JP4713393B2 - 二次電池及び二次電池の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は二次電池に関し，より詳しくは，キャッププレートとケースとの間の溶接構造を改善した二次電池，及びその二次電池を製造する方法に関する。

一般的に，二次電池（rechargeable battery）は，充電不能の一次電池とは違って充電及び放電が可能な電池であって，最近，高エネルギー密度の非水電解液を利用した高出力二次電池が開発されており，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，携帯電話やラップトップコンピュータ及びカムコーダのような携帯可能な小型電子機器に使用され，大電力を必要とする機器，例えば，電気自動車などのモーター駆動用電源の場合には，電池セルを数十個直列又は並列に連結して大容量の二次電池を構成する。

上記二次電池は色々な形状に製造されているが，代表的な形状には，円筒形，角型が挙げられ，帯状の正，負極の間に絶縁体であるセパレータを介在して，これを渦流状に巻いて電極群を形成したり，正極と負極及びセパレータを複数に積層して電極群を形成したりした後，これをケースに内装設置し，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構成する。

上記二次電池は，ケース内部の気密性維持のために，ケースに対してキャップ組立体のキャッププレートを溶接して付着するようになる。

ケースにキャッププレートを溶接するために，従来は，キャッププレートをケースの内側に挿入してキャッププレートとケースを垂直に溶接したり，キャッププレートをケースの上端に乗せて水平に溶接したりしていた。

しかし，従来の技術によれば，キャッププレートとケースを製造する過程で相互公差が発生し，このような公差により，キャッププレートとケースを垂直状態に溶接し難いという問題点がある。

つまり，キャッププレートとケースを垂直状態に溶接するためには，キャッププレートをケース内周面へ嵌合しなければならないが，相互間に公差が発生すると，ケースの内周面とキャッププレートとの間に隙間が発生するために溶接が不良になり，この隙間を通して，溶接中に発生するレーザビームが電極群へ照射されて電極群が破損する恐れがある。

また，キャッププレートをケース上端に乗せ，キャッププレートとケースの接面を水平状態に溶接する場合にも，公差が発生してキャッププレートとケース上端との間に隙間が発生し，この隙間を通してレーザーがケース内部に照射されて，電極群が破損する恐れがある。

そのために，キャッププレートとケースとの間の溶接不良により二次電池の性能や寿命が低下し，さらには，電池としての使用が不可能になる問題点がある。

そこで，本発明は，このような問題に鑑みてなされたもので，その目的とするところは，二次電池のケースとキャッププレートとの間の溶接構造が改善された，新規かつ改良された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，そのような二次電池を製造する方法を提供することにある。

上記課題を解決するために，本発明のある観点によれば，セパレータおよびセパレータの両面に配置される正極と負極とを含む電極群と，電極群が内蔵され，少なくとも一つの開放端を有するケースと，ケースの開放端に設けられ，周縁はケース側へ傾く傾斜面を有し，傾斜面の最外郭端はケースの開放端に付着されるキャッププレートと，を含むことを特徴とする，二次電池が提供される。

キャッププレートの終端は，開放端の表面の内周と外周との間に位置してもよい。

キャッププレートの終端は，開放端の表面の中央に位置してもよい。

キャッププレートの終端は，開放端の表面に溶接によって付着されるようにしてもよい。

溶接はレーザビームを照射して行われてもよく，レーザビームは，開放端の表面に垂直方向に照射されるようにしてもよい。

キャッププレートは，傾斜面の反対側の面がケースに接するように位置するようにしてもよい。

二次電池はモーターを駆動するための電源として利用してもよい。

上記課題を解決するために，本発明の別の観点によれば，電極群と，電極群が内蔵され，少なくとも一つの開放端を有するケースと，開放端と結合するキャッププレートとを含む二次電池の製造方法であって，開放端を通して，ケースの内側に電極群を配置するステップと，キャッププレートの周縁をケースの開放端の表面に位置するように設けるステップと，キャッププレートの終端を，溶接によってケースの開放端の表面に付着するステップと，を含むことを特徴とする，二次電池の製造方法が提供される。

キャッププレートの終端は，開放端の表面の内周と外周との間に位置するようにしてもよい。

キャッププレートの終端は，開放端の表面の中央に位置するようにしてもよい。

溶接はレーザビームを照射して行われてもよく，レーザビームは開放端の表面に垂直方向に照射されるようにしてもよい。

二次電池はモーターを駆動するための電源として利用してもよい。

上記課題を解決するために，本発明のさらに別の観点によれば，セパレータと，セパレータの両面に配置される正極と負極を含む電極群と，電極群が内蔵され，少なくとも一つの開放端を有するケースと，ケースの開放端に設けられ，周縁はケース側へ傾く傾斜面を有しながら，その傾斜面の外側先端はケースの開放端の表面に付着されるキャッププレートと，を含み，傾斜面とキャッププレートとの間の角度θが０＜θ＜９０°を満足することを特徴とする，二次電池が提供される。

