JP6478256B2 - 内部ターミナルの結合構造が改善された電気エネルギー貯蔵装置 - Google Patents

Description

本発明は、電気エネルギー貯蔵装置に関し、より詳しくは、電解液の含浸性及び内部ガス放出性能を向上させることができる構造を有する電気エネルギー貯蔵装置に関する。

本出願は、２０１５年１月１４日出願の韓国特許出願第１０−２０１５−０００６８３９号に基づく優先権を主張し、該当出願の明細書及び図面に開示された内容は、すべて本出願に援用される。

次世代の電気エネルギー貯蔵装置として脚光を浴びている高静電容量貯蔵装置とは、キャパシタの一種であるウルトラキャパシタ（Ｕｌｔｒａ Ｃａｐａｃｉｔｏｒ；ＵＣ）、スーパーキャパシタ（Ｓｕｐｅｒ Ｃａｐａｃｉｔｏｒ；ＳＣ）、電気二重層キャパシタ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｄｏｕｂｌｅ Ｌａｙｅｒ Ｃａｐａｃｉｔｏｒ；ＥＤＬＣ）などをいい、これは、電解コンデンサーと二次電池との中間的特性を有するエネルギー貯蔵装置であって、高い効率と半永久的寿命特性によって二次電池との併用及び代用が可能なエネルギー貯蔵装置である。

高静電容量貯蔵装置は、メインテナンスが容易でなく、長期間の使用寿命が求められるアプリケーションに対しては、蓄電池の代わりに用いられることもある。高静電容量貯蔵装置は速い充放電特性を有し、これによって移動通信情報器機である携帯電話、ノートブックＰＣ、ＰＤＡなどの補助電源としてだけでなく、高容量が求められる電気自動車、夜間道路標識灯、ＵＰＳ（Ｕｎｉｎｔｅｒｒｕｐｔｅｄ Ｐｏｗｅｒ Ｓｕｐｐｌｙ）などの主電源または補助電源として非常に適し、このような用途でよく用いられている。

なお、高静電容量貯蔵装置は、小型化のために、図１に示したように円筒形状のものがよく用いられている。

図１を参照すれば、高静電容量貯蔵装置は、正極板と負極板との間にセパレータが介された状態で巻き取られて形成されたゼリー・ロール（Ｊｅｌｌｙ ｒｏｌｌ）形態のセル組立体１０と、前記セル組立体１０を収容する金属ケース４０と、金属ケース４０の内部の上側と下側とにそれぞれ配置され、セル組立体１０の負極板と正極板とにそれぞれ連結される内部ターミナル２０と、内部ターミナル２０の外部に結合する外部ターミナル３０と、を含む。

高静電容量貯蔵装置において、特に、内部ターミナル２０は、図２に示したように複数の電解質含浸用の通孔２２が平面部２１に形成され、円形の外周を有する板状体からなる。また、内部ターミナル２０の縁部には、外部ターミナル３０の縁端と結合できるように垂直に延びたフランジ部２３が設けられる。

内部ターミナル２０が金属ケース４０の内部に配置されたとき、平面部２１の上面は外部ターミナル３０の下部に接触し、前記平面部２１の下面はセル組立体１０の外部に露出した電極リード部１１に接触する。

通常、高静電容量貯蔵装置は、常温で過充電や過放電、過電圧のような異常動作時に電解質と電極との界面で副反応が進み、これによる副産物として気体が発生するようになる。このように気体が発生して内部に蓄積されれば、金属ケース４０の内部圧力が持続的に増加し、結局は金属ケース４０が膨らむか、金属ケース４０における弱い部分で気体が急激に排出されながら爆発が発生するようになる。

金属ケース４０が膨らむ現象に係わり、金属ケース４０の上端には、外部ターミナル３０の方向へ曲げられるように形成されたカール加工部４１が設けられる。

しかし、従来の高静電容量貯蔵装置は、板状の内部ターミナルがリード部全体に圧着されることによって流路が確保されにくくなり、内部ガス放出性能が良くないという問題があり、前記のようにカール加工部４１が設けられるとしても金属ケース４０の内部圧力の増加に効果的に対応しにくい。

また、従来の内部ターミナル２０は、セル組立体１０との結合時、下面が電極リード部１１の全体に圧着することによって電解液の浸透が困難となり、含浸工程が円滑に行われないという問題があるが、このような問題は高粘度の電解液の使用時にさらに深刻に現われる。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、内部ターミナルと電極リード部との結合時、電極リード部の一部が圧着することなくその形状がそのまま維持されるようにして、電解液の含浸及び内部ガス放出性能を向上させることができる電気エネルギー貯蔵装置を提供することを目的とする。

