(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極板と、負極板と、前記正極板と負極板との間に介在されるセパレータとを有する電池部と、
前記電池部を収容する缶と、
前記缶の上部に結合され、キャップカバーと、前記キャップカバーの下部に設けられて電池の内部の所定圧力で破裂される安全弁と、前記安全弁の周縁部に沿って設けられるガスケットとを有するキャップ組立て体とを含み、
前記安全弁には切り欠き部が形成され、該安全弁の端部が隙間を設けて前記周縁部の下側の内側に向かって折り曲げられ、前記安全弁の端部の外周面が前記ガスケットの内周面に位置し、
前記ガスケットは、前記安全弁の隙間を設けるように折り曲げられた端部の上下面を包んで結合部が形成され、前記ガスケットの結合部および前記安全弁の端部が交互に積層されていることを特徴とする２次電池。
【請求項２】
前記安全弁は端部から延長タップが引き出され、前記延長タップは前記正極板と連結された正極タップと相互接合されたことを特徴とする請求項１に記載の２次電池。
【請求項３】
前記延長タップは前記缶の周縁部に位置して前記正極タップに溶接されたことを特徴とする請求項２に記載の２次電池。
【請求項４】
前記延長タップは前記端部と一体的に成形されたことを特徴とする請求項２に記載の２次電池。
【請求項５】
正極板と、負極板と、前記正極板と負極板との間に介在されるセパレータとを有する電池部と、前記電池部を収容する缶と、前記缶の上部に結合され、キャップカバーと、前記キャップカバーの下部に設けられて電池の内部の所定圧力で破裂される安全弁と、前記安全弁の周縁部に沿って設けられるガスケットとを有するキャップ組立て体とを含む２次電池の製造方法であって、
前記安全弁の端部が隙間を設けて前記周縁部の下側の内側に向かって折り曲げられる段階と、
前記安全弁の隙間を設けるように折り曲げられた端部の上下面を包んで前記ガスケットの結合部が形成されるように、前記安全弁の端部にガスケットの元素材を射出し、前記ガスケットの結合部および前記安全弁の端部を交互に積層させて前記安全弁に前記ガスケットを一体的に固定する段階と、
前記安全弁と前記ガスケット及び前記缶を圧縮する段階と、
を含むことを特徴とする２次電池の製造方法。
【請求項６】
正極板と、負極板と、前記正極板と負極板との間に介在されるセパレータとを有する電池部と、前記電池部を収容する缶と、前記缶の上部に結合され、キャップカバーと、前記キャップカバーの下部に設けられて電池の内部の所定圧力で破裂される安全弁と、前記安全弁の周縁部に沿って設けられるガスケットとを有するキャップ組立て体とを含む２次電池の製造方法であって、
前記安全弁の端部を下方に直立するように折り曲げて成形する段階と、
前記安全弁の端部にガスケットの元素材を射出して、前記安全弁の端部を包んで前記ガスケットの結合部を形成する段階と、
前記安全弁の端部および前記ガスケットの結合部を内側に向かって折り曲げて、前記ガスケットの結合部および前記安全弁の端部を交互に積層することにより、前記安全弁に前記ガスケットを一体的に固定する段階と、
前記安全弁と前記ガスケット及び缶を圧縮する段階と、
を含むことを特徴とする２次電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は２次電池に係り、より詳細には、電池の内部の安定的な密閉性を確保するために安全ベント及びガスケットの構造が改善された２次電池とその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
２次電池は充放電可能な電池であって、ニッケル-カドミウム電池（Ｎｉ-Ｃｄ）、ニッケル-水素電池（Ｎｉ-ＭＨ）、リチウム２次電池などがある。中でも、リチウム２次電池は、ニッケル-カドミウム電池やニッケル-水素電池に比べて単位重量当りエネルギー密度に優れているという点で、その発展には目を見張るものがある。
【０００３】
このように、リチウム２次電池は、電解液の種類により液体電解質電池と固体電解質電池とに大別できる。一般に、液体電解質を用いる電池をリチウム-イオン電池と呼び、高分子電解質を用いる電池をリチウムポリマー電池と呼ぶ。
【０００４】
図５は、従来のリチウム２次電池のうち円筒状の電池１０を示したものである。
【０００５】
これを参照すれば、前記電池１０は、電池部１１が缶１２の内に実装されているような構造となっている。この電池部１１は、正極板１１ａ及び負極板１１ｂがセパレータ１１ｃを挟んで配されている。
【０００６】
