JP6444061B2 - 二次電池 - Google Patents
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Description
本発明は、二次電池に関し、より詳しくは、端子の構造を改善した二次電池に関する。
二次電池（rechargeable battery）は、充電が不可能な一次電池とは違って、充放電が可能な電池である。低容量の二次電池は、携帯電話やノートパソコンおよびビデオカメラのように携帯可能な小型電子機器に使用される。大容量電池は、ハイブリッド自動車などのモータ駆動用電源として広く使用されている。
最近、高エネルギー密度の非水電解液を利用した高出力二次電池が開発されており、このような高出力二次電池は、大電力を必要とする機器、例えば、電気自動車などのモータ駆動に使用することができるように、複数個の二次電池を直列に連結して大容量の電池モジュールで構成される。
本発明は、上記のような問題点を解決するために案出されたものであって、本発明の目的は、安全性が向上した二次電池を提供することにある。
本発明による二次電池は、内部に電極組立体を含むケースと、前記ケースに取り付けられたキャッププレートと、前記キャッププレート上に形成された端子孔であって第１方向に長さを有する端子孔を通過する端子と、前記端子孔内において部分的に前記端子を囲むシーリング部材と、を備え、前記端子は、中央連結部と、前記中央連結部から前記ケースの外部に延在して前記ケースの外部の前記キャッププレートと部分的に重なる上部連結部と、前記ケースの内部で前記第１方向へ前記中央連結部から延在する集電連結部と、を含み、前記シーリング部材は、前記キャッププレート上に載置した上部シーリング部と、前記端子孔の内部に配置されて周囲と密接するように固定された下部シーリング部とを含み、前記上部シーリング部は、前記キャッププレートと前記上部連結部との間に位置し、前記上部連結部が前記キャッププレートと離隔するように前記上部連結部を支持し、前記下部シーリング部は、前記集電連結部と前記端子孔全体との間に位置する。
前記上部シーリング部は、前記上部連結部を前記キャッププレートと離隔させ、電気的に絶縁させる。
前記集電連結部は、前記集電連結部が前記キャッププレートと重ならないように、前記第１方向に前記端子孔の長さより小さい長さを有する。
前記集電連結部の長さは、前記端子孔の長さの６０％から９５％である。
前記端子孔は前記第１方向に延在する形状を有し、前記集電連結部は前記端子孔の下側に位置する。
前記端子孔の内部にある遮断部と、前記シーリング部材内にある支持部とをさらに備え、前記支持部は、前記遮断部に嵌合されて結合される。
前記遮断部は、突起を含み、前記支持部は、前記遮断部の前記突起が挿入されるグルーブを含む。
前記遮断部は、グルーブを含み、前記支持部は、前記遮断部の前記グルーブに挿入される突起を含む。
前記遮断部は、凹部と凸部とが交互に配置された凹凸形状を有し、前記凹凸形状は、前記端子孔の内周面に沿って形成され、前記支持部は、前記遮断部に挿入される凹凸形状を有する。
前記遮断部と前記支持部とは、鋸歯状、歯状、または千鳥状に構成されたメッシュ構造を有する。
前記シーリング部材は、前記上部連結部と前記キャッププレートとの間の上部シーリング部と、前記キャッププレート内に形成された前記端子孔内に挿入されて固定される下部シーリング部と、を含み、前記支持部は、前記下部シーリング部の周りに形成される。
前記下部シーリング部は、前記中央連結部を延在させるための孔を有し、前記下部シーリング部の下部面は、前記集電連結部が前記端子孔に沿って挿入される載置溝を含む。
前記シーリング部材は、一体の部材である。
前記シーリング部材は、インサートモールディング方法によって形成される。
前記端子の前記中央連結部は前記端子孔を通過し、前記上部連結部はベント部を介して前記中央連結部に連結され、前記集電連結部は他のベント部を介して前記中央連結部に連結される。
