電極タップは第2絶縁体の第2開口部を介して延長される。
さらに、前記絶縁体と電極組立体を収容するバッテリーケースとキャッププレート組立体をさらに含むが、前記第1電極タップは第1絶縁体の第1開口部を介して延長されてバッテリーケースと接触し、前記第2電極タップは前記第2絶縁体の第2開口部を介して延長されて前記キャッププレート組立体と接触される。
また、前記キャッププレート組立体はキャッププレートと各電極組立体の電極リードを含み、前記電極組立体の第2電極タップは対応する電極リードと接触する。
また、前記キャッププレートはキャッププレートと電極リードを絶縁するガスケットをさらに含む。
また、前記キャッププレート組立体は、電極リードコネクタと前記電極リードコネクタに連結される電極リードを含むが、各電極組立体の第2電極タップは前記電極リードコネクタと接触する。
また、前記キャッププレート組立体は絶縁板をさらに含む。
また、前記電極タップは一端からそれぞれ延長された第1電極タップと第2電極タップとを含み、前記絶縁板は各電極組立体用第1開口部と第2開口部とを含むが、前記第1電極タップは第1開口部から延長されて第2電極タップは第2開口部から延長される。
また、前記収容部は対応する二次電池の各バッテリーセルの第1端の外周面の少なくとも一領域を収容する。
また、前記収容部は少なくとも一つの開口部を持つ外側壁を含む。
また、前記収容部は内部に空間を持つ外側壁の形態になりえる。
また、前記収容部は絶縁体の表面内の凹み形状で形成されうる。
以上説明したように、本発明によれば、複数の電極組立体で中大型電池を具現する際にそれぞれの電極組立体を固定させることができる収容部を備えた絶縁体によって電極組立体の複数のタップをバッテリーケースに容易に溶接することができることで、機械的剛性の低い電池セルを保護することができるだけでなく、電極組立体の変形を防止することができる。
また、複数の電極組立体を溶接する時、正確な位置整列及び組立が簡便で電池セルの製作が容易になり、電池の構造的安全性を増加させることができる。
また、全般的な製造コストを安くすることができ、電極組立体の爆発の時電池セル全体でない一つの電極組立体のみ爆発するので、安全性を向上させることができる。
本発明の第1実施例による電極組立体と絶縁体を示す分解斜視図である。 図1の電極組立体と絶縁体が結合された状態を示す斜視図である。 本発明の第2実施例による電極組立体と絶縁体が結合された状態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斜視図である。 図4のA−A´による断面図である。 図4のB−B´による断面図である。 本発明の第3実施例による二次電池を示す斜視図である。 本発明の第4実施例による電極組立体と絶縁体が結合された状態を示す斜視図である。 本発明の第5実施例による電極組立体と絶縁体が結合された状態を示す斜視図である。 本発明の第6実施例による電極組立体と絶縁体が結合された状態を示す斜視図である。
以下、添付された図面を参照して本発明の望ましい実施例について説明する。図1は本発明の第1実施例による電極組立体と絶縁体を示す分解斜視図で、図2は図1の電極組立体と絶縁体が結合された状態を示す斜視図である。
図1及び図2を参照すれば、本発明の第1実施例による中大型二次電池またはバッテリーセルは、複数の円形電極組立体10を装着することができる絶縁体20を含む。このような絶縁体20には、複数の電極組立体10の下側面を取り囲んで支持することができる収容部(receptacle、21)が形成されるが、収容部21は絶縁体20上部に突き出されて、突出された内部に電極組立体10下部が挿入される空間を持つ形状になる。
本発明において、前記収容部21は所定の間隔を置いて位置され、複数の電極組立体10が一定の間隔で配列及び固定されるようにする。ここで、収容部21が絶縁体20上部に突出された長さに対して限定しなかったが、最小限電極組立体10を堅固に固定することができる長さで延長されることが望ましい。
本発明において、前記絶縁体をより具体的によく見れば、前記絶縁体の場合、一表面を含み、前記各収容部は前記一表面の上に突出された少なくとも一つの側壁の形態でなる。また、前記収容部は対応する二次電池の各バッテリーセルの第1端の外周面の少なくとも一領域を収容することができ、内部に空間を持つ外側壁の形態を持つことができる。
円形電極組立体10は、上部に第1タップが引き出されて、下部に第2タップが引き出される。以下では、便宜上上部に引き出された第1タップを陽極タップ11とし、下部に引き出された第2タップを陰極タップ12とする。
