JP2006108097A - パウチ型二次電池 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、パウチケースの側面封止部の幅を調節して電池が過充電されたり、高温状態に露出されたりする場合に、電池の内部から発生するガスを円滑に放出させることができ、電池パック工程の作業性及びモールディング成形の作業性を向上させることができるパウチ型二次電池を提供する。
【解決手段】第１電極、第２電極及びこれらの間に介在されたセパレータを含む電極組立体１１０と、パウチケース１２０と、を含むパウチ型二次電池において、前記パウチケース１２０は、ケースカバー１２２と、前記電極組立体１１０が収容される空間部１２５、及び前記空間部１２５の入口の周辺に沿って封止部１２４ａ，１２４ｂが形成されているケース本体１２４と、を含み、前記封止部１２４中、側面封止部１２４ａの幅は前記空間部１２５の深さより小さく形成されることを特徴とする。
【選択図】図２ｂ

Description

本発明は、パウチ型二次電池に関し、より詳細には、電池が過充電されたり、高温状態に露出されたりする場合に、電池の内部から発生するガスを円滑に放出させることができ、電池パックの作業性を向上させることができるパウチ型二次電池に関する。

最近、携帯用電子機器の小型化及び軽量化が急速に進展するにつれて、これらの駆動電源として使われる電池の小型化及び高容量化に対する必要性が増大している。特に、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多いに使われているニッケルーカドミウム電池や、ニッケルー水素電池より３倍も高く、単位重量当たりのエネルギー密度が高いという面において急速に伸びている趨勢である。

リチウム二次電池は、リチウムイオンが正極及び負極で挿入（ｉｎｔｅｒｃａｌａｔｉｏｎ）／脱離（ｄｅｉｎｔｅｒｃａｌａｔｉｏｎ）する時の酸化、還元反応により電気エネルギーを発生させる。リチウム二次電池は、リチウムイオンの可逆的な挿入／脱離可能な物質を正極と負極の活物質として使用し、前記正極と負極との間に有機電解液、または、ポリマー電解液を充填させて製造される。

二次電池は、多様な形態で製造が可能であるが、電極組立体を受け入れているケースの外観によって、円筒形アルミニウム缶を使用する円筒形電池、角形のアルミニウム缶を使用する角形電池及び薄板のパウチケースに受納されるパウチ型電池に区分できる。

図１は、従来のパウチ型二次電池を示す斜視図である。

図１を参照すると、パウチ型二次電池は、電極組立体１０と前記電極組立体１０を覆いかぶせて封止するパウチケース２０とを備えてなる。前記電極組立体１０は、第１電極１２と、第２電極１４と、これらの間に介在されるセパレータ１４と、を有し、これらが積層、またはゼリーロール（ｊｅｌｌｙ−ｒｏｌｌ）型で巻き取られて形成される。前記電極組立体１０の各電極板の一側から延びた第１電極タブ１５と第２電極タブ１６とは、その表面に保護テープ１７が接着されて、パウチケース２０の外部に一部突出するように設けられる。

前記パウチケース２０は、ケースカバー２２と、電極組立体１０が収容できる空間部２５が形成されたケース本体２２とを含む。前記ケースカバー２２及びケース本体２４は少なくとも一辺が一体で接している。前記ケース本体２４には、前記電極組立体が収容される空間部２５が形成されており、前記ケースカバー２２が一体で接している一辺を除いて、前記空間部２５の３辺に沿って側面封止部２４ａと上段封止部２４ｂが形成されている。

前記電極組立体１０が前記ケース本体２２の空間部２５に収容された後、ケース本体２４とケースカバー２２とを密着させた状態で、前記側面封止部２４ａと上段封止部２４ｂとを熱融着してケース本体２０を密閉させる。

前記のようなパウチ型二次電池が電池パックにパッケージングされる際、嵩を減らすために、第１電極タブ１５と第２電極タブ１６が突出する上段封止部２４ｂを除外した側面封止部２４ａは、ケース本体２２の側面に向けて折られることになる。近来、携帯用電子機器の構造が使用者の要求によって円形形態のデザインに変化するにつれて、円形形態の電池パックにパウチ型二次電池を装着する際、折られた側面封止部２４ａの縁部が電池パックに引っ掻きやへこみを発生させる等、電池パックの作業工程の効率を落とす問題がある。

一方、パウチ型二次電池は過充電や高温状態に露出される場合に、電解液と極板の活物質層間の反応、または、電解液、活物質層自体の分解反応により、パウチケース２０の内部にガスが発生して電池の内部の圧力及び温度が上昇することになり、電池の発火、または、爆発を生じる問題がある。

