JP2017041440A - 二次電池 - Google Patents

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Abstract

【課題】二次電池を提供する。
【解決手段】二次電池に係り、該二次電池は、電極組立体;、電極組立体を密封するキャッププレート;電極組立体と電気的に連結され、キャッププレート上に配置された端子プレート;及び端子プレートとキャッププレートとの間に介在された電流制限プレートであって、端子プレートの第1収容部に収容される第1面と、キャッププレートの第2収容部に収容される第2面と、第1面及び第2面の間で第1収容部に収容される一側、第2収容部に収容される他側を有する第3面を、含む電流制限プレート;を含む。これにより、製造工程が単純化されて製造コストが節減され、外部回転やねじれに対する抵抗力が向上する端子構造を備えつつ、耐久性が向上する二次電池である。
【選択図】図4A

Description

本発明は、二次電池に関する。
一般的に、二次電池は、充電が不可能な一次電池とは異なり、充放電が可能な電池である。二次電池は、モバイル機器、電気自動車、ハイブリッド自動車、電気自転車、無停電電源供給装置(uninterruptible power supply)などのエネルギー源として使用され、適用される外部機器の種類によって、単一電池の形態で使用されたり、あるいは複数の二次電池を電気的に連結して1つの単位にまとめた電池モジュールの形態で使用されたりする。
本発明の目的とするところは、製造工程が単純化され、製造コストが節減され、且つ、外部回転やねじれに対する抵抗力と、外部化学物質に対する耐久性とが向上することが可能な、新規かつ改良された二次電池を提供することである。
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、電極組立体;前記電極組立体を密封するキャッププレート;前記電極組立体と電気的に連結され、前記キャッププレート上に配置された端子プレート;並びに前記端子プレートとキャッププレートとの間に介在された電流制限プレートであって、前記端子プレートの第1収容部に収容される第1面と、前記キャッププレートの第2収容部に収容される第2面と、前記第1面及び第2面の間で第1収容部に収容される一側、前記第2収容部に収容される他側を有する第3面と、を含む電流制限プレート;を含む二次電池が提供される。
例えば、前記第1面及び前記第2面は、前記電流制限プレートの互いに反対側に位置する表メイン面と裏メイン面とに該当し、前記第3面は、前記電流制限プレートの側面に該当する。
例えば、前記第1収容部は、前記電流制限プレートの第1面及び第3面の一側を共に収容する。
例えば、前記第2収容部は、前記電流制限プレートの第2面及び第3面の他側を共に収容する。
例えば、前記電流制限プレートの第3面の中央部分は、前記第1収容部及び第2収容部から外れて外部に露出されている。
例えば、前記第1収容部及び第2収容部は、それぞれ端子プレート及びキャッププレートの内側に入り込んだ形状の溝を含む。
例えば、前記第1収容部及び第2収容部は、前記電流制限プレートへの強制嵌め込みによって組み込まれる。
例えば、前記第1収容部及び第2収容部は、前記電流制限プレートの外郭枠を全体的に取り囲むように形成される。
例えば、前記第1収容部及び第2収容部は、前記電流制限プレートの外郭枠を連続して取り囲むように形成される。
例えば、前記第1収容部は、前記電流制限プレートの第1面と第3面とが互いに当接して形成されるコーナーを取り囲み、前記第2収容部は、前記電流制限プレートの第2面と第3面とが互いに当接して形成されるコーナーを取り囲む。
例えば、前記電流制限プレートの第1面及び第2面は、絶縁面によって形成される。
例えば、前記電流制限プレートの第1面及び第2面は、テフロン(登録商標)コーティング面によって形成される。
例えば、前記電流制限プレートの第3面は、通電面によって形成される。
例えば、前記電流制限プレートは、絶縁性コーティング層が両側に形成された金属プレートを含む。
例えば、前記第1面及び第2面は、全体的に平坦な面に形成される。
例えば、前記第1収容部及び第2収容部は、前記電流制限プレートの第3面に直接接触する。
例えば、前記端子プレートとキャッププレートは、前記電流制限プレートの第3面を通じて互いに電気的に連結される。
例えば、前記端子プレート、キャッププレート及び電流制限プレートには、電極組立体から延長される集電端子が順次に貫通されるための貫通ホールが形成されている。
例えば、前記端子プレートは、第1端子プレートであり、前記二次電池は、前記第1端子プレートと異なる極性を有する第2端子プレートをさらに含む。
例えば、前記第2端子プレートとキャッププレートとの間には、絶縁プレートが介在される。
以上説明したように本発明によれば、電極端子とケースとの間の電流の流れを制限的に許容する電流制限プレートを全体的に取り囲む収容部を形成し、該収容部に電流制限プレートを組み入れることによって、二次電池の組み立て構造を単純化させて、製造コストを節減することができる。
また、本発明によれば、電流制限プレートの第1面及び第2面の全体を絶縁面によって形成し、導電性の有する第3面を介して、電極端子及びケースの間での電流の流れを制限することにより、電流の流れを制限的に許容しつつ、絶縁コーティングのためのマスキングやパターニングを不要にすることができる。
本発明によれば、電流制限プレートを全体的に取り囲む収容部に、電流制限プレートを組み入れることによって、電流制限プレートの絶縁面が外部環境から遮断され、特に、外部化学物質による剥がれや変質が防止される。そして、電流制限プレート及び収容部の結合面積が拡大され、電流制限プレートの外郭コーナーを取り囲む収容部を介してトークアームが増大することにより、外部回転やねじれに対する抵抗力が向上する。
本発明の一実施形態による二次電池の斜視図である。 図1に図示された二次電池の分解斜視図である。 図1のIII−III線に沿って切り取った断面図である。 第1電極端子側を図示した分解斜視図である。 第1電極端子側を拡大図示した断面図である。 本発明と対比される比較例を図示した図面である。
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
以下、添付された図面を参照し、本発明の望ましい実施形態に係わる二次電池について説明する。
図1には、本発明の一実施形態による二次電池が図示されている。図2には、図1に図示された二次電池の分解斜視図が図示されている。そして、図3には、図1のIII−III線に沿って切り取った断面図が図示されている。
