(57)【要約】【課題】電極組立体を構成する際、集電板を電極に電気的に接続させる過程で発生し得るセパレータの破損を未然に防止する二次電池と、これに使用される電極組立体を提供する。【解決手段】正極１１と負極１２がセパレータ１３を隔てて位置する電極群１０と、前記電極群１０が内蔵されるケース２０と、前記ケース２０と結合されてこれを密閉し、前記電極群１０と電気的に連結されるキャップ組立体３０と、前記正極１１と前記負極１２のうちの少なくとも１つに電気的に接続される集電板４０と、前記正極１１及び前記負極１２のうちの少なくとも一つの電極とこの電極に対応する集電板との間に設置される補助集電板６０とを含む。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極と負極がセパレータを隔てて位置する電極群と、
前記電極群が内蔵されるケースと、
前記ケースと結合されて当該ケースを密閉し、前記電極群と電気的に接続されるキャップ組立体と、
前記正極及び前記負極のうちの少なくとも一つに電気的に接続される集電板と、
前記正極及び前記負極のうちの少なくとも一つの電極とこの電極に対応する集電板との間に設置される補助集電板と、を含む二次電池。
【請求項２】
前記電極は、各々辺縁部に沿って活物質が塗布されない無地部が形成され、前記集電板は、各々対応する無地部に電気的に接続される、請求項１に記載の二次電池。
【請求項３】
前記補助集電板は、前記正極とこの正極に対応する集電板との間に設置される、請求項１に記載の二次電池。
【請求項４】
前記補助集電板は、前記負極とこの負極に対応する集電板との間に設置される、請求項１に記載の二次電池。
【請求項５】
前記補助集電板は、前記集電板の溶接部位に対応する位置に配置される、請求項１に記載の二次電池。
【請求項６】
前記補助集電板が十字状に形成される、請求項５に記載の二次電池。
【請求項７】
前記補助集電板は、前記集電板と実質的に同一な外郭形態に形成される、請求項１に記載の二次電池。
【請求項８】
前記補助集電板は、前記集電板に形成された電解液注入口と対応する位置に形成された孔を有する、請求項７に記載の二次電池。
【請求項９】
前記補助集電板は、前記電極の集電体と同一な材質で形成される、請求項１に記載の二次電池。
【請求項１０】
前記補助集電板は、前記集電板と同一な材質で形成される、請求項１に記載の二次電池。
【請求項１１】
前記補助集電板は、電極の集電体と同じ厚さで形成される、請求項１に記載の二次電池。
【請求項１２】
前記二次電池が円筒形である、請求項１に記載の二次電池。
【請求項１３】
前記二次電池がモーター駆動用である、請求項１に記載の二次電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は二次電池に関し、特に、電池の製造時にセパレータの破損を防止することができる二次電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
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り、一つの電池セルがパック形態で包装された低容量電池の場合、携帯電話やラップトップコンピュータ、及びカムコーダのような携帯が可能な小型電子機器に使用され、電池セルが数十個連結された電池パック単位の大容量電池の場合、ハイブリッド自動車などのモータ駆動用電源として広く使用されている。
【０００３】
前記二次電池は多様な形状に製造されているが、代表的な形状には円筒形、角形、そしてパウチ形があり、帯状の正極と負極との間に絶縁体のセパレータを介在し、これを渦流状で巻き上げた電極群をケースに内蔵させて設置し、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。
【０００４】
そして、前記正極と負極は、集電体に活物質が塗布された塗布部と、塗布されない無地部を形成し、前記正、負極の無地部には、各々正、負極で発生した電流を集めるための役割を果たすものとして導電性タブ（ｔａｂ）が各々付着される。
【０００５】
高出力二次電池の場合には、電池の内部抵抗を減少させるために、前記集電構造において導電性タブの代りに板状構造に備えられて無地部に電気的に接続される集電板を適用しているが、従来は、この集電板を無地部に固定する際、溶接過程でセパレータが損なわれる問題点があった。
【０００６】
つまり、従来の場合、集電板と無地部の溶接のためには、ゼリーロール形態に巻かれた電極群より電極の端部を構成する無地部を曲げて集電板と面接触できるようにした後、これらの接触部位にレーザー溶接を行うが、この時、無地部がうまく曲がらずに前記集電板との面接触が不良になると、無地部の間にセパレータが露出され、レーザーの溶接時に、高エネルギーを有するレーザーが前記セパレータに接触するため、これによりセパレータが損なわれる問題が発生する。
【０００７】
