特表 2024-534486 端子構造が改善された二次電池

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-09-20

(54)【発明の名称】端子構造が改善された二次電池

(51)【国際特許分類】

   H01M 50/553 20210101AFI20240912BHJP

   H01M 50/55 20210101ALI20240912BHJP

   H01M 50/566 20210101ALI20240912BHJP

   H01M 50/342 20210101ALI20240912BHJP

   H01M 50/15 20210101ALI20240912BHJP

【ＦＩ】

H01M50/553

H01M50/55 101

H01M50/566

H01M50/342 101

H01M50/15

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2024517141

(86)(22)【出願日】2023-07-11

(85)【翻訳文提出日】2024-03-18

(86)【国際出願番号】 KR2023009832

(87)【国際公開番号】W WO2024014830

(87)【国際公開日】2024-01-18

(31)【優先権主張番号】10-2022-0085249

(32)【優先日】2022-07-11

(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】521065355

【氏名又は名称】エルジー エナジー ソリューション リミテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100188558

【弁理士】

【氏名又は名称】飯田 雅人

(74)【代理人】

【識別番号】100110364

【弁理士】

【氏名又は名称】実広 信哉

(72)【発明者】

【氏名】ヨン・ジュン・コ

(72)【発明者】

【氏名】ジュ・ファン・スン

(72)【発明者】

【氏名】キョン・ファン・ジュン

【テーマコード（参考）】

5H011

5H012

5H043

【Ｆターム（参考）】

5H011AA09

5H012AA07

5H012DD05

5H012FF01

5H043AA19

5H043CA12

5H043CA13

5H043DA07

5H043HA11D

5H043KA22D

(57)【要約】

開示される発明は、二次電池に関するものであって、六面体形状をなす電池ケースの上面に正極端子および負極端子が互いに離隔して配置された二次電池と、上記正極端子または負極端子が露出しないように包みながら、上記電池ケースの上面および上記上面に続く１つ以上の面に結合する端子本体と、上記正極端子または負極端子と電気的に連結され、上記端子本体のうち上面を除くいずれか一面に露出した延長端子とを備える端子構造体と、を含み、ここで上記正極端子または負極端子に対して上記延長端子を電気的に連結する延長配線は、上記正極端子または負極端子に対して接合部を形成し、上記接合部は外部に対して絶縁されている。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

六面体形状をなす電池ケースの上面に正極端子および負極端子が互いに離隔して配置された二次電池と、
前記正極端子または負極端子が露出しないように包みながら、前記電池ケースの上面および前記上面に続く１つ以上の面に結合する端子本体と、前記正極端子または負極端子と電気的に連結され、前記端子本体のうち上面を除くいずれか一面に露出した延長端子とを備える端子構造体と、
を含み、
前記正極端子または負極端子に対して前記延長端子を電気的に連結する延長配線は、前記正極端子または負極端子に対して接合部を形成し、前記接合部は、外部に対して絶縁される、二次電池。

【請求項2】

前記接合部は、溶接部である、請求項１に記載の二次電池。

【請求項3】

前記端子本体と接触する前記電池ケースの少なくともいずれか一面に接着層が形成される、請求項１または２に記載の二次電池。

【請求項4】

前記接着層は、
両面接着テープ、固相または液相の接着剤、および硬化型サーマルレジンのうち少なくともいずれか１つによって形成される、請求項３に記載の二次電池。

【請求項5】

前記接着層は、
前記端子構造体と電池ケースとの間の放熱性および耐振動性のうち少なくともいずれか１つを強化する、請求項４に記載の二次電池。

【請求項6】

前記接合部に対する外部絶縁は、絶縁カバー、絶縁テープ、および硬化性絶縁層のうち少なくともいずれか１つによって行われる、請求項１または２に記載の二次電池。

【請求項7】

前記端子本体は、前記電池ケースの上面および前記上面に続く一側面に結合し、
前記延長端子は、前記一側面上に露出している、請求項１または２に記載の二次電池。

【請求項8】

前記端子構造体は、前記正極端子および負極端子に１つずつ結合する、請求項７に記載の二次電池。

【請求項9】

前記正極端子および負極端子にそれぞれ結合した端子構造体の延長端子は、前記電池ケースに対する上下位置が同じであるかまたは互いに異なる、請求項８に記載の二次電池。

【請求項10】

前記電池ケースの一面にはベンティング部が備えられ、
前記端子構造体上の延長端子は、前記ベンティング部が備えられた面以外の他の面に備えられる、請求項１または２に記載の二次電池。

