JP2010192462A - リチウム二次電池 - Google Patents

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Abstract

【課題】絶縁性，または，耐熱性を向上させることができる複合材料テープを用いたリチウム二次電池を提供する。
【解決手段】本発明に係るリチウム二次電池は，第１極集電体と第１極活物質層とを備え，少なくとも一側に第１極無地部が形成された第１極板と，第２極集電体と第２極活物質層とを備え，少なくとも一側に第２極無地部が形成された第２極板と，第１極板と第２極板とを絶縁させるセパレータと，第１極板と第２極板との一側の第１極無地部に第１極タブ，第２極無地部に第２極タブが固定される電極組立体と，を備え，第２無地部の第２極板の第２極活物質層の末端と，少なくとも１つのセパレータの一面とを接着する絶縁テープを更に含み，絶縁テープは，複合材料テープで形成され，複合材料テープは，下地をなす有機材料と，有機材料に分散する無機材料と，を有し，無機材料は，複合材料テープの全体重量に対して２０％〜８０％の含有率である。
【選択図】図１

Description

本発明はリチウム二次電池用複合材料テープおよびこれを用いたリチウム二次電池にかかり，特に有機材料と無機材料とが混合した複合材料で形成され，絶縁性，または，耐熱性が向上したリチウム二次電池用複合材料テープを用いたリチウム二次電池に関する。
通常的に，二次電池（ｓｅｃｏｎｄａｒｙ ｂａｔｔｅｒｙ）は，充電が不可能な一次電池とは異なり，充電および放電が可能な電池を言うものであって，セルラーホーン，ノートブックコンピュータ，キャムコーダ等先端電子機器分野で広く使われている。
このような二次電池としては，リチウム二次電池，ニッケル−カドミウム電池，ニッケル−水素電池などがある。特に，前記リチウム二次電池は作動電圧が３．７Ｖであって，携帯用電子装備電源に大いに使われているニッケル−カドミウム電池やニッケル−水素電池より３倍も高くて，単位重量当たりエネルギー密度が高いという面において急速に伸張している。
前記リチウム二次電池は，電解液の種類によって，液体電解質を使用するリチウムイオン電池と高分子電解質を使用するリチウムポリマー電池とに分けられる。また，前記リチウム二次電池は色々な形状で製造されているが，代表的な形状としては，円筒形，缶形およびパウチ形を挙げることができる。
前記リチウム二次電池は，他の二次電池に比べてエネルギー密度が高いので，電気が発生する正極板と正極タブなどの正極を構成する正極部分と，負極板および負極タブなどの負極を構成する負極部分との間の電気絶縁および断熱が非常に重要になる。まず，リチウム二次電池に使われる電極組立体は正極板と負極板との間にセパレータが介されてゼリーロール形態で巻き取られて形成されて，正極板と負極板とがセパレータにより絶縁する。また，前記電極組立体に連結される電極タブは外面に絶縁テープが接着し，電極タブと電極組立体，または，電極タブと缶，または，電極タブとキャップ組立体との間の電気絶縁性を確保することになる。
一方，前記リチウム二次電池は，エネルギー密度が高いので，二次電池の充放電の際，熱が相対的に大いに発生して，特に，二次電池の過充放電，または，電極のショット時にリチウム二次電池の内部に発熱が発生することになる。一般的に，前記電極組立体は，負極板，正極板およびセパレータ間で互いに絶縁し，かつ，セパレータを通じて電気化学反応が進行するので，電極組立体で発熱が大いに発生する。特に，電極組立体において電極板と電極タブが溶接される部位は異種金属が接合する部位であるので，内部抵抗（ｉｎｔｅｒｎａｌ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ，ＩＲ）が増加し，発熱が集中する。従って，電極タブとセパレータとが接触する部分にはセパレータが発熱により損傷することを防ぐために，樹脂で形成される断熱テープを接着させることになる。
ところで，リチウム二次電池の高容量化が進行することにつれて，リチウム二次電池のエネルギー密度が増加している。従って，リチウム二次電池は内部での発熱可能性が増大して，これによって，電池の内部での短絡など，異常作動の可能性が増加している。しかし，リチウム二次電池において電気絶縁に使われる絶縁テープや断熱に使われる断熱テープは，大部分ＰＩ（ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ），ＰＥＴ（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ），ＰＰ（ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ）のような有機材料で形成されるので，リチウム二次電池の発熱の増加により，テープの耐熱性および耐絶縁性が低下する問題がある。
本発明は，従来のリチウム二次電池用複合材料テープおよびこれを用いたリチウム二次電池が有する上記問題点に鑑みてなされたものであり，本発明の目的は，有機材料と無機材料とが混合した複合材料で形成され，絶縁性，または，耐熱性が向上した，新規かつ改良されたリチウム二次電池用複合材料テープを用いたリチウム二次電池を提供することである。
