(57)【要約】本発明は、電池に関し、本発明の目的は、セルのタブが異種の金属からなることで溶接接合される部分が互いに同じ物性を有するようになり、これにより接合性を極大化する電池を提供することにある。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電池セルと、
負極タブおよび正極タブの一対からなり且つ前記電池セルに設けられた複数のタブであって、前記負極タブおよび前記正極タブの少なくとも一方においては、前記電池セルの外側に露出する溶接領域と前記電池セルの内部に配置される反応領域とが互いに異なる金属からなり、前記溶接領域と前記反応領域とが互いに接合されてなる複数のタブと、を含む電池。
【請求項２】
前記電池は、複数の前記電池セルが配列されてなり、
前記複数のタブは、それぞれが板状に形成され、前記負極タブの板面と前記正極タブの板面とが互いに平行に対向するように前記負極タブおよび前記正極タブが前記電池セルの一側から突出形成され、
前記複数の電池セルは、一つの電池セルの前記負極タブの板面と、前記一つの電池セルに最も近い位置の電池セルの前記正極タブの板面とが互いに平行に対向するように、少なくとも一つ以上の列をなして配置され、
前記一つの電池セルの前記負極タブと、前記一つの電池セルに最も近い位置の前記電池セルの前記正極タブとが溶接連結されている、請求項１に記載の電池。
【請求項３】
前記負極タブと前記正極タブの溶接領域とが互いに同じ材料からなる、請求項１に記載の電池。
【請求項４】
前記正極タブが単一材料からなり、前記負極タブの前記溶接領域が前記正極タブをなす材料と同じ材料からなる、請求項１に記載の電池。
【請求項５】
前記負極タブが単一材料からなり、前記正極タブの前記溶接領域が前記負極タブをなす材料と同じ材料からなる、請求項１に記載の電池。
【請求項６】
前記タブにおける前記溶接領域と前記反応領域との境界部分に設けられたシール材（sealant）をさらに含む、請求項１に記載の電池。
【請求項７】
リチウム（Lithium）二次電池であって、
前記正極タブがアルミニウム（Ａｌ）からなり、前記負極タブにおける前記溶接領域がアルミニウム（Ａｌ）からなり、前記反応領域が銅（Ｃｕ）またはニッケル（Ｎｉ）メッキされた銅（Ｃｕ）からなる、請求項１に記載の電池。
【請求項８】
リチウム（Lithium）二次電池であって、
前記負極タブが銅（Ｃｕ）またはニッケル（Ｎｉ）メッキされた銅（Ｃｕ）からなり、前記正極タブにおける前記溶接領域が銅（Ｃｕ）またはニッケル（Ｎｉ）メッキされた銅（Ｃｕ）からなり、前記反応領域がアルミニウム（Ａｌ）からなる、請求項１に記載の電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池に関し、より詳細には、電池のタブを異種の金属が接合されてなるようにすることで性能を改善する電池に関する。
【０００２】
電池は、一次電池と二次電池とに大別される。一次電池は、非可逆的な反応を用いて電気を生成するため一度使用すると再使用できない電池であって、一般的に使用される乾電池、水銀電池、ボルタ電池などがこれに属し、二次電池は、これとは異なり、可逆的な反応を用いるため使用後に充電して再使用できる電池であって、鉛蓄電池、リチウムイオン電池、ニッカド（Ｎｉ−Ｃｄ）電池などがこれに属する。図１は、二次電池の一つである通常のリチウムイオン電池の構造を概念的に示す図である。リチウムイオン電池とリチウムイオンポリマー電池は、電解質の性質（液体／固体）のみ相違するだけであって、その構造は同じである。また、電池によっては、電解質や極の材質が、図１に記載の材質とは多少異なることがある。図１に示されたように、リチウムイオン電池は、通常、炭素からなる負極１と、通常、リチウム化合物からなる正極２と、二つの極１、２間に位置する電解質３と、負極１および正極２を連結する電線４と、を含んでなる。電解質３中のリチウムイオンは、充電（charge）の際には負極１の方に、放電（discharge）の際には正極２の方に移動し、各極で残りの電子を放出するか吸収して化学反応を起こす。このようなプロセスにおいて前記電線４に電子が流れ、これにより、電気エネルギーが発生する。ここで、リチウムイオン電池をもって説明しているが、他の二次電池の場合にも電極または電解質として用いられる物質が異なるだけであって、基本原理および構造はこれと同じある。すなわち、通常、二次電池は、上述したように、負極１と、正極２と、電解質３と、電線４と、を含んでなる。
