JP6719598B2 - バスバーを適用したバッテリーセル - Google Patents

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Description

本発明は、バッテリーセルの内部にバスバーの機能の箔（ｆｏｉｌ）を適用して、バッテリーセルの抵抗を減少させてバッテリーセルの出力を増加させるバスバーを適用したバッテリーセルに関する。
近年、モバイル機器の技術開発が盛んに行われ、且つ、モバイル機器の需要もまた増加しつつある一方で、これに伴い、二次電池の需要もまた急増しつつある。中でも、エネルギー密度と作動電圧が高く、保存と寿命特性に優れたリチウム二次電池は、各種のモバイル機器はもとより、多種多様な電子機器のエネルギー源として広く用いられている。
二次電池は、外部及び内部の構造的な特徴に応じて、概ね、円筒状電池、角形電池及びポーチ形電池に分類されるが、中でも、高い集積度で積層可能であり、長さに対して狭い幅を有する角形電池とポーチ形電池が特に注目を集めているのが現状である。
二次電池は、正極板と、セパレーターと、負極板と、から構成される電極組立体を有することになり、前記電極組立体に外部連結端子が連結されて用いられる。このとき、外部連結端子は、片方向または両方向に連結可能であり、それぞれ一つずつの正極端子及び負極端子を有することになる。なお、二次電池が長手方向に長くなる場合には、正極板及び負極板を構成する箔（ｆｏｉｌ）に抵抗によりバッテリーセルの内部抵抗が増えてしまい、その結果、バッテリーセルの出力が低下するということが問題視されていた。
図１に示すように、従来のバッテリーセルは、バッテリーセルを構成する電極組立体の正極板及び負極板において片方向または両方向に一つの電極タブを形成し、前記電極タブに電極リードを連結して製作する。
このようにして製作したバッテリーは、小容量のバッテリー用途に使用する場合にはこれといった問題がないが、大電流を用いる中大型のバッテリー用途に使用する場合には問題が生じかねない。
すなわち、自動車など高エネルギー特性が求められる分野において使用する電池の場合、リードを介した電流の大きさが増大するに伴い、バッテリーセルを構成する電極組立体内の正極板及び負極板の抵抗が増えてしまい、これは、バッテリーセルの出力の低下につながる。
本発明は、上述した問題を解消するために案出されたものであり、電極組立体の正極板及び負極板においてそれぞれ二つの電極タブを形成し、電極タブとバスバーとを並列に連結して電極リードを介した電流を分散することにより、電極組立体を構成する正極板及び負極板の抵抗を下げてバッテリーセルの出力の低下を防ぐバッテリーセルとその製造方法を提供することがその目的がある。
セパレーターが介在された正極板及び負極板を有する電極組立体と、前記正極板に連結され、前記正極板の対向する両端に延出する第１の正極タブ及び第２の正極タブと、前記負極板に連結され、前記負極板の対向する両端に延出する第１の負極タブ及び第２の負極タブと、第１及び第２の正極タブ、並びに第１及び第２の負極タブの少なくとも一部分が外部に露出されるように前記電極組立体を包み込むセルカバーと、前記正極板の外部面に対応し、前記第１の正極タブ及び第２の正極タブのそれぞれに対応する位置に突出部が形成され、前記突出部は、それぞれ前記第１の正極タブ及び第２の正極タブと連結される第１のバスバーと、前記負極板の外部面に対応し、前記第１の負極タブ及び第２の負極タブのそれぞれに対応する位置に突出部が形成され、前記突出部は、それぞれ前記第１の負極タブ及び第２の負極タブと連結される第２のバスバーと、前記第１のバスバーの突出部と連結された第１の正極タブまたは第２の正極タブのうちのどちらか一方に連結される正極リードと、前記第２のバスバーの突出部と連結された第１の負極タブまたは第２の負極タブのうちのどちらか一方に連結される負極リードと、前記正極リード及び負極リードの少なくとも一部が外部に露出されるように前記電極組立体と、第１及び第２のバスバーを収容するポーチケースと、を備えてなってもよい。
