JP2008027893A - 安定した電極リード−電極タブ結合部を有する電極組立体及びこれを備えた電気化学セル - Google Patents
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Abstract
【課題】正極／分離膜／負極構造のスタック型またはスタック／折り畳み型電極組立体を提供する。
【解決手段】電極組立体を構成するそれぞれの電極板には、活物質の塗布されていないタブ（電極タブ）が突出しており、これら電極タブが積層されている一側端部には、電極タブを電気的に連結するための電極リードが位置しており、前記電極タブと結合する電極リードの端部は、ラウンド構造とされることを特徴とする電極組立体、及び該電極組立体を含む電気化学セルとする。
【選択図】図３Ａ
【解決手段】電極組立体を構成するそれぞれの電極板には、活物質の塗布されていないタブ（電極タブ）が突出しており、これら電極タブが積層されている一側端部には、電極タブを電気的に連結するための電極リードが位置しており、前記電極タブと結合する電極リードの端部は、ラウンド構造とされることを特徴とする電極組立体、及び該電極組立体を含む電気化学セルとする。
【選択図】図３Ａ
Description
本発明は、安定した電極リード−電極タブ結合部を有する電極組立体に関し、より詳細には、正極／分離膜／負極構造のスタック型またはスタック／折り畳み型電極組立体において、電極組立体を構成するそれぞれの電極板には、活物質の塗布されていないタブ（電極タブ）が突出しており、これら電極タブが積層している一側端部には、電極タブを電気的に連結させるための電極リードが配置されており、電極タブと結合される電極リードの端部は、ラウンド構造とされていることを特徴とする電極組立体、その電極組立体を備える電気化学セルに関する。
モバイル機器に対する技術開発と需要が増加するに伴い、エネルギー源としての電池の需要も急増しつつあり、これに伴う種々の要求に応えうる電池への多くの研究が行われてきている。
例えば、電池の形状面では、厚さの薄い、携帯電話などのような製品に適用可能な角形二次電池とパウチ形二次電池への需要が多く、材料面では、高いエネルギー密度、放電電圧及び出力安全性を有するリチウムイオン電池、リチウムイオンポリマー電池などのようなリチウム二次電池への需要が多い。
また、二次電池は、正極／分離膜／負極構造の電極組立体の構造によっても分類でき、例えば、長いシート型の正極と負極を分離膜が介在された状態で巻き取った構造のジェリーロール（巻き取り型）電極組立体、所定大きさの単位に切り取った複数の正極と負極を分離膜を介在した状態で順次に積層したスタック型（積層型）電極組立体、所定単位の正極と負極を分離膜を介在した状態で積層したバイセル（Bi-cell）またはフールセル（Full cell）を巻き取った構造のスタック／折り畳み型電極組立体などに分類可能である。
図１は、従来の代表的なスタック型電極組立体の一般の構造を模式的に示す側面図である。
図１を参照すると、スタック型電極組立体１０は、正極集電体２１の両面に正極活物質２２が塗布されてなる正極２０と、負極集電体３１の両面に負極活物質３２が塗布されてなる負極３０とが、分離膜８０を介在した状態で順次に積層して構成される。
図１を参照すると、スタック型電極組立体１０は、正極集電体２１の両面に正極活物質２２が塗布されてなる正極２０と、負極集電体３１の両面に負極活物質３２が塗布されてなる負極３０とが、分離膜８０を介在した状態で順次に積層して構成される。
正極集電体２１及び負極集電体３１の一側端部には、電池（図示せず）の電極端子を構成する正極リード６０及び負極リード７０にそれぞれ電気的に連結されるよう、活物質の塗布されていない複数の正極タブ４０及び負極タブ５０が突出している。ここで、正極タブ４０と負極タブ５０は、密集した形態に結合されて正極リード６０と負極リード７０にそれぞれ連結される。この構造は、電極タブと電極リードの結合部を拡大して示す図２から、より容易に確認できる。
