JP2015162460A - 二次電池 - Google Patents
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Abstract
【課題】電極端子の接触抵抗を減少させ、製造不良を減らすことができる二次電池を提供する。
【解決手段】一例に、第１極板、第２極板およびセパレータを含む電極組立体と、前記電極組立体と電解液とを収容するケースと、キャッププレート、絶縁プレート、端子プレートおよび電極端子を含んでなり、前記ケースの上段開口部に取り付けられてケースを密封するキャップ組立体と、を備え、前記電極端子は、前記端子プレートと結合する領域に第１厚さを有する第１挿入部と、前記第１厚さより小さい第２厚さを有する第２挿入部とを有する二次電池が開示されている。
【選択図】図２
【解決手段】一例に、第１極板、第２極板およびセパレータを含む電極組立体と、前記電極組立体と電解液とを収容するケースと、キャッププレート、絶縁プレート、端子プレートおよび電極端子を含んでなり、前記ケースの上段開口部に取り付けられてケースを密封するキャップ組立体と、を備え、前記電極端子は、前記端子プレートと結合する領域に第１厚さを有する第１挿入部と、前記第１厚さより小さい第２厚さを有する第２挿入部とを有する二次電池が開示されている。
【選択図】図２
Description
本発明は電極端子の接触抵抗を減少させ、製造不良を減らすことができる二次電池に関する。
二次電池（Rechargeable battery）は、充電が不可能な一次電池とは違って、充電および放電が可能な電池であって、一つの電池セルがパック形態に包装された低容量電池の場合、携帯電話およびカムコーダーのような携帯が可能な小型電子機器に使われ、電池パックが数十個連結された電池パック単位の大容量電池の場合、ハイブリッド自動車などのモータ駆動用電源として幅広く使用されている。
このような二次電池は様々な形状に製造されているが、代表的な形状としては、円筒形および角形が挙げられる。このような二次電池は、正極板と負極板との間に絶縁体であるセパレータを介在させて形成された電極組立体と電解液とをケースの内部に収容し、電極端子が形成されたキャップ組立体をケースに取り付けて構成する。
キャップ組立体は、端子通孔を備えたキャッププレートおよび端子プレート、ならびに外周部をガスケットで囲んだ状態でキャッププレートおよび端子プレートの端子通孔に取り付けられる電極端子などを備えた構造からなる。
特に円筒形電池で、電極端子は、スピニング（spinning）装置によってその上部に回転および圧力を加えられ、端子通孔に嵌合されて端子プレートに取り付けられる。しかし、電極端子は、回転および加圧によってテーパ付き全区間が形成され、電極端子と端子プレートとの間の接触面積が減少することになるので、電極端子と端子プレートとの間の接触抵抗が増加し、製品の慢性的な不良が発生するという問題点があった。
また、電極端子と端子プレートとの間の接触面積が減少することによって、電極端子と端子プレートとの間の固定力が弱くなり、端子プレートが回転するという問題点があった。
本発明は、電極端子の接触抵抗を減少させ、製造不良を減らすことができる二次電池を提供する。
本発明による二次電池は、第１極板、第２極板およびセパレータを含む電極組立体と、前記電極組立体と電解液を収容するケースと、キャッププレート、絶縁プレート、端子プレートおよび電極端子を含んでなり、前記ケースの上段開口部に取り付けられてケースを密封するキャップ組立体と、を備え、前記電極端子は、前記端子プレートと結合する領域に第１厚さを有する第１挿入部と、前記第１厚さより小さい第２厚さを有する第２挿入部を有することができる。
ここで、前記電極端子は、前記第２挿入部の下段が変形して、前記端子プレートと結合する。
そして、第１挿入部は前記第２挿入部と連結する領域に第１曲率半径を有するようにラウンド処理して形成されることができる。
また、前記第１挿入部の前記第１曲率半径は０.１ｍｍ以上であり得る。
また、前記第２挿入部は前記端子プレートと結合する際、下段が変形して前記第２厚さより大きく形成されることができる。
