JP2005019404A - パウチ型リチウム二次電池 - Google Patents

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Abstract

【課題】パウチ型リチウム二次電池を提供する。
【解決手段】パウチ型リチウム二次電池３０は、正極集電体と当該正極集電体の少なくとも一面に付着された正極活物質層とよりなる正極板、負極集電体と当該負極集電体の少なくとも一面に付着された負極活物質層とよりなる負極板、および正極板と負極板との間に配置されてそれらを相互に絶縁させるセパレータを備える電池部３１と、正極集電体と電気的に接続された正極タブ３５と、負極集電体と電気的に接続された負極タブ３７と、電池部３１が収容される空間部３３１を提供し、空間部３３１の端縁に沿って熱融着される密閉面３２２，３３２が形成されたケース３１０とを有しており、正極タブ３５およびケース３１０には、電気的に接続された構造によって同じ正極電位が印加される。
【選択図】図３Ａ

Description

本発明はリチウム二次電池に関し、より詳細には、電池部を収容するケースおよび正極タブに同じ電位が印加されるように構造が改善されたパウチ型リチウム二次電池に関する。
一次電池と異なり充電および放電が可能な二次電池は、デジタルカメラ、携帯電話、ノート型パソコンなど携帯用先端電子機器の開発に伴って、活発に研究されている。二次電池には、ニッケルカドミウム電池、ＮｉＭＨ（Ｎｉｃｋｅｌ−Ｍｅｔａｌ Ｈｙｄｒｉｄｅ）電池、ニッケル水素電池、リチウム二次電池がある。
このうち、リチウム二次電池は、作動電圧が３．６Ｖ以上であって、携帯用電子機器の電源として主に使われているニッケル−カドミウム電池やＮｉＭＨ電池と比較して作動電圧が３倍高く、単位重量当りのエネルギーであるエネルギー密度の特性も優れているため、急速に広まっている。
リチウム二次電池は、電解液の種類によって、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リチウム二次電池をリチウムイオン電池と呼び、高分子電解質を使用するリチウム二次電池をリチウムポリマー電池と呼ぶ。
リチウム二次電池は多様な形態に製造可能であるが、代表的な形状としては、主としてリチウムイオン電池に使われる形状である円筒形および角形を挙げることができる。
最近になって脚光を浴びるリチウムポリマー電池は、柔軟性をもつパウチ型に製造されて、その形状が比較的自由に設計できる。またリチウムポリマー電池は安全性にも優れ、かつ軽くて携帯用電子機器の薄型化および軽量化に有利である。
図１を参照すれば、従来の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が収容される空間部１２ａを提供するケース１２とを含んでいる。
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て一方向に巻かれる形状、または多数の正極板、セパレータ、負極板が積層された形状で構成される。前記電池部１１の各極板は正極および負極タブ１３、１４と電気的に接続されている。
前記正極および負極タブ１３、１４の一端部はケース１２の密閉面１２ｂを通じて外部に突出している。突出した正極および負極タブ１３、１４の一端部は保護回路基板（図示せず）の端子と接続される。
前記正極および負極タブ１３、１４が密閉面１２ｂと接触する部分は、前記ケース１２と前記正極および負極タブ１３、１４との電気的短絡を防止するためにそれぞれ密閉テープ１５によって被覆されている。
前記ケース１２は、厚膜の金属材で成形した円筒形や角形よりなる缶構造とは違って、中間層と、その中間層の内面に付着される内皮層と、その中間層の外面に付着される外皮層とを有するパウチケースである。ここで、中間層は金属箔であり、金属箔の両面に付着される内外皮層は絶縁性フィルムである。なお、パウチ型ケースは成形性に優れて自在に折り曲げられる。
前記ケース１２には前述したように電池部１１が収容可能な空間部１２ａが形成されており、前記空間部１２ａの端縁に沿って、熱融着される面である密閉面１２ｂが形成されている。
図２Ａは、図１のパウチ型リチウム二次電池１０をＩ−Ｉ線に沿って切断して拡大図示したものであり、図２Ｂは図２Ａの部分拡大図である。
図２Ａおよび図２Ｂを参照すれば、前記ケース１２は、金属箔、例えばアルミニウム箔よりなる中間層１２ｃと、前記中間層１２ｃの内面および外面に付着されて前記中間層１２ｃを保護する絶縁性フィルムよりなる内皮層１２ｄと外皮層１２ｅとを備える複合フィルム製のケースである。
