JP5227434B2

JP5227434B2 - ２次電池

Info

Publication number: JP5227434B2
Application number: JP2011036115A
Authority: JP
Inventors: 相轅卞; 柄圭安
Original assignee: Samsung SDI Co Ltd
Current assignee: Samsung SDI Co Ltd
Priority date: 2010-05-20
Filing date: 2011-02-22
Publication date: 2013-07-03
Anticipated expiration: 2031-02-22
Also published as: US20110287291A1; KR20110128084A; JP2011243560A; CN102255066A; EP2388844B1; US8501346B2; CN102255066B; EP2388844A1; KR101135511B1

Description

本発明は、リードタップと電極端子との締結力を向上させる２次電池に関する。

２次電池（ｒｅｃｈａｒｇｅａｂｌｅｂａｔｔｅｒｙ）は、セパレータおよびその両面に備えられる正極と負極を巻き取ったゼリーロール形態の電極組立体と、電極組立体を内蔵するケースと、ケースの開口を密閉するキャッププレートと、電極組立体に電気的に連結され、キャッププレートに形成された端子ホールを通してキャッププレート外部に突出される電極端子と、電極組立体の負極と正極を電極端子にそれぞれ連結するリードタップとを含む。

リードタップは、キャッププレートの内側で電極端子にコーキング（ｃａｕｌｋｉｎｇ）および溶接で締結される。電極組立体に締結されるリードタップは電極端子に比べて薄い板で形成される。このため、リードタップは弱い支持力を有し、これによって若干の振動によっても溶接部分で遠ざかるほど垂れる現象を発生させることがある。つまり、リードタップが溶接部分で折曲されることがある。

溶接部分でリードタップの垂れまたは折曲が激しい場合、リードタップが溶接部分で電極端子から分離されて両者間の電気的連結が遮断される。特に、負極に連結するリードタップが銅で形成される場合、リードタップが電極端子との溶接部分でより簡単に垂れたり折曲されて電極端子から簡単に離脱されることがある。

そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、リードタップの支持力を向上させ、リードタップと電極端子との締結力を向上させることが可能な、新規かつ改良された２次電池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、セパレータの両面に備えられる正極および負極を前記セパレータと共に巻き取って形成される電極組立体と；前記電極組立体を収容するケースと；前記ケースの一側開口を密閉するキャッププレートと；前記キャッププレートの端子ホールに設けられる電極端子と；前記ケース内で前記電極端子と前記電極組立体とを連結するリードタップと；を含み、前記電極端子は、前記キャッププレートの内側に形成される内側端子プレートと、前記内側端子プレートから突出されて前記リードタップの第１締結具および第２締結具にそれぞれ結合される主結合突起および補助結合突起とを含む、２次電池が提供される。

また、前記補助結合突起は、１つまたは複数形成されることとしても良い。

また、前記補助結合突起は、前記第２締結具にコーキング（ｃａｕｌｋｉｎｇ）または締まり嵌め結合されることとしても良い。

また、前記主結合突起は、前記内側端子プレートの中心に形成され、前記補助結合突起は、前記主結合突起と前記キャッププレートの端部との間に形成されることとしても良い。

また、前記補助結合突起は、前記主結合突起を中心として両側で前記第２締結具に結合されることとしても良い。

また、前記電極端子は、前記キャッププレートの外側に設けられる外側端子プレートと、前記外側端子プレートに連結されるねじ部とをさらに含むこととしても良い。

また、前記外側端子プレートおよび前記ねじ部は、同種の材質で形成および溶接されることとしても良い。

また、前記外側端子プレートおよび前記電極端子は、異種の材質で形成およびコーキング締結されることとしても良い。

また、前記電極端子は、前記キャッププレートの外側に設けられるナットで締結されるねじ部をさらに含むこととしても良い。

以上説明したように本発明によれば、リードタップの支持力を向上させ、リードタップと電極端子との締結力を向上させることが可能となる。

本発明の第１実施例による２次電池の斜視図である。図１のＩＩ-ＩＩ線に沿って切断して示した断面図である。電極組立体とリードタップとの分解斜視図である。電極端子とリードタップとの連結部を示した断面図である。本発明の第２実施例による２次電池における電極端子とリードタップとの連結部を示した断面図である。本発明の第３実施例による２次電池における電極端子とリードタップとの連結部を示した断面図である。

