JP2007184238A - リチウムイオン二次電池用電極組立体及びこれを用いたリチウムイオン二次電池 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、リチウムイオン二次電池用電極組立体及びこれを用いたリチウムイオン二次電池に関する。
【解決手段】本発明は、巻回された電極組立体が外れるのを防止するため、電極組立体の外周面に付着するシーリングテープにおいて、電解液との親和力が大きく、かつ電解液を吸収して膨潤（ｓｗｅｌｌｉｎｇ）する材質でシーリングテープを製造したり、従来のシーリングテープの外面または内面に上記材質でコーティングすることで、電解液が含浸されるときにシーリングテープが膨潤して電極組立体をカンと密着させ、電極組立体の回転や流動により電極タブの溶接部位が断線するのを防止できるリチウムイオン二次電池用電極組立体及びこれを用いたリチウムイオン二次電池を提供する。
【選択図】図２ａ

Description

本発明は、リチウムイオン二次電池用電極組立体及びこれを用いたリチウムイオン二次電池に関し、特に、巻回した電極組立体の解除を防止するため電極組立体の外周面に付着されたシーリングテープ（ｓｅａｌｉｎｇ ｔａｐｅ）において、電解液との親和力が大きく、電解液を吸収して膨潤（ｓｗｅｌｌｉｎｇ）する材質でシーリングテープを製造したり、従来のシーリングテープの外面または内面を上記材質でコーティングすることで、電解液が含浸されたとき、シーリングテープが膨潤して電極組立体をカンと密着させ、電極組立体の回転または流動により電極タブの溶接部位が断線するのを防止できるリチウムイオン二次電池用電極組立体及びこれを用いたリチウムイオン二次電池に関する。

一般にビデオカメラ、携帯電話機、携帯型ＰＣなどのような携帯型無線機器の軽量化及び高機能化に伴って、その駆動電源として使われる二次電池に対する研究が盛んに行なわれている。このような二次電池には、ニッケル−カドミウム電池、ニッケル−水素電池、ニッケル−亜鉛電池、リチウムイオン二次電池などがある。この中でリチウムイオン二次電池は、再充電が可能でかつ小型化及び大容量化を図ることができ、動作電圧が高く、単位重量に対するエネルギー密度が高いという長所を有するので、先端の電子機器分野で広く利用されている。

図１は、一般の円筒形リチウムイオン二次電池の分離斜視図である。以下では、円筒形リチウムイオン二次電池を例に挙げて説明する。

円筒形リチウムイオン二次電池１００は、図１に示すように、電極組立体１１０と、上記電極組立体１１０及び電解液を収容する円筒形カン１３０と、上記円筒形カン１３０上部に組立てられて上記円筒形カン１３０を封止し、上記電極組立体１１０で発生する電流を外部装置に流れるようにするキャップ組立体１５０とを備えて構成されている。

上記電極組立体１１０は、正極集電体の表面に正極活物質層がコーティングされた正極板１１２と、負極集電体の表面に負極活物質層がコーティングされた負極板１１４と、上記正極板１１２及び負極板１１４の間に位置し、上記正極板１１２と負極板１１４を電気的に絶縁させるセパレータ１１３がゼリーロール形状に巻かれて形成される。

上記正極板１１２は、図面に詳細に示されていないが、導電性に優れた金属薄板、例えば、アルミニウムフォイルからなる正極集電体と、その両面にコーティングされた正極活物質層を含む。上記正極板１１２の両末端には正極活物質層が形成されない正極集電体領域、つまり正極無地部が形成されることを特徴とする。上記正極無地部の一端には、一般にアルミニウム材質で形成され、電極組立体１１０の上部に所定の長さ突出した正極タブ１１６が接合されている。また、上記負極板１１４は、電導性金属薄板、例えば銅またはニッケルフォイルからなる負極集電体と、その両面にコーティングされた負極活物質層を含むことを特徴とする。上記負極板１１４の両末端には負極活物質層が形成されていない負極集電体領域、つまり負極無地部が形成される。上記負極無地部の一端には、一般にニッケル材質で形成され、電極組立体１１０の下部に所定の長さ突出した負極タブ１１８が接合されている。なお、上記電極組立体１１０の上部及び下部にはそれぞれキャップ組立体１５０または円筒形カン１３０との接触を防止するための絶縁板（図示せず）がさらに備えられることを特徴とする。

上記電極組立体１１０の外周面には電極組立体１１０の形態を支持及び保護し、絶縁するためのシーリングテープ１２０が巻回されている。上記シーリングテープ１２０は、一般にポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）またはポリイミド（ＰＩ）などのポリオレフィン系材質からなる。

上記円筒形カン１３０は、上記円筒形電極組立体１１０が収容できる所定のスペースが形成されるように所定の直径を有する円筒形側面板１３２と、上記円筒形側面板１３２の下部を封止する下面板１３４を有して形成され、上記円筒形側面板１３２の上部は、上記電極組立体１１０を挿入するために開口されている。上記円筒形カン１３０の下面板１３４の中央に上記電極組立体１１０の負極タブ１１８が接合されることで、上記円筒形カン１３０自体は負極の役割を果たすことになる。また、上記円筒形カン１３０は、一般にニッケル（Ｎｉ）、鉄（Ｆｅ）、またはこれらの合金からなる。なお、上記円筒形カン１３０は、上部の開口に結合される上記キャップ組立体１５０の上部を圧迫するように、上端から内部に屈曲したクリンピング部（ｃｒｉｍｐｉｎｇ）１３８（屈曲する前の状態である）が形成される。また、上記円筒形カン１３０においては、上記クリンピング部１３８から下方に上記キャップ組立体１５０の厚さに対応する距離だけ離隔した位置に上記キャップ組立体１５０の下部を圧迫するように内側に凹んだビーディング部（ｂｅａｄｉｎｇ）１３６がさらに形成されている。

