(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属または非金属材料のキャッププレートと、
融点が４００℃以下の粉末または顆粒化された状態のガラスとメタルとを混合してゲル化させたガラスメタル材料よりなり、前記キャッププレートに形成された孔に挿入される中空型の低融点ガラスメタルチューブと、
前記ガラスメタルチューブに形成された中空に挿入される金属または非金属材料のピンと、を具備し、
高温加熱により前記キャッププレート、前記ガラスメタルチューブ、及び前記ピン間の接触面が原子的結合をなしており、
前記ピンは、端部に突出した変形部を具備し、前記変形部はタブの連結のための面積を確保するために変形されていることを特徴とする角形２次電池のキャップ組立体。
【請求項２】
前記高温加熱時に組立てられた状態のキャップ組立体を支持する冶具と前記ガラスメタルチューブとの直接的な接触を防止するために、前記ガラスメタルチューブの外側にセラミックシートが挟まれていることを特徴とする請求項１に記載の角形２次電池のキャップ組立体。
【請求項３】
前記高温加熱時に組立てられた状態のキャップ組立体を支持する冶具と前記ガラスメタルチューブとの直接的な接触を防止するために、前記ガラスメタルチューブの外側にセラミックリングがはめられていることを特徴とする請求項１に記載の角形２次電池のキャップ組立体。
【請求項４】
前記高温加熱は、４００℃ないし１０００℃でなされていることを特徴とする請求項１に記載のキャップ組立体。
【請求項５】
正極板、負極板及びセパレータを巻いて形成された極板組立体と、
前記極板組立体をその中に収容する角形ケースと、
前記角形ケースを密閉する金属または非金属材料のキャッププレートと、
融点が４００℃以下の粉末または顆粒化された状態のガラスとメタルとを混合してゲル化させたガラスメタル材料よりなり、前記キャッププレートに形成された孔に挿入される中空型の低融点ガラスメタルチューブと、
前記ガラスメタルチューブに形成された中空に挿入される金属または非金属材料のピンとを具備し、
高温加熱により前記キャッププレート、前記ガラスメタルチューブ及び前記ピン間の接触面が原子的結合をなしており、
前記ピンは、一端部からから突出した変形部が形成され、前記正極板または負極板の一側から引出されたタブと前記ピンとが電気的に接続されるように、前記変形部は前記タブに対する連結面積を確保するために変形されていることを特徴とする角形２次電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、角形２次電池のキャップ組立体及びそれを具備した角形２次電池に係り、より詳細には密閉構造が改善された角形２次電池のキャップ組立体及びそれを具備した角形２次電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
通常、二次電池は再充電が可能であり、近年その小型及び大容量化のための研究開発が広く行われている。小型、大容量化の代表的なものとしては、ニッケル水素（Ｎｉ−ＭＨ）電池、リチウム（Ｌｉ）電池、及びリチウムイオン（Ｌｉ−ｉｏｎ）電池などがある。
【０００３】
二次電池は極板組立体を収容しているケースの外観によって円筒形電池と角形電池とに区分できる。角形電池は直六面体のケース内に極板組立体が収容されたものである。
【０００４】
図１は、通常の角形２次電池の概略的な分解斜視図である。
【０００５】
図面を参照すれば、ケース１５は全体的に直六面体（角柱形状）の空間を限定しており、ケース１５の内部に極板組立体１６が収容されている。
【０００６】
極板組立体１６は電極活物質が塗布された正極板と負極板とをセパレータで相互隔離させ、前記正極板、負極板及びセパレータをゼリーロール状に巻いて形成したものである。極板組立体１６の一側には電極タブ１７が形成される。
【０００７】