前記上部連結部と前記集電連結部とは、前記キャッププレートに平行である。
前記上部連結部は、前記中央連結部から前記キャッププレートの中心に向かって延在し、前記集電連結部は、前記中央連結部から前記キャッププレートの側端部に向かって前記第１方向に延在する。
前記集電連結部は、集電部材を介して前記電極組立体に接続され、前記集電連結部の下部面は、前記集電部材内に挿入可能な突起を備える。
本発明の一実施形態によれば、集電連結部の長さが端子孔の長さより短く形成され、端子孔にシーリング部材が挿入されて固定されるので、密封性が向上する。
また、端子孔の内側面に遮断部が形成され、上記のシーリング部材には遮断部と嵌合されて結合される支持部が形成されるので、密封性が向上する。
以下、添付の図面を参考にして、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が容易に実施できるように、本発明の実施形態を詳しく説明する。しかし、本発明は、様々な異なる形態に実現でき、以下で説明する実施形態に限定されない。また、本明細書および図面において、同一の符号は同一の構成要素を示す。
図１は、本発明の一実施形態に係る二次電池を示した斜視図であり、図２は、図１でＩＩ−ＩＩ線に沿って切断してみた断面図である。
図１および図２を参照して説明すると、本実施形態に係る二次電池１０１は、正極１１と負極１２との間にセパレータ１３を介在して巻き取られた電極アセンブリー１０と、電極アセンブリー１０が組み込まれるケース２６と、ケース２６の開口に結合されたキャップアセンブリー３０とを含む。
本実施形態に係る二次電池１０１がリチウムイオン二次電池であり、角型である場合を例として説明する。但し、本発明がこれに限られるものではなく、本発明は、リチウムポリマー電池または円筒形電池など多様な形態の電池に適用されることができる。
正極１１および負極１２は、薄板の金属箔で形成された集電体に活物質が塗布された領域であるコーティング部と、活物質がコーティングされていない領域である無地部とを含む。
正極無地部１１ａは、正極１１の長さ方向に沿って正極１１の一側端に形成される。負極無地部１２ａは、負極１２の長さ方向に沿って負極１２の反対側の側端に形成される。そして、正極１１および負極１２は、絶縁体であるセパレータ１３を挟んで巻取られる。
他の例では、電極アセンブリー１０は、複数個のシート（sheet）からなる正極と負極とがセパレータを挟んで積層された構造でなってもよい。
ケース２６は、略直方体からなり、一面には開口が形成される。キャップアセンブリー３０は、ケース２６の開口を覆うキャッププレート３１と、キャッププレート３１上に配置され、正極１１と電気的に接続された第１端子２１と、キャッププレート３１上に配置され、負極１２と電気的に接続された第２端子２２と、設定された内部圧力によって破断できるように切欠３９ａが形成されたベント部材３９と、を含む。ベント部材３９は、キャッププレート３１に形成されたベント孔３４を塞ぐように取り付けられる。
キャッププレート３１は、薄い金属板からなり、一側に形成された電解液注入口３７には、これを密封する密封キャップ３８がキャッププレート３１に固定されるように取り付けられる。
第１端子２１および第２端子２２は、キャッププレート３１に形成された端子孔Ｈ１およびＨ２をそれぞれ貫通するように取り付けられ、電極アセンブリー１０に電気的に接続される。第１端子２１は、正極１１と電気的に接続されるように取り付けられる。第１端子２１は、集電部材２５を介して正極１１と電気的に接続される。第１端子２１には、第１端子２１を部分的に囲むシーリング部材４０が設けられる。
第２端子２２は、負極１２と電気的に接続されるように取り付けられる。第２端子２２は、集電部材２７を介して負極１２と電気的に接続される。第２端子２２には、第２端子２２の一部を部分的に囲むシーリング部材５０が設けられる。
