(57)【要約】  二次バッテリーパック  カソード/セパレータ/アノード構造の電極アセンブリーがバッテリーケース中に電解質と共に密封された状態で取り付けられているバッテリーセルと、開口部を有する絶縁性取付部材と、該開口部を通して該バッテリーセルの電極端子が外側に露出しており、該絶縁性取付部材が、安全性素子が該絶縁性取付部材の上部に取り付けられる構造に構築されており、該絶縁性取付部材が該バッテリーセルの上部と直接接触しており、及び該安全性素子が該絶縁性取付部材に取り付けられている状態で、該絶縁性取付部材を取り囲むように、該バッテリーセルの上部に連結された絶縁性キャップとを包含する二次バッテリーパックであって、該バッテリーケースが、その上部に、少なくとも一個の連結溝を備え、該絶縁性取付部材が、その底部に、該少なくとも一個の連結溝に対応する少なくとも一個の連結突起を備え、それによって、該少なくとも一個の連結突起を該少なくとも一個の連結溝の中に挿入することにより、該絶縁性取付部材と該バッテリーセルの連結が達成される、二次バッテリーパックを開示する。
2010507895.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次バッテリーパックであって、
バッテリーセルと、
前記バッテリーセルが、バッテリーケース中に電解質と共に密封された状態で取り付けられてなる、カソード/セパレータ/アノード構造の電極アセンブリーを有してなり、
開口部を有する絶縁性取付部材と、
前記開口部を通して、前記バッテリーセルの電極端子が外側に露出しており、
前記絶縁性取付部材が、安全性素子が前記絶縁性取付部材の上部に取り付けられる構造に構築されており、
前記絶縁性取付部材が前記バッテリーセルの上部と直接接触しており、及び
絶縁性キャップを備えてなり、
前記絶縁性キャップが前記バッテリーセルの上部に連結され、前記安全性素子が前記絶縁性取付部材に取り付けられて、前記絶縁性取付部材を取り囲むようにされなるものであり、
前記バッテリーケースが、前記バッテリーケースの上部に、少なくとも一個の連結溝を備えてなり、かつ、前記絶縁性取付部材が、前記絶縁性取付部材の底部に、前記少なくとも一個の連結溝に対応するする少なくとも一個の連結突起を備えてなり、それによって、前記連結突起を前記連結溝の中に挿入することにより、前記絶縁性取付部材と前記バッテリーセルの連結が達成されてなる、二次バッテリーパック。
【請求項２】
前記バッテリーケースが金属容器である、請求項１に記載の二次バッテリーパック。
【請求項３】
前記絶縁性取付部材が、前記バッテリーセルの上部のサイズにほぼ相当するサイズを有してなり、
前記絶縁性取付部材が、前記絶縁性取付部材の中央に第一開口部を備えてなり、
前記第一開口部を通して、前記バッテリーセルの第一電極端子が外側に露出し、及び
前記絶縁性取付部材が、前記第一開口部から予め決められた間隔を置いた位置に第二開口部を備えてなり、前記第二開口部を通して、前記バッテリーセルの前記バッテリーケースの上部の一部(第二電極端子)が外側に露出している、請求項１に記載の二次バッテリーパック。
【請求項４】
前記絶縁性取付部材が、前記絶縁性取付部材の対向する側方末端が予め決められた高さだけ上向きに突出した構造に構築されている、請求項３に記載の二次バッテリーパック。
【請求項５】
前記安全性素子が、正温度係数(PTC)素子、ヒューズ、及び保護回路基板からなる群から選択された一種以上のものである、請求項１に記載の二次バッテリーパック。
【請求項６】
前記安全性素子が、PTC素子及び保護回路基板を包含し、
前記PTC素子の一端が、前記バッテリーセルの第一電極端子に接続され、前記PTC素子の他端が前記保護回路基板に接続され、
前記バッテリーセルの前記第二電極端子が、前記保護回路基板に接続されてなる、請求項１または５に記載の二次バッテリーパック。
【請求項７】
前記PTC素子と前記保護回路基板との間の電気的接続(a)、並びに
前記第二電極端子と前記保護回路基板との間の電気的接続(b)が、可変接続部材により行われる、請求項６に記載の二次バッテリーパック。
【請求項８】
前記電気的接続(a)のための前記接続部材、並びに前記電気的接続(b)のための前記部材が、前記保護回路基板に連結され、前記接続部材が、前記バッテリーセルのそれぞれの電極端子に連結される、請求項７に記載の二次バッテリーパック。
【請求項９】
前記保護回路基板を前記バッテリーセルの上部に配置して、前記保護回路基板と前記バッテリーセル上部との間の角度が約90度を超えるように、前記接続部材が前記バッテリーセルの前記電極端子に連結されてなり、
前記保護回路基板が前記バッテリーセルの上部と平行になるようにして、前記保護回路基板が前記絶縁性取付部材上に配置されるように、前記可変接続部材を曲げてなり、及び
前記接続部材の曲げ部分が同じ側を向くように、前記接続部材が保護回路基板に連結されてなる、請求項８に記載の二次バッテリーパック。
【請求項１０】
前記接続部材がニッケル板である、請求項１に記載の二次バッテリーパック。