また、前記第２挿入部は前記端子プレートと結合する際、下段が第２曲率半径を有するようにラウンド処理された状態で結合する。
また、前記第２挿入部の前記第２曲率半径は０.１ｍｍ以上であり得る。
また、前記第１挿入部は第１長さを有し、前記第２挿入部は第２長さを有する状態で変形して前記端子プレートに結合し、前記第２長さは前記第１長さに比べて短いこともある。
また、前記第２長さは０.０５ｍｍ以上であり得る。
また、前記第２挿入部は、前記第１挿入部の底面積の２０％以上の大きさの底面積を有することができる。
また、前記第２長さは前記第１長さの１／２以下であり得る。
また、前記端子プレートは、前記電極端子が挿入されるように上面と下面との間を貫通する端子通孔を備え、前記端子通孔は、前記端子プレートの上面に形成された第１内径を有する第１端子通孔と、前記端子プレートの下面に形成された第２内径を有する第２端子通孔とを含むことができる。
また、前記第２端子通孔の前記第２内径は、前記第１端子通孔の前記第１内径に比べて大きいことがあり得る。
また、前記電極端子の前記第２挿入部は、前記端子プレートの前記第２端子通孔に結合することができる。
本発明による二次電池は、電極端子の下部に第１挿入部と前記第１挿入部より厚さが小さい第２挿入部を形成して、スピニング工程を通して端子プレートと結合させることによって、第２挿入部が端子プレートを損傷させることを防止し、かつ所望する程度の接触抵抗を有するようにすることができる。
本発明の属する技術分野において通常の知識を有する者が容易に実施できるように、本発明の望ましい実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態による二次電池の分解斜視図である。図２は、本発明の一実施形態による二次電池の電極端子の断面図である。図３ａは、本発明の一実施形態による二次電池の端子プレートの斜視図である。図３ｂは、本発明の一実施形態による二次電池の端子プレートの下面図である。図３ｃは、図３ａのＡ−Ａ’線断面図である。図４は、本発明の一実施形態による二次電池の断面図である。図５は、図４のＢ部分拡大図である。
まず、図１から図５を参照すると、本発明の一実施形態による二次電池１００は、電極組立体１１０、ケース１２０、キャップ組立体１３０および絶縁ケース１８０を備える。
電極組立体１１０は、正極板１１１、負極板１１２、および正極板１１１と負極板１１２との間に介在するセパレータ１１３からなる。また、電極組立体１１０において、正極板１１１、負極板１１２およびセパレータ１１３は、ほぼゼリーロール（jelly roll）形態で巻き取られる。
より具体的に説明すると、電極組立体１１０は、正極活物質がコーティングされた正極板１１１、陰極活物質がコーティングされた負極板１１２、および正極板１１１と負極板１１２との間に位置して短絡を防止し、リチウムイオンの移動だけを可能にするセパレータ１１３からなる。ここで、正極板１１１の材質としてはアルミニウム（Ａｌ）箔、負極板１１２の材質としては銅（Ｃｕ）箔、セパレータ１１３の材質としてはポリエチレン（ＰＥ）またはポリプロピレン（ＰＰ）が挙げられるが、本発明はこのような材質に限定されるものではない。また、正極板１１１には上方向へ一定の長さだけ突出した第１電極タップ１１４が接続され、負極板１１２には上方向へ一定の長さだけ突出した第２電極タップ１１５が接続されることもできる。第１電極タップ１１４の材質としてはアルミニウム（Ａｌ）材質、第２電極タップ１１５の材質としてはニッケル（Ｎｉ）材質が挙げられるが、本発明はこのような材質に限定されるものではない。また、当業者の選択により、第１電極タップ１１４および第２電極タップ１１５の極性は、相互間に変更されることも可能である。
ケース１２０は、上部が開放された上段開口部１２０ａを有し、ほぼ直六面体形状を有する。即ち、ケース１２０は、互いに一定の距離だけ離隔して相対的に広い面積を有する一対の長辺部１２１と、一対の長辺部１２１に対して相対的に狭い面積を有する一対の短辺部１２２と、長辺部１２１および短辺部１２２の下部にこれらと垂直に形成された底部１２３を有する。