図面を参照すれば、前記二次電池には、互いに反対極性を有する1対の電極端子110,120、すなわち、第1電極端子110及び第2電極端子120が突設されている。例えば、前記第1電極端子110及び第2電極端子120は、二次電池の内部に収容された電極組立体150と電気的に連結され、第1電極端子110及び第2電極端子120は、それぞれ電極組立体150の第1電極板及び第2電極板と電気的に連結され、二次電池に蓄積された放電電力を外部に供給したり、あるいは外部からの充電電力が入力されたりするための正極端子及び負極端子として機能することが可能である。例えば、前記第1電極端子110及び第2電極端子120は、二次電池の両側部分に形成される。
本発明の他の実施形態として、前記二次電池のキャッププレート100は、電極組立体150と電気的に連結され、端子の機能を遂行することもでき、その場合、前記第1電極端子110及び第2電極端子120のうちのいずれか一方の電極端子110,120を設けなくてもよい。
図2を参照すれば、二次電池は、電極組立体150;電極端子110,120;及び前記電極組立体150と、電極端子110,120との電気的な連結を媒介する集電部材117,127を含む。そして、前記二次電池は、前記電極組立体150を収容するカン180と、電極組立体150を収容するカン180の開口部を密封するキャッププレート100と、を含んでもよい。前記キャッププレート100は、電極組立体150が収容されたカン180の上端に結合され、カン180の開口部を密封することができる。例えば、前記キャッププレート100とカン180は、キャッププレート100のエッジに沿って溶接結合される。前記カン180とキャッププレート100は、電極組立体150を収容し、電極組立体150を外部から密封するケース190を形成する。本明細書において、ケース190とは、前記カン180とキャッププレート100とを含む意味で使用される。例えば、本発明の一実施形態において、前記ケース190が二次電池の異常動作状況において短絡電流の経路を提供することができる場合には、前記ケース190は、溶接などを介して互いに結合されたカン180とキャッププレート100とを総括的に意味する概念として使用される。
前記キャッププレート100には、カン180内部の圧力が事前に設定された値を超えるような異常動作時、破断を起こして耐圧を解消するためのベント部108と、電解質を注入するための電解質注入口109と、が形成される。
図3を参照すれば、前記電極組立体150は、二次電池のカン180内部に収容され、互いに反対極性の第1電極板151及び第2電極板152、並びにそれらの間に介在されるセパレータ153を含んでもよい。前記電極組立体150は、第1電極板151及び第2電極板152並びにセパレータ153がゼリーロール形態に巻き取られた巻き取り型に形成されたり、あるいは第1電極板151及び第2電極板152並びにセパレータ153が交互に積層された積層型に形成される。
前記電極組立体150を収容したカン180の上端開放部には、キャッププレート100が組み付けられて電極組立体150を密封することができ、前記電極組立体150及び外部回路(図示せず)、または前記電極組立体150及び隣接する二次電池の電気接続のために、キャッププレート100の外部では、電極組立体150と電気的に連結された電極端子110,120が形成される。
前記電極端子110,120は、互いに異なる極性を有する第1電極端子110及び第2電極端子120を含み、それぞれ電極組立体150の第1電極板151及び第2電極板152と電気的に連結される。
図2を参照すれば、前記第1電極端子110は、第1集電端子115と、第1集電端子115と結合された第1端子プレート111と、を含んでもよい。同様に、前記第2電極端子120は、第2集電端子125と、第2集電端子125と結合された第2端子プレート121と、を含んでもよい。以下、集電端子115,125とは、第1集電端子115及び第2集電端子125を総称するか、あるいは選択的に、第1集電端子115または第2集電端子125のうちいずれか一つを指す。また、端子プレート111,121とは、第1端子プレート111及び第2端子プレート121を総称するか、あるいは選択的に、第1端子プレート111または第2端子プレート121のうちいずれか一つを指す。例えば、第1集電端子115と結合された端子プレート111は、第1端子プレート111を意味し、第2集電端子125と結合された端子プレート121は、第2端子プレート121を意味する。
前記第1集電端子115及び第2集電端子125は、それぞれ第1集電部材117及び第2集電部材127と結合されるが、集電部材117,127とは、第1集電部材117及び第2集電部材127を総称するか、あるいは選択的に、第1集電部材117または第2集電部材127を指す。例えば、第1集電端子115と結合された集電部材117とは、第1集電部材117を意味し、第2集電端子125と結合された集電部材127とは、第2集電部材127を意味する。
前記集電端子115,125は、キャッププレート100を貫通し、キャッププレート100の外部に引き出される。そのために、前記キャッププレート100には、前記集電端子115,125が嵌め込まれて組み入れられる端子ホール100’が形成される(図2参照)。さらに具体的には、前記集電端子115,125は、キャッププレート100の下方から上方に向けて嵌め込まれ、キャッププレート100の端子ホール100’を貫通するように嵌め込まれる。
前記集電端子115,125は、キャッププレート100を貫通するように延長され、キャッププレート100下部の電極組立体150と、キャッププレート100上部の端子プレート111,121とを互いに電気的に連結する。前記集電端子115,125の下部は、集電部材117,127を介して、電極組立体150と電気的に連結され、前記集電端子115,125の上部は、端子プレート111,121と電気的に連結される。
前記集電端子115,125は、電極組立体150の互いに反対極性とそれぞれ連結された第1集電端子115及び第2集電端子125を含んでもよい。そのとき、前記第1集電端子115及び第2集電端子125は、極性によって、電極組立体150、または電極組立体150と結合された集電部材117,127の第1電極板及び第2電極板と連結される。
具体的な一例を挙げれば、前記第1集電端子115は、正極端子に該当し、それによって、第1集電端子115と連結される集電部材117と端子プレート111は、正極側を形成することができる。前記第2集電端子125は、負極端子に該当し、それによって、第2集電端子125と連結される集電部材127と端子プレート121は、負極側を形成することができる。