【請求項１１】
前記連結溝の中に接着剤を注入した後で、前記連結突起が対応する前記連結溝の中に挿入されてなる、請求項１に記載の二次バッテリーパック。
【請求項１２】
前記絶縁性キャップが前記バッテリーセルに取り付けられて、前記絶縁性キャップが、前記絶縁性キャップの少なくともある部分が前記バッテリーセルの上部の外側を取り囲むのに十分な、予め決められた長さだによって下方に伸びてなる、請求項１に記載の二次バッテリーパック。
【請求項１３】
前記絶縁性キャップの下方に伸びる部分が、接着様式または機械的連結様式で、前記バッテリーセルの上部の外側に固定される、請求項１２に記載の二次バッテリーパック。
【請求項１４】
前記バッテリーセルの底部に連結された別の絶縁性キャップ(底部キャップ)をさらに備えてなる、請求項１に記載の二次バッテリーパック。
【請求項１５】
前記バッテリーセルの前記バッテリーケースの外側表面に取り付けられたシースフィルムをさらに備えてなる、請求項１または１３に記載の二次バッテリーパック。
【請求項１６】
前記シースフィルムが前記絶縁性キャップの下方に伸びる部分を取り囲むように、前記シースフィルムが前記バッテリーセルの前記バッテリーケースの外側表面に取り付けられる、請求項１５に記載の二次バッテリーパック。
【請求項１７】
前記バッテリーセルが、プリズム形リチウム二次バッテリーである、請求項１に記載の二次バッテリーパック。
【発明の詳細な説明】
【発明の分野】
【０００１】
本発明は、絶縁性取付部材がバッテリーセルの上部に特殊な連結構造を通して連結されるように構築された二次バッテリーパックに関し、より詳しくは、カソード/セパレータ/アノード構造の電極アセンブリーがバッテリーケース中に電解質と共に密封された状態で取り付けられているバッテリーセルと、開口部を有する絶縁性取付部材と、該開口部を通して該バッテリーセルの電極端子が外側に露出しており、該絶縁性取付部材が、安全性素子が該絶縁性取付部材の上部に取り付けられる構造に構築されており、該絶縁性取付部材が該バッテリーセルの上部と直接接触しており、及び該安全性素子が該絶縁性取付部材に取り付けられている状態で、該絶縁性取付部材を取り囲むように、該バッテリーセルの上部に連結された絶縁性キャップとを包含する二次バッテリーパックであって、該バッテリーケースが、該バッテリーケースの上部に、少なくとも一個の連結溝を備え、該絶縁性取付部材が、該絶縁性取付部材の底部に、該少なくとも一個の連結溝に対応する少なくとも一個の連結突起を備え、それによって、該少なくとも一個の連結突起を該少なくとも一個の連結溝の中に挿入することにより、該絶縁性取付部材と該バッテリーセルの連結が達成される、二次バッテリーパックに関する。
【発明の背景】
【０００２】
可動装置の開発が進み、そのような可動装置の需要が増加するにつれて、二次バッテリーの需要も急速に増加している。二次バッテリーの中で、特にリチウム二次バッテリーは、エネルギー密度及び電圧が高く、貯蔵及び耐用寿命特性が優れており、様々な電子工学製品ならびに可動装置用のエネルギー供給源として広く使用されている。
【０００３】
他方、リチウム二次バッテリーには、様々な可燃性材料が含まれている。その結果、バッテリーの過充電、バッテリー中の過電流、あるいは他の、外部の物理的影響により、リチウム二次バッテリーが加熱されるか、または爆発することがある。即ち、リチウム二次バッテリーの安全性は非常に低い。そのため、リチウム二次バッテリーは、バッテリーの異常状態、例えばバッテリーの過充電、を効果的に抑制するためにバッテリーセルに接続された保護回路モジュール(PCM)を包含する。
【０００４】
一般的に、PCMを包含する安全性素子は、バッテリーセルの電極端子と電気的に接続したまま、同時に、バッテリーセルの他の部品からは隔離しておく必要がある。従って、そのような接続を行うのに、複数の絶縁性取付部材が必要になり、バッテリーの組立工程が複雑になる。また、バッテリーセルと絶縁性取付部材との間に接着剤を塗布し、絶縁性取付部材をバッテリーセルに固定する。しかし、この連結方法は、バッテリーの強度を低下させる。バッテリーセルに物理的衝撃が作用した時、この連結強度低下が、バッテリーセル中に短絡を誘発し、その結果、バッテリーセルが火災または爆発を起こすことがあり、バッテリーの安全性が低下する。
【０００５】
この理由から、バッテリーセルに連結される絶縁性取付部材の数を少なくし、同時に、バッテリーセルの機械的強度を改良するための研究がなされている。例えば、韓国特許出願公開第2002-077175号明細書は、バッテリーケースまたはバッテリーケースの上部に取り付けるカバーにロック突起を形成し、カバーまたはバッテリーケースにロック受入部分を形成し、ロック突起とロック受入部分との間の係合によりカバーがバッテリーケースに連結される構造を開示している。韓国特許登録第0561298号明細書は、裸電池と、裸電池の上部に配置されたバッテリー部品との間の連結界面に凹凸部分が形成され、裸電池の凹凸部分と、バッテリー構成部分(component section)の対応する凹凸部分との間の係合により、バッテリー構成部分が裸電池に連結される構造を開示している。また、日本国特許出願公開第2006-140149号明細書は、電池の末端部分に取り付けられた導電性プレス部材と、導電性プレス部材の中に挿入される導電性挿入部材との間の係合により、保護カバーが電池に連結される構造を開示している。
