(57)【要約】【課題】電極端子とその電極端子の上面に接触する部品との間の溶接性を改善することを目的とする。【解決手段】本発明の二次電池は、電極組立体１２と、この電極組立体１２が収容されるカン１１と、このカンの開放された上部に結合されるキャップ組立体１００と、電極組立体１２の電極と電気的に接続される電極端子１３０とを備え、電極端子１３０に突起部１３２を形成し、この突起部１３２と接触部品２００との間を溶接するようにしたことを特徴とする。【選択図】図１
2007184248.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに異なる二つの電極及びこれら二つの電極の間に介在するセパレータを積層して巻回された電極組立体と、
前記電極組立体を収容するカンと、
前記電極組立体の電極と電気的に接続されて突起部が形成された電極端子と、
この電極端子を備え、前記カンの開放された上部に結合するキャップ組立体と
を含むことを特徴とする二次電池。
【請求項２】
前記突起部は、前記電極端子上面の端から離れた内側に二つ形成され、この二つの突起部は、互いに一定の間隔離れて形成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３】
外部回路に接続される外部入出力端子と電気的に接続され、前記突起部に接触する接触部品をさらに備え、前記突起部と前記接触部品との接触部位を溶接することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の二次電池。
【請求項４】
前記接触部品の前記接触部位を含む面は、平ら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】
前記溶接は、抵抗溶接であることを特徴とする請求項３または請求項４に記載の二次電池。
【請求項６】
前記接触部品は、ニッケルを含む材質から形成されていることを特徴とする請求項３から請求項５のいずれか１項に記載の二次電池。
【請求項７】
互いに異なる二つの電極及びこれら二つの電極の間に介在するセパレータを積層して巻回された電極組立体と、
前記電極組立体を収容するカンと、
前記電極組立体の電極と電気的に接続される電極端子と、
前記電極端子を備え、前記カンの開放された上部と結合されるキャップ組立体とを含む二次電池において、
前記電極端子と接触する部品に突起部を形成し、前記突起部と前記電極端子とを溶接することを特徴とする二次電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二次電池に関し、より詳細には、電極端子とこの電極端子の上面に接触する部品との間の溶接性を改善した二次電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
通常、二次電池(ｓｅｃｏｎｄａｒｙ  ｂａｔｔｅｒｙ)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、携帯電話機、ノート型パソコン、カムコーダーなどの最新の電子機器分野で広く使用されている。特に、リチウム二次電池は、作動電圧が３．６Ｖあり、電子装備の電源として広く使用されているニッケル−カドミウム電池や、ニッケル−水素電池よりも３倍も作動電圧が高く、単位重量当たりのエネルギー密度が高いという利点からその使用分野が急速に拡大している。
【０００３】
このようなリチウム二次電池は、主に正極活物質としてリチウム系酸化物、負極活物質として炭素材を使用している。また、リチウム二次電池は、様々な形状で製造されているが、その代表的な形状としては、円筒型、角型、パウチ型がある。
【０００４】
そのうち角型二次電池は、角型のカンと、そのカン内部に収容される電極組立体と、カンに結合されるキャップ組立体とを備えている。
【０００５】
ここで、キャップ組立体は、カンの上部に結合されるキャッププレートと、端子通孔を介して設置される電極端子と、電極端子の外面に設置されてキャッププレートとの間を絶縁するガスケットと、キャッププレートの下面に設置される絶縁プレートと、その絶縁プレートの下面に設置されて電極端子と通電される端子プレートとを備えている。電極組立体の一つの電極は、電極タップと端子プレートを介して電極端子と電気的に接続され、もう一方の電極は、その電極に連結される電極タップを介してキャッププレートやカンと電気的に接続される。
【０００６】
上記電極端子は、ＰＴＣ素子(ｐｏｓｉｔｉｖｅ  ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ)や、サーマルブレーカー(ｔｈｅｒｍａｌ  ｂｒａｋｅｒ)、保護回路基板(ＰＣＭ；Ｐｒｏｔｅｃｔｉｖｅ  Ｃｉｒｃｕｉｔ  Ｍｏｄｕｌｅ)などの安全装置の一端または接続リードなどと溶接される。複数の安全装置は、正極と負極に連結されて電池の高温上昇や、過度な充放電などで電池の電圧が急上昇する場合に、電流を遮断して電池の破裂などの危険を防止するように構成されている。
