JP4554565B2

JP4554565B2 - 二次電池

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Publication number: JP4554565B2
Application number: JP2006184870A
Authority: JP
Inventors: 容三金; 基昊金; 載▲キュン▼ 金
Original assignee: Samsung SDI Co Ltd
Current assignee: Samsung SDI Co Ltd
Priority date: 2005-07-05
Filing date: 2006-07-04
Publication date: 2010-09-29
Anticipated expiration: 2026-07-04
Also published as: US20070009793A1; CN1893160A; KR100637443B1; CN100461522C; US7736797B2; JP2007019017A

Description

本発明は二次電池に関し、より詳しくは、製造が容易で、集電効率を改善することができる、二次電池に関する。

一般に、二次電池は、充電が不可能な一次電池とは異なって、充電及び放電が可能な電池であって、最近では、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は、携帯電話、ノートパソコン、そしてカムコーダーのような携帯が可能な小型電子機器に使用され、数十個の前記電池セルを直列または並列に連結して構成された大容量電池は、大電力が要求される機器、例えば電気自動車などのモータ駆動用電源に使用される。

このような二次電池は、多様な形状に製造されているが、代表的な形状としては、円筒形や角形があり、これは、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させて、これを渦流状に巻いて電極群（またはゼリーロール）を形成したり、正極、負極、及びセパレータを複数積層して電極群を形成した後に、これをケースに内蔵設置して、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、電池を構成する。

また、前記正極及び負極、そしてセパレータが巻かれて構成された電極群の場合、正極及び負極には電池の作動時に正極及び負極で発生した電流を集電するための各リードが付着され、このリードが外部端子と連結されて、正極及び負極で発生した電流を外部端子に誘導するようになる。

特に、いわゆるハイブリッド電気自動車（ＨｙｂｒｉｄＥｌｅｃｔｒｉｃＶｅｈｉｃｌｅ；ＨＥＶ）用のような大容量電池においては、正極及び負極の面積が電池の大きさに比例して大きくなり、それによる抵抗などを考慮して集電面積を極大化させることができるように別途のタップを使用するようになり、このために、特開２０００−４０５０１号公報では、角形の二次電池において、タップによる電極群の無地部及び端子の連結構造を開示している。

しかし、前記従来の技術は、タップが無地部と溶接によって付着される過程で溶接不良が発生したり、電気伝導性が低下する問題点がある。

つまり、前記タップが厚い場合には、無地部との溶接性が低下して溶接不良が発生することがあり、溶接出力を高める場合には、薄い材質の無地部が破れる恐れがある。また、タップが薄い場合には、溶接は確実に行われるが、電気伝導性が低下して、所望の電池特性を得るのが難しいという問題点がある。

そして、従来のタップの構造は、無地部との接触部及び端子との接触部の間の断面積が減少することによって電気伝導性が低下する問題点もある。

従って、本発明は、前記問題点を解消するために発明されたものであって、電極群の無地部と連結されるタップの構造を改善して、溶接性と共に電気伝導性を向上させることができるようにした二次電池を提供する。

本発明の実施例による二次電池は、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及び負極を含む電極群と、前記電極群が内蔵されるケースと、外部端子と連結される端子部、前記端子部の両端に連結されて、互いに平行に対応して配置される左、右側連結部、及び前記左、右側連結部の各一側面に折曲部を通じて連結されて、前記各連結部の一区間の間に一定の間隔の隙間を形成して、前記電極群の無地部に各々電気的に連結される左、右側内向接続部を含むタップと、前記ケースに結合されてこれを密閉し、前記タップに連結された外部端子が結合されるキャップ組立体と、を含む。

それにより、前記タップは、その左、右側連結部によって断面積が２倍に増加して、断面積の減少による抵抗の増加を防止することができるようになる。

ここで、前記二次電池は角形に形成されるのが好ましく、それにより、前記電極群は、ゼリーロール形態に巻かれて平たく押さえられて、平坦な部分である平面部及び丸く折り曲げられた部分である屈曲部が形成されて、前記屈曲部を進行方向にして角形のケース内に内蔵される。

また、前記電極群を構成する前記正極及び負極は、集電体及び活物質がコーティングされたコーティング部及びコーティングされていない無地部からなるが、本発明の二次電池の場合、前記無地部は、各極板の一側端に沿って連続的に形成され、前記正極及び負極に対して互いに対向する方向に配置されて、電極群の両端をなすようにするのが好ましい。