【０００６】
しかし、上記の技術には、裸電池の上部及び電池カバーの底部に雄雌型連結部材をさらに形成し、保護回路基板と裸電池との間の電気的絶縁を達成するのに、裸電池と電池カバーとの間に配置された保護回路基板と裸電池との間に絶縁性部材をさらに取り付ける、という問題がある。
【０００７】
さらに、日本国特許出願公開第2006-04882号明細書は、裸電池が、その上部の対向する側部に連結溝を備え、上部キャップが、その底部に、連結溝に対応する連結突起を備えており、連結突起を対応する連結溝の中に強制的に挿入することにより、上部キャップが裸電池に連結される構造を開示している。また、韓国特許出願公開第2006-32591号明細書は、バッテリーコアに上部カバーが取り付けられ、保護回路基板を支持するための「構造支持部材」がバッテリーコアの上部の中に挿入されており、バッテリーコアがその上部に位置合わせ孔を備え、上部カバーがその底部に位置合わせ切欠を備えている構造に構築された二次バッテリーを開示している。
【０００８】
しかし、上記の構造には、バッテリーセルの端子と保護回路基板との間の電気的絶縁を達成するのに、バッテリーセルの端子と保護回路基板との間に追加の部材を挿入し、組立工程が複雑になる、という問題がある。この問題を、以下により詳細に説明する。
【０００９】
一般的に、バッテリーの過充電、過放電、及び過電流を制御するための保護回路を包含する保護回路モジュール(PCM)は、二次バッテリーの、二次バッテリーの電極端子が外側に露出される片側に取り付けられる。PCMは、バッテリーセルの両電極端子に電気的に接続し、同時に、バッテリーセル中で短絡が生じないように、バッテリーセルの残りの部分からは電気的に絶縁する必要がある。従って、PCM基板とバッテリーセルとの間に絶縁性部材を挿入する必要がある。さらに、電極端子と電気的に接続するために、導電性部材、例えば接続ピン、をさらに備える必要がある。
【００１０】
また、保護回路基板をバッテリーコアの上部に支持する構造支持部材を取り付ける技術では、その構造支持部材は、保護回路基板が所定の位置に取り付けられるように、保護回路基板を案内し、保護回路基板を支持するのに役立つだけである。さらに、保護回路基板は、構造支持部材の底部に取り付けられるので、追加の絶縁性部材が尚必要である。
【００１１】
絶縁性／導電性部材をさらに用意することにより、組立工程が複雑になる。また、バッテリーセルと上部キャップとの間に複数の部材をさらに配置することにより、機械的連結強度が低下する。
【００１２】
そのため、バッテリーセルの上部に取り付ける部材の数を少なくして組立工程を簡素化し、バッテリーセルと取付部材との間の安定した連結強度を確保することができる技術が強く求められている。
【発明の概要】
【００１３】
従って、本発明は、上記の問題及び他の未解決の技術的問題を解決するためになされたものである。
【００１４】
上記の問題を解決するための、様々な広範囲で集中的な研究及び実験の結果、本発明者らは、絶縁性取付部材を、特殊な連結構造を通してバッテリーセルの上部に連結して二次バッテリーパックを構築した場合、二次バッテリーパックの組立工程が大きく簡素化され、バッテリーセルの上部に連結される絶縁性取付部材の量を最少に抑え、安定した連結強度を維持できることを見出した。
【００１５】
従って、本発明の目的は、絶縁性取付部材が、特殊な連結構造を通してバッテリーセルの上部に連結されるように構築された二次バッテリーを提供することである。
【００１６】
本発明により、上記の、及び他の目的は、カソード/セパレータ/アノード構造の電極アセンブリーがバッテリーケース中に電解質と共に密封された状態で取り付けられているバッテリーセルと、開口部を有する絶縁性取付部材と、該開口部を通して該バッテリーセルの電極端子が外側に露出しており、該絶縁性取付部材が、安全性素子が該絶縁性取付部材の上部に取り付けられる構造に構築されており、該絶縁性取付部材が該バッテリーセルの上部と直接接触しており、及び該安全性素子が該絶縁性取付部材に取り付けられている状態で、該絶縁性取付部材を取り囲むように、該バッテリーセルの上部に連結された絶縁性キャップとを包含する二次バッテリーパックであって、該バッテリーケースが、該バッテリーケースの上部に、少なくとも一個の連結溝を備え、該絶縁性取付部材が、該絶縁性取付部材の底部に、該少なくとも一個の連結溝に対応する少なくとも一個の連結突起を備え、それによって、該少なくとも一個の連結突起を該少なくとも一個の連結溝の中に挿入することにより、該絶縁性取付部材と該バッテリーセルの連結が達成される、二次バッテリーパックを提供することにより、達成される。