前記ケース１２内に形成された空間部１２ａには、正極板１１ａ、セパレータ１１ｃ、負極板１１ｂの順に配置された電池部１１が収容されており、前記正極および負極板１１ａ、１１ｂからは、図１に示されるように正極タブ１３と負極タブ１４とが引き出されている。引き出された電極タブ１３、１４の端部はケース１２の密閉面１２ｂを通じて外部に露出されており、前記密閉面１２ｂと接する部分では、電極タブ１３、１４の表面が密閉テープ１５によって被覆されている。
以上のような構造を持つパウチ型リチウム二次電池１０では、正極板１１ａおよび負極板１１ｂに、それぞれ正極および負極タブ１３、１４を電気的に接続した後、正極板１１ａ、セパレータ１１ｃ、負極板１１ｂの順に配置した状態で巻いて電池部１１が完成する。
完成された電池部１１は、ドローイング（延伸）工程を通じて延伸された後、空間１２ａが備えられたケース１２内に実装される。実装時に各電極タブ１３、１４の一端部はケース１２の外部に露出させる。
このような状態で、前記ケース１２の密閉面１２ｂに所定の熱および圧力を印加して熱融着してパウチ型リチウム二次電池１０が完成する。完成されたパウチ型リチウム二次電池１０は電池構造を安定化させるために充電、エイジング（一定時間の放置）、および放電など一連の化成工程を経て電池の異常有無を選別する。
ところで、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している。
絶縁性フィルムよりなる内皮層１２ｄ、金属箔よりなる中間層１２ｃ、絶縁性フィルムよりなる外皮層１２ｅを重ね合わせた複合フィルムを用いてケース１２を成形する時や、電池１０作動中の影響によって内皮層１２ｄに微細なクラックが発生すれば、電極タブ１３、１４と中間層１２ｃとが電気的に接触する。特に、図２Ｂに図示されたように、内皮層１２ｄの破壊によってアルミニウム箔よりなる中間層１２ｃとニッケル板よりなる負極タブ１４とが接触すれば、前記ケース１２は負極電位を持つ。
このように前記ケース１２が負極電位を持つようになれば、すでに内皮層１２ｄによって保護されていない中間層１２ｃは、電池の作動中にその表面に付着されて合金層をなす電解質に存在するリチウムイオンとの間の電位差によって腐食してしまうおそれがある。
経時的に前記ケース１２の腐食が進み続ければ、前記中間層１２ｃが溶解され始める。前記中間層１２ｃの溶解によってケース１２の密閉が不完全になれば、外部の空気がケース１２の内部に流入される。
この時、外部の空気中に含まれた水分は、充電状態にある電池部１１と反応する。特に、水分が電池部１１の負極板１１ｂと反応すれば、ガスを多く発生させる。このように発生したガスによって前記ケース１２の内部が膨脹する、いわゆるスエリング現象（ｓｗｅｌｌｉｎｇ）が起きる。このようなスエリング現象によれば、リチウム二次電池１０が装着される電池パックの密閉面まで開いてしまうおそれがある。
したがって、以上のような問題を防ぐためには、電池１０を製造した後の化成工程において、内皮層１２ｄの破壊に伴って中間層１２ｃと負極タブ１４とが電気的に接触しているか否かを検出する必要がある。
ところが、従来のパウチ型リチウム二次電池１０では、中間層１２ｃと負極タブ１４との接触によって腐食が進行し、それによってスエリング現象が起きる場合であっても、化成工程において測定された電池１０の開路電圧は、充電状態を維持しており、変化しないため、開路電圧の測定によって、中間層１２ｃと負極タブ１４とが電気的に接触しるか否かを検出することが難しかった。したがって、電池の不良有無を正しく選別できなくなるおそれがあった。
さらに、従来のパウチ型リチウム二次電池１０では、パウチ型リチウム二次電池１０のスエリング現象によるケース（電池パック）の変形を未然に防止することもできないおそれがある。
本発明は、上記の問題点を解決するためのものであって、電池部の正極板とパウチ型ケースとを電気的に接続し、電池の作動中にケースの破損によって電池部の負極板がケースに接触する場合には電池を短絡させて開路電圧を変化させることにより、開路電圧の測定に基づいて電池の不良の有無を選別可能な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、正極集電体と当該正極集電体の少なくとも一面に付着された正極活物質層とよりなる正極板、負極集電体と当該負極集電体の少なくとも一面に付着された負極活物質層とよりなる負極板、および前記正極板と前記負極板の間に配置されてそれらを相互に絶縁させるセパレータ、を備える電池部と、前記正極集電体と電気的に接続された正極タブと、前記負極集電体と電気的に接続された負極タブと、前記電池部が収容される空間部を提供し、前記空間部の端縁に沿って熱融着される密閉面が形成されたケースと、前記正極タブおよび前記ケースに同じ正極電位を印加するための正極印加部と、を含むことを特徴とする。
前記ケースは、金属薄板よりなる中間層と、前記中間層上においてケース内側に対応する面に付着された内皮層と、前記中間層上においてケース外側に対応する面に付着された外皮層と、を備えることを特徴とする。