この電池部１１の上部にはキャップ組立て体１５が結合されている。このキャップ組立て体１５は、順次に積層されるキャップカバー１６と、電流制御部１７と、安全ベント１８、及び絶縁部材１９により介在されるキャッププレート１００を含む。このキャップ組立て体１５の外周面にはガスケット１１０が設けられ、これにより、キャップ組立て体は前記缶１２と絶縁されている。
【０００７】
この時、前記正極タップ１３は正極板１１ａから絶縁板１４を通じて引き出されており、その端部が前記キャッププレート１００に溶接されている。このキャッププレート１００には、切り欠き部１８ａの形成により相対的に破裂が先に起こる凹部１８ｂを有する安全ベント１８が接触されている。
【０００８】
前記電池１０には、前述した部品を順次に積層した後、前記安全ベント１８とガスケット１１０との間を強制的にクリンピングして電解液の漏れなどの現象を未然に防止するように、密閉空間が確保されている。
【０００９】
しかしながら、従来の電池１０は、下記のような問題点を有している。
【００１０】
第一に、前記正極タップ１３は、その端部１３ａがキャッププレート１００の中央部の底面でレーザー溶接や超音波溶接などにより溶接されて、キャッププレート１００の端部と相互電気的に接続されている。しかし、この溶接作業中に異常が生じる場合には、前記安全ベント１８に高温の熱が伝わってボイドが形成されてしまう。これにより、電池１０の密閉空間が完全に確保できず、その結果、電池１０の信頼性が低下する。
【００１１】
第二に、前記安全ベント１８の外周面に沿ってガスケット１１０が設けられるが、この安全ベント１８は、その端部が内側に向かって折り曲げられている（図６参照）。この折り曲げられた外周面が前記ガスケット１１０の内周面１１０ａに確保された状態でクリンピングが行われる。
【００１２】
このような一連の過程において、クリンピング工程中に接合不良が起こり、その結果、前記安全ベント１８の外周面とガスケット１１０の内周面１１０ａとの間に隙間ができる可能性がある。このため、電池１０の内部の上昇した圧力により有機溶媒電解質が、図６の矢印にて示されたように、隙間に漏れる可能性があり、その結果、電池１０の内部の密閉空間が完全に確保できなくなる。
【００１３】
したがって、電池１０の異常作動による内圧の増加により生じたガスを排出できるように、適宜な時点に前記安全ベント１８の凹部１８ｂを破裂させて安全性を確保しなければならない。しかし、前述のように、ボイドや隙間ができて密閉空間を完全に確保できなければ、前記凹部１８ｂを適宜な圧力で破裂させられなくなる。その結果、電池１０の内部で瞬間的な発熱反応が起こって内圧が急に上昇し、電池１０が爆発する恐れがある。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、電池の内部の密閉空間を完全に確保するために安全ベント及びガスケットの結合部分の構造が改善された２次電池とその製造方法を提供することにある。
【００１５】
本発明の他の目的は、正極タップとキャッププレートとの固定部分の構造が改善された２次電池とその製造方法を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明の一側面による２次電池は、正極板と、負極板と、前記正極板と負極板との間に介在されるセパレータとを有する電池部と、前記電池部を収容する缶と、前記缶の上部に結合され、キャップカバーと、前記キャップカバーの下部に設けられて電池の内部の所定圧力で破裂される安全弁（以下の記載において、安全ベントともいう）と、前記安全弁の周縁部に沿って設けられるガスケットとを有するキャップ組立て体とを含み、前記安全弁には切り欠き部が形成され、該安全弁の端部が隙間を設けて前記周縁部の下側の内側に向かって折り曲げられ、前記安全弁の端部の外周面が前記ガスケットの内周面に位置し、前記ガスケットは、前記安全弁の隙間を設けるように折り曲げられた端部の上下面を包んで結合部が形成され、前記ガスケットの結合部および前記安全弁の端部が交互に積層されていることを特徴とする。
【００１７】
望ましくは、前記安全ベントは、切り欠き部が形成されたベースの周縁部から内側に向かって折り曲げられ、端部の外周面がガスケットの内周面に位置する。
【００１８】
さらに、望ましくは、前記ガスケットは、底面から一体的に延びる結合部が前記端部の上下面を包んで交互に積層される形状である。
【００１９】
さらに、望ましくは、前記安全ベントは端部から延長タップが引き出され、前記延長タップは前記正極板と連結された正極タップと相互接合される。
【００２０】