【００１７】
本発明の二次バッテリーパックは、電極アセンブリーが中に取り付けられているバッテリーセルと、絶縁性取付部材と、該絶縁性取付部材が該バッテリーセルの上部と緊密に接触するように、該絶縁性取付部材の上部に安全性素子が取り付けられており、及び該バッテリーセルの上部に連結された絶縁性キャップとを包含する。絶縁性取付部材とバッテリーセルの上部との間の連結は、連結溝と、該連結溝に対応する連結突起との間の係合により、達成される。
【００１８】
バッテリーケースは、製造が簡単であり、予め決められたレベルより高い機械的強度を示すことが求められている。この理由から、バッテリーケースは、金属容器、好ましくはアルミニウム容器である。
【００１９】
絶縁性取付部材は、安全性部材が絶縁性取付部材の上部に取り付けられる構造に構築されている。絶縁性取付部材は、バッテリーセルの上部と直接接触する絶縁性部材である。好ましい実施態様では、絶縁性取付部材は、バッテリーセルの上部のサイズにほぼ相当するサイズを有し、絶縁性取付部材は、その中央に第一開口部を備え、そこを通して、バッテリーセルの第一電極端子が外側に露出し、絶縁性取付部材は、第一開口部から予め決められた間隔を置いた位置に第二開口部を備え、そこを通して、バッテリーセルのバッテリーケースの上部の一部(第二電極端子)が外側に露出している。また、絶縁性取付部材は、絶縁性取付部材の対向する側方末端が予め決められた高さだけ上向きに突き出し、安全性素子を取り付けるのに必要な空間を確保する構造に構築することができる。
【００２０】
安全性素子は、バッテリーの過充電、過放電、及び過電流を制御するための保護回路及び保護回路に電気的に接続された一対の接続部材を有する保護回路モジュールを包含することができ、保護回路は、長方形保護回路モジュールの底部に取り付けられている。好ましくは、安全性素子は、正温度係数(PTC)素子、ヒューズ、及び保護回路基板からなる群から選択された一種以上でよい。
【００２１】
状況に応じて、安全性素子は、PTC素子及び保護回路基板を包含することができ、PTC素子の一端は、バッテリーセルの第一電極端子に接続し、PTC素子の他端は保護回路基板に接続し、バッテリーセルの第二電極端子は、保護回路基板に接続することができる。
【００２２】
好ましくは、PTC素子と保護回路基板との間の電気的接続(a)及び第二電極端子と保護回路基板との間の電気的接続(b)は、可変接続部材により行われる。より好ましくは、電気的接続(a)のための接続部材及び電気的接続(b)のための部材は、保護回路基板に連結し、これらの接続部材は、バッテリーセルのそれぞれの電極端子に連結する。
【００２３】
接続部材が可変導電性材料で製造できる限り、接続部材には特に制限は無い。好ましくは、接続部材はニッケル板である。
【００２４】
保護回路基板とバッテリーセル上部との間の角度が約90度を超えるように、保護回路基板をバッテリーセルの上部に配置した状態で、接続部材をバッテリーセルの電極端子に連結し、保護回路基板がバッテリーセルの上部と平行になる状態で、保護回路基板が絶縁性取付部材上に配置されるように可変接続部材を曲げ、接続部材の曲げ部分が同じ側を向くように、接続部材を保護回路基板に連結する。
【００２５】
例えば、板形状PCMが、PCMがバッテリーセルの上部に対して直角になるように配置された状態で、ニッケル板をスポット溶接により電極端子に連結し、PCMがバッテリーセルの上部と平行になる状態で、PCMが絶縁性取付部材上に配置されるように、ニッケル板を曲げることができる。
【００２６】
連結溝と連結突起との間の連結は、バッテリーセルの縦方向で行われるので、連結溝と連結突起との間の連結構造は、バッテリーセルに作用する垂直衝撃よりも、縦方向引張力に対して、より弱い場合がある。そのため、連結溝の中に接着剤を注入した後で、連結突起を対応する連結溝の中に挿入し、上記の問題を解決することができる。
【００２７】
絶縁性キャップは、バッテリーセルを外部の衝撃から保護すること、バッテリーセルの上部に取り付けられた部材の機械的強度を補足すること、及び電気的絶縁性を維持することに役立つ。このためには、絶縁性キャップをバッテリーセルに取り付けた状態で、絶縁性キャップが、絶縁性キャップの少なくともある部分がバッテリーセルの上部の外側を取り囲むのに十分な、予め決められた長さだけ下方に伸びているとよい。この効果を最大限にするために、絶縁性キャップの下方に伸びる部分を、接着様式または機械的連結様式で、バッテリーセルの上部の外側に固定するのが好ましい。
【００２８】
二次バッテリーパックは、バッテリーセルの上部に連結される絶縁性キャップに加えて、バッテリーセルの底部に連結する別の絶縁性キャップ(底部キャップ)をさらに包含することができる。さらに、二次バッテリーパックは、バッテリーセルのバッテリーケースの外側表面に取り付けたシースフィルム（sheathing film:被覆フィルム）をさらに包含することができる。これによって、バッテリーセルを外部の衝撃に対して保護し、電気的絶縁性を維持することができる。好ましくは、シースフィルムが絶縁性キャップの下方に伸びる部分を取り囲むように、シースフィルムをバッテリーセルのバッテリーケースの外側表面に取り付ける。