上記キャップ組立体１５０は、安全ベント１５２と、電流遮断手段１５４と、二次保護素子１５６及びキャップアップ１５８を有して形成される。上記安全ベント１５２は板状であって、中央に下方に突出する突出部が設けられて上記キャップ組立体１５０の下部に位置し、二次電池の内部で発生した圧力によって突出部が上部方向に変形する。上記安全ベント１５２の下面の所定位置には電極組立体１１０の正極板１１２及び負極板１１４のいずれか一方、例えば、正極板１１２から引出した正極タブ１１６が溶接されて上記安全ベント１５２と電極組立体１１０の正極板１１６が電気的に接続される。ここで、正極板１１２及び負極板１１４のうちの他方の電極板、例えば、負極は不図示のタブあるいは直接接触方式によりカン１３０と電気的に接続される。

上記安全ベント１５２は、カン１３０内部の圧力上昇時に変形したり破裂し、上記電流遮断手段１５４を破損する役割をする。また、上記安全ベント１５２の上部には、上記安全ベント１５２の変形時に破損して電流を遮断する電流遮断手段１５４がさらに位置しており、上記電流遮断手段１５４の上部には過電流時に電流を遮断する二次保護素子１５６が位置している。なお、上記二次保護素子１５６の上部には外部に正極電圧または負極電圧を提供する導電性キャップアップ１５８がさらに位置している。

円筒形リチウムイオン二次電池が落下などの外部衝撃を受けた場合、電極組立体がカン内部で流動したり回転し易い。電極組立体がカン内部で流動したりある程度回転すれば、電極組立体に付着された電極タブも同様に流動または回転することになる。この場合、正極タブと安全ベントの間の溶接部位及び負極タブとカンの間の溶接部位が破損し、電池の内部回路が断線するおそれがあるという問題点がある。角形リチウムイオン二次電池の場合にも電極組立体の回転可能性は少ないものの、電極組立体がカン内部で流動して、電極タブの溶接部位が破損することによって電池の内部回路が断線するという問題点がある。

本発明は、上記のような従来の問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、巻回した電極組立体が外れるのを防止するために、電極組立体の外周面に付着するシーリングテープ（ｓｅａｌｉｎｇ ｔａｐｅ）において、電解液と親和力が大きく、かつ電解液を吸収して膨潤（ｓｗｅｌｌｉｎｇ）する材質でシーリングテープを製造したり、既存のシーリングテープの外面または内面を上記材質でコーティングすることで、電解液を含浸させたとき、シーリングテープが膨潤して電極組立体をカンと密着させ、電極組立体の回転や流動により電極タブの溶接部位が断線するのを防止できるリチウムイオン二次電池用電極組立体及びこれを用いたリチウムイオン二次電池を提供することである。

前述した目的を達成するための本発明に係るリチウムイオン二次電池用電極組立体は、互いに対向する正極板と負極板、上記正極板と負極板との間に介在するセパレータとを備えており、上記正極板と負極板及びセパレータがゼリーロール形状に巻かれた外周面に付着されたシーリングテープを含むリチウムイオン二次電池用電極組立体において、上記シーリングテープは電解液を吸収して膨潤（ｓｗｅｌｌｉｎｇ）する材質からなることを特徴とする。

また、上記シーリングテープは、上記電極組立体の外周面のうち上記セパレータの最外側の端部が位置する仕上げ部を含めて上記外周面を覆うように付着されることを特徴とする。また、上記シーリングテープは、上記外周面の上端部と下端部では上記セパレータがそのまま露出するように付着されることを特徴とする。

また、上記シーリングテープは、互いに離隔した複数個のサブシーリングテープからなり、上記サブシーリングテープは、上記仕上げ部を含めて上記外周面の所定領域に付着されることを特徴とする。また、上記サブシーリングテープは、正面形状が四角形に形成されることを特徴とする。また、上記シーリングテープは、上記サブシーリングテープの正面形状が縦長い長方形に形成され、全体的にストライプ状に形成されることを特徴とする。また、上記シーリングテープは、上記外周面の全体面積の少なくとも３０％を覆うように形成されることが望ましい。

また、上記シーリングテープは高分子物質からなることができ、上記高分子物質は、エステル基またはカルボキシ基を含有する高分子物質、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、ポリブタジエン、ポリイソプレンのいずれか一つからなることを特徴とする。

また、本発明によるリチウムイオン二次電池用電極組立体は、互いに対向する正極板と負極板、上記正極板と負極板の間に介在するセパレータを備えており、上記正極板と負極板及びセパレータがゼリーロール形状に巻かれた外周面に付着されたシーリングテープを含むリチウムイオン二次電池用電極組立体において、上記シーリングテープは、基材と上記基材の外面または内面に形成されるコーティング層を備え、上記コーティング層は電解液を吸収して膨潤する材質からなることを特徴とする。