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は、本発明の第１実施例による２次電池の斜視図であり、図２は、図１のＩＩ-ＩＩ線に沿って切断して示した断面図である。図１および図２を参照すれば、第１実施例の２次電池１００は、電極組立体１０を内蔵するケース２０と、ケース２０の一側に形成される開口を密閉するキャッププレート３０と、キャッププレート３０の端子ホール３１１、３１２に設けられる電極端子４１、４２と、電極端子４１、４２を電極組立体１０に溶接で連結するリードタップ５１、５２とを含む。

電極組立体１０は、絶縁体であるセパレータ１３と、セパレータ１３の両面に配置される正極１１および負極１２とを含み、正極１１、負極１２およびセパレータ１３を共に巻き取ることによってゼリーロール形態で構成される。正極１１および負極１２は、薄板の金属箔からなる集電体と、集電体の表面にコーティングされる活物質とを含む。また、正極１１および負極１２は、集電体に活物質がコーティングされるコーティング部Ｃ（図３参照）と、集電体に活物質がコーティングされない無地部１１１、１２１とに区画されてもよい。コーティング部Ｃは、電極組立体１０の正極１１および負極１２の大部分を形成し、無地部１１１、１２１はゼリーロール状態でコーティング部Ｃの両側にそれぞれ配置される。

図３は、電極組立体およびリードタップの分解斜視図である。図３を参照すれば、無地部１１１、１２１およびリードタップ５１、５２は、正極１１および負極１２でそれぞれ同一に形成される。したがって、正極１１側無地部１１１とリードタップ５１を例に挙げて説明すれば、無地部１１１は連続的に巻き取られるため無地部１１１の端部は同一の中心線から漸進的に大きくなるラインを形成する。リードタップ５１は、電極端子４１に連結される連結部５１１と、連結部５１１の一側に折曲して形成されて無地部１１１に超音波溶接またはレーザー溶接される集電部５１２とを含む。連結部５１１は、電極端子４１に連結されるように電極端子４１に向かって開口された第１締結具６１と、第１締結具６１に並んでいる第２締結具６２とを形成する。

再び図１および図２を参照すれば、ケース２０は、２次電池１００の全体的な外形を形成し、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で形成される。ケース２０は、電極組立体１０を内蔵する空間を提供する。例えば、ケース２０は六面体の電極組立体１０を収容するように一側に開口を有する六面体の角型で形成されてもよい。開口は図面から上方に向かう。

キャッププレート３０は、薄い板材で形成され、ケース２０の開口に結合して開口を密閉する。キャッププレート３０は、密閉されたケース２０の内部を外部と遮断し、必要に応じて内部と外部を互いに連結可能に構成される。例えば、キャッププレート３０は、密閉されたケース２０の内部に電解液を注入する電解液注入口３２を有する。電解液注入口３２は、電解液注入後、密封キャップ３３によって密封される。

また、キャッププレート３０はベントホール３５を形成し、ベントホール３５にキャッププレート３０よりも薄い板材で形成されて溶接されるベントプレート３４を備える。ベントプレート３４は、電極組立体１０の充電および放電作用で発生されるガスによって、ケース２０の内圧が所定値以上に上昇する時、切開してガスを排出して２次電池１００の爆発を防止する。

電極端子４１、４２は、キャッププレート３０に形成された端子ホール３１１、３１２にそれぞれ設置されて、電極組立体１０の正極１１および負極１２を外部にそれぞれ引き出す。例えば、電極端子４１、４２はそれぞれ端子ホール３１１、３１２に外側インシュレータ４３１、４３２および内側インシュレータ４４１、４４２を介在して設置されることによって、キャッププレート３０と電気的に絶縁される。端子ホール３１１、３１２、内側インシュレータ４４１、４４２、および外側インシュレータ４３１、４３２は、２つの電極端子４１、４２で同一の構造で形成できるので、一側電極端子４１、端子ホール３１１、内側インシュレータ４４１、および外側インシュレータ４３１を例に挙げて説明する。

外側インシュレータ４３１は、キャッププレート３０の外側で端子ホール３１１に部分的に挿入されて電極端子４１とキャッププレート３０とを電気的に絶縁させる。つまり、外側インシュレータ４３１は、電極端子４１の外面とキャッププレート３０の外面とを絶縁させ、同時に電極端子４１の外面と端子ホール３１１の内面とを互いに絶縁させる。内側インシュレータ４４１は、キャッププレート３０の内側で端子ホール３１１に対応してキャッププレート３０とリードタップ５１とを電気的に絶縁させる。つまり、内側インシュレータ４４１は、リードタップ５１の上面とキャッププレート３０の内面とを互いに絶縁させる。