図２を参照すると、電極組立体１０の正極集電体２１から延びて突出している複数の正極タブ４０、及び負極集電体３１から延びて突出している複数の負極タブ５０は、例えば、溶接により一体に結合された融着部の形態で正極リード６０及び負極リード７０にそれぞれ連結される。電極リード６０，７０は、通常、金属板をパンチングして所定の大きさに切り取る過程によって製造されるため、切り取り部６１，６２には鋭い縁または角（破線円Ａ）が形成され、場合によっては切断部位にバリ（burr：図示せず）ができる。このような鋭い切断角（破線円Ａ）や切断部位に存在するバリは、外力による電極組立体１０の移動時に機械的剛性の弱い電極タブ４０，５０を破損させる原因となる。
一方、パウチ形二次電池では、上記のような構造の電極組立体を、金属層と樹脂層とからなるラミネートシートのパウチ形ケース内に組み込む。この場合、電極組立体の電極タブに連結されている電極リードは、各電極タブとの連結部に対向する端部が電池ケースの外部に露出された状態で電池ケースと共に熱融着される。したがって、電極リードは、所定の厚さを有することから電池ケースの密封性を低下させ、また、鋭い切断角と切断部位に存在するバリによって電池ケースを損傷させるという問題も招く。
そこで、電極組立体の移動時に、電極リードが電極タブ及び／または電池ケースに触れても、電極タブ及び／または電池ケースの損傷を誘発しない技術が切に要求されている現状にある。
本発明は上記の従来技術の問題点を解決するためのもので、その目的は、外力による電極組立体の移動時に、電極リードの端部による電極タブ及び／または電池ケースの損傷を防止できる電極組立体を提供することにある。
本発明の他の目的は、電池ケースの密封部位で密封力を向上させることができる電極組立体を提供することにある。
本発明のさらに他の目的は、このような電極組立体を備える電気化学セルを提供することにある。
上記の目的を達成するために、本発明による電極組立体は、正極／分離膜／負極構造のスタック型またはスタック／折り畳み型電極組立体であって、電極組立体を構成するそれぞれの電極板には、活物質の塗布されていないタブ（電極タブ）が突出しており、これら電極タブが積層している一側端部には、電極タブを電気的に連結するための電極リードが配置されており、前記電極タブと結合される電極リードの端部は、ラウンド構造とされることを特徴とする。
好ましい一構造例として、平面上で、前記電極リード端部の両側がラウンド構造とされることが好ましい。ここで、前記電極リードの端部は、平面上、長手方向に電極タブと結合される端部を意味し、前記結合端部の端面とこれに隣接する両側面との交差部位がそれぞれラウンド構造とされていることが好ましい。したがって、このようなラウンド構造によって、電極リードは、その端部が電極タブ及び／または電池ケースに触れても、前記電極タブ及び／または電池ケースの損傷を誘発しない。
上記構造において、電極リードの端部の両側は、曲面の形態なら特に制限されないが、電極リード幅の１／２０乃至１／３大きさの半径で丸くなっていると好ましい。
好ましい他の構造例として、垂直断面上で、前記電極リード端部の外周面がラウンド構造とされることが好ましい。ここで、前記電極リードの端部は、平面上、長手方向に電極タブと結合される端部を意味し、前記結合端部の断面を基準に、これに直交する４つの面、すなわち、両側面、上面及び下面のそれぞれの交差部位がラウンド構造とされていることが好ましい。したがって、このようなラウンド構造によって、電極リードは、電極組立体が内蔵される電池ケースの密封部位において密封性の低下を招かない。また、上にも述べたように、電極リードの端部が電極タブまたは電池ケースに触れても、前記電極タブ及び／または電池ケースの損傷を誘発しない。
前記構造において、電極リード端部の外周面は、曲面の形態なら特に制限されないが、電極リード厚さの１／５乃至１／２大きさの半径で丸くなっていると好ましい。
前記電極リードのラウンド構造は、様々な方法で形成可能であり、例えば、圧延、パンチング及び錬磨などの機械的処理によって形成しても良く、エッチングなどの化学的処理によって形成しても良い。これらの工程方法は、当業界に公知されているため、その詳細説明は省略する。
本発明において、前記電極リードは、電極タブを電気的に連結できる素材なら特に制限されず、好ましくは、金属プレートからなる。この金属プレートの例には、アルミニウムプレート、銅プレート、ニッケルプレート、ニッケルコートの銅プレート、ＳＵＳプレートなどがある。