より好ましくは、キャップ組立体が上部に向かうようにケースを立てた時に、負極の無地部及び正極の無地部がケースの両側面に配置されるようにして、前記正極及び負極の無地部及びタップを媒介として電気的に連結される外部端子がキャップ組立体の上に突出されるようにする。

一方、本発明では、無地部と接する前記タップの左、右側内向接続部、前記左、右側連結部、及び端子部は一体に連結された板材を板金加工して形成される。

このために、前記タップの端子部及び左、右側連結部の連結部分は互いに直角に、前記左、右側連結部及び左、右側内向接続部は各々折曲部を通じて１８０°に折畳まれて形成されることができる。

前記タップの左、右側連結部は、その各先端から前記端子部との連結部分までの断面積が同一に形成され、前記タップの両側の折曲部を通じて各々連結される左、右側連結部及び左、右側内向接続部の一区間は、互いの間の隙間を通じて前記無地部に嵌合されるようにするのが好ましい。

また、前記端子部は外部端子に溶接によって固定され、前記タップの左、右側連結部は前記無地部の外側に配置され、前記左、右側内向接続部は前記無地部の内側に配置される構造からなる。

この時、前記タップの左、右側内向接続部は前記無地部と超音波溶接によって連結されるのが好ましい。

前記構造のタップの左、右側連結部は、無地部及び外部端子の連結が単純に両側で折曲がった構造からなるので、断面積が２倍に増加して、抵抗の増加を防止することができるようになる。

本発明によれば、無地部及び外部端子の間でタップの断面積の減少を防止して、断面積の減少による抵抗の増加を防止することができるようになる。

また、端子組立体を構成するタップの製造が容易であって、タップの量産及び製造原価の減少に有利な利点がある。

また、電極群の無地部及びタップの接触面積を極大化させることによって、無地部の溶接による変形を防止すると同時に、集電効率を向上させて、出力性能を向上させることができるようになる。

また、電極群の各部位から発生した電流を実質的に均一に引出すことができ、それによって高出力、大容量が要求されるモータ駆動用電池の特性を満足させることができるようになる。

以下、添付した図面を参照して、本発明の実施例について、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者が容易に実施することができるように詳しく説明する。

しかし、本発明は多様な相異した形態で具現され、ここで説明する実施例に限定されない。

図１は本発明の実施例による二次電池の構成を示した一部切断斜視図である。

前記図面は電極群の一側先端についてのみ示しているが、他側先端も同一な構造からなるので、以下の説明では正極側先端についてのみ説明する。

前記図面によれば、本発明の実施例による二次電池は、帯状の正極１及び負極３がセパレータ５を間において積層された状態で、これらを巻いてゼリーロール形態に形成した電極群１０、及び一端に開放された開口部７が形成され、内部には前記電極群１０を収容するための空間部が形成されている角形のケース９が設置される。

そして、前記電極群１０の無地部１１に嵌合されて超音波溶接され、先端には外部端子２１が溶接によって固定されるタップ２０、及び前記ケース９の開口部７に結合されてこれを密閉し、前記タップ２０に付着された外部端子２１が外側に貫通されて設置されるようにしたキャップ組立体３０を含む。

ここで、前記タップ２０は、外部端子２１と溶接によって固定的に連結されて端子組立体をなし、前記電極群１０の無地部１１及び外部端子２１を電気的に連結するようになる。

まず、前記電極群１０は、各々の活物質が集電体にコーティングされて形成された正極及び負極がセパレータを間において積層された状態や、正極１、セパレータ５、及び負極３が積層された状態で、これらを渦流状に巻いて形成されたゼリーロール形態からなる。

本実施例に適用される前記電極群１０は、各々の活物質が集電体にコーティングされて形成された正極１及び負極３の間にセパレータ５を配置して積層した状態でこれらを渦流状に巻いて形成されたゼリーロール形態からなり、正極１の無地部１１及び負極３の無地部（図示せず）が電極群１０の両端に配置されて形成される。

そして、前記ケース９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、その形状は電極群１０が収容される内部空間部が形成されている六面体またはそれ以外の形状からなる。

前記キャップ組立体３０は、前記ケース９の開口部７に気密を維持した状態で結合してケース９を密閉するようにキャッププレート３１からなり、前記キャッププレート３１上には、前記外部端子２１が貫通して設置されるように端子孔３３が形成される。

従って、本実施例による二次電池は、ケース９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時を基準（以下の説明では、特別な言及がない限り、この基準に従う）にして、ケース９の両側面に前記電極群１０の両端の無地部１１（一側は図示せず）が対応して位置するように内蔵設置される。