前記正極印加部は、前記中間層が部分的に露出した部位とを電気的に接続した部分であることを特徴とする。
前記正極印加部は、前記内皮層が部分的に剥離されて所定領域が露出された中間層と前記正極タブの表面とを前記ケースの内部で接触させた部分を含むことを特徴とする。
前記正極印加部は、前記密閉面の先端部における断面、具体的には、ケースの成形時に形成された密閉面の切断面に露出されている中間層と前記正極タブの表面とを前記ケースの外部で接触させた部分を含むことを特徴とする。
本発明のパウチ型リチウム二次電池によれば、次のような効果を得られる。第１に、ケースの金属薄板と正極タブとに同じ正極電位を印加するので、ケースの内皮層の破壊によって負極タブとケースの金属層とが接触した場合には短絡を誘発させることができ、開路電圧の変化を容易に検出できる。それにより、電池の不良有無が選別しやすくなる。
第２に、万が一パウチケースに腐食が発生した場合であっても、短絡による放電さによって電極の反応がなくなり、スエリング現象が未然に防止できる。それにより、リチウム二次電池の安全性が確保できる。また、スエリング現象によって、リチウム二次電池が装着されるケース（電池パック）の密閉面が開いてしまう現象を防止することができる。
以下、添付した図面を参照して本発明の一実施の形態によるリチウム二次電池を詳細に説明する。
（第１の実施の形態）
図３Ａは、本発明の第１の実施の形態によるリチウム二次電池３０を示したものであり、図３Ｂは、図３Ａの電池部３１を図示したものであり、図３Ｃは、図３Ａのケース３１０を図示したものである。
図３Ａ〜図３Ｃ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とを含んでいる。
前記電池部３１は、正極板３２と、負極板３３と、前記正極板３２および前記負極板３３間に介在されてそれらを絶縁させるセパレータ３４とを含んでいる。具体的には、前記電池部３１は、正極板３２、セパレータ３４、負極板３３の順に配置されて巻かれたジェリーロール型、または多数の正極板３２、セパレータ３４、負極板３３が積層された積層（スタック）型構造になっている。本実施の形態ではジェリーロール型の電池部を例にとって説明する。
前記正極板３２では、ストリップ型の金属薄板、例えばアルミニウム箔よりなる正極集電体の少なくとも一面にリチウム系酸化物を主成分とするバインダー、導電材などが混合された正極活物質層が付着（コーティング）されている。また、前記正極板３２には、正極タブ３５が電気的に接続されている。例えば、前記正極タブ３５は、アルミニウム板よりなる。前記正極タブ３５の表面は、部分的に正極用密閉テープ３６によって被覆されている。
前記負極板３３では、ストリップ型の金属薄板、例えば銅箔よりなる負極集電体上に炭素材を主成分とするバインダー、導電材などが混合された負極活物質層が付着されている。また、前記負極板３３には負極タブ３７が電気的に接続されている。例えば、前記負極タブ３７はニッケル板よりなる。前記負極タブ３７の表面は、部分的に負極用密閉テープ３８によって被覆されている。
前記セパレータ３４は正極板３２と負極板３３間の絶縁のために少なくとも１枚以上配置されている。例えば、前記セパレータ３４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との複合フィルムよりなる。前記セパレータ３４は、前記正極および負極板３２、３３より幅を広くして形成されることが極板３２、３３間の短絡を防止するために有利であるといえる。
前記ケース３１０は、上部ケース（第１ケース部）３２０と、前記上部ケース３２０と結合されて内部を密閉させる下部ケース（第２ケース部）３３０とを含んでいる。前記上部および下部ケース３２０、３３０は少なくとも一端部が一体に接合されており、他の部分は相互に分離されている。この相互に分離されている部分が最終的に密閉されて結合される。前記ケース３１０は、結合時にほぼ直方体形となる。
前記下部ケース３３０には、前記電池部３１が収容される空間部３３１が形成されており、前記空間部３３１の端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には、前記下部密閉面３３２に対応する部分に、下部密閉面３３２と接触して密閉面を提供する上部密閉面３２２が形成されている。前記上部および下部密閉面３２２、３３２は、前記電池部３１が空間部３３１に収容された後に熱融着により密閉（シール）される部分である。
このような上部および下部ケース３２０、３３０は実質的に同じ素材で製造されることが望ましい。すなわち、前記ケース３１０は、成形性に優れた金属薄板、例えばアルミニウム箔よりなる中間層３４０と、前記中間層３４０においてケース内側に対応する面（内面）に付着（コーティング）されて電解液との反応を遮断する保護膜層であるポリマー素材よりなる内皮層３５０と、前記中間層３４０においてケース外側に対応する面（外面）に付着されて大気との接触を遮断する保護膜層であるポリマー素材よりなる外皮層３６０とを含んでいる。
