JP2010003697A - 電極組立体及びこれを用いたリチウム二次電池 - Google Patents

電極組立体及びこれを用いたリチウム二次電池 Download PDF

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Abstract

【課題】電極タブの発熱による内部短絡や損傷を防止することができる電極組立体及びそれを用いたリチウム二次電池を提供する。
【解決手段】集電体１１１の両端に活物質が塗布されていない活物質非塗布領域１１３Ａ、１１３Ｂをそれぞれ備える第１電極板１１０と、集電体１２１の両端に活物質が塗布されていない活物質非塗布領域１２３Ａ、１２３Ｂをそれぞれ備える第２電極板１２０と、第１電極板と第２電極板との間に介在するセパレータ１３０と、第１電極板の最も外側の一面に取り付けられる第１電極タブ１４０と、第２電極板の最も外側の一面に取り付けられる第２電極タブ１５０と、を含むように構成した。また、電極組立体１００が巻き取られた際に外周部側の端部に位置する第１電極板の後端活物質非塗布領域１１３Ｂの少なくとも一面に絶縁部材１７０Ａ、１７０Ｂが付着されるようにした。
【選択図】図４

Description

本発明は、二次電池にかかり、さらに詳しくは電極組立体及び電極組立体を備えたリチウム二次電池に関する。
二次電池（ｓｅｃｏｎｄａｒｙ ｂａｔｔｅｒｙ）は、一般的に、充電が不可能な一次電池とは異なり、繰り返し充放電を行うことができる電池のことをいう。かかる二次電池は、携帯電話、ノートパソコン、ビデオカメラなどの先端電子機器の分野において広く用いられている。
このような二次電池のうち、リチウム二次電池は、約３．７Ｖの作動電圧を有し、これは、携帯型の電子装置の電源として広く普及しているニッケル−カドミウム電池や、ニッケル−水素電池の作動電圧の約３倍である。また、リチウム二次電池は、単位重量当たりのエネルギー密度が高いという特徴も有する。このような特徴により、リチウム二次電池の普及は急速に進んでいる。
リチウム二次電池においては、一般的に、正極活物質としてリチウム系酸化物を用い、負極活物質として炭素材を用いている。また、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に分類されることができる。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。また、リチウム二次電池はケースの形状によって円筒形、角形、パウチ型に分けることができる。
リチウム二次電池のケースの内部には電極組立体が収納される。電極組立体は、正極板と負極板とこれらの間に介在するセパレータとが積層されて形成されるか、あるいは積層された正極板と負極板とセパレータとが巻き取られて形成されることができる。上記正極板及び負極板により構成される電極板は、集電体と、集電体の少なくとも一面に塗布される活物質層とからなる。集電体の両端部には、活物質層が形成されない無地部領域が存在する。すなわち、無地部領域は、集電体の領域のうち活物質層が塗布されていない活物質非塗布領域であって、集電体が露出されている。かかる無地部には、一般的に電極タブが設けられる。
電極板に電極タブが溶接される部位は、一般的には、異種金属が接続される部位となっている。そしてこのような部位では、内部抵抗（ＩＲ：Ｉｎｔｅｒｎａｌ Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ、）が増加するため、発熱が集中する傾向がある。したがって、電極タブが設けられる部分に保護テープを付着することにより、電極板と電極タブが電気的に接続される部分を保護するようになっている。
このような二次電池においては、電極タブが設けられた部分と、活物質層と活物質非塗布領域（無地部）との境界部分とに、絶縁テープが付着される。活物質層と活物質非塗布領域との境界部分に付着された絶縁テープは、他の極板との接触による短絡を防止する役割を果たす。
しかしながら、上記のような保護テープまたは絶縁テープは、電極板の一部の領域にだけ限定されて付着されている。したがって、電極板と電極板との間を遮断するセパレータが電極タブの近傍で発生する内部発熱により収縮した場合に、絶縁テープが付着されていない領域において、電極板の活物質非塗布領域と他の電極板の活物質層とが接触して電池の内部短絡が発生する恐れがある。