絶縁体20の収容部21が形成された位置には電極組立体10の下部に引き出された陰極タップ12を外部に露出させるためのホール22が形成され、電極組立体10が収容部21に挿入される際、陰極タップ12は絶縁体20のホール22を通過して外部に露出される。
複数の陰極タップ12は、ホール22によって露出して整列され、後のカン等のようなバッテリーケースとの溶接を容易にすることができる。本発明において前記ホール22は広い意味の開口部に含まれることにする。
このように複数の電極組立体10の下側面が収容部21によって覆われるように装着された状態の絶縁体20は、以後カン等のバッテリーケース32に挿入される。複数の電極組立体10が装着された絶縁体20がバッテリーケースに挿入されて、陽極タップ11及び陰極タップ12と、バッテリーケースが溶接されることについては図4ないし図5bで後述する。そして、図4の場合、絶縁体20は複数の電極組立体10上部と下部に位することを示したが、本発明の実施例では絶縁体20が複数の電極組立体の上部または下部のみに位置することもできる。
この際、絶縁体20に形成される収容部21の個数は限定されず、絶縁体20は二つ以上の電極組立体10を結合または組合させることができる形態に形成されうる。また、絶縁体20はポリプロピレン(polypropylene)、ポリエチレン(polyethylene)、ポリイミド(polyimide)で形成することができる。
円形電極組立体10に対して簡略に説明すれば、陽極集電体の表面に陽極活物質層がコーティングされた陽極板と、陰極集電体の表面に陰極活物質層がコーティングされた陰極板と、陽極板及び陰極板の間に位置して陽極板と陰極板とを電気的に絶縁させるセパレーターが巻取されて形成される。
陽極板は、導電性の優れた金属薄板、例えば、アルミニウムホイル(Al foil)からなる陽極集電体と、その両面にコーティングされた陽極活物質層とを含む。陽極板の両端部には、陽極活物質層が形成されていない陽極集電体領域、すなわち、陽極無地部が形成される。陽極無地部の一端には陽極タップ11が接合されているが、陽極タップ11は一般的にアルミニウム材質で形成されて、電極組立体10の上部に一定の長さ突出される。
また、陰極板は伝導性金属薄板、例えば、銅またはニッケルホイルからなる陰極集電体と、その両面にコーティングされた陰極活物質層を含んでいる。陰極板の両端部は、陰極活物質層が形成されていない陰極集電体領域、すなわち、陰極無地部が形成される。陰極無地部の一端には陰極タップ12が接合されているが、陰極タップ12は一般的にニッケル材質で形成されて、電極組立体10の下部に一定の長さ突出される。
図3は、本発明の第2実施例による電極組立体と絶縁体が結合された状態を示す斜視図で、図4は本発明の第2実施例による二次電池を示す斜視図である。図3及び図4を参照すれば、絶縁体20が複数の電極組立体10上下部に位置されて、電極組立体10の上部に突出された陽極タップ11と電極組立体10の下部に突出された陰極タップ12の位置をそれぞれ固定させることができる。
複数の電極組立体10の上部は、第1絶縁体20aと一体に形成された第1収容部21aに挿入されて、複数の電極組立体10の下部は第2絶縁体20bと一体に形成された第2収容部21bに挿入される。第1及び第2収容部(21a、21b)は、第1実施例と同様に、第1絶縁体20a及び第2絶縁体20bそれぞれから電極組立体10に向かって突出された形状で、その内部には電極組立体10の端部が挿入されうる空間が形成されている。そして、第1収容部21aと第2収容部21bは、対称構造で形成される。第1収容部21aには電極組立体10の上部が挿入されて、陽極タップ11が外部に露出されるように第1ホール22aが形成されて、第2収容部21bには電極組立体10の下部が挿入されて、陰極タップ12が外部に露出されるように第2ホール22bが形成される。
これによって第1絶縁体20a及び第2絶縁体20bそれぞれに結合された電極組立体10上部の陽極タップ11と下部の陰極タップ12は第1ホール22aと第2ホール22bを介して露出される。このように複数の電極組立体10が装着された絶縁体(20a、20b)をバッテリーケース32に挿入し、上部にキャッププレート31を覆う。この際、第1ホール22aを介して露出された陽極タップ11は、バッテリーケース32の上部を覆うキャッププレート31に形成された陽極リード33に溶接されるか固定されて、第2ホール22bを介して露出された陰極タップ12はバッテリーケース32の下部内面に溶接されるか固定される。