【請求項11】

前記電池ケースの上面には、前記正極端子と負極端子との間に位置するベンティング部が備えられる、請求項１０に記載の二次電池。

【請求項12】

前記端子構造体は、前記正極端子および負極端子に１つずつ結合し、
前記端子構造体の延長端子は、前記電池ケースの一側面上に露出している、請求項１１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、二次電池に関するものであって、正極端子および／または負極端子の配置構造を容易に変更し得るように端子構造が改善された角型二次電池に関するものである。

【0002】

本出願は、２０２２年７月１１日付の韓国特許出願第１０－２０２２－００８５２４９号に基づく優先権の利益を主張し、当該韓国特許出願の文献に開示されたすべての内容は、本明細書の一部として含まれる。

【背景技術】

【0003】

二次電池は一次電池とは異なって再充電が可能であり、また、小型および大容量化の可能性により近年多く研究開発されている。モバイル機器に対する技術開発と需要が増加し、また、環境保護の時代的要求に合わせて浮上する電気自動車とエネルギー貯蔵システムなどにより、エネルギー源としての二次電池の需要はさらに急激に増加している。

【0004】

二次電池は、電池ケースの形状に応じて、コイン型電池、円筒型電池、角型電池およびパウチ型電池に分類される。二次電池において電池ケースの内部に装着される電極組立体は、電極および分離膜の積層構造からなる充放電が可能な発電素子である。

【0005】

電極組立体は、活物質が塗布されたシート状の正極と負極との間に分離膜を介在して巻取したジェリーロール（Ｊｅｌｌｙｒｏｌｌ）型、多数の正極と負極を分離膜が介在された状態で順次的に積層したスタック型、およびスタック型の単位セルを長い長さの分離フィルムで巻取したスタックアンドフォールディング（Ｓｔａｃｋ＆Ｆｏｌｄｉｎｇ）型に大まかに分類し得る。

【0006】

多様な種類の二次電池のうち角型二次電池を見ると、角型二次電池は正極端子と負極端子が一面に共に配置されているか、または対向する両側面に１つずつ配置されることが大部分である。このような正極端子と負極端子の配置は、角型二次電池を搭載する各種装置の設計仕様によって決定され、このような設計仕様に合わせて同じフォームファクタでも正極端子と負極端子の配置構造をその都度別々に設計しなければならないという手間がかかることになる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】韓国公開特許第１０－２０１９－０１０２８１６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

本発明は、角型二次電池に備えられる正極端子と負極端子の配置構造を別途の設計変更なしに容易に変更製造し得る新しい角型二次電池を提供することを目的とする。

【0009】

ただし、本発明が解決しようとする技術的課題は上述した課題に制限されず、言及されない別の課題は、下記に記載された発明の説明から通常の技術者に明確に理解され得る。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明に係る二次電池は、一つの例において、六面体形状をなす電池ケースの上面に正極端子および負極端子が互いに離隔して配置された二次電池と、上記正極端子または負極端子が露出しないように包みながら、上記電池ケースの上面および上記上面に続く１つ以上の面に結合する端子本体と、上記正極端子または負極端子と電気的に連結され、上記端子本体のうち上面を除くいずれか一面に露出した延長端子とを備える端子構造体と、を含み、ここで上記正極端子または負極端子に対して上記延長端子を電気的に連結する延長配線は、上記正極端子または負極端子に対して接合部を形成し、上記接合部は、外部に対して絶縁されている。