更に、電極板の活物質非塗布領域と、他の電極板の活物質非塗布領域とが接触することによっても、電池の内部短絡が発生する可能性がある。
すなわち、電極タブの内部発熱によって電極タブ近傍のセパレータが収縮すると、セパレータによって互いに接触しないように積層されていた正極板と負極板との間において、一方の電極板の活物質層と他方の電極板の活物質非塗布領域とが接触して、内部短絡が発生する恐れがある。あるいは、一方の電極板の活物質非塗布領域と他方の電極板の活物質非塗布領域とが接触して、内部短絡が発生する恐れがある。
このような電池の内部短絡は、電池の発火または爆発などといった安全面で問題となる事故を発生させる恐れがあり、製品の信頼性を低下させる恐れがあるといった問題があった。
また、上記のように、電極タブの近傍においては、内部抵抗の増加により発熱が集中する傾向があるため、二次電池が過充電または過放電された際に、電極タブが発熱または発火する恐れもあった。
そこで、本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、過充放電による電極タブの発熱及び発火の危険を防止することができる電極組立体及びこれを用いたリチウム二次電池を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、セパレータが収縮した際に、電極板の無地部（活物質非塗布領域）と他の電極板の活物質層とが接触して電池の内部で短絡が発生することを防止することができる電極組立体及びこれを用いたリチウム二次電池を提供することにある。
また、本発明のさらに他の目的は、セパレータが収縮時した際に、電極板の無地部（活物質非塗布領域）と他の電極板の無地部（活物質非塗布領域）とが接触して電池の内部で短絡が発生することを防止することができる電極組立体及びこれを用いたリチウム二次電池を提供することにある。
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、集電体の両端に活物質が塗布されていない活物質非塗布領域（無地部）をそれぞれ備える第１電極板と、集電体の両端に活物質が塗布されていない活物質非塗布領域（無地部）をそれぞれ備える第２電極板と、上記第１電極板と上記第２電極板との間に介在するセパレータと、上記第１電極板の最も外側の一面に取り付けられる第１電極タブと、上記第２電極板の最も外側の一面に取り付けられる第２電極タブと、を含むことを特徴とする電極組立体が提供される。
このような本発明にかかる電極組立体によれば、充電または放電の際に発熱が集中しやすい第１電極タブ及び第２電極タブが電極組立体の外側に位置する構成を有するため、第１電極タブ及び第２電極タブの近傍で生じた熱が容易に放熱される。したがって、電極組立体の発熱が防止され、また、過充電や過放電が生じた場合などにも発火の危険性が防止される。
上記第１電極タブは、上記電極組立体が巻き取られた際に外周部側の端部側に位置する上記第１電極板の後端活物質非塗布領域の最も外周側の面に取り付けられ、上記第２電極タブは、上記電極組立体が巻き取られた際に外周部側の端部側に位置する上記第２電極板の後端活物質非塗布領域の最も外周側の面に取り付けられることができる。このように、巻き取られた電極組立体において、第１電極板の最外周と、第２電極板の最外周にそれぞれ電極タブを設けることにより、電極タブの近傍で生じた熱が容易に放熱され、電極組立体の発熱や発火を防止することができる。
また、上記電極組立体が巻き取られた際に外周部側の端部側に位置する上記第１電極板の後端活物質非塗布領域の少なくとも一面には、絶縁部材が付着されることができる。このような絶縁部材を設けることにより、上記電極組立体の外周部において、上記第１電極板と、上記第１電極板に対して上記セパレータを介して対向する上記第２電極板との間が絶縁される。これにより、もし上記セパレータが上記第１電極タブまたは上記第２電極タブの近傍で発生する熱により収縮または損傷されたとしても、上記第１電極板の後端活物質非塗布領域と上記第２電極板とが接触することがなくなり、電極組立体内で短絡が発生するのを防止することができる。