前記集電端子115,125は、キャッププレート100を貫通するように延長され、キャッププレート100下部の集電部材117,127と、キャッププレート100上部の端子プレート111,121とを相互電気的に連結する。
前記集電端子115,125の上部は、前記集電端子115,125を位置固定し、例えば、端子プレート111,121の上面に対して、リベッティング方式によって固定される。さらに具体的には、前記集電端子115,125の上部は、キャッププレート100の上面から所定長突出されて端子プレート111,121を貫通し、端子プレート111,121の上面に対して加圧接触されることにより、端子プレート111,121と結合を形成することができる。前記集電端子115,125の上端には、高速で回転する加工ツールの加圧によって、凹状に入り込んだ溝(図示せず)が形成され、加工ツールの加圧によって、前記集電端子115,125の上端が側方向に押し出されながら、端子プレート111,121の上面に対して密着される。例えば、前記集電端子115,125の上端内側には、凹状に入り込んだ溝が形成され、前記集電端子115,125の上端外側には、側方向に広く拡張されたフランジ形状が形成される。
前記集電端子115,125の下部は、前記集電端子115,125がキャッププレート100の端子ホール100’を介して抜け落ちないように、端子ホール100’より大きい外径に拡張されたフランジ形状の係止爪を有することができる。そのとき、前記集電端子115,125は、キャッププレート100の下方から端子ホール100’に嵌め込まれるように組み込まれ、係止爪を介して、キャッププレート100下側に支持された状態で、キャッププレート100の上方に露出された前記集電端子115,125の上端に、リベッティング加工されることにより、集電端子115,125が位置固定される。
前記集電端子115,125は、キャッププレート100と電気的に絶縁された状態で、キャッププレート100の端子ホール100’に嵌め込まれる。例えば、前記端子ホール100’には、シールガスケット113,123が嵌め込まれ、シールガスケット113,123を介在して、集電端子115,125が嵌め込まれることにより、集電端子115,125がキャッププレート100から絶縁される。前記シールガスケット113,123は、端子ホール100’周辺をシーリングし、カン180内部に収容された電解液の液漏れを防止し、外部不純物の浸透を阻止するためのシーリング機能を遂行することができる。
前記シールガスケット113,123の下部には、絶縁部材114,124が配置される。前記絶縁部材114,124は、キャッププレート100下に形成され、キャッププレート100と、集電端子115,125との間に介在され、集電端子115,125をキャッププレート100から絶縁させることができる。そのように、集電端子115,125が貫通する端子ホール100’周辺にシールガスケット113,123を配置し、シールガスケット113,123下部に、絶縁部材114,124を配置し、集電端子115,125と、キャッププレート100とが互いから絶縁される。
前記集電端子115,125は、集電部材117,127を介して、電極組立体150と電気的に連結される。前記集電部材117,127は、集電部材117,127の下部を形成し、電極組立体150に対して結合される集電板117b,127bと、集電部材117,127の上部を形成し、集電端子115,125に対して結合されるリード部117a,127aと、を含んでもよい。
前記集電板117b,127bは、電極組立体150の両側エッジに結合され、電極組立体150のエッジに形成された無地部、すなわち、第1電極板151及び第2電極板152のうち電極活物質が形成されていない無地部に対して溶接結合される。例えば、第1集電板117bは、第1電極板151の無地部に結合され、第2集電板127bは、第2電極板152の無地部に結合される。
前記リード部117a,127aは、前記集電板117b,127bに対して曲折された方向に延長され、集電端子115,125と対向する方向に配置され、集電端子115,125との結合のために、端子ホール(図示せず)が形成される。例えば、集電端子115,125の一部が、リード部117a,127aの端子ホール(図示せず)に嵌め込まれ、集電端子115,125及びリード部117a,127aが互いに当接する端子ホール(図示せず)の周辺に沿って溶接を行い、それらを互いに結合させることができる。
前記端子プレート111,121は、キャッププレート100上に配置される。前記端子プレート111,121は、集電端子115,125と電気的に連結され、集電端子115,125より広い端子領域を提供することができる。前記端子プレート111,121は、リベッティングを介して、集電端子115,125と連結されるが、本発明の実施形態は、それに限定されるものではなく、例えば、溶接、螺合のような多様な結合方式を介して、集電端子115,125と連結される。
前記端子プレート111,121には、集電端子115,125が貫通するための端子ホール111’,121’が形成される(図2参照)。前記端子プレート111,121は、互いに異なる極性を有する第1端子プレート111及び第2端子プレート121を含んでもよい。
キャッププレート100と端子プレート111との間には、電流制限プレート112が介在される。本発明の一実施形態において、前記電流制限プレート112は、キャッププレート100と第1端子プレート111との間に介在される。後述するように、前記電流制限プレート112は、キャッププレート100と端子プレート111とを互いに電気的に連結する。
前記電流制限プレート112は、キャッププレート100と、第1端子プレート111とを互いに電気的に連結し、キャッププレート100と、第2端子プレート121との間には、絶縁プレート122が介在され、キャッププレート100と、第2端子プレート121とを電気的に絶縁させることができる。前記二次電池は、互いに異なる極性を有する第1端子プレート111及び第2端子プレート121を含み、選択された一極性である第1端子プレート111は、電流制限プレート112を介して、キャッププレート100と電気的に連結される一方、他の極性である第2端子プレート121は、絶縁プレート122を介して、キャッププレート100から絶縁される。以下、電流制限プレート112と係わって言及される端子プレート111とは、第1端子プレート111を意味する。同様に、絶縁プレート122と係わって言及される端子プレート121は、第2端子プレート121を意味する。前記第1端子プレート111及び第2端子プレート121とは、それぞれ正極及び負極の端子プレートを意味するが、本発明の実施形態は、それに限定されるものではない。例えば、前記第1端子プレート111及び第2端子プレート121は、それぞれ負極及び正極の端子プレートを意味することもできる。