ケース１２０は、ディップドローイング方式で製造されて、長辺部１２１、短辺部１２２および底部１２３が一体に形成される。ここで、ケース１２０の材質としてはは、鋼、アルミニウムまたはその等価物のうち選択されたいずれか一つが用いられるが、本発明はケース１２０の材質を限定するものではない。
ケース１２０には、電極組立体１１０と一緒に電解液（図示せず）が収容される。このような電解液は、充放電時に二次電池１００内部の正極板１１１および負極板１１２において電気化学的反応によって生成されるリチウムイオンの移動媒体の役割を果たし、これはリチウム塩と高純度有機溶媒類の混合物である非水系有機電解液であり得る。さらに、上記の電解液は、高分子電解質を利用したポリマーであることもある。
キャップ組立体１３０は、キャッププレート１４０、絶縁プレート１５０、端子プレート１６０および電極端子１７０を含む。キャップ組立体１３０は、別途の絶縁ケース１８０と結合してケース１２０の上段開口部１２０ａに取り付けられ、ケース１２０を密封することができる。
キャッププレート１４０は、ケース１２０の上段開口部１２０ａに相応する大きさおよび形状の金属板であり得る。キャッププレート１４０の下面には、絶縁ケース１８０を貫通した電極組立体１１０の第１電極タップ１１４を溶接することができる。即ち、キャッププレート１４０は、電極組立体１１０の第１電極タップ１１４と同一の極性を有する。
キャッププレート１４０の中央には、上面と下面との間を貫通する端子通孔１４１が形成され、端子通孔１４１には電極端子１７０が挿入されて取り付けられる。端子通孔１４１の内側面には、電極端子１７０とキャッププレート１４０との間の絶縁のために、チューブ状のガスケット１４３が装着される。ガスケット１４３は、端子通孔１４１と電極端子１７０との間に密着し、電極端子１７０とキャッププレート１４０とを電気的に分離する。即ち、キャッププレート１４０の端子通孔１４１は、ガスケット１４３の外径と対応する大きさであり得る。
キャッププレート１４０の一端には、電解液注入口１４２をさらに設けることができ、ケース１２０の上段開口部１２０ａが組み立てられた後、ケース１２０の内部空間に電解液を注入することができる。また、電解液注入口１４２は、ケース１２０に電解液が注入された後、キャップ１４４により密閉される。
絶縁プレート１５０は絶縁物質で形成され、キャッププレート１４０と端子プレート１６０との間に介在してキャッププレート１４０と端子プレート１６０とを電気的に分離する。絶縁プレート１５０は、キャッププレート１４０の端子通孔１４１と対応する位置に、電極端子１７０を挿入するための端子通孔１５１を備えている。絶縁プレート１５０の端子通孔１５１には、電極端子１７０が挿入されて取り付けられる。絶縁プレート１５０の端子通孔１５１と電極端子１７０との間にも、ガスケット１４３を介在させることができる。また、絶縁プレート１５０の端子通孔１５１は、ガスケット１４３の外径と対応する大きさであり得る。即ち、絶縁プレート１５０の端子通孔１５１は、キャッププレート１４０の端子通孔１４１と対応する大きさであり得る。
端子プレート１６０は、上面１６０ａが絶縁プレート１５０の下面に密着した金属板であり得る。端子プレート１６０は、下面１６０ｂが絶縁ケース１８０の上面と対向する。即ち、端子プレート１６０は、絶縁プレート１５０と絶縁ケース１８０との間に介在する。端子プレート１６０の上面１６０ａの大きさは、絶縁プレート１５０の下面の大きさに比べてより小さいことが望ましい。端子プレート１６０は、絶縁プレート１５０によりキャッププレート１４０と電気的に分離される。端子プレート１６０は、下面１６０ｂが絶縁ケース１８０を貫通した電極組立体１１０の第２電極タップ１１５と溶接されて、第２電極タップ１１５と同一の極性を有することができる。
端子プレート１６０は、上面１６０ａと下面１６０ｂとの間を貫通する端子通孔１６１が形成され、端子通孔１６１に電極端子１７０が挿入されて、電極端子１７０と電気的に接続される。端子プレート１６０の端子通孔１６１は、キャッププレート１４０の端子通孔１４１が形成された位置と対応する位置に設けられている。