上記絶縁部材は、上記電極組立体が巻き取られた際に外周部側の端部側に位置する上記第２電極板の後端活物質非塗布領域の外側の面と対向するように、上記第１電極板の上記後端活物質非塗布領域の内側の面に付着されることができる。すなわち、上記電極組立体の外周部において、上記第１電極板の後端活物質非塗布領域の内周側に上記第２電極板の後端活物質非塗布領域が上記セパレータを介して位置するとき、上記第１電極板の後端活物質非塗布領域の内側に絶縁部材を付着することにより、上記第１電極板の後端活物質非塗布領域と上記第２電極板の後端活物質非塗布領域とは絶縁される。これにより、もし上記セパレータが上記第１電極タブまたは上記第２電極タブの近傍で発生する熱により収縮または損傷されたとしても、上記第１電極板の後端活物質非塗布領域と上記第２電極板の後端活物質非塗布領域とが接触することがなくなり、電極組立体内で短絡が発生するのを防止することができる。
また、上記絶縁部材は、上記電極組立体が巻き取られた際に外周部側の端部側に位置する上記第２電極板の後端活物質非塗布領域の内側の面と対向するように、上記第１電極板の上記後端活物質非塗布領域の外側の面に付着されてもよい。すなわち、上記電極組立体の外周部において、上記第１電極板の後端活物質非塗布領域の外周側に上記第２電極板の後端活物質非塗布領域が上記セパレータを介して位置するとき、上記第１電極板の後端活物質非塗布領域の外側に絶縁部材を付着することにより、上記第１電極板の後端活物質非塗布領域と上記第２電極板の後端活物質非塗布領域とは絶縁される。これにより、もし上記セパレータが上記第１電極タブまたは上記第２電極タブの近傍で発生する熱により収縮または損傷されたとしても、上記第１電極板の後端活物質非塗布領域と上記第２電極板の後端活物質非塗布領域とが接触することがなくなり、電極組立体内で短絡が発生するのを防止することができる。
また、上記絶縁部材は、上記電極組立体が巻き取られた際に内周部に位置する上記第１電極板の先端活物質非塗布領域の少なくとも一方の面に付着されることができる。このような絶縁部材を設けることにより、上記電極組立体の内周部において、上記第１電極板と、上記第１電極板に対して上記セパレータを介して対向する上記第２電極板との間が絶縁される。これにより、もし上記セパレータが収縮または損傷されたとしても、上記第１電極板の後端活物質非塗布領域と上記第２電極板とが接触することがなくなり、電極組立体内で短絡が発生するのを防止することができる。
あるいは、上記絶縁部材は、上記電極組立体が巻き取られた際に内周部に位置する上記第１電極板の先端活物質非塗布領域の両面に付着されることができる。
このとき、上記絶縁部材は、絶縁テープであることができる。
また、上記絶縁部材は、上記第１電極板の活物質が塗布された活物質層と上記活物質非塗布領域との境界部分に付着されるラミネートテープであることができる。
ここで、上記第１電極板は正極板であることができる。また、上記第２電極板は負極板であることができる。
上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、請求項１〜１１のいずれか１項に記載された電極組立体を含むリチウム二電池が提供される。
以上説明したように本発明によれば、電極組立体の最外側に電極タブが設けられるため、電極タブの放熱性能が向上して過充放電による電極タブの発熱及び発火の危険を防止する効果を奏する。
また、本発明は、電極組立体の最外側に巻き取られる電極板の活物質非塗布領域（無地部）に絶縁部材が付着されることによって、セパレータの収縮時に電極板の活物質非塗布領域（無地部）と他の電極板の活物質層とが接触することによる電池の内部短絡を防止する効果を奏する。
また、本発明は、電極組立体の最外側に巻き取られる電極板の活物質非塗布領域（無地部）に絶縁部材が付着されることによって、セパレータの収縮時に電極板の活物質非塗布領域（無地部）と他の電極板の活物質非塗布領域（無地部）とが接触することによる電池の内部短絡を防止する効果を奏する。
本発明の実施の形態にかかる電極組立体を用いたパウチ型リチウム二次電池の分解斜視図である。 図１のパウチ型リチウム二次電池が結合された状態を示す断面図である。 本発明の実施の形態にかかる電極組立体の横断面図である。 図３の電極組立体においてラミネートテープが付着された状態を説明するための概略的な断面図である。
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
図１〜図４に示されたように、本発明の実施の形態にかかる電極組立体１００は、正極板１１０と、負極板１２０と、セパレータ１３０とを含む。正極板１１０と負極板１２０とは、間にセパレータ１３０を介して積層された後、ゼリーロール（ｊｅｌｌｙ−ｒｏｌｌ）状に巻き取られることができる。