【0011】

本発明の一実施形態において、上記接合部は、溶接部である。

【0012】

そして、上記端子本体と接触する上記電池ケースの少なくともいずれか一面には接着層が形成されることが好ましいと言える。

【0013】

上記接着層は、両面接着テープ、固相または液相の接着剤、硬化型サーマルレジンのうち少なくともいずれか１つによって形成され得る。

【0014】

さらに、上記接着層は、上記端子構造体と電池ケースとの間の放熱性または耐振動性のうち少なくともいずれか１つを強化し得る。

【0015】

そして、上記接合部に対する外部絶縁は、絶縁カバー、絶縁テープ、硬化性絶縁層のうち少なくともいずれか１つによって行われ得る。

【0016】

本発明の具体的な実施形態によると、上記端子本体は、上記電池ケースの上面および上記上面に続く一側面に結合し、上記延長端子は、上記一側面上に露出し得る。

【0017】

そして、上記端子構造体は、上記正極端子および負極端子に１つずつ結合され得る。

【0018】

ここで、上記正極端子および負極端子にそれぞれ結合した端子構造体の延長端子は、上記電池ケースに対する上下位置が同じであるかまたは互いに異なり得る。

【0019】

一方、本発明の実施形態において、上記電池ケースの一面にはベンティング部が備えられ、上記端子構造体上の延長端子は、上記ベンティング部が備えられた面以外の他の面に備えられ得る。

【0020】

具体的な例において、上記電池ケースの上面には、上記正極端子と負極端子との間に位置するベンティング部が備えられ得る。

【0021】

そして、上記端子構造体は、上記正極端子および負極端子に１つずつ結合し、上記端子構造体の延長端子は、上記電池ケースの一側面上に露出し得る。

【発明の効果】

【0022】

上記のような構成を有する本発明の二次電池は、端子構造体を二次電池の上面角部に結合するのみで正極端子および／または負極端子の配置構造を容易に変更し得る。したがって、既存のセル内部製造工程に影響を与えずに自由に端子部の位置変更が可能であるため、角型二次電池の開発期間および生産コストが削減される。

【0023】

また、端子部の位置設計が自由になることにより、バッテリーセルの開発および生産コストの削減のみならず、バッテリーモジュール／パックの製造時にもバスバーなどの設計に自由度を付与し得る。

【0024】

そして、正極端子と負極端子が配置された面と同じ面にベンティング部が配置されると、ベンティング部の破裂時に噴出するガスや火炎により正極端子と負極端子はもちろん周辺の二次電池と電気機構は損傷を受けることになるが、本発明の二次電池は、端子構造体を用いてベンティング部に対して正極端子と負極端子を離隔させ得る。したがって、別途のガス排出誘導体やバリアを設置せずに高い安全性を確保し得るようになる。

【0025】

ただし、本発明によって得ることができる技術的効果は上述した効果に制限されず、言及されない別の効果は、下記に記載された発明の説明から通常の技術者に明確に理解され得る。

【0026】

本明細書に添付される下記の図面は、本発明の好ましい実施形態を例示するものであり、後述される発明の詳細な説明と共に本発明の技術思想をさらに理解させる役割を果たすものであるため、本発明はそのような図面に記載された事項にのみ限定されて解釈されてはならない。

【図面の簡単な説明】

【0027】

【図1】本発明に係る二次電池を図示した斜視図である。

【図2】本発明に係る二次電池と端子構造体の結合構造を図示した斜視図である。

【図3】端子構造体とケースとの間に接着層を形成する一例を図示した図面である。

【図4】端子構造体とケースとの間に形成された接着層を図示した断面図である。

【図5】延長端子の上下位置が互いに異なる実施形態を図示した図面である。

【図6】本発明の他の実施形態に係る二次電池を図示した図面である。

【発明を実施するための形態】

【0028】

本発明は、多様な変更を加えることができ、様々な実施形態を有し得るので、特定の実施形態を以下に詳細に説明する。

【0029】

しかしながら、これは本発明を特定の実施形態に対して限定しようとするものではなく、本発明の思想および技術範囲に含まれるすべての変更、均等物または代替物を含むものとして理解されるべきである。