前記第１の正極タブ及び第２の正極タブは、前記正極板の任意の一辺と平行な正極板の軸の両側の端部に形成されてもよい。
前記第１の負極タブ及び第２の負極タブは、前記負極板の任意の一辺と平行な負極板の軸の両側の端部に形成されるが、前記負極板の軸は、前記正極板の軸とは異なるように設定されて、前記正極タブと負極タブとが重なり合わないように配置されて形成されることが好ましい。
前記第１のバスバー及び第２のバスバーは、前記電極組立体を間に挟んで突き合せられるように配置される薄い板状であることを特徴とする。
前記第１のバスバーの材質は、アルミニウムであることが好ましい。
前記第２のバスバーの材質は、銅であることが好ましい。
前記第１のバスバー及び前記第２のバスバーの面積は、前記電極組立体の面積よりも大きくないことが好ましい。
前記正極リード及び前記負極リードは、前記電極組立体の長手方向に互いに反対の方向に形成されてもよい。
バスバーを適用したバッテリーセルの製造方法において、長手方向に両端に第１の正極タブ及び第２の正極タブが形成された正極板と、長手方向に両端に第１の負極タブ及び第２の負極タブが形成された負極板との間にセパレーターが介在されてセルカバーに包み込まれた電極組立体を用意する電極組立体の用意ステップと、前記正極板と第１のバスバーとを前記第１の正極タブ及び第２の正極タブを介して並列に連結し、前記負極板と第２のバスバーとを前記第１の負極タブ及び第２の負極タブを介して並列に連結するバスバーの連結ステップと、前記第１のバスバーに連結された前記第１の正極タブ及び第２の正極タブのうちのどちらか一方に正極リードを連結し、前記第２のバスバーに連結された前記第１の負極タブ及び第２の負極タブのうちのどちらか一方に負極リードを連結するリードの連結ステップと、前記正極リード及び負極リードが連結された電極組立体をポーチケースに収納するケースの組立てステップと、を含んでなってもよい。
電極組立体の用意ステップにおいては、前記第１の正極タブ及び第２の正極タブが前記正極板の任意の一辺と平行な正極板の軸の両側の端部に形成され、前記第１の負極タブ及び第２の負極タブは前記負極板の任意の一辺と平行な負極板の軸の両側の端部に形成されるが、前記負極板の軸は、前記正極板の軸とは異なるように設定されて、前記正極タブと負極タブとが重なり合わないように配置されて用意されてもよい。
バスバーの連結ステップにおいては、前記第１のバスバーと第２のバスバーは、前記電極組立体を間に挟んで配置される薄い金属板であることが好ましい。
前記第１のバスバーと第２のバスバーの面積は、前記電極組立体の面積よりも大きくないように形成されてもよい。
本発明に係るバッテリーセルは、従来のモジュールまたはパック構造の変更なしに使用しながら、バッテリーセルの出力の減少を防ぐことができる。
従来の電極組立体の電極タブを概略的に示す斜視図である。 本発明によるバッテリーセルにおける電極組立体において電極タブが形成されたことを概略的に示す斜視図である。 本発明によるバッテリーセルにおけるバスバーの連結を示す斜視図である。 本発明によるバッテリーセルにおける電極リードの接合を示す斜視図である。 本発明によるポーチケースが適用されたバッテリーセルの斜視図である。 本発明によるバッテリーセルの製造方法を示す手順図である。
添付の図面は、本図案の技術思想への理解のために参照として例示されたものであることを明らかにしておき、これにより本発明の権利範囲が制限されることはない。
本明細書及び特許請求の範囲において用いられる用語や単語は、通常的または辞書的な意味に限定して解釈されてはならず、発明者は、自分の発明を最良の方法で説明するために用語の概念を適切に定義することができるという原則を踏まえて、本発明の技術的思想に見合う意味と概念として解釈されなければならない。
したがって、本明細書に記載の実施形態と図面に示す構成は、本発明の最も好適な一つの実施形態に過ぎず、本発明の技術的な思想をいずれも代弁するものではないため、本出願時点においてこれらに替え得る様々な均等物と変形例があり得るということを理解しなければならない。併せて、本発明を説明するに当たって、関連する公知の技術などが本発明の要旨を曖昧にする恐れがあると認められる場合には、それについての詳細な説明は省略する。