【０００７】
しかしながら、従来では電極端子とその電極端子と接触する部品の溶接部位は、両方とも平らな構造をしており、これにより溶接部位が頻繁に取れてしまう不良が発生し、また溶接時間が比較的に長くかかるという問題点がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上記のような従来の問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、電極端子とその電極端子の上面に接触する部品との間の溶接性を改善することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述の目的を達成するために、本発明の一実施形態に係る二次電池は、互いに異なる二つの電極及びこれら二つの電極の間に介在するセパレータを積層して巻回された電極組立体と、前記電極組立体を収容するカンと、前記電極組立体の電極と電気的に接続されて突起部が形成された電極端子と、この電極端子を備え、前記カンの開放された上部に結合するキャップ組立体とを含むことを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の他の実施形態に係る二次電池は、互いに異なる二つの電極及びこれら二つの電極の間に介在するセパレータを積層して巻回された電極組立体と、前記電極組立体を収容するカンと、前記電極組立体の電極と電気的に接続される電極端子と、前記電極端子を備え、前記カンの開放された上部と結合されるキャップ組立体とを含む二次電池において、前記電極端子と接触する部品に突起部を形成し、前記突起部と前記電極端子とを溶接することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る二次電池は、電極端子とそこに接触する部品のうちのいずれか一部品に形成された突起部を介して接触し、その接触部位を熔接するようにしたので、溶接を早く仕上げることができ、溶接部位の材料の損失を最小化することもでき、さらに溶接性も優れて溶接部位の結合が取れてしまう不良を防止することも可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の最良の実施形態に係る二次電池の構造を詳細に説明する。但し、本発明は、様々な相異な形態を具現することができ、ここで説明する実施形態に限定されるわけではない。図面では、本発明を明確に説明するために説明と関係ない部分は省略しており、明細書全体での同一な構成要素に対しては同一な参照符号を付けている。
【００１３】
図１は、本発明の一実施形態に係る二次電池の構造を示した分離斜視図である。
【００１４】
図面を参照すれば、二次電池は、電極組立体１２と、その電極組立体１２を収容するカン１１と、そのカン１１と結合するキャップ組立体１００とを含んでいる。
【００１５】
電極組立体１２は、通常、電気容量を高めるために正極１３及び負極１５を広い板型に形成した後、これらを互いに絶縁するセパレータ１４を正極１３と負極１５との間に介在させて積層し、瓦型に巻回して、いわゆるゼリーロール(Ｊｅｌｌｙ  Ｒｏｌｌ)形態にする。負極１５及び正極１３は、それぞれ銅及びアルミニウムホイルからなる集電体に負極活物質である炭素と正極活物質であるコバルト酸リチウムなどをそれぞれコーティングして形成する。セパレータ１４は、ポリエチレン、ポリプロピレン、またはポリエチレンとポリプロピレンの共重合体(ｃｏ−ｐｏｌｙｍｅｒ)から形成されている。セパレータ１４は、正極１３及び負極１５より幅が広く形成されており、これにより極板間の短絡を防止している。電極組立体１２には、各電極と連結される正極タブ１６及び負極タブ１７が引出されている。上記正極及び負極タブ１６、１７には、上記電極組立体１２から外部に引出される境界部に極板１３、１５間の短絡を防止するための絶縁テープ１８が巻かれている。
【００１６】
カン１１は、図示したような角型二次電池において、ほぼ直方体の形状を有する金属材質の容器であり、ディープドローイング(ｄｅｅｐ  ｄｒａｗｉｎｇ)などの加工方法で形成する。従って、カン自体が端子の役割を行うことも可能である。カンの材質としては、軽量の伝導性金属であるアルミニウムまたはアルミニウム合金が好ましい。カン１１は、電極組立体１２と電解液を収容する容器となり、電極組立体１２を投入するために開放された上部はキャップ組立体１００によって封止される。
【００１７】
キャップ組立体１００は、キャッププレート１１０と、電極端子１３０と、絶縁プレート１４０と、端子プレート１５０とを備えている。キャッププレート１１０には、端子通孔１１１が形成されており、電極端子１３０はその外面にキャッププレート１１０との間の絶縁のためガスケット１２０を備えた状態で端子通孔１１１を貫通して設置される。キャッププレート１１０の下面には、絶縁プレート１４０が設置されていて、その絶縁プレート１４０の下面には端子プレート１５０が設置されている。その端子プレート１５０には電極端子１３０の下端部が結合されている。