キャップ組立体は、図１に示されたようにケース１５の上段を密閉するキャッププレート１１と、前記キャッププレート１１に形成された孔１１ａに挿入されるガスケット１２と、前記ガスケット１２に形成された孔に挿入されて前記極板組立体１６のタブ１７に電気的に連結されるピン１３と、前記タブ１７とキャッププレート１１とを電気的に絶縁させる絶縁体１４とを具備する。
【０００８】
ターミナルプレート１９（図２）に前記タブ１７の端部１７ａが溶接され、前記ターミナルプレート１９と前記ピン１３の端部とが接触することによって電気的に連結される。ピン１３はその端部の一部が中空型で形成されているが、これは後述されるスピニング作業のためのものである。
【０００９】
図面番号１１ｂは電解液注入口を示すが、キャッププレート１１がケース１５の上段に組立てられた後にこの電解液注入口１１ｂを通じて前記ケース１５の内部に電解液を注入してプラグ（図示せず）で密閉する。
【００１０】
図面番号１８は安全弁を示す。この安全弁１８は、電池内部の圧力上昇時に開放されることによって電池の爆発を防止する。
【００１１】
図２は、図１に示されたキャップ組立体を概略的に示す断面図である。
【００１２】
図面を参照すれば、ピン１３は中空型ガスケット１２内に挿入される。前記中空型ガスケット１２はキャッププレート１１の孔１１ａ内に挿入される。ガスケット１２はキャッププレート１１に形成された孔１１ａを通じて電池ケース内部のガス及び電解液などが外部に流出されることを防止する。ピン１３の端部は絶縁体１４に形成された孔に挿入されると同時に、ターミナルプレート１９に形成された孔に挿入されることによって組立てられ、前記ピン１３の下端部が変形されることによって固定状態を維持する。またタブ１７の端部１７ａは前記ターミナルプレート１９に溶接され、よってタブ１７、ターミナルプレート１９及びピン１３が電気的に連結される。
【００１３】
絶縁体１４はターミナルプレート１９がキャッププレート１１と接触することを防止する。ピン１３の端部は図面に示されたようにスピニング作業を通じて変形され、絶縁体１４とターミナルプレート１９とをキャッププレート１１側に加圧密着させて固定させる。公知のようにスピニング作業はピン１３を回転させながらフレームに合せてピン１３の端部を広める作業である。
【００１４】
前述されたような角形２次電池のキャップ組立体は次のような問題点を有する。まず、密閉構造を維持するためにガスケット１２が備わるが、ガスケット１２はピン１３の下端部の変形により固定される。この時、完全な密閉作業を実施するための作業条件の管理が容易でない。また、密閉構造のためのガスケット１２及び、ターミナルプレート１９の絶縁のための絶縁体１４の使用により部品点数が増加して製造工程が複雑である。さらに、ケース１５の内圧が上昇すればそれによってピン１３が外部に突出する現象が発生しうる。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は前記問題点を解決するために案出されたものであって、本発明の目的は改善された角形２次電池のキャップ組立体を提供するのである。
【００１６】
本発明の他の目的は、改善されたキャップ組立体を具備した角形２次電池を提供するのである。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明によれば、金属または非金属材料のキャッププレートと、融点が４００℃以下の粉末または顆粒化された状態のガラスとメタルとを混合してゲル化させたガラスメタル材料よりなり、前記キャッププレートに形成された孔に挿入される中空型の低融点ガラスメタルチューブと、前記ガラスメタルチューブに形成された中空に挿入される金属または非金属材料のピンと、を具備し、高温加熱により前記キャッププレート、前記ガラスメタルチューブ、及び前記ピン間の接触面が原子的結合をなしており、前記ピンは、端部に突出した変形部を具備し、前記変形部はタブの連結のための面積を確保するために変形されていることを特徴とする角形２次電池のキャップ組立体が提供される。
【００１９】
本発明の他の特徴によれば、前記高温加熱時に組立てられた状態のキャップ組立体を支持する冶具と前記ガラスメタルチューブとの直接的な接触を防止するために前記ガラスメタルチューブの外側にセラミックシートが挟まれている。