また、上記基材は、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリイミド（ＰＩ）のいずれか一つの材質からなることを特徴とする。また、上記基材は、上記電極組立体の外周面を覆うように付着され、上記コーティング層は、互いに離隔した複数個のサブコーティング層からなり、上記サブコーティング層は、上記基材の外面または内面の所定領域に形成されることを特徴とする。また、上記サブコーティング層は、正面形状が四角形に形成されることを特徴とする。

また、上記コーティング層は、上記サブコーティング層の正面形状が縦長い長方形に形成され、全体的にストライプ状に形成されることを特徴とする。

また、上記コーティング層は、上記基材の表面面積の少なくとも３０％を覆うように形成されることが望ましい。また、上記コーティング層は、上記基材の内面に形成される場合には、ポリアクリレートからなることを特徴とする。

また、上記コーティング層は、上記基材の外面または内面全体に形成され、この場合、上記コーティング層は、上記形状のいずれかに形成されることを特徴とする。また、上記コーティング層は、上記材質のいずれかの材質からなることを特徴とする。また、上記コーティング層は少なくとも１μｍの厚さに形成されることが望ましい。

また、本発明によるリチウムイオン二次電池は、互いに対向する正極板と負極板、上記正極板と負極板の間に介在するセパレータ、上記正極板と負極板及びセパレータがゼリーロール形状に巻かれた外周面に付着されたシーリングテープを備える電極組立体と、上記電極組立体を収容するカンと、上記カンの上端開口部を封止するキャップ組立体とを備えるリチウムイオン二次電池において、上記シーリングテープは、電解液を吸収して膨潤（ｓｗｅｌｌｉｎｇ）する材質からなるか、または上記材質のコーティング層が基材の外面もしくは内面に形成されることを特徴とする。

なお、上記シーリングテープは、上記形状のいずれかに形成されることを特徴とする。また、上記シーリングテープの全体または上記コーティング層は、上記材質のいずれかの材質で形成されることを特徴とする。ここで、上記コーティング層は少なくとも１μｍの厚さに形成されることが望ましい。

本発明によるリチウムイオン二次電池用電極組立体によれば、電解液との親和力が大きく、かつ電解液を吸収して膨潤（ｓｗｅｌｌｉｎｇ）する材質でシーリングテープを製造したり、従来のシーリングテープの外面もしくは内面を上記材質でコーティングすることで、電解液を含浸させたとき、シーリングテープが膨潤して電極組立体をカンと密着させ、電極組立体の回転や流動により電極タブの溶接部位が断線するのを防止できる効果がある。

以下、本発明の実施形態について図面に基づいて説明する。ここでは、円筒形リチウムイオン二次電池用電極組立体についてのみ図示しているが、角形リチウムイオン二次電池用電極組立体にも同様に本発明を適用することができる。

図２ａは、本発明の実施形態に係るリチウムイオン二次電池用電極組立体の斜視図であり、図２ｂは図２ａのＡ-Ａ線断面図である。以下、電極組立体２１０の外周面に付着する前のシーリングテープ２２０の横規格を長さといい、縦規格を幅という。

本発明の実施形態によるリチウムイオン二次電池用電極組立体２１０は、図２ａ及び図２ｂに示すように、正極板２１２、セパレータ２１３及び負極板２１４を備える。また、上記電極組立体２１０は、正極タブ２１６、負極タブ２１８及びシーリングテープ２２０を含む。

上記正極板２１２は、正極集電体、正極活物質層及び正極無地部を備える。上記正極集電体は、正極活物質層から電流を外部回路に流すように導電性のある金属材質で形成される。上記正極活物質層は、正極活物質と導電材及びバインダーを混合して製造され、上記正極集電体上に所定の厚さにコーティングして形成される。上記正極無地部は、正極集電体のうち正極活物質層が形成されない部分であり、上記正極無地部の一側には上記正極タブ２１６が溶接されている。

上記負極板２１４は、負極集電体、負極活物質層及び負極無地部を備える。上記負極集電体は、負極活物質層から電子を集めて外部回路に移動させることができるように、導電性のある金属材質で形成される。上記負極活物質層は、負極活物質と導電材及びバインダーを混合して製造され、上記負極集電体上に所定の厚さにコーティングして形成される。上記負極無地部は、負極集電体のうち負極活物質層が形成されない部分であり、上記負極無地部の一側には上記負極タブ２１８が溶接されている。

上記正極タブ２１６と負極タブ２１８は、それぞれ正極無地部と負極無地部に溶接され、電極組立体２１０と電池の他の部分を電気的に接続させる役割を果たす。上記正極タブ２１６と負極タブ２１８は、超音波溶接または抵抗溶接により溶接され、溶接部位にはショートと発熱を防止するためラミネーションテープが付着されている。しかし、上記正極タブ２１６と負極タブ２１８の溶接方式を限定するものではない。

