JP2006253131A - 二次電池及びその組立方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】キャッププレートとガスケットと電極端子との結合力を増大させるキャップ組立体を有する二次電池及びその組立方法を提供すること。
【解決手段】二次電池の組立方法は、筐体２００に、第１、第２の電極タブ２２５が取り出された電極組立体を収めるステップと、電極端子１３０をその内径が電極端子の外径よりも小さく形成された絶縁ガスケット１２０に押し込むステップと、絶縁ガスケットを端子孔１１１が形成されたキャップ組立体に押し込むステップと、キャップ組立体により前記筐体を封止するステップとを含むので、筐体とキャップ組立体との密封性が増し、かつ、電極端子とキャッププレート１１０との絶縁性が増すという利点がある。
【選択図】図２

Description

本発明は、二次電池に関し、より詳細には、電極組立体が収納される筐体を覆うキャップ組立体を有する二次電池に関する。
最近、携帯電話、ノート型パソコン、ビデオカメラなどのコンパクトで軽量化された電気／電子装置が盛んに開発及び生産されている。このような携帯用電気／電子装置は、独立した電源から供給されていなくても作動できるように、電池パックを内蔵している。内蔵の電池パックは、携帯用電気／電子装置を所定の期間駆動するために、所定のレベルの電圧を出力できる電池を内部に少なくとも一つ備えている。
電池パックは、経済的効果を考慮して、最近では、充放電可能な二次電池を採用している。二次電池の代表例として、ニッケル−カドミウム（Ｎｉ−Ｃｄ）電池、ニッケル−水素（Ｎｉ−ＭＨ）電池並びにリチウム（Ｌｉ）電池及びリチウムイオン（Ｌｉ−ｉｏｎ）電池などのリチウム二次電池などがある。
特に、リチウム二次電池は、作動電圧が３．６Ｖであり、該作動電圧は携帯用電子装備の電源として多く使われているニッケル−カドミウム電池やニッケル−水素電池より３倍も高い。さらに、単位重量当たりのエネルギー密度が高い。従って、リチウム二次電池の需要は急速に伸長しつつある。
このようなリチウム二次電池は、主として、正極活物質としてリチウム系酸化物、負極活物質としては炭素材を使っている。一般的に電池は、電解液の種類によって液体電解質電池と高分子電解質電池とに分類され、液体電解質を使用する電池をリチウムイオン電池と言い、高分子電解質を使用する電池をリチウムポリマー電池と言う。また、リチウム二次電池は様々な形状に製造されており、形状の観点から、円筒形、角形及びパウチ形に分類される。
通常、リチウム二次電池は、二次電池用筐体、筐体の内部に収容されるゼリー・ロ−ル状の電極組立体及び筐体の上部に結合されるキャップ組立体から構成される。
電極組立体は、正極活物質がコートされた正極電極板、負極活物質がコートされた負極電極板、両極電極板に挟まれて短絡を防止しリチウムイオン（Ｌｉ−ｉｏｎ）の移動のみを可能とするセパレータを巻くことにより構成される。さらに、二次電池用筐体には電解質溶液が収納されており、リチウムイオンの移動を可能とする。
キャップ組立体は、電極組立体が収容された筐体の上部に結合される。キャップ組立体は、筐体の開口された上端に対応する大きさと形状とを有する平板状のキャッププレートが含まれ、キャッププレートの中央部には、電極端子が貫通する端子孔が形成される。
電極端子の外側には、電極端子とキャッププレートとの電気的な絶縁のために、チューブ状のガスケットが設けられる。キャッププレートの下面には絶縁プレートが配置され、絶縁プレートの下面に電極端子に連結される端子プレートが配置される。
これによって、電極組立体を二次電池用筐体に収容して、電極組立体が離脱しないようにした後、リチウム二次電池用筐体に電解質溶液を注入し、リチウム二次電池用筐体の開口部をキャップ組立体で封止して、リチウム二次電池を完成させる。
この時、電極端子は、キャッププレートに形成された端子孔を通じて取り出されるので、キャッププレートに接触することを防止するように、端子孔に挿通されたチューブ状のガスケットにより絶縁される。
ところが、従来のキャップ組立体においては、電極端子の組み立てられた部分、電極端子を取り囲むガスケット及びキャッププレートの端子孔の間にギャップが生じるという問題点がある。
さらに、筐体内に収納された電解質溶液が、組み立てられた部分のギャップを通って漏れ出す場合がある。