【００２０】
本発明のさらに他の特徴によれば、前記高温加熱時に、組立てられた状態のキャップ組立体を支持する冶具と前記ガラスメタルチューブとの直接的な接触を防止するために前記ガラスメタルチューブの外側にセラミックリングがはめられている。
【００２３】
また、本発明によれば、正極板、負極板及びセパレータを巻いて形成された極板組立体と、前記極板組立体をその中に収容する角形ケースと、前記角形ケースを密閉する金属または非金属材料のキャッププレートと、融点が４００℃以下の粉末または顆粒化された状態のガラスとメタルとを混合してゲル化させたガラスメタル材料よりなり、前記キャッププレートに形成された孔に挿入される中空型の低融点ガラスメタルチューブと、前記ガラスメタルチューブに形成された中空に挿入される金属または非金属材料のピンとを具備し、高温加熱により前記キャッププレート、前記ガラスメタルチューブ及び前記ピン間の接触面が原子的結合をなしており、前記ピンは、一端部からから突出した変形部が形成され、前記正極板または負極板の一側から引出されたタブと前記ピンとが電気的に接続されるように、前記変形部は前記タブに対する連結面積を確保するために変形されていることを特徴とする角形２次電池が提供される。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を添付した図面を参照して本発明の望ましい実施の形態について詳細に説明する。
【００２７】
図３は、本発明による角形２次電池のキャップ組立体を逆転された状態で示したものである。
【００２８】
図面を参照すれば、キャップ組立体は図示の便宜のために逆転された状態で図示されている。すなわち、図１に対して逆転された状態で図示されており、図１に示された極板組立体１６を収容したケース１５が図３ではキャッププレート３１の上部に結合され、金属または非金属材のピン３３の上段にタブ１７が接することと理解すればよい。
【００２９】
図３において、キャッププレート３１に形成された孔３１ａには中空型ガラスメタルチューブ３２が挿入される。また、中空型ガラスメタルチューブ３２の内側にはピン３３が挿入される。
【００３０】
キャッププレート３１とピン３３は導電性がある金属材または非金属材で形成される一方、ガラスメタルチューブ３２はガラスメタルで形成される。
【００３１】
ガラスメタル材料は、融点が４００℃以下の粉末または顆粒化された状態のガラスとメタルとを混合してゲル化させたものであって、高温塑性時に導電性のない固形状態となる。ガラスメタル材料は他のメタル材料との原子的な結合を通じてシールを形成しうる。また、ガラスメタル材料は粉末状態で圧出成形されることによってチューブの形態で形状化され、以後に高温塑性を通じてメタル材料とシールを形成しうる。高温塑性時に加わる温度は４００℃ないし１０００℃である。
【００３２】
ガラスメタルチューブ３２の一側にはフランジ３２が形成されている。ガラスメタルチューブ３２は高温で加熱された時にキャッププレート３１及び、ピン３３の金属材料と原子的な結合状態を形成しうる。したがって、ガラスメタルチューブ３２をキャッププレート３１の孔３１ａに挿入し、ピン３３をガラスメタルチューブ３２に挿入した状態で高温で加熱すれば、ガラスメタルチューブ３２と金属または非金属材質のピン３３及び、キャッププレート３１とが原子的に結合されることによって密閉構造が形成される。
【００３３】
ピン３３は胴体３３ｂの一側にヘッド３３ｃが形成され、胴体３３ｂの他の一側には変形部３３ａが形成されている。ヘッド３３ｃは完成された角形２次電池から外部に露出されて外部回路と連結される部分である。変形部３３ａは内側に円錘形孔などが形成されており、外力により変形されることによって電極組立体のタブ１７（図１）と溶接などで連結される部分である。他の例によれば、円錘形孔が変形部３３ａに形成されずに単に偏平な表面を有する。
【００３４】
図４Ａ及び図４Ｂは、図３に示されたキャップ組立体の製作過程の概略的な断面図である。
【００３５】
