JP2006040902A - 二次電池及びこの二次電池の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 電極群と集電板との結合状態を強化させることが可能な二次電池及びこの二次電池の製造方法を提供する。
【解決手段】 正極１１，負極１２及び正極１１と負極１２との間に介在されるセパレータ１３を含む電極群５２と；電極群５２が収容されるケース２０と；ケース２０と結合され，これを密閉するキャップ組立体３０と；電極群５２に電気的に接続される集電板４０，５０と；を含む。正極１１及び負極１２のうちの少なくとも一方の電極は，活物質が配置されていない無地部１１ａ，１２ａを有し，無地部１１ａ，１２ａは，同一の方向性を有してバンディングされるバンディング部１１０ａ，１２０ａを含み，無地部１１ａ，１２ａのバンディング部１１０ａ，１２０ａに集電板４０，５０が電気的に接続することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は二次電池に関する。より詳しくは，本発明は，電極板に対する集電板の溶接特性を改善した二次電池と，これに使用される電極組立体及び二次電池の製造方法に関するものである。

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る。

一つの電池セルがパック形態に包装された低容量電池は，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る。そして，電池セルを数十個連結させた大容量電池は，ハイブリッド電気自動車などのモータ駆動用電源として使用されている。

このような二次電池は多様な形状に製造されている。上記二次電池の代表的な形状としては円筒形，角形がある。

上記二次電池は，帯状の正極と負極との間に絶縁体であるセパレータを介在し，これを渦流状に巻いた電極組立体をケースに内装設置し，上記ケースにキャップ組立体を設置した構造からなっている。

上記正極と負極には，電極群から発生する電流をキャップ組立体またはケースに集電するための役割として導電性タブが各々付着される。上記導電性タブは，正極及び負極に溶接などにより固定される。

このようなタブを，高出力が必要な大容量二次電池では，板状の部材である集電板として備えているが，これに関する技術が例えば特許文献１に開示されている。

米国特許６，１９３，７６５号明細書

しかしながら，集電板を使用する二次電池においては，この集電板と電極群を電気的に接続させる時，その連結状態に不良を起こす確率が高いという問題があった。

通常，集電板は電極群において，正極及び負極の集電体に活物質が塗布されていない部位である無地部に溶接によって連結されているが，従来は集電板と無地部が互いに接触する時，無地部は電板が与える力により容易に曲がり，その曲がる方向が一定でないため集電板に容易に接触することができなかった。そのために両者間の接触不良が発生し，さらにこれらの溶接が良好に行われなくなる。

特に，このような問題がＨＥＶ（ハイブリッド電気自動車）用のように高出力を必要とする大容量二次電池で起こる場合には，当該二次電池はもちろん，この二次電池をモジュール化してこれをエネルギー源として使用する当該機器に大きな被害を与えることがある。

そこで，本発明は，このような問題に鑑みてなされたもので，その目的は，電極群と集電板の結合状態を強化させることが可能な，新規かつ改良された二次電池及びこの二次電池の製造方法を提供することにある。

上記課題を解決するために，本発明のある観点によれば，正極，負極及び前記正極と前記負極との間に介在されるセパレータを含む電極群と；前記電極群が収容されるケースと；前記ケースと結合され，これを密閉するキャップ組立体と；前記電極群に電気的に接続される集電板と；を含む二次電池が提供される。

前記正極及び前記負極のうちの少なくとも一方の電極は，活物質が配置されていない無地部を有し，前記無地部は，同一の方向性を有してバンディングされるバンディング部位を含み，前記無地部のバンディング部位に前記集電板が電気的に接続することができる。

前記無地部は，前記少なくともある一方の電極の周縁に沿って形成することができる。

前記無地部は各々前記正極と前記負極の周縁に沿って形成され，前記正極に形成された正極無地部と前記負極に形成された負極無地部とを対向配置することができる。

前記電極群はゼリーロールタイプに形成され，前記無地部のバンディング部位は前記電極群の中心に向かってバンディングされ得る。

前記無地部のバンディング部位は，前記集電板と接する部分に対応して前記無地部に形成され得る。

前記無地部は，任意の間隔をおいて切断されて複数個に分離形成され，前記バンディング部位は，分離形成された複数の無地部のうちの少なくとも一つの部位をバンディングして形成することができる。