上記の課題を達成するため、本発明は、電極リード部を有するセル組立体が金属ケース内に設けられた電気エネルギー貯蔵装置であって、支持部、接続リーブ及び貫通部から形成され、前記支持部及び前記接続リーブの下面が前記電極リード部の一部と接触する内部ターミナルを含み、前記電極リード部は、前記内部ターミナルの支持部及び接続リーブによって圧着される一部と、前記内部ターミナルの貫通部に位置して形状が維持される他部と、を含むことを特徴とする電気エネルギー貯蔵装置を提供する。

前記内部ターミナルは、中心に前記支持部が位置し、前記支持部の周りに一定間隔を有してバー形態で配列される接続リーブが形成され得る。

前記支持部の中心には、電解質含浸用の通孔が形成され得る。

本発明による電気エネルギー貯蔵装置は、前記内部ターミナルの円周方向に延びて前記接続リーブを相互連結する少なくとも一つ以上の補強リーブをさらに含み得る。

前記電極リード部は、前記接続リーブの対応する部分が切断されて圧着されることが望ましい。

前記複数の接続リーブは、前記金属ケースの内壁に対応するように端部にフランジ部が形成され得る。

前記電極リード部に接触する前記内部ターミナルの接触面積が、前記電極リード部の全体断面積の６０％以上であることが望ましい。

本発明によれば、内部ターミナルと電極リード部との結合時、電極リード部の形状を一部そのまま維持することで電解液の浸透を円滑にして含浸性を著しく向上させることができ、内部ガス放出性能を改善させることができる。

また、内部ターミナルをなす接続リーブの構造によって電極リード部の形状維持領域の面積と接触抵抗が容易に調節できる。

本明細書に添付される次の図面は、本発明の望ましい実施例を例示するものであり、発明の詳細な説明とともに本発明の技術的な思想をさらに理解させる役割をするため、本発明は図面に記載された事項だけに限定されて解釈されてはならない。

従来技術による電気エネルギー貯蔵装置の構成の一部を示した断面図である。 図１における内部ターミナルの外観を示した斜視図である。 本発明の望ましい実施例による電気エネルギー貯蔵装置の構成の一部を示した断面図である。 図３において内部ターミナルとリード部との結合関係を示す斜視図である。 図３における内部ターミナルの構成を示した底面図である。 図５の斜視図である。 図５の変形例を示した底面図である。 図７の斜視図である。 本発明の望ましい実施例による電気エネルギー貯蔵装置の製造過程を示したフローチャートである。 セル組立体のリード部を接続リーブの側面に対応するように部分カットする例を概略的に示した平面図である。 セル組立体のリード部を圧着した例を概略的に示した平面図である。 図９において、リード部の圧着部分に内部ターミナルを配置した例を示した平面図である。

図３は、本発明の望ましい実施例による電気エネルギー貯蔵装置の構成を示した断面図である。

図３を参照すれば、本発明の望ましい実施例による電気エネルギー貯蔵装置は、セル組立体１００と、前記セル組立体１００を収容する円筒状の金属ケース１５０と、金属ケース１５０の端部の内部に配置されてセル組立体１００と連結され、放射状の本体を備えた内部ターミナル１２０と、内部ターミナル１２０と接触して外部へ露出する外部ターミナル１３０と、を含む。

セル組立体１００としては、正極板及び負極板がセパレータを介した状態で一緒に巻き取られてゼリー・ロール形態をなす通常のウルトラキャパシタ用のセルを採用することができる。セル組立体１００の両端面部には、前記正極板と負極板とがそれぞれ連結される電極リード部１１０が位置する。

金属ケース１５０は、セル組立体１００を収容可能な内部空間が形成された円筒状の本体を有する。望ましくは、金属ケース１５０は、アルミニウム円筒体であり得る。

金属ケース１５０の長手方向の両端付近には、セル組立体１００の電極リード部１１０と連結される内部ターミナル１２０が配置され、内部ターミナル１２０の外部には前記内部ターミナル１２０に接触する外部ターミナル１３０が配置される。図３においては、金属ケース１５０の上側における内部ターミナル１２０及び外部ターミナル１３０のみを示したが、金属ケース１５０の下側にも内部ターミナル及び外部ターミナルが備えられることは勿論である。

外部ターミナル１３０は、金属ケース１５０の外部に露出し、金属ケース１５０の内周面に対応する円形の外周面を有し、全体的な形状は多様な３次元形態で構成され得る。

外部ターミナル１３０の中心には、厚さ方向に延びた中孔１４０が形成される。中孔１４０は、例えば、自動復帰型の安全弁１４１を取り付けるための空間として用いられるだけでなく、電解質を注入するためのパスと真空作業のためのエアーベント（Ａｉｒ Ｖｅｎｔ）としても用いられる。