【０００３】
この際、二次電池は、それぞれ単一個の負極１、正極２、電解質３および電線４からなってもよく、より一般的には、単一個の負極１、正極２、電解質３および電線４からなる単位セル１０が多数個連結されてなる。すなわち、二次電池パックの内部には、上述したような単位セル１０が多数個内蔵されている。各単位セル１０が互いに電気的に連結されることは言うまでもない。
【０００４】
通常、二次電池は、その内部に多数個の単位セルを含んでおり、また、通常、各セルの電極と連結された一対の外部端子タブ（すなわち、各単位セルの負極が連結された一つの負極、各セルの正極が連結された一つの正極として、電池一つ当たり一対が設けられて電極としての機能を果たすタブ）が外部に露出している形に構成される。かかる二次電池は、通常、単一個が用いられるよりは、多数個が連結されて一つのパックとしての電池を形成する。このようなパック型の電池において、それぞれの電池を（電池を構成する単位セルと区別して）セルと称し、各セルのタブが電気的に連結されることは言うまでもない。
【背景技術】
【０００５】
このように、通常、電池は、多数個のセルが積層配置されて各セルのタブが電気的に互いに連結されてなる。この際、セルを互いに連結するために、ボルト締結および溶接などの方法が常に多く用いられているが、ボルト締結の場合、部品の個数および組立工程数が増加する問題があって、溶接によるセル連結方式の使用が拡大する傾向がある。セルのタブの溶接連結には、超音波溶接、レーザ溶接、抵抗溶接などの様々な方法が適用されてもよい。
【０００６】
一方、通常、セルのタブは、正極タブと負極タブとに分けられ、正極タブと負極タブは互いに異なる金属からなることが多い。例えば、リチウム二次電池では、電気化学的な安定性に鑑みて、正極タブはアルミニウム（Ａｌ）を用いて製造し、負極タブは銅（Ｃｕ）またはニッケル（Ｎｉ）がメッキされた銅を用いて製造する。このように、正極タブおよび負極タブは、電気化学的な反応性および安定性を高めるために、ほとんどの場合、互いに異なる金属からなることが一般的である。
【０００７】
しかし、上述したように、セルのタブが溶接によって接合される場合、正極タブと負極タブが互いに異なる金属からなっているため、物性の差によって接合がスムーズに行われない問題が生じうる。このように溶接連結の際に接合がスムーズに行われない場合、耐久性減少、接触抵抗増加などの問題が生じ、結果、電池の性能が低下する。それだけでなく、接合強度が均一にならないことがあり、製品の性能偏差をもたらす問題もまた存在する。
【０００８】
しかし、従来、電池の作製に際してこのような問題を解消するための研究がほとんど行われておらず、このような正極タブと負極タブとの物性の差によって生じる溶接不良の問題を解消しようとする当業者の要求が徐々に高まっている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上述した従来技術の問題を解決するために導き出されたものであって、本発明の目的は、セルのタブが異種の金属からなることで溶接接合される部分が互いに同じ物性を有するようになり、これにより接合性を極大化する電池を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述したような目的を達成するための本発明の電池は、電池セル１１０と、負極タブ１１１ａおよび正極タブ１１１ｂの一対からなり且つ前記電池セル１１０に設けられた複数のタブであって、前記負極タブ１１１ａおよび前記正極タブ１１１ｂの少なくとも一方においては、前記電池セル１１０の外側に露出する溶接領域Ｐと前記電池セル１１０の内部に配置される反応領域Ｓとが互いに異なる金属からなり、前記溶接領域Ｐと前記反応領域Ｓとが互いに接合されてなる複数のタブ１１１と、を含んでなる。
【００１１】