図5aに示されたように、陽極タップ11は陽極リード33を介してキャッププレートと連結される。キャッププレート31はガスケット34を介してキャッププレート33と絶縁される。陽極タップ11を陽極リード33に連結するために第1ホール22aが第1絶縁体内に位置して陽極タップ11を陽極リード33に容易に溶接または連結されるようにする。すなわち、第1絶縁体20aに形成された第1ホール22aの位置は、陽極リード33の位置と一致するように配列されて、陽極リード33と陽極タップ11の溶接をより容易に行うことができる。本発明の実施例ではバッテリーケース32とキャッププレート31が陰極を帯びる場合を説明したが、その反対の極性を帯びても良いのは勿論である。
本発明では、複数の電極組立体10を一定の位置に配列して固定することができるため、複数の電極組立体10の陽極タップ11及び陰極タップ12をバッテリーケース32及びキャッププレート31の溶接位置に正確に位置させることができる。すなわち、バッテリーケース32内部に挿入される絶縁体(20a、20b)には、それぞれの電極組立体10をバッテリーケース32内部の正確な位置に固定させることができる収容部(21a、21b)が形成されることで、電極組立体10の陽極タップ11及び陰極タップ12をそれぞれキャッププレート31とバッテリーケース32に容易に溶接することができる。これによって複数の電極組立体10を溶接の際、正確な位置整列及び組立てが簡便で、二次電池の製作が容易になり、二次電池の構造的安全性を増加させることができる。また、機械的剛性の低い電極組立体10を保護することができるだけでなく、電極組立体10の変形を防止することができる。
図5aは、図4のA−A´による断面図である。図5aを参照すれば、第1収容部21aに装着された電極組立体10の上部に引き出された陽極タップ11は、第1絶縁体20aの第1ホール22aを介して露出される。そして、露出された陽極タップ11は、キャッププレート組立体31と触れないように折り曲げられた状態で陽極リード33と溶接または連結される。キャッププレート組立体は、ガスケット34によって陽極リード33と絶縁されて、ガスケット34の中央部位は陽極リード33が挿入されうる挿入ホール35が形成され、陽極リード33と陽極タップ11が触れ合うことができるようになる。前記キャッププレート組立体は電極リードコネクタと前記電極リードコネクタに連結される電極リードを含むことができ、各電極組立体の第2電極タップは前記電極リードコネクタと接触可能である。このように、第1絶縁体20aに形成された第1ホール22aが陽極タップ11の位置を取ってくれることで、一定に配列された陽極リード33と陽極タップ11を容易に溶接または連結することができる。
図5bは、図4のB−B´による断面図である。図5bを参照すれば、第2収容部21bに装着された電極組立体10の下部に引き出された陰極タップ12は第製2絶縁体20bの第2ホール22bを介して露出される。本発明の実施例では、バッテリーケース32自体が陰極を帯びるので、第2ホール22bを介して露出された陰極タップ12は、折れた状態でバッテリーケース32の下部内面と溶接される。ここで、第2絶縁体20bが別途の構造体ではなく、バッテリーケース32の下部が第2絶縁体20bの形状を持つことができ、このような場合電極組立体10をバッテリーケース32に挿入しながら第2ホール22bに陰極タップ12が挿入されるようにすることもできる。
図6は、本発明の第3実施例による二次電池を示す斜視図である。図6を参照すれば、本発明の第3実施例による二次電池の陰極タップ12とバッテリーケース32が溶接される構造は図4の二次電池と同様である。ただし、キャッププレート31に形成された陽極リード33´と陽極タップ11が溶接される形態において差異を見せる。第1絶縁体20a上部に引き出された陽極タップ11は、連結体36にそれぞれ溶接された後、連結体36と、キャッププレート31の挿入ホール35に位置された一つの陽極リード33´が触れ合う領域での溶接によって陽極タップ11と陽極リード33´が電気的に連結される。これによってキャッププレート31外部に陽極リード33´が一つのみ形成されてより簡単な構造の二次電池を形成することができる。この際、キャッププレート31と陽極リード33´が絶縁されうるようにキャッププレート31と陽極リード33´が触れ合う領域にはガスケット34´が形成される。また、陽極を帯びる連結体36と陰極を帯びるキャッププレート31が絶縁されるようにその間には絶縁プレート37がさらに形成される。