前記集電板は，前記バンディング部位に直接接触して固定され得る。

前記集電板は，前記バンディング部位に溶接によって固定され得る。

前記集電板は，前記バンディング部位に接触して固定される突出部を含み，前記突出部の前記バンディング部位に接触する側と反対側に溝を形成することができる。

上記課題を解決するために，本発明の別の観点によれば，正極と負極との間に介在されるセパレータを含む電極群を備え，前記正極及び前記負極は，活物質が配置されていない無地部を有する二次電池の製造方法において：前記電極群の外側に位置させたる金型を前記無地部に移動させ，前記無地部が同一方向性を有するようにバンディングする段階と；バンディングされた前記無地部の部位に集電板を電気的に接続させる段階と；を含む二次電池の製造方法が提供される。

上記課題を解決するために，本発明のさらに別の観点によれば，正極と負極との間に介在されるセパレータを含む電極群を備え，前記正極及び前記負極は，活物質がない無地部を有する二次電池の製造方法において：垂直に配置される前記無地部に対して傾斜面を有する金型を直線移動させて前記傾斜面の先端が前記無地部を加圧するようにする段階と；前記傾斜面の先端を中心軸として前記金型を回転運動させ，前記無地部をバンディングさせる段階と；を含む二次電池の製造方法が提供される。

本発明に係る二次電池によれば，無地部を均一に平坦化させることによって集電板との接触面積を極大化することができ，このような二次電池は，高出力／大容量が要求されるＨＥＶ（ハイブリッド電気自動車），ＥＶ（電気自動車），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使用することができる。

また，本発明に係る二次電池によれば，無地部と集電板との接触面積を極大化することができ，無地部と集電板の溶接不良を減少させることができる。

さらに，本発明に係る二次電池によれば，集電板が無地部と全体的に均一に接することによって，内部抵抗や出力を一定にすることができるので製品の信頼性を高めることができる。

以下に添付図面を参照しながら，本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお，本明細書及び図面において，実質的に同一の機能構成を有する構成要素については，同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

図１は，本発明の一実施形態による二次電池の断面図である。

図１に示したように，本実施形態に係る二次電池は，正極１１と負極１２とがセパレータ１３を介在して位置する電極群１０と，電解液と共に電極群１０を収容することができるように一側先端が開放された円筒形のケース２０と，ガスケット３１を媒介としてケース２０の開口部上端に設置されてケース２０を密封するキャップ組立体３０と，電極群１０の正極１１及び負極１２と電気的に接続される正極集電板４０及び負極集電板５０を含む。

具体的に，ケース２０は，アルミニウム，アルミニウム合金また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る。ケース２０の形状は，電極群１０が位置する内部空間部を有する円筒形の形状で構成される。

また，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とを含む。また，キャップ組立体３０は，設定された圧力条件で破損し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。

ベントプレート３３は，リード３５を媒介として正極集電板４０と電気的に接続される。ベントプレート３３は，設定された圧力条件でリード３５を通じて電極組立体１０と外部端子３２ａとの電気的連結を遮断することができる構造であれば図示した形状に限定されず，多様に変形して使用することができる。

ここで，電極群１０は，各々の当該活物質が集電体にコーティングされて構成された正極１１と負極１２がセパレータ１３を間に置いて積層された構成からなるか，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からなる。

本実施形態では，円筒形ケース２０にゼリーロールタイプの電極群１０が位置する場合を例として説明する。

本実施形態で，電極群１０の正極１１と負極１２は，各々集電体に活物質が塗布されずに形成された無地部１１ａ，１２ａを有する。この無地部１１ａ，１２ａは，各々正極１１と負極１２の長さ方向に沿って，この正極１１と負極１２の一端に沿って形成される。

電極群１０が完成された後，正極無地部１１ａと負極無地部１２ａは互いに対向配置され，電極群１０がゼリーロールタイプに形成されることによって，この両無地部１１ａ，１２ａは複数層に重なった状態に配置される。

