JP2004200144A - パウチ型リチウム二次電池 - Google Patents

Abstract

【課題】 金属材よりなるケースの中間層と電極タブとの短絡を未然に防止できる安全性が向上したパウチ型リチウム二次電池を提供する。
【解決手段】 正極板３２と、セパレータ３４と、負極板３３とを有する電池部と、前記電池部の各極板からそれぞれ引き出されてなる電極タブ３５，３６と、前記電池部が挿入される空間が形成され、前記空間の縁に沿って熱融着される密閉面３２１、３３２を有するケース３１０と、前記電極タブの外面を覆い包む電極用絶縁テープ３７、３８と、を含み、前記電極用絶縁テープは、前記電極タブと共に前記密閉面間に挿入されて熱融着され、一端部が密閉されたケースの外部に突出されて前記密閉面上に配置されてなることを特徴とするパウチ型リチウム二次電池。
【選択図】 図４

Description

本発明はリチウム二次電池に係り、さらに詳細には電極タブがケースの密閉面上に配される構造が改善されたパウチ型リチウム二次電池に関する。

一般的に、充放電可能な二次電池は、携帯電話、ノート型パソコン、カムコーダなど携帯用電子機器の開発により、研究が活発である。このような二次電池としては、ニッケル・カドミウム電池、ニッケル水素化物電池、ニッケル水素電池、リチウム二次電池などが挙げられる。このうち、リチウム二次電池は、作動電圧が３．６Ｖであり、携帯用電子機器の電源として多用されているニッケル・カドミウム電池や、ニッケル水素化物電池に比べて３倍も優れ、単位重量当たりエネルギー密度の特性にも優れているため、急速に広まっている。

リチウム二次電池は電解液の種類により、液体電解質電池と高分子電解質電池とに分類できる。一般的には、液体電解質を使用する電池をリチウムイオン電池といい、高分子電解質を使用する電池をリチウムポリマー電池という。

リチウム二次電池は多様な形態で製造可能であるが、代表的な形状としてはリチウムイオン電池に主に使われる円筒形及び角形が挙げられる。最近になって脚光を浴びるリチウムポリマー電池は、柔軟性を有したパウチ型に製造され、その形状が比較的自由である。また、安全性にも優れ、軽く、携帯用電子機器のスリム化及び軽量化に有利であると言える。

図１はパウチ型リチウム二次電池１０を示した図面である。

図面を参照すれば、前記パウチ型リチウム二次電池１０は電池部１１と、前記電池部１１が収容される空間１２ａを提供するケース１２とを含む。

前記電池部１１は正極板と、負極板と、その間に介在するセパレータとからなっている。前記電池部１１は正極板、セパレータ、負極板の順に配置された状態でゼリーロール型（ｊｅｌｌｙ−ｒｏｌｌ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）にワインディングされるか、スタック型にラミネーティングされている。

前記電池部１１の各極板と電気的に結合した正極タブ１３と負極タブ１４とはケース１２の密閉面１２ｂの外部に露出されている。前記電極タブ１３，１４が密閉面１２ｂと接触する部分はそれぞれの絶縁テープ１５に覆い包まれている。

前記ケース１２は金属材より成形された円筒形や角形とは異なり、図３に示されたように薄膜の金属ホイールよりなる中間層１２ｄと、前記中間層１２ｄの両面に絶縁性フィルムよりなる内外皮層１２ｅ，１２ｆの付着したパウチ型構造である。前記ケース１２には電池部１１が収容可能な空間１２ａが形成されており、前記空間１２ａの縁に沿って熱融着される密閉面１２ｂが提供されている。

図２は図１の密閉面１２ｂ部分を拡大図示したものである。

図面を参照すれば、前記ケース１２の密閉面１２ｂには電極タブ１３，１４が位置しており、前記電極タブ１３，１４の端部は前記密閉面１２ｂを介して外部に突出している。前記電極タブ１３，１４が密閉面１２ｂと接する部分では、それぞれ絶縁テープ１５により覆い包まれている。また、前記密閉面１２ｂの端部１２ｃは熱融着時に内皮層１２ｅが溶融されて外部に飛び出る現象を防止するために所定角度に広がっている。