上記シーリングテープ２２０は、上記正極板２１２と負極板２１４及びセパレータ２１３がゼリーロール形状に巻かれた外周面に付着される。詳細には、上記シーリングテープ２２０は、上記電極組立体２１０の外周面のうち上記セパレータ２１３の最外側端部が位置する仕上げ部２１３ａを含めて上記外周面を覆うように付着されている。上記シーリングテープ２２０は、電極組立体２１０の外周面とカンの内面の間に位置する。上記シーリングテープ２２０は、図２ａに示すように、電極組立体２１０の外周面のうち上端部と下端部を除いた部分に付着されることが望ましい。上記上端部は、カンと電極組立体２１０の間に電解液が染み込むようにスペースとして機能する部分であり、上記下端部は、カン底に注入された電解液が電極組立体２１０と接する部分である。従って、上記上端部と下端部には、電解液の含浸性面からシーリングテープ２２０が付着されないことが望ましい。上記シーリングテープ２２０が電極組立体２１０の外周面のうち上端部と下端部以外の部分に付着される場合には、上記上端部と下端部において外周面を覆うセパレータ２１３がそのまま露出することがある。また、上記シーリングテープ２２０は図示していないが、電極組立体２１０の外周面全体を囲うように付着することもできる。

上記シーリングテープ２２０は、電解液に対する濡れ性や広がり性が優れて電解液との親和力が大きく、かつ電解液をよく吸収する材質で形成されるので、上端部と下端部を含めて外周面全体に付着する場合にも、電解液の含浸性に重大な影響を及ぼすことはない。しかし、上記シーリングテープ２２０の幅を限定するものではない。

上記シーリングテープ２２０は、上記電極組立体の外周面がなす円柱の長さと同じであるか、あるいはそれより短い長さに形成される。上記シーリングテープ２２０が電極組立体２１０の外周面の周り全体を覆うように形成される場合、シーリングテープ２２０の長さは、電極組立体２１０の外周面の円周長さと等しく形成される。また、上記シーリングテープ２２０が上記仕上げ部２１３ａを含めて外周面周りの一部を覆うように形成される場合には、シーリングテープ２２０の長さが外周面の円周長さより短く形成される。たとえば、上記シーリングテープ２２０の長さが外周面の円周長さより長く形成されれば、外周面に付着するときシーリングテープ２２０の両側端部が互いに重なって厚さが厚くなるので望ましくない。

上記シーリングテープ２２０は、電極組立体２１０の外周面に付着した状態での正面形状が四角形状に形成され、望ましくは、均一な形状のため縦長い長方形に形成される。また、上記シーリングテープ２２０の水平断面形状は、直径が互いに異なる二つの同心円状に形成される。

上記シーリングテープ２２０は高分子物質からなる。詳細には、上記シーリングテープ２２０は、エステル基またはカルボキシ基を含有する高分子物質、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、ポリブタジエン、ポリイソプレン、またはその等価物から選択されたいずれかに形成されるが、上記高分子物質の種類を限定されるものではない。高分子物質は、溶媒を吸収して膨潤（ｓｗｅｌｌｉｎｇ）する性質がある。膨潤は、高分子物質が有する特徴の一つであって、高分子物質の鎖間に溶媒分子が浸透し、容積が増加する現象である。高分子物質は、結晶（ｃｒｙｓｔａｌ）部分と非結晶（ａｍｏｒｐｈｏｕｓ）部分を有し、溶媒は主に浸透するスペースの広い非結晶部分に浸透することになる。膨潤は、長期間経過すれば、結晶部分においても生じることもあるが、結晶部分は高分子鎖間の間隔が狭く、非結晶部分に比しては膨潤が生じ難い。

ＰＶｄＦは、−ＣＨ_２−ＣＦ_２−が反復する構造を有し、電極活物質を集電体にコーティングするときにバインダーとして用いられるフッ素樹脂の一種である。フッ素樹脂の主鎖はＣ−Ｃ結合からなるポリオレフィンのような結合であり、ポリオレフィンの水素の一部、あるいは全部がフッ素原子（Ｆ）に置換された構造を有する合成樹脂である。

エステル基はＲＣＯＯＲ’で表示される脂肪族化合物をなす原子団であり、エステルはアルコールまたはフェノールが有機酸または無機酸と反応して水（Ｈ_２Ｏ）を失って縮合して得られた化合物を指す。カルボキシ基は、ＲＣＯＯＨで表示される脂肪族化合物をなす原子団である。上記ＰＶｄＦまたはエステル基やカルボキシ基が含有された高分子物質は、非水電解液との親和力が大きいので、電解液によく染み込まれ、電解液を吸収して膨潤する。ポリブタジエンとポリイソプレンは、不飽和度の高い非極性ゴムであり、各ブタジエン単量体同士、そして各イソプレン単量体同士が互いに結合して生成される高分子物質である。上記ポリブタジエンまたはポリイソプレンもまた、非水性有機溶媒中で溶媒を吸収し、膨潤し易い物質である。

上記シーリングテープ２２０は、上記材質で形成されており、電解液を吸収して膨潤することで、電極組立体２１０とカンの内面を密着させ、電極組立体２１０がカン内部で回転したり流動するのを防止する。

図３ａは、本発明の他の実施形態に係るリチウムイオン二次電池用電極組立体の斜視図であり、図３ｂは図３ａのＢ−Ｂ線断面図である。図３ａの実施形態においては、複数個に切断されたシーリングテープ３２０が互いに所定間隔に離隔して電極組立体３１０の外周面に付着されたこと以外は、図２ａに示した実施形態と類似するので、差異点を中心に説明する。