図２は、本発明によるバッテリーセルにおける電極組立体において電極タブが形成されたことを概略的に示す斜視図であり、図３は、本発明によるバッテリーセルにおけるバスバーの連結を示す斜視図であり、図４は、本発明によるバッテリーセルにおける電極リードの接合を示す斜視図である。
図２から図４を参照すると、本発明の一実施形態に係るバスバーを適用したバッテリーセルは、セパレーターが介在された正極板及び負極板を有する電極組立体と、前記正極板に連結された第１の正極タブ及び第２の正極タブと、前記負極板に連結された第１の負極タブ及び第２の負極タブと、セルカバーと、正極板と並列に連結される第１のバスバーと、負極板と並列に連結される第２のバスバーと、正極リード及び負極リードと、ポーチケースと、を備えてなってもよい。
図２に示すように、本発明の一実施形態による電極組立体１００は、正極板１１０と負極板１２０との間にセパレーター１３０を介在して形成される。前記正極板１１０及び負極板１２０の片面には、電極活物質が塗布されている。
第１の正極タブ１１１及び第２の正極タブ１１２は前記正極板１１０に連結され、前記正極板１１０の対向する両端に延出する。
また、前記第１の正極タブ及び第２の正極タブは、前記正極板の任意の一辺と平行な正極板の軸Ａ−Ａ’の両側の端部に形成される。
第１の負極タブ１２１及び第２の負極タブ１２２は前記負極板１２０に連結され、前記負極板１２０の対向する両端に延出する。
さらに、前記第１の負極タブ１２１及び第２の負極タブ１２２は、前記負極板１２０の任意の一辺と平行な負極板の軸Ｂ−Ｂ’の両側の端部に形成されるが、前記負極板の軸Ｂ−Ｂ’は、前記正極板の軸Ａ−Ａ’とは異なるように設定されて前記正極タブと負極タブとが重なり合わないように配置される。
前記正極板の軸Ａ−Ａ’と負極板の軸Ｂ−Ｂ’は、互いに平行になることが好ましい。
本発明の一実施形態に係る電極組立体は、単に、一枚の正極板１１０と、一枚の負極板１２０と、これらの間に介在された一つのセパレーター１３０と、により構成された電極組立体１００を説明するが、本発明はこれに何等限定されない。
例えば、長尺のシート状の正極と負極をセパレーターが介在された状態で巻き取った構造のジェリーロール型（巻取型）電極組立体、所定の大きさの単位で切り取った多数の正極と負極をセパレーターを介在した状態でこの順に積層したスタック型（積層型）電極組立体、前記ジェリーロール型とスタック型との混合形態であって、所定の単位の正極と負極をセパレーターを介在した状態で積層した単位セルを分離フィルムの上に位置させた状態で順次に巻き取った構造のスタック／折り畳み型電極組立体など様々な電極組立体に適用可能である。
また、前記巻取型電極組立体、スタック型電極組立体、スタック／折り畳み型電極組立体の電極タブは、正極板及び負極板に対向するように形成され、正極板の軸と負極板の軸の方向は互いにずれるように形成されて正極タブと負極タブとが重なり合わないように配置されてもよい。
本発明によるバッテリーセルは、前記電極組立体１００の外部を包み込み、前記第１及び第２の正極タブ、並びに第１及び第２の負極タブの少なくとも一部分が外部に露出されるように形成されるセルカバー１４０をさらに備えていてもよい。
また、前記セルカバー１４０は、前記電極組立体１００の周りを包み込むように形成されて絶縁機能を行ってもよい。
図３を参照すると、第１のバスバー２００は、正極板１１０の外部面に対応し、前記第１の正極タブ１１１及び第２の正極タブ１１２のそれぞれに対応する位置に突出部２００ａ、２００ｂが形成されている。
さらに、前記突出部２００ａ、２００ｂは、それぞれ前記第１の正極タブ１１１及び第２の正極タブ１１２と連結される。
前記連結は、超音波溶接など通常の電極タブを溶接する溶接法によって溶接されることが好ましい。