図7は、本発明の第4実施例による電極組立体と絶縁体が結合された状態を示す斜視図である。図7を参照すれば、本発明の第4実施例の中大型二次電池では、複数の円形電極組立体10を装着することができる絶縁体20を含む。このような絶縁体20には複数の電極組立体10下部を覆いつつ支持することができる収容部21´が形成されるが、収容部21´は絶縁体内部に凹み形状で形成され、溝に電極組立体10の下部が挿入されうる。ここで、溝の深みは電極組立体10の下側面を覆いつつ電極組立体10を堅固に固定することができる深みで形成されることが望ましい。
そして、絶縁体20の収容部21´が形成された位置には、電極組立体10下部から突出された陰極タップ12を外部に露出させるためのホール22が形成されて、電極組立体10が収容部21´に挿入される際、陰極タップ12は絶縁体20のホール22を通過して外部に露出される。複数の陰極タップ12はホール22によって露出されて整列され、後ほどバッテリーケースとの溶接を容易にすることができる。このように収容部21´に複数の電極組立体10が装着された状態の絶縁体20は、バッテリーケースに挿入されて、より正確な位置に電極組立体10を固定させることができる。
図8は、本発明の第5実施例による電極組立体と絶縁体が結合された状態を示す斜視図である。図8を参照すれば、絶縁体20に複数の電極組立体10下部のみを覆いつつ支持することができる収容部21´´が形成される。より詳細には、収容部21´´は絶縁体20上部に突出された形状であり、突出された内部には電極組立体10の下部が挿入されうる空間を持つが、電極組立体10の下側面一部のみ覆い、一部は開放された構造で形成することができる。すなわち、収容部21´´は電極組立体10を支持することができる最小の位置のみに形成されうる。
収容部21´´が電極組立体10の一部のみ支持する他の形態では、電極組立体10の下側面と接する部分と電極組立体10の下側面と接しない部分が一定の間隔を置いて反復的に形成された形態を帯びることも可能である。
図9は、本発明の第6実施例による電極組立体と絶縁体が結合された状態を示す斜視図である。図9を参照すれば、本発明の第6実施例による中大型二次電池では、バッテリーケース(図示せず)内部に複数の角形電極組立体10を装着することができる絶縁体20が挿入される。絶縁体20は、複数の電極組立体10上部に位置された第1絶縁体20aと複数の電極組立体10下部に位置された第2絶縁体20bを含む。第1絶縁体20aには、複数の電極組立体10上部を覆いつつ支持することができる第1収容部21aが形成され、第2絶縁体20bには複数の電極組立体10下部を覆いつつ支持することができる第2収容部21bが形成される。この際、第1及び第2収容部(21a、21b)は、それぞれ第1及び第2絶縁体(20a、20b)上部に突出された形状で、突き出された内部に電極組立体10が挿入されうる空間が形成される。ここで、収容部(21a、21b)は、図8のように電極組立体10の一部のみを支持する形状で形成されることも可能である。
角形電極組立体10は、上部に陽極タップ11及び陰極タップ12がすべて突出される形態を帯びるので、第1絶縁体20aの第1収容部21aが形成された領域には陽極タップ11及び陰極タップ12を外部に露出させることができる第1ホール23a及び第2ホール23bがさらに形成されうる。第1ホール23a及び第2ホール23bを介して露出された陽極タップ11及び陰極タップ12は、バッテリーケースとの溶接位置に正確に整列されているので、バッテリーケースとの溶接をより容易にすることができる。ここで、第1及び第2収容部(21a、21b)は、それぞれ第1及び第2絶縁体(20a、20b)上部に突出された形状で形成されたが、第1及び第2絶縁体(20a、20b)内部に凹む溝形状で形成されうることは勿論である。また、角形電極組立体10は、陽極タップ11と陰極タップ12がすべて上部に引出しされるので、絶縁体が上部のみに形成されることも可能である。
角形電極組立体10に対して簡略に説明すれば、角形電極組立体10は、陽極板と陰極板との間にセパレーターが介在された後、巻き取られて形成される。陽極板には陽極タップ11が結合されて電極組立体10の上端部に突出されて、陰極板には陰極タップ12が結合されて電極組立体10の上端部に突出される。電極組立体10から陽極タップ11と陰極タップ12は所定距離離隔されるように形成されて電気的に絶縁される。そして、陽極タップ11及び陰極タップ12が電極組立体10から引き出される部分にはラミミネーションテープ13が巻かれることもありえる。ラミネーションテープ13は陽極タップ11または陰極タップ12で発生する熱を遮断し、陽極タップ11または陰極タップ12の端によって電極組立体10が圧迫を受けないようにする役目を遂行する。