上記課題を解決するために，本発明のある観点によれば，第１極集電体と第１極活物質層とを備え，少なくとも一側に第１極無地部が形成された第１極板と，第２極集電体と第２極活物質層とを備え，少なくとも一側に第２極無地部が形成された第２極板と，前記第１極板と第２極板とを絶縁させるセパレータと，前記第１極板と第２極板との一側の第１極無地部に第１極タブ，第２極無地部に第２極タブが固定される電極組立体と，を備え，前記第２無地部の前記第２極板の第２極活物質層の末端と，少なくとも１つのセパレータの一面とを接着する絶縁テープを更に含み，前記絶縁テープは，複合材料テープで形成され，前記複合材料テープは，下地をなす有機材料と，前記有機材料に分散する無機材料と，を有し，前記無機材料は，前記複合材料テープの全体重量に対して２０％〜８０％の含有率であるリチウム二次電池が提供される。
前記絶縁テープは，前記第２極集電体の第２極無地部と接触しないセパレータ面に接着されていてもよい。
前記第１無地部の前記第１極板の第１極活物質層の末端と，セパレータの一面とを接着する絶縁テープをさらに含んでもよい。
また、上記課題を解決するために，本発明の別の観点によれば，缶の内部に収容され，正極板，負極板およびセパレータからなる電極組立体と，電解液が受容されるベアセルと，前記ベアセルと電気的に連結される保護回路基板と，前記ベアセルおよび保護回路基板を収納し，上部ケースおよび下部ケースを備える外装ケースと，前記ベアセルと下部ケースまたは上部ケースの内面との間に接着し，前記ベアセルをケースの内部に固定する接着テープと，を備え，前記接着テープは，複合材料テープで形成され，前記複合材料テープは，下地をなす有機材料と，前記有機材料に分散する無機材料と，を有し，前記無機材料は，前記複合材料テープの全体重量に対して２０％〜８０％の含有率であるリチウム二次電池が提供される。
前記複合材料テープは，少なくとも一面に接着剤層が形成されてもよい。
前記有機材料は，ＰＩ，ＰＥＴ，ＰＰ，ＰＰＳ，ＰＥ，ＰＰＥのうち少なくとも１つの材質を含み形成されてもよい。
前記無機材料は，酸化物，または，窒化物で形成されてもよい。
前記酸化物は，Ａｌ２Ｏ３，ＴｉＯ２，ＺｒＯ２，ＳｉＯ２，ＭｎＯ２，ＭｇＯのうち少なくとも１つの材質を含んでもよい。
前記窒化物は，Ｓｉ３Ｎ４，ＢＮのうち少なくとも１つの材質を含んでもよい。
前記無機材料は，球形，または，ウィスカー，または，板形の粒子で形成されてもよい。
前記無機材料は，球形，または，ウィスカーの直径，または，板形の厚さが複合材料テープの厚さの５０％より小さく形成されてもよい。
前記無機材料は，前記複合材料テープの全体体積に対して２０％〜８０％の含有率で含まれていてもよい。
前記無機材料は，前記複合材料テープの全体体積に対して２０％〜５０％の含有率で含まれていてもよい。
前記複合材料テープは，５μｍ〜２００μｍの厚さで形成されてもよい。
以上説明したように本発明によれば、リチウム二次電池の内部で発生する熱によりリチウム二次電池の内部に形成された絶縁テープ，または，断熱テープが機能を失うことが防止できるので，リチウム二次電池の安全性を向上させることができる効果がある。特に，リチウム二次電池の過充放電時に発生する充放電，または，電極の短絡により内部温度が急激に上昇し，複合材料テープの有機材料が溶融しても無機材料により絶縁機能，または，断熱機能が維持されるので，電極間の追加的な短絡が防止できる効果がある。
第１実施形態にかかる複合材料テープの断面図である。 缶形リチウム二次電池を分解したときの斜視図である。 第２実施形態にかかる複合材料テープで形成された断熱テープが適用された電極組立体の巻取前の斜視図である。 図３Ａの第１極板の後面図である。 図３Ａの電極組立体の巻取後の平面図である。 第３実施形態にかかる複合材料テープで形成された断熱テープが適用された電極組立体の巻取後の平面図である。 第４実施形態にかかる複合材料テープで形成された絶縁テープが適用された電極組立体の巻取前の側面図である。 第５実施形態にかかる複合材料テープで形成された第１極集電体の一面にコーティングされた第１極活物質層の突出部に付着する絶縁テープを含む第１極板の側面図である。 図７Ａの平面図である。 第６実施形態にかかる複合材料テープで形成された絶縁テープを含む電極組立体の巻取前の斜視図である。 第７実施形態にかかる複合材料テープで形成された絶縁テープが適用されたパウチ形リチウム二次電池の封入前の斜視図である。 図９Ａのパウチ形リチウム二次電池の封入後のＡ−Ａ断面図である。 第８実施形態にかかる複合材料テープで形成された断熱テープが適用されたパウチ形リチウム二次電池の斜視図である。 図１０ＡのＢ−Ｂ断面図である。 第９実施形態にかかる複合材料テープで形成された接着テープが適用されるパック型リチウム二次電池を分解したときの斜視図である。
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。
（第１実施形態）