以上説明したように本発明によれば，キャッププレートの構造を改善してケースとの溶接特性を向上させることにより，気密性及び信頼性を高めることができる，二次電池及び二次電池の製造方法を提供できるものである。

また，レーザー溶接時，レーザビームによる電極群の破損を防止できるようになる，二次電池及び二次電池の製造方法を提供できるものである。

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。

図１をまず参照すれば，本発明の一実施形態に係る二次電池は，帯状の正極１１と負極１２がセパレータ１３を間において積層された状態で，これらを巻回してジェリーロール型に形成した電極群１０と，一端が開放された開口部を含み，内部に電極群１０を収容する空間部を有するケース１４と，ケース１４と結合してケース１４を密閉するキャップ組立体３０とを含む。

キャップ組立体３０は，ケース１４の内部から外部へ延びる外部端子２３を含む。外部端子２３は，正極１１及び負極１２の無地部１１ａ，１２ａに連結されるタップ２０と電気的に連結される。

ここで，ケース１４は，アルミニウム，アルミニウム合金又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で製作されていてもよい。

本実施形態では，長方形の断面構造を有するケースを例に挙げて説明しているが，必ずしもこれに限定されるわけではなく，ケースとキャップ組立体が溶接によって結合できる構造であれば全て適用可能であるといえる。

そして，キャップ組立体３０は，ケース１４の開口部に緊密に結合してケース１４を密閉するキャッププレート３１を含み，キャッププレート３１の上には，タップ２０，２０´に設けられる端子２３，２３´が貫通できるように端子孔３４，３４´が形成され，中央部には，ケース１４内部の圧力が一定の水準以上増加する場合にケース１４内部のガスを外部へ排出するためのベント３５が設けられた構造を有する。

本実施形態では，各タップ２０，２０´と電気的に連結される無地部１１ａ，１２ａが，電極群１０の各正極及び負極１１，１２の一側端に沿って形成された構造を例に挙げて説明する。もちろん，本発明はこのような構造に限定されず，電池の形状や無地部の構造に関係なく全て適用可能であるといえる。

参考までに，セパレータ１３とその間に配置された正極１１と負極１２の各々は，集電体とこれにコーティングされた活物質とからなる。このような電極群１０は，渦流状に巻回してジェリーロール型に形成されるようにしてもよい。

正極１１の無地部１１ａと負極１２の無地部１２ａが電極群１０の両端に対向配置されて，ケース１４を垂直に立ててキャップ組立体３０が上下方向に置かれた場合を基準（以下の説明で特別な言及のない限り，この基準に従うようにする。）に，ケース１４の両側面に電極群１０の無地部１１ａ，１２ａが位置できるように内蔵して設置され，電極群１０の両端の無地部１１ａ，１２ａに各々設けられるタップ２０，２０´を介して，キャップ組立体３０の正極端子２３と負極端子２３´が電気的に連結される。

中央にはベント３５が形成され，ベント３５の両側に正極端子２３と負極端子２３´が嵌合される端子孔３４，３４´が形成されたキャップ組立体３０のキャッププレート３１は，ケース１４の上端に置かれた状態で，その周縁がレーザー溶接によりケース１４に付着される構造を有している。

ここで，本実施形態によれば，キャッププレート３１は，ケース１４の上端に位置する縁部が，ケース１４の上端に向かって傾斜している周縁傾斜面３６を成し，この周縁傾斜面３６の外側先端は，前記ケース１４の上端の内側面と外側面との間に位置する構造を有している。

周縁傾斜面３６は，キャッププレート３１の全体の先端部に沿って一側面で同一の方向に形成され，傾斜面３６とキャッププレート３１の底面との間の角度（θ）は，下記の（１）で示す範囲を満足する限りは特に限定されない。
０＜θ＜９０°・・・（１）

また，キャッププレート３１は，周縁傾斜面３６が形成された面の反対側の面が前記ケース１４の上端に接するように設けられ，図１のように，周縁傾斜面３６はケース１４の上部に接しない。

従って，キャッププレート３１の周縁傾斜面３６は，ケース１４の上端に向かって徐々に低くなって，その周縁傾斜面３６の最も外側の先端がケースの上端の中央部分に位置するようになる。この時，この部分でのキャッププレート３１の厚さは他の部分より薄いので，溶接特性を向上させることができる。

そして，図２に示したように，キャッププレート３１とケース１４との結合は，ケース１４の上端に置かれたキャッププレート３１の終端とケース１４の上端とを，図２上の垂直方向から加えられるレーザー溶接によって行われる。

このように，キャッププレート３１をケース１４の上部に乗せることにより，レーザー溶接が垂直方向に，つまり，キャッププレート３１が上部に向かうようにケース１４を立てた場合，ケース１４に垂直方向に溶接を行うことができ，レーザー溶接が行われる地点がケース１４の上端中央部であるので，レーザビームがケース１４とキャッププレート３１との間を通してケース内部へ照射されることを基本的に防止することができる。