このようなセパレータの破損は、特にＨＥＶ（Ｈｙｂｒｉｄ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｖｅｈｉｃｌｅ）用のようなモータ駆動用二次電池において、その機能低下に深刻な影響を与える恐れがある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
したがって、本発明の目的は、前記問題点を解消するためのものであって、電極組立体を構成する際、集電板を電極に電気的に連結させる過程で発生し得るセパレータの破損を未然に防止することができる二次電池を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明による二次電池は、正極と負極がセパレータを隔てて位置する電極群と、前記電極群が内蔵されるケースと、前記ケースと結合されて当該ケースを密閉し、前記電極群と電気的に連結されるキャップ組立体と、前記正極及び前記負極のうちの少なくとも一つに電気的に接続される集電板と、前記正極及び前記負極のうちの少なくとも一つの電極とこの電極に対応する集電板との間に設置される補助集電板と、を含む。
【００１０】
前記電極は、各々辺縁部に沿って活物質が塗布されない無地部が形成され、前記集電板は、各々対応する無地部に電気的に接続されることができる。
【００１１】
前記補助集電板は、前記正極とこの正極に対応する集電板との間に設置されることができる。
【００１２】
前記補助集電板は、前記負極とこの負極に対応する集電板との間に設置されることができる。
【００１３】
前記補助集電板は、前記集電板の溶接部位に対応する位置に配置されることができる。
【００１４】
前記補助集電板は十字状に形成されることができる。
【００１５】
前記補助集電板は、前記集電板と実質的に同一な外郭形態に形成されることができる。
【００１６】
前記補助集電板は、前記集電板に形成された電解液注入口と対応する位置に形成された孔を有することができる。
【００１７】
前記補助集電板は、前記電極の集電体と同一な材質で形成されることができる。
【００１８】
前記補助集電板は、前記集電板と同一な材質で形成されることができる。
【００１９】
前記補助集電板は、電極の集電体と同じ厚さで形成されることができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の二次電池は、電極群と集電板の溶接の際、補助集電板の作用によって電極群のセパレータが溶接に消費されるエネルギーによって損なわれて短絡が発生するのを防止することができ、製品の信頼性を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、添付した図面を参照して、本発明の好ましい実施形態をより詳細に説明する。
【００２２】
図１は、本発明の第１実施形態に係る二次電池の断面図であり、図２、図３Ａ、及び図３Ｂは、本発明の第１実施形態によって二次電池の正極側に設置される集電板と補助集電板を詳細に示す斜視図である。
【００２３】
前記図面によれば、本実施形態に係る二次電池は、正極１１と負極１２がセパレータ１３を隔てて位置する電極群１０と、電解液と共に電極群１０を収容できるように一側先端が開放されたケース２０と、ガスケット３１を介して前記ケース２０の開口部上端に設置され、ケース２０を密封するキャップ組立体３０と、前記電極群１０の正極１１と電気的に連結される正極集電板４０と、この正極集電板４０と前記電極群１０の正極１１との間に設置される補助集電板６０と、を含む。
【００２４】
前記補助集電板６０は、電極群１０と正極集電板４０がレーザー溶接によって互いに結合される際、レーザーによる熱エネルギーによって電極群１０のセパレータ１３が損なわれることを防止する必要があるが、その構造と作用については後で詳細に説明する。
【００２５】
より具体的に前記二次電池を説明すれば、前記ケース２０は、アルミニウム、アルミニウム合金又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製作され、その形状は、電極群１０が位置する内部空間を有する円筒形又は六面体又はその以外の形状からなることができる。
【００２６】
また、前記キャップ組立体３０は、外部端子３２ａを有するキャッププレート３２と、ケース２０とキャッププレート３２を絶縁させるガスケット３１と、を含み、設定された圧力条件で損なわれてガスを放出することによって電池の爆発を防止するベントプレート３３をさらに含むことができる。
【００２７】
前記ベントプレート３３は、リード３５を介して正極集電板４０と電気的に接続される。前記ベントプレート３３は、設定された圧力条件で前記リード３５を通しての電極組立体と外部端子３２ａの電気的接続を遮断できる構造であれば、図示の形状に限定されずに多様に変更して用いられることができる。
【００２８】
前記電極群１０は、各々の活物質が集電体に塗布されて構成された正極１１と負極１２がセパレータ１３を隔てて積層された構成を有し、正極１１とセパレータ１３及び負極１２が積層された状態で、これらが渦流状に巻かれて形成されたゼリーロールタイプで構成されることができる。