図１は，本発明の実施の形態にかかる複合材料テープの部分断面図を示す。
図１を参照すると，複合材料テープ１０は，略平板形状で下地をなす有機材料１２と，前記有機材料１２に分散する無機材料１４を含む複合材料で形成される。即ち，前記複合材料テープ１０は，溶融点が相対的に低い有機材料１２と溶融点が相対的に高い無機材料１４とが所定の割合で混合して形成される。前記複合材料テープ１０は，温度が高まり，有機材料１２が溶融しても，無機材料１４によって断熱および絶縁が維持される。従って，前記複合材料テープ１０は，既存の有機材料によるテープより高い温度でも，断熱機能と絶縁機能とが維持できる。
また，前記複合材料テープ１０は，使われる目的によって，一面，または，両面に別途の接着剤が塗布されて接着剤層１６が形成されることができ，接着剤層１６により必要な部位に接着する。前記複合材料テープ１０は，加熱加圧，または，熱融着により必要な位置に接着する。しかし，適用される位置によっては，加熱加圧，または，熱融着することができない。このような場合には，少なくとも一面に接着体層が形成されて付着する。
前記複合材料テープ１０は，略板状の一般的なテープ形状で形成され，使われる位置と機能によって，多様な厚さと大きさで形成できる。例えば，前記複合材料テープ１０が，電極板の電極無地部に溶接された電極タブの表面に接着してセパレータに伝えられる熱を遮断する断熱テープとして使われる場合，複合材料テープ１０は板状で形成されて，その厚さが５μｍ〜２００μｍで形成される。前記複合材料テープ１０の厚さが５μｍより薄いと，熱遮蔽，または，絶縁機能が落ちることになり，厚さが２００μｍより厚くなると，電極組立体の厚さが，複合材料テープ１０の付着した部分で，部分的に厚くなる。
有機材料１２と無機材料１４との複合材料で形成される際，無機材料１４は，複合材料テープ１０の全体重量対比２０％〜８０％の含有率で形成されることが好ましい。その理由としては，前記無機材料１４の含量が２０％より小さくなると，有機材料１４の溶融の際，無機材料１４粒子が複合材料テープ１０の形状を維持することが困難であるので，複合材料として使う効果がなくなるからである。また，前記無機材料１４の含量が８０％を超過することになると，無機材料１４の粒子が複合材料テープ１０の表面に突出して表面が均一なテープ形状で形成することが困難であり，形成された複合材料テープ１０の強度も弱くなり，使用に問題が生じるからである。
また，有機材料１２と無機材料１４との複合材料で形成される際，無機材料１４は複合材料テープ１０の全体体積対比２０％〜８０％の含有率で，好ましくは，複合材料テープ１０の全体体積対比２０〜５０％の含有率で，形成されることができる。その理由としては，前記無機材料１４の体積が２０％より小さくなると，高温で有機材料１４の溶融の際，無機材料１４粒子が複合材料テープ１０の形状を維持することが困難であり，複合材料で形成される効果がなくなるからである。また，前記無機材料１４の体積が８０％を超過することになると，複合材料テープ１０は表面が均一なテープ形状で形成され難くなるなど，使用に問題が生じるからである。
前記複合材料テープ１０は，適用される位置により，必要とされる物性を有することができるように，有機材料と無機材料が所定の割合で混合して形成される。
前記有機材料１２は，複合材料テープ１０の下地，または，マトリックスをなす材料であって，複合材料テープ１０の引張強度，延伸率のような機械的物性を決定することになる。また，前記有機材料１２は有機材料が溶融しない，比較的低温での断熱性および耐熱性などを決定することになる。従って，前記有機材料１２は，前記複合材料テープ１０が使われる目的と位置によって要求される基本的な物性を有する材質で形成される。また，前記有機材料１２は，大部分二次電 池に使われる電解液と接触することになるので，電解液に対する耐性の優れる材質が使われることが好ましい。従って，前記有機材料１２は，好ましくは，ＰＩ（ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ），ＰＥＴ（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ），ＰＰ（ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ），ＰＥ（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ），ＰＰＳ（ｐｏｌｙｐｈｅｎｙｌｅｎｅ ｓｕｌｆｉｄｅ），ＰＰＥ（ｐｏｌｙｐｈｅｎｙｌｅｎｅｅｔｈｅｒ）のうち少なくとも１つの材質を含んで使われる。
前記無機材料１４は，複合材料テープ１０の下地をなす有機材料１２の内部に所定の形態を有する粉末形状で分散して含まれて，有機材料１２の高温での断熱性，または，絶縁性を強化することになる。