この際、前記電池１００は、複数の前記電池セル１１０が配列されてなり、前記複数のタブ１１１は、それぞれが板状に形成され、前記負極タブ１１１ａの板面と前記正極タブ１１１ｂの板面とが互いに平行に対向するように前記負極タブ１１１ａおよび前記正極タブ１１１ｂが前記電池セル１１０の一側から突出形成され、前記複数の電池セル１１０は、一つの電池セル１１０の負極タブ１１１ａの板面と、前記一つの電池セル１１０に最も近い位置の電池セル１１０の正極タブ１１１ｂの板面とが互いに平行に対向するように、少なくとも一つ以上の列をなして配置され、一つの電池セル１１０の負極タブ１１１ａと、前記一つの電池セル１１０に最も近い位置の電池セル１１０の正極タブ１１１ｂとが溶接連結されてよい。
【００１２】
また、前記電池１００は、前記負極タブ１１１ａと前記正極タブ１１１ｂの溶接領域Ｐとが互いに同じ材料からなるものであってよい。
【００１３】
または、前記電池１００は、前記正極タブ１１１ｂが単一材料からなり、前記負極タブ１１１ａの前記溶接領域Ｐが前記正極タブ１１１ｂをなす材料と同じ材料からなるものであってよい。
【００１４】
または、前記電池１００は、前記負極タブ１１１ａが単一材料からなり、前記正極タブ１１１ｂの前記溶接領域Ｐが前記負極タブ１１１ａをなす材料と同じ材料からなるものであってよい。
【００１５】
また、前記タブ１１１における前記溶接領域Ｐと前記反応領域Ｓとの境界部分に設けられたシール材（sealant）１１２をさらに含んでよい。
【００１６】
または、前記電池１００は、リチウム（Lithium）二次電池であって、前記正極タブ１１１ｂがアルミニウム（Ａｌ）からなり、前記負極タブ１１１ａにおける前記溶接領域Ｐがアルミニウム（Ａｌ）からなり、前記反応領域Ｓが銅（Ｃｕ）またはニッケル（Ｎｉ）メッキされた銅（Ｃｕ）からなるものであってよい。
【００１７】
または、前記電池１００は、リチウム（Lithium）二次電池であって、前記負極タブ１１１ａが銅（Ｃｕ）またはニッケル（Ｎｉ）メッキされた銅（Ｃｕ）からなり、前記正極タブ１１１ｂにおける前記溶接領域Ｐが銅（Ｃｕ）またはニッケル（Ｎｉ）メッキされた銅（Ｃｕ）からなり、前記反応領域Ｓがアルミニウム（Ａｌ）からなるものであってよい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、電池のセルのタブを溶接方式で連結するに際し、従来、正極タブと負極タブが互いに異なる金属からなることで物性の差によって接合不良が生じる恐れがあった問題を最初から除去して、セルのタブの溶接連結の際に接合性を極大化することができる。このようにセルの溶接接合性能が大幅に改善することにより、従来、接合不良によって発生した耐久性低下の問題や接触抵抗増加の問題もまた根本的に除去され、結果、耐久性上昇および接触抵抗低減の効果もまた奏することができる。さらに、セルのタブ溶接接合が常に高いレベルで行われることにより、接合均一性を得ることができ、これにより、従来、接合不良発生による製品間の性能偏差の問題もまた除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】一般的なリチウムイオン電池の構造図である。
【図２】電池の基本構造を示す斜視図である。
【図３】本発明の実施例による異種接合タブの構造を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、上述したような構成を有する本発明に係る電池について添付の図面を参照して詳細に説明する。
【００２１】
図２は電池の基本構造を示す斜視図である。図２に示されたように、本発明の実施例による電池１００は、電池セル１１０と、前記電池セル１１０に設けられる負極タブ１１１ａおよび正極タブ１１１ｂからなる一対のタブ１１１と、を含んでなる。以下、通常、広く使用される電池の形態である、多数個の電池セル１１０が配列されている形態について説明するが、これに本発明が限定されないことは言うまでもない。
【００２２】