本実施形態におけるこの無地部１１ａ，１２ａは，同一方向性を有してバンディングされた（曲げられた）部位を有する。ここで，「同一の方向性を有して」とは，無地部に形成されるすべてのバンディング部位がバンディングされるとき，電極群の外側からその中心部に向かって同じ方向にバンディングされることを意味する。

図１に示したように，電極群１０の一側（図１における上側）には，正極１１の無地部１１ａが配置され，この時，この正極無地部１１ａは電極群１０の中心に向かって一定にバンディングされた部位１１０ａを有する。このバンディングされた部位１１０ａには，正極集電板４０が接触して固定される。

これと同様に，電極群１０の他側（図１における下側）には，負極無地部１２ａが配置され，この負極無地部１２ａもまた電極群１０の中心に向かって一定にバンディングされた部位１２０ａを有する。このバンディングされた部位１２０ａには，負極集電板５０が接触して固定される。

本実施形態で，正極集電板４０と正極無地部１１ａのバンディング部位１１０ａとの結合及び負極集電板５０と負極無地部１２ａのバンディング部位１２０ａとの結合は，例えば，レーザー溶接によって行われる。

本実施形態で，正極集電板４０と負極集電板５０とは類似の形状に形成され，無地部１１ａ，１２ａのバンディング部位１１０ａ，１２０ａに対する結合を同じ方式で行うために，以下では説明の便宜上，正極集電板４０と正極無地部１１ａバンディング部位１１０ａの各々の構造及びこれらの結合構造を例に挙げて，正極と負極両側を説明することとする。

図２に示したように，正極集電板４０は全体的な形状が円板状に形成され，その中央部には円形のホール４１を形成している。このホール４１を中心に十字型に突出部４２が配置されるが，この突出部４２は，正極無地部１１ａのバンディング部位１１０ａに直接接触されてレーザー溶接により結合される部位である。つまり，この突出部４２によって正極集電板４０は正極無地部１１ａに電気的に接続される。このような突出部４２の裏側に溝４３が形成される。

この正極集電板４０の形状に対応して，正極無地部１１ａのバンディング部位１１０ａも電極群１０の中心を基準にして十字型に配列される。

このような正極集電板４０と正極無地部１１ａの構造によって，正極集電板４０は，その突出部４２を正極無地部１１ａのバンディング部位１１０ａに接触させて固定することができる。

つまり，正極集電板４０は，その突出部４２が正極無地部１１ａにおいてバンディングされた部位１１０ａに接触して固定されるので，その接触面積を従来より大きく強化させることができるだけでなく，両者間の接触状態を安定的にすることができる。

図３は，本発明の第２実施形態に係る二次電池に断面図を示しており，この第２実施形態では二次電池が角形からなる場合を示している。

本実施形態に係る二次電池でも，ケース５０内部に配置される電極群５２は，正極５４，負極５６及びセパレータ５８を含み，この時，正極５４と負極５６は上述した第１実施形態の二次電池が有する電極群と同様に，各々の無地部５４ａ，５６ａにバンディングされた部位５４０ａ，５６０ａが形成されている。

この二次電池では，ケース５０の開口５０ａに結合されてこのケース５０を密閉させるキャップ組立体６０のキャッププレート６２に，正極端子６４と負極端子６６を設置しており，この正極端子６４と負極端子６６には，両無地部５４ａ，５６ａのバンディングされた部位５４０ａ，５６０ａに直接接触して固定されるリードコネクタ６８，６８’が連結されている。

ここで，正極無地部５４ａのバンディング部位５４０ａ及び負極無地部５６ａのバンディング部位５６０ａは，電極群５２の中心に向かって同一方向性を有してバンディングされ，その配列形状は上述した第１実施形態で例示したように十字型に配列することもできるが，必ずこれに限られるわけではない。

リードコネクタ６８，６８’は，このバンディング部位５４０ａ，５６０ａの配列形状に対応し，このバンディング部位５４０ａ，５６０ａに接触される部位の形状を有することができる。