【００２９】
本発明の二次バッテリーパックは、バッテリーセルの種類及び形状に関係なく、あらゆるバッテリーセルに様々な様式で応用することができる。好ましくは、バッテリーセルは、プリズム形リチウム二次バッテリーである。
【００３０】
本発明の上記の、及び他の目的、特徴及び利点は、添付の図面を参照しながら記載する下記の詳細な説明により、より深く理解される。
【好ましい実施態様の詳細な説明】
【００３１】
ここで、添付の図面を参照しながら、本発明の好ましい実施態様を詳細に説明する。しかし、本発明の範囲は、例示する実施態様に限定されるものではない。
【００３２】
図1及び2は、本発明の好ましい実施態様による二次バッテリーパックの、二次バッテリーパックのバッテリーセルに絶縁性取付部材を連結する前及び連結した後の構造をそれぞれ例示する正面図である。
【００３３】
これらの図に関して、複数の連結溝110がバッテリーセル100の上部に形成され、連結溝110に対応する連結突起210が絶縁性取付部材200の底部に形成されている。バッテリーセル100は、カソード/セパレータ/アノード構造の電極アセンブリー(図には示していない)が、電解質と共に密封された状態でバッテリーケース(金属容器)に取り付けられる構造に構築される。バッテリーセル100の上部には電極端子が形成される。
【００３４】
絶縁性取付部材200は、開口部(図には示していない)を有する絶縁性部材であり、バッテリーセル100と開口部との間の電気的絶縁性を維持しながら、その開口部を通して電極端子が外側に露出する。絶縁性取付部材200は、絶縁性取付部材200がバッテリーセル100と緊密に接触するように、バッテリーセル100の上部に取り付けられる。バッテリーセル100と絶縁性取付部材200との間の連結は、連結突起210を対応する連結溝110の中に挿入することにより、達成される。
【００３５】
図3は、本発明の好ましい実施態様による二次バッテリーパックを例示する分解組立図である。
【００３６】
図3に関して、本発明の二次バッテリーパック500は、バッテリーセル100、絶縁性取付部材200、保護回路基板310及び正温度係数(PTC)素子320を包含する安全性素子、絶縁性上部及び底部キャップ400及び410、及びシースフィルム140を包含する。
【００３７】
バッテリーセル100は、カソード/セパレータ/アノード構造の電極アセンブリーがプリズム形金属容器中に取り付けられる構造に構築される。バッテリーセル100の上部には、複数の連結溝110が形成されているが、これらの連結溝は、絶縁性取付部材200がバッテリーセル100の上部に連結されるように、凹状になっている。
【００３８】
絶縁性取付部材200は開口部を有し、それらの開口部を通して、バッテリーセル100の電極端子120及び130が外側に露出される。絶縁性取付部材200の対向する側部の末端は、安全性素子として保護回路基板310及びPTC素子320が絶縁性取付部材200の上部に安定して連結されるように、予め決められた高さだけ上向きに突き出ている。絶縁性取付部材200は、バッテリーセル100の上部に、絶縁性取付部材200がバッテリーセル100の上部に直接接触するように連結される。また、絶縁性取付部材200は、その底部に、バッテリーセル100の上部に形成された連結溝110に対応する複数の連結突起を備えている。
【００３９】
絶縁性上部キャップ400は、安全性素子が絶縁性取付部材200の上部に連結した状態で、絶縁性上部キャップ400が絶縁性取付部材200を取り囲むように、バッテリーセル100の上部に連結される。絶縁性上部キャップ400は、バッテリーセル100の上部の外側を取り囲むのに十分な予め決められた長さだけ下方に伸びている。絶縁性上部キャップ400の上部の片側には、保証ラベル420が取り付けられる。
【００４０】
バッテリーセル100の底部には底部キャップ410が底部キャップテープ411により取り付けられる。バッテリーセル100の外周部は、絶縁性シースフィルム140により取り囲まれる。安全性素子300の構造は、以下に、図6に関して詳細に説明する。
【００４１】
以下に、バッテリーセルの上部及びバッテリーセルの上に連結される絶縁性取付部材を、図4及び5に関して、より詳細に説明する。
【００４２】
図4に関して、アノード端子120がバッテリーセル100の上部の中央から突き出ている。バッテリーケース自体がカソードを構成し、アノード端子120は、絶縁性部材121によりバッテリーケースから電気的に絶縁されている。従って、カソード端子130は、ニッケルクラッド部材をバッテリーセル100の上部の予め決められた区域に取り付けることにより、形成される。絶縁性取付部材200の連結突起(図3参照)が連結溝110の中に挿入されるように、バッテリーセル上部の各側部に一対の連結溝110が形成される。