前記正極板１１０は、前記第１のバスバー２００を備えることにより、前記正極板１１０に流れる電流が前記正極板１１０と前記第１のバスバー２００に分散されて、電流により発生する抵抗が減少することになる。
第２のバスバー３００は、負極板１２０の外部面に対応し、前記第１の負極タブ１２１及び第２の負極タブ１２２のそれぞれに対応する位置に突出部３００ａ、３００ｂが形成されている。
また、前記突出部３００ａ、３００ｂは、それぞれ前記第１の負極タブ１２１及び第２の負極タブ１２２と連結される。
前記連結は、超音波溶接など通常の電極タブを溶接する溶接法によって溶接されることが好ましい。
前記負極板１２０は、前記第２のバスバー３００を備えることにより、前記負極板１２０に流れる電流が前記負極板１２０と前記第２のバスバー３００に分散されて、電流により発生する抵抗が減少することになる。
さらに、前記第１のバスバー２００と第２のバスバー３００は、前記電極組立体１００を間に挟んで突き合せられるように配置される薄い板状に形成され、それぞれの面積は、前記電極組立体１００の面積よりも大きくないことが好ましい。
前記第１のバスバー２００の材質としては、前記正極板１１０の材質と同じ材質であるアルミニウムを使用することが好ましく、前記第２のバスバー３００の材質としては、前記負極板１２０の材質と同じ材質である銅を使用することが好ましい。
前記正極リード４１０は、前記第１のバスバー２００の突出部２００ａ、２００ｂと連結される第１の正極タブ１１１及び第２の正極タブ１１２のうちのどちらか一方に連結されて外部装置と連結される。
また、前記負極リード４２０は、前記第２のバスバー３００の突出部３００ａ、３００ｂと連結される第１の負極タブ１２１及び第２の負極タブ１２２のうちのどちらか一方に連結されて外部装置と連結される。
ここで、前記正極リード４１０と負極リード４２０は、前記電極組立体１００の長手方向に互いに反対の方向に形成されるようにする。
図５は、本発明の一実施形態に係るポーチケースが適用されたバッテリーセルの斜視図である。
図５を参照すると、ポーチケース５００は、前記正極リード４１０及び負極リード４２０の少なくとも一部分が露出されるようにし、前記第１のバスバー及び第２のバスバーとセルカバーに包まれている電極組立体を収納してバッテリーセルを完成できるようにする。
したがって、本発明の一実施形態によるバスバーが適用されたバッテリーセルは、従来に使用していたモジュールまたはパック構造の変更なしに適用可能であり、正極板及び負極板に発生する抵抗を減少させてバッテリーセルの出力が減少することを防ぐことができる。
図６は、本発明の一実施形態に係るバスバーが適用されたバッテリーセルの製造方法を示す手順図である。
図６を参照すると、本発明の一実施形態に係るバッテリーセルの製造方法は、長手方向に両端に第１の正極タブ及び第２の正極タブが形成された正極板と、長手方向に両端に第１の負極タブ及び第２の負極タブが形成された負極板との間にセパレーターが介在されてセルカバーに包み込まれた電極組立体を用意する電極組立体の用意ステップと、前記正極板と第１のバスバーとを前記第１の正極タブ及び第２の正極タブを介して連結し、前記負極板と第２のバスバーとを前記第１の負極タブ及び第２の負極タブを介して連結するバスバーの連結ステップと、前記第１のバスバーに連結された前記第１の正極タブ及び第２の正極タブのうちのどちらか一方に正極リードを連結し、前記第２のバスバーに連結された前記第１の負極タブ及び第２の負極タブのうちのどちらか一方に負極リードを連結するリードの連結ステップと、前記正極リード及び負極リードが連結された電極組立体をポーチケースに収納するケースの組立てステップと、を含んでなってもよい。
電極組立体の用意ステップ（Ｓ１００）における電極組立体は、正極板と、負極板と、前記正極板と前記負極板との間に介在されるセパレーターと、により構成される。
また、前記第１の正極タブ及び第２の正極タブが前記正極板の任意の一辺と平行な正極板の軸の両側の端部に形成され、前記第１の負極タブ及び第２の負極タブは、前記負極板の任意の一辺と平行な負極板の軸の両側の端部に形成されるが、前記負極板の軸は、前記正極板の軸とは異なるように設定されて前記正極タブと負極タブとが重なり合わないように配置されるように用意する。
