JP4540575B2 - 二次電池の集電板、及びこれを有する電極組立体及び二次電池 - Google Patents

Description

本発明は、二次電池に関し、より詳しくは、集電板の構造を改善した二次電池、及びこれに使用される電極組立体及び集電板に関する。

二次電池は、充電が不可能な一次電池とは異なり、充電及び放電が可能な電池である。一つの電池セルがパック形態に包装された低容量電池は、携帯電話やノートブックコンピュータ、カムコーダのような携帯可能な小型電子機器用電源として使用され、電池セルを数十個連結した電池パック単位の大容量電池は、ハイブリッド電気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。

前記二次電池は、多様な形態に製造されるが、代表的な形態としては、円筒形または角形があり、帯状の正極及び負極の間に絶縁体であるセパレータを介在して、これを渦流状（またはジェリーロール状）に巻いた電極群をケースに内蔵設置し、前記ケースに外部端子が形成されたキャップ組立体を設置して、電池を形成する。

そして、前記正極及び負極には、電池の作動時に発生する電流を集電するため導電性リード端子が各々付着されて、この導電性リード端子は、各々正極及び負極で発生した電流を正極及び負極端子に誘導する。

ところが、前記電極群及び外部端子を連結するリード端子が一つだけ形成される時には、電極組立体の各部位で発生した電圧の引き出しが容易でなく、電極群及びリード端子が溶接された領域とこれから離れた領域との間に電位差が発生する。このような電位差は、充放電が繰り返されることによって、リード端子と溶接される部位の劣化を深刻化させ、結果的には、電池の出力低下及び寿命短縮を招く。このような現象は、短時間に充放電が繰り返されるモータ駆動用電池の場合には、より顕著に現れる。

したがって、高出力二次電池の場合、複数のリード端子を電極群に付着して使用するマルチタップ構造が提案され、さらには、米国特許６，１９３，７６５号で、リード端子の代わりに板状のプレートをリード端子として使用する二次電池が提案されている（特許文献１参照）。

ところが、前記従来の技術の二次電池の場合、前記集電板の構造的な限界によって、二次電池の組立過程でその形態を維持するのが難しく、容易に破損する問題点がある。

つまり、前記集電板は、薄い板状の構造物からなるため電極群との溶接時に変形の恐れが多く、さらに電極群との溶接時にこれを固定するための器具（ｊｉｇ）に把持されるのが容易でないため溶接位置を正確に合せるのが難しい問題点がある。
米国特許６，１９３，７６５号

したがって、本発明は、前記問題点を解消するためのものであって、本発明の目的は、剛性を高めて、組立過程でその形態の変形を防止することができる、集電板、及びこれを有する電極組立体及び二次電池を提供することにある。

また、本発明の他の目的は、電極群との溶接位置を正確に合せて固定することができる、集電板、及びこれを有する電極組立体及び二次電池を提供することにある。

前記問題点を解決するために、本発明による二次電池は、正極、負極、及びこの正極及び負極の間に配置されるセパレータを含む電極群と、前記電極群が内蔵されるケースと、前記ケースと結合されて、これを密閉するキャップ組立体と、前記電極群と電気的に連結され、外部端子に電流をリードする集電板と、を有し、前記集電板は、プレートと、前記プレートから前記電極群側に一体的に突出形成され、前記電極群が接触される底面を有するスロット形態の接触部と、前記プレートから前記電極群とは反対側に一体的に突出形成された突出部とを含む。

前記集電板は、前記正極に連結される正極集電板であり、この時、前記突出部は、前記集電板の一部に形成された孔の周縁から突出形成される。

前記集電板は、前記負極に連結される負極集電板であり、この時、前記突出部の内部には溝が形成される。

また、本発明による二次電池の電極組立体は、正極及び負極がセパレータを間に介在して巻かれて形成される電極群と、前記正極または負極の長さ方向に沿って一側先端に形成される、活物質が塗布されない領域である無地部と、及び前記無地部に付着されて、一面に外側に突出する突出部が形成される集電板とを含む。

また、本発明による二次電池の集電板は、板状のプレートと、前記プレートの一面に外側に突出形成される突出部とを含む。

本発明の二次電池は、集電板をなすプレートの外側に突出部を突出形成することによって、電極群に対する集電板の溶接時に、ジグによる集電板の把持が容易に正確に行われるようにすることができる。

したがって、本発明の二次電池は、電極組立体の製造状態が良好で、その信頼性が向上する。

また、本発明の二次電池は、前記突出部によって、プレートからなる集電板そのものの剛性を十分に確保することができ、前記溶接過程で起こる可能性のある集電板の変形も予防することができる。