図4A及び図4Bは、第1電極端子110側に係わる分解斜視図及び断面図が図示されている。以下、図面を参照し、電流制限プレート112及びその結合構造について説明する。
前記電流制限プレート112は、二次電池の電極端子110をケース190(さらに具体的には、キャッププレート100であり、以下同様である)と連結する電流のパスを形成することができる。そのように、前記電流制限プレート112は、ケース190を介して電流が流れることを許容することにより、二次電池の誤作動時、ケース190を介して電極組立体150の外部での外部短絡を誘導し、短時間に電極組立体150内に蓄積された電流を放電させることが可能である。
例えば、前記電流制限プレート112は、二次電池の異常動作状況において、外部短絡部130及びケース190を介して(図2参照)、互いに異なる極性の2つの電極端子110,120を短絡させることにより、電極組立体150内部に蓄積された電流を速かに放電させ、爆発や発火のような安全事故の発生を防止する役割を行う。すなわち、前記電流制限プレート112は、二次電池の異常動作状況において、外部短絡を誘導することができるほどに十分な電気伝導特性を有することが望ましい。
一方、前記電流制限プレート112は、電極端子110とキャッププレート100との間の電流を制限する。さらに具体的には、前記電流制限プレート112は、ケース190(さらに具体的には、キャッププレート100)を介して流れる電流を制限することにより、外部導電体(図示せず)が貫通した場合であっても二次電池の安全性を保障することができる。
例えば、前記電流制限プレート112は、外部導電体(図示せず)が貫通した際、ケース190を介して流れる電流を抑制するような制限された電気伝導特性を有することが望ましい。例えば、外部導電体が二次電池内に侵入すれば、外部導電体を介して、ケース190と電極組立体150とが電気的に連結し、電極組立体150に短絡電流が流れ、電極組立体150内に瞬間的に電流が流れ、電極組立体150の爆発や発火を引き起こすことがある。そのとき、前記電流制限プレート112は、電極組立体150に流れる電流を制限することができることから、電極組立体150の爆発や発火を抑制することができる。
前記電流制限プレート112は、端子プレート111と対向する第1面1121と、キャッププレート100と対向する第2面1122とを含み、前記第1面1121と、第2面1122との間の第3面1123を含んでもよい。例えば、前記電流制限プレート112において、前記第1面1121及び第2面1122は、上下両側に、すなわち互いに反対側に位置する、表メイン面と裏メイン面とに該当する。そして、前記第3面1123は、前記第1面1121及び第2面1122の間の側面に該当する。ここで、表メイン面及び裏メイン面とは、前記電流制限プレート112において、最も広い領域を占有する面を意味する。
前記電流制限プレート112の第1面1121は、絶縁面によって形成される。ここで、絶縁面とは、電気伝導性が低く、実質的に第1面1121を介した電流の流れを遮断するように絶縁性を有する面を意味する。さらに具体的には、前記電流制限プレート112の第1面1121は、絶縁コーティング層112aによって形成される。本発明の一実施形態において、前記第1面1121は、テフロン(登録商標)コーティング面によって形成される。
前記電流制限プレート112の第2面1122も、絶縁面によって形成される。例えば、前記電流制限プレート112の第2面1122は、絶縁コーティング層112aによって形成され、本発明の一実施形態において、前記第2面1122は、テフロン(登録商標)コーティング面によって形成される。
前記電流制限プレート112の第3面1123は、通電面によって形成される。ここで、通電面とは、電気伝導性が十分であり、第3面1123を介して電流が流れることを許容することができるように、十分な電気伝導性を有する面を意味する。さらに具体的には、前記電流制限プレート112の第3面1123は、金属プレート112bによって形成される。
本発明の一実施形態において、前記電流制限プレート112は、金属プレート112bと、前記金属プレート112bの少なくともいずれか1つのメイン面(表メイン面、裏メイン面のいずれか)、例えば、上下両側のメイン面に形成された絶縁性コーティング層112aと、を含んでもよい。このとき、前記金属プレート112の上下両面に形成された絶縁性コーティング層112aは、絶縁面を形成し、外部に露出された伝導性プレート112bの側面は、通電面を形成することができる。
前記電流制限プレート112は、端子プレート111と、キャッププレート100との間に介在される。前記端子プレート111には、前記電流制限プレート112の第1面1121を収容する第1収容部G1が形成される。そのとき、前記端子プレート111の第1収容部G1は、電流制限プレート112の第1面1121と共に、第3面1123の一側を共に収容することができる。例えば、前記第1収容部G1は、電流制限プレート112の第1面1121、及び第3面1123の上側を共に収容することができる。
ここで、前記端子プレート111の第1収容部G1が、電流制限プレート112の第1面1121、及び第3面1123の一側を共に収容するということは、前記第1収容部G1が第1面1121エッジを取り囲むということを意味する。
前記電流制限プレート112の第1面1121エッジとは、電流制限プレート112の第1面1121と第3面1123とが互いに当接して形成されるコーナー部分を意味する。そして、前記端子プレート111が、電流制限プレート112の第1面1121エッジを覆うということは、端子プレート111が、電流制限プレート112の第1面1121と、第3面1123の一側とをカバーしながら、第1面1121と第3面1123とが互いに当接して形成される第1面1121エッジを覆うということを意味する。