前記正極板の軸と負極板の軸とは、互いに平行になるように設定することが好ましい。
さらに、前記第１の正極タブ及び第２の正極タブ、並びに前記第１の負極タブ及び第２の負極タブの一部分が少なくとも一部分が外部に露出されるようにセルカバーが前記電極組立体に取り囲まれるようにするセルカバー形成ステップをさらに含む。
バスバーの連結ステップ（Ｓ２００）において、前記セルカバーに取り囲まれた電極組立体を間に挟んで第１のバスバー及び第２のバスバーを連結する。
さらにまた、前記第１のバスバーは、前記第１の正極タブ及び第２の正極タブと連結し、前記第２のバスバーは、前記第１の負極タブ及び第２の負極タブと連結する。
前記第１のバスバー及び第２のバスバーは、薄い金属材質の板状にする。
前記第１のバスバー及び第２のバスバーの面積は、前記セルカバーが取り囲まれた電極組立体の面積よりも大きくないようにすることが好ましい。
リードの連結ステップ（Ｓ３００）においては、前記第１のバスバーと連結された前記第１の正極タブまたは第２の正極タブのうちのどちらか一方に正極リードを連結し、前記第２のバスバーと連結された前記第１の負極タブまたは第２の負極タブのうちのどちらか一方に負極リードを連結する。
但し、前記正極リードと負極リードは、長手方向において相対向する方向に位置するように形成する。
ケースの組立てステップ（Ｓ４００）において、前記リードの連結ステップを通じて完成された正極リード及び負極リードの少なくとも一部分が露出されるようにし、前記第１のバスバー及び第２のバスバー、並びにセルカバーに包み込まれた電極組立体を収納してバッテリーセルを完成することができる。
１、１００：電極組立体
１０、１１０：正極板
１１：正極タブ
２０、１２０：負極板
２１：負極タブ
３０、１３０：セパレーター
１１１：第１の正極タブ
１１２：第２の正極タブ
１２１：第１の負極タブ
１２２：第２の負極タブ
１４０：セルカバー
２００：第１のバスバー
２００ａ、２００ｂ：第１のバスバー突出部
３００：第２のバスバー
３００ａ、３００ｂ：第２のバスバー突出部
４１０：正極リード
４２０：負極リード
５００：ポーチケース

Claims (12)

  1. セパレーターが介在された正極板及び負極板を有する電極組立体と、
    前記正極板に連結され、前記正極板の対向する両端に延出する第１の正極タブ及び第２の正極タブと、
    前記負極板に連結され、前記負極板の対向する両端に延出する第１の負極タブ及び第２の負極タブと、
    前記第１の正極タブ及び前記第２の正極タブ、並びに前記第１の負極タブ及び前記第２の負極タブの少なくとも一部分が外部に露出されるように前記電極組立体を包み込むセルカバーと、
    前記正極板の外部面に前記セルカバーを介して対向した第１のバスバーであって、前記第１の正極タブ及び前記第２の正極タブのそれぞれに対応する位置に突出部が形成され、前記突出部は、それぞれ前記第１の正極タブ及び前記第２の正極タブと連結される第１のバスバーと、
    前記負極板の外部面に前記セルカバーを介して対向した第２のバスバーであって、前記第１の負極タブ及び前記第２の負極タブのそれぞれに対応する位置に突出部が形成され、前記突出部は、それぞれ前記第１の負極タブ及び前記第２の負極タブと連結される第２のバスバーと、
    前記第１のバスバーの突出部と連結された前記第１の正極タブまたは前記第２の正極タブのうちのどちらか一方に連結される正極リードと、
    前記第２のバスバーの突出部と連結された前記第１の負極タブまたは前記第２の負極タブのうちのどちらか一方に連結される負極リードと、
    前記正極リード及び前記負極リードの少なくとも一部が外部に露出されるように前記電極組立体と、前記第１のバスバー及び前記第２のバスバーを収容するポーチケースと、
    を備えることを特徴とするバスバーを適用したバッテリーセル。
  2. 前記第１の正極タブ及び前記第２の正極タブは、
