(57)【要約】【課題】二次電池に起こるスウェリング現象を効果的に防止しながらも、安全弁の作用に異常が生じないように防止できる二次電池を提供する。【解決手段】正極板２２と負極板２４、及び両極板間に介在するセパレータ２６を備えた電極組立体２０と、電極組立体２０を内部に収納するカン１０と、カン１０の開口部１２に装着してカン１０を密閉するキャップ組立体３０とを含む。キャップ組立体３０は開口部１２に結合されるキャッププレート３２を含み、カン１０の硬度がキャッププレート３２の硬度より大きくなるように材料を選んで構成する。【選択図】図１
2005071995.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極板と負極板、及びこの極板の間に介在するセパレータを備えた電極組立体と、
前記電極組立体を内部に収納するカンと、
前記カンの開口部に装着されて前記カンを密閉させるキャップ組立体と、
前記キャップ組立体は、前記開口部に結合されるキャッププレートとを含み、前記カンの硬度が前記キャッププレートの硬度より大きいことを特徴とする二次電池。
【請求項２】
前記キャッププレートがＡｌ又はＡｌ合金からなることを特徴とする請求項１に記載の二次電池。
【請求項３】
前記カンの素材が、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｓｉ、Ｚｒ、Ｔｉ又はＣｕのうちの少なくとも一つの金属をベース金属に０．３５重量％以上含む合金であることを特徴とする請求項１に記載の二次電池。
【請求項４】
前記ベース金属がＡｌ又はＡｌ合金であることを特徴とする請求項３に記載の二次電池。
【請求項５】
前記ベース金属がキャッププレートと同一材質であることを特徴とする請求項３に記載の二次電池。
【請求項６】
前記キャッププレートが前記カンにレーザー溶接されていることを特徴とする請求項１に記載の二次電池。
【請求項７】
前記二次電池が角形であることを特徴とする請求項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係り、より詳しくは、電極組立体を収容するカンと、前記カンの開口部を密封するキャッププレートとが互いに異なる硬度の材質からなる二次電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
通常、二次電池は、正極板と負極板、及びセパレータからなる蓄電要素、つまり電極組立体をカンに収納し、このカンの内部に電解液を注入した後、キャップ組立体を用いてカンの開口部を密封して形成される。
【０００３】
このように密封された二次電池は、キャップ組立体にカンから絶縁した電極端子を備え、この電極端子が電池の正極か負極をなすようにし、他の極は電池カン自体になる。
【０００４】
このような構成の二次電池において、最近は、カンをアルミニウム又はアルミニウム合金のようなアルミニウム材質で形成する傾向にあるが、これはアルミニウム又はアルミニウム合金が鉄やその他の導電性金属体に比べて重量が軽いために電池の軽量化に寄与でき、高電圧下で長時間使用する場合にも腐食されないなど、電池カンとしての使用特性が優れているからである。
【０００５】
そして、カンの開口部を密封するキャップ組立体は、カンの開口部に直接溶接されてカンを密封するキャッププレートと、キャッププレートを貫通して設けられる端子ピン、及び端子ピンをキャッププレートから絶縁させるガスケットを含み、キャッププレートは、カンとの溶接性を良くするためにカンと同一な材質で形成される。
【０００６】
さらに、キャッププレートには、電池内圧が規定値以上に上昇する場合に破裂し、内圧を減少させることにより電池の爆発を防止するための安全弁（排気弁）が備えられる。この安全弁は、機械的成形法やエッチング法又は電気鋳型法（電鋳）でキャッププレートに一定の深さの溝を形成して、キャッププレートの一部を薄くすることによって製作できる。
【０００７】
このような構成の二次電池においては、充放電時に電極組立体が膨脹及び収縮を繰り返すようになり、カンも電極組立体の膨脹時に共に膨張するスウェリング現象が発生する。このため、最近は、スウェリング現象を防止するために、カンを高硬度の合金材質で製造しようとする努力が試みられている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、この場合、溶接性のために従来と同様にキャッププレートをカンと同一な材質で形成すると、キャッププレートに備えられた安全弁の作動圧力を適切な範囲に制御することが容易でなく、また、アニーリングなどによって安全弁のストレスが減少して、耐衝撃性向上に問題点が発生してしまう。
【０００９】