そして、前記電極群１０の両端の無地部１１（一側は図示せず）には、各々タップ２０を媒介として外部端子２１（つまり、正極端子及び負極端子）が電気的に連結され、前記外部端子２１は、キャップ組立体３０の端子孔３３を貫通して一部が外部に突出する。

以下、本発明の一実施例による前記タップ２０について、図３乃至図５を参照して説明する。

前記タップ２０は、厚さの薄い一体型板材を板金加工して畳んで形成される。

前記タップ２０をなす板材は、図３に示したように、前記外部端子２１と連結される端子部（Ｐ）が中央に配置され、前記端子部（Ｐ）の両端に延びた左、右側連結部（Ｃ１、Ｃ２）が配置され、前記左、右側連結部（Ｃ１、Ｃ２）の各一側部には折曲部（Ｆ１、Ｆ２）を通じて左、右側内向接続部（Ｗ１、Ｗ２）が配置されて、前記端子部（Ｐ）を中心に対称構造をなしている。

したがって、前記タップ２０は、図４及び図５に示したように、端子部（Ｐ）を中心にその両端に延びた左、右側連結部（Ｃ１、Ｃ２）を直角に折曲げて左側及び右側の連結部が互いに平行に対応するように加工し、前記左、右側内向接続部（Ｗ１、Ｗ２）は、各々前記左、右側連結部（Ｃ１、Ｃ２）に連結される各々の折曲部（Ｆ１、Ｆ２）を通じて左、右側連結部（Ｃ１、Ｃ２）の内側に１８０°折曲げて加工する。

つまり、前記タップ２０の端子部（Ｐ）及び左、右側連結部（Ｃ１、Ｃ２）の連結部分は互いに直角をなし、前記左、右側連結部（Ｃ１、Ｃ２）及び左、右側内向接続部（Ｗ１、Ｗ２）は各々折曲部（Ｆ１、Ｆ２）を通じて１８０°に折畳まれて平行になる。

この時、前記左、右側連結部（Ｃ１、Ｃ２）及びこれに各々対応する前記左、右側内向接続部（Ｗ１、Ｗ２）の間には、前記折曲部（Ｆ１、Ｆ２）と連結される一区間に一定の間隔の隙間を形成して、前記電極群１０の無地部１１に各々嵌合することができるように構成する。

このような構成のタップ２０は、前記端子部（Ｐ）、左、右側連結部（Ｃ１、Ｃ２）、及び左、右側内向接続部（Ｗ１、Ｗ２）が一体型板材を板金加工することによって形成され、前記端子部（Ｐ）を通じて外部端子２１と溶接されて端子組立体を構成するようになる。

このようなタップ２０の左、右側連結部（Ｃ１、Ｃ２）は、その各先端から前記端子部（Ｐ）との連結部分（Ｐ１）までの断面積が同一に形成され、前記タップ２０の両側の折曲部（Ｆ１、Ｆ２）を通じて各々連結される左、右側連結部（Ｃ１、Ｃ２）及び左、右側内向接続部（Ｗ１、Ｗ２）の一区間は互いの間の隙間を通じて前記無地部１１に嵌合されるように構成される。

この時、前記隙間は、前記無地部１１の一側の厚さと同一に形成されるのが好ましい。

また、前記タップ２０は、図５に示したように、その左、右側連結部（Ｃ１、Ｃ２）及び左、右側内向接続部（Ｗ１、Ｗ２）の間の隙間を通じて前記無地部１１に嵌合される時、前記左、右側連結部（Ｃ１、Ｃ２）が前記無地部１１の外側に配置され、前記左、右側内向接続部（Ｗ１、Ｗ２）が前記無地部１１の内側に配置されるように構成される。

このように、前記無地部１１の内側に嵌合される左、右側内向接続部（Ｗ１、Ｗ２）は、前記無地部１１と超音波溶接によって連結されるのが好ましい。

このように、本実施例によって端子組立体を構成するタップ２０は、平らな板材形態からなる端子部（Ｐ）、左、右側連結部（Ｃ１、Ｃ２）、及び左、右側内向接続部（Ｗ１、Ｗ２）を単に折り畳んだり、加圧する板金加工によって製造することができるが、前記左、右側内向接続部（Ｗ１、Ｗ２）は左、右側連結部（Ｃ１、Ｃ２）の各々に対して折曲部（Ｆ１、Ｆ２）を通じて１８０°に折り畳まれ、前記左、右側連結部（Ｃ１、Ｃ２）は端子部（Ｐ）との連結部分で直角に折り曲げられて互いに平行になるように構成されるのが、その主な特徴である。