前記のような構造を有するリチウム二次電池１０は、まず、セパレータを挟んで極性を異にする極板を配した後、ワインディング工程またはラミネーティング工程を介して電池部１１を形成し、形成された電池部１１をケース１２の空間１２ａに装着する。次に、前記空間１２ａの縁に沿って形成された密閉面１２ｂを熱融着して密閉する。この時、前記電極タブ１３，１４の周りを覆う絶縁テープ１５は、密閉面１２ｂ間に位置した状態で熱融着する。

次に、前記ケース１２の外部へ突出する電極タブ１３，１４の端部はケース１２の方へ少なくとも１回以上折り返される。折り返された電極タブ１３，１４の端部は密閉面１２ｂの外面に位置し、別途に設けられた保護回路基板（図示せず）の端子と電気的に接続する。

しかしながら、従来のパウチ型リチウム二次電池１０は次のような問題点を有する。

前記電極タブ１３，１４の端部は保護回路基板との電気的接続のために密閉面１２ｂに向けて折り返されれば、電極タブ１３，１４の内面は端部１２ｃに接触する。

この時、図３に示したように、前記ケース１２は外形を完成するための切断工程により前記端部１２ｃにおいて中間層１２ｄが外部に露出されている。このように露出された中間層１２ｄと電極タブ１３，１４とが接触すれば、パウチ短絡が発生する可能性が大きい。また、密閉面１２ｂ上に配される保護回路基板が密閉面１２ｂの外面に直接接触する可能性がある。それにより、パウチ型リチウム二次電池１０の安全性及び信頼性を確保できない。

本発明は前記問題点を解決するためのものであり、電極タブとこれを覆い包む絶縁テープがケースに配置される構造を改善し、電池の安全性を向上させたパウチ型リチウム二次電池を提供するところにその目的がある。

前記のような目的を達成するために本発明の一側面によるパウチ型リチウム二次電池は、正極板と、セパレータと、負極板とを有する電池部と、前記電池部の各極板からそれぞれ引き出されてなる電極タブと、前記電池部が収容される空間が形成され、前記空間の縁に沿って熱融着される密閉面を有するケースと、前記電極タブの外面を覆い包む電極用絶縁テープと、を含み、前記電極用絶縁テープは前記電極タブと共に、前記密閉面間に挿入されて熱融着され、一端部が密閉されたケースの外部に突出されて前記密閉面上に配置されてなることを特徴とする。

また、前記絶縁テープに覆い包まれた電極タブは、密閉面の方向へ折り返されてなることを特徴とする。

さらに、前記ケースの外部に突出される前記絶縁テープは、前記電極タブと共に密閉面上に折り返される時、前記密閉面のうちいずれか一方の先端部に接触する部分を含むことを特徴とする。

さらに、前記絶縁テープが前記密閉面の方向へ折り返される長さは、密閉面の全体幅に対して５％以上であることを特徴とする。

本発明のパウチ型リチウム二次電池は次のような効果が得られる。

第一に、ケースの密閉面から外部に突出される電極タブを覆い包んでいる電極用絶縁テープが延長され、延びた部分が密閉面の先端部に接触することにより、金属材よりなるケースの中間層と電極タブとの電気的短絡を未然に防止できる。