端子通孔１６１は、端子プレート１６０の上面１６０ａから下面１６０ｂに向かう方向に形成された第１端子通孔１６１ａと、端子プレート１６０の下面１６０ｂから上面１６０ａに向かう方向に形成された第２端子通孔１６１ｂからなる。第１端子通孔１６１ａは第１内径ａを有し、第２端子通孔１６１ｂは第２内径ｂを有する。このとき、第１内径ａは第２内径ｂに比べてより小さい。即ち、端子プレート１６０において、上面１６０ａの第１端子通孔１６１ａの形状と下面１６０ｂの第２端子通孔１６１ｂの形状とは互いに異なる。
第１端子通孔１６１ａの中心軸と第２端子通孔１６１ｂの中心軸とは、同一線上に位置する。したがって、端子通孔１６１は、第１端子通孔１６１ａと第２端子通孔１６１ｂの内径の大きさの差のため、少なくとも一つの段差を有する。
電極端子１７０の下部領域は、端子プレート１６０の第１端子通孔１６１ａを貫通し、第２端子通孔１６１ｂの下面を通して端子プレート１６０と密着して接触することができる。これによって、端子プレート１６０は電極端子１７０と電気的に接続される。
第１端子通孔１６１ａは、電極端子１７０の外周面との接触のために、電極端子１７０の柱形状と同一な円形ホールであり得る。これに比べて、第２端子通孔１６１ｂは、その形状を第１端子通孔１６１ａと同一の円形とすることもでき、四角形のような多角形の形状とすることもできる。
電極端子１７０は、キャッププレート１４０、絶縁プレート１５０および端子プレート１６０の端子通孔１４１、１５１、１６１を貫通するように挿入される。電極端子１７０は円柱形状の金属ピンであり得る。
電極端子１７０は、キャッププレート１４０の上面において水平方向に一定の長さだけ延在した頭部１７１および延長部１７２と、円柱形状であってキャッププレート１４０、絶縁プレート１５０および端子プレート１６０の端子通孔１４１、１５１、１６１に挿入される第１挿入部１７３および第２挿入部１７４と、を備えることができる。電極端子１７０の頭部１７１および延長部１７２は、ガスケット１４３によって、キャッププレート１４０の上面と電気的に分離される。また、電極端子１７０の第１挿入部１７３と絶縁プレート１５０との間にはガスケット１４３が介在する。電極端子１７０は、端子プレート１６０の端子通孔１６１に挿入されて端子プレートと接触し、端子プレート１６０と電気的に接続された第２電極タップ１１５と同一の極性を有することができる。
頭部１７１は、水平方向に延在するように形成される。また、頭部１７１は二次電池１００の外部に露出する領域であり、最終構造において、第２電極タップ１１５と同一の極性を有する電極として動作することになる。
延長部１７２は、頭部１７１とほぼ並んで形成され、頭部１７１に比べて短い長さを有するように形成されることができる。延長部１７２は、ガスケット１４３との接触面積を増加させ、二次電池１００の内部への湿気の侵入および二次電池１００の内部からの電解液の漏液を、より効率的に防止することができる。
第１挿入部１７３はほぼ円柱形状に形成され、延長部１７２から垂直方向に下方向に向かって突出するように形成される。第１挿入部１７３は、第１長さｈ１と第１厚さｌ１とを有するように形成され、キャッププレート１４０の端子通孔１４１および絶縁プレート１５０の端子通孔１５１を貫通するように形成される。また、第１挿入部１７３は、その側面がガスケット１４３に囲まれているので、キャッププレート１４０および第１電極タップ１１４とは絶縁された状態を維持できる。
第１挿入部１７３の下段は、第１曲率半径ｒ１を有するようにラウンド処理して形成される。ここで、第１曲率半径ｒ１は少なくとも０.０１ｍｍ以上であり得る。第１曲率半径ｒ１が０.０１ｍｍである場合、スピニング（spinning）による第１挿入部１７３の挿入の際、端子プレート１６０にクラックが発生することを効果的に防止できる。ただし、第１曲率半径ｒ１が大きいほどクラック防止に有利であるので、特に上限は設定しない。