したがって、前記板材を板金加工するだけでもこのようなタップ２０を製造することができるので、端子組立体の製造が容易になり、これは大量生産が可能な利点を提供するようになる。

また、タップ２０の端子部（Ｐ）を中心にして電極群１０の無地部１１と超音波溶接される内向接続部（Ｗ１、Ｗ２）が左右側に分離されて形成されるので、溶接性と共に集電面積を２倍に拡大することができて、電気伝導性を倍加させることができ、これと共に、連結部（Ｃ１、Ｃ２）も左右側に分離されてその各先端から前記端子部（Ｐ）との連結部分（Ｐ１）までの断面積が同一になるように形成されるので、断面積を２倍に拡大して、抵抗を減少させることができる利点がある。

一方、図６乃至図８は本発明の他の実施例によるタップ２０及びこれを適用した端子組立体１８’を示した図面であって、この図面を参照すれば、前記他の実施例によるタップ２０を構成するための板材は、図６に示したように、前記外部端子２１と連結される端子部（Ｐ）が中央に配置され、前記端子部（Ｐ）の両端に延びた左、右側連結部（Ｃ１、Ｃ２）が配置され、前記左、右側連結部（Ｃ１、Ｃ２）の各一側部には折曲部（Ｆ１、Ｆ２）を通じて左、右側内向接続部（Ｗ１、Ｗ２）が配置されて、前記端子部（Ｐ）を中心に対称構造をなしている。

この時、前記タップ２０の左、右側連結部（Ｃ１、Ｃ２）は、その各々の先端が前記左、右側内向接続部（Ｗ１、Ｗ２）の各先端まで延びて、各々折曲部（Ｆ１、Ｆ２）を通じて一体に連結される形状である。

したがって、前記タップ２０は、図７及び図８に示したように、端子部（Ｐ）を中心にその両端に延びた左、右側連結部（Ｃ１、Ｃ２）を直角に折曲げて左側及び右側の連結部（Ｃ１、Ｃ２）が互いに平行に対応するように加工し、前記左、右側内向接続部（Ｗ１、Ｗ２）は、各々前記左、右側連結部（Ｃ１、Ｃ２）に連結される各々の折曲部（Ｆ１、Ｆ２）を通じて左、右側連結部（Ｃ１、Ｃ２）の内側に１８０°折曲げて加工する。

つまり、前記タップ２０の端子部（Ｐ）及び左、右側連結部（Ｃ１、Ｃ２）の連結部分（Ｐ１）は互いに直角をなし、前記左、右側連結部（Ｃ１、Ｃ２）及び左、右側内向接続部（Ｗ１、Ｗ２）は各々折曲部（Ｆ１、Ｆ２）を通じて１８０°に折畳まれて平行になる。

この時、前記左、右側内向接続部（Ｗ１、Ｗ２）は、その全区間にわたって折曲部（Ｆ１、Ｆ２）を通じて前記左、右側連結部（Ｃ１、Ｃ２）と連結され、その間には、一定の間隔の隙間を形成して、前記電極群１０の無地部１１に各々嵌合することができるように構成する。

このような構成のタップ２０は、前記端子部（Ｐ）、左、右側連結部（Ｃ１、Ｃ２）、及び左、右側内向接続部（Ｗ１、Ｗ２）が一体型板材を板金加工することによって形成され、前記端子部（Ｐ）を通じて外部端子２１と溶接されて端子組立体１８’を構成するようになる。

このようなタップ２０の左、右側連結部（Ｃ１、Ｃ２）は、その各先端から前記端子部（Ｐ）との連結部分（Ｐ１）までの断面積が同一に形成され、前記タップ２０の両側の折曲部（Ｆ１、Ｆ２）を通じて各々連結される左、右側連結部（Ｃ１、Ｃ２）及び左、右側内向接続部（Ｗ１、Ｗ２）の全区間は互いの間の隙間を通じて前記無地部１１に嵌合されるように構成される。

もちろん、前記隙間は、前記無地部１１の一側の厚さと同一に形成されるのが好ましい。

また、前記タップ２０は、図９に示したように、その左、右側連結部（Ｃ１、Ｃ２）及び左、右側内向接続部（Ｗ１、Ｗ２）の間の隙間を通じて前記無地部１１に嵌合される時、前記左、右側連結部（Ｃ１、Ｃ２）が前記無地部１１の外側に配置され、前記左、右側内向接続部（Ｗ１、Ｗ２）が前記無地部１１の内側に配置されるように構成される。