本発明の特徴によれば、前記パウチ型リチウム二次電池３０は、前記正極板３２に電気的に接続された正極タブ３５と、ケース３１０の中間層３４とに同じ正極電位を印加するための正極印加部（正極印加手段）を備える。
さらに詳細には図４Ａおよび図４Ｂに図示された通りである。図４Ａは、ケースを密閉した状態における図３Ａのパウチ型リチウム二次電池３０の一部を切断して図示した断面図であり、図４Ｂは、図４ＡのＡ部分を拡大した断面図である。
図４Ａおよび図４Ｂを参照すれば、前記ケース３１０の内部には、正極板３２、セパレータ３４、負極板３３の順に配置されて巻かれた電池部３１が収容されている。電池部３１が収容された空間部３３１の端縁に沿って形成された上部ケース３２０の上部密閉面３２２と、下部ケース３３０の下部密閉面３３２との間には、前記正極板３２に接続された正極タブ３５と、前記負極板３３に接続された負極タブ３７（図３参照）が位置している。
前記正極および負極タブ３５、３７の端部は、所定の熱と圧力によって溶融密閉された上部および下部ケース３２０、３３０を通じて外部に引き出されている。この時、前記正極および負極タブ３５、３７が上部および下部密閉面３２２、３３２に接する所では、熱融着時に密閉性を強化させるために前記電極タブ３５、３７に密閉テープがそれぞれ付着されている。すなわち、正極タブ３５の表面は、正極用密閉テープ３６によって部分的に被覆されており、負極タブ３７は、負極用密閉テープ３８（図３参照）によって被覆されている。
この時、前記正極タブ３５とケース３１０とは正極印加部（正極印加手段）によって電気的に接続されている。具体的には、前記上部および下部密閉面３２２、３３２に接触する所で、正極タブは、一定部分３５ａが正極用密閉テープ３６によって被覆されておらず、前記上部および下部密閉面３２２、３３２上にそのまま露出されている。一方、上部および下部密閉面３２２、３３２に接する所で、上記の一定部分３５ａ以外の部分は、正極用密閉テープ３６によって被覆されている。すなわち、正極タブ３５は、密閉面３２２、３３２に接する所で、正極用密閉テープ３６によって被覆された被覆領域と被覆されていない非被覆領域とを有する。
例えば、正極タブ３５は、正極用密閉テープ３６によって被覆されておらず一定部分３５ａが露出されている非被覆領域と、この非被覆領域の両側に配置されて各々第１および第２正極用密閉テープ３６ａ、３６ｂによって被覆される第１および第２の被覆領域とを有する。この場合と異なり、前記密閉テープ３６によって正極タブ３５の表面を被覆する時、前記上部および下部密閉面３２２、３３２に位置する正極タブ３５の一端部を非被覆領域として露出させることもできる。
金属薄板、例えばアルミニウム箔よりなる中間層３４０は、露出された正極タブ部分３５ａ、すなわち非被覆領域の正極タブ部分に対応して内皮層３５０が部分的に形成されておらず、所定領域の中間層の一定部分３４１が部分的に露出されている。そして、このように非被覆領域の正極タブ部分３５ａと、所定領域の中間層の露出された部分３４１とを接触させて電気的に接続して正極印加部を構成する。
この時、前記中間層の露出部３４１への前記正極タブ部分３５ａの電気的接続を強化するために、露出された正極タブ部分３５ａ、すなわち正極タブの非被覆部分には、中間層の露出された部分３４１に向って折り曲げられて下方に突出した形状のノッチ部３５ｂを形成することが望ましい。前記ノッチ部３５ｂの頂点は中間層の露出された部分３４１に接触している。
したがって、前記ケース３１０において中間層の露出部３４１に正極タブ３５のノッチ部３５ｂが電気的に接続されるので、正極タブ３５とケース３１０には、電池の駆動中に、同じ正極電位が印加される。一方、負極タブ３７は、前記上部および下部密閉面３２２、３３２で負極用密閉テープ３８によって完全に被覆された状態となっている。
このように、パウチ型リチウム二次電池３０は、正極タブ３５が、密閉面３２２，３３２に接する所で、正極用密閉テープ３６によって被覆されていない非被覆領域を有する一方、中間層３４０は、正極タブ３５の非被覆領域に対応して内皮層３５０が部分的に剥離されて所定領域が露出している。そして、これら非被覆領域の正極タブ３５ａと所定領域の中間層３４０とを接触させて電気的に接続した部分が形成されており、この部分が正極印加部として機能する。したがって、前記ケース３１０が正極タブ３５と接続されているので正極電位を持つようになる一方、負極タブ３７は前記ケース３１０と絶縁された状態を保つ。