図３は、本発明の実施の形態にかかる電極組立体の横断面図である。ここで、図３に示された電極組立体１００は、巻き取られた際に正極板１１０が外側に位置するように積層及び巻き取りされている。しかし、本発明の電極組立体はかかる構成に限定されるものではなく、負極板が外側に位置するように積層及び巻き取りされることもできる。
すなわち、本発明の実施の形態にかかる電極組立体１００は、第１電極板１１０と、第２電極板１２０と、第１電極板１１０と第２電極板１２０との間に介在するセパレータ１３０とを含むことができる。以下に説明する本発明の実施の形態においては、第１電極板１１０が正極板１１０、第２電極板１２０が負極板１２０である場合について説明するが、第１電極板１１０が負極板、第２電極板１２０が正極板であることもできる。
正極板１１０は、薄板のアルミニウム箔からなる正極集電体（第１電極板の集電体）１１１と、正極集電体１１１の両面にコーティングされたリチウム系酸化物を主成分とする正極活物質層（第１電極板の活物質層）１１２とを含むことができる。正極集電体１１１の上（表面）には、正極活物質層１１２がコーティングされずに正極集電体１１１が露出された領域である正極活物質非塗布領域（第１電極板の活物質非塗布領域または正極無地部）１１３（ｐｏｓｉｔｉｖｅ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ ｎｏｎ−ｃｏａｔｉｎｇ ｐｏｒｔｉｏｎ）が、正極板１１０の両端部にそれぞれ形成される。例えば、ゼリーロール状に巻かれた電極組立体の場合、正極活物質非塗布領域１１３は、正極板１１０の巻き取り開始部と終了部にそれぞれ設けられることができる。
正極活物質非塗布領域１１３には、正極タブ（第１電極タブ）１４０が、例えば超音波溶接により固定される。正極タブ１４０の端部は、正極集電体１１１の上端部の上方に突出するように固定される。正極タブ１４０は、一般的には、ニッケルまたはニッケル合金を材料として形成されることができるが、他の金属素材を用いることも可能である。
負極板１２０は、薄板の銅箔からなる負極集電体（第２電極板の集電体）１２１と、負極集電体１２１の両面にコーティングされた炭素材を主成分とする負極活物質層（第２電極板の活物質層）１２２とを含むことができる。負極集電体１２１には、負極活物質層１２２がコーティングされずに負極集電体１２１が露出された領域である負極活物質非塗布領域（第２電極板の活物質非塗布領域または負極無地部）１２３（ｎｅｇａｔｉｖｅ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ ｎｏｎ−ｃｏａｔｉｎｇ ｐｏｒｔｉｏｎ）が、負極板１２０の両端部に所定領域で形成される。例えば、ゼリーロール状に巻かれた電極組立体の場合、負極活物質非塗布領域１２３は、負極板１２０の巻き取り開始部と終了部にそれぞれ設けられることができる。
負極活物質非塗布領域１２３には、負極タブ（第２電極タブ）１５０が、例えば超音波溶接により固定される。負極タブ１５０の端部は、負極集電体１２１の上端部の上方に突出するように固定される。負極タブ１５０は、一般的には、ニッケルまたはニッケル合金を材料として形成されることができるが、他の金属素材も用いることも可能である。
セパレータ１３０は、各電極板１１０、１２０間を絶縁させるために、正極板１１０と負極板１２０との間に配置される。セパレータ１３０は、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンとポリプロピレンの複合フィルムのいずれか一つからなることができる。セパレータ１３０は、正極板１１０及び負極板１２０よりも幅広に形成され、正極板１１０及び負極板１２０の上部側及び下部側に突出している。
また、電極組立体１００には、絶縁部材としての絶縁テープが、所定の領域に付着される。上記絶縁テープとしては、例えば、保護テープ１６０や、ラミネートテープ１７０、１８０などがある（詳細後述）。図４は、図３の電極組立体においてラミネートテープが付着された状態を説明するための概略的な断面図である。