このように、前記無地部１１の内側に嵌合される左、右側内向接続部（Ｗ１、Ｗ２）は、前記延びた左、右側連結部（Ｃ１、Ｃ２）と共に、前記無地部１１と超音波溶接によって連結されるのが好ましい。

このように、本発明の他の実施例によって端子組立体１８’を構成するタップ２０は、左、右側連結部（Ｃ１、Ｃ２）を左、右側内向接続部（Ｗ１、Ｗ２）の全区間に対応するように延ばすことによって、集電面積をより拡大する効果があり、これによって電気伝導性を倍加させることができるようになる。

また、左、右側内向接続部（Ｗ１、Ｗ２）と共に、結合される電極群１０の無地部１１をその溶接過程で支持するようにして、無地部の変形を防止することができる利点もある。

前記本発明の二次電池は、高出力特性が要求されるハイブリッド自動車（ＨＥＶ）、電気自動車（ＥＶ）、無線掃除機、電動自転車、電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有用に使用することができる。

前記では、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構成を示した一部切断斜視図である。本発明の実施例による二次電池の端子組立体の一部構成要素を展開して示した斜視図である。本発明の実施例による二次電池の端子組立体の前面斜視図である。本発明の実施例による二次電池の端子組立体の背面斜視図である。本発明の実施例による二次電池の端子組立体の組立て状態図である。本発明の他の実施例による二次電池の端子組立体の一部構成要素を展開して示した斜視図である。本発明の他の実施例による二次電池の端子組立体の前面斜視図である。本発明の他の実施例による二次電池の端子組立体の背面斜視図である。本発明の他の実施例による二次電池の端子組立体の組み立て状態図である。

符号の説明

１正極
３負極
５セパレータ
７開口部
９ケース
１０電極群
１１無地部
２０タップ
２１外部端子
３０キャップ組立体
３１キャッププレート
３３端子孔

Claims

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及び負極を含む電極群と、
前記電極群が内蔵されるケースと、
外部端子と連結される端子部、前記端子部の両端に連結されて、互いに平行に対応して配置される左、右側連結部、及び前記左、右側連結部の各一側面に折曲部を通じて連結されて、前記各連結部の一区間の間に一定の間隔の隙間を形成して、前記電極群の無地部に各々電気的に連結される左、右側内向接続部を含むタップと、
前記ケースに結合されて前記ケースを密閉し、前記タップに連結された外部端子が結合されるキャップ組立体と、を含み、
前記タップの端子部、左、右側連結部、及び左、右側内向接続部は一体型板材からなる二次電池。
前記タップの端子部、左、右側連結部、及び左、右側内向接続部は一体型板材を板金加工して形成される、請求項１に記載の二次電池。
前記タップの端子部及び左、右側連結部の連結部分は互いに直角に、前記左、右側連結部及び左、右側内向接続部は各々折曲部を通じて１８０°に折り畳まれて形成される、請求項１に記載の二次電池。
前記タップの左、右側連結部は、前記左、右側連結部の各先端から前記端子部との連結部分までの断面積が同一に形成される、請求項１に記載の二次電池。
前記タップの両側の折曲部を通じて各々連結される左、右側連結部及び左、右側内向接続部の一区間は、互いの間の隙間を通じて前記無地部に嵌合される、請求項１に記載の二次電池。
前記隙間は前記無地部の一側の厚さと同一に形成される、請求項５に記載の二次電池。
前記端子部は外部端子に溶接によって固定される、請求項１に記載の二次電池。
前記タップの左、右側連結部は前記無地部の外側に配置され、前記左、右側内向接続部は前記無地部の内側に配置される、請求項１に記載の二次電池。
前記タップの左、右側内向接続部は前記無地部と超音波溶接によって連結される、請求項１に記載の二次電池。
前記二次電池はモータ駆動用である、請求項１に記載の二次電池。
前記タップの左、右側連結部は、前記左、右側連結部の各先端が前記左、右側内向接続部の各先端まで延びて、各々折曲部を通じて連結される、請求項１に記載の二次電池。
前記タップの左、右側連結部に対応する前記左、右側内向接続部は、前記左、右側内向接続部の全区間にかけて前記左、右側連結部との間に一定の間隔の隙間を形成する、請求項１１に記載の二次電池。
前記隙間は前記無地部の一側の厚さと同一に形成される、請求項１２に記載の二次電池。