前記無機材料１４は，非伝導性で，かつ，溶融点の高い材料であって，非金属材質からなることができる。従って，前記無機材料１４は，Ａｌ２Ｏ３，ＴｉＯ２，ＺｒＯ２，ＳｉＯ２，ＭｎＯ２，ＭｇＯを含む酸化物と，Ｓｉ３Ｎ４，ＢＮ窒化物を含む多様な材料のうち少なくとも１つの材質を含むの材質を含んで使われることができる。この際，前記無機材料１４は，複合材料テープ１０の使用目的と使用位置によって適正な特性を有する材質が使用できることは勿論である。例えば，前記複合材料テープ１０が，パウチ形二次電池において，パウチパックから引出される電極タブの外面に付着してパウチパックと電極タブとを絶縁させる絶縁テープとして使われる場合に，前記無機材料１４は絶縁機能の他に熱伝導性の良いことが必要とされる。このため，熱伝導性の良いアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）材質が使われることが好ましい。
前記無機材料１４は，有機材料１２内に所定の粉末形状で分散して含まれて，微細な球形粒子，ウィスカー（ｗｈｉｓｋｅｒ）および板状粒子を含む多様な形状で形成されることができる。この際，前記無機材料１４は，複合材料テープ１０の厚さによって所定の大きさの粉末形態で使われる。例えば，前記無機材料１４の粒子が球形の場合には，粒子の大きさは複合材料テープ１０の厚さの５０％より小さな直径を有するように形成されて，好ましくは，複合材料テープ１０の厚さの１０％より小さな直径を有するように形成される。また，前記無機材料１４粒子が板状，または，ウィスカー形状の場合には，板状粒子は複合材料テープ１０の厚さの５０％より小さな厚さを有するように形成されて，好ましくは，複合材料テープ１０の厚さの１０％より小さな厚さで形成される。その理由としては，前記無機材料１４の粒子の直径，または，厚さが５０％より大きくなると，複合材料テープ１０の表面が滑らかでなくて接着力が落ちるからである。また，前記無機材料１４の厚さが５０％より大きくなると，無機材料１４が有機材料１２内に均一に分散しにくくなり，複合材料テープ１０の表面に突出することがあり，その表面が滑らかでなくて接着力が落ちると，リチウム二次電池の充放電過程で部分的な膨脹と収縮が繰り返され，接着位置から離脱する問題が発生するからである。また，前記複合材料テープ１０が，パウチ形リチウム二次電池のパウチパックと電極タブとの間に使われる場合には，封入力が弱くなる問題が発生するからである。
複合材料テープ１０の適用される事例を，リチウム二次電池の種類と位置によって説明する。前記複合材料テープ１０が適用される位置は，缶形リチウム二次電池においては，電極組立体に結合する電極タブの前後面，電極組立体を構成する電極板に形成される電極活物質層の終端部，電極組立体を構成するセパレータの両終端部などがある。また，パウチ形リチウム二次電池においては，電極タブがパウチから引出される部分，パウチと保護回路基板が接触する部分などがある。以下では，リチウム二次電池のこのような部分に適用される複合材料テープ１０に関して説明する。
（第２実施形態）
図２は，缶形リチウム二次電池を分解したときの斜視図である。図３Ａは，第１実施形態にかかる複合材料テープで形成された断熱テープが適用された電極組立体の巻取前の斜視図である。図３Ｂは，図３Ａの第１極板の後面図である。図４は，図３Ａの電極組立体の巻取後の平面図である。
図２を参照すると，電極組立体１００，前記電極組立体１００を内部に受け入れる缶１６０および前記缶１６０の上段開口部１６０ａを封入するキャップ組立体１７０を含んで形成される。前記缶１６０は，直六面体，または，角形の形状を有する金属材で形成されることができて，好ましくは，アルミニウムのように，軽く，かつ，腐食に強い金属材で形成される。前記缶１６０は，その一面が開口した上段開口部１６０ａを含み，上段開口部１６０ａを通じて電極組立体１００が受容される。また，前記缶１６０は，上段開口部１６０ａにキャップ組立体１７０が結合して，内部に電解液が注入された後に封入する。前記缶１６０は，キャップ組立体１７０を通じて電極組立体１００の正極タブ，または，負極タブと電気的に連結され，端子としての役割を遂行する。
前記キャップ組立体１７０は，キャッププレート１７１，絶縁プレート１７２，ターミナルプレート１７３および電極端子１７４を含んで構成される。前記キャップ組立体１７０は別途の絶縁ケース１７９と結合し，缶１６０の上段開口部１６０ａに結合し，缶１６０を封入することになる。前記電極端子１７４は，電極組立体１００の第１極タブ１４６と連結されて，二次電池の構造によっては第２極タブ１３６に連結されることができる。
前記電極組立体１００は，図３Ａ，図３Ｂおよび図４を参照すると，第１極板１４０，第２極板１３０およびセパレータ１５０を含み，第１極板１４０と第２極板１３０との間にセパレータ１５０が介されて積層された後，ゼリーロール（ｌｅｌｌｙ−ｒｏｌｌ）形態で巻取られる。ここで，前記第１極板１４０は，負 極板で形成されて，第２極板１３０は正極板で形成されることができて，第１極板と第２極板が反対に形成できることは勿論である。
また，前記電極組立体１００の内周部には第１極板１４０に溶接され，上部に突出する第１極タブ１４６が形成されており，外周部には前記第２極板１３０に溶接され，上部に突出する第２極タブ１３６が形成されている。ここで，内周部は前記電極組立体１００の巻取時の中心部を意味して，外周部は前記電極組立体１００の外部側を意味している。