図４は、電極端子とリードタップとの連結部を示した断面図である。図４を参照すれば、電極端子４１とリードタップ５１とは結合および溶接されて電気的に互いに連結される。電極端子４１とリードタップ５１との結合構造は、電極端子４１とリードタップ５１との締結力を高め、リードタップ５１自体の支持力を高めることができるように形成されている。例えば、電極端子４１は、キャッププレート３０の内側に位置する内側端子プレート４１１と、リードタップ５１の連結部５１１に結合される主結合突起４１２および補助結合突起４１３と、キャッププレート３０の外側に位置する外側端子プレート４１４と、ねじ部４１５とを含む。

内側端子プレート４１１は、電極端子４１のキャッププレート３０内側でリードタップ５１の連結部５１１と内側インシュレータ４４１との間に介在される。内側端子プレート４１１、リードタップ５１の連結部５１１、および内側インシュレータ４４１は、キャッププレート３０と互いに水平状態を形成する。この時、内側端子プレート４１１は、内側インシュレータ４４１によってキャッププレート３０と電気的に絶縁状態を維持する。

主結合突起４１２は、電極端子４１で延長する構造で、内側端子プレート４１１からケース２０内側へ突出形成されてリードタップ５１の連結部５１１の第１締結具６１に結合し、内側端子プレート４１１と連結部５１１間の溶接状態を堅固にする。例えば、主結合突起４１２は、第１締結具６１に挿入されてコーキング締結されてリードタップ５１の連結部５１１と電極端子４１の内側端子プレート４１１とを電気的に連結する。主結合突起４１２は、内側端子プレート４１１の中心に形成されてリードタップ５１の連結部５１１と内側端子プレート４１１との電気的連結を安定的に実現する。

補助結合突起４１３は、主結合突起４１２の一側で主結合突起４１２に平行な状態で内側端子プレート４１１からケース２０内側へ突出形成されてリードタップ５１の連結部５１１の第２締結具６２に結合し、内側端子プレート４１１と連結部５１１間の溶接状態を堅固にする。つまり、第２締結具６２に結合された補助結合突起４１３は、リードタップ５１の連結部５１１左側が下方へ（図４で）垂れることを防止することによって、内側端子プレート４１１と連結部５１１との溶接状態を支持するようになる。連結部５１１の左側は、集電部５１２を通して電極組立体１０に連結されるので、連結部５１１の右側に比べて、振動などによって下方へ引かれる力が大きく作用することがある。例えば、補助結合突起４１３は、第２締結具６２に挿入されてコーキング締結されて、リードタップ５１の連結部５１１と電極端子４１の内側端子プレート４１１とを電気的に連結する。補助結合突起４１３は、主結合突起４１２とキャッププレート３０の端部との間に形成されてリードタップ５１の連結部５１１の支持力を増大させる。したがって、リードタップ５１の連結部５１１は主結合突起４１２に加えて、補助結合突起４１３で内側端子プレート４１１に垂れ下がる構造を形成する。

図示されているように、主結合突起４１２の直径が補助結合突起４１３の直径よりも大きく形成されるので、第１締結具６１の直径が第２締結具６２の直径よりも大きく形成される。第１実施例で、補助結合突起４１３は内側端子プレート４１１で１つが形成され、これに対応して第２締結具６２が連結部５１１に１つ形成されている。図示されてはいないが、補助結合突起と第２締結具は互いに結合する複数が形成されても良い。また、補助結合突起４１３は連結部５１１の第２締結具６２に挿入されてコーキング締結されるが、締まり嵌めまたはすきま嵌め結合されることもできる。

図５は、本発明の第２実施例による２次電池における電極端子とリードタップとの連結部を示した断面図である。図５を参照する２次電池２００の説明において、第１実施例の２次電池１００と比較して同一または類似する構成については説明を省略し、互いに異なる構成について説明する。

第２実施例の２次電池２００によれば、内側端子プレート４１１に形成される補助結合突起４１３、４２４は、主結合突起４１２を中心として両側に一対が形成される。リードタップ２５１の連結部５１１で第１締結具６１の両側に形成される第２締結具６２、６３は、補助結合突起４１３、４２４にそれぞれ結合される一対が形成される。一対の補助結合突起４１３、４２４は、第１締結具６１の両側でリードタップ２５１の連結部５１１と内側端子プレート４１１とをより緊密に結合させる。