本発明の他の実施形態に係るリチウムイオン二次電池用電極組立体３１０は、図３ａ及び図３ｂに示すように、正極板３１２、セパレータ３１３及び負極板３１４を備える。また、上記電極組立体３１０は、正極タブ３１６、負極タブ３１８及びシーリングテープ３２０を備える。上記正極板３１２、負極板３１４、セパレータ３１３、正極タブ３１６及び負極タブ３１８は、図２ａの実施形態と類似するので、詳細な説明を省略する。

上記シーリングテープ３２０は、互いに離隔した複数個のサブシーリングテープ３２０ａからなり、上記サブシーリングテープ３２０ａは、上記仕上げ部３１３ａを含めて上記外周面の所定領域に付着されている。すなわち、上記シーリングテープ３２０は、所定の幅を有するものを一定の長さに切断して、外周面の所定領域に付着する。上記シーリングテープ３２０は、巻回された電極組立体３１０が再び外れるのを防止するため、セパレータ３１３の仕上げ部３１３ａには必ず付着する必要がある。上記各サブシーリングテープ３２０ａ間の間隔は、電解液を含浸させるとき、電解液がカンの下部に染み込むようにスペースとしての役割を果たす。上記サブシーリングテープ３２０ａの個数が過剰に形成されれば、各サブシーリングテープ３２０ａの長さが短くなり、膨潤が不十分になるとともに、各サブシーリングテープ３２０ａ間の間隔も狭くなり、電解液の含浸を妨げる。従って、上記サブシーリングテープ３２０ａは適当な個数に形成されることが望ましく、上記サブシーリングテープ３２０ａの個数を限定するものではない。また、上記シーリングテープ３２０は、上記外周面のうち上端部と下端部において、セパレータ３１３が外部にそのまま露出するように、上端部と下端部以外の部分に付着される。また、上記シーリングテープ３２０は、図２ａの実施形態と同様に上端部と下端部を含む外周面全体に付着されることもできる。

上記サブシーリングテープ３２０ａの正面形状は四角形に形成したり、望ましくは、均一な形状をなすために縦長い長方形に形成される。従って、上記シーリングテープ３２０は全体的にストライプ状に形成される。また、上記シーリングテープ３２０は、上記外周面の全体面積の少なくとも３０％を覆うように形成されることが望ましい。上記シーリングテープ３２０が付着される面積を外周面の全体面積の３０％未満になるように形成する場合、サブシーリングテープ３２０ａのそれぞれの面積が小さくて膨潤が不十分であるとともに、膨潤したサブシーリングテープ３２０ａの占める割合が小さいため、電極組立体３１０とカンの間の密着性が低下するという問題点が発生する。上記シーリングテープ３２０は、電解液を吸収して膨潤し易い高分子物質、例えばエステル基またはカルボキシ基を含有する高分子物質、ポリフッ化ビニリデン、ポリブタジエン、ポリイソプレン、またはその等価物から選択されたいずれか一つからなる。

図４は、本発明のまた他の実施形態に係るリチウムイオン二次電池用電極組立体の水平断面図である。図４の実施形態においては、従来のシーリングテープ材質として用いたポリオレフィン系材質の基材表面に膨潤可能な高分子物質のコーティング層を形成したこと以外は、図２ａの実施形態と類似するので、差異点を中心に説明する。なお、上記コーティング層は、基材の外面もしくは内面全体に形成でき、図４では便宜上コーティング層が基材の外面全体に形成された場合を示した。

本発明のまた他の実施形態に係るリチウムイオン二次電池用電極組立体４１０は、図４に示すように、電解液を吸収して膨潤する材質のコーティング層４２２が基材４２１の外面もしくは内面に形成されたシーリングテープ４２０が、上記電極組立体４１０の外周面に付着されてなる。上記コーティング層４２２は、基材４２１の外面もしくは内面全体に形成される。上記シーリングテープ４２０は、上記電極組立体４１０の外周面のうち仕上げ部４１３ａを含めて上記外周面を覆うように付着されている。上記シーリングテープ４２０は、上記外周面のうち上端部と下端部以外は付着されることができ、図２ａの実施形態で示したように、上端部と下端部を含めて外周面全体にも付着可能である。

上記基材４２１は、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリイミドのようなポリオレフィン系材質からなることができる。上記ポリエチレンなどは、一般に、シーリングテープの材質として使用される物質である。上記ポリエチレンなどは、非水性電解液との表面エネルギー差が大きいので、上記電解液分子がポリエチレンなどからなる材質の表面に結合することが容易ではない。従って、上記ポリエチレンなどは電解液がついた場合、表面張力によって電解液がほぼ球状に凝集し、電解液との親和力が小さいので、膨潤し難い。

上記コーティング層４２２は、基材４２１の外面に形成される場合、ポリフッ化ビニリデンなどのように電解液との親和力が大きくて電解液をよく吸収し、膨潤し易い物質からなる。上記コーティング層４２２の材質を図２ａに示した実施形態において説明したので、詳しい説明は省略する。また、上記コーティング層４２２は、少なくとも１μｍの厚さに形成されることが望ましく、より望ましくは１０μｍの厚さに形成する。上記コーティング層４２２の厚さが１μｍ未満に形成される場合、上記コーティング層４２２の厚さ方向の間に位置する高分子鎖の個数が少ないため、電解液分子が十分に膨潤できるスペースが不足するという問題点が発生する。