前記第１極板１４０は，第１極集電体１４２，第１極活物質層１４４および第１極タブ１４６を含んで構成される。また，前記第１電極板は，第１実施形態にかかる複合材料テープ１０で形成される第１極断熱板２０を含んで形成される。
前記第１極集電体１４２は薄板の銅ホイルで形成されて，第１極集電体１４２の両面には炭素材を主成分とする第１極活物質層１４４が塗布される。また，前記第１極集電体１４２の両端には第１極活物質層１４４がコーティングされていない領域である第１極無地部１４３が形成される。
前記第１極タブ１４６は，ニッケル金属，または，ニッケル合金で形成されることができるが，その材質を限定するものではない。前記第１極タブ１４６は，第１極集電体１４２の両端の第１極無地部１４３のうち，巻取時に内周部に位置する端の第１極無地部１４３に超音波溶接されて固定する。前記第１極タブ１４６は，その上段部が第１極集電体１４０の上部の上に突出するように固定し，電極組立体１００の巻取の際，電極組立体１００の上部に突出する。
前記第１極断熱板２０は，前記第１極タブ１４６が溶接された前記第１極無地部１４３の反対側に接着して，好ましくは，前記第１極タブ１４６が溶接された前記第１極無地部１４３の反対側に第１極タブ１４６の接着面積より広い面積で形成されて接着する。
前記第１極断熱板２０は断熱材であって，第１実施形態にかかる熱遮断性能と耐熱耐久性の優れる複合材料テープ１０で形成される。前記複合材料テープ１０は，その材質および一般的な形状に対しては前述したところがあるので，ここでは詳細な説明を省略する。
前記第１極断熱板２０は，第１極タブ１４６が溶接された第１極無地部１４３の反対側に形成されて，前記第１極断熱板２０は，第１極タブ１４６で発生する熱を遮断し，第１極タブ１４６で発生する熱を隣接のセパレータ１５０と第２極板１３０とに伝えられないようにする。一般的に，リチウム二次電池は，電極組立体の電極板と電極タブが溶接された部分で発熱量が多くなって，特に，負極板で形成される前記第１極板１４０に第１極タブ１４６が溶接された部分は，電極組立体１００内で発熱量が最も多くなる。従って，前記第１極断熱板２０は，電極組立体１００の内周部に形成され，他の位置よりも熱を大いに受けるので，相対的に高温特性の良い無機材料の含有量が多くなるように形成されることが好ましい。
前記第１極断熱板２０は，第１実施形態にかかる複合材料テープ１０で形成されるので，第１極タブ１４から発生する熱により温度が高まり，有機材料１２の部分が溶融しても，無機材料１４部分により形態が維持する。従って，前記第１極断熱板２０は，熱がセパレータ１５０に伝えられることを最大限遮断し，かつ，断熱機能を遂行することになる。また，前記第１極断熱板２０は，有機材料と無機材料との複合材料で形成されるので，絶縁機能も共に有する。
前記第２極板１３０は，第２極集電体１３２と第２極活物質層１３４と第２極タブ１３６とを含んで構成される。
前記第２極集電体１３２は，薄板のアルミニウムホイルで形成されて，第２極集電体１３２の両面にはリチウム酸化物を主成分とする第２極活物質層１３４が塗布される。また，前記第２極集電体１３２は，一端，または，両端に第２極活物質層１３４がコーティングされていない第２極無地部１３３が形成される。
前記第２極タブ１３６は，前記第２極集電体１３２の一端に位置する第２極無地部１３３に，上段部が第２極集電体１３２の上段部の上に突出するように，超音波溶接，または，レーザ溶接で固定する。前記第２極タブ１３６はニッケル金属，または，ニッケル合金で形成されることができるが，その材質に限定されない。
（第３実施形態）
図５は，第１実施形態にかかる複合材料テープで形成された断熱テープが適用された電極組立体の巻取後の平面図である。
図５を参照すると，前記電極組立体１００ａは，第１極板１４０と第２極板１３０ａおよび第１極板１４０と第２極板１３０ａとの間に介されるセパレータ１５０が巻取られて形成される。前記第１極板１４０と第２極板１３０ａは，各々，第１極タブ１４６の外面に付着した第１極断熱板２０と第２極タブ１３６の外面に付着した第２極断熱板２２とを含んで形成される。即ち，前記第２極断熱板２２は，前記第２極タブ１３６が溶接された第２極無地部１３３の反対側に前記第１極断熱板２０と同様な方式で付着して形成される。
前記第２極タブ１３６は，一般的に，電極組立体１００の外周部に設けられるので，発生する熱が缶１６０方向に広がるが，熱が急激に発生する場合には，熱の拡散が円滑でなくなり，セパレータ１５０，または，第１極板１４０方向に伝えられ，セパレータ１５０の損傷を誘発する可能性がある。このような場合に，前記第２極断熱板２２は，セパレータ１５０の損傷を防止することができる。但し，前記第２極タブ１３６が外周部に設けられる場合には，第１極タブ１４６部位より発熱量が少なく，発生する熱が外部に広がることが容易であるので，第２極断熱板２２は，第１極断熱板２０より薄く形成されても可能になる。
（第４実施形態）
図６は，複合材料テープで形成された絶縁テープが適用された電極組立体の巻取前の平面図である。