本発明は、前述したような問題点を解消するために案出されたもので、本発明の目的は、キャッププレート，ガスケット及び電極端子の結合力を増大させるキャップ組立体を有する二次電池及びその組立方法を提供することにある。
前記のような目的を達成するための本発明は、筐体に、第１、第２の電極タブが取り出された電極組立体を収納するステップと、電極端子を絶縁ガスケットに押し込むステップと、絶縁ガスケットを端子孔が形成されたキャップ組立体に押し込むステップと、キャップ組立体により筐体を封止するステップとを含む二次電池の組立方法を提供する。
前記電極端子の外径は前記絶縁ガスケットの内径よりも大きく形成され、前記絶縁ガスケットの内径は前記電極端子の外径の９６〜９７％であることが望ましい。
前記絶縁ガスケットの外径は、前記端子孔の内径よりも大きく形成され、前記端子孔の内径は、前記絶縁ガスケットの外径の９６〜９７％であることが望ましい。
さらに、前記電極端子は、負極であってもよい。
前記目的を達成するための本発明の二次電池は、２つの電極と、これらの２つの電極に挟まれて２つの電極の短絡を防止するセパレータとを有する電極組立体と、一端に形成された開口部を介して電極組立体を収容する容器型缶と、缶の開口部を仕上げ、端子孔が形成された平面状のキャッププレート、前記端子孔に挿通されるチューブ状の絶縁ガスケット及び絶縁ガスケットを貫通する電極端子を有するキャップ組立体とを備える二次電池において、電極端子は絶縁ガスケットに押し込まれ、絶縁ガスケットは端子孔が形成されたキャッププレートに押し込まれた状態とされることを特徴とする。
前述のような本発明に係る二次電池のキャップ組立体は、電極端子、絶縁ガスケット及びキャッププレートの結合が締まりばめにより結合されるので、筐体とキャップ組立体との密封性が増し、且つ、電極端子とキャッププレートとの絶縁性が増すという利点がある。
以下では、図を参照して、本発明に係る二次電池について詳述する。
図１は本発明に係る二次電池の分解斜視図であり、図２は本発明に係る二次電池の部品の組立関係図であり、図３は本発明に係る二次電池の断面図である。これらの図に示されたように、二次電池は、一端に開口部２０１を有する筐体２００と、筐体２００の内部に収容される電極組立体２５０と、筐体２００の開口部２０１に連結されて筐体２００の上端を封止するキャップ組立体１００とを備えてなる。
この実施例においては、筐体２００は角形の箱形状であり、アルミニウム又はアルミニウム合金で形成される。筐体２００の開口部２０１を通じて電極組立体２５０と電解質溶液とが収容される。筐体２００自体が、第１、第２の電極２１０，２２０のいずれかの端子の役割を果たすことができる。
電極組立体１００は、薄板状またはフィルム状で形成され、第１の電極タブ２１５に連結される第１の電極２１０と、セパレータ２３０と、第２の電極タブ２２５に連結される第２の電極２２０との積層体を、渦状に巻き取って形成される。この時、第１、第２の電極２１０，２２０は、負極や正極になることができ、第１の電極２１０は、通常、負極であることが望ましい。
負極は、伝導性の金属薄板、例えば、銅箔からなる負極集電体と、その両面にコートされた炭素材を主成分とする負極活物質層とを含んでいる。負極は、負極活物質層が形成されていない負極集電体の無脂部領域に負極タブが設けられて、上側に取り出される。
正極は、導電性に優れた金属薄板、例えば、アルミニウム箔からなる正極集電体と、その両面にコートされ、リチウム系酸化物を主成分とする正極活物質層とを含む。正極は、正極活物質層が形成されていない正極集電体の無脂部領域に、正極タブが電気的に連結されて、上側に取り出される。
セパレータ２３０は、ポリエチレン、ポリプロピレン及びポリエチレンとポリプロピレンとの共重合体（Ｃｏ−Ｐｏｌｙｍｅｒ）からなり、第１、第２の電極２１０，２２０より幅広に形成されることが極板間の短絡を防止するのに有利である。
キャップ組立体１００は、筐体２００の開口部２０１を覆って封止するものであり、筐体２００の開口部２０１に対応する大きさと形状とを持つ平板型のキャッププレート１１０が設けられる。キャッププレート１１０の下面には絶縁プレート１４０が設けられ、絶縁プレート１４０の下面には第１の電極２１０に設けられた第１の電極タブ２１５と電気的に連結されるターミナルプレート１５０が設けられる。
キャッププレート１１０は中央部に電極端子１３０が貫通され、第１の電極タブ２１５に連結される第１の端子孔１１１が形成され、第１の端子孔１１１には、電極端子１３０とキャッププレート１１０とを電気的に絶縁させるために、チューブ状の絶縁ガスケット１２０が設けられる。