また、上記コーティング層４２２が基材４２１の内面に形成される場合には、ポリアクリレート（ｐｏｌｙ ａｃｒｙｌａｔｅ）のような接着成分を使用することができる。ポリアクリレートには、ＰＭＭＡ（ｐｏｌｙ ｍｅｔｈｙｌ ｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ）、ＰＥＭＡ（ｐｏｌｙ ｅｔｈｙｌ ｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ）、ＰＢＭＡ（ｐｏｌｙ ｂｕｔｙｌ ｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ）などがある。上記ポリアクリレート、特にＰＭＭＡは、電解液に触れると溶解し、ポリアクリレートが溶解せずに膨潤するためには、上記ポリアクリレートを架橋（ｃｒｏｓｓｌｉｎｋｉｎｇ）して使用する。上記コーティング層４２２は、接着成分からなる場合、単にコーティング層４２２の厚さのみ調節すれば、様々な厚さの接着成分が存在するテープを製造できるので、電極組立体４１０とカンの間隔に応じて膨潤の度合を容易に調節できる。

上記シーリングテープ４２０は、基材４２１の外面もしくは内面に膨潤し易い物質でコーティング層４２２を形成し、電解液分子を吸収して膨潤することで、電極組立体４１０がカンの内部で流動したり回転するのを防止できる。

図５ａは、本発明のまた他の実施形態に係るリチウムイオン二次電池用電極組立体の斜視図であり、図５ｂは、図５ａのＣ−Ｃ線断面図である。図５ａに示した実施形態においては、複数個に切断したシーリングテープ５２０が互いに所定間隔に離隔して電極組立体５１０の外周面に付着されたこと以外は、図４に示した実施形態と類似するので、差異点を中心に説明する。即ち、図５ａに示した実施形態においては、複数個に切断したシーリングテープ５２０が互いに所定間隔に離隔して外周面に付着された点で図３ａに示した実施形態と類似しており、シーリングテープ５２０が基材５２１とコーティング層５２２の二重層構造に形成されるという点で上記図４に示した実施形態と類似している。

本発明のまた他の実施形態に係るリチウムイオン二次電池用電極組立体５１０は、図５ａ及び図５ｂに示すように、仕上げ部５１３ａを含めて外周面の所定領域に複数個のサブシーリングテープ５２０ａが互いに離隔して付着されるシーリングテープ５２０を含む。上記各サブシーリングテープ５２０ａは、ポリエチレンなどポリオレフィン系物質からなる基材５２１と、ポリフッ化ビニリデンなどのような物質からなるコーティング層５２２とを有してなることができる。上記サブシーリングテープ５２０ａは正面形状が四角形に形成され、特に縦長い長方形に形成される場合、全体的にストライプ状にされる。上記シーリングテープ５２０は、上記外周面の全体面積の少なくとも３０％を覆うように形成されることが望ましく、また上記コーティング層５２２は少なくとも１μｍの厚さに形成されることが望ましい。上記シーリングテープ５２０は、所定の幅を有する基材５２１の一側表面にコーティング層５２２を形成した後、所定の長さに切断されて上記外周面に付着される。図では、上記コーティング層５２２が基材５２１の外面に形成された場合を示しているが、基材５２１の内面に形成することももちろん可能である。上記コーティング層５２２が基材５２１の内面に形成される場合、図４の実施形態に示すような接着成分からなることができる。

図６ａは本発明のまた他の実施形態に係るリチウムイオン二次電池用電極組立体の斜視図であり、図６ｂは図６ａのＤ−Ｄ線断面図である。図６ａに示した実施形態においては、基材６２１が外周面を覆うように形成されるが、コーティング層６２２は基材６２１の外面または内面全体に形成されるのではなく、複数個が互いに所定間隔離隔するようにコーティングされること以外は、図４に示した実施形態と類似しているので、差異点を中心に説明する。

本発明のまた他の実施形態に係るリチウムイオン二次電池用電極組立体６１０は、図６ａ及び図６ｂに示すように、基材６２１は、上記電極組立体６１０の外周面を覆うように付着され、コーティング層６２２は基材６２１の所定領域に複数個のサブコーティング層６２２ａが互いに離隔して形成されるシーリングテープ６２０を含む。上記コーティング層６２２と基材６２１の材質は、図４に示した実施形態と同様であるので、詳細な説明は省略する。上記サブコーティング層６２２ａは正面形状が四角形に形成され、望ましくは、縦長い長方形に形成される。上記コーティング層６２２は、全体的にストライプ状に形成される。従って、上記各サブコーティング層６２２ａ間の間隔部分では基材６２１が外部に露出することがある。上記サブコーティング層６２２ａの間で露出した基材６２１部分は、電解液が注入されたときに膨潤がほとんど起こらない部分である。上記シーリングテープ６２０は、図６ｂに示すように、水平断面の形状がほぼ歯車形状に形成され、電解液が注入されて上記コーティング層６２２が膨潤すれば、鋸歯部分がさらに拡張した歯車形状になる。上記コーティング層６２２は、上記基材面の全体表面積の少なくとも３０％を覆うように形成されることが望ましく、また上記コーティング層６２２は少なくとも１μｍの厚さに形成されることが望ましい。