本発明は、前記問題点を解決するためのものであって、二次電池に起こるスウェリング現象を効果的に防止しながらも、安全弁の作用に異常が生じないように防止できる二次電池を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明による二次電池は、正極板と負極板、及びこの極板の間に介されるセパレータを備えた電極組立体と、前記電極組立体が内部に収納されるカンと、前記カンの開口部に装着されて前記カンを密閉させるキャップ組立体とを含む。前記キャップ組立体は、前記開口部に結合されるキャッププレートを含み、前記カンの硬度が前記キャッププレートの硬度より大きく構成される。
【００１１】
ここで、キャッププレートはＡｌ又はＡｌ合金で構成できる。また、前記カンは、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｓｉ、Ｚｒ、Ｔｉ又はＣｕのうちの少なくともある一つの金属がベース金属に０．３５重量％以上含まれている材質で構成でき、前記ベース金属は、Ａｌ又はＡｌ合金で構成できる。つまり、前記ベース金属はキャッププレートと同一な材質で構成できる。前記キャッププレートは、前記カンにレーザーによって溶接されて固定される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明は、電極組立体を収納するカンを、スウェリング現象を考慮して高硬度材質で形成し、カンの開口部を密封するキャッププレートは、安全弁の作動圧力及び耐衝撃性を考慮して低硬度材質で形成することにより、電池の薄形軽量化を改善しながらもスウェリング現象を効果的に防止でき、また、安全弁の作動圧力を適切な範囲に制御できるので、安全弁の耐衝撃性低下による誤作動を防止できる効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、添付図面を参照して本発明の好ましい実施例について詳細に説明する。
【００１４】
図１は、本発明の実施例による二次電池の分解斜視図であり、図２は、図１の組立状態を示す側面図である。図面によれば、本実施例による二次電池は角形であり、一方の側面に開口部１２を備えたカン１０と、開口部１２を通してカン１０の内部に収納される電極組立体２０と、カン１０の開口部１２を密封するキャップ組立体３０とを含む。
【００１５】
前記電極組立体２０は、正極板２２及び負極板２４がセパレータ２６を介在して形成されたものであって、これは図１から判るように、正極板２２及び負極板２４がセパレータ２６を介在して積層された後、巻かれたジェリーロールタイプを用いることができる。
【００１６】
この時、電極組立体２０において負極板２４は、帯状の金属の箔又は板からなる負極集電体を備えるが、この負極集電体としては銅薄板を用いることができる。負極集電体の少なくとも一面には、負極活物質を含んだ負極合剤でコーティング（被覆）をされた負極コーティング部が形成され、負極活物質としては炭素材を用い、これにバインダー、可塑剤、導電剤などを加えて負極合剤を構成できる。
【００１７】
また、正極板２２は、帯状の金属の箔又は板からなる正極集電体を備え、正極集電体としてはアルミニウム薄板を使用できる。正極集電体の少なくとも一面には、正極活物質を含んだ正極合剤がコーティングされた正極コーティング部が形成されるが、正極活物質としてはリチウム系酸化物を用い、これにバインダー、可塑剤、導電剤などを加えて正極合剤を構成できる。
【００１８】
前記電極組立体２０の上部からは、正極板２２及び負極板２４に各々電気的に連結された正極タップ２８及び負極タップ２８´が突出されている。負極タップ２８´にはニッケル薄膜を用いることができ、正極タップ２８にはアルミニウム薄膜を用いることができる。ここで、正極タップ２８、負極タップ２８´の材質及びその位置（図１基準）が必ずこれに限られるわけではない。
【００１９】
一方、カン１０は、大略直方体の形状を有する金属材で構成でき、これにより、それ自体が端子の役割を果たすことが可能になる。また、前記カン１０はその一方の側面が開口されて開口部１２を備え、これによって電極組立体２０がカン１０の内部に収納できる。前記カン１０は、その側面の角部分を角ばった角形に形成してもよく、また、その角部分が丸み付けされたラウンド形に形成してもよい。
【００２０】
本実施例によれば、カン１０は軽量の導電性金属であるＡｌ合金で形成できるが、特に、カン１０は高硬度のＡｌ合金で形成される。高硬度のＡｌ合金は硬度向上の可能な材質、例えばＭｎ、Ｍｇ、Ｓｉ、Ｚｒ、Ｔｉ又はＣｕの中で選択された少なくとも一つ以上の金属を、ベース金属（主要材料となる金属）であるＡｌに０．３５重量％以上含有させることによって製造できる。