図６を参照すると，電極組立体１００ｂは，第１極板１４０ｂと第２極板１３０ｂおよび第１極板１４０ｂと第２極板１３０ｂとの間に介されるセパレータ１５０を含んで形成される。前記第１極板１４０ｂと第２極板１３０ｂは，前記第１極タブ１４６と第２極タブ１３６の外面に接着する第１極絶縁板２５と第２極絶縁板２７をさらに含んで形成される。前記第１極絶縁板２５と第２極絶縁板２７は，第１実施形態にかかる複合材料テープ１０で形成されて，その材質と形状は前述したところがあるので，ここでは詳細な説明を省略する。前記第１極絶縁板２５は，第１極集電体１４２の第１極無地部１４３において，第１極タブ１４６と第１極断熱板２０が形成された面の反対面に付着して形成される。また，前記第２極絶縁板２７は，第２極集電体１３２の第２極無地部１３３において，第２極タブ１３６と第２極断熱板２２が形成された面の反対面に付着して形成される。
前記第１極タブ１４６と第２極タブ１３６は，一般的に，金属板をプレス金型により切断して形成するので，切断過程において，切断面に部分的または全体的にバー（ｂｕｒｒ）を形成することができる。前記電極組立体１００ｂの巻取過程および圧延過程において，第１極タブ１４６と第２極タブ１３６のバーは，第１極板１４０ｂと第２極板１３０ｂを電気的に絶縁するセパレータ１５０に損傷を与え，延いては，セパレータ１５０を貫通し，第１極板１４０ｂと第２極板１３０ｂを電気的に短絡させる問題を誘発する。従って，前記第１極絶縁板２５と第２極絶縁板２７は，前記第１極タブ１４６と第２極タブ１３６の外面に付着し，バーが露出しないようにすることにより，セパレータが損傷することを防止することになる。また，前記第１極絶縁板２５と第２極絶縁板２７は，電極組立体が巻取られる際，第１極板１４０ｂと第２極板１３０ｂに接触する他の方向のセパレータ１５０ａに伝えられる熱を遮断することになり，セパレータ１５０ａの溶融と収縮が防止できる。
（第４実施形態）
図７Ａは，複合材料テープで形成された第１極集電体の一面にコーティングされた第１極活物質層の突出部に付着する絶縁テープを含む第１極板の側面図である。図７Ｂは，図７Ａの平面図である。図７Ａと図７Ｂは，第１極板，または，第２極板の中，１つの電極板を図示しており，第１極板と第２極板の両方共に絶縁層が形成できることは勿論である。図７Ａと図７Ｂの前記第１極板は，図３の第１極板と同じ構造の部分があり，以下の説明を省略する。
前記第１極板１４０ｃは，第１極集電体１４２と，前記第１極集電体１４２の少なくとも一面に形成される第１極活物質層１４４と，前記第１極集電体１４２において第１極活物質層１４４が形成されない第１極無地部１４３と，前記第１極活物質層１４４の終端部１４５に付着する絶縁テープ３０とを含んで形成される。また，前記第１極無地部１４３の一側には第１電極タブ１４６が形成される。図７Ａと図７Ｂにおいて，前記第１極活物質層１４４は，第１極集電体１４２の一面に形成されることと図示されたが，両面に全て形成できることは勿論である。
前記絶縁テープ３０は，第１実施形態にかかる複合材料テープ１０で形成される。従って，前記絶縁テープ３０の材質と形状に対して，ここでは詳細な説明を省略する。但し，前記絶縁テープ３０は，高温で絶縁機能を維持することが必要であるので，複合材料テープ１０で形成される際，無機材料の重量を有機材料の量より増加させることが好ましい。前記絶縁テープ３０は突出部の大きさによって所定の大きさで形成されて，好ましくは，突出部１４５を全体的に覆うことができる大きさで形成される。前記絶縁テープ３０は，第１極活物質層１４４の突出部１４５に付着し，突出部１４５が電極組立体の巻取の際，第１極活物質層１４４に接触するセパレータ（図示してはいない，図３Ａ参照）を損傷させることを防止することになる。より詳細に説明すると，前記第１極活物質層１４４は第１極集電体１４２にコーティングされる際，コーティングが始まる部分とコーティングが終了する部分は活物質層が連続する部分に比べてコーティングされたスラリーが固まり，多少突出する突出部１４５が形成される。前記電極組立体の巻取工程等において，電極組立体に圧力が加えられると，前記突出部１４５は部分的に圧力が集中し，第１極板１４０ｃと第２極板（図示してはいない，図３Ａ参照）を電気的に絶縁させるセパレータ（図３Ａ参照）に損傷を加えることができる。従って，前記絶縁テープ３０は突出部１４５の表面に付着し，突出部１４５が直接的にセパレータに接触することを防止することになる。
（第６実施形態）
図８は，第１実施形態にかかる複合材料テープで形成された絶縁テープを含む電極組立体の巻取前の斜視図を示す。
図８を参照すると，前記電極組立体１００ｃは，第１極板１４０，第２極板１３０，セパレータ１５０および前記セパレータ１５０の所定位置に接着する絶縁テープ４０をさらに含んで形成される。前記第１極板１４０，第２極板１３０およびセパレータ１５０に対しては前述したところがあるので，ここでは詳細な説明を省略する。