第二に、ケースの外部に突出された電極用絶縁テープが密閉面の方向へ折り返されて配置されることにより、保護回路基板とケース表面との直接的な接触可能性を除去できる。

第三に、電極タブを覆い包んでいる電極用絶縁テープにおいて、外部に突出される部分が相対的に長くなることにより、ケースの外皮層の剥離による短絡を防止できる。

従って、本発明のパウチ型リチウム二次電池によれば、電池の安全性と信頼性とを向上させることができる。

以下、添付された図面を参照しつつ、本発明の好ましい一実施形態を用いてリチウム二次電池を詳細に説明する。

図４は本発明の一実施形態によるパウチ型リチウム二次電池３０を示した図面である。

図面を参照すれば、前記リチウム二次電池３０は、電池部３１と、前記電池部３１を収容するケース３１０とを含む。

前記電池部３１は図５に示されたように正極板３２と、負極板３３と、前記正極板及び負極板３２，３３間に介在するセパレータ３４とを含む。

前記正極板３２はストリップ状の金属薄板、例えばアルミニウム膜よりなる正極集電体上にリチウム系酸化物を主成分としてバインダ、導電材などが混合された正極活物質層がコーティングされている。前記正極板３２には正極タブ３５が電気的に連結されている。前記正極タブ３５は正極用絶縁テープ３７により覆い包まれている。

前記負極板３３はストリップ状の金属薄板、例えば銅膜よりなる負極集電体上に炭素材を主成分としてバインダ、導電材などが混合された負極活物質層がコーティングされている。前記負極板３３には負極タブ３６が電気的に連結されている。前記負極タブ３６は負極用絶縁テープ３８に覆い包まれている。

前記セパレータ３４は、正極板３２と負極板３３との間の絶縁のために少なくとも一枚以上配置されている。前記セパレータ３４はポリエチレンや、ポリプロピレンや、ポリエチレンとポリプロピレンとの複合フィルムよりなっている。前記セパレータ３４は前記正極及び負極板３２，３３より幅を広くして形成することが極板３２，３３間の短絡を防止するために有利であると言える。

前記ケース３１０は、上部ケース３２０と、前記上部ケース３２０と結合される下部ケース３３０とを含む。前記上部及び下部ケース３２０，３３０の少なくとも一面がそれぞれ連結する。このようなケース３１０は、ほぼ直四面体状を保持している。

前記下部ケース３３０には、前記電池部３１が収容される空間３３１が形成されており、前記空間３３１の縁に沿って下部密閉面３３２が形成されている。前記上部ケース３２０にも前記下部密閉面３３２の対応する部分と接触して密閉面を提供する、上部密閉面３２１が形成されている。前記上部及び下部密閉面３２１，３３２は、前記電池部３１が空間３３１内に挿入された後、熱融着により密閉される部分である。

前記上部及び下部ケース３２０，３３０は、実質的に同じ素材より製造されることが望ましい。このような前記ケース３１０は、符号Ｃ部分をを拡大図示した図６に示されたようにポリマー素材の絶縁性フィルムよりなる内皮層３２２と、金属材よりなる中間層３２３と、ポリマー素材の絶縁性フィルムよりなる外皮層３２４とが順次積層された多層構造をなしている。

また、上述した構造を有する電池部３１は、正極板３２、セパレータ３４、負極板３３の順に積層された状態で、一方向にワインディングするのが好ましい。

ワインディングされた電池部３１は、空間３３１が設けられた下部ケース３３０に挿入される。この時、前記電池部３１の各極板３２，３３から引き出された正極及び負極タブ３５，３６の端部は、密閉されるケース３１０の外部に突出させる。

次に、前記空間３３１の縁に沿って形成された上下部密閉面３２１，３３２を相互密着させた状態で、所定の熱と圧力とを加えて熱融着する。それにより、パウチ型のリチウム二次電池３０が完成される。

この時、前記電極タブ３５，３６の外面は電極用絶縁テープ３７，３８に覆い包まれ、前記電極用絶縁テープ３７，３８は、前記上下部密閉面３２１，３３２間に挿入されて、熱融着時に共に溶融密閉され、一端部はケース３１０の外部に突出されて前記電極タブ３５，３６と共に少なくとも１回折り返される。