本発明の実施形態に係るリチウムイオン二次電池用電極組立体は、図１に示すリチウムイオン二次電池に適用できる。また、本発明の実施形態に係るリチウムイオン二次電池用電極組立体は、図示していないが、角形リチウムイオン二次電池にも適用可能である。従って、上記リチウムイオン二次電池用電極組立体が適用されるリチウムイオン二次電池の構成を限定するものではなく、様々な構成を有するリチウムイオン二次電池に上記リチウムイオン二次電池用電極組立体を適用できる。

次に、本発明の実施形態に係る電極組立体が適用されたリチウムイオン二次電池の作用について説明する。ここでは、図２ａの実施形態によるリチウムイオン二次電池用電極組立体が適用された場合について説明する。

上記電極組立体２１０においては、図２ａに示すように、正極板２１２、セパレータ２１３及び負極板２１４が積層されて巻回されたゼリーロールの外周面にシーリングテープ２２０が付着されている。上記シーリングテープ２２０は、電解液を吸収して膨潤する高分子物質からなる。上記シーリングテープ２２０が高分子物質のうちポリフッ化ビニリデンで形成されたものを例に挙げて説明する。ポリフッ化ビニリデンは、−ＣＨ_２−ＣＦ_２−構造が反復して規則性を持つように形成された結晶部分と、規則性が無くランダムに分子配列されて形成された非結晶部分からなる。電解液がカン内部に注入されて電解液分子がシーリングテープ２２０を濡らせば、電解液分子は先に非結晶部分に浸透して高分子鎖を伸ばすようになり、長時間経過すれば、電解液分子が結晶部分にも所定量浸透して、上記シーリングテープ２２０の容積が増加する。上記シーリングテープ２２０の容積が増加すれば、電極組立体２１０の外周面とカン内部が互いに密着するようになり、電池の落下など外部衝撃が加わってもカン内部で電極組立体２１０が流動したり回転することを防止できる。これと同時に、上記シーリングテープ２２０は、シーリングテープ固有の目的である電極組立体２１０が外れないように支持、保護する役割も果たす。

以上、本発明の好ましい実施形態について詳細に説明したが、本発明の権利範囲はこれに限定されず、請求の範囲で定義している本発明の基本概念を利用した当業者の多様な変形及び改良形態も本発明の権利範囲に属するものである。

一般の円筒形リチウムイオン二次電池の分離斜視図。 本発明の実施形態に係るリチウムイオン二次電池用電極組立体の斜視図。 図２ａのＡ−Ａ線断面図。 本発明の他の実施形態に係るリチウムイオン二次電池用電極組立体の斜視図。 図３ａのＢ−Ｂ線断面図。 本発明のまた他の実施形態に係るリチウムイオン二次電池用電極組立体の水平断面図。 本発明のまた他の実施形態に係るリチウムイオン二次電池用電極組立体の斜視図。 図５ａのＣ−Ｃ線断面図。 本発明のまた他の実施形態に係るリチウムイオン二次電池用電極組立体の斜視図。 図６ａのＤ−Ｄ線断面図。

符号の説明

２１０、３１０、４１０、５１０、６１０ 電極組立体
２１２、３１２、４１２、５１２、６１２ 正極板
２１３、３１３、４１３、５１３、６１３ セパレータ
２１４、３１４、４１４、５１４、６１４ 負極板
２１６、３１６、４１６、５１６、６１６ 正極タブ
２１８、３１８、４１８、５１８、６１８ 負極タブ
２２０、３２０、４２０、５２０、６２０ シーリングテープ

Claims (32)