このように本発明は，円筒形や角形など二次電池の形状に関係なく適用することができる。

一方，本発明の実施形態による二次電池において，上記無地部でバンディング部位を形成する過程は次のように行われる。説明の便宜上，第１実施形態の円筒形二次電池の正極無地部を例として説明する。

図４に示したように，正極無地部１１ａのバンディングのために，まず，正極集電板４０の突出部４２に対応する正極無地部１１ａ部位の外側に四角棒状の金型８０を位置させる。

次に，金型８０を電極群１０の外側からこの電極群１０の中心に向かって移動させるが，複数層に配置されている正極無地部１１ａ部位で金型８０が通る，言い換えれば，この金型８０の力を受ける部位は，順次に電極群１０の中心に向かう方向に曲がって（倒れて）バンディングされる。

ここで，金型８０の幅は正極集電板４０の突出部４２の幅に対応する。

この金型８０による正極無地部１１ａのバンディング部位１１０ａが無地部１１ａ上に十字型に形成される時，各バンディング部位１１０ａに対応する金型８０は，順次または同時に電極群１０の中心に向かって移動することができる。

この時，金型８０に通る正極無地部１１ａ部位は，この金型８０の幅に合せて予め切断することができる。これは正極無地部１１ａに既に任意の間隔をおいて切断線８２を形成して正極無地部１１ａに複数個に分離形成させた後，そのうちのいずれの部位が金型８０によって押されて容易にバンディングされるようにするためである。

つまり，切断線８２は，正極無地部１１ａでバンディング部位と非バンディング部位を区分する境界線になる。

ここで，この切断線８２の垂直方向の長さ（ｌ）は，正極集電板４０突出部４２の高さに対応させることができる。

このように，正極無地部１１ａに沿って金型８０を移動させる前に正極無地部１１ａに切断線８２を形成しておけば，金型８０によってバンディングされる領域の正極無地部１１ａ部位は，この切断線８２によって両端が切れた状態になるので，金型８０によって力を受ける時，さらに円滑にバンディングされて倒されるだけでなく，その平坦度を高めることもできる。

図５は本発明の他の実施形態によって正極無地部１１ａをバンディングするための方法を示す図面であって，この場合には傾斜面８４を有する金型８６を使用して正極無地部１１ａにバンディング部位を形成する。

つまり，垂直状態に配置された正極無地部１１ａに対して傾斜面８４を有する金型８６を正極無地部１１ａ上部に位置させた後，この金型８６を正極無地部１１ａに向かって直線移動させて金型傾斜面８４の先端が正極無地部１１ａの一側（電極群の最外郭側）を加圧する。

その結果，正極無地部１１ａは，一次的に電極群１０の最外郭側に位置する部分が金型８６の傾斜面８４によって押されてバンディングされる。

この状態で金型８６の先端を中心軸とし，この金型８６が正極無地部１１ａに対して水平方向に置かれるようにこれを回転運動させれば，上記傾斜面８４によって複数層の正極無地部１１ａが順次に押されながらバンディングできる。

以上，添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが，本発明はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば，特許請求の範囲に記載された範疇内において，各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり，それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

本発明は二次電池に適用可能であり，より詳しくは，本発明は，電極板に対する集電板の溶接特性を改善した二次電池と，これに使用される電極組立体及び二次電池の製造方法に適用可能である。

本発明の第１実施形態による二次電池の断面図である。 本発明の第１実施形態による二次電池の電極群に集電板が結合される状態を説明するための図である。 本発明の第２実施形態による二次電池の断面図である。 本発明の実施形態によって電極群の無地部にバンディング部位を形成するための方法を説明するために示した図である。 本発明の他の実施形態によって電極群の無地部にバンディング部位を形成するための方法を説明するために示した図である。

符号の説明

１１，５４ 正極
１１ａ，５４ａ 正極無地部
１２，５６ 負極
１２ａ，５６ａ 負極無地部
１３ セパレータ
２０ ケース
３０，６０ キャップ組立体
３２，６２ キャッププレート
３２ａ 外部端子
３３ ベントプレート
３５ リード
４０ 正極集電板
４１ ホール
４２ 突出部
４３ 溝
５０ 負極集電板
５２ 電極群
６４ 正極端子
６６ 負極端子
６８，６８’ リードコネクタ
８０，８６ 金型
８１ 傾斜面
８２ 切断線
１１０ａ，１２０ａ，５４０ａ，５６０ａ バンディングされた部位