【００４３】
図5は、バッテリーセルの上部に連結される絶縁性取付部材を例示する透視図である。絶縁性取付部材200は、バッテリーセル100の上部のサイズにほぼ相当するサイズを有する。絶縁性取付部材200は、その中央に、第一開口部201を備えており、その開口部を通して、バッテリーセルのアノード端子120(図4参照)が外側に露出している。また、絶縁性取付部材200には第二開口部202が形成されており、その開口部を通して、バッテリーセル100の上部の一部(図4のカソード端子130)が外側に露出しており、第二開口部202は、第一開口部201から予め決められた間隔を置いて配置されている。絶縁性取付部材200の対向側部末端220は、予め決められた高さだけ上向きに突き出ており、安全性素子300(図6参照)を連結するのに十分な空間を与える。
【００４４】
また、絶縁性取付部材200は、その底部に、バッテリーセル100の上部に形成された連結溝(図4参照)に対応する複数の連結突起210を備えている。連結突起210は、バッテリーセル100の上部に形成された連結溝110の中に係合し、それによって、バッテリーセル100と絶縁性取付部材200との間の機械的連結が達成される。
【００４５】
図6は、本発明の絶縁性取付部材に連結される安全性素子を例示する透視図である。
【００４６】
図6に関して、安全性素子300は、保護回路基板310及びPTC素子320を包含する。保護回路基板310は、プリント回路基板(PCB)構造に構築され、バッテリーの過充電、過放電、及び過電流を制御するための保護回路(図には示していない)が、エポキシ複合材料から製造された長方形構造上に印刷されている。保護回路基板310の底部には、保護回路に電気的に接続された接続部材である一対のニッケル板331及び332が取り付けられている。具体的には、ニッケル板331及び332は、バッテリーセルのアノード及びカソードにそれぞれ電気的に接続されている。
【００４７】
PTC素子320の一端はバッテリーセル100のアノード端子(図4参照)に接続され、PTC素子320の他端は保護回路基板310のアノードに接続される。バッテリーセル100のカソード端子130は、保護回路基板310のカソードに直接接続される。
【００４８】
以下、本発明の好ましい実施態様による二次バッテリーパックを組み立てる工程を、二次バッテリーパックの組立工程を例示する部分的正面図である図7〜10を参照しながら、詳細に説明する。
【００４９】
先ず図7に関して、バッテリーセル100は、その上部に複数の連結溝110を備え、絶縁性取付部材200は、その底部に、連結溝110に対応する複数の連結突起210を備えている。従って、絶縁性取付部材200とバッテリーセル100との間の連結は、連結突起210を対応する連結溝110の中に挿入することにより達成される。
【００５０】
続いて、図8及び9に示すように、保護回路基板310及びPTC素子320を包含する安全性素子300を絶縁性取付部材200の上に配置する。保護回路基板310がバッテリーセル100の上部に対して直角になるように保護回路基板310を配置し、PTC素子320の一端をバッテリーセル100のアノード端子120に接続し、PTC素子320の他端を保護回路基板310のアノードに接続する。カソード端子130を保護回路基板31のカソードに接続する。この時、PTC素子320と保護回路基板310との間の電気的接続、及びバッテリーセル100のカソード端子と保護回路基板310との間の電気的接続は、ニッケル板331及び332を使用して行う。続いて、保護回路基板310を絶縁性取付部材200の上に、バッテリーセル100の上部と平行に配置できるように、ニッケル板331及び332を折り曲げる。ニッケル板331及び332の曲げた部分が同じ側を向くように、ニッケル板331及び332を保護回路基板310に連結する。ニッケル板331及び332の連結位置及びニッケル板331及び332の曲げ形状は、図3に示す。
【００５１】
最後に、図10に示すように、安全性素子(図には示していない)を絶縁性取付部材200の上に配置した状態で、絶縁性キャップ400が絶縁性取付部材200を取り囲むように、絶縁性キャップ400をバッテリーセルの上部に連結する。絶縁性キャップ400の下方に伸びる部分は、バッテリーセル100の上部の外側を取り囲む。これによって、絶縁性キャップ400とバッテリーセル100のとの間の機械的連結が達成される。
【００５２】
図11は、本発明の好ましい実施態様による、上部キャップ及び底部キャップがバッテリーセルに連結された構造に構築された二次バッテリーパックを例示する典型的な図である。
【００５３】
図11に関して、バッテリーセル100の上部に連結された絶縁性キャップ400に加えて、別の絶縁性キャップ(底部キャップ)410をバッテリーセル100の底部に連結する。具体的には、両面接着底部キャップテープ411をバッテリーセル100の底部に取り付け、絶縁性底部キャップ410を、底部キャップテープ411により、バッテリーセル100の底部に固定する。