電池１００は、一対のタブ１１１を有する複数の電池セル１１０が配列されてなり、前記タブ１１１は一つの電池セル１１０当たり負極タブ１１１ａおよび正極タブ１１１ｂが一つずつ設けられ、一つの電池セル１１０当たり前記タブ１１１が一対設けられる。この際、前記タブ１１１は、板状に形成され、前記電池セル１１０の一側に前記負極タブ１１１ａの板面と前記正極タブ１１１ｂの板面が互いに平行に対向するように突出形成される（本明細書の図では一つの実施例として前記タブ１１１が上側に突出した場合を示しているが、前記タブ１１１は前記電池１００に対して両側面に位置してもよく、その位置が上側のみに限定されない。）。また、前記電池セル１１０は、一つの電池セル１１０の負極タブ１１１ａの板面と、前記一つの電池セル１１０に最も近い位置の電池セル１１０の正極タブ１１１ｂの板面とが互いに平行に対向するように、少なくとも一つ以上の列をなして配置される。詳細に説明すると、図２に示されたように、前記電池セル１１０は、通常、フラットな直方体の形状を有しているが、一対の前記タブ１１１は、前記電池セル１１０の狭い面の一つで垂直に、広い面と平行に並んで延長する形状を有する。また、前記電池セル１１０は、広い面同士が互いに重なるように配列され、これにより、前記電池セル１１０の広い面と平行に形成される前記タブ１１１は、前記電池セル１１０が配列されることで、自然とすべてが互いに並んで配列された形状を有する。
【００２３】
この際、前記電池セル１１０間には前記電池セル１１０の位置を固定支持する支持部材１２０が介在されてもよい。本発明の実施例によるセルのタブ連結構造において、前記支持部材１２０の有無はそれほど重要に考慮される事項ではないため、簡単に説明すると、このような支持部材１２０は、無論、従来の一般的な電池にも用いられる構造であって、前記支持部材１２０がアルミニウムのような金属材からなることもあり、または電気的絶縁体の材質からなることもある。
【００２４】
このように形成される電池の基本構造において、本発明では、従来、前記タブ１１１が溶接によって互いに連結される際に、前記負極タブ１１１ａと前記正極タブ１１１ｂが溶接される部分が互いに異なる金属からなっていることで物性の差によって溶接による接合がスムーズに行われなかった問題を改善するために、前記タブ１１１が異種の金属が接合されてなる構造を提示する。以下、より詳細に説明する。
【００２５】
図２に示されている基本的な電池の構造から分かるように、前記タブ１１１は、平面状に形成されて互いに並んで配置される。この際、前記タブ１１１を電気的に連結するために溶接接合が行われる。より具体的に説明すると、一つの電池セル１１０の負極タブ１１１ａと、前記一つの電池セル１１０に最も近い位置の電池セル１１０の正極タブ１１１ｂとが溶接連結される。
【００２６】
この際、上述したように、従来、前記負極タブ１１１ａと前記正極タブ１１１ｂが互いに異なる材料からなっていることで、溶接接合がスムーズに行われないという問題が発生していた。かかる問題を除去するために、本発明では、前記タブ１１１において、前記負極タブ１１１ａおよび前記正極タブ１１１ｂの少なくとも一つの前記電池セル１１０の外側に露出する溶接領域Ｐと前記電池セル１１０の内部に配置される反応領域Ｓが互いに異なる金属からなり、前記溶接領域Ｐおよび前記反応領域Ｓが互いに接合されてなるようにしている。
【００２７】
図３は本発明の実施例によるタブの構造を示す図である。図３に示されているように、前記タブ１１１は、負極タブ１１１ａであるか正極タブ１１１ｂであるかを問わず、前記電池セル１１０の内部に配置されて前記電池セル１１０内に収容されている電解質と直接接触して反応を起こす反応領域Ｓと、前記電池セル１１０を構成する包装材の外部に露出して、溶接接合が行われる溶接領域Ｐとに分けられる。
【００２８】
本発明では、上述したように、前記負極タブ１１１ａおよび前記正極タブ１１１ｂの少なくとも一つの前記溶接領域Ｐと前記反応領域Ｓが互いに異なる金属からなる。この際、本発明の実施例による電池１００では、前記負極タブ１１１ａおよび前記正極タブ１１１ｂの溶接領域Ｐが互いに同じ材料からなる。
【００２９】