さらに、望ましくは、前記延長タップは、前記缶の周縁部に位置して前記正極タップに溶接される。
【００２１】
さらに、望ましくは、前記延長タップは前記端部と一体的に成形される。
【００２２】
本発明の他の側面による２次電池の製造方法は、正極板と、負極板と、前記正極板と負極板との間に介在されるセパレータとを有する電池部と、前記電池部を収容する缶と、前記缶の上部に結合され、キャップカバーと、前記キャップカバーの下部に設けられて電池の内部の所定圧力で破裂される安全弁と、前記安全弁の周縁部に沿って設けられるガスケットとを有するキャップ組立て体とを含む２次電池の製造方法であって、前記安全弁の端部が隙間を設けて前記周縁部の下側の内側に向かって折り曲げられる段階と、前記安全弁の隙間を設けるように折り曲げられた端部の上下面を包んで前記ガスケットの結合部が形成されるように、前記安全弁の端部にガスケットの元素材を射出し、前記ガスケットの結合部および前記安全弁の端部を交互に積層させて前記安全弁に前記ガスケットを一体的に固定する段階と、前記安全弁と前記ガスケット及び前記缶を圧縮する段階と、を含むことを特徴とする。
【００２３】
本発明のさらに他の側面による２次電池の製造方法は、正極板と、負極板と、前記正極板と負極板との間に介在されるセパレータとを有する電池部と、前記電池部を収容する缶と、前記缶の上部に結合され、キャップカバーと、前記キャップカバーの下部に設けられて電池の内部の所定圧力で破裂される安全弁と、前記安全弁の周縁部に沿って設けられるガスケットとを有するキャップ組立て体とを含む２次電池の製造方法であって、前記安全弁の端部を下方に直立するように折り曲げて成形する段階と、前記安全弁の端部にガスケットの元素材を射出して、前記安全弁の端部を包んで前記ガスケットの結合部を形成する段階と、前記安全弁の端部および前記ガスケットの結合部を内側に向かって折り曲げて、前記ガスケットの結合部および前記安全弁の端部を交互に積層することにより、前記安全弁に前記ガスケットを一体的に固定する段階と、前記安全弁と前記ガスケット及び缶を圧縮する段階と、を含むことを特徴とする。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、添付した図面に基づき、本発明の望ましい一実施形態による２次電池について説明する。
【００２５】
図１は、本発明の一例による２次電池のうち円筒状の電池３０を示したものである。
【００２６】
これを参照すれば、前記電池３０は、缶３２と、前記缶３２の上部に結合されるキャップ組立て体３５とを含む。
【００２７】
前記缶３２の内部には電池部３１が設けられている。また、前記電池部３１は、正極板３１ａと、負極板３１ｂと、それらの間に介在してこれらを絶縁させるセパレータ３１ｃがジェリーロールタイプで巻かれている。前記電池部３１の正極板３１ａからは正極タップ３３が引き出され、負極板３１ｂからは負極タップ（図示せず）が引き出される。前記負極タップは缶３２に溶接されている。前記電池部３１の上部には、前記正極タップ３３が引き出される通孔３４ａが形成された絶縁部材３４が設けられている。
【００２８】
前記キャップ組立て体３５は、前記缶３２の上部に位置して正極端子の役割をするキャップカバー３６を含む。前記キャップカバー３６の下部には第１電流制御部３７が設けられている。前記第１電流制御部３７は、温度の上昇によりそのゼロ負荷抵抗値が上がる抵抗体であって、望ましくは、ペースト状のポリマー及びカーボン物質の混合物であるＰＴＣ（ｐｏｓｉｔｉｖｅ  ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）素材よりなる。
【００２９】
前記第１電流制御部３７の下部には、電池３０に異常発生時に電流の流れをより確実に遮断するために、第２電流制御部３８、例えば、伝導性のエポキシ樹脂よりなるカレントブレーキが設けられている。
【００３０】
前記第２電流制御部３８の下部には、ショートや衝撃変形、または過充電など、電池３０の異常によりガスが生じる時にこれを外部に放出して爆発の危険性を未然に防止するために、所定の圧力で破裂が起こる安全ベント３９が設けられている。
【００３１】
前記安全ベント３９には破裂を起こし易くするために切り欠き部３９ａが形成されており、この切り欠き部３９ａの内側には最初に破損が起こるように凹部３９ｂが形成されている。前記安全ベント３９の周縁部には所定長さの延長タップ３００が形成されている。前記延長タップ３００は前記正極タップ３３に溶接されている。
【００３２】
一方、前記キャップ組立て体３５の周縁部にはガスケット３１０が設けられて、前記キャップ組立て体３５が前記缶３２と相互電気的に絶縁されている。