Claims (18)

1. 正極，負極及び前記正極と前記負極との間に介在されるセパレータを含む電極群と；
   前記電極群が収容されるケースと；
   前記ケースと結合され，これを密閉するキャップ組立体と；
   前記電極群に電気的に接続される集電板と；
   を含み，
   前記正極及び前記負極のうちの少なくとも一方の電極は，活物質が配置されていない無地部を有し，前記無地部は，同一の方向性を有してバンディングされるバンディング部位を含み，前記無地部のバンディング部位に前記集電板が電気的に接続されることを特徴とする，二次電池。
2. 前記無地部が，前記少なくとも一方の電極の周縁に沿って形成されることを特徴とする，請求項１に記載の二次電池。
3. 前記無地部は，前記正極と前記負極の周縁に沿って形成され，前記正極に形成された正極無地部と前記負極に形成された負極無地部とは対向配置されることを特徴とする，請求項１に記載の二次電池。
4. 前記電極群は，ゼリーロールタイプに形成され，
   前記無地部の前記バンディング部位は，前記電極群の中心に向かってバンディングされることを特徴とする，請求項３に記載の二次電池。
5. 前記無地部の前記バンディング部位は，前記集電板と接する部分に対応して前記無地部に形成されることを特徴とする，請求項４に記載の二次電池。
6. 前記無地部は，任意の間隔をおいて切断されて複数に分離形成され，前記バンディング部位は，分離形成された複数の前記無地部のうちの少なくとも一つの部位がバンディングされて形成されることを特徴とする，請求項１に記載の二次電池。
7. 前記集電板は，前記バンディング部位に直接接触されて固定されることを特徴とする，請求項１に記載の二次電池。
8. 前記集電板は，前記バンディング部位に溶接によって固定されることを特徴とする，請求項７に記載の二次電池。
9. 前記集電板は，前記バンディング部位に接触して固定される突出部を含むことを特徴とする，請求項１に記載の二次電池。
10. 前記突出部の前記バンディング部位に接触する側と反対側に溝が形成された，請求項９に記載の二次電池。
11. 前記二次電池は円筒形であることを特徴とする，請求項１に記載の二次電池。
12. 前記二次電池は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。
13. 前記二次電池はモータ駆動用であることを特徴とする，請求項１に記載の二次電池。
14. 正極と負極との間に介在されるセパレータを含む電極群を備え，前記正極及び前記負極は，活物質が配置されていない無地部を有する二次電池の製造方法において：
    前記電極群の外側に位置させたる金型を前記無地部に移動させ，前記無地部が同一方向性を有するようにバンディングする段階と；
    バンディングされた前記無地部の部位に集電板を電気的に接続させる段階と；
    を含むことを特徴とする，二次電池の製造方法。
15. 前記電極群をゼリーロールタイプに形成し，前記バンディングされた前記無地部の部位に前記集電板を直接接触させて固定することを特徴とする，請求項１４に記載の二次電池の製造方法。
16. 前記無地部を任意の間隔をおいて切断し，複数個に分離された前記無地部のうちの少なくともいずれか一部分を前記金型で加圧してバンディングさせることを特徴とする，請求項１４に記載の二次電池の製造方法。
17. 前記集電板を前記バンディングされた前記無地部に溶接によって固定させることを特徴とする，請求項１４に記載の二次電池の製造方法。
18. 正極と負極との間に介在されるセパレータを含む電極群を備え，前記正極及び前記負極は，活物質がない無地部を有する二次電池の製造方法において：
    垂直に配置される前記無地部に対して傾斜面を有する金型を直線移動させて前記傾斜面の先端が前記無地部を加圧するようにする段階と；
    前記傾斜面の先端を中心軸として前記金型を回転運動させ，前記無地部をバンディングさせる段階と；
    を含むことを特徴とする，二次電池の製造方法。
    
    
    

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