【0030】

本発明において、「含む」や「有する」などの用語は、明細書上に記載された特徴、数字、段階、動作、構成要素、部品またはこれらの組み合わせが存在することを指定しようとするものであって、１つまたはそれ以上の他の特徴、数字、段階、動作、構成要素、部品またはこれらを組み合わせたものの存在または付加可能性を予め排除しないものとして理解されるべきである。

【0031】

また、本発明において、層、膜、領域、板などの部分が他の部分の「上に」あると記載された場合、これは他の部分の「真上に」ある場合のみならず、その中間に別の部分がある場合も含む。逆に、層、膜、領域、板などの部分が他の部分の「下に」あると記載された場合、それは他の部分の「真下に」ある場合のみならず、その中間に別の部分がある場合も含む。また、本出願において「上に」配置されるということは、上部のみならず下部に配置される場合も含むものであり得る。

【0032】

本発明の実施形態は、二次電池、特に六面体形状をなす電池ケースの上面に正極端子および負極端子が互いに離隔して配置された二次電池に関するものである。

【0033】

本発明の実施形態に係る二次電池は、一つの例において、電池ケースの少なくとも片方の上面角部には端子構造体が結合する。端子構造体は、正極端子または負極端子が露出しないように包みながら、上記電池ケースの上面および上記上面に続く１つ以上の面に結合する端子本体と、上記正極端子または負極端子と電気的に連結され、上記端子本体のうち上面を除くいずれか一面に露出した延長端子とを備える。

【0034】

ここで、本発明の一実施形態によると、上記正極端子または負極端子に対して上記延長端子を電気的に連結する延長配線は、上記正極端子または負極端子に対して接合部を形成し、上記接合部は外部に対して絶縁されている。

【0035】

このように、端子構造体を含む本発明の実施形態の二次電池は、電池ケースの上面に配置された正極端子と負極端子の位置を端子構造体を適用するのみで別途の設計変更なしに使用者の要求に合わせて自由に変更し得る。これにより、新しい仕様の角型二次電池を再設計する必要がなくなることにより、角型二次電池の生産コストを削減し得る。

【0036】

以下、添付された図面を参照して本発明の二次電池の具体的な実施形態について詳細に説明する。参考として、以下の説明で使用される相対的な位置を指定する前後や上下左右などの方向は発明の理解を助けるためのものであって、特に定義がない限り図面に図示された方向を基準とする。

【0037】

（第１実施形態）
図１は、本発明の実施形態に係る二次電池１００を図示した斜視図であり、図２は、本発明の実施形態に係る二次電池１００と端子構造体２００の結合構造を図示した斜視図である。

【0038】

図１および図２を参照すると、本発明の実施形態は二次電池１００、特に六面体形状をなす電池ケース１１０の上面に正極端子１２０および負極端子１３０が互いに離隔して配置された単方向の角型二次電池１００に関するものである。ここで、図面に図示された角型二次電池１００は一つの例示であって、横幅と縦幅、そして高さの割合は多様であり得、説明の便宜のために添付された図面を基準として前後と上下左右の方向を指すものとする。例えば、正極端子１２０および負極端子１３０が配置された電池ケース１１０の一面が上面であり、それに対向する反対面は底面と呼ぶ。

【0039】

本発明の実施形態の二次電池１００は端子構造体２００を含む。端子構造体２００は、電池ケース１１０の少なくとも片方の上面角部に結合するヒンジ状の構造物であって、端子本体２１０と延長端子２２０とを含む。

【0040】

端子本体２１０は、正極端子１２０または負極端子１３０が露出しないように包みながら、電池ケース１１０の上面および上面に続く１つ以上の面（側面や前面、後面など）に結合する端子構造体２００の本体を指す。図面には、正極端子１２０と負極端子１３０の両側にそれぞれ端子構造体２００が結合する例が図示されているが、実施形態によっては、正極端子１２０と負極端子１３０のうちいずれか片方にのみ端子構造体２００が結合することもできる。