【００２９】
以下、本実施形態では、図１に示されているように円筒形のケース２０にゼリーロールタイプの電極群が位置する場合を例に挙げて説明する。
【００３０】
また、本実施形態では、集電板と電気的に接触する無地部が、前記電極群をなす各極板の一側の辺縁に沿って形成された構造を例として説明する。もちろん、本発明は前記構造に限定されるものではなく、電池の形状や無地部の構造に関係なく、全て適用可能である。
【００３１】
前記のように構成された電極群１０は、正極１１に電気的に接続される各集電板４０と共に一つの電極組立体を構成する。
【００３２】
この電極組立体を、キャップ組立体３０が上側に配置されるように二次電池を垂直に立てた状態で見ると、正極１１の上部には、この正極１１の集電体に正極活物質が塗布されない部位として形成された無地部１１ａが、この正極１１の長さ方向に沿って形成される。
【００３３】
この無地部１１ａは、その端部が潰された状態で前記補助集電板６０を隔てて正極集電板４０と電気的に接続される。
【００３４】
それと同様に、負極１２の下部には、この負極１２の集電体に負極活物質が塗布されない部位として無地部１２ａが形成され、この無地部１２ａが、その端部が潰された状態でケース２０と電気的に接触する。
【００３５】
前記補助集電板６０は、その一面を前記正極の無地部１１ａに接触させ、他の一面は正極集電板４０に接触させる。
【００３６】
このような補助集電板６０は、例えば、その形状を十字形状にすることができ、その中心部には、正極集電板４０に形成される中央孔４１と対応する孔６１が形成される。
【００３７】
このような構造は、正極集電板４０が正極無地部１１ａに溶接によって固定される場合の、その溶接状態を考慮したものである。
【００３８】
図面を参照して、前記正極集電板４０と補助集電板６０の構造をさらに見れば、図２に示されているように、前記正極集電板４０は円板形態に構成され、その中央部には円形の中央孔４１が形成され、前記中央孔４１を中心に放射方向に配置される４個の接触部４２が正極板の無地部１１ａに向かって突出して形成される。ここで、この接触部４２は、実質的にレーザーによって溶接が行われる部位であって、前記中央孔４１を中心に十字状に形成される。
【００３９】
このような正極集電板４０の構造により、前記補助集電板６０は前記接触部４２と対応するように十字形態に構成されて、正極集電板４０と正極無地部１１ａとの間に位置する。
【００４０】
このような補助集電板６０の構造は、レーザーによって正極集電板４０と正極無地部１１ａが溶接される際に、電極アセンブリー１０のセパレータ１３がレーザーの熱エネルギーによって損なわれるのを防止することができる。
【００４１】
この時、補助集電板６０は、実質的な溶接位置を考慮してその形状が決定されるため（前記実施形態では十字形）、不要な部位は有しないようにすることでそれ自体の重量を最大限減らすことができ、これは、この補助集電板６０が適用される二次電池の全体重量を減らす効果もある。
【００４２】
もちろん、ここで、前記補助集電板６０の形状は前記十字形態に限定されず、正極集電板４０に対するレーザー溶接位置に対応して変更されることができる。例えば、レーザー溶接が正極集電板の中心を通過する一つのラインだけで行われる場合、補助集電板は、当該正極集電板の直径に対応する長さを有するバー（ｂａｒ）形態に構成されることができる。
【００４３】
前記補助集電板６０は、前記正極１１の集電体の材質と同一の銅やアルミニウムで形成されるか、又は正極集電板４０と同一のニッケル材質で形成されることができ、その厚さは、正極１１と同一に形成されることができる。
【００４４】
このように、補助集電板６０が正極集電板４０と正極１１との間に位置すれば、正極１１に対する正極集電板４０の溶接時、レーザーが正極集電板を通って電極群に影響を与える場合が発生しても、補助集電板によって前記レーザーが遮断できるようになるため、レーザーによる電極群、つまり、そのセパレータの破損を防止することができる。
【００４５】
このような補助集電板の作用をさらに詳細に説明すれば、ゼリーロールタイプに形成された電極群１０において、正極の無地部１１ａが正極集電板４０に対して垂直に立てられた状態ではこれらを溶接し難いため、前記無地部１１ａの端部を潰して曲げた後で溶接する。この過程で、無地部１１ａの端部は均一な方向性をもって曲げられず、図１に示されているように不規則に潰されて曲げられるため、この際に、無地部１１ａ同士の間でセパレータ１３が露出されることがある。
【００４６】
しかし、本発明では、前記露出されたセパレータ１３上に補助集電板６０が位置するため、この露出されたセパレータ１３の部位は前記補助集電板６０によって覆われるようになる。
【００４７】
したがって、前記露出されたセパレータ１３を通過するように前記正極集電板４０に対して溶接が行われても、前記のように、補助集電板６０が、溶接によるエネルギーが前記露出されたセパレータ１３に影響を与えないようにこれを遮断することができるため、溶接によるセパレータの破損を防止できる。