ここで、絶縁ガスケット１２０に挿入される電極端子１３０の外径（Ａ）は、絶縁ガスケット１２０の内径（Ｂ）よりも大きく形成されたものであり、絶縁ガスケット１２０の内径（Ｂ）が、電極端子１３０外径（Ａ）の９６〜９７％程度であることが望ましい。
また、絶縁ガスケット１２０が挿入される第１の端子孔１１１の内径（Ｄ）は、絶縁ガスケット１２０の外径（Ｃ）よりも小さく形成されたものであり、第１の端子孔１１１の内径（Ｄ）は、絶縁ガスケット１２０の外径（Ｃ）の９６〜９７％程度であることが望ましい。
例えば、電極端子１３０の外径（Ａ）が１．２５ｍｍならば、絶縁ガスケット１２０の内径は、それよりも小径の１．２ｍｍであることが望ましく、絶縁ガスケット１２０の外径（Ｃ）が１．５ｍｍならば、第１の端子孔１１１の内径（Ｄ）は、それよりも小径の１．４５ｍｍであることが望ましい。
これによって、電極端子１３０と絶縁ガスケット１２０とは締まりばめとなる。さらに、電極端子１３０が挿入された絶縁ガスケット１２０とキャッププレート１１０の第１の端子孔１１１とは締まりばめとなる。
ここで、ガスケット、端子孔及び電極端子の所定の大きさは、キャッププレート、ガスケット及び電極端子の組立前に定められた値である。すなわち、該所定の大きさは変形前の値である。従って、ガスケットの内径は電極端子の外径より大きい又は同一であるように定められる。そして、端子孔の内径は、ガスケットの外形より大きい又は同一であるように定められる。
絶縁ガスケットは、フッ素系樹脂の一種であるパーフルオロアルコキシ（ＰＦＡ：Ｐｅｒｆｌｕｏｒｏａｌｋｏｘｙ）や、フッ素化エチレンプロピレンコポリマー（ＦＥＰ：Ｆｌｕｏｒｉｎａｔｅ ｅｔｈｙｌｅｎｅ ｐｒｏｐｙｌｅｎｅ ｃｏｐｏｌｙｍｅｒ）、結晶性高分子樹脂であるポリプロピレン （ＰＰ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）などのように、機械的強度、密封性及び電解質溶液に対する耐化学性を有する材料により構成される。
キャッププレート１１０の一端には、所定の大きさの電解質溶液注入孔１１３が形成される。キャップ組立体１００が筐体２２０の上端開口部２０１に係合した後、電解質溶液注入孔１１３を通じて電解質溶液が注入されると、電解質溶液注入孔１１３は、栓１１５により密閉される。
絶縁プレート１４０は絶縁物質で形成され、キャッププレート１１０の下面に結合される。絶縁プレート１４０は、第２の端子孔１４１を備える。該孔１４１は、キャッププレート１１０の第１の端子孔１１１に対応して形成され、第１の端子孔１１０に連結される。
ターミナルプレート１５１は、Ｎｉ金属またはその合金で形成され、絶縁プレート１４０の下面に結合される。ターミナルプレート１５１は、キャッププレート１１０の第１の端子孔１１１に対応する第３の端子孔１５１が形成される。
絶縁筐体１６０は、電極組立体２５０の上側に設けられて、電極組立体２５０とキャッププレート１１０とを絶縁させる。該筐体１６０は、絶縁性を有する高分子樹脂、望ましくはポリプロピレンからなる。但し、本発明の実施例において、その材質を限定するものではない。
また、絶縁筐体１６０は、電極組立体２５０の上側に取り出された第１、第２の電極タブ２１５，２２５を貫通させる第１、第２の電極タブ挿入孔１６３，１６５と、キャッププレート１１０の電解質溶液注入孔１１３を通じて注入された電解質溶液を流入させる電解質溶液注入通孔１６１とが形成される。
以下では、図１を参照して、前述した構成による本発明に係る二次電池の組立を説明する。
まず、筐体２００に、第１、第２の電極２１０，２２０とセパレータ２３０とが巻かれた電極組立体２５０を収納する。（Ｓ５００）
次に、電極端子１３０をチューブ状の絶縁ガスケット１２０に挿入する。ここで、絶縁ガスケット１２０の内径（Ｂ）は電極端子１３０の外径（Ａ）の９６〜９７％程度に形成され、電極端子１３０の外径（Ａ）が絶縁ガスケット１２０の内径（Ｂ）より大きく形成される。そのため、電極端子１３０を回転させながら一定の力を加えて、絶縁ガスケット１２０に押し込むことが望ましい。（Ｓ５１０）
次に、電極端子１３０が押し込まれた絶縁ガスケット１２０をキャッププレート１１０の第１の端子孔１１１に挿入する。ここで、第１の端子孔１１１の内径（Ｄ）は、絶縁ガスケット１２０の外径（Ｃ）の９６〜９７％程度に形成され、絶縁ガスケット１２０の外径（Ｃ）が第１の端子孔１１１の内径（Ｄ）より大きく形成される。そのため、前記電極端子１３０と同様に、絶縁ガスケット１２０を回転させながら一定の力を加えて、キャッププレート１１０に押し込むことが望ましい。（Ｓ５２０）