本発明は、前記のような問題を解決するためのものであって、パウチケースの側面封止部の幅を調節して電池が過充電されたり、高温状態に露出されたりする場合に、電池の内部から発生するガスを円滑に放出させることができ、電池パック工程の作業性及びモールディング成形の作業性を向上させることができるパウチ型二次電池を提供することをその目的とする。

前記の目的の達成のために、本発明のある観点によれば、第１電極、第２電極及びこれらの間に介在されたセパレータを含む電極組立体と、パウチケースと、を含むパウチ型二次電池において、前記パウチケースは、ケースカバーと、前記電極組立体が収容される空間部、及び前記空間部の入口の周辺に沿って封止部が形成されているケース本体と、を含み、前記封止部中、側面封止部の幅は前記空間部の深さより小さく形成されることを特徴とする。

前記側面封止部の幅は、前記空間部の深さの２／３以内、好ましくは、１／２以内、より好ましくは、１／４以内でなされることができる。

また、前記側面封止部の下段縁部は円形に処理されたり、４５゜の角度で面取りされたりすることができる。

本発明によってパウチケースの側面封止部の幅が調節されたパウチケースを含むパウチ型二次電池は、電池が過充電されたり高温状態に露出されたりする場合に、電池の内部から発生するガスを円滑に放出させることができ、電池パックの作業性及びモールディング成形の作業性を向上させる。

以下、添付の図面を参照しながら本発明を詳細に説明する。

図２ａは、本発明の一実施の形態に係るパウチ型二次電池の平面図である。図２ｂは、図２ａに示すパウチ型二次電池の斜視図である。

図２ａ及び２ｂを参照すると、パウチ型二次電池は、電極組立体１１０と前記電極組立体が受納されるパウチケース１２０とを含んで形成される。図示してはいないが、前記電極組立体１１０は、第１電極と、第２電極と、これらの間に介在されるセパレータとを有し、これらが巻き取られたゼリーロール（ｊｅｌｌｙ−ｒｏｌｌ）形態で備えられるか、またはこれらが積層された積層型電極組立体で備えられることができる。

前記第１電極及び第２電極は、互いに極性を異にして、正極、または、負極に使われることができる。前記第１電極及び第２電極は、集電体と前記集電体の少なくとも一面に塗布される電極活物質、即ち、正極活物質、または、負極活物質を含む。

前記第１電極、または、第２電極が正極に使われる場合、電極集電体としては、ステンレス鋼、ニッケル、アルミニウム、チタン、またはこれらの合金、更には、アルミニウムまたはステンレス鋼の表面にカーボン、ニッケル、チタンまたは銀を表面処理させたものなどを使用することができ、これらのうち、通常アルミニウムまたはアルミニウム合金が用いられる。前記第１電極、または、第２電極が負極に使われる場合、電極集電体としては、ステンレス鋼、ニッケル、銅、チタン、またはこれらの合金、更には、銅またはステンレス鋼の表面にカーボン、ニッケル、チタンまたは銀を表面処理させたものなどを使用することができ、これら中、通常銅または銅合金が用いられる。

前記正極活物質としては、通常的にリチウム含有遷移金属酸化物またはリチウムカルコゲニド化合物を全て使用することができ、その代表的な例としては、ＬｉＣｏＯ_２、ＬｉＮｉＯ_２、ＬｉＭｎＯ_２、ＬｉＭｎ_２Ｏ_４、または、ＬｉＮｉ_{１−ｘ−ｙ}Ｃｏ_ｘＭ_ｙＯ_２（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１、Ｍは、Ａｌ、Ｓｒ、Ｍｇ、Ｌａなどの金属）などの金属酸化物が使われることができる。前記負極活物質としては、結晶質炭素、非晶質炭素、炭素複合体、炭素繊維などの炭素材料、リチウム金属、リチウム合金などが使われることができる。前記セパレータは、前記第１電極及び第２電極間の短絡を防止し、リチウムイオンの移動通路を提供するものであって、ポリプロピレン、ポリエチレンなどのポリオレフィン系高分子膜、または、これらの多重膜、微細多孔性フィルム、織布及び不織布のような公知のものを使用することができる。

前記電極組立体１１０の第１電極及び第２電極には、各々、第１電極タブ１１５及び第２電極タブ１１６がレーザー熔接、超音波熔接、抵抗熔接のような熔接や導電性接着剤により通電可能に付着されている。これら電極タブ１１５、１１６は電極組立体１１０が巻き取られる方向と垂直な方向に電極組立体１１０から突出するように形成されている。