後述するように、前記端子プレート111と電流制限プレート112は、電流制限プレート112の第3面1123を介して、互いに電気的に連結される。例えば、前記端子プレート111は、前記電流制限プレート112を収容しながら、電流制限プレート112の第1面1121及び第3面1123に同時に接触することができるが、絶縁面である第1面1121とは異なり、第3面1123は、通電面によって形成されるので、第3面1123を介して、端子プレート111と電流制限プレート112との間に電流が流れることが許容される。そのために、前記端子プレート111の第1収容部G1は、電流制限プレート112の第3面1123に直接接触する。
前記端子プレート111の第1収容部G1は、前記電流制限プレート112を全体的に収容するように、電流制限プレート112より広い面積に形成される。例えば、前記第1収容部G1は、電流制限プレート112の外郭枠、すなわち、第1面1121エッジを全体的に取り囲むように形成される。前記第1収容部G1は、電流制限プレート112の外郭枠を連続して取り囲むことができる。
前記第1収容部G1は、端子プレート111の内側に入り込んだ溝形状に形成される。例えば、前記第1収容部G1は、電流制限プレート112と整合される形状に形成される。ここで、前記第1収容部G1は、電流制限プレート112を収容する溝と、前記溝の周辺で溝を定義するものであり、電流制限プレート112のエッジを覆うように形成された枠と、を含んでもよい。
前記端子プレート111と電流制限プレート112は、強制嵌め込みによって組み込まれる。例えば、前記電流制限プレート112は、前記端子プレート111の第1収容部G1への強制嵌め込みによって組み込まれる。例えば、前記電流制限プレート112は、前記端子プレート111の第1収容部G1内に密着された状態で収容される。そのように、電流制限プレート112と端子プレート111とが互いに対して密着された状態で強制嵌め込みによって組み込まれることにより、それら間に電流が流れることを許容するのである。すなわち、電流制限プレート112と端子プレート111との間に、別途の加圧締結構造を導入せずとも、両者間に電流が流れることが許容されるのである。
前記キャッププレート100には、前記電流制限プレート112の第2面1122を収容する第2収容部G2が形成される。そのとき、前記キャッププレート100の第2収容部G2は、電流制限プレート112の第2面1122と共に、第3面1123の他側を共に収容することができる。例えば、前記第2収容部G2は、電流制限プレート112の第2面1122、及び第3面1123の下側を共に収容することができる。
ここで、前記キャッププレート100の第2収容部G2が、電流制限プレート112の第2面1122、及び第3面1123の他側を共に収容するということは、前記第2収容部G2が第2面1122エッジを取り囲むということを意味する。
前記電流制限プレート112の第2面1122エッジとは、電流制限プレート112の第2面1122と第3面1123とが互いに当接して形成されるコーナー部分を意味する。そして、前記キャッププレート100が、電流制限プレート112の第2面1122エッジを覆うということは、キャッププレート100が、電流制限プレート112の第2面1122と、第3面1123の他側とをカバーしながら、第2面1122と第3面1123とが互いに当接して形成される第2面1122エッジを覆うということを意味する。
後述するように、前記キャッププレート100と電流制限プレート112は、電流制限プレート112の第3面1123を介して、互いに電気的に連結される。例えば、前記キャッププレート100は、前記電流制限プレート112を収容しながら、電流制限プレート112の第2面1122及び第3面1123に同時に接触することができるが、絶縁面である第2面1122とは異なり、第3面1123は、通電面によって形成されるので、第3面1123を介して、キャッププレート100と電流制限プレート112との間に電流が流れることを許容する。そのために、前記キャッププレート100の第2収容部G2は、電流制限プレート112の第3面1123に直接接触する。
前記キャッププレート100の第2収容部G2は、前記電流制限プレート112を全体的に収容するように、電流制限プレート112より広い面積に形成される。例えば、前記第2収容部G2は、電流制限プレート112の外郭枠、すなわち、第2面1122エッジを全体的に取り囲むように形成される。前記第2収容部G2は、電流制限プレート112の外郭枠を連続して取り囲むことができる。
前記第2収容部G2は、キャッププレート100の内側に入り込んだ溝形状に形成される。例えば、前記第2収容部G2は、電流制限プレート112と整合される形状に形成される。ここで、前記第2収容部G2は、電流制限プレート112を収容する溝と、前記溝の周辺で溝を定義するものであり、電流制限プレート112のエッジを覆うように形成された枠と、を含んでもよい。
前記キャッププレート100と電流制限プレート112は、強制嵌め込みによって組み込まれる。例えば、前記電流制限プレート100は、前記キャッププレート100の第2収容部G2への強制嵌め込みによって組み込まれる。例えば、前記電流制限プレート112は、前記キャッププレート100の第2収容部G2内に密着された状態で収容される。そのように、電流制限プレート112とキャッププレート100とが互いに対して密着された状態で強制嵌め込みによって組み込まれることにより、それら間に電流が流れることが許容されるのである。すなわち、電流制限プレート112と、キャッププレート100との間に別途の加圧締結構造を導入せずとも、両者間に電流が流れることが許容されるのである。
前記端子プレート111とキャッププレート100は、前記電流制限プレート112の第3面1123を介して、互いに電気的に連結される。さらに具体的には、前記端子プレート111の第1収容部G1と、前記キャッププレート100の第2収容部G2は、前記電流制限プレート112の第3面1123に接触し、前記電流制限プレート112の第3面1123を介して、互いに電気的に連結される。そのように、前記端子プレート111とキャッププレート100とが電流制限プレート112の導通面である第3面1123を介して、互いに電気的に連結されるが、絶縁面である第1面1121及び第2面1122を介して絶縁される。すなわち、前記端子プレート111とキャッププレート100との通電面積を、電流制限プレート112の第3面1123で制限することにより、端子プレート111と、キャッププレート100との間での電流を制限することができる。
前記電流制限プレート112は、端子プレート111と、キャッププレート100との間での電流を制限することにより、二次電池の誤動作時には、ケース190(さらに具体的には、キャッププレート100)を介した外部短絡を許容するが、外部導電体(図示せず)の貫通時には、ケース190を介した電流の流れを制限することにより、外部導電体及びケース190を介して電極組立体150内部に電流が流れることを遮断する。