このような効果によって、本発明の二次電池は、その特性を一層向上させることができ、それにより、ＨＥＶ（ハイブリッド自動車）、ＥＶ（電気自動車）、無線掃除機、伝動自転車、伝動スクーターなどのようにモータを使用して作動する機器において、当該機器のモータを駆動するための高出力エネルギー源として有用に使用されることができる。

以下、添付した図面を参照して、本発明の好ましい実施例をより詳細に説明する。

図１は本発明の実施例による二次電池の断面図である。

図面を参照して、まず、二次電池を見てみると、本実施例による二次電池は、正極１１及び負極１２がセパレータ１３を間に介在して位置する電極群１０、電解液と共に電極群１０を収容することができるように一側先端が開放されたケース２０、ガスケット３１を媒介として前記ケース２０の開口部上端に設置されて、ケース２０を密封するキャップ組立体３０を含む。

また、二次電池は、電極群１０の正極１１と電気的に連結される正極集電板４０、及び電極群の負極１２と電気的に連結される負極集電板５０を含む。

より具体的に、前記ケース２０は、アルミニウム、アルミニウム合金、またはニッケルがメッキされたスチールのような導電性金属からなり、その形態は、電極群１０が位置する内部空間部を有する円筒形からなる。このケース２０は、本実施例では、負極の外部端子として作用する。

本実施例では、円筒形二次電池を例に挙げて説明するが、本発明はこれに限定されず、円筒形以外にも、角形またはその他の形態からなることができる。

電極群１０は、各々の活物質（図示せず）が集電体１１ａ、１２ａにコーティングされて形成された正極板１１及び負極板１２がセパレータ１３を間に介在して積層された構造からなり、正極板１１、セパレータ１３、及び負極板１２が積層された状態で、これらが渦流状に巻かれて形成されたジェリーロールタイプからなることができる。図１では、円筒形ケース２０に円形のジェリーロールタイプに巻かれた電極群１０が位置する構造を示している。

上記のような構造の電極群１０は、正極１１及び負極１２に電気的に連結される各集電板４０、５０を含んで一つの電極組立体を構成する。

このために、負極集電体１２ａの一周縁には、負極活物質が塗布されない領域である無地部１２ｂが、この負極１２の長さ方向に沿って形成されて負極集電板５０と接触し、正極集電体１１ａの一周縁には、正極活物質が塗布されない領域である無地部１１ｂが、この正極の長さ方向に沿って形成されて正極集電板４０と電気的に連結される。

前記キャップ組立体３０は、ケース２０と結合されてケース２０を密閉するもので、本実施例では、正極の外部端子として作用して、その構造は、外部端子３２ａを有するキャッププレート３２、及びケース２０及びキャッププレート３２を絶縁させるガスケット３１を含み、設定された圧力条件で破損してガスを放出することによって、電池の爆発を防止するベントプレート３３をさらに含むことができ、前記ベントプレート３３は、リード３５を介して正極集電板４０と電気的に連結される。

図２は本発明の実施例による二次電池の正極集電板を示した斜視図であって、この図面を参照して本実施例による前記正極集電板４０を見てみると、下記の通りである。

図２に示されているように、前記正極集電板４０は、円盤形態のプレート４１からなり、プレート４１の中央部には孔４４が形成されて、この孔の周縁に沿って外側に、つまり正極の無地部１１ｂとの溶接面の反対側に突出部４３が一体に突出形成される。

そして、前記プレート４１には、突出部４３を中心に放射方向に配置される少なくとも一つの接触部４２が正極の無地部１１ｂに向かって突出形成される。

本実施例では、図２に示されているように、４つの接触部４２を含み、突出部４３を中心に９０度の角度に配置された構造からなっている。

前記接触部４２は、スロット（ｓｌｏｔ）形態に加工され、前記突出部４３と共に集電板４０全面をエンボシング加工して形成されることができ、図示したように、４つの接触部４２が孔４４を中心に十字状に配置される構造からなることができる。

ここで、前記突出部４３の高さはキャップ組立体３０と干渉されない程度であれば特に限定されず、その形態においても、円形以外にも、多角形など多様な形態に形成されることができる。

この突出部４３は、補強部材として作用して、正極集電板４０を構成するプレート４１の剛性を高めることができる。

図３は本発明の実施例による負極集電板を示した斜視図であって、この図面を参照して本実施例による負極集電板５０を見てみると、下記の通りである。

負極集電板５０は、円盤形態のプレート５１からなり、プレート５１の中央部には突出部５３が負極の無地部１２ｂとの溶接面の反対側に突出形成される。ここで、この突出部５３の内部には、一定の深さの溝５４が形成される（図１参照）。