図４Ａを参照すれば、ガラスメタルチューブ３２の外表面はキャッププレート３１の孔内表面と接触している。ガラスメタルチューブ３２の内側孔にはピン３３が挿入され、ピン３３の外表面とガラスメタルチューブ３２の内表面とが接触している。
【００３６】
図面番号４１は、ピン３３の変形部３３ａに形成された円錘形空間を示す。前記円錘形空間４１は変形部３３ａの変形を容易にするためのものである。図示されなかった他の例によれば、前記変形部３３ａに円錘形空間が形成されずに単に偏平な表面を有する。
【００３７】
図４Ｂを参照すれば、ガラスメタルチューブ３２と金属材のキャッププレート３１及び、ピン３３は高温加熱により原子的に結合された状態である。この時、ガラスメタルチューブ３２の絶縁性に起因してキャッププレート３１とピン３３とは相互に電気的に絶縁されうる。また、ピン３３の端部の一側に形成された変形部３３ａは外力により変形されることによって、タブ１７と連結される時にさらに広い面積を確保できる。
【００３８】
一方、ガラスの材料としてさらに良好な結合性を有する材料を使用することによって安定した結合状態を獲得できる。例えば、ニッケル成分は他の金属に比べてガラス材料との結合性に優れる。したがって、キャッププレート３１とピン３３をニッケルで形成するか、少なくともガラスメタルチューブ３２と接触する部分にメッキ層を形成すれば安定した結合状態を獲得できる。
【００３９】
さらに、ガラスに鉛成分が含まれている場合には製作し難い。より詳細には、キャッププレート３１、ガラスメタルチューブ３２とピン３３を高温加熱する前に相互組立てられた状態で冶具を利用してその組立体を相互支持するが、冶具のカーボン成分のためにガラスメタルチューブ３２と冶具（図示せず）とが互いに結合されて分離し難くなるだけでなく、分離されたとしても外観不良がおこる。このような問題点を解決するためにセラミック材料が好ましい。
【００４０】
図５は、本発明による他の実施の形態に関する断面図であって、これはセラミックシートを利用したものである。
【００４１】
図面を参照すれば、キャッププレート５１の孔にはガラスメタルチューブ５２が挿入される。ガラスメタルチューブ５２は図３に示されたのとは異なり、フランジなしに中空の円筒形で形成される。
【００４２】
セラミックシート５５は中央に孔が形成されており、前記セラミックシート５５の孔にピン５３が挿入される。セラミックシート５５はヘッド５３ｃに近接して、キャップ組立体の加熱時に冶具（図示せず）に接触することによってガラスメタルチューブ５２が冶具と直接的に接触することを防止する。変形部５３ａは図３ないし図４Ｂを参照して説明されたように、外力により変形されることによってタブの連結面積を確保する。
【００４３】
図６は、本発明によるさらに他の実施の形態に関する断面図であって、これはセラミックリングを利用したものである。
【００４４】
図面を参照すれば、キャッププレート６１の孔にはガラスメタルチューブ６２が挿入される。ガラスメタルチューブ６２は図５に示されたように中空の円筒形で形成される。
【００４５】
セラミックリング６５は中央に孔が形成されており、前記セラミックリング６５の孔にピン６３が挿入される。セラミックリング６５は、ヘッド６３ｃに近接してキャップ組立体の加熱時に冶具（図示せず）に接触することによってガラスメタルチューブ６２が冶具と直接的に接触することを防止する。
【００４６】
図７は、本発明によるさらに他の実施の形態に関する断面図であって、これはガラスメタルチューブが段付きで形成された例である。
【００４７】
図面を参照すれば、ガラスメタルチューブ７２は階段型で段付きで形成され、それに対応してキャッププレート７１の孔内表面とピン７３の外表面が形成される。このような段付き形状は、より大きい面積にわたってガラスメタルチューブ７２をキャッププレート７１及び、ピン７３と接触させる。また、電池ケース内部の気体が外部に流出される流路を屈曲のあるように形成することによって密閉効果をさらに増進させうる。
【００４８】
セラミックシート７５を挿入することによって冶具（図示せず）がガラスメタルチューブ７２と接触することも防止できる。なお、変形部７３ａがピン７３の端部に形成されることは前記の通りである。