上記絶縁テープの材質としては、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレンヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）、テトラフルオロエチレン−エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン−ペルフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）などのフッ素樹脂、ポリイミド、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、アセテート樹脂、からなる群より選択された樹脂を用いることができる。このとき、絶縁テープの材質は、上記に列挙されたものに限定されるものではなく、電解液やリチウムイオンに対して高い安全性を有する絶縁性材料であれば、いかなる材質のものを使用してもよい。
保護テープ１６０は、電極板１１０、１２０（正極板１１０及び負極板１２０）に溶接された電極タブ１４０、１５０（正極タブ１４０及び負極タブ１５０）の溶接部位の外側の面を覆うように付着される。したがって、保護テープ１６０は、電極板１１０、１２０の面から突出した電極タブ１４０、１５０の突出部位によってセパレータ１３０が損傷することを防止することができる。
ラミネートテープ１７０、１８０は、電極板１１０、１２０の基材である集電体１１１、１２１（正極集電体１１１及び負極集電体１２１）の両面において、活物質層１１２、１２２（正極活物質層１１２及び負極活物質層１２２）の形成が開始する部位と終了する部位とにそれぞれ付着されることができる。これは、活物質の塗布時に、開始部分と終了部分が突出されるため、かかる活物質層１１２、１２２の突出部位によってセパレータ１３０が損傷されることを防止するために設けられるものである。つまり、集電体１１１、１２１に活物質を塗布する際に、塗布を開始または終了する箇所では、活物質が厚く塗布されてしまい、その部分の電極活物質層が他の領域よりも突出されて形成されてしまう傾向がある。ラミネートテープ１７０、１８０は、このような突出部によりセパレータ１３０が破損されることを防止するために、活物質層１１２、１２２の先端及び終端に付着される。
本発明の実施の形態にかかる電極組立体１００においては、正極板１１０とセパレータ１３０と負極板１２０とがゼリーロール状に巻き取られる時、正極板１１０及び負極板１２０の両端に形成された活物質非塗布領域（無地部）１１３、１２３（正極活物質非塗布領域１１３及び負極活物質非塗布領域１２３）のうち、巻き取りが開始する箇所に位置する活物質非塗布領域を先端正極活物質非塗布領域（第１電極板の先端活物質非塗布領域）１１３Ａ、先端負極活物質非塗布領域（第２電極板の先端活物質非塗布領域）１２３Ａとする。また、巻き取りが終了する箇所に位置する活物質非塗布領域を後端正極活物質非塗布領域（第１電極板の後端活物質非塗布領域）１１３Ｂ、後端負極活物質非塗布領域（第２電極板の後端活物質非塗布領域）１２３Ｂとする。
説明の便宜上、本発明の実施の形態にかかる電極組立体１００の正極板１１０及び負極板１２０の先端が位置する部分、すなわち巻き取りが開始する部分を電極組立体の内周部と称し、正極板１１０及び負極板１２０の後端が位置する部分、すなわち巻き取りが終了する部分を電極組立体の外周部と称することとする。また、正極板１１０及び負極板１２０、または、後端正極活物質非塗布領域１１３Ｂ及び後端負極活物質非塗布領域１２３Ｂにおいて電極組立体の外側に向いている面を外面と称し、電極組立体の内側に向いている面を内面と称することとする。
本発明の実施の形態にかかる電極組立体１００は、電極組立体１００の外周部に正極タブ１４０と負極タブ１５０が設けられる。
正極タブ１４０は、後端正極活物質非塗布領域１１３Ｂに溶接される。溶接された正極タブ１４０の上には、保護テープ１６０が付着される。負極タブ１５０は、後端負極活物質非塗布領域１２３Ｂに溶接され。溶接された負極タブ１５０の上には、保護テープ１６０が付着される。
正極板１１０には、後端正極活物質非塗布領域１１３Ｂの内面に絶縁部材が付着される。この絶縁部材は、正極活物質層１１２と後端正極活物質非塗布領域１１３Ｂとの境界部分に付着されるラミネートテープ１７０Ａである。例えば、図３では、正極板１１０が巻き取られた際に内側となる面に塗布された正極活物質層１１２と後端正極活物質非塗布領域１１３Ｂとの境界部分（図３下側の最も外側の境界部分）を覆うように、ラミネートテープ１７０Ａが付着されている。そして、かかる境界部分に付着されたラミネートテープ１７０Ａは、正極板１１０の後端正極活物質非塗布領域１１３Ｂの端部、すなわち正極集電体１１１の外側の端部まで延びて付着されることができる。したがって、正極板１１０のラミネートテープ１７０Ａは、セパレータ１３０を挟んで負極板１２０の後端負極活物質非塗布領域１２３Ｂの外面と対向する。