【００３３】
本発明の特徴によれば、前記正極タップ３３は電池３０の中央部で導電性手段と接触されて前記キャップカバー３６と電気的に接続されるのではなく、前記缶３２の周縁部で前記安全ベント３９から引き出された延長タップ３００に溶接されている。また、安全ベント３９は折り曲げられた周縁部にガスケット３１０の一部が介在されて相互積層された構造を有し、これにより、密閉空間が完全に確保されることにも特徴がある。
【００３４】
これについては、後述する実施形態でより詳細に説明する。
【００３５】
図２は、本発明の第１の実施形態による安全ベント４０とガスケット４００との結合構造を示したものであり、図３は、図２の要部を拡大して示したものである。
【００３６】
これを参照すれば、前記安全ベント４０は箔板の金属材であって、略円盤状である。前記安全ベント４０はベース４１と、前記ベース４１の内部に環状に形成された切り欠き部４２とを含む。前記切り欠き部４２の内側にはその中心に向かって頂点をなすように、破裂が先に起こる凹部４３が形成されている。
【００３７】
前記ベース４１の周縁部には湾曲部４４が形成されており、前記湾曲部４４から外側には略“Ｕ”字状の断面を有するように内側に折り曲げられる端部４５が形成されている。
【００３８】
前記安全ベント４０の外部には高分子樹脂よりなるガスケット４００が設けられている。前記ガスケット４００はその底面４１０に前記安全ベント４０が位置し、中央に空洞が形成されたカップ状の絶縁体である。前記ガスケット４００には、底面４１０から内側に向かって一体的に延びる結合部４２０が形成されている。前記結合部４２０は、前記安全ベント４０の端部４５を覆うように折り曲げられた部分の上下面を包んでいる。
【００３９】
前記安全ベント４０及びガスケット４００は、下記の方法により結合することができる。
【００４０】
第一の方法は、前記安全ベント４０を成形する時、端部４５を前述の形状に折り曲げる。次に、前記安全ベント４０の外周面に前記ガスケット４００を射出して相互結合させる。
【００４１】
この時、前記安全ベント４０の折り曲げられた端部４５の上下面には高分子樹脂よりなる結合部４２０が埋め込まれて、前記安全ベント４０に対するガスケット４００の結合を堅くする。すなわち、前記端部４５及び結合部４２０が単に面接触する方式ではなく、相互積層されるように形成されることにより、密閉空間を完全に確保することができる。
【００４２】
第二の方法は、前記安全ベント４０を成形する時、前記端部４５を折り曲げず、直立させる。次に、前記安全ベント４０の外周面に前記ガスケット４００を射出して相互結合させる。次に、前記端部４５を内側に向かって折り曲げる。これにより、前記端部４５及び結合部４２０は相互積層されるように結合される。
【００４３】
図４は、本発明の第２の実施形態による安全ベント５０とガスケット５００との結合構造を示したものである。
【００４４】
これを参照すれば、前記安全ベント５０は、ベース５１と、前記ベース５１の内部に形成された切り欠き部５２と、前記切り欠き部５２の内側に中心に向かって頂点をなす凹部５３と、前記ベース５１の周縁部に形成された湾曲部５４と、前記湾曲部５４から折り曲げられる端部５５とを含む。前記端部５５は、その断面が略“Ｕ”字状を呈している。
【００４５】
前記安全ベント５０の外周部にはガスケット５００が設けられるが、前記ガスケット５００は射出成形により前記安全ベント５０の外周面を完全に包んでいる。この時、前記安全ベント５０の端部５５は前述の形状に折り曲げられており、前記ガスケット５００の底面５１０から内側に向かって一体的に延びる結合部５２０が前記端部５５の上下面に埋め込まれて安全ベント５０に対するガスケット５００の結合が堅くなり、これにより、密閉空間が確保されている。
【００４６】
ここで、前記安全ベント５０の一側には延長タップ５６が形成されている。すなわち、前記端部５５の一部から下方に延びた延長タップ５６が一体的に成形されたり、あるいは別途の工程により前記端部５５と結合される。
【００４７】
前記延長タップ５６は電池３０（図１参照）の内部の周縁部に位置している。そして、前記延長タップ５６は、電池の組立て工程中に、レーザー溶接や超音波溶接などにより正極タップ３３に溶接される。また、これらの溶接の他にも、リベッティングなどの接合方式も採用できる。
【００４８】
以上述べたように、溶接中に電池３０の中心部で生じうる密閉空間の漏れ、例えば、安全ベント５０に形成されるボイドを通じての漏れなどを未然に防止するために、延長タップ５６が電池３０の周縁部で前記正極タップ３３と接合されている。