そして、前記プレート５１には、突出部５３を中心に放射方向に配置される少なくとも一つの接触部５２が負極の無地部１２ｂに向かって突出形成される。

前記突出部５３は、前述したように、接触部５２と共に集電板のプレート５１全面をエンボシング加工して形成されることができ、図示したように、４つの接触部５２が突出部５３を中心に十字状に配置される構造からなることができる。

ここで、前記突出部５３の高さは特に限定されない。

そして、前記負極集電板５０の場合、突出部５３に孔が形成されない溝形態でケース２０の底面に密着され、このケース２０にレーザー溶接によって固定されて、前記突出部５３とは反対側に突出した接触部５２は、負極の無地部１２ｂに接触して、接触部５２に沿ってレーザー溶接によって無地部１２ｂと電気的に連結付着される。

以下、前記構造の二次電池の作動について、図４及び図５を参照して説明する。

電極群１０は、その両端の無地部１１ｂ、１２ｂに正極集電板４０及び負極集電板５０を各々固定して、一つの電極組立体を構成するようになる。この時、この集電板４０、５０の固定は下記の通り行われる。

まず、正極集電板４０は、電極群１０の正極の無地部１１ｂにその接触部４２が接触した状態で、接触部４２に実施されるレーザー溶接によって正極の無地部１１ｂに固定される。

この時、図４に示されているように、正極集電板４０は、電極群１０との溶接過程で流動が発生しないように別途のジグ６０によって固定されるが、ここで、正極集電板４０の突出部４３は、ジグ６０が有する溝６１に嵌合されて、ジグ６０が正極集電板４０を容易に把持するように作用する。

したがって、正極集電板４０は、その突出部４３によって、正極の無地部１１ｂ上で揺動なくジグ６０によって固定されて、正極の無地部１１ｂに良好な状態で固定されるようになる。

このような方式で、負極集電板５０も、その突出部５３によって、揺動なく正確な溶接位置を維持しながら、負極の無地部１２ｂに固定されるようになる（図５参照）。

以上、本発明の好ましい実施例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、発明の詳細な説明、及び添付した図面の範囲内で多様に変形して実施することが可能であり、これも当然本発明の範囲に属する。

本発明の実施例による二次電池の断面図である。 本発明の実施例による二次電池の正極集電板を示した斜視図である。 本発明の実施例による二次電池の負極集電板を示した斜視図である。 本発明の実施例によって二次電池の正極集電板がジグによって把持された状態を示した概略的な断面図である。 本発明の実施例によって二次電池の負極集電板がジグによって把持された状態を示した概略的な断面図である。

符号の説明

１０…電極群、
１１…正極（正極板）、
１１ａ、１２ａ…集電体、
１１ｂ、１２ｂ…無地部、
１２…負極（負極板）、
１３…セパレータ、
２０…ケース、
３０…キャップ組立体、
３１…ガスケット、
３２…キャッププレート、
３２ａ…外部端子、
３３…ベントプレート、
３５…リード、
４０…正極集電体、
４１…プレート、
４２…接触部、
４３…突出部、
４４…孔、
５０…負極集電体、
５１…プレート、
５２…接触部、
５３…突出部、
５４…溝、
６０…ジグ、
６１…溝。

Claims (10)

1. 正極、負極、及びこの正極及び負極の間に配置されるセパレータを含む電極群と、
   前記電極群が内蔵されるケースと、
   前記ケースと結合されて、これを密閉するキャップ組立体と、
   前記電極群と電気的に連結され、外部端子に電流をリードする集電板と、
   を有し、
   前記集電板は、
   プレートと、
   前記プレートから前記電極群側に一体的に突出形成され、前記電極群が接触される底面を有するスロット形態の接触部と、
   前記プレートから前記電極群とは反対側に一体的に突出形成された突出部と、
   を含む二次電池。
2. 前記突出部は、前記集電板の中央に形成され、
   前記接触部は、前記突出部を中心に十字状に形成される請求項１に記載の二次電池。
3. 前記突出部は、前記集電板を構成する他のいかなる構成よりも最も前記電極群とは反対側に突出している請求項１または請求項２に記載の二次電池。
4. 前記集電板は、前記正極に連結される正極集電板である請求項１〜３のいずれか一項に記載の二次電池。
5. 前記突出部は、前記集電板の一部に形成された孔の周縁から突出形成される請求項４に記載の二次電池。
6. 前記集電板は、前記負極に連結される負極集電板である請求項１〜３のいずれか一項に記載の二次電池。
7. 前記突出部の内部には溝が形成される請求項６に記載の二次電池。
8. 前記突出部は円形である請求項１〜７のいずれか一項に記載の二次電池。
9. 前記二次電池は円筒形である請求項１〜８のいずれか一項に記載の二次電池。
10. 前記二次電池はモータ駆動用である請求項１〜９のいずれか一項に記載の二次電池。

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