これをさらに詳細に説明すれば、次の通りである。

図７は図４の電極タブ３５，３６が折り返される前の状態を示したものであり、図８は図４の電極タブ３５，３６が折り返された後の状態を示したものである。

ここで、先の図面と同じ参照番号は、同じ機能を果たす同じ部材を指す。

図７を参照すれば、前記上部ケース３２０には上部密閉面３２１が形成されている。前記下部ケース３３０にもこれと対応する位置に下部密閉面３３２が形成されている。熱融着される上部及び下部密閉面３２１，３３２は、所定幅Ｗを保持している。

また、前記上部密閉面３２１の端部３２５は、一方向に所定角度で折られている。前記下部密閉面３３２の端部３３３は、前記上部密閉面３２１の端部３２５と反対方向に所定角度で折られている。従って、前記上下部密閉面３２１，３３２の端部３２５，３３３は上下に広がっている。

前記上下部密閉面３２１，３３２間には、電極用絶縁テープ３７，３８により、覆い包まれた電極タブ３５，３６がそれぞれ位置している。この時、前記電極用絶縁テープ３７，３８の一端部は、密閉されるケース３１０の外部に突出している。突出した電極用絶縁テープ３７，３８は、前記電極タブ３５，３６と共に、前記密閉面３２１，３３２上に向けて折り返される時、前記密閉面３２１，３３２のうちいずれか一方の端部３２５，３３３の先端部に接触する部分を含んでいる。また、前記電極タブ３５，３６は、電極用絶縁テープ３７，３８により完全に覆い包まれているのが好ましい。

また、前記端部３２５，３３３から密閉面３２１，３３２の方向へに折り返される前記電極用絶縁テープ３７，３８の最短の長さＬは、上部及び下部密閉面３２１，３３２の全体幅Ｗの５％以上とするのが、パウチ短絡、ケースの外皮層の剥離による短絡を防止するのに望ましいと言える。折り返される最長の長さＬは別途設定する必要がないが、電池の製造工程の効率性により９０％以内ならば十分である。すなわち、電極用絶縁テープ３７，３８が端部３２５，３３３から密閉面３２１，３３２に折り返される長さＬは、上部及び下部密閉面３２１，３３２の全体幅Ｗに対して５ないし９０％ほどである。本出願者の実験結果によれば、最適化された長さＬは３０ないし５０％である。

上記の通り、突出した電極用絶縁テープ３７，３８の端部は、前記密閉面３２１，３３２のうちいずれか一方の端部３２５，３３３から密閉面３２１，３３２に向けて前記電極タブ３５，３６と共に折り返され、前記電極タブ３５，３６の端部はさらに反対方向に折り返されて、別途に設けられた保護回路基板に電気的に接続される。これにより、保護回路基板とケース表面とが直接的に接続する可能性を除去することができる。

より望ましくは、反対方向に折り返されて、別途に設けられた保護回路基板に電気的に接続される前記電極タブ３５，３６が、密閉面に接触しないように保護回路基板に接続する。これにより、ケースの外被層１２ｆの剥離による短絡が防止できる。

また、前記電極用絶縁テープ３７，３８の端部は、密閉面３２１，３３２の端部３２５，３３３から密閉面３２１，３３２の外表面上に折り返される際、図９に示されたように電極タブ３５，３６は電極用絶縁テープ３７，３８により覆い包まれているため、電極タブ３５，３６とケース３１０の中間層３２３とが直接的に接触せず、電気的に絶縁されることになる。従来は、金属材よりなるケースの中間層と電極タブとの電気的短絡が生じていたが、本発明のパウチ型リチウム二次電池はかような構造を有することにより前記電気的短絡を未然に防止することができる。

本発明は図面に示された一実施形態を参考に説明したが、それは例示的なものに過ぎず、本技術分野の当業者ならばそれから多様な変形及び均等な他実施形態が可能であるという点が理解できるであろう。従って、本発明の真の技術的保護範囲は特許請求範囲の技術的思想により決まるものである。