【００４９】
以下、本発明による電池３０の結合構造を図１と結び付けて説明する。
【００５０】
前記安全ベント３９の端部が折り曲げられた状態で前記ガスケット３１０が射出されて密閉空間が確保され、前記安全ベント３９の端部の一部から延びた延長タップ３００は密閉空間から十分に離れたところで前記正極タップ３３とレーザー溶接がなされる。また、前記安全ベント３９及びガスケット３１０の結合により密閉空間を確保した後には、缶３２と、安全ベント３９及びガスケット３１０をクリンピングして圧縮する。
【００５１】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明の２次電池及びその製造方法は、安全ベントの端部が所定の形状に折り曲げられ、この折り曲げられた部分の上下面により形成された空間にガスケットの一部が射出されて相互積層されて結合が堅くなると共に、安全ベントの端部から延びた延長タップが密閉空間から十分に離れたところで正極タップと接合されることにより、下記のような効果を奏することができる。
【００５２】
第一に、安全ベントの端部を折り曲げた状態で、ガスケットが安全ベントの外周部を包んだまま安全ベントと相互結合されることから、電池の内部に完全な密閉空間を確保することができる。
【００５３】
第二に、安全ベントから延びた延長タップ及び正極タップの溶接が電池の内部の密閉空間から離れて起こることから、溶接中に異常が生じる場合であっても安全性を確保することができる。
【００５４】
第三に、安全ベントから延びた延長タップと正極タップとを電気的に接続させる時、溶接方式の他にも別途の結合手段、例えば、リベッティングなどの結合方式も採用することができる。
【００５５】
第四に、安全ベント及びガスケットが一体的に形成されて電池の製造工数が減ることから、生産収率を向上させることができる。
【００５６】
第五に、電池の密閉性を完全に保証できるので、電池の異常により内圧が上昇する時に安全ベントの脆弱部分が適正な圧力で破裂されてガスが排出可能となることから、爆発を未然に防止することができる。
【００５７】
第六に、電池の密閉性を向上できることから、缶を薄膜化させることができる。
【００５８】
本発明は図面に示された実施形態を参考として説明されたが、これは単なる例示的なものに過ぎず、この技術分野における通常の知識を有する者なら、これより各種の変形及び均等な他の実施形態が可能であるということは言うまでもない。よって、本発明の真の技術的な保護範囲は特許請求範囲の技術的な思想によって定まるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態による２次電池を一部切除して示した概略的断面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態による安全ベント及びガスケットの結合構造を一部切除して示した斜視図である。
【図３】図２の要部を抜粋して示した拡大断面図である。
【図４】本発明の第２の実施形態による安全ベント及びガスケットの結合構造を一部切除して示した斜視図である。
【図５】従来の２次電池を一部切除して示した概略的断面図である。
【図６】図５の要部を抜粋して示した拡大断面図である。
【符号の説明】
３０  電池
３１  電池部
３１ａ  正極板
３１ｂ  負極板
３１ｃ  セパレータ
３２  缶
３３  正極タップ
３４  絶縁部材
３４ａ  通孔
３５  キャップ組立て体
３６  キャップカバー
３７  第１電流制御部
３８  第２電流制御部
３９  安全ベント
３９ａ  切り欠き部
３９ｂ  凹部
４０  安全ベント
４１  ベース
４２  切り欠き部
４３  凹部
４４  湾曲部
４５  端部
５０  安全ベント
５１  ベース
５２  切り欠き部
５３  凹部
５４  湾曲部
５５  端部
５６  延長タップ
３００  延長タップ
３１０  ガスケット
４００  ガスケット
４１０  底面
４２０  結合部
５００  ガスケット
【図１】
0004558256.tif 000002
【図２】
0004558256.tif 000003
【図３】
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【図４】
0004558256.tif 000005
【図５】
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【図６】
0004558256.tif 000007