図３は、本発明の一実施形態に係る端子の斜視図であり、図４は、本発明の一実施形態に係るキャッププレートとシーリング部材を切開して示した分解斜視図である。
図３および図４を参照すると、第２端子２２およびこれに結合された部材は、第１端子２１およびこれに結合された部材と対称的な構造を有する。第１端子２１とこれに結合された部材についての説明によって、第２端子２２についての説明を代替する。
第１端子２１は、板状構造を有する。第１端子２１は、ケース２６の外側に位置する上部連結部２１ａと、ケース２６の内部に挿入されて集電部材２５と結合される集電連結部２１ｂと、上部連結部２１ａと集電連結部２１ｂとの間に形成され、上部連結部２１ａおよび集電連結部２１ｂで折り曲げ形成された中間連結部２１ｃと、を有する。
上部連結部２１ａは、キャッププレート３１の上側において、キャッププレート３１と平行になるように配置される。上部連結部２１ａは、中間連結部２１ｃからキャッププレート３１の中心に向かって延在するように形成される。
集電連結部２１ｂは、キャッププレート３１の下側において、キャッププレート３１と平行になるように配置される。集電部材２５に嵌合されて、集電部材２５に溶接によって接合される集電突起２１ｄは、集電連結部２１ｂの下面に形成される。集電連結部２１ｂは、溶接によって集電部材２５に固定される。集電連結部２１ｂは、中間連結部２１ｃからキャッププレート３１の側端に向かって延在するように形成される。このように、上部連結部２１ａと集電連結部２１ｂとは、中間連結部２１ｃから互いに反対方向に向かって延在するように形成される。
中間連結部２１ｃは、上部連結部２１ａおよび集電連結部２１ｂで略直角に折り曲げ形成され、上部連結部２１ａと集電連結部２１ｂとを連結させる。中間連結部２１ｃは、シーリング部材４０に形成された孔４３に挿入される。また、中間連結部２１ｃは、キャッププレート３１を貫通して挿入される。
上部連結部２１ａおよび集電連結部２１ｂは、キャッププレート３１と平行になるように配置され、中間連結部２１ｃは、上部連結部２１ａと集電連結部２１ｂに対して垂直に設けられる。
シーリング部材４０は、キャッププレート３１上に載置される上部シーリング部４１と、キャッププレート３１に形成された端子孔Ｈ１に挿入されて固定される下部シーリング部４２とを備える。上部シーリング部４１は、上部連結部２１ａの下面とキャッププレート３１の上面との間に位置する。上部連結部２１ａは、キャッププレート３１から離隔するように支持される。また、上部シーリング部４１は、キャッププレート３１と上部連結部２１ａとを絶縁する。
下部シーリング部４２には、中間連結部２１ｃが挿入される孔４３が形成される。下部シーリング部４２の下面には、集電連結部２１ｂが挿入される載置溝４９が、孔４３と連通するように形成される。
端子孔Ｈ１には、突出した遮断部３２が形成される。下部シーリング部４２には、遮断部３２と嵌合される支持部４６が形成される。遮断部３２は突起からなり、端子孔Ｈ１の内周面において周りに沿って連結して形成される。支持部４６は、遮断部３２が挿入される溝からなり、下部シーリング部４２の周りに沿って連結して形成される。
遮断部３２と支持部４６が形成されることにより、端子孔Ｈ１の内面とシーリング部材４０との接触面積が増加するので、シーリング性能を向上させることができる。また、キャッププレート３１とシーリング部材４０との間に水分が浸透したとしても、遮断部３２と支持部４６とによって水分の浸透を阻止することができる。
第１端子２１がキャッププレート３１上に設置された状態で、インサートモールディング方法によってシーリング部材４０が形成される。シーリング部材４０は、形成と同時にキャッププレート３１に固定されるように形成され、第１端子２１を囲んだ状態で、キャッププレート３１上に安定して固定される。