外部ターミナル１３０に近い金属ケース１５０の上段には、金属ケース１５０の内方へ少し曲げられて（Ｃｕｒｌｉｎｇ）外部ターミナル１３０の離脱を防止するカール加工部１５１が設けられることが望ましい。

内部ターミナル１２０は、図４に示したように、セル組立体１００と結合する。即ち、内部ターミナル１２０は、セル組立体１００の上に配置され、一部の電極リード部１１０と圧着及び溶接（Ｗｅｌｄｉｎｇ）される一方、他部の電極リード部１１０の形状を維持可能にその本体の厚さ方向に貫通させる。 電極リード部１１０の圧着程度と内部ターミナル１２０の厚さは、内部ターミナル１２０を貫通して持ち上がった電極リード部１１０の上端位置を決定する。 これによって、内部ターミナル１２０を貫通して持ち上がった電極リード部１１０の上端は、内部ターミナル１２０の上面よりも高く位置でき、あるいは、内部ターミナル１２０の上面と同一であるかまたは少し低く位置できる。

前記のような内部ターミナル１２０と電極リード部１１０との結合関係を具現するために、内部ターミナル１２０は、図５及び図６に示したように所定形状の支持部１２１と、前記支持部１２１から放射状で延びた複数の接続リーブ１２２と、を含む。望ましくは、支持部１２１と接続リーブ１２２とは、金属板材によって一体で形成される。

支持部１２１は、中心に電解質含浸用の通孔１２４が形成された所定形状の板状本体を備える。

それぞれの接続リーブ１２２は、バー（Ｂａｒ）形態からなり、支持部１２１の周りに一定間隔で配列され、支持部１２１と複数の接続リーブ１２２の下面は、電極リード部１１０のある一部と接触する。

複数の接続リーブ１２２が一定の間隔を有して放射状で配列された構造によって、接続リーブ１２２と接続リーブ１２２との間には自然に空間１２３が形成される。この空間１２３は、内部ターミナル１２０を電極リード部１１０に結合するとき、電極リード部１１０の形状を維持させる貫通部（図１２の１２７参照）としての役割を果たす。即ち、この空間１２３が貫通部１２７となる。

内部ターミナル１２０は、接続リーブ１２２の端部が円筒状金属ケース１５０の内壁に対応するように垂直に上へ延びて形成されたフランジ部１２６を備える。フランジ部１２６は、外部ターミナル１３０の下部縁端を囲むことで密に結合する。

図７及び図８に示したように、内部ターミナル１２０には、接続リーブ１２２を相互連結する少なくとも一つ以上の補強リーブ１２５が付加され得る。補強リーブ１２５は、内部ターミナル１２０に対する補強機能とともに電極リード部１１０との接触面積調節機能を提供し、望ましくは、接続リーブ１２２と一体をなし、内部ターミナル１２０の円周方向へ環状に延びて複数の接続リーブ１２２を相互連結する。

図９は、本発明の望ましい実施例による電気エネルギー貯蔵装置を製造する主要過程を示す。

図９を参照すれば、本発明の望ましい実施例による電気エネルギー貯蔵装置の製造方法は、先ず、ゼリー・ロール形態のセル組立体１００を準備した後、リード部のカットティング（段階Ｓ１００）、リード部の部分圧着（段階Ｓ１１０）、内部ターミナルの配置（段階Ｓ１２０）、レーザー溶接（段階Ｓ１３０）などの工程を順番に進むことで行われる。

リード部カットティング工程（段階Ｓ１００）においては、所定の切断装置を用いて図１０に示したように、内部ターミナル１２０の接続リーブ１２２の両側面１２２ａに対応する前記電極リード部１１０の一部１０１を切断し、支持部１２１に対応する電極リード部１１０は、カットしない状態で次の工程へ進む。

リード部の部分圧着工程（段階Ｓ１１０）においては、所定の加圧装置を用いて前記部分カットされた領域に物理的圧力を加え、図１１に示したように圧着部１０２を形成する。ここで、圧着部１０２の全体形状は、内部ターミナル１２０の形状に一致する。

内部ターミナルの配置工程（段階Ｓ１２０）においては、図１２に示したように、内部ターミナル１２０を圧着部１０２に配置する。ここで、電極リード部１１０において圧着部１０２以外の部分は、内部ターミナル１２０に形成された接続リーブ１２２の間の空間１２３を貫通するため、内部ターミナル１２０によって押圧されることなくその形状がそのまま維持される。ここで、内部ターミナル１２０は、電極リード部１１０の形状を可能なかぎりよく維持しながらも、電極リード部１１０に対して適正の接触面積を有するように個数と面積が決められた接続リーブ１２２を備えるべきである。内部ターミナル１２０と電極リード部１１０との接触抵抗特性を考慮すれば、電極リード部１１０に接触する内部ターミナル１２０の接触面積は、セル組立体１００の外部に露出した電極リード部１１０の全体断面積の６０％以上であることが望ましい。６０％未満の場合は、内部ターミナル１２０と電極リード部１１０との接触抵抗が過度に増加するという問題がある。