図３は，図１及び図２で言及された二次電池が電池モジュール１に構成されて，モーター５０を駆動するための電源として使用される例を示すブロック図である。

本発明によれば，二次電池，特に，高出力/大容量が要求されるＨＥＶ（Ｈｙｂｒｉｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ；ハイブリッド電気自動車）用二次電池のタップを効果的に保護することができるという長所がある。しかし，本発明の二次電池の用途は，その用途がＨＥＶ用にのみ限定されるわけではない。例えば，本発明による二次電池は，ＨＥＶだけでなく，電気スクーター，電気自転車，無線真空掃除機などの動力源として利用することができる。

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説明したが，本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば，特許請求の範囲に記載された範疇内において，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，そ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。

本発明は，二次電池及び二次電池の製造方法に適用可能である。

本発明の一実施形態による二次電池の構成を示したの部分切開断面を示す説明図である。 図１のＡ部分を拡大した説明図である。 本発明の一実施形態による二次電池が電池モジュールとして構成されてモーターを駆動することを示すブロック図である。

符号の説明

１ 電池モジュール
１０ 電極群
１１ 正極
１１ａ，１２ａ 無地部
１２ 負極
１３ セパレータ
１４ ケース
２０，２０´ タップ
２３，２３´ 外部端子
３０ キャップ組立体
３１ キャッププレート
３４，３４´ 端子孔
３５ ベント
３６ 傾斜面
５０ モーター

Claims (12)

1. セパレータおよび前記セパレータの両面に配置される正極と負極とを含む電極群と；
   前記電極群が内蔵され，少なくとも一つの開放端を有するケースと；
   前記ケースの前記開放端に設けられ，周縁は前記ケース側へ傾く傾斜面を有し，前記傾斜面の最外郭端は前記ケースの前記開放端に付着されるキャッププレートと；
   を含み，
   前記キャッププレートの傾斜面の最外郭端が前記ケースの前記開放端表面の内周と外周との間に位置するとともに、前記開放端の表面に溶接によって付着されることを特徴とする，二次電池。
2. 前記キャッププレートの終端は，前記開放端の表面の中央に位置することを特徴とする，請求項１に記載の二次電池。
3. 前記溶接はレーザビームを照射して行われることを特徴とする，請求項１に記載の二次電池。
4. 前記レーザビームは，前記開放端の表面に垂直方向に照射されることを特徴とする，請求項３に記載の二次電池。
5. 前記キャッププレートは，前記傾斜面の反対側の面が前記ケースに接するように位置することを特徴とする，請求項１〜４のいずれかに記載の二次電池。
6. 前記二次電池はモーターを駆動するための電源として利用されることを特徴とする，請求項１〜５のいずれかに記載の二次電池。
7. セパレータ及び前記セパレータの両面に配置される正極と負極とを含む電極群と，前記電極群が内蔵され，少なくとも一つの開放端を有するケースと，前記開放端と結合し，周縁部が前記ケース側へ傾く傾斜面を有するキャッププレートとを含む二次電池の製造方法であって：
   前記開放端を通して，前記ケースの内側に電極群を配置するステップと；
   前記キャッププレートの周縁を前記ケースの前記開放端の表面に位置させて，前記傾斜面の最外郭端が前記ケースの前記開放端表面の内周と外周との間に位置するように設けるステップと；
   前記キャッププレートの前記最外郭端を，溶接によって前記ケースの開放端の表面に付着するステップと；
   を含むことを特徴とする，二次電池の製造方法。
8. 前記キャッププレートの前記終端は，前記開放端の表面の中央に位置することを特徴とする，請求項７に記載の二次電池の製造方法。
9. 前記溶接はレーザビームを照射して行われることを特徴とする，請求項７または８に記載の二次電池の製造方法。
10. 前記レーザビームは前記開放端の表面に垂直方向に照射されることを特徴とする，請求項９に記載の二次電池の製造方法。
11. 前記二次電池はモーターを駆動するための電源として利用されることを特徴とする，請求項７〜１０のいずれかに記載の二次電池の製造方法。
12. セパレータと，前記セパレータの両面に配置される正極と負極を含む電極群と；
    前記電極群が内蔵され，少なくとも一つの開放端を有するケースと；
    前記ケースの前記開放端に設けられ，周縁はケース側へ傾く傾斜面を有しながら，その傾斜面の外側先端は前記ケースの開放端の表面に付着されるキャッププレートと；
    を含み，
    前記キャッププレートの傾斜面の最外郭端が前記ケースの解放端表面の内周と外周との間に位置するとともに、前記開放端の表面に溶接によって付着され，前記傾斜面と前記キャッププレートとの間の角度θが
    ０＜θ＜９０°
    を満足することを特徴とする，二次電池。

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