第２挿入部１７４はほぼ円柱形状に形成され、第１挿入部１７３の下段から延在するように設けられる。第２挿入部１７４は、第１挿入部１７３と同じ中心軸を有するように形成され、スピニングによる挿入が可能であるようにされる。第２挿入部１７４は、第２長さｈ２と第２厚さｌ２とを有するように備えられる。
ここで、第２挿入部１７４は、第２長さｈ２が、第１挿入部１７３に連結された開始点を基準に０.１ｍｍ以上であるように形成される。第２挿入部１７４の第２長さｈ２が０.１ｍｍ以上である場合、電極端子１７０を結合するためのスピニング工程で、第２挿入部１７４が回転によって外側に広がることになり、これによって端子プレート１６０の第２内径ｂに接触する形状が変化することができる。また、変形された第２挿入部１７４と端子プレート１６０の第２端子通孔１６１ｂとの間の接触面積のため、両者間の接触抵抗の減少が可能である。ただし、第２挿入部１７４の第２長さｈ２が大きいほど接触抵抗を減少させることができるので、特に上限は設定しない。
第２挿入部１７４の第２厚さｌ２は、第１挿入部１７３の第１厚さｌ１に比べて小さい値を有する。第２厚さｌ２は０.０５ｍｍ以上に形成されることができる。また、第１挿入部１７３の厚さが多様に設定される場合、第２挿入部１７４は第１挿入部１７３の底面積の２０％以上の底面積を有するように設定することができる。典型的な場合、第２厚さｌ２が０.０５ｍｍ以上であれば、上記のスピニング工程時に十分に広がり、端子プレート１６０の第２内径ｂに接触することができる。また、第２挿入部１７４の底面積が第１挿入部１７３の底面積の２０％以上であるようにすれば、スピニング工程時にも十分に広がることが可能である。
また、第２挿入部１７４の第２長さｈ２は、第１挿入部１７３の第１長さｈ１の１／２以下に形成することができる。また、第２挿入部１７４の第２長さｈ２が第１挿入部１７３の第１長さｈ１の１／２以下である場合、第２挿入部１７４の端子プレート１６０に対する十分に低い接触抵抗を確保できる。
また、第２挿入部１７４の下段は、第２曲率半径ｒ２を有するようにラウンド処理して形成することができる。第２挿入部１７４の下段は、スピニング工程において端子プレート１６０の損傷を防止することができる。また、このため、第２曲率半径ｒ２を０.０１ｍｍ以上に形成することができる。第２曲率半径ｒ２が０.０１ｍｍ以上であれば、端子プレート１６０の損傷を防止できるので、特に上限は設定しない。
また、図４および図５を参照すれば、第２挿入部１７４の下部はスピニング工程によって変形し、端子プレート１６０の下面と結合する。第２挿入部１７４がスピニング工程によって広がることになれば、端子プレート１６０の下面に沿って結合し、特に端子プレート１６０の第２端子通孔１６１ｂに沿って広がって結合する。したがって、第２挿入部１７４の下部は、端子プレート１６０と電気的に接続されることができる。ここで、第２挿入部１７４が変形して広がった長さｌ３は、第２端子通孔１６１ｂの内径に比べて小さいか同じであるように形成される。したがって、第２挿入部１７４の下部は、第２端子通孔１６１ｂと安定な結合を維持することができる。
絶縁ケース１８０は絶縁物質からなり、キャップ組立体１３０と電極組立体１１０との間に介在して、キャップ組立体１３０と電極組立体１１０とを電気的に絶縁させる。また、絶縁ケース１８０は、キャップ組立体１３０の第１電極タップ１１４および第２電極タップ１１５を上方向に突出させるためのタップホールを備える。即ち、絶縁ケース１８０は、電極組立体１１０の第１電極タップ１１４および第２電極タップ１１５が引き出された電極組立体１１０の上段部とキャップ組立体１３０とを電気的に分離する。
以上の説明は、本発明による二次電池を実施するための一つの実施形態に過ぎないものであって、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、以下の特許請求の範囲において請求するように、本発明の要旨を逸脱することなく当該発明の属する分野で通常の知識を有する者であれば誰でも多様な変更実施が可能な範囲にまで本発明の技術的精神が及ぶとみなされる。
１００ 二次電池
１１０ 電極組立体
１１１ 正極板
１１２ 負極板