前述した実施例では、絶縁体に電極タップを露出させるためのホールが形成されたものを例として説明したが、電極組立体から発生された熱を外部に放出することができる貫通ホールを追加でさらに形成することができる。
以上のように、本発明の最も好ましい実施形態について説明したが、本願発明は、上記記載に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載され、又は明細書に開示された発明の要旨に基づき、当業者が様々な変形や変更が可能であることはもちろんであり、斯かる変形や変更が、本発明の範囲に含まれることは言うまでもない。
10 電極組立体
11 陽極タップ
12 陰極タップ
20 絶縁体
20a 第1絶縁体
20b 第2絶縁体
21、21´、21´´ 収容部
21a 第1収容部
21b 第2収容部
22 ホール
22a 第1ホール
22b 第2ホール
30 バッテリーケース
32 キャッププレート

Claims (12)

  1. 陽極板、陰極板及び陽極板と陰極板との間のセパレータを含み、
    前記陽極板または陰極板のいずれか一つ以上から延長された少なくとも一つの電極タップを備える少なくとも二つの電極組立体と、
    前記電極タップが通過する少なくとも一つの開口部を含む少なくとも一つの絶縁体を含み、
    前記絶縁体は前記電極組立体の一領域を収容する収容部を備え、
    前記絶縁体は一表面を含み、
    前記各収容部は前記一表面の上に突出された少なくとも一つの側壁を含み、
    前記電極組立体が前記収容部に収容された状態において前記収容部は前記電極組立体の側壁の一部のみを収容し、
    前記電極組立体の各電極タップは、一端から延長された第1電極タップと、他端から延長された第2電極タップとを含み、
    前記絶縁体と電極組立体を収容するバッテリーケースとキャッププレート組立体をさらに含み、
    前記キャッププレート組立体は、キャッププレートと各電極組立体の電極リードを含み、前記電極組立体の第2電極タップは対応する電極リードと接触する
    ことを特徴とする二次電池。
  2. 前記絶縁体は、第1絶縁体と第2絶縁体からなり、
    前記第1絶縁体と前記第2絶縁体は各々別個の構成であって、少なくともいずれか一方は、電極組立体の電極タップを有する端部を収容する
    ことを特徴とする請求項1に記載の二次電池。
  3. 前記絶縁体の少なくとも一つの開口部は、第1絶縁体の第1開口部と第2絶縁体の第2開口部を含み、
    前記第1電極タップは、前記第1絶縁体の第1開口部を介して延長されて、第2電極タップは第2絶縁体の第2開口部を介して延長される
    ことを特徴とする請求項2に記載の二次電池。
  4. 前記第1電極タップは第1絶縁体の第1開口部を介して延長されてバッテリーケースと接触し、前記第2電極タップは前記第2絶縁体の第2開口部を介して延長されて前記キャッププレート組立体と接触される
    ことを特徴とする請求項3に記載の二次電池。
  5. 前記キャッププレートは、キャッププレートと電極リードを絶縁するガスケットをさらに含む
    ことを特徴とする請求項1に記載の二次電池。
  6. 前記キャッププレート組立体は、電極リードコネクタと前記電極リードコネクタに連結される電極リードを含み、
    各電極組立体の第2電極タップは前記電極リードコネクタと接触する
    ことを特徴とする請求項1に記載の二次電池。
  7. 前記キャッププレート組立体は絶縁板をさらに含む
    ことを特徴とする請求項6に記載の二次電池。
  8. 前記電極タップは、一端からそれぞれ延長された第1電極タップと第2電極タップとを含み、
    前記少なくとも一つの絶縁体が備える少なくとも一つの開口部は、各電極組立体用第1開口部と第2開口部とを含み、前記第1電極タップは第1開口部から延長されて第2電極タップは第2開口部から延長される
    ことを特徴とする請求項1に記載の二次電池。
  9. 前記収容部は、対応する二次電池の各バッテリーセルの第1端の外周面の少なくとも一領域を収容する
    ことを特徴とする請求項1に記載の二次電池。
  10. 前記収容部は少なくとも一つの開口部を持つ外側壁を含む
    ことを特徴とする請求項9に記載の二次電池。
  11. 前記収容部は、内部に空間を持つ外側壁を含む
    ことを特徴とする請求項9に記載の二次電池。
  12. 前記収容部は、絶縁体の表面内の凹み形状で形成される
    ことを特徴とする請求項1に記載の二次電池。
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