前記絶縁テープ４０は，少なくとも第１極板１４０の高さで形成されて，第１極集電体１４２の第１極無地部１４３の所定の面積を塗布するように所定の幅で形成される。前記絶縁テープ４０は，第１実施形態にかかる複合材料テープ１０で形成されて，その材質と形状に対する詳細な説明は省略する。但し，前記絶縁テープ４０は高温で絶縁機能と共に形状を維持し，セパレータ１５０の収縮を防止しなければならない。そこで，絶縁テープ４０を複合材料テープ１０で形成する際は，有機材料の重量を無機材料の重量より大きくすることが好ましい。前記絶縁テープ４０は，前記第１極板１４０，第２極板１３０およびセパレータ１５０が巻取られて電極組立体１００Ｃを形成する際，第１極集電体１４２の第１極無地部１４３の終端が絶縁テープ４０と接触するようにセパレータ１５０の所定の位置に付着する。前記セパレータ１５０は，前記第１極板１４０と第２極板１３０との両側に各々介されて巻取られるので，前記セパレータ１５０の一面に接着する。前記絶縁テープ４０はセパレータ１５０の一定の面積と接着しながらセパレータ１５０を支えることになるので，セパレータ１５０が熱を受ける場合にセパレータの収縮が防止できる。従って，前記第１極板１４０と第２極板１３０は絶縁テープ４０により収縮が防止されるセパレータ１５０により，絶縁状態が維持できる。前記第１極板１４０が負極板で形成されると，第１極タブ１４６は負極タブで形成される。一般的に，リチウム二次電池において，負極タブは電極組立体の内周部に位置することが多く，負極タブ１４６が溶接された部分は，電極組立体１００Ｃ内で発熱量が最も多くなる。従って，前記絶縁テープ４０は，特に熱によって収縮が激しいセパレータ１５０の終端部，即ち，第１極集電体１４２の第１極無地部１４３に対応する位置でセパレータ１５０の収縮が効果的に防止できることになる。
また，前記絶縁テープ４０は，第２極集電体１３２の第２極無地部１３３と接触しない面のセパレータ１５０に接着するようにすることが好ましい。前記セパレータ１５０は，負極タブが形成された部分で収縮が最も激しくなるため，前記絶縁テープ４０を第１極集電体１４２の第１極無地部１４３と接触するセパレータ１５０の面に付着すると，第１電極タブ１４６が付着した第１極無地部１４３が，セパレータ１５０に直接的に接触することを防止できる。従って，前記絶縁テープ４０は，セパレータ１５０に伝わる熱を効果的に遮断し，セパレータ１５０が収縮することを防止できる。
（第７実施形態）
図９Ａは，第１実施形態にかかる複合材料テープで形成された絶縁テープが適用されたパウチ形リチウム二次電池の封入前の斜視図である。図９Ｂは，図９Ａのパウチ形リチウム二次電池の封入後のＡ−Ａ断面図を示す。
図９Ａと図９Ｂを参照すると，前記パウチ形リチウム二次電池２００は，パウチ２１０と前記パウチ２１０の内部に受容される電極組立体２３０と含んで形成される。
前記パウチ２１０は，直方形板状のパウチ膜の中間が折りたたまれ，パウチは，上部パウチ２１２と下部パウチ２１３とで構成される。また，前記下部パウチ２１３は，プレス（ｐｒｅｓｓ）加工などを通じて，電極組立体２３０が受容される下部溝２１６が形成される。前記パウチ２１０は，通常，金属ホイル２１４と前記金属ホイル２１４の内外側にラミネーティングされるポリマー膜２１５を含んで形成される。従って，前記パウチ２１０は上部パウチ２１２と下部パウチ２１３とが接触した状態で加熱加圧されると，ポリマー膜２１５が溶融し，接着しながら上部パウチ２１２と下部パウチ２１３とが結合して封入される。
前記電極組立体２３０は，正極板２３１，セパレータ２３３，負極板２３５の順序で積層した多層膜が渦形で巻取られてゼリーロール（ｊｅｌｌｙ ｒｏｌｌ）形状で形成される。前記電極組立体２３０はパウチ２１０の下部溝２１６に受容されて，パウチ２１０は縁部が密着した状態で加熱加圧されて封入される。
前記正極板２３１と負極板２３５は，一側に，各々，正極タブ２３７と負極タブ２３８が形成されて，パウチ２１０の外部と電気的に連結される。前記正極タブ２３７と負極タブ２３８は電極組立体２３０が巻取られる方向と垂直方向に突出するように形成されて，パウチ２１０の封入される一辺２１８を通じてパウチ２１０の外部に引出される。
前記正極タブ２３７と負極タブ２３８はパウチ２１０外部に引出される際，パウチ２１０と接触する絶縁テープ５０が付着する。
前記絶縁テープ５０は，所定の長さで形成され，正極タブ２３７と負極タブ２３８の外面に各々付着する。前記絶縁テープ５０はパウチが加熱加圧される際，共に加熱加圧されて溶融されながら正極タブ２３７および負極タブ２３８とパウチ２１０と接着する。従って，前記絶縁テープ５０は，正極タブ２３７と負極タブ２３８がパウチ２１０を通じて外部に引出される際，正極タブ２３７および負極タブ２３８とパウチ２１０を絶縁させることになる。前記絶縁テープ５０は，第１実施形態にかかる複合材料テープ１０で形成されて，その材質と形状に対する詳細な説明は省略する。但し，前記絶縁テープ５０は，パウチ２１０の縁部が比較的高温で加熱加圧されながら封入されるので，高温で絶縁機能を維持することが必要である。即ち，前記複合材料テープ１０で形成される際，無機材料の重量が有機材料の重量より大きくなることが望ましい。これにより，前記絶縁テープ５０は，パウチの内部の温度が上昇したり，正極タブ２３７と負極タブ２３８の温度が局部的に上昇したりして，有機材料が溶融しても，無機材料により絶縁機能を維持することができる。即ち，前記パウチ２１０は，正極タブ２３７および負極タブ２３８が外部に引出された状態で加熱加圧され，正極タブ２３７および負極タブ２３８が引出される部分では，相対的に高い圧力を受けることになる。これにより，パウチ２１０のポリマー膜２１５が変形されながら内部の金属ホイル２１４を露出することができる。従って，前記絶縁テープ５０は，正極タブ２３７および負極タブ２３８と金属ホイル２１４を絶縁させることになる。