1. 互いに対向する正極板と負極板、前記正極板と負極板との間に介在するセパレータとを備えており、
   前記正極板と負極板及びセパレータがゼリーロール形状に巻かれた外周面に付着されたシーリングテープを含み、
   前記シーリングテープは、電解液を吸収して膨潤する材質からなることを特徴とするリチウムイオン二次電池用電極組立体。
2. 前記シーリングテープは、前記電極組立体の外周面のうち前記セパレータの最外側の端部が位置する仕上げ部を含めて前記外周面を覆うように付着されることを特徴とする請求項１に記載のリチウムイオン二次電池用電極組立体。
3. 前記シーリングテープは、前記外周面の上端部と下端部では前記セパレータがそのまま露出するように付着されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のリチウムイオン二次電池用電極組立体。
4. 前記シーリングテープは、互いに離隔した複数個のサブシーリングテープからなり、前記サブシーリングテープは、前記仕上げ部を含めて前記外周面の所定領域に付着されることを特徴とする請求項２に記載のリチウムイオン二次電池用電極組立体。
5. 前記サブシーリングテープは、正面形状が四角形に形成されることを特徴とする請求項４に記載のリチウムイオン二次電池用電極組立体。
6. 前記シーリングテープは、前記サブシーリングテープの正面形状が縦長い長方形に形成され、全体的にストライプ状に形成されることを特徴とする請求項４に記載のリチウムイオン二次電池用電極組立体。
7. 前記シーリングテープは、前記外周面の全体面積の少なくとも３０％を覆うように形成されることを特徴とする請求項４に記載のリチウムイオン二次電池用電極組立体。
8. 前記シーリングテープは、高分子物質からなることを特徴とする請求項１に記載のリチウムイオン二次電池用電極組立体。
9. 前記高分子物質は、エステル基またはカルボキシ基を含有する高分子物質、ポリフッ化ビニリデン、ポリブタジエン、ポリイソプレンのいずれか一つからなることを特徴とする請求項８に記載のリチウムイオン二次電池用電極組立体。
10. 互いに対向する正極板と負極板、前記正極板と負極板との間に介在するセパレータを備えており、
    前記正極板と負極板及びセパレータがゼリーロール形状に巻かれた外周面に付着したシーリングテープを含み、
    前記シーリングテープは、基材と、前記基材の外面または内面に形成されるコーティング層を備え、前記コーティング層は電解液を吸収して膨潤する材質からなることを特徴とするリチウムイオン二次電池用電極組立体。
11. 前記基材は、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリイミドのいずれか一つの材質からなることを特徴とする請求項１０に記載のリチウムイオン二次電池用電極組立体。
12. 前記基材は、前記電極組立体の外周面を覆うように付着され、前記コーティング層は、互いに離隔した複数個のサブコーティング層からなり、前記サブコーティング層は、前記基材の外面または内面の所定領域に形成されることを特徴とする請求項１０に記載のリチウムイオン二次電池用電極組立体。
13. 前記サブコーティング層は、正面形状が四角形に形成されることを特徴とする請求項１２に記載のリチウムイオン二次電池用電極組立体。
14. 前記コーティング層は、前記サブコーティング層の正面形状が縦長い長方形に形成され、全体的にストライプ状に形成されることを特徴とする請求項１２に記載のリチウムイオン二次電池用電極組立体。
15. 前記コーティング層は、前記基材の表面面積の少なくとも３０％を覆うように形成されることを特徴とする請求項１２に記載のリチウムイオン二次電池用電極組立体。
16. 前記コーティング層は、前記基材の外面もしくは内面全体に形成されることを特徴とする請求項１０に記載のリチウムイオン二次電池用電極組立体。
17. 前記シーリングテープは、前記電極組立体の外周面のうち前記セパレータの最外側端部が位置する仕上げ部を含めて前記外周面を覆うように付着されることを特徴とする請求項１６に記載のリチウムイオン二次電池用電極組立体。
18. 前記シーリングテープは、前記外周面のうち上端部と下端部において、前記セパレータがそのまま露出するように付着されることを特徴とする請求項１６に記載のリチウムイオン二次電池用電極組立体。
19. 前記コーティング層は、前記基材の内面に形成される場合、ポリアクリレートからなることを特徴とする請求項１０に記載のリチウムイオン二次電池用電極組立体。
20. 前記シーリングテープは、高分子物質からなることを特徴とする請求項１０に記載のリチウムイオン二次電池用電極組立体。
21. 前記高分子物質は、エステル基またはカルボキシ基を含有する高分子物質、ポリフッ化ビニリデン、ポリブタジエン、ポリイソプレンのいずれか一つからなることを特徴とする請求項１０に記載のリチウムイオン二次電池用電極組立体。
22. 前記コーティング層は、少なくとも１μｍの厚さに形成されることを特徴とする請求項１０に記載のリチウムイオン二次電池用電極組立体。
23. 互いに対向する正極板と負極板、前記正極板と負極板との間に介在するセパレータ、前記正極板と負極板及びセパレータがゼリーロール形状に巻かれた外周面に付着されたシーリングテープを備える電極組立体と、
    前記電極組立体を収容するカンと、
    前記カンの上端開口部を封止するキャップ組立体とを含み、
    前記シーリングテープは、電解液を吸収して膨潤する材質からなるか、または前記材質のコーティング層が基材の外面または内面に形成されていることを特徴とするリチウムイオン二次電池。
24. 前記シーリングテープは、前記電極組立体の外周面のうち前記セパレータの最外側端部が位置する仕上げ部を含めて前記外周面を覆うように付着することを特徴とする請求項２３に記載のリチウムイオン二次電池。
25. 前記シーリングテープは、前記外周面のうち上端部と下端部では前記セパレータがそのまま露出するように付着することを特徴とする請求項２３または請求項２４に記載のリチウムイオン二次電池。
26. 前記シーリングテープは、互いに離隔した複数個のサブシーリングテープからなり、前記サブシーリングテープは、前記仕上げ部を含めて前記外周面の所定領域に付着されることを特徴とする請求項２４に記載のリチウムイオン二次電池。
27. 前記サブシーリングテープは、正面形状が四角形に形成されることを特徴とする請求項２６に記載のリチウムイオン二次電池。
28. 前記シーリングテープは、前記サブシーリングテープの正面形状が縦長い長方形に形成され、全体的にストライプ状に形成されることを特徴とする請求項２６に記載のリチウムイオン二次電池。
29. 前記シーリングテープは、前記外周面の全体面積の少なくとも３０％を覆うように形成されることを特徴とする請求項２６に記載のリチウムイオン二次電池。
30. 前記シーリングテープは、高分子物質からなることを特徴とする請求項２３に記載のリチウムイオン二次電池。
31. 前記高分子物質は、エステル基またはカルボキシ基を含有する高分子物質、ポリフッ化ビニリデン、ポリブタジエン、ポリイソプレンのいずれか一つからなることを特徴とする請求項３０に記載のリチウムイオン二次電池。
32. 前記コーティング層は、少なくとも１μｍの厚さに形成されることを特徴とする請求項２３に記載のリチウムイオン二次電池。

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