１１３ セパレータ
１１４ 第１電極タップ
１１５ 第２電極タップ
１２０ ケース
１２１ 長辺部
１２２ 短辺部
１２３ 底部
１３０ キャップ組立体
１４０ キャッププレート
１４１、１５１、１６１ 端子通孔
１４２ 電解液注入口
１４３ ガスケット
１４４ キャップ
１５０ 絶縁プレート
１６０ 端子プレート
１７０ 電極端子
１７１ 頭部
１７２ 延長部
１７３ 第１挿入部
１７４ 第２挿入部
１８０ 絶縁ケース
１２０ａ 上段開口部
１６０ａ 上面
１６０ｂ 下面
１６１ａ 第１端子通孔
１６１ｂ 第２端子通孔
１１０ 電極組立体
１１１ 正極板
１１２ 負極板
１１３ セパレータ
１１４ 第１電極タップ
１１５ 第２電極タップ
１２０ ケース
１２１ 長辺部
１２２ 短辺部
１２３ 底部
１３０ キャップ組立体
１４０ キャッププレート
１４１、１５１、１６１ 端子通孔
１４２ 電解液注入口
１４３ ガスケット
１４４ キャップ
１５０ 絶縁プレート
１６０ 端子プレート
１７０ 電極端子
１７１ 頭部
１７２ 延長部
１７３ 第１挿入部
１７４ 第２挿入部
１８０ 絶縁ケース
１２０ａ 上段開口部
１６０ａ 上面
１６０ｂ 下面
１６１ａ 第１端子通孔
１６１ｂ 第２端子通孔
Claims (14)
- 第１極板、第２極板およびセパレータを含む電極組立体と、
前記電極組立体と電解液とを収容するケースと、
キャッププレート、絶縁プレート、端子プレートおよび電極端子を含んでなり、前記ケースの上段開口部に取り付けられてケースを密封するキャップ組立体と、を備え、
前記電極端子は、前記端子プレートと結合する領域に第１厚さを有する第１挿入部と、前記第１厚さより小さい第２厚さを有する第２挿入部を有することを特徴とする二次電池。 - 前記電極端子は、前記第２挿入部の下段が変形して、前記端子プレートと結合することを特徴とする請求項１に記載の二次電池。
- 前記第１挿入部は、前記第２挿入部と連結する領域に第１曲率半径を有するようにラウンド処理して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。
- 前記第１挿入部の前記第１曲率半径は０.１ｍｍ以上であることを特徴とする請求項３に記載の二次電池。
- 前記第２挿入部は、前記端子プレートと結合する際に下段が変形し、前記第２厚さより大き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。
- 前記第２挿入部は、下段が第２曲率半径を有するようにラウンド処理して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。
- 前記第２挿入部の前記第２曲率半径は０.１ｍｍ以上であることを特徴とする請求項６に記載の二次電池。
- 前記第１挿入部は第１長さを有し、
前記第２挿入部は第２長さを有する状態で変形して前記端子プレートに結合し、
前記第２長さは前記第１長さに比べて短いことを特徴とする請求項１に記載の二次電池。 - 前記第２長さは０.０５ｍｍ以上であることを特徴とする請求項８に記載の二次電池。
- 前記第２挿入部は、前記第１挿入部の底面積の２０％以上の大きさの底面積を有することを特徴とする請求項８に記載の二次電池。
- 前記第２長さは前記第１長さの１／２以下であることを特徴とする請求項８に記載の二次電池。
- 前記端子プレートは、前記電極端子が挿入されるように上面と下面との間を貫通する端子通孔を備え、前記端子通孔は、前記端子プレートの上面に形成された第１内径を有する第１端子通孔と、前記端子プレートの下面に形成された第２内径を有する第２端子通孔とを含むことを特徴とする請求項１に記載の二次電池。
- 前記第２端子通孔の前記第２内径は、前記第１端子通孔の前記第１内径に比べて大きいことを特徴とする請求項１２に記載の二次電池。
- 前記電極端子の前記第２挿入部は、前記端子プレートの前記第２端子通孔に結合することを特徴とする請求項１２に記載の二次電池。
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