なお、露出された正極タブ部分３５ａは、正極タブ３５の折り曲げ工程や正極用密閉テープ３６の巻き工程を通じて形成できる。特に、前記ノッチ部３５ｂは正極タブ３５の折り曲げ工程を通じて形成でき、前記中間層の露出部３４１は、スクラッチ作業や、熱融着時に温度を異にする方法によって形成できる。
（第２の実施の形態）
図５は、本発明の第２の実施の形態によるリチウム二次電池５０を図示したものである。
図面を参照すれば、前記リチウム二次電池５０は、電池部５１と、前記電池部５１を収容するケース５１０を含んでいる。前記電池部５１は後述する正極板５２、セパレータ５４、および負極板５３が、ジェリーロール型構造、または積層型構造をなしている。前記正極板５２からは正極タブ５５が引き出されており、前記正極タブ５５の表面は、部分的に正極用密閉テープ５６によって被覆されている。前記負極板５３からも負極タブ５７が引き出されており、前記負極タブ５７の表面は、負極用密閉テープ５８によって被覆されている。例えば、前記正極タブ５５はアルミニウム板であり、負極タブ５７はニッケル板である。
前記ケース５１０は、上部ケース５２０と、上部ケース５２０と結合される下部ケース５３０とを含んでいる。前記上部および下部ケース５２０、５３０は少なくとも一端部が一体に接合されており、結合時には、直方体形となる。前記下部ケース５３０には電池部５１が収容される空間部５３１の端縁に沿って下部密閉面５３２が形成され、前記上部ケース５２０にも下部密閉面５３２と対応する部分にそれと接触して密閉面を提供する上部密閉面５２２が形成されている。前記ケース５１０は成形性に優れた金属薄板、特に、図６Ｂに拡大図示されたようにアルミニウム箔よりなる中間層５４０と、前記中間層５４０においてケース内側に対応する面（内面）に付着（コーティング）されるポリマー素材よりなる内皮層５５０と、前記中間層５４０においてケース外側の面（外面）に付着されるポリマー素材よりなる外皮層５６０とを含んでいる。
一方、前記ケース５１０の外部に引き出される正極および負極タブ５５、５７の一端部は、例えば、過充電などの電池の異常時に、電流の流れを遮断するように設置された保護回路基板６０の正極および負極端子６１、６２にそれぞれ電気的に接続されている。
ここで、前記パウチ型リチウム二次電池５０は、保護回路基板６０と接続される正極タブ５５がケース５０１の外部で正極印加手段によってケース５１０と電気的に接続されることによって、正極タブ５５とケース５０１とには、共に正極電位が印加される。
図６Ａは、図５のパウチ型リチウム二次電池５０において正極タブ５５が設置された部分を切断して図示した断面図であり、図６Ｂは、図６ＡのＡ部分を拡大して図示したものである。
図６Ａおよび図６Ｂを参照すれば、前記ケース５１０の内部には、正極板５２、セパレータ５４、および負極板５３がこの順に配置されて巻かれた電池部５１が収容されている。前記電池部５１が収容された空間部５３１の端縁に沿って形成された上部ケース５２０の上部密閉面５２２と、下部ケース５３０の下部密閉面５３２との間には、正極タブ５５が引き出されている。
前記正極タブ５５の端部は、溶融密閉された上部および下部ケース５２０、５３０を通じて外部に引き出されており、正極タブ５５は、密閉面５２２、５３２に接する所で、正極用密閉テープ５６によって被覆された被覆領域を有する。突出した正極タブ５５の端部は上下部密閉面５２２、５３２の先端部でケース５１０側に少なくとも１回以上折り曲げられた状態で保護回路基板６０の正極リード６１に電気的に接続されている。
この時、前記上下部密閉面５２２、５３２の先端部で折り曲げられる正極タブ５５の端部では、正極用密閉テープ５６によって被覆されていない非被覆領域である露出部分５５ａが所定長さに形成されている。また、前記露出された正極タブ５５ａに対応するケース５１０の中間層５４０の先端部５４１は、外部に直接的に露出されている。具体的には、上部および下部密閉面５２２、５３２が相互に接合される先端部の断面（すなわち、ケース５１０の成形時にの切断面）において中間層５４０は外部に直接的に露出されている。
そして、露出された非被覆領域の正極タブ５５ａは、保護回路基板６０との接続のために折り曲げる時に前記中間層５４０の先端部５４１と電気的に接続されている。すなわち、密閉面５２２，５３２の先端部における断面で露出された中間層５４０と、正極タブ５５の表面とが接触された部分が生じ、この部分が正極印加部として機能する。換言すれば、正極印加部は、非被覆領域の正極タブ５５ａと密閉面５２２，５３２の先端部における断面で露出されている中間層５４０とを接触させて電気的に接続した部分を含む。さらに、電気的接続を強化させるために、前記下部密閉面５３２上に折り曲げられる正極タブ５５ａ部分に対応したケース５１０の外皮層５６０を部分的に剥離して中間層５４０を露出させ、この外皮層５６０が部分的に剥離され所定領域が露出された中間層５４０と正極タブ５５の表面とを接触させることによっても、中間層５４０と正極タブ５５とを電気的に接続することが可能である。