また、負極板１２０の後端負極活物質非塗布領域１２３Ｂの内面と対向する正極板１１０の外面にも絶縁部材が付着される。この絶縁部材は、正極板１１０の後端正極活物質非塗布領域１１３Ｂの境界部分に付着されるラミネートテープ１７０Ｂである。例えば図３では、正極板１１０が巻き取られた際に外側となる面に塗布された正極活物質層１１２と後端正極活物質非塗布領域１１３Ｂとの境界部分（図３下側の外側から２番目の境界部分）を覆うように、ラミネートテープ１７０Ｂが付着されている。そして、かかる境界部分に付着されたラミネートテープ１７０Ｂは、正極板１１０の後端正極活物質非塗布領域１１３Ｂ上に延びて付着される。このとき、ラミネートテープ１７０Ｂは、セパレータ１３０’を挟んで負極板１２０の後端負極活物質非塗布領域１２３Ｂの内面と対向するように延長されることができる。
ここで、正極板１１０及び負極板１２０、または後端正極活物質非塗布領域１１３Ｂ及び後端負極活物質非塗布領域１２３Ｂにおいて“外面”は電極組立体の外側に向いている面を称し、“内面”は電極組立体の内側に向いている面を称する。
一方、本発明の実施の形態にかかる電極組立体１００は、その内周部において、正極板１１０の先端正極活物質非塗布領域１１３Ａの両面にラミネートテープ１８０がさらに付着されることができる。ラミネートテープ１８０は、正極板１１０の先端正極活物質非塗布領域１１３Ａの一方の面だけに付着されてもよい。このようなラミネートテープ１８０は、正極板１１０の先端正極活物質非塗布領域１１３Ａが、負極板１２０の負極活物質層１２２及び先端負極活物質非塗布領域１２３Ａと接触するのを防止することができる。
上記のように構成される本発明の実施の形態にかかる電極組立体の作用について、以下に説明する。
電極組立体１００の外周部には、正極タブ１４０と負極タブ１５０とが設けられる。すなわち、正極板１１０の最外側に正極タブ１４０が超音波溶接され、その上に保護テープ１６０が付着される。また、負極板１２０の最外側に負極タブ１５０が超音波溶接され、その上に保護テープ１６０が固定される。このように、正極タブ１４０と負極タブ１５０とが電極組立体１００の最外側に位置するため、放熱が容易になり、電池を充放電した際に正極タブ１４０及び負極タブ１５０に集中する発熱を緩和することができる。その結果、正極タブ１４０及び負極タブ１５０の発熱によって正極板１１０と負極板１２０とが内部短絡するのを防止することができる。
以上のように、電極組立体１００の最外側に位置する正極タブ１４０と負極タブ１５０は、電極組立体１００の内周部に位置する電極タブよりも、放熱性能が向上するという効果を奏する。
また、正極板１１０の後端正極活物質非塗布領域１１３Ｂの内面には、ラミネートテープ１７０Ａが正極板１１０の後端正極活物質非塗布領域１１３Ｂの端部まで延びて付着される。したがって、正極板１１０のラミネートテープ１７０Ａはセパレータ１３０を挟んで負極板１２０の後端負極活物質非塗布領域１２３Ｂの外面と対向する。そのため、正極板１１０と負極板１２０の間に介されたセパレータ１３０が損傷したり収縮しても、正極板１１０の後端正極活物質非塗布領域１１３Ｂが負極板１２０の後端負極活物質非塗布領域１２３Ｂと接触して短絡が発生することがなくなる。あるいは、正極板１１０の後端正極活物質非塗布領域１１３Ｂが負極板１２０の負極活物質層１２２と接触して短絡が発生することがなくなる。特に、正極板１１０の後端正極活物質非塗布領域１１３Ｂと負極板１２０の負極活物質層１２２とが接触した際に、電池の致命的な損傷を招く場合があるが、このような危険を回避できることになる。
さらに、本発明の実施の形態では、正極板１１０の後端正極活物質非塗布領域１１３Ｂの外面にラミネートテープ１７０Ｂがセパレータ１３０’を挟んで負極板１２０の後端負極活物質非塗布領域１２３Ｂの内面と対向するように付着されている。したがって、正極板１１０と負極板１２０との間に介されたセパレータ１３０’が損傷したり収縮しても、負極板１２０の後端負極活物質非塗布領域１２３Ｂが正極板１１０の後端正極活物質非塗布領域１１３Ｂと接触して短絡が発生することがなくなる。あるいは、負極板１２０の後端負極活物質非塗布領域１２３Ｂが正極板１１０の正極活物質層１１２と接触して短絡が発生することがなくなる。特に、負極板１２０の後端負極活物質非塗布領域１２３Ｂと正極板１１０の正極活物質層１１２とが接触することによる内部短絡の発生を防止することができる。