図３（Ａ）ではこのようなタブの構造の一実施例が示されている。図３（Ａ）の実施例では、前記正極タブ１１１ｂは従来のように単一材料からなり、前記負極タブ１１１ａの前記溶接領域Ｐが前記正極タブ１１１ｂをなす材料と同じ材料からなる。すなわち、図３（Ａ）の実施例では、前記正極タブ１１１ｂは、従来と同様に、単一材料からなるタブであり、前記負極タブ１１１ａは、前記溶接領域Ｐと前記反応領域Ｓをなす材料が互いに異なる、すなわち異種接合タブである。
【００３０】
具体的な例として、前記電池１００がリチウム（Lithium）二次電池の場合、前記正極タブ１１１ｂがアルミニウム（Ａｌ）からなり、前記負極タブ１１１ａにおける前記溶接領域Ｐがアルミニウム（Ａｌ）からなり、前記反応領域Ｓが銅（Ｃｕ）またはニッケル（Ｎｉ）メッキされた銅（Ｃｕ）からなってもよい。
【００３１】
これにより、前記電池セル１１０の内部では電気化学的反応が正常に起こり、前記負極タブ１１１ａの前記溶接領域Ｐが前記正極タブ１１１ｂと同じ材料からなっているため、これらを互いに溶接接合する際に物性の差による接合不良が生じる可能性を根本的に除去することができる。
【００３２】
図３（Ｂ）は他の実施例であって、図３（Ａ）とは反対に、前記負極タブ１１１ａが単一材料からなり、前記正極タブ１１１ｂの前記溶接領域Ｐが前記負極タブ１１１ａをなす材料と同じ材料からなっている。無論、前記電池１００がリチウム（Lithium）二次電池の場合の具体的な例としては、前記負極タブ１１１ａが銅（Ｃｕ）またはニッケル（Ｎｉ）メッキされた銅（Ｃｕ）からなり、前記正極タブ１１１ｂにおける前記溶接領域Ｐが銅（Ｃｕ）またはニッケル（Ｎｉ）メッキされた銅（Ｃｕ）からなり、前記反応領域Ｓがアルミニウム（Ａｌ）からなってもよい。この場合にもまた、前記正極タブ１１１ｂが異種接合タブに構成されることで、前記正極タブ１１１ｂにおいて前記電池セル１１０の内部では電解質との電気化学的反応が従来のように依然としてよく起こり、前記電池セル１１０の外部に露出している前記溶接領域Ｐが前記負極タブ１１１ａと同じ材料からなっていることで溶接接合がスムーズに行われることができる。
【００３３】
無論、図３（Ａ）、図３（Ｂ）に示されているように、前記負極タブ１１１ａや前記正極タブ１１１ｂのいずれか一つのみが異種接合タブに構成されることに本発明が限定されるものではない。本発明の実施例による異種接合タブは、二つのタブの両方に適用されてもよく、換言すれば、前記負極タブ１１１ａおよび前記正極タブ１１１ｂの両方が異種接合タブであってもよい。すなわち、二つのタブの両方において、前記溶接領域Ｐは溶接性に優れ、電気伝導度が高い材料を選択し、前記反応領域Ｓは電気化学的反応性の高い材料を選択して、二つのタブの両方を異種接合タブに構成してもよい。
【００３４】
なお、図３に示されたように、前記溶接領域Ｐと前記反応領域Ｓとの境界部分に設けられたシール材（sealant）１１２をさらに含むことができる。これにより、前記電池セル１１０のシール性を高めるともに、前記溶接領域Ｐと前記反応領域Ｓの接合強度を補強することができる。
【００３５】
本発明は、上述した実施例に限定されず、適用範囲が多様であることは言うまでもなく、請求の範囲で請求する本発明の要旨から離脱することなく当該本発明が属する分野において通常の知識を有する者であれば誰でも様々な変形実施が可能であることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明によれば、セルのタブの溶接連結の際に接合性を極大化することができ、耐久性上昇および接触抵抗低減の効果を奏することができ、接合均一性取得の効果および製品間の性能偏差除去の効果を奏することができる。
【符号の説明】
【００３７】
１００  （本発明の実施例による）電池
１１０  電池セル
１１１  タブ
１１１ａ  負極タブ
１１１ｂ  正極タブ
１１２  シール材
１２０  支持部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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2014517495.tif 000008
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