レーザー溶接工程（段階Ｓ１３０）においては、内部ターミナル１２０の支持部１２１及び接続リーブ１２２に対してレーザー溶接工程を行うことで、内部ターミナル１２０と電極リード部１１０との結合を完了する。

前記のように内部ターミナル１２０と電極リード部１１０との結合が完了した後は、内部ターミナル１２０の外側に外部ターミナル１３０を結合し、金属ケース１５０の組立て、曲げ工程などを経って電気エネルギー貯蔵装置を密封処理する。

本発明においては、リード部のカットティング工程（段階Ｓ１００）の後、リード部の部分圧着工程（段階Ｓ１１０）を行ってから内部ターミナルの配置工程（段階Ｓ１２０）を行ったが、前記リード部のカットティング工程（段階Ｓ１１０）の後、リード部の部分圧着工程（段階Ｓ１１０）を省略し、内部ターミナル１２０を用いてリード部を部分圧着しながら内部ターミナルの配置工程（段階Ｓ１２０）を行うことも可能である。

上述のように本発明の望ましい実施例による電気エネルギー貯蔵装置は、内部ターミナル１２０と電極リード部１１０との結合時、電極リード部１１０の形状を一部維持できるため、電解液の浸透及び内部ガスの放出が円滑に行われるという著しい効果を奏する。

以上のように、本発明を限定された実施例と図面によって説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、本発明の属する技術分野で通常の知識を持つ者によって本発明の技術思想と特許請求の範囲の均等範囲内で多様な修正及び変形が可能であることは言うまでもない。例えば、上述の実施例及び図面において、内部ターミナル１２０及び電極リード部１１０が金属ケース１５０の上側に配置されるものとして図示及び説明したが、前記内部ターミナル１２０及び電極リード部１１０の構造及び結合関係は、金属ケース１５０の下側に配置される内部ターミナル及び電極リード部においても適用可能である。

本発明を適用すれば、電解液の含浸及び内部ガス放出性能の改善によって工程効率及び安全性が向上した電気エネルギー貯蔵装置を具現することができる。

Claims (4)

1. 電極リード部を有するセル組立体が金属ケース内に設けられた電気エネルギー貯蔵装置であって、
   支持部１２１、接続リーブ１２２及び貫通部１２７から形成され、前記支持部１２１及び前記接続リーブ１２２の下面が前記電極リード部１１０の一部と接触する内部ターミナル１２０と、
   前記金属ケース１５０の端部に配置され、前記内部ターミナル１２０の外部に位置して前記内部ターミナル１２０と接触する外部ターミナル１３０と、を含み、
   前記電極リード部１１０は、前記内部ターミナル１２０の支持部１２１及び接続リーブ１２２によって圧着される一部と、前記内部ターミナル１２０の貫通部１２７に挿入されて形状が維持される他部と、を含み、
   前記内部ターミナル１２０の中心に前記支持部１２１が位置し、
   前記支持部１２１の周りに一定間隔を有してバー形態で配列される接続リーブ１２２が備えられ、
   前記複数の接続リーブ１２２は、前記金属ケース１５０の内壁に対応するように端部にフランジ部１２６を備え、
   前記フランジ部１２６は、前記金属ケース１５０の内壁と接触するとともに、前記外部ターミナル１３０側へ垂直に延び、前記外部ターミナル１３０の下部縁端を囲み、
   前記電極リード部１１０に接触する前記内部ターミナル１２０の接触面積が、前記電極リード部１１０の全体断面積の６０％以上であることを特徴とする電気エネルギー貯蔵装置。
2. 前記支持部１２１の中心には、電解質含浸用の通孔１２４が形成されたことを特徴とする請求項１に記載の電気エネルギー貯蔵装置。
3. 前記内部ターミナル１２０の円周方向に延びて前記接続リーブ１２２を相互連結する少なくとも一つ以上の補強リーブ１２５をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の電気エネルギー貯蔵装置。
4. 前記電極リード部１１０は、切断装置によって前記接続リーブ１２２の両側面１２２ａに対応する部分を切断した後、内部ターミナル１２０の形状に合わせて圧着されることを特徴とする請求項１に記載の電気エネルギー貯蔵装置。

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