また、前記電極リードは、様々な方式で電極タブに連結されることができ、好ましくは、溶接によってより安定して連結されることができ、溶接には、例えば、超音波溶接、レーザー溶接、抵抗溶接などがある。
また、本発明は、上記の電極組立体を備えてなる電気化学セルを提供する。
前記電気化学セルは、電気化学反応を通じて電気を提供するデバイスで、例えば、電気化学二次電池または電気化学キャパシタであり、特に、リチウム二次電池で好ましく適用されることができる。
前記電気化学セルは、電気化学反応を通じて電気を提供するデバイスで、例えば、電気化学二次電池または電気化学キャパシタであり、特に、リチウム二次電池で好ましく適用されることができる。
前記二次電池は、充放電が可能な電極組立体が内蔵されている二次電池で、好ましくは、金属層及び樹脂層を含むラミネートシートの電池ケースに、電極組立体が密封状態で内蔵されている構造でありうる。このような構造の二次電池を、パウチ形二次電池とも称する。
また、前記二次電池は、単位電池として複数個を組み合わせて高出力大容量の電池パックにすることができる。高出力大容量の電池パックに使われる単位電池（電池セル）は、小型電池パックの電池セルに比べて非常に大きいため、外力の印加時に電極組立体自体の大きい重量から、電極組立体の移動による衝撃が相対的に大きい。したがって、本発明における電極リードの安全した構造は、中大型電池セルに、より好ましく適用することができる。
本発明の電極組立体によれば、電極リードの端部による電極タブ及び／または電池ケースの損傷を防止でき、電池ケースの密封部位での密封力をより向上させることが可能になる。
以下、本発明の実施形態について、添付の図面を参照しつつ説明する。ただし、下記の実施形態は、本発明の理解をより容易にするためのもので、本発明の範囲を限定するためのものではない。
図３Ａには、本発明の一実施形態による電極組立体において、電極タブが結合されて電極リードに連結される部分の拡大図が模式的に示されている。図３Ａの電極組立体は、一般的に使われる従来の電極組立体と略同様なので、本発明の特徴的な事項以外については説明を省略する。
図３Ａを参照すると、電極組立体３００は、電極タブ２００と結合する端部の上端面１１０とこれに隣接する両側面１２０との交差部位（破線円Ｂ）の角が取れた電極リード１００を備える。すなわち、電極リード１００を矢印方向から見ると、図３Ｂの平面図に示すように、電極リード１００は、上端面１１０と両側面１２０との交差部位がそれぞれラウンド構造１５０とされている。
図４Ａには、本発明の他の実施形態による電極組立体において、電極タブが結合されて電極リードに連結される部分の拡大図が模式的に示されている。
図４Ａを参照すると、電極組立体５００の電極リード４００は、基本的に、図３Ａ及び図３Ｂにおけると同様に、電極タブ２００と結合する端部の上端面４１０とこれに隣接する両側面４２０の交差部位の角が取れている。さらに、電極リード４００は、電極タブ２００と結合する端部の上端面４１０を基準に、それに直交する両側面４２０と、上面４３０及び下面４４０との交差部位（破線円Ｃ）の角も取れている。すなわち、電極リード４００は、直線Ｄに沿った垂直断面図である図４Ｂに示すように、上面４３０と両側面４２０との各交差部位、及び下面４４０と両側面４２０との各交差部位がラウンド構造４５０とされている。
以下、実施例に挙げて本発明をより具体的に説明する。ただし、下記の実施例は、本発明を例示するためのもので、本発明の範囲を限定するためのものではない。
実施例１
アルミニウム板と銅板を所定の大きさにそれぞれパンチングし、図３に示すように、ラウンド構造の端部を有する正極リードと負極リードをそれぞれ製造した。その後、正極リードと負極リードを、図１に示すように、正極／分離膜／負極が順次積層した電極組立体の正極タブと負極タブに連結し、電池ケースに装着した後、電解液を注入し電池ケースを密封することで電池を完成した。