    前記正極板の任意の一辺と平行な正極板の軸の両側の端部に形成されることを特徴とする請求項１に記載のバスバーを適用したバッテリーセル。
  3. 前記第１の負極タブ及び前記第２の負極タブは、
    前記負極板の任意の一辺と平行な負極板の軸の両側の端部に形成されるが、前記負極板の軸は、前記正極板の軸とは異なるように設定されて、前記正極タブと前記負極タブとが重なり合わないように配置されることを特徴とする請求項２に記載のバスバーを適用したバッテリーセル。
  4. 前記第１のバスバー及び前記第２のバスバーは、
    前記電極組立体を間に挟んで突き合せられるように配置される薄い板 状であることを特徴とする請求項１に記載のバスバーを適用したバッテリーセル。
  5. 前記第１のバスバーの材質は、アルミニウムであることを特徴とする請求項４に記載のバスバーを適用したバッテリーセル。
  6. 前記第２のバスバーの材質は、銅であることを特徴とする請求項４に記載のバスバーを適用したバッテリーセル。
  7. 前記第１のバスバー及び前記第２のバスバーの面積は、前記電極組立体の面積よりも大きくないことを特徴とする請求項１に記載のバスバーを適用したバッテリーセル。
  8. 前記正極リード及び前記負極リードは、
    前記電極組立体の長手方向に互いに反対の方向に形成されることを特徴とする請求項１に記載のバスバーを適用したバッテリーセル。
  9. バスバーを適用したバッテリーセルの製造方法において、
    長手方向に両端に第１の正極タブ及び第２の正極タブが形成された正極板と、長手方向に両端に第１の負極タブ及び第２の負極タブが形成された負極板との間にセパレーターが介在されてセルカバーに包み込まれた電極組立体を用意する電極組立体の用意ステップと、
    前記正極板の前記第１の正極タブ及び前記第２の正極タブをそれぞれ、前記正極板の外部面に前記セルカバーを介して対向した第１のバスバーであって、前記第１の正極タブ及び前記第２の正極タブのそれぞれに対応する位置に突出部が形成された第１のバスバーの前記突出部に連結し、前記負極板の前記第１の負極タブ及び前記第２の負極タブをそれぞれ、前記負極板の外部面に前記セルカバーを介して対向した第２のバスバーであって、前記第１の負極タブ及び前記第２の負極タブのそれぞれに対応する位置に突出部が形成された第２のバスバーの前記突出部に連結するバスバーの連結ステップと、
    前記第１のバスバーに連結された前記第１の正極タブ及び前記第２の正極タブのうちのどちらか一方に正極リードを連結し、前記第２のバスバーに連結された前記第１の負極タブ及び前記第２の負極タブのうちのどちらか一方に負極リードを連結するリードの連結ステップと、
    前記正極リード及び前記負極リードが連結された電極組立体をポーチケースに収納するケースの組立てステップと、
    を含むことを特徴とするバスバーを適用したバッテリーセルの製造方法。
  10. 電極組立体の用意ステップにおいては、
    前記第１の正極タブ及び前記第２の正極タブが前記正極板の任意の一辺と平行な正極板の軸の両側の端部に形成され、前記第１の負極タブ及び前記第２の負極タブは前記負極板の任意の一辺と平行な負極板の軸の両側の端部に形成されるが、前記負極板の軸は、前記正極板の軸とは異なるように設定されて、前記正極タブと前記負極タブとが重なり合わないように配置されることを特徴とする請求項９に記載のバスバーを適用したバッテリーセルの製造方法。
  11. バスバーの連結ステップにおいては、
    前記第１のバスバーと前記第２のバスバーは、前記電極組立体を間に挟んで配置される薄い金属板であることを特徴とする請求項９に記載のバスバーを適用したバッテリーセルの製造方法。
  12. 前記第１のバスバーと前記第２のバスバーの面積は、前記電極組立体の面積よりも大きくないことを特徴とする請求項１１に記載のバスバーを適用したバッテリーセルの製造方法。
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