前記端子プレート111とキャッププレート100との通電面積を、電流制限プレート112の第3面1123で制限するということは、端子プレート111とキャッププレート100とが電流制限プレート112の第1面1121及び第2面1122を介して電気的に連結されないということを意味し、前記端子プレート111とキャッププレート100とが互いに電気的に、且つ、直接的に連結されないということを意味する。そのために、前記端子プレート111とキャッププレート100は、電流制限プレート112の第3面1123の中央部分を挟んで互いに離隔している。さらに具体的には、前記端子プレート111の第1収容部G1は、電流制限プレート112の第3面1123上側を収容し、前記キャッププレート100の第2収容部G2は、電流制限プレート112の第3面1123下側を収容する。そのとき、前記電流制限プレート112の上側及び下側を除いた中央部分は、前記第1収容部G1及び第2収容部G2を外れて外部に露出される。そして、そのように露出された電流制限プレート112の第3面1123の中央部分を介して、前記端子プレート111とキャッププレート100は、互いに対して離隔している。
本発明の一実施形態において、キャッププレート100上には、互いに異なる極性を有する第1端子プレート111及び第2端子プレート121が形成される。かような第1端子プレート111及び第2端子プレート121は、それぞれ集電部材117,127を介して、電極組立体150の互いに異なる第1電極板151及び第2電極板152に電気的に連結される。
前述のように、前記第1端子プレート111と、キャッププレート100との間には、電流制限プレート112が介在され、前記電流制限プレート112を介して、第1端子プレート111とキャッププレート100とが互いに電気的に連結される。
図2を参照すれば、前記第2端子プレート121と、キャッププレート100との間には、絶縁プレート122が介在され、前記絶縁プレート122は、第2端子プレート121とキャッププレート100とを互いに電気的に絶縁させる。
前記電流制限プレート112及び絶縁プレート122には、それぞれ集電端子115,125が貫通するための端子ホール112’,122’が形成される。例えば、前記キャッププレート100と第1端子プレート111との間に電流制限プレート112を介在させた後、前記キャッププレート100、電流制限プレート112及び第1端子プレート111に形成された端子ホール100’,112’,111’を連続して貫通するように、キャッププレート100の下方から上方に向けて集電端子115を、端子ホール100’,112’,111’に嵌め込んだ後、第1端子プレート111から上方に突出した集電端子115の上端にリベッティング加工を施し、集電端子115を位置固定させることができる。
同様に、前記キャッププレート100と第2端子プレート121との間に、絶縁プレート122を介在させた後、前記キャッププレート100、絶縁プレート122及び第2端子プレート121に形成された端子ホール100’,122’,121’を連続して貫通するように、キャッププレート100の下方から上方に、集電端子125を端子ホール100’,122’,121’に嵌め込んだ後、第2端子プレート121から上方に突出した集電端子125の上端にリベッティング加工を施し、集電端子125を位置固定させることができる。
前記第2端子プレート121と、キャッププレート100との間には、絶縁プレート122と共に、短絡タブ132が介在される。前記短絡タブ132は、第2端子プレート121と接触して互いに電気的に連結される。すなわち、前記短絡タブ132は、第2端子プレート121と互いに重なった状態で、キャッププレート100上に組みつけられ、そのとき、前記短絡タブ132と第2端子プレート121は、絶縁プレート122を介在して、キャッププレート100上に組み込まれる。すなわち、前記絶縁プレート122は、前記第2端子プレート121、及び前記第2端子プレート121からキャッププレート100上に突出した短絡タブ132を、キャッププレート100から絶縁させる役割を行うことができる。
前記短絡タブ132は、外部短絡部130の一部を構成することができる。以下では、図2及び図3を参照し、外部短絡部130の動作について説明する。前記外部短絡部130は、二次電池の内部圧力によって離隔または短絡される短絡タブ132及び短絡部材131を含む。
前記短絡タブ132は、第2端子プレート121と電気的に連結され、前記第1端子プレート111と連結されたキャッププレート100とは、電気的に絶縁される。例えば、前記短絡タブ132は、第2端子プレート121からキャッププレート100の上方に延長され、そのとき、前記短絡タブ132と、キャッププレート100との間には、絶縁プレート122が介在される。さらに具体的には、前記第2端子プレート121と短絡タブ132は、互いに対して重なった状態、すなわち、互いに対して接触した状態で、キャッププレート100上に組み込まれるが、キャッププレート100との間に、絶縁プレート122を介在させ、キャッププレート100から絶縁状態を維持する。
前記短絡部材131は、キャッププレート100のホール内部に設けられる。さらに具体的には、前記短絡部材131は、前記キャッププレート100とは電気的に連結された状態で設けられ、導電性の金属薄板から形成される。前記短絡部材131は、変形が容易な金属薄板から形成され、一般的な駆動環境では、下方に凹状に入り込んだ形態を維持し、短絡タブ132から離隔される。しかし、ケース190内部の圧力が一定以上に上がる非正常的な駆動環境では、上方に凸状に突出した形態に反転され、短絡タブ132に接触して外部短絡を誘導する。
さらに具体的には、前記短絡部材131は、下方に凹状に入り込んだ状態に組みつけられ、ケース190内部の圧力が事前に設定された臨界点以上にあるとき、内部圧力に反応し、上方に向けて凸状に突出する反転状態に変形される。そのとき、前記短絡部材131は、短絡タブ132に対して接触する。キャッププレート100と連結された短絡部材131と、第2端子プレート121と連結された短絡タブ132とが互いに接触することにより、キャッププレート100と第2端子プレート121とを介した短絡電流のパスが形成される。さらに具体的には、前記キャッププレート100は、電流制限プレート112を介して第1端子プレート111と連結されるので、結局、二次電池の互いに異なる2つの極性が、外部短絡部130を介して互いに電気的に連結される。そのとき、前記電極組立体150の外部で外部短絡が生じ、電極組立体150内に蓄積された電流が短時間に短絡電流として放電されるため、電極組立体150の発火、爆発などの安全事故が予防できる。なお、図中135は、外部短絡部130を周辺から絶縁させるための絶縁覆いを示す。