リチウム二次電池は多様な形態により製造可能であるが、代表的な形状としてはリチウムイオン電池に主に使われる円筒形及び角形が挙げられる。最近になって脚光を浴びるリチウムポリマー電池は柔軟性を有したパウチ型として製造され、その形状が比較的自由である。また、安全性にもすぐれて軽く、携帯用電子機器のスリム化及び軽量化に有用である。

従来のパウチ型リチウム二次電池を示した平面図である。 図１の密閉面部分を示した断面図である。 図２の電極タブと密閉面とが接触する部分を拡大して示した断面図である。 本発明の一実施例によるパウチ型リチウム二次電池を示した分離斜視図である。 図４の電池部を拡大して示した斜視図である。 図４のケース（丸で囲った符号Ｃの部分）を拡大して示した斜視図である。 図４のパウチ型二次電池の密閉面から電極タブが折り返される前の状態を示した断面図である。 図７の電極タブが折り返された後の状態を示した断面図である。 図８の電極タブが折り返された部分を拡大して示した断面図である。

符号の説明

１０ パウチ型リチウム二次電池、
１１ 電池部、
１２ ケース、
１２ａ 空間、
１２ｂ 密閉面、
１２ｃ 密閉面の端部、
１２ｄ 中間層、
１２ｅ 内皮層、
１２ｆ 外皮層、
１３ 正極タブ、
１４ 負極タブ、
１５ 絶縁テープ、
３０ パウチ型リチウム二次電池、
３１ 電池部、
３２ 正極板、
３３ 負極板、
３４ セパレータ、
３５ 正極タブ、
３６ 負極タブ、
３７ 正極用絶縁テープ、
３８ 負極用絶縁テープ、
３１０ ケース、
３２０ 上部ケース、
３２１ 上部密閉面、
３２２ 内皮層、
３２３ 中間層、
３２４ 外皮層、
３３０ 下部ケース、
３３１ 空間、
３３２ 下部密閉面。

Claims (8)

1. 正極板と、セパレータと、負極板とを有する電池部と、
   前記電池部の各極板からそれぞれ引き出されてなる電極タブと、
   前記電池部が挿入される空間が形成され、前記空間の縁に沿って熱融着される密閉面を有するケースと、
   前記電極タブの外面を覆い包む電極用絶縁テープと、を含み、
   前記電極用絶縁テープは、前記電極タブと共に前記密閉面間に挿入されて熱融着され、一端部が密閉されたケースの外部に突出されて前記密閉面上に配置されてなることを特徴とするパウチ型リチウム二次電池。
   
2. 前記絶縁テープに覆い包まれた電極タブは、密閉面の方向へ折り返されてなることを特徴とする請求項１に記載のパウチ型リチウム二次電池。
3. 前記ケースの外部に突出される前記絶縁テープは、前記電極タブと共に密閉面上に折り返される時、前記密閉面のいずれか一方の先端部に接触する部分を含むことを特徴とする請求項２に記載のパウチ型リチウム二次電池。
4. 前記絶縁テープは、電極タブとケースとの電気的絶縁のために、密閉面の先端部で電極タブを覆い包むように形成されてなることを特徴とする請求項３に記載のパウチ型リチウム二次電池。
5. 前記絶縁テープは、前記密閉面の外表面上に配置されるように折り返されることを特徴とする請求項２に記載のパウチ型リチウム二次電池。
6. 前記絶縁テープが前記密閉面の方向へ折り返される長さは、密閉面の全体幅に対して５％以上であることを特徴とする請求項２に記載のパウチ型リチウム二次電池。
7. 前記絶縁テープが折り返される長さは、５ないし９０％であることを特徴とする請求項６に記載のパウチ型リチウム二次電池。
8. 前記絶縁テープが前記密閉面の方向へ折り返される長さは、前記密閉面の全体幅に対して３０ないし５０％であることを特徴とする請求項６に記載のパウチ型リチウム二次電池。

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