【００５４】
図12は、本発明の好ましい実施態様により製造された二次バッテリーパックを例示する透視図である。
【００５５】
図12に関して、二次バッテリーパック500は、安全性素子及び絶縁性取付部材がバッテリーセルの上部に連結された状態で、二次バッテリーパック500の、外部入力及び出力端子部品を除いた残りの部品が、絶縁性上部キャップ400、シースフィルム140、及び底部キャップ(図には示していない)により外部から電気的に絶縁される構造に構築される。
【００５６】
バッテリーセルの上部に形成された連結溝、及び連結溝に対応する連結突起の形状、位置、及び数は、上記の説明に基づいて、本発明の範囲内で変更することができる。
【００５７】
以下、本発明の例をより詳細に説明する。しかし、本発明の範囲は、例示する例により制限されるものではない。
【００５８】
[例1]
リチウムコバルト酸化物、PVdf、及び導電性試剤を良く知られている組成比で加えることにより製造したスラリーを、アルミニウム集電装置に塗布してカソードを製造した。グラファイト、PVdf、及び導電性試剤を良く知られている組成比で加えることにより製造したスラリーを、銅集電装置に塗布してアノードを製造した。
【００５９】
カソード及びアノードのサイズより僅かに大きいサイズのセパレータをカソードとアノードとの間にそれぞれ配置し、電極アセンブリーを製造した。製造された電極アセンブリーをプリズム形アルミニウムバッテリー容器中に取り付けた。バッテリー容器カバーをバッテリー容器に取り付け、注入口を通して電解質をバッテリー容器の中に注入し、バッテリーセルを製造した。
【００６０】
絶縁性取付部材の底部に形成された連結突起を、バッテリーセルの上部に形成された、図3に示す構造を有する連結溝の中に、連結溝中に接着剤を注入した状態で挿入し、絶縁性取付部材をバッテリーセルの上部に連結させた。
【００６１】
続いて、安全性素子を絶縁性取付部材に接続し、絶縁性上部及び底部キャップをバッテリーセルに連結し、バッテリーセルの外周をシースフィルムで覆い、図12に示す構造を有する二次バッテリーパックを製造した。
【００６２】
[比較例1]
バッテリーセルの上部及び絶縁性取付部材の底部に連結溝及び連結突起を形成せずに、絶縁性取付部材とバッテリーセルとの間に塗布した接着剤により、絶縁性取付部材をバッテリーセルに連結させた以外は、例1と同様にして二次バッテリーパックを製造した。
【００６３】
[実験例1]
例1により製造した20個のバッテリーパック及び比較例1により製造した20個のバッテリーパックに対して曲げ試験を行い、各バッテリーのバッテリーセルと、バッテリーセルに連結された絶縁性取付部材との間の連結強度を測定した(図13及び14参照)。具体的には、各バッテリーパックの上部キャップ及び底部キャップを固定した状態で、各バッテリーパックの中央に加える負荷を徐々に増加した。バッテリーパックが破損した時の負荷の大きさを下記の表1に示す。
【００６４】
【表１】
2010507895.tif 000003
【００６５】
上記の表1から分かるように、例1により製造したバッテリーパックの連結力は、比較例1により製造したバッテリーパックの連結力と比較して、大きく改良されている。
【００６６】
特に、比較例1により製造したバッテリーパックに35 kgf未満の負荷を作用させた時、そのバッテリーパックは破損した。ほとんどのバッテリーパックは、30 kgf未満の負荷をバッテリーパックに作用させた時にも破損した。対照的に、例1により製造したバッテリーパックに45 kgfを超える負荷を作用させた時に、バッテリーパックは破損した。バッテリーパックの中には55 kgfの負荷に耐えたものもある。これは、比較例1により製造したバッテリーパックでは、接着剤の接着力を超える大きさの衝撃がバッテリーパックに作用した時に、バッテリーセルと、対応する絶縁性取付部材との間の分離が起きたのに対し、例1により製造したバッテリーパックでは、比較的少量の接着剤を使用しても、あるいは接着剤を使用しなくても、連結突起と対応する連結溝との間の機械的連結により、バッテリーセルと対応する絶縁性取付部材との間の連結が大幅に増加したためである。
【００６７】
[実験例2]
例1により製造した20個のバッテリーパック及び比較例1により製造した20個のバッテリーパックに対して捩り試験を行い、各バッテリーのバッテリーセルと、バッテリーセルに連結された絶縁性取付部材との間の連結強度を測定した(図15及び16参照)。具体的には、各二次バッテリーパックの上部キャップを固定した状態で、各二次バッテリーパックの底部キャップを一方向に捩った。この時、捩り力を徐々に増加し、各バッテリーセルと各バッテリーセルの上部に連結した絶縁性取付部材との間の分離が起きた時の捩り力の大きさを測定した(manufacture)。バッテリーパックが破損した時の捩り力の大きさを下記の表2に示す。
【００６８】
【表２】