アルミニウム板と銅板を所定の大きさにそれぞれパンチングし、図３に示すように、ラウンド構造の端部を有する正極リードと負極リードをそれぞれ製造した。その後、正極リードと負極リードを、図１に示すように、正極／分離膜／負極が順次積層した電極組立体の正極タブと負極タブに連結し、電池ケースに装着した後、電解液を注入し電池ケースを密封することで電池を完成した。
実施例２
図４に示すように、端部の外周面もラウンド構造にした正極リードと負極リードを使用する以外は、実施例１と同様にして電池を完成した。
図４に示すように、端部の外周面もラウンド構造にした正極リードと負極リードを使用する以外は、実施例１と同様にして電池を完成した。
比較例１
図２に示すように、角張っている端部を有する正極リードと負極リードを使用した以外は、上記実施例１と同様にして電池を完成した。
図２に示すように、角張っている端部を有する正極リードと負極リードを使用した以外は、上記実施例１と同様にして電池を完成した。
実験例１
上記実施例１、２及び比較例１においてそれぞれ製造された電池に対して前方落下実験を行い、その結果を、下記の表１に示す。本実験では、それぞれ２０個の電池に対して繰り返し行い、１．５ｍ高さで電極端子が底に衝突するように自由落下とし、電極タブの損傷度合及び電池ケースの破れなどを観察した。
上記実施例１、２及び比較例１においてそれぞれ製造された電池に対して前方落下実験を行い、その結果を、下記の表１に示す。本実験では、それぞれ２０個の電池に対して繰り返し行い、１．５ｍ高さで電極端子が底に衝突するように自由落下とし、電極タブの損傷度合及び電池ケースの破れなどを観察した。
上記表１に示すように、本発明による実施例１及び２による電池は、前方落下実験において、２０個電池のいずれにも電極タブ及び電池ケースの損傷が起こらなかった。すなわち、電極リード端部のラウンド構造によって、電極タブ及び電池ケースの損傷を防止することができた。これに対し、比較例１による電池は、電極タブ及び電池ケースの損傷が一部で見られた。
以上の内容に基づき、本発明の範囲内で種々の応用及び変形が可能であることは、本発明の属する技術分野における通常の知識を持つ者にとっては明らかである。
Claims (12)
- 正極／分離膜／負極構造のスタック型またはスタック／折り畳み型電極組立体であって、電極組立体を構成するそれぞれの電極板には、活物質の塗布されていないタブ（電極タブ）が突出しており、これら電極タブが積層している一側端部には、電極タブを電気的に連結するための電極リードが配置されており、前記電極タブと結合される電極リードの端部はラウンド構造とされることを特徴とする、電極組立体。
- 前記電極リードは、平面上で、端部の両側がラウンド構造とされていることを特徴とする、請求項１に記載の電極組立体。
- 前記電極リードは、垂直断面上で、端部の外周面がラウンド構造とされていることを特徴とする、請求項１に記載の電極組立体。
- 前記電極リード端部の両側は、電極リード幅の１／２０乃至１／３大きさの半径で丸くなっていることを特徴とする、請求項２に記載の電極組立体。
- 前記電極リード端部の外周面は、電極リード厚さの１／５乃至１／２大きさの半径で丸くなっていることを特徴とする、請求項３に記載の電極組立体。
- 前記ラウンド構造は、圧延、パンチング、及び錬磨などの機械的処理及び／またはエッチングなどの化学的処理によってなることを特徴とする、請求項１に記載の電極組立体。
- 前記電極リードは、金属プレートであることを特徴とする、請求項１に記載の電極組立体。
- 前記金属プレートは、アルミニウムプレート、銅プレート、ニッケルプレート、ニッケルコートの銅プレート、及びＳＵＳプレートから選ばれたいずれかであることを特徴とする、請求項７に記載の電極組立体。
- 請求項１乃至８のいずれか１項による電極組立体を備えてなる電気化学セル。
- 前記電気化学セルは、二次電池またはキャパシタであることを特徴とする、請求項９に記載の電気化学セル。
- 前記二次電池は、金属層及び樹脂層を含むラミネートシートの電池ケースに、電極組立体が密封状態で内蔵されていることを特徴とする、請求項１０に記載の電気化学セル。
- 前記二次電池は、高出力大容量の電池パックに使われる単位電池であることを特徴とする、請求項１１に記載の電気化学セル。
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