【００２１】
このように高硬度のＡｌ合金で製造されたカン１０は、従来より板厚が薄いカンでもスウェリング現象を軽減できるので、電池の薄形軽量化により効果的に対応できる。
【００２２】
そして、高硬度のＡｌ合金で製造されたカン１０の開口部１２にはキャップ組立体３０が設置されて密封されるが、キャップ組立体３０は、開口部１２に直接溶接されてカン１０を密封するキャッププレート３２を備える。
【００２３】
この時、キャッププレート３２はカン１０より硬度の低い通常のＡｌ又はＡｌ合金材料で形成されるが、これは、キャッププレート３２に備えられる安全弁３２´の作動圧力を適切な範囲に制御できるようにし、また、アニーリングなどの熱処理によって安全弁３２´のストレスを減少させて耐衝撃性を向上させるようにするためである。このようなキャッププレート３２の材質としては、Ａｌ金属に合金元素からなるＳｉ０．３重量％、Ｆｅ０．５５重量％、Ｃｕ０．１２重量％、Ｍｎ１．０重量％が添加されたＡ３００３（材質規格名）などを用いることができる。
【００２４】
ここで、安全弁３２´は、機械的な方法やエッチング法及び電気鋳型法でキャッププレート３２に一定の深さで溝を形成して、この部位を相対的に前記キャッププレートの他の部位に比べて薄くすることによって形成することもできる。
【００２５】
一方、カン１０に比べて低硬度の材質からなる前記キャッププレート３２には、ガスケット３４を嵌めて絶縁しながら貫通形成された端子ピン３６が備えられるが、この端子ピン３６の下部には、絶縁プレート及び端子プレートがさらに形成されて（図示せず）、端子ピン３６がキャッププレート３２から絶縁されるようにする。この端子ピン３６の下部には、負極板２４から突出した負極タップ２８´が溶接され、端子ピン３６は負極端子部としての機能をする。
【００２６】
そして、正極板２２から出た正極タップ２８は、キャッププレート３２の下面やカン１０の内面に直接電気的に接続されて、端子ピン３６を除いた電池外部全体が正極端子部として機能できるようにする。しかし、このような正極端子及び負極端子の構造は必ずこれに限定されるものではなく、正極端子部の構造も負極端子部の構造と同様に別途の端子ピンを通して形成することもでき、その他の如何なる構造でも適用できる。
【００２７】
一方、前述のような電極組立体２０がカン１０に挿入された後、絶縁性素材に備えられた保護ケース３８が電極組立体２０とキャップ組立体３０との間にさらに設置され、電極組立体２０をより堅固に固定できる。
【００２８】
そして、キャップ組立体３０をカン１０の開口部１２に溶接させた後には、キャッププレート３２に形成された電解液注入口４０に電解液を注入した後、プラグ（図示せず）を嵌めて、これを密封する。
【００２９】
前記構成の角形二次電池において、既に言及したように、キャッププレート３２はカン１０の開口部１２を密封するように溶接固定される。しかし、安全弁３２´と係わった問題により、キャッププレート３２がカン１０より低硬度の材質を使うので、これら二つの部材１０、３２間の成分差により溶接性が低下する可能性がある。
【００３０】
この問題を解決するため、本発明では、レーザー溶接方式を用いて図２に示した溶接ライン（ＷＬ）に沿って前記キャッププレート３２とカン１０とを溶接して結合させ、この時、用いられるレーザーは、１００〜１４０Ｈｚの周波数、２００〜４００Ｗの出力、２．３〜２．５Joule/spotの熱量を有するレーザーを用いることができ、その溶接速度は１７〜２５ｍｍ/secに維持される。このようなレーザー溶接工程によれば、硬度が互いに異なる材質で作られたカン１０とキャッププレート３２を、良好に溶接できる。
【００３１】
以上で本発明の好ましい実施例を説明したが、本発明は前記実施例に限定されるものではなく、本発明の特許請求の範囲と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のが可能であり、これも本発明の範囲に属する。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の実施例による二次電池の分解斜視図である。
【図２】図１の二次電池が結合された状態を示した側面図である。
【符号の説明】
【００３３】
１０  カン
１２  開口部
２０  電極組立体
２２  正極板
２４  負極板
２６  セパレータ
２８  正極タップ
２８´  負極タップ
３０  キャップ組立体
３２  キャッププレート
３２´  安全弁
３４  ガスケット
３６  端子ピン
３８  保護ケース
４０  電解液注入口
【図１】
2005071995.tif 000003
【図２】
2005071995.tif 000004