図５で補助結合突起４１３、４２４は第２締結具６２、６３に挿入された状態を維持する。主結合突起４１２が第１締結具６１に挿入されてコーキング締結されており、連結部５１１が内側端子プレート４１１に溶接されているため、補助結合突起４１３が第２締結具６２でコーキングされずに挿入された状態を維持する場合にも、リードタップ２５１の連結部５１１自体は支持力を向上させ、また垂れを防止することができる。この時、補助結合突起４１３は第２締結具６２にすきま嵌めまたは締まり嵌め結合されても良い。すきま嵌めに比べて、締まり嵌め結合される場合、補助結合突起４１３はリードタップ２５１連結部５１１の支持力をより向上させることができる。もちろん、補助結合突起４１３、４２４は第２締結具６２、６３でそれぞれコーキングされてリードタップ２５１の連結部５１１をより効果的に支持することもできる。

図４および図５を参照すれば、外側端子プレート４１４は外側インシュレータ４３１を介在してキャッププレート３０の外側に設置されて電極端子４１に電気的に連結される。例えば、外側端子プレート４１４は、電極端子４１と異種の材質で形成されて電極端子４１にコーキング連結されても良い。また、ねじ部４１５は外側端子プレート４１４と同一の材質で形成されて外側端子プレート４１４に溶接されても良い。電極端子４１を外側端子プレート４１４にコーキング結合して備えることによって、外側端子プレート４１４にねじ部４１５を溶接可能にする。この時、外側端子プレート４１４およびねじ部４１５を電極端子４１よりも機械的強度が大きい材質で形成することによって、ねじ部４１５にバスバー（図示せず）を連結してナット（図示せず）を締結する時、ねじ部４１５がトルクに対して強い耐久性を有することができるようにする。

図６は、本発明の第３実施例による２次電池における電極端子とリードタップとの連結部を示した断面図である。図６を参照すれば、第３実施例の２次電池３００における電極端子３４１は、キャッププレート３０の外側に形成されてナット３４２に締結されるねじ部３４３を含む。第３実施例において、電極端子３４１、内側端子プレート４１１およびねじ部３４３は同一の材質で形成される。したがって、主結合突起４１２と補助結合突起４１３およびこれらに対応する第１、第２締結具６１、６２を有する連結部５１１およびリードタップ５１は、第１、第２実施例に限定されず、第３実施例でのように電極端子３４１とねじ部３４３を同一の材料で形成する場合に適用可能なことを例示する。

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、２００、３００：２次電池
１０：電極組立体
１１：正極
１２：負極
１３：セパレータ
２０：ケース
３０：キャッププレート
３２：電解液注入口
３３：密封キャップ
３４：ベントプレート
３５：ベントホール
４１、４２、３４１：電極端子
５１、５２、２５１：リードタップ
６１：第１締結具
６２、６３：第２締結具
１１１、１２１：無地部
３１１、３１２：端子ホール
３４２：ナット
４１２：主結合突起
４１３、４２４：補助結合突起
４１４：外側端子プレート
４１５、３４３：ねじ部
４３１、４３２：外側インシュレータ
４４１、４４２：内側インシュレータ
５１１：連結部
Ｃ：コーティング部

Claims

セパレータの両面に備えられる正極および負極を前記セパレータと共に巻き取って形成される電極組立体と；
前記電極組立体を収容するケースと；
前記ケースの一側開口を密閉するキャッププレートと；
前記キャッププレートの端子ホールに設けられる電極端子と；
前記ケース内で前記電極端子と前記電極組立体とを連結するリードタップと；
を含み、
前記電極端子は、
前記キャッププレートの内側に形成される内側端子プレートと、
前記内側端子プレートから突出されて前記リードタップの第１締結具および第２締結具にそれぞれ結合される主結合突起および補助結合突起と
を含む、２次電池。
前記補助結合突起は、
１つまたは複数形成される、請求項１に記載の２次電池。
前記補助結合突起は、
前記第２締結具にコーキング（ｃａｕｌｋｉｎｇ）または締まり嵌め結合される、請求項１に記載の２次電池。
前記主結合突起は、前記内側端子プレートの中心に形成され、
前記補助結合突起は、前記主結合突起と前記キャッププレートの端部との間に形成される、請求項１に記載の２次電池。
前記補助結合突起は、
前記主結合突起を中心として両側で前記第２締結具に結合される、請求項１に記載の２次電池。
前記電極端子は、
前記キャッププレートの外側に設けられる外側端子プレートと、
前記外側端子プレートに連結されるねじ部と
をさらに含む、請求項１に記載の２次電池。
前記外側端子プレートおよび前記ねじ部は、同種の材質で形成および溶接される、請求項６に記載の２次電池。
前記外側端子プレートおよび前記電極端子は、異種の材質で形成およびコーキング締結される、請求項７に記載の２次電池。
前記電極端子は、
前記キャッププレートの外側に設けられるナットで締結されるねじ部をさらに含む、請求項１に記載の２次電池。