【0041】

延長端子２２０は、正極端子１２０または負極端子１３０と電気的に連結されており、端子本体２１０のうち電池ケース１１０の上面を除くいずれか一面に露出した接続端子である。すなわち、正極端子１２０または負極端子１３０は端子本体２１０で包まれて露出していないので、延長端子２２０は電池ケース１１０の上面ではない他の一面に位置する新たな正極端子１２０または負極端子１３０としての機能を果たすことになる。

【0042】

このように、端子構造体２００を含む本発明の実施形態の二次電池１００は、電池ケース１１０の上面に共に配置されている正極端子１２０と負極端子１３０の位置を端子構造体２００を適用するのみで別途の設計変更なしに自由に変更し得る。これにより、本発明の実施形態は、同じフォームファクタの角型二次電池１００に対して端子構造体２００を追加し、正極端子１２０と負極端子１３０の位置を容易に変更し得るので、これにより、多種多様な角型二次電池の生産コストを削減し得るようになる。

【0043】

本発明の一実施形態において、正極端子１２０または負極端子１３０は、延長配線２３０を介して延長端子２２０と電気的に連結されるが、延長端子２２０につながっている延長配線２３０は、正極端子１２０または負極端子１３０に対して接合部３００を形成しており、接合部３００によって延長配線２３０と正極端子１２０または負極端子１３０は機械的・電気的に強固に連結される。例えば、接合部３００は溶接で形成され得る。

【0044】

延長配線２３０は、端子本体２１０の外部に露出しない。例えば、絶縁性樹脂材質の端子本体２１０内に延長配線２３０がインサートモールディングなどにより埋め込まれていてもよい。また、接合部３００も外部に対して絶縁されている。接合部３００に対する外部絶縁は、絶縁カバー、絶縁テープ、硬化性絶縁層のうち少なくともいずれか１つによって行われ得る。ここで硬化性絶縁層とは、流動性がある絶縁性樹脂が接合部３００に塗布された後に硬化して形成される絶縁層を意味し、図１および図２には、接着層４００を備えたフィルム状の絶縁テープ５００が接合部３００を絶縁処理する構成が図示されている。

【0045】

このように、延長配線２３０と接合部３００が外部に対して絶縁されて延長端子２２０のみが露出することにより、延長配線２３０が損傷するかまたはショートを起こすなどの問題が防止される。

【0046】

また、本発明の実施形態の二次電池１００は、端子本体２１０と接触する電池ケース１１０の少なくともいずれか一面に接着層４００が形成され得る。すなわち、端子構造体２００の端子本体２１０とケース１１０との間の接触面全体または一部に接着層４００が形成され得る。図３は、端子構造体２００とケース１１０との間に接着層４００を形成する一例を図示した図面であり、そして図４は、端子構造体２００とケース１１０との間に形成された接着層４００を図示した断面図である。

【0047】

基本的に端子構造体２００は、接合部３００によって正極端子１２０または負極端子１３０に対して固定されるが、接着層４００が追加で介在されることにより端子構造体２００の固定がより強固になる。これにより、電池ケース１１０に付着される端子構造体２００の耐振動性が向上する。

【0048】

接着層４００は、実施形態に従って、両面接着テープ、固相または液相の接着剤、硬化型サーマルレジンのうち少なくともいずれか１つによって形成され得る。図３は、液相の接着剤４１０をキャッププレート１５０の角部に塗布した後に端子構造体２００を結合する一例を図示している。

【0049】

接着層４００は、端子構造体２００と電池ケース１１０との間の耐振動性を強化すると共に放熱性を向上させることもできる。すなわち、両面接着テープの基材を熱伝導性材質にするか、または接着剤とレジンに熱伝導性物質を添加することにより、接着層４００に熱伝導特性を付与し得る。端子構造体２００を介した放熱性能を向上させることにより、局部的に二次電池１００の温度が上昇または過熱することを抑制し得る。

【0050】

一方、図示された具体的な実施形態を参照すると、端子本体２１０は電池ケース１１０の上面および上面に続く一側面に結合し、延長端子２２０は電池ケース１１０の側面上に露出している。これにより、電池ケース１１０の上面に位置した正極端子１２０または負極端子１３０の位置は側面に移動された。