図5には、本発明と対比される比較例による二次電池の電流制限プレート212及びその結合構造が図示されている。
図面を参照すれば、比較例の電流制限プレート212は、端子プレート211及びキャッププレート200の間に介在される。そのとき、前記電流制限プレート212には、前記端子プレート211に向けて突出した突起2121と、前記キャッププレート200に向けて突出した突起2122と、が形成されている。参考として、図5においては、突起2122は、凹状に図示されているが、それは、キャッププレート200と対向する面に突起2122を形成するために、反対側を加圧した結果、凹状に形成されたものである。
このように、電流制限プレート212に形成された突起2121,2122を介して、端子プレート211及びキャッププレート200が組み込まれる。さらに具体的には、前記端子プレート211及びキャッププレート200には、前記電流制限プレート212の突起2121,2122を収容するための溝2111,2001がそれぞれ形成されている。前記電流制限プレート212の上面及び下面は、平坦な形状ではない突起2121,2122と、溝に突出した部分と、凹状部分とを有する。
比較例の電流制限プレート212の結合構造によれば、端子プレート211及びキャッププレート200との結合のために、複数の突起2121,2122及び溝2111,2001が形成される必要がある。このことは、製造工程の数が増加し、製造コストが上昇するということを意味するのである。図4Aから分かるように、本発明の実施形態に係る電流制限プレート112の第1面1121及び第2面1122には、突起や溝が形成される必要がない。すなわち、前記端子プレート111とキャッププレート100とが、電流制限プレート112の外郭枠を取り囲むことにより、それら間の位置整列が行われ、別途の突起や溝を必要としない。
比較例の電流制限プレート212の結合では、突起2121,2122及び溝2111,2001の結合を介して、電流制限プレート212が、端子プレート211とキャッププレート200とに組み込まれる構造であるので、それら間における回転やねじれに抵抗する抵抗力は、突起2121,2122及び溝2111,2001を介した回転抵抗によって決定される。そのとき、前記突起2121,2122及び溝2111,2001間の結合面積は、局所的な面積に制限され、突起2121,2122及び溝2111,2001の接触面は、端子プレート211の中心に対して、相対的に短いトークアームを形成するので、その結果、外部回転に対する抵抗力は低下する。
それに対して、本発明の実施形態では、電流制限プレート112の外郭枠を全体的に取り囲む端子プレート111及びキャッププレート100の第1収容部G1及び第2収容部G2を介して、電流制限プレート112、端子プレート111及びキャッププレート100の結合面積が増大し、それによって、外部回転やねじれに対して強い抵抗力を発揮することができる。また、電流制限プレート112の外郭枠を取り囲む第1収容部G1及び第2収容部G2は、端子プレート111の中心に対して相対的に長いトークアームを形成することにより、結果、外部から作用する回転力に対する抵抗力が増大する。特に、本発明の一実施形態において、前記第1収容部G1及び第2収容部G2は、電流制限プレート112の外郭枠を全体的に取り囲むことにより、第1収容部G1及び第2収容部G2と、電流制限プレート112との結合面積が増大する。それによって、外部回転に対する抵抗力が増大する。
一方、比較例の電流制限プレート212では、端子プレート211及びキャッププレート200間の電流の流れを制限するために、制限された面積を有する通電面を有する。すなわち、図5に図示されているように、電流制限プレート212の一部に制限されるように絶縁コーティング層212aが形成されている。そして、絶縁コーティング層212aが形成された領域は絶縁面になり、絶縁コーティング層212aが形成されていない領域は、通電面になる。電流制限プレート212の所定の一部領域にだけ、制限的に絶縁コーティング層212aを形成するためには、絶縁コーティング層212aの形成において、マスキングのようなパターニング工程が必要になり、そのことは、製造コストが上昇するということを意味する。
本発明の実施形態にかかる電流制限プレート112では、第1面1121及び第2面1122を、全体的な絶縁面によって形成するので、例えば、前記絶縁面を形成するための絶縁コーティング層112aの形成において、別途のパターニング工程は必要ではなくなる。すなわち、本発明の実施形態によれば、製造コストを抑えることができる。
比較例の電流制限プレート212は、前記端子プレート2111及びキャッププレート200に対して、単純積層方式で互いに対して積み上げられる。そのとき、電流制限プレート212の絶縁コーティング層212aは、外部に露出され、端子プレート211及びキャッププレート200によって覆われることがない。例えば、電流制限プレート212の上面一部が、端子プレート211から露出される。前記絶縁コーティング層212a、例えば、テフロン(登録商標)コーティング層は、外部化学物質によって剥がれや変質が発生しうる。その場合、前記絶縁コーティング層212aによって形成される絶縁面積が、最初より減少したり、あるいは電気絶縁特性が劣化したりすることにより、電流制限プレート212の性能が最初設計から変化することがある。
一方、本発明では、電流制限プレート112の外郭枠を含み、電流制限プレート112を全体的に取り囲む端子プレート111、並びにキャッププレート100の第1収容部G1及び第2収容部G2を介して、電流制限プレート112の第1面1121上及び第2面1122上に形成された絶縁面、例えば、絶縁コーティング層112aが端子プレート111とキャッププレート100との第1収容部G1及び第2収容部G2によって覆われ、それによって、絶縁コーティング層112aにおける外部化学物質による剥がれや変質が基本的に防止される。
本発明の実施形態によれば、電極端子とケースとの間の電流の流れを制限する電流制限プレートを全体的に取り囲む収容部を形成し、該収容部に電流制限プレートを組み入れることによって、二次電池の組み立て構造を単純化させ、製造コストを節減することができる。