したがって、前記ケース５１０の外部に露出された正極タブ５５ａは、中間層５４０の先端部５４１、および／または外皮層５６０が剥離されて露出された中間層５４０に対して電気的に接続されるので、正極タブ５５とケース５１０とには、電池の駆動中に、同じ正極電位が印加される。
一方、負極タブ５７は、図７Ａおよび図７Ｂに図示されたように前記ケース５１０に対して完全に絶縁されている。すなわち、電池部５１が収容された空間部５３１の端縁に沿って形成された上部および下部密閉面５２２、５３２間には負極タブ５７が引き出されている。前記負極タブ５７の端部は、溶融密閉された上部および下部ケース５２０、５３０を通じて外部に引き出されており、その表面は、負極用密閉テープ５８によって完全に覆われている。そして、突出した負極タブ５７の端部は、上部および下部密閉面５２２、５３２の端部から正極タブ５５と同様にケース５１０側に少なくとも１回以上折り曲げられた状態で保護回路基板６０の負極リード６２に電気的に接続されている。
この時、前記上下部密閉面５２２、５３２の先端部から折り曲げられる負極タブ５７の端部のうち、前記中間層５４０が露出している上部および下部密閉面５２２、５３２の先端部５４１に対応する部分５７ａは、正極タブ５５の場合とは違って負極性密閉テープ５８によって完全に被覆されており、ケース５１０と絶縁されている。このように、負極タブ５７は保護回路基板６０との接続のために折り曲げられる時に前記中間層５４０の先端部５４１と電気的に接続されない。
以上のような構成のパウチ型リチウム二次電池５０は、ケース５１０が正極タブ５５と接続されているので正極電位を持つようになり、負極タブ５７は前記ケース５１０と絶縁されている。
（第３の実施の形態）
図８は、ケースが結合された状態における本発明の第３の実施の形態によるパウチ型リチウム二次電池の一部を切断して図示した断面図である。
図面を参照すれば、前記ケース８３０内には、正極板８２、セパレータ８４、および負極板８３がこの順に配置されて巻かれた電池部８１が収容されている。電池部８１が収容された空間部８３１の端縁に沿って形成された上部密閉面８２２と下部密閉面８３２との間には正極板８２に接続された正極タブ８５が引き出されている。この時、前記正極タブ８５が上部および下部密閉面８２２、８３２と接触する所には熱融着時の密閉性を高めるために密閉テープ８６が付着されている。
この時、前記正極タブ８５とケース８３０とは正極印加部によって電気的に接続されている。具体的には、本実施の形態では、正極印加部として導電性を持つピン８００が用いられる。この導電性を持つピン８００は、ケース８３０と正極タブ８５を貫通して設置されている。このピン８００により、前記ケース８３０の中間層であるアルミニウム箔は、正極タブ８６と電気的に接続している。したがって、電池の駆動中に、前記ケース８３０および正極タブ８５には同じ正極電位を印加することができる。一方、負極タブ（図示せず）は、前記ケース８３０と絶縁されている。
以下、上記のような構造を持つパウチ型リチウム二次電池に関する化成工程で電圧検出および腐食実験をした実験結果を示す。
〔実施例〕
図３Ａないし図４Ｂのようなパウチ型リチウム二次電池３０を構成するために、パウチ型のケース３１０を備え、ケース３１０の空間部３３１に、正極板３２、セパレータ３４、負極板３３の順に配置されて巻かれたジェリーロール型の電池部３１を収容した。
収容された電池部３１から引き出された正極および負極タブ３５、３７の端部は前記ケース３１０の上部および下部密閉面３２２、３３２を通じてケース３１０の外部に突出させた。
この時、前記上部および下部密閉面３２２、３３２に接する所では、正極タブ３５の一部３５ａを正極用絶縁テープ３６で被覆せずに、この部分以外を正極用絶縁テープ３６で巻いて被覆した。一方、負極タブ３６は、前記上部および下部密閉面３２２、３３２に接する所では、全部を負極用絶縁テープ３８で巻いて被覆した。
また、正極タブ３５の露出部分、すなわち被覆部分３５ａにはノッチ部３５ｂを形成し、それと相応するケース３１０では内皮層３５０を剥離して中間層３４０を露出させ、正極タブ３５とケース３１０とを電気的に接続した。
このような状態で、前記上部および下部密閉面３２２、３３２に所定の熱と圧力を加えて融着させて、パウチ型リチウム二次電池３０を完成した。
〔比較例〕
ケースの上部および下部密閉面に接する全領域において、正極および負極用絶縁テープに正極および負極用絶縁テープを巻いて被覆した。また、正極タブにノッチ部を形成せず、ケースに内皮層を剥離させずに正極タブとケースとが相互に絶縁した。以上の点を除いて実施例と同じ方法によって、パウチ型リチウム二次電池を完成させた。