第２端子２２は、第１端子２１と同様に、キャッププレート３１の上側に位置する上部連結部と、ケース２６の内部に挿入されて集電部材２７と結合される集電連結部と、上部連結部と集電連結部との間に形成され、上部連結部および集電連結部で折り曲げ形成された中間連結部と、を有する。また、第２端子２２には、端子孔Ｈ２に挿入されて第２端子２２を支持するシーリング部材５０が設置される。シーリング部材５０は、第２端子２２がキャッププレート３１上に設置された状態で、インサートモールディング方法によって形成される。
図５に示すように、集電連結部２１ｂの第１方向への長さＤ１は、端子孔Ｈ１の第１方向への長さＤ２より小さく形成される。端子孔Ｈ１は、第１方向に細長い長方形の断面を有し、集電連結部２１ｂは、端子孔Ｈ１の下側に位置する。集電連結部２１ｂの長さＤ１は、端子孔Ｈ１の長さＤ２の約６０％から約９５％である。
集電連結部２１ｂの長さＤ１は、端子孔Ｈ１の長さＤ２より小さく形成される。これにより、集電連結部２１ｂとキャッププレート３１とが短絡することを防止することができる。集電連結部２１ｂを端子孔Ｈ１より長く形成したのでは、集電連結部２１ｂの一部がキャッププレート３１の下に位置する。シーリング部材４０とキャッププレート３１との隙間に水などの異物が入り込んだ場合、このような異物によって集電連結部２１ｂとキャッププレート３１とが短絡されてしまう可能性がある。本実施形態によると、集電連結部２１ｂは、端子孔Ｈ１１の下側のみに位置し、キャッププレート３１とは重ならない。従って、水が入り込んでも、キャッププレート３１と集電連結部２１ｂとの間の短絡を防止するか減少させることができる。
また、上部連結部２１ａの第１方向への長さは、集電連結部２１ｂの第１方向への長さより長く形成される。上部連結部２１ａの長さは、集電連結部２１ｂの長さの約１．２倍から約３倍である。これにより、第１端子２１の重心は、上部連結部２１ａ側に傾くので、上部連結部２１ａはキャッププレート３１の上面を加圧してキャッププレート３１に安定して固定することができる。
図６は、本発明の他の実施形態に係る二次電池の一部を示した拡大断面図である。
本実施形態による二次電池は、キャッププレート７１とシーリング部材６０の構造を除いては、上述の第１実施形態に係る二次電池と同一の構造を有するので、同一の構造に対する重複説明は省略する。
本実施形態に係るキャッププレート７１には、端子孔７２が形成される。端子孔７２には、第１端子２１およびシーリング部材６０が挿入されて固定される。
第１端子２１は、ケースの外側に位置する上部連結部２１ａと、ケースの内部に挿入された集電連結部２１ｂと、上部連結部２１ａと集電連結部２１ｂとの間で折り曲げ形成された中間連結部２１ｃと、を有する。
シーリング部材６０は、キャッププレート７１上に載置される上部シーリング部６１と、端子孔７２に挿入されて固定される下部シーリング部６２とを備える。上部シーリング部６１は、上部連結部２１ａの下面とキャッププレート７１の上面との間に位置し、上部連結部２１ａがキャッププレート７１から離隔するように上部連結部２１ａを支持する。シーリング部材６０は、第１端子２１がキャッププレート７１上に設置された状態で、インサートモールディング方法によって形成される。これにより、シーリング部材６０は、形成と同時にキャッププレート７１に固定されるように形成され、第１端子２１を囲んだ状態で、キャッププレート７１上に安定して固定されることができる。
凹溝からなった遮断部７２ａが、端子孔７２内に形成される。支持部６３は、下部シーリング部６２に形成され、遮断部７２ａと嵌合されて結合される。遮断部７２ａは、端子孔７２の内周面において周りに沿って連結して形成される。支持部６３は、遮断部７２ａに挿入される突起からなり、下部シーリング部６２の周りに沿って連結して形成される。