前記電極組立体１１０は、内部に空間部１２５があるパウチケース１２０に受納される。前記パウチケース１２０は、パウチ外装材をプレス成形して電極組立体１１０が収容できる凹んだ空間部１２５が形成されたケース本体１２４と、前記ケース本体１２４を覆って、前記空間部１２５を封止するケースカバー１２２からなる。前記ケースカバー１２２は、その一側が前記ケース本体１２４から延びて形成され、前記ケース本体１２４には、前記ケースカバー１２２との接合のための封止部１２４ａ、１２４ｂが前記空間部１２５の入口の周辺に沿って形成されている。前記ケースカバー１２２は前記封止部１２４ａ、１２４ｂに接合して前記空間部１２５を封止することになる。このように、前記ケースカバー１２２の一側辺が前記ケース本体１２４に一体で連結されることにより、前記封止部は前記空間部１２５の３辺の縁に沿って２つの側面封止部１２４ａと１つの上段封止部１２４ｂで形成されることができる。

前記封止部１２４ａ、１２４ｂ中、前記ケース本体１２４とケースカバー１２２が連結されている辺と反対側に位置した上段封止部１２４ｂを通じて、前記電極組立体１１０の第１電極タブ１１５と第２電極タブ１１６とが引き出される。前記電極タブ１１５、１１６には絶縁性素材からなる保護テープ１１７が付着されて電極間の短絡を防止する。前記上段封止部１２４ｂを中心として両側に位置した側面封止部１２４ａは、電池パックにパッケージングする際、嵩を減らすために、封止後に前記ケース本体１２４の側面に向けて折られることになる。

前記のようなパウチ型二次電池において、本発明によると、前記ケース本体１２４の側面封止部１２４ａの幅（ｄ）は、前記ケース本体１２４の空間部１２５の引き込み深さ（ｈ）より小さく形成される。前記側面封止部１２４ａの幅（ｄ）は、前記空間部１２５の深さ（ｈ）の２／３以内で、好ましくは、１／２以内で、より好ましくは、１／４以内で形成されることができる。前記側面封止部１２４ａの幅（ｄ）の最小長さは、前記側面封止部１２４ａの接合強度などを考えて、適切な数値に選択されることができる。前記側面封止部１２４ａの幅が小さくなるほど電池内のガスをより速く排出できるだけでなく、電池パックの作業性の面においても有利である。また、前記パウチ型二次電池をモールディング成形する際、モールディング樹脂材が前記ケース本体の空間部の外面に一層容易に侵入できるので、成形加工性の面においても好ましい。

図２ｂに示すように、本発明により形成された側面封止部１２４ａが前記ケース本体１２４の側面に向けて折られた際、折られた側面封止部１２４ａは、前記ケース本体１２４の空間部越しに突出しない。従って、パウチ型二次電池が占める嵩を減らすことができ、パウチ型二次電池が電池パックに取り付けられる際、前記側面封止部１２４ａの下段縁部による引っ掻きやへこみが防止されるため、電池パックの作業性が向上する。更に、前記パウチ型二次電池をモールディングする際、前記側面封止部１２４ａが突出しない場合には、モールディング樹脂材が前記ケース本体１２４の空間部の外面、特に、前記ケース本体１２４の空間部と側面封止部１２４ａとの間の空間に沿って、より速く流動できるため、モールディング成形の作業性が向上する。

また、前記側面封止部１２４ａの封止幅が減少することにつれて、電池が過充電されたり、高温状態に露出されたりする場合に、電池内で電解液などの分解により発生するガスが側面封止部１２４ａを通じてより円滑に放出され、それによって、電池の爆発及び発火を防止できる。

図３ａ、図４ａ、図５及び図６は、本発明の別の実施の形態に係るパウチ型二次電池の平面図を示す。図３ｂ及び図４ｂは、各々、図３ａ及び図４ａに示すパウチ型二次電池の斜視図である。

図３ａ及び３ｂを参照すると、前記側面封止部１２４ａの下段縁部１２４ａ’は円形で形成されることができる。前記側面封止部１２４ａの下段縁部１２４ａ’が円形に処理されると、封止後に、前記ケース本体１２４の側面に向けて折られる前記側面封止部１２４ａの下段縁部１２４ａ’が滑らかな曲線形状をなして、電池パックの作業工程から発生する引っ掻きやへこみを減少させることができる。

図４ａ及び図４ｂを参照すると、前記側面封止部１２４ａの下段縁部１２４ａ’は４５゜の角度で面取りできる。前記下段縁部１２４ａ’が面取りされる場合にも縁部の傾斜が緩やかになり、電池パックの作業工程で発生する引っ掻きやへこみを減少させることができる。