このように、本発明の実施の形態にかかる電極組立体１００は、正極板１１０の正極タブ１４０と、負極板１２０の負極タブ１５０とが、いずれも電極組立体１００の最外側に位置するため、電極タブの発熱による内部短絡の発生を防止することができるといった効果を奏する。
また、セパレータ１３０、１３０’が損傷または収縮した際にも、絶縁部材のラミネートテープ１７０Ａ、１７０Ｂにより、負極板１２０の後端負極活物質非塗布領域１２３Ｂと、正極板１１０の後端正極活物質非塗布領域１１３Ｂまたは正極活物質層１１２とが、絶縁されるため、電池の内部短絡を防止することができる。そのため、電極組立体１００の外周部で発生する短絡をほぼ確実に防止することができる。さらに、ラミネートテープ１８０により正極板１１０の先端正極活物質非塗布領域１１３Ａの両面が絶縁されるため、負極板１２０の先端負極活物質非塗布領域１２３Ａまたは負極活物質層１２２との短絡も防止することができる。
このように、本発明の実施の形態にかかる電極組立体１００の絶縁部材１６０、１７０、１８０は、正極タブ１４０及び負極タブ１５０の短絡を防止し、正極板１１０の正極活物質非塗布領域１１３Ａ、１１３Ｂと負極板１２０の負極活物質層１２２との短絡、及び負極板１２０の負極活物質非塗布領域１２３Ａ、１２３Ｂと正極板１１０の正極活物質層１１２との短絡をほぼ確実に防止することができる。
また、本発明の実施の形態にかかる電極組立体１００は、パウチに収容されて密封された状態で、パウチと電極タブ１４０、１５０間の短絡、及び電極板の活物質非塗布領域と活物質層の短絡を防止する役割も果たすことができる。
このような電極組立体１００を用いたパウチ型リチウム二次電池について以下に説明する。
図１は、本発明の実施の形態にかかる電極組立体を用いたパウチ型リチウム二次電池の分解斜視図である。また、図２は、図１のパウチ型リチウム二次電池が結合された状態を示した断面図である。図１及び図２に示されたように、本発明の実施の形態にかかるパウチ型リチウム二次電池１０には、上述した電極組立体１００が、電解質と共にが収容される。
パウチ型リチウム二次電池１０は、電極組立体１００が収容される内部空間１１を有する第１ケース１２と、第１ケース１２を密封する第２ケース１３とを含む。
パウチの第１ケース１２及び第２ケース１３は、絶縁層、金属層及び保護層が順次積層された構造を有する。絶縁層は最も内側の層であって、絶縁性及び熱接着性を有する物質で形成される。また、金属層は、水分の浸透及び電解液の損失を防止する役割を果たす。そして、上記保護層は最も外側の層であって、電池の本体を保護する役割を果たす。ここで、パウチの材質や形状は、上に述べたものに限定されるものではなく、上記以外の材質や形状であることができる。
上述したような構造を有する電極組立体１００は、第１ケース１２の内部空間に収納される。このとき、電極組立体１００の正極タブ１４０及び負極タブ１５０は、密封される第１ケース１２と第２ケース１３との外部に引き出される。このようにして電極組立体１００が第１ケース１２の内部に収納された後、電解液を注入し、内部空間１１の縁に沿って密閉面に所定の熱と圧力を加える。これにより、第１ケース１２と第２ケース１３とが密封され、パウチ型リチウム二次電池１０の製造が完了する。
このようにして製造が完了したパウチ型リチウム二次電池１０は、上述した電極組立体１００と同様の効果を奏する。すなわち、電極タブ１４０、１５０の発熱が緩和される効果、及び、電極板の活物質非塗布領域と活物質層との間で生じる短絡や電極板の活物質非塗布領域と活物質非塗布領域との間で生じる短絡を防止する効果を奏する。
上述した実施の形態では、本発明の実施の形態にかかる電極組立体１００を、パウチ型リチウム二次電池１０に適用した場合について説明したが、角形または円筒形のリチウム二次電池に適用した場合も同じ効果を得ることができる。
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
例えば、上記実施の形態では、正極板が陰極板の外側に位置するようにジェリーロール状に巻き取られた電極組立体について説明したが、本発明はかかる例に限定されるものではなく、陰極板が正極板の外側に位置するようにジェリーロール状に巻き取られた電極組立体に適用することもできる。このとき、ジェリーロール状に巻き取られた電極組立体の、外側に位置する極性の電極板を第１電極板とし、もう一方の極性の電極板を第２電極板とすることができる。