【００４９】
図３ないし図７を参照して説明された例では、ガラス材料を有するチューブをキャッププレートとピンとの間に介在させることによって原子的に結合して密閉及び絶縁作用を行わせる。これとは異なり、フッ素樹脂のような合成樹脂を利用してチューブを形成し、前記チューブを利用して密閉構造を形成することもある。
【００５０】
図８Ａないし図８Ｃは、合成樹脂チューブを利用したキャップ組立体を製造する過程を概略的に示したものである。
【００５１】
図８Ａを参照すれば、ピン８１は金属または非金属材で形成され、チューブ８２はフッ素樹脂合成材料で形成される。チューブ８２は図示されたように円筒形に形成される。ピン８１は図８Ｂに示されたようにチューブ８２を圧縮しながらキャッププレート８３に形成された孔に挿入される。ピン８１の挿入時の加圧によってピン８１とキャッププレート８３との間にシール構造が形成される。これにより、チューブ８２とキャッププレート８３の間の絶縁とガスシールが行われて固定されることになる。以後に図８Ｃに示されたように、ピン８１の端部８１ａをスピニングにより変形させることによってピン８１がしっかり固定される。極板組立体のタブ（図示せず）は前記ピン８１の端部８１ａに直接的に溶接される。
【００５２】
図９は、図８Ａないし図８Ｃに示された実施の形態を変形させたものである。これはピン９１の端部９１ａとキャッププレート９３との接触を防止するために絶縁体ワッシャ９４をさらに具備する場合である。ワッシャ９４はピン９１の端部９１ａをスピニングにより変形させる時、フッ素樹脂合成材料で製作されたチューブ９２と共に定位置に固定されうる。
【００５３】
以上本発明を添付した図面に示された実施の形態を参考して説明したが、これらは例示的なものに過ぎず、当業者であればこれらにより多様な変形及び均等な他の実施の形態を容易に具現できる。したがって、本発明の真の範囲は特許請求の範囲により限定されねばならない。
【００５４】
【発明の効果】
本発明によるキャップ組立体及びそれを具備した角形２次電池は、キャップ組立体の密閉構造が安定的であるだけでなく、製造が容易な長所がある。また、キャップ組立体の部品数を減少させることによってコストの節減にも寄与できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  通常の角形２次電池の概略的な分解斜視図である。
【図２】  図１に示された角形２次電池のキャップ組立体の断面図である。
【図３】  本発明の一実施の形態による角形２次電池のキャップ組立体の概略的な分解斜視図である。
【図４】  図４Ａ及び図４Ｂは、図３に示されたキャップ組立体を製造する過程を説明する断面図である。
【図５】  本発明の他の実施の形態による角形２次電池のキャップ組立体の概略的な断面図である。
【図６】  本発明のさらに他の実施の形態による角形２次電池のキャップ組立体の概略的な断面図である。
【図７】  本発明のさらに他の実施の形態による角形２次電池のキャップ組立体の概略的な断面図である。
【図８】  図８Ａないし図８Ｃは、合成樹脂チューブを利用したキャップ組立体を製造する過程を概略的に示した図面である。
【図９】  図８Ａないし図８Ｃに示された実施の形態を変形させた図面である。
【符号の説明】
３１  キャッププレート
３１ａ  孔
３２  中空型ガラスメタルチューブ
３３  ピン
３３ａ  変形部
３３ｂ  胴体
３３ｃ  ヘッド
【図１】
0004184740.tif 000002
【図２】
0004184740.tif 000003
【図３】
0004184740.tif 000004
【図４】
0004184740.tif 000005
【図５】
0004184740.tif 000006
【図６】
0004184740.tif 000007
【図７】
0004184740.tif 000008
【図８】
0004184740.tif 000009
【図９】
0004184740.tif 000010