【0051】

また、端子構造体２００は、正極端子１２０および負極端子１３０に対してそれぞれ結合され得、これにより、正極端子１２０と負極端子１３０は、互いに対向する側面に１つずつ分離して配置される。すなわち、電池ケース１１０の上面に共に配置された正極端子１２０と負極端子１３０は、それぞれ隣接する側面に移動され、これにより、単方向二次電池として設計された初期の角型二次電池は、両方向二次電池に変更される。

【0052】

そして、図５に図示されたように、正極端子１２０および負極端子１３０にそれぞれ結合した端子構造体２００の延長端子２２０は、その上下位置、すなわち、側面上の高さが互いに異なり得る。言い換えれば、左右側面の延長端子２２０は左右非対称に設計されることもでき、このように本発明の実施形態の二次電池１００は端子構造体２００を適用することにより、正極端子１２０と負極端子１３０の配置構造を自由かつ多様に変更し得る。

【0053】

そして、端子構造体２００は、完成した二次電池１００に追加的に付着されるか、または電池ケース１１０の上面を構成するキャッププレート１５０に電極組立体１６０を結合した後に、電池ケース１１０に封入する前に端子構造体２００を最初に結合するなどの多様な方式で製造することが可能である。

【0054】

また、図示された実施形態は、スタック型の電極組立体１６０を対象としているが、これに制限されず、他にもジェリーロールタイプの電極組立体など多様な方式の電極組立体を収容した角型二次電池に適用され得る。

【0055】

（第２実施形態）
図６は、本発明の他の実施形態に係る二次電池１００を図示した図面である。図６の第２実施形態は、上述した第１実施形態の構成をそのまま含み、ただし、ベンティング部１４０の配置構造を考慮した端子構造体２００の構成を中心に説明する。

【0056】

ベンティング部１４０は、二次電池１００の内部圧力が一定レベル以上に増加する場合に破断してガスを排出する構成であって、二次電池１００の爆発を防止するための安全装置に該当する。例えば、ベンティング部１４０は、周辺の厚さより薄いノッチを電池ケース１１０の表面に形成するかまたは別個に製作して付着するなどの方式で構成し得る。

【0057】

図６に図示された二次電池１００は、正極端子１２０と負極端子１３０が共に位置する電池ケース１１０の上面、特に正極端子１２０と負極端子１３０との間にベンティング部１４０が位置している。この場合、ベンティング部１４０が破断して内部ガスが噴出すると、正極端子１２０と負極端子１３０は腐食、発火などの損傷にそのまま露出してしまう。

【0058】

本発明の実施形態に備えられる端子構造体２００は、ベンティング部１４０に対して正極端子１２０および負極端子１３０を空間的に分離、すなわち、互いに異なる面に配置することにより、ガス噴出および火炎伝播による電極端子１２０、１３０の損傷を防止することにも寄与する。

【0059】

図示された実施形態によると、電池ケース１１０の上面にはベンティング部１４０が備えられ、端子構造体２００上の延長端子２２０は、ベンティング部１４０が備えられた面以外の他の面、例えば側面に備えられている。言い換えれば、端子構造体２００によってベンティング部１４０と電極端子１２０、１３０は物理的に互いに分離され、したがって、二次電池１００の安全性が向上する。

【0060】

以上、図面と実施形態などにより本発明をより詳細に説明した。しかしながら、本明細書に記載された図面または実施形態などに記載された構成は、本発明の一実施形態に過ぎず、本発明の技術的思想をすべて代弁するものではないので、本出願時点においてこれらを代替し得る多様な均等物と変形例があり得ることを理解すべきである。

【符号の説明】

【0061】

１００：二次電池
１１０：電池ケース
１２０：正極端子
１３０：負極端子
１４０：ベンティング部
１５０：キャッププレート
１６０：電極組立体
２００：端子構造体
２１０：端子本体
２２０：延長端子
２３０：延長配線
３００：接合部
４００：接着層
４１０：接着剤
５００：絶縁テープ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【国際調査報告】