また、上記実施の形態では、第１電極板と第２電極板とセパレータとがジェリーロール状に巻き取られた電極組立体について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、本発明は、第１電極板と第２電極板とセパレータとが平板状に積層された電極組立体に適用することもできる。あるいは、本発明は、第１電極板と第２電極板とセパレータとが折り畳まれた電極組立体に適用することもできる。
本発明は、電極組立体及びこれを用いたリチウム二次電池に適用可能である。
１０ パウチ型リチウム二次電池
１１ 内部空間
１２ 第１ケース
１３ 第２ケース
１００ 電極組立体
１１０ 第１電極板（正極板）
１１１ 第１電極板の集電体（正極集電体）
１１２ 第１電極板の活物質層（正極活物質層）
１１３Ａ 第１電極板の先端活物質非塗布領域（先端正極活物質非塗布領域）
１１３Ｂ 第１電極板の後端活物質非塗布領域（後端正極活物質非塗布領域）
１２０ 第２電極板（負極板）
１２１ 第２電極板の集電体（負極集電体）
１２２ 第２電極板の活物質層（負極活物質層）
１２３Ａ 第２電極板の先端活物質非塗布領域（先端負極活物質非塗布領域）
１２３Ｂ 第２電極板の後端活物質非塗布領域（後端負極活物質非塗布領域）
１３０ セパレータ
１４０ 第１電極タブ（正極タブ）
１５０ 第２電極タブ（負極タブ）
１６０ 絶縁部材（保護テープ）
１７０、１８０ 絶縁部材（ラミネートテープ）

Claims (12)

  1. 集電体の両端に活物質が塗布されていない活物質非塗布領域をそれぞれ備える第１電極板と、
    集電体の両端に活物質が塗布されていない活物質非塗布領域をそれぞれ備える第２電極板と、
    前記第１電極板と前記第２電極板との間に介在するセパレータと、
    前記第１電極板の最も外側の一面に取り付けられる第１電極タブと、
    前記第２電極板の最も外側の一面に取り付けられる第２電極タブと、
    を含むことを特徴とする電極組立体。
  2. 前記第１電極タブは、前記電極組立体が巻き取られた際に外周部側の端部側に位置する前記第１電極板の後端活物質非塗布領域の最も外周側の面に取り付けられ、
    前記第２電極タブは、前記電極組立体が巻き取られた際に外周部側の端部側に位置する前記第２電極板の後端活物質非塗布領域の最も外周側の面に取り付けられることを特徴とする請求項１に記載の電極組立体。
  3. 前記電極組立体が巻き取られた際に外周部側の端部側に位置する前記第１電極板の後端活物質非塗布領域の少なくとも一面には、絶縁部材が付着されることを特徴とする請求項１に記載の電極組立体。
  4. 前記絶縁部材は、前記電極組立体が巻き取られた際に外周部側の端部側に位置する前記第２電極板の後端活物質非塗布領域の外側の面と対向するように、前記第１電極板の前記後端活物質非塗布領域の内側の面に付着されることを特徴とする請求項３に記載の電極組立体。
  5. 前記絶縁部材は、前記電極組立体が巻き取られた際に外周部側の端部側に位置する前記第２電極板の後端活物質非塗布領域の内側の面と対向するように、前記第１電極板の前記後端活物質非塗布領域の外側の面に付着されることを特徴とする請求項３に記載の電極組立体。
  6. 前記絶縁部材は、前記電極組立体が巻き取られた際に内周部に位置する前記第１電極板の先端活物質非塗布領域の少なくとも一方の面に付着されることを特徴とする請求項３に記載の電極組立体。
  7. 前記絶縁部材は、前記電極組立体が巻き取られた際に内周部に位置する前記第１電極板の先端活物質非塗布領域の両面に付着されることを特徴とする請求項３に記載の電極組立体。
  8. 前記絶縁部材は、絶縁テープであることを特徴とする請求項３に記載の電極組立体。
  9. 前記絶縁部材は、前記第１電極板の活物質が塗布された活物質層と前記活物質非塗布領域との境界部分に付着されるラミネートテープであることを特徴とする請求項３に記載の電極組立体。
  10. 前記第１電極板は正極板であることを特徴とする請求項１に記載の電極組立体。
  11. 前記第２電極板は負極板であることを特徴とする請求項１に記載の電極組立体。
  12. 前記請求項１〜１１のいずれか１項に記載された電極組立体を含むリチウム二電池。
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