溝状の遮断部７２ａと突起状の支持部７３が設けられることにより、端子孔７２の内面とシーリング部材６０との接触面積が増加することができるので、シーリング性能が向上する。また、キャッププレート７１とシーリング部材６０との間に水分が浸透したとしても、遮断部７２ａと支持部６３とによって水分の浸透を阻止することができる。
図７は、本発明の他の実施形態に係る二次電池の一部を示した拡大断面図である。
本実施形態に係る二次電池は、キャッププレート９１とシーリング部材８０の構造を除いては、図１から図６に示された実施形態に係る二次電池と同一の構造を有するので、同一の構造に対する重複説明は省略する。
本実施形態に係るキャッププレート９１には、端子孔９２が形成される。端子孔９２には、第１端子２１およびシーリング部材８０が挿入されて固定される。
第１端子２１は、ケースの外側に位置する上部連結部２１ａと、ケースの内部に挿入された集電連結部２１ｂと、上部連結部２１ａと集電連結部２１ｂとの間で折り曲げ形成された中間連結部２１ｃと、を有する。
シーリング部材８０は、キャッププレート９１上に載置される上部シーリング部８１と、端子孔９２に挿入されて固定される下部シーリング部８２とを備える。上部シーリング部８１は、上部連結部２１ａの下面とキャッププレート９１の上面との間に位置し、上部連結部２１ａがキャッププレート９１から離隔するように上部連結部２１ａを支持する。
端子孔９２には、凹部と凸部が交互に配置された凹凸状の形態を有する遮断部９２ａが形成される。遮断部９２ａは、図７に示すように、電池を通じて垂直断面長さ方向において、鋸歯状、歯状、または千鳥状である。下部シーリング部８２には、遮断部９２ａと嵌合されて結合される支持部８３が形成される。遮断部９２ａは、端子孔９２の内周面において周りに沿って連結して形成される。支持部８３は、遮断部９２ａの凹部と凸部に挿入されるように凸部と凹部が交互に配置された凹凸状の形態を有する。支持部８３は、図７に示すように、電池を通じて垂直断面長さ方向において、鋸歯状、歯状、または千鳥状であり、遮断部９２ａと共にメッシュ構造を有する。支持部８３は、下部シーリング部８２の周りに沿って形成される。
上述のように、凹凸状の遮断部９２ａと、遮断部９２ａに嵌合されて結合される凹凸状の支持部８３とが形成されれば、端子孔９２の内面とシーリング部材８０との接触面積が増加するので、シーリング性能が向上する。また、キャッププレート９１とシーリング部材８０との間に水分が浸透したとしても、遮断部９２ａと支持部８３によって水分の浸透を阻止することができる。
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されず、特許請求の範囲と発明の詳細な説明および添付の図面の範囲内で多様に変形して実施することができる。
１０ 電極アセンブリー
１１ 正極
１２ 負極
１３ セパレータ
２１ 第１端子
２２ 第２端子
２５、２７ 集電部材
２６ ケース
３０ キャップアセンブリー
３１、７１、９１ キャッププレート
３２、７２ａ、９２ａ 遮断部
３４ ベント孔
３７ 電解液注入口
３８ 密封キャップ
３９ ベント部材
４０、５０、６０、８０ シーリング部材
４１、６１、８１ 上部シーリング部
４２、６２、８２ 下部シーリング部
４３ 孔
４６、６３、７３ 支持部
４９ 載置溝
７２、９２ 端子孔
１１ａ 正極無地部
１２ａ 負極無地部
２１ａ 上部連結部
２１ｂ 集電連結部
２１ｃ 中間連結部
２１ｄ 集電突起
３９ａ 切欠
１０１ 二次電池
１１ 正極
１２ 負極
１３ セパレータ
２１ 第１端子
２２ 第２端子
２５、２７ 集電部材
２６ ケース
３０ キャップアセンブリー
３１、７１、９１ キャッププレート
３２、７２ａ、９２ａ 遮断部
３４ ベント孔
３７ 電解液注入口
３８ 密封キャップ
３９ ベント部材
４０、５０、６０、８０ シーリング部材