前記実施例および比較例により製造されたパウチ型リチウム二次電池において、経時的な開路電圧（Ｏｐｅｎ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｖｏｌｔａｇｅ、以下、ＯＣＶ）の測定と、腐食の有無およびスエリング現象の有無の観察を実施した。なお、本実施例や比較例は、ケースの成形中に微細なクラックが発生して負極タブとケースの中間層間の短絡が予想されるものを用いた。このようなテスト結果は表１に図示された通りである。
Figure 2005019404
表１を参照すれば、実験を始める時点で実施例１ないし実施例３によるパウチ型リチウム二次電池のＯＶＣは４．１８４０Ｖ、４．１８４４Ｖ、４．１８４１Ｖであり、外観は何の異常もないということが分かる。１日後には、ＯＶＣは４．１８３８Ｖ、４．１８１９Ｖ、４．０１６９Ｖであり、外観からは、一部の電池で部分的かつ経時的に腐食が発生することが分かる。５日後には、ＯＶＣは４．１８３５Ｖ、１．８２００Ｖ、０．８５６０Ｖであり、外観からは、２個の電池で腐食が発生し、共にスエリング現象はないということが分かる。
この時、パウチ型リチウム二次電池のＯＶＣは実験開始時点でも１日後ではあまり差がないが、腐食が進んでから５日後には約４．２Ｖから１．８２Ｖ以下と急激に低下することが分かる。このようにＯＶＣが顕著に低下する理由は、正極タブと同じ正極電位が印加されたケースの中間層に、内皮層の破壊によって極性を別にする負極タブが接触されるのに伴って短絡現象が発生するからである。
また、スエリング現象が発生しない理由は、短絡によってパウチ型リチウム二次電池が放電状態になるのに伴って、リチウムイオンが正極板に移動して反応物がなくなり、この結果、水分が侵入してもガスが発生しないからである。
このように、本実施例１ないし３によるパウチ型リチウム二次電池は、内皮層の破壊によって腐食が発生すれば、それをＯＶＣの差により検出可能である。また、パウチケースの腐食が発生するとしてもスエリング現象が発生しなくなる。
一方、実験を始める時点で比較例１ないし比較例３によるパウチ型リチウム二次電池のＯＶＣは４．１８４６Ｖ、４．１８４７Ｖ、４．１８２３Ｖであり、外観は何の異常もないことが分かる。１日後には、ＯＶＣは４．１８３７Ｖ、４．１８４７Ｖ、４．１８２２Ｖであり、外観からは、過半数以上の電池で経時的に腐食が発生するということが分かる。５日後には、ＯＶＣは４．１８３２Ｖ、４．１８４１Ｖ、４．１８１７Ｖであり、外観からは、全体電池で腐食が発生し、共にスエリング現象が発生したことが分かる。
このように、従来のパウチ型リチウム二次電池のＯＶＣは、実験開始時点、１日後、および５日後の各時点で、全く変化がないということが分かる。一方、リチウム二次電池の充電状態において、経時的に、外部から侵入した水分が負極板と反応してガスが発生につれて、スエリング現象が発生している。このように従来の電池はスエリング現象が発生する場合であっても、ＯＶＣを測定すれば、正常な値が検出されてしまうことが分かる。
本発明は、図面に図示された好適な実施の形態を参照しつつ説明されたが、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、多様な変形および均等な他の実施例を導出することが可能である。したがって、本発明の真の技術的保護範囲は特許請求の範囲の技術的思想により定められねばならない。
本発明は、電池部を収容するケースおよび正極タブに同一な正極電位を印加するように構造が改善されたパウチ型リチウム二次電池に適用できる。
従来のリチウム二次電池を示した平面図である。 図１のＩ−Ｉ線の断面図である。 図２ＡのＡ部分を拡大して図示した断面図である。 本発明の第１の実施の形態によるパウチ型リチウム二次電池を示した分解斜視図である。 図３Ａの電池部を示した拡大図である。 図３Ａのケースを示した拡大図である。 図３Ａの正極タブが設置された部分を拡大して断面を図示した断面図である。 図４ＡのＡ部分を拡大して図示した断面図である。 本発明の第２の実施の形態によるパウチ型リチウム二次電池を示した分解斜視図である。 図５の正極タブが設置された部分を拡大して断面を図示した断面図である。 図６Ｂは、図６ＡのＡ部分を拡大して図示した断面図である。 図５の負極タブが設置された部分を拡大して断面を図示した断面図である。 図７ＡのＡ部分を拡大して図示した断面図である。 本発明の第３の実施の形態によるパウチ型リチウム二次電池を拡大して断面を図示した断面図である。
符号の説明
３０ リチウム二次電池、
３１ 電池部、
３５ 正極タブ、
３６ 正極用密閉テープ、
３７ 負極タブ、
３８ 負極用密閉テープ、
３１０ ケース、
３２０ 上部ケース、
３２２ 上部密閉面、
３３０ 下部ケース、
３３１ 空間、
３３２ 下部密閉面。

Claims (15)