2010507895.tif 000004
【００６９】
上記の表2から分かるように、例1により製造したバッテリーパックの連結力は、比較例1により製造したバッテリーパックの連結力と比較して、大きく改良されている。
【００７０】
特に、25 kgf未満の捩り力を比較例1により製造したバッテリーパックに作用させた時、ほとんどのバッテリーパックが破損した。対照的に、35 kgfを超える捩り力を例1により製造したバッテリーパックに作用させた時、そのバッテリーパックは破損した。これは、比較例1により製造したバッテリーパックでは、バッテリーセルと対応する絶縁性取付部材との間の連結が、接着剤によってのみ達成されているのに対し、例1により製造したバッテリーパックでは、バッテリーセルと対応する絶縁性取付部材との間の連結が、連結突起と対応する連結溝との間の機械的連結により達成されているためである。特に、例1により製造したバッテリーパックの連結力は、捩り力がバッテリーパックに作用した時に、大きく増加している。
【産業上の利用可能性】
【００７１】
上記の説明から明らかなように、本発明による二次バッテリーパックの組立工程は、非常に簡素化されている。また、バッテリーセルの上部に取り付ける部材の体積が最少に抑えられており、同時に、バッテリーセルと取付部材との間の連結強度が安定して維持されている。
【００７２】
本発明の好ましい実施態様を例示のために開示したが、当業者には明らかなように、請求項に記載する本発明の範囲及び精神から離れることなく、様々な修正、追加、及び置き換えが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】図1は、本発明の好ましい実施態様による二次バッテリーパックの、二次バッテリーパックのバッテリーセルに絶縁性取付部材を連結する前及び連結した後の構造をそれぞれ例示する正面図である。
【図２】図2は、本発明の好ましい実施態様による二次バッテリーパックの、二次バッテリーパックのバッテリーセルに絶縁性取付部材を連結する前及び連結した後の構造をそれぞれ例示する正面図である。
【図３】図3は、本発明の好ましい実施態様による二次バッテリーパックを例示する分解組立図である。
【図４】図4は、本発明の好ましい実施態様によるバッテリーセルの上部を例示する部分的透視図である。
【図５】図5は、本発明のバッテリーセルの上部に連結される絶縁性取付部材を例示する透視図である。
【図６】図6は、本発明の絶縁性取付部材に連結される安全性素子を例示する透視図である。
【図７】図7は、本発明の好ましい実施態様による二次バッテリーパックを組み立てる工程を例示する部分的正面図である。
【図８】図8は、本発明の好ましい実施態様による二次バッテリーパックを組み立てる工程を例示する部分的正面図である。
【図９】図9は、本発明の好ましい実施態様による二次バッテリーパックを組み立てる工程を例示する部分的正面図である。
【図１０】図10は、本発明の好ましい実施態様による二次バッテリーパックを組み立てる工程を例示する部分的正面図である。
【図１１】図11は、本発明の好ましい実施態様による二次バッテリーパックを例示する典型的な図である。
【図１２】図12は、本発明の好ましい実施態様により製造された二次バッテリーパックを例示する透視図である。
【図１３】図13は、本発明の実験例1の実験方法を例示する写真である。
【図１４】図14は、本発明の実験例1の実験方法を例示する写真である。
【図１５】図15は、本発明の実験例2の実験方法を例示する写真である。
【図１６】図16は、本発明の実験例2の実験方法を例示する写真である。
【００７４】
＜図面の主要参照番号の説明＞
100  バッテリーセル          110  連結溝
200  絶縁性取付部材          210  連結突起
300  安全性素子              400  絶縁性キャップ
【図１】
2010507895.tif 000005
【図２】
2010507895.tif 000006
【図３】
2010507895.tif 000007
【図４】
2010507895.tif 000008
【図５】
2010507895.tif 000009
【図６】
2010507895.tif 000010
【図７】
2010507895.tif 000011
【図８】
2010507895.tif 000012
【図９】
2010507895.tif 000013
【図１０】
2010507895.tif 000014
【図１１】
2010507895.tif 000015
【図１２】
2010507895.tif 000016
【図１４】
2010507895.tif 000017
【図１６】
2010507895.tif 000018
【図１３】
2010507895.tif 000019
【図１５】
2010507895.tif 000020
【国際調査報告】
2010507895.tif 000021
2010507895.tif 000022