図５及び図６を参照すると、前記側面封止部１２４ａの下段縁部１２４ａ’だけでなく、前記側面封止部１２４ａの上段縁部１２４ｂ’も円形に処理したり、４５゜の角度で面取りすることができる。

一方、前記のようなパウチ型二次電池のパウチケース１２０は、熱接着層と金属箔層とポリマー層とを積層させたシート形状の外装材からなることができる。前記熱接着層はケース本体１２４に対して最内層をなし、その材質としては、無延伸ポリプロピレン（ｃａｓｔｅｄ ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ：ＣＰＰ）のような変性ポリプロピレン、ポリプロピレンとブチレンとエチレンとの三元共重合体などが使われることができる。前記ケース本体１２４と前記ケースカバー１２２とを密着させた状態で、前記封止部１２４ａ、１２４ｂを熱融着させると、前記封止部１２４ａ、１２４ｂの熱接着層が互いに接着してパウチケースが封止される。前記パウチ外装材の金属箔層はアルミニウムが使われることができ、水分の侵入防止と電解液の漏れを防止する役割を果たす。前記パウチ外装材の外側面をなすポリマー層は金属箔層を保護する役割を果たし、ナイロンやポリエチレンテレフタレートなどのような樹脂材からなる。また、前記金属箔層と前記ポリマー層との間に熱接着層を更に介在させた外装材が使われることができる。

従来のパウチ型二次電池を示す斜視図である。 本発明の一実施の形態に係るパウチ型二次電池の平面図である。 図２ａに示しているパウチ型二次電池の斜視図である。 本発明の別の実施の形態に係るパウチ型二次電池の平面図である。 図３ａに示しているパウチ型二次電池の斜視図である。 本発明の更に別の実施の形態に係るパウチ型二次電池の平面図である。 図４ａに示しているパウチ型二次電池の斜視図である。 本発明の更に別の実施の形態に係るパウチ型二次電池の平面図である。 本発明の更に別の実施の形態に係るパウチ型二次電池の平面図である。

符号の説明

１１０ 電極組立体、
１１５ 第１電極タブ、
１１６ 第２電極タブ、
１１７ 保護テープ、
１２０ パウチケース、
１２２ ケースカバー、
１２４ ケース本体、
１２４ａ 側面封止部、
１２４ｂ 上段封止部、
１２５ 空間部。

Claims (14)

1. 第１電極、第２電極及びこれらの間に介在されたセパレータを含む電極組立体と、パウチケースと、を含むパウチ型二次電池において、
   前記パウチケースは、
   ケースカバーと、
   前記電極組立体が収容される空間部、及び前記空間部の入口の周辺に沿って形成される封止部が備えられたケース本体と、を含み、
   前記封止部中、側面封止部の幅は前記空間部の深さより小さく形成されることを特徴とするパウチ型二次電池。
2. 前記側面封止部の幅は、前記空間部の深さの２／３以内であることを特徴とする請求項１記載のパウチ型二次電池。
3. 前記側面封止部の幅は、前記空間部の深さの１／２以内であることを特徴とする請求項２記載のパウチ型二次電池。
4. 前記側面封止部の幅は、前記空間部の深さの１／４以内であることを特徴とする請求項２記載のパウチ型二次電池。
5. 前記側面封止部の下段縁部は円形に処理されることを特徴とする請求項１記載のパウチ型二次電池。
6. 前記側面封止部の下段縁部は４５゜の角度で面取りされることを特徴とする請求項１記載のパウチ型二次電池。
7. 前記側面封止部の上段縁部は円形に処理、または４５゜の角度で面取りされることを特徴とする請求項５または６記載のパウチ型二次電池。
8. 前記ケースカバーと前記ケース本体とは、一側辺が接合して一体成形されることを特徴とする請求項１記載のパウチ型二次電池。
9. 前記パウチケースは、熱接着層と金属箔層とポリマー層とを積層させたシートからなることを特徴とする請求項１記載のパウチ型二次電池。
10. 前記熱接着層は、無延伸ポリプロピレン（ｃａｓｔｅｄ ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ）であることを特徴とする請求項９記載のパウチ型二次電池。
11. 前記熱接着層は、ポリプロピレンとブチレンとエチレンとの三元共重合体であることを特徴とする請求項９記載のパウチ型二次電池。
12. 前記金属箔層は、アルミニウムであることを特徴とする請求項９記載のパウチ型二次電池。
13. 前記ポリマー層は、ナイロン、または、ポリエチレンテレフタレートであることを特徴とする請求項９記載のパウチ型二次電池。
14. 前記金属箔層とポリマー層との間に熱接着層が更に介在されることを特徴とする請求項９記載のパウチ型二次電池。

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