【００４８】
図３Ａは、本発明の第１実施形態の第１変形例による補助集電板６０’を例示しているが、この図面によれば、補助集電板６０’は、正極集電板４０と外郭が同様な円板形態に形成され、中央には、正極集電板４０に形成される中央孔４１と対応する中央孔６１が形成された構造を有する。
【００４９】
図３Ｂは、本発明の第１実施形態の第２変形例による補助集電板６０”を説明するために示したものであって、この補助集電板６０”は、正極集電板４０と外郭が同様に円板形態に形成され、正極集電板４０に形成された電解液注入口４３と対応する位置に孔６２が形成された構造を有する。
【００５０】
このような構造は、正極集電板の電解液注入口を介してケース内部に電解液を注入する場合、電極組立体と正極集電板との間に位置する補助集電板によって電解液の注入が妨害されことを防止して、電解液が円滑に注入できるようにする。
【００５１】
一方、本発明の第２実施形態によれば、図４に示されているように、電極群１０に対して正極側だけでなく、補助集電板７０が負極側にも配置される。
【００５２】
つまり、この第２実施形態で、電極群１０の負極１２の無地部１２ａとケース２０との間には負極集電板５０が配置され、この負極集電板５０と負極１２の無地部１２ａとの間には補助集電板７０がさらに設置される。
【００５３】
ここで、前記負極集電板５０は、図５に示すように円板形態に形成され、その中央部には、ケース２０の内側面と溶接付着できるようにケース２０に向かって円形の溝５１が突出して形成され、前記溝５１を中心に放射方向には、４個の接触部５２が十字形態に配置されて、前記溝５１とは反対方向、つまり、陰極板１２の無地部１２ａに向かって突出して形成された構造を有する。
【００５４】
前記負極用補助集電板７０は、前記負極用集電板５０において実質的に溶接が行われる部分である接触部５２と対応するように十字形態に構成され、負極集電板５０と負極無地部１２ａとの間に配置される際に、前記接触部５２と無地部１２ａとの間に位置する。
【００５５】
図６は、本発明の第２実施形態の変形例による負極用補助集電板７０’を説明するために示した図であって、この補助集電板７０’は負極集電板５０と外郭が同様に円板形態に形成される。
【００５６】
ここで、この負極用補助集電板７０、７０’の作用は、前述の第１実施形態の正極用補助集電板と同様であるので、その詳細な説明は省略する。
【００５７】
以上に説明した本発明の二次電池は、ハイブリッド電気自動車（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おいて、当該機器のモータを駆動するためのエネルギー源として用いることができる。
【００５８】
前記では本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、特許請求の範囲の範囲内で多様に変形して実施することが可能であり、これもまた本発明の範囲に属する。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明の第１実施形態による二次電池の切開断面図である。
【図２】本発明の第１実施形態によって二次電池の正極側に設置される集電板と補助集電板を詳細に示した斜視図である。
【図３Ａ】本発明の第１実施形態によって二次電池の正極側に設置される集電板と補助集電板を詳細に示した斜視図である。
【図３Ｂ】本発明の第１実施形態によって二次電池の正極側に設置される集電板と補助集電板を詳細に示した斜視図である。
【図４】本発明の第２実施形態による二次電池の切開断面図である。
【図５】本発明の第２実施形態によって二次電池の負極方向に設置される集電板と補助集電板を詳細に示した斜視図である。
【図６】本発明の第２実施形態によって二次電池の負極方向に設置される集電板と補助集電板を詳細に示した斜視図である。
【符号の説明】
【００６０】
１０  電極群、
１１  正極、
１１ａ、１２ａ  無地部、
１２  負極、
１３  セパレータ、
２０  ケース、
３０  キャップ組立体、
３１  ガスケット、
３２  プレート、
３２ａ  外部端子、
３３  ベントプレート、
３５  リード、
４０  正極集電板、
４１  中央孔、
４２、５２  接触部、
４３  電解液注入口、
５０  負極集電板、
５１  溝、
６０、６０、６０”  補助集電板、
６１、６２  孔、
７０、７０’  負極用補助集電板。
【図１】
2005332820.tif 000003
【図２】
2005332820.tif 000004
【図３Ａ】
2005332820.tif 000005
【図３Ｂ】
2005332820.tif 000006
【図４】
2005332820.tif 000007
【図５】
2005332820.tif 000008
【図６】
2005332820.tif 000009