次に、キャッププレート１１０の底面には、絶縁プレート１４０とターミナルプレート１５０とが順次結合される。第１の端子孔１１１に押し込まれた電極端子１３０は、絶縁プレート１４０の第２の端子孔１４１及びターミナルプレート１５０の第３の端子孔１５１に挿入される。
この時、電極端子１３０は、絶縁ガスケット１２０によってキャッププレート１１０から絶縁された上でキャッププレート１１０の第１の端子孔１１１を通じて結合される。このことにより、ターミナルプレート１５０は、キャッププレート１１０から電気的に絶縁された上で電極端子１３０に電気的に連結される。
次に、電極組立体２５０の上面には、電極組立体２５０とキャップ組立体１００とを電気的に絶縁させ、電極組立体２５０の上端部を覆う絶縁筐体１６０が設けられる。ここで、絶縁筐体１６０は、第１、第２の電極タブ挿入孔１６３，１６５を通じて第１、第２の電極タブ２１５，２２５を取り出す。
次に、キャップ組立体１００は、筐体２００の開口部２０１に設けられる。この時、第１の電極タブ２１５は、電極端子１３０及びターミナルプレート１５０に連結され、第２の電極タブ２２５は、キャッププレート１１０に連結される。
本発明に係る二次電池の分解斜視図である。 本発明に係る二次電池の部品の組立関係図である。 本発明に係る二次電池の断面図である。 本発明に係る二次電池の組立に関するフローチャートである。
符号の説明
１００：キャップ組立体
１１０：キャッププレート
１１１：第１の端子孔
１１３：電解質溶液注入孔
１１５：栓
１２０：絶縁ガスケット
１３０：電極端子
１４０：絶縁プレート
１４１：第２の端子孔
１５０：ターミナルプレート
１５１：第３の端子孔
１６０：絶縁筐体
１６１：電解質用液注入通孔
１６３：第１の電極タブ挿入孔
１６５：第２の電極タブ挿入孔
２００：筐体
２０１：開口部
２１０：第１の電極
２１５：第１の電極タブ
２２０：第２の電極
２２５：第２の電極タブ
２３０：セパレータ
２５０：電極組立体

Claims (9)

  1. 筐体に第１、第２の電極タブが取り出された電極組立体を収納するステップと；
    電極端子をその内径が電極端子の外径より小さく形成された絶縁ガスケットに押し込むステップと；
    前記絶縁ガスケットを端子孔が形成されたキャップ組立体に押し込むステップと；
    前記キャップ組立体により前記筐体を封止するステップと、を含む二次電池の組立方法。
  2. 前記絶縁ガスケットの内径は、前記電極端子の外径の９６〜９７％であることを特徴とする請求項１に記載の二次電池の組立方法。
  3. 前記絶縁ガスケットの外径は、前記端子孔の内径より大きく形成されたことを特徴とする請求項１に記載の二次電池の組立方法。
  4. 前記端子孔の内径は、前記絶縁ガスケットの外径の９６〜９７％であることを特徴とする請求項３に記載の二次電池の組立方法。
  5. 前記電極端子は、負極であることを特徴とする請求項１に記載の二次電池の組立方法。
  6. ２つの電極と、
    前記２つの電極に挟まれて前記２つの電極の短絡を防止するセパレータを有する電極組立体と；
    一端に形成された開口部を介して前記電極組立体を収容する容器型缶と；
    前記缶の開口部を仕上げ、端子孔が形成された平面状のキャッププレート、前記端子孔に挿通されるチューブ状の絶縁ガスケット及び前記絶縁ガスケットを貫通する電極端子を有するキャップ組立体とを備え、
    前記電極端子は、前記絶縁ガスケットに押し込まれ、前記絶縁ガスケットは、前記キャッププレートに形成された前記端子孔に押し込まれた状態とされること、
    を特徴とする二次電池。
  7. 前記絶縁ガスケットの内径は、結合前の段階において、前記電極端子の外径の９６〜９７％であることを特徴とする請求項６に記載の二次電池。
  8. 前記端子孔の内径は、結合前の段階において、前記絶縁ガスケットの外径の９６〜９７％であることを特徴とする請求項６に記載の二次電池。
  9. 前記絶縁ガスケットは、パーフルオロアルコキシ、フッ素化エチレンプロピレンコポリマー、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレートのいずれかの材質からなることを特徴とする請求項６に記載の二次電池。
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