  1. 正極集電体と当該正極集電体の少なくとも一面に付着された正極活物質層とよりなる正極板、負極集電体と当該負極集電体の少なくとも一面に付着された負極活物質層とよりなる負極板、および前記正極板と前記負極板の間に配置されてそれらを相互に絶縁させるセパレータ、を備える電池部と、
    前記正極集電体と電気的に接続された正極タブと、
    前記負極集電体と電気的に接続された負極タブと、
    前記電池部が収容される空間部を提供し、前記空間部の端縁に沿って熱融着される密閉面が形成されたケースと、
    前記正極タブおよび前記ケースに同じ正極電位を印加するための正極印加部と、を含むことを特徴とするパウチ型リチウム二次電池。
  2. 前記ケースは、金属薄板よりなる中間層と、前記中間層上においてケース内側に対応する面に付着された内皮層と、前記中間層上においてケース外側に対応する面に付着された外皮層と、を備え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. 前記正極印加部は、前記中間層が部分的に露出した部位と前記正極タブとを電気的に接続した部分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。
  4. 前記正極印加部は、前記内皮層が部分的に剥離されて所定領域が露出された中間層と前記正極タブの表面とを接触させた部分を含む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. 前記正極印加部は、前記密閉面の先端部における断面で露出されている中間層と前記正極タブの表面とを接触させた部分を含む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。
  6. 前記正極印加部は、前記外皮層が部分的に剥離されて所定領域が露出された中間層と前記正極タブの表面とを接触させた部分を含む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。
  7. 前記正極板から引き出される前記正極タブは、前記密閉面に接する所で、正極用密閉テープによって被覆された被覆領域と被覆されていない非被覆領域とを有し、
    前記中間層は、前記正極タブの前記非被覆領域に対応して前記内皮層が部分的に剥離されて所定領域が露出されており、
    前記正極印加部は、前記非被覆領域の正極タブと前記所定領域の中間層とを接触させて電気的に接続した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。
  8. 前記正極タブの非被覆部分には、電気的接触を強化させるために、前記中間層と接触する部分にノッチ部が形成されていることを特徴とする請求項７に記載のパウチ型リチウム二次電池。
  9. 前記正極板から引き出される前記正極タブは、前記密閉面に接する所で正極用密閉テープによって被覆された被覆領域を有する一方、前記密閉面の先端部で折り曲げられる部分では前記正極用密閉テープによって被覆されていない非被覆領域を有し、
    前記正極印加部は、前記非被覆領域の正極タブと前記密閉面の先端部における断面で露出されている中間層とを接触させて電気的に接続した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。
  10. 前記正極印加部は、さらに、前記外皮層が部分的に剥離され所定領域が露出された中間層と前記非被覆領域の正極タブとを電気的に接続した部分を含むことを特徴とする請求項９に記載のパウチ型リチウム二次電池。
  11. 前記負極板から引き出される前記負極タブは、前記密閉面の先端部で折り曲げられる部分で負極用密閉テープによって被覆されており、前記密閉面の先端部で露出された中間層に対して電気的に絶縁されていることを特徴とする請求項９に記載のパウチ型リチウム二次電池。
  12. 前記正極印加部は、導電性のピンを利用して前記ケースと前記正極タブとを貫通させて前記ケースと前記正極タブとを電気的に接続した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。
  13. 前記中間層はアルミニウム箔であ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。
  14. 前記正極タブはアルミニウム板であ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。
  15. 前記負極タブはニッケル板であ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。
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