【００１８】
電極組立体１２の負極１５は、負極タブ１７と端子プレート１５０を介して電極端子１３０と電気的に接続されている。電極組立体１２の正極１３は、正極タブ１６がキャッププレート１１０や、カン１１に溶接されている。上記端子プレート１５０の下部には絶縁ケース１９０がさらに設置されている。一方、極性を異にして電池を設計することも可能である。
【００１９】
キャッププレート１１０の一端には、カン１１の内部に電解液を注入するための電解液注入口１１２が形成されていて、電解液注入後、上記電解液注入口１１２を封止する封止部１６０が形成されている。この封止部１６０については、様々な実施形態があり得る。例えば、電解液注入口１１２より直径が大きいボール(ｂａｌｌ)を電解液注入口の入口に置いて機械的に電解液注入口へ圧入して封止部１６０を形成した後、その封止部１６０の端に沿って溶接することで、電解液注入口１１２を密閉することができる。また、電解液注入口１１２の上面にそれより大きい薄板の封止プレートを面接続した後、この封止プレートの端に沿って溶接することで、電解液注入口１１２を密閉することもできる。
【００２０】
一方、キャッププレート１１０の他端には、ホルダー１８２との構造的結合を容易にするための突出部１８１が形成されている。後に保護回路基板３００とキャップ組立体１００との間に成形樹脂を詰めてモールディングすることでパック電池を形成するが、パック電池形成後に、外部からのねじれなどの外力によって凝固した樹脂と部品との結合が取れないように、ホルダー１８２は外力に対する構造的抵抗体の役割を行う。
【００２１】
このように、キャップ組立体１００によってカン１１の開放された上部が封止され、この状態の電池を単位セルまたはベアセル(ｂａｒｅｃｅｌｌ)という。このような単位セルの電極端子１３０は、ＰＴＣ素子や、サーマルブレーカー、保護回路基板などの安全装置と電気的に接続される。複数の安全装置は、正極と負極に連結されて電池の高温上昇や、過度な充放電などで電池の電圧が急上昇する場合に、電流を遮断して電池の破裂などの危険を防止する。
【００２２】
図１では、サーマルブレーカー２００の一端が電極端子１３０の上面に溶接されて固定されている。電極端子１３０の上面には突起部１３２が形成されている。これによって、電極端子１３０と、上記突起部１３２に接触される部品(以下、「接触部品」と称する。図１では、サーマルブレーカー２００が接触部品になる)との間の溶接性が改善され、電極端子１３０は外部回路に接続される外部入出力端子３２１と電気的に接続される。ただし、この点については後述することにする。
【００２３】
一方、負極性を有する電極端子１３０と接触するサーマルブレーカー２００と、正極性を有するキャッププレート１１０との間の絶縁のために上記サーマルブレーカー２００とキャッププレート１１０との間に絶縁部材１８５が位置する。上記サーマルブレーカー２００は、負極接続端子３７０と溶接され、保護回路(図示せず)を介して外部入出力端子３２１と電気的に接続される。また、キャッププレート１１０に接触固定された接続リード２６０は、正極接続端子３６０と溶接されて、外部入出力端子３１１と電気的に接続される。但し、極性を変えて設計することも可能である。
【００２４】
図２は、本発明の一実施形態に係る二次電池の電極端子１３０にＰＴＣ素子２０５を連結した場合の構造を示した部分斜視図である。図１に示した実施形態と異なる点は、電極端子１３０にサーマルブレーカーではなくＰＴＣ素子２０５が接触部品２１０を介して連結されており、ＰＴＣ素子２０５が接続リード２２０を介して負極接続端子(図示せず)と連結されている点である。
【００２５】
接触部品２１０と電極端子１３０が溶接されることに関して、より詳細には次のようになる。
【００２６】
図３は、図２に示す二次電池の電極端子１３０の平面図であり、図４は、図３の電極端子に接触部品を溶接する状態を示した断面図である。
【００２７】
これらの図面を参照すれば、電極端子１３０の上面に突起部１３２が形成されている。ここで、突起部１３２は、電極端子１３０の成形後に電極端子１３０の下面の一地点を加圧して形成することもできるし、または電極端子１３０の成形時に突起部１３２を同時に形成することもできる。
【００２８】
この突起部１３２に接触部品２１０が溶接される。この場合、突起部１３２と接触する接触部品２１０の面は平らなことが溶接性において好ましい。
【００２９】