また、本発明の実施形態によれば、電流制限プレートの第1面及び第2面の全体を絶縁面によって形成し、導電性の有する第3面を介して、電極端子及びケース間での電流の流れを制限することにより、電流の流れを制限的に許容しつつ、絶縁コーティングのためのマスキングやパターニングが不要にすることができる。
本発明の実施形態によれば、電流制限プレートを全体的に取り囲む収容部に、電流制限プレートを組み入れることによって、電流制限プレートの絶縁面が外部環境から遮断され、特に、外部化学物質による剥がれや変質が防止される。そして、電流制限プレート及び収容部の結合面積が拡大され、電流制限プレートの外郭コーナーを取り囲む収容部を介して、トークアームが増大することにより、外部回転やねじれに対する抵抗力が向上する。
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
100 キャッププレート
110,120 電極端子
111,121 端子プレート
112 電流制限プレート
1121 第1面
1122 第2面
1123 第3面
112a 絶縁コーティング層
112b 金属プレート
113,123 シールガスケット
114,124 絶縁部材
115,125 集電端子
117,127 集電部材
117a,127a リード部
117b,127b 集電板
122 絶縁プレート
130 外部短絡部
131 短絡部材
132 短絡タブ
135 絶縁覆い
150 電極組立体
151 第1電極板
152 第2電極板
153 セパレータ
G1 第1収容部
G2 第2収容部

Claims (20)

  1. 電極組立体と、
    前記電極組立体を密封するキャッププレートと、
    前記電極組立体と電気的に連結され、前記キャッププレート上に配置された端子プレートと、
    前記端子プレートと前記キャッププレートとの間に介在された電流制限プレートであって、前記端子プレートの第1収容部に収容される第1面と、前記キャッププレートの第2収容部に収容される第2面と、前記第1面及び前記第2面の間で前記第1収容部に収容される一側と、前記第2収容部に収容される他側と、を有する第3面と、を含む電流制限プレートと、
    を含む二次電池。
  2. 前記第1面及び前記第2面は、前記電流制限プレートの互いに反対側に位置する表メイン面と裏メイン面とに該当し、
    前記第3面は、前記電流制限プレートの側面に該当する、
    ことを特徴とする請求項1に記載の二次電池。
  3. 前記第1収容部は、前記電流制限プレートの前記第1面及び前記第3面の一側を共に収容することを特徴とする請求項1又は2に記載の二次電池。
  4. 前記第2収容部は、前記電流制限プレートの前記第2面及び前記第3面の他側を共に収容することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の二次電池。
  5. 前記電流制限プレートの前記第3面の中央部分は、前記第1収容部及び前記第2収容部から外れて外部に露出されていることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の二次電池。
  6. 前記第1収容部及び前記第2収容部は、それぞれ前記端子プレート及び前記キャッププレートの内側に入り込んだ形状の溝を含むことを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の二次電池。
  7. 前記第1収容部及び前記第2収容部は、前記電流制限プレートへの強制嵌め込みによって組み込まれることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の二次電池。
  8. 前記第1収容部及び前記第2収容部は、前記電流制限プレートの外郭枠を全体的に取り囲むように形成されることを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の二次電池。
  9. 前記第1収容部及び前記第2収容部は、前記電流制限プレートの外郭枠を連続して取り囲むことを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項に記載の二次電池。
  10. 前記第1収容部は、前記電流制限プレートの前記第1面と前記第3面とが互いに当接して形成されるコーナーを取り囲み、
    前記第2収容部は、前記電流制限プレートの前記第2面と前記第3面とが互いに当接して形成されるコーナーを取り囲むことを特徴とする請求項1〜9のいずれか1項に記載の二次電池。
  11. 前記電流制限プレートの前記第1面及び前記第2面は、絶縁面によって形成されることを特徴とする請求項1〜10のいずれか1項に記載の二次電池。
  12. 前記電流制限プレートの前記第1面及び前記第2面は、テフロン(登録商標)コーティング面によって形成されることを特徴とする請求項11に記載の二次電池。
  13. 前記電流制限プレートの前記第3面は、通電面によって形成されることを特徴とする請求項1〜12のいずれか1項に記載の二次電池。
  14. 前記電流制限プレートは、絶縁性コーティング層が両側に形成された金属プレートを含むことを特徴とする請求項13に記載の二次電池。
  15. 前記第1面及び前記第2面は、全体的に平坦な面であることを特徴とする請求項1〜14のいずれか1項に記載の二次電池。
  16. 前記第1収容部及び前記第2収容部は、前記電流制限プレートの前記第3面に直接接触することを特徴とする請求項1〜15のいずれか1項に記載の二次電池。
  17. 前記端子プレートと前記キャッププレートは、前記電流制限プレートの前記第3面を介して、互いに電気的に連結されることを特徴とする請求項1〜16のいずれか1項に記載の二次電池。
  18. 前記端子プレート、前記キャッププレート及び前記電流制限プレートには、前記電極組立体から延長される集電端子が順次に貫通されるための貫通ホールが形成されていることを特徴とする請求項1〜17のいずれか1項に記載の二次電池。
  19. 前記端子プレートは、
    第1端子プレートであり、
    前記第1端子プレートと異なる極性を有する第2端子プレートをさらに含むことを特徴とする請求項1〜18のいずれか1項に記載の二次電池。
  20. 前記第2端子プレートと前記キャッププレートとの間には、絶縁プレートが介在されることを特徴とする請求項19に記載の二次電池。
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