４１、６１、８１ 上部シーリング部
４２、６２、８２ 下部シーリング部
４３ 孔
４６、６３、７３ 支持部
４９ 載置溝
７２、９２ 端子孔
１１ａ 正極無地部
１２ａ 負極無地部
２１ａ 上部連結部
２１ｂ 集電連結部
２１ｃ 中間連結部
２１ｄ 集電突起
３９ａ 切欠
１０１ 二次電池
Claims (13)
- 内部に電極組立体を含むケースと、
前記ケースに取り付けられたキャッププレートと、
前記キャッププレート上に形成された端子孔であって第１方向に長さを有する端子孔を通過する端子と、
前記端子孔内において部分的に前記端子を囲むシーリング部材と、を備え、
前記端子は、中央連結部と、前記中央連結部から前記ケースの外部に延在して前記ケースの外部の前記キャッププレートと部分的に重なる上部連結部と、前記ケースの内部で前記第１方向へ前記中央連結部から延在する集電連結部と、を含み、
前記シーリング部材は、前記キャッププレート上に載置した上部シーリング部と、前記端子孔の内部に配置されて周囲と密接するように固定された下部シーリング部とを含み、前記上部シーリング部は、前記キャッププレートと前記上部連結部との間に位置し、前記上部連結部が前記キャッププレートと離隔するように前記上部連結部を支持し、前記下部シーリング部は、前記集電連結部と前記端子孔全体との間に位置し、
前記端子孔の内部にある遮断部と、前記シーリング部材内にある支持部とをさらに備え、前記支持部は、前記遮断部に嵌合されて結合され、
前記遮断部は、凹部と凸部とが交互に配置された凹凸形状を有し、前記凹凸形状は、前記端子孔の内周面に沿って形成され、前記支持部は、前記遮断部に挿入される凹凸形状を有する、二次電池。 - 前記上部シーリング部は、前記上部連結部を前記キャッププレートと離隔させ、電気的に絶縁させる、請求項１に記載の二次電池。
- 前記集電連結部は、前記集電連結部が前記キャッププレートと重ならないように、前記第１方向に前記端子孔の長さより小さい長さを有する、請求項１に記載の二次電池。
- 前記集電連結部の長さは、前記端子孔の長さの６０％から９５％である請求項３に記載の二次電池。
- 前記端子孔は、前記第１方向に延在する形状を有し、前記集電連結部は前記端子孔の下側に位置する、請求項３に記載の二次電池。
- 前記シーリング部材は、前記上部連結部と前記キャッププレートとの間の上部シーリング部と、前記キャッププレート内に形成された前記端子孔内に挿入されて固定される下部シーリング部と、を含み、
前記支持部は、前記下部シーリング部の周りに形成される、請求項１に記載の二次電池。 - 前記下部シーリング部は、前記中央連結部を延在させるための孔を有し、
前記下部シーリング部の下部面は、前記集電連結部が前記端子孔に沿って挿入される載置溝を含む、請求項６に記載の二次電池。 - 前記シーリング部材は、一体の部材である、請求項７に記載の二次電池。
- 前記シーリング部材は、インサートモールディング方法によって形成される、請求項８に記載の二次電池。
- 前記端子の前記中央連結部は、前記端子孔を通過し、
前記上部連結部はベント部を介して前記中央連結部に連結され、
前記集電連結部は他のベント部を介して前記中央連結部に連結される、請求項１に記載の二次電池。 - 前記上部連結部と前記集電連結部とは、前記キャッププレートに平行である、請求項１に記載の二次電池。
- 前記上部連結部は、前記中央連結部から前記キャッププレートの中心に向かって延在し、
前記集電連結部は、前記中央連結部から前記キャッププレートの側端部に向かって前記第１方向に延在する、請求項１に記載の二次電池。 - 前記集電連結部は、集電部材を介して前記電極組立体に接続され、前記集電連結部の下部面は、前記集電部材内に挿入可能な突起を備える、請求項１に記載の二次電池。
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