ここで、溶接は、抵抗溶接（resistance-welding）が好ましい。これは、抵抗溶接だと溶接温度が低温で作業速度が早く、溶接部分の安全性が高いからである。抵抗溶接は、操作がほとんど機械的なので、他の溶接法のように人の技能の優劣による影響が少なく、溶接に必要な時間も少ないので、大量生産に好適である。抵抗溶接は、金属に電流が流れる時に発生するジュール(Ｊｏｕｌｅ)熱を利用して圧力を加えながら、熔接する方法である。熔接しようとする２個の金属面をお互いに向かい合わせて適当な機械的圧力を加えながら、電流を流すと、接触面に存在する接触抵抗及び金属自体の抵抗のため接触面とその周辺に熱が発生して温度が上昇する。このジュール熱によって被熔接材料が溶融して、接触面に加えられた圧力によって両面が完全に密着するようになる。
【００３０】
図４において、抵抗溶接のうち単相交流式スポット溶接を示しているが、二つの熔接棒４００を被熔接材料の両側に向かい合わせるようにするのではなく、被熔接材料の片側に二つの熔接棒４００を置いて溶接を実施している。
【００３１】
このような抵抗溶接のために、接触部品２１０は、ニッケルを含有する材質で形成するようにする。一般的に、固有電気抵抗が大きくて、熱伝導率が小さくて、溶融点が低く、焼成区域の温度範囲が広い金属であるほど容易に抵抗溶接を行うことができる。ニッケルは、２０℃で６．８４[UΩcm]の電気抵抗度と０．２２[cal/cm・s・℃]の熱伝導度を有するのに対して、アルミニウムは、同一温度で２．６５５[uΩcm]の電気抵抗度と０．５３[cal/cm・s・℃]の熱伝導度を有する。したがって、アルミニウムよりもニッケルを含有する材質から形成することにより、抵抗溶接を容易に実施することができる。
【００３２】
一方、突起部１３２は、電極端子１３０の上面の端から離れて内側に二つが形成されており、二つの突起部は、互いに一定距離だけ離れた状態で形成されることが好ましい。これは、被熔接材料の端でスポット溶接することは不適当であり、また二つの突起部が隣接していると、構造的に接合を支える力が弱くなるからである。したがって、それぞれの溶接部位との間の距離を離すことにより、各溶接部位に対して熔接熱が与える影響を最小化することができる。
【００３３】
上述したように、従来の平らな構造とは異なり、電極端子１３０の突起部１３２と接触部品２１０とを接触して熔接するようにしたので、接触抵抗が突起部１３２の部位に集中して、ジュール熱による溶融が簡単に早く起こる。これによって、溶接が早く仕上げられるようになり、接触地点の材料損失を最小化することができ、溶接性も優れて溶接部位の結合が取れてしまう不良を防止することができる。
【００３４】
図５は、本発明の他の実施形態に係る電極端子と接触部品とが接触する部位を示した断面図である。
【００３５】
図２乃至図４に示した実施形態と異なる点は、接触部品２２０に突起部２２２が形成されて、この突起部２２２と電極端子１３０′の上面が溶接されている点である。
【００３６】
ここで、突起部２２２は、板型の接触部品２２０の成形後に、その上面の一地点を下方に加圧して形成することもできるし、または接触部品２２０の成形時に、突起部２２２を同時に形成することもできる。
【００３７】
これによって、上述した実施形態のように、溶接が早く仕上げられて、接触地点の材料損失が最小化され、溶接性も優れて溶接部位の結合が取れてしまう不良を防止できる。
【００３８】
以上、本発明は、上述した特定の好ましい実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲で請求する本発明の基本概念に基づき、当該技術分野における通常の知識を有する者であれば、様々な実施変形が可能であり、そのような変形は本発明の特許請求の範囲に属するものである。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の一実施形態に係る二次電池の構造を示す分解斜視図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る二次電池の電極端子にＰＴＣ素子が連結された場合を示す部分斜視図である。
【図３】図２に示した二次電池の電極端子の構造を示す平面図である。
【図４】図３の電極端子に接触部品が溶接される状態を示した断面図である。
【図５】本発明の他の実施形態において電極端子と接触部品が接触する状態を示した断面図である。
【符号の説明】
【００４０】
１０…二次電池 
１１…カン
１２…電極組立体 
１００…キャップ組立体
１１０…キャッププレート 
１３０、 １３０′…電極端子
１３２、２２２…突起部 
２００…(サーマル)ブレーカー
２０５…ＰＴＣ素子 
２１０、２２０…接触部品
３１１、３２１…外部入出力端子
３６０、３７０…接続端子 
４００…熔接棒
【図１】
2007184248.tif 000003
【図２】
2007184248.tif 000004
【図３】
2007184248.tif 000005
【図４】
2007184248.tif 000006
【図５】
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