（第８実施形態）
図１０Ａは，第１実施形態にかかる断熱テープが適用されたパウチ形リチウム二次電池の斜視図である。図１０Ｂは，図１０ＡのＢ−Ｂ断面図である。
図１０Ａと図１０Ｂを参照すると，前記パウチ形リチウム二次電池２００ａは，ベアセル２１０ａ，前記ベアセル２１０ａに電気的に連結される保護回路基板２５０および前記ベアセル２１０ａと保護回路基板２５０との間に付着する断熱テープ６０を含んで形成される。前記ベアセル２１０ａは，図９Ａと図９Ｂで説明したように，パウチ２１０，パウチ２１０の内部に受容される電極組立体および前記電極組立体からパウチ２１０の外部に引出される第１極タブ２３７と第２極タブ２３８を含んで形成される。
前記保護回路基板２５０は，第１極タブ２３７と第２極タブ２３８に電気的に連結されて，ベアセル２００の所定の位置に安着して固定する。
前記断熱テープ６０は所定大きさと厚さの板形状テープで形成されて，ベアセル２１０ａと保護回路基板２５０との間に付着し，保護回路基板２５０をベアセル２１０ａに固定することになる。また，前記断熱テープ６０は，ベアセル２１０ａの内部，または，第１極タブ２３７と第２極タブ２３８から発生する熱が保護回路基板２５０に伝えられることを防止することになる。前記断熱テープ６０は，少なくとも保護回路基板２５０の大きさで形成されることが好ましい。従って，前記保護回路基板２５０は，ベアセル２１０ａから熱が伝えられないので，比較的低い温度状態を維持し，正常に作動することになる。前記断熱テープ６０は，第１実施形態にかかる複合材料テープ１０で形成されて，ここで，その材質とその形状に対する詳細な説明は省略する。但し，前記断熱テープ６０は，接着力により保護回路基板をベアセル２１０ａに固定する機能を遂行することになるので，両面に別途の接着体層が形成されることが必要となる。また，前記断熱テープ６０は，ベアセル２１０ａにおいて，他の位置に比べて比較的低温の位置に付着するので，複合材料テープ１０で形成される際は，有機材料の重量を無機材料の重量より大きくすることが好ましい。
（第９実施形態）
図１１は，第１実施形態にかかる複合材料テープで形成された接着テープが適用されたパック型リチウム二次電池を分解したときの斜視図を示す。
図１１を参照すると，前記パック形リチウム二次電池３００は，ベアセル３１０，保護回路基板３２０，外装ケース３３０および接着テープ７０を含んで形成される。
前記ベアセル３１０は，外観を形成する缶と缶の内部に正極板，負極板およびセパレータからなる電極組立体と，電解液が受容されて上部はキャップ組立体で封入されて形成される。前記ベアセル３１０は別途のリードプレート３１２，３１４により正極板と負極板が各々保護回路基板３２０と電気的に連結される。前記保護回路基板３２０の所定の位置には外部機器と連結される連結端子３２２が形成される。
前記外装ケース３３０は上部ケース３３２と下部ケース３３４とを含み，内部に所定の空間を形成することになる。また，前記上部ケース３３２，または，下部ケース３３４には連結端子３２２が露出する連結端子溝３３６が形成される。前記外装ケース３３０は内部にベアセル３１０と保護回路基板３２０が受容されて安着して，上部ケース３３２と下部ケース３３４が溶着して内部を封入することになる。
前記接着テープ７０は，ベアセル３１０と下部ケース３３４の内面，または，上部ケース３３２の内面間に接着し，ベアセル３１０をケース３３０の内部に固定することになる。前記接着テープ７０は，第１実施形態にかかる複合材料テープ１０で形成されて，ここで，その材質とその形状に対する詳細な説明は省略する。但し，前記接着テープ７０は，接着力によりベアセル３１０をケース３３０に固定する機能を遂行することになるので，両面に別途の接着体層が形成されることが必要となる。また，前記接着テープ７０は，ベアセル３１０から発生する熱をケース３３０に速く伝達し，リチウム二次電池の温度が上昇することを防止することになる。従って，前記接着テープ７０は，複合材料で形成される際，無機材料としては熱伝導特性の優れるＡｌ２Ｏ３を使用する。また，前記接着テープ７０は，別途の接着体層が形成されるので，有機材料は接着剤の機能よりは，形状維持機能が必要であり，無機材料の含量が有機材料の含量より多いことが好ましい。
以上，第１実施形態にかかる複合材料テープ１０の実施の形態に対して説明したが，ここで，複合材料テープ１０の使用位置を限るのではなくて，絶縁，または，断熱機能を必要とする多様なテープに適用できることは勿論である。また，本発明の実施の形態にかかる複合材料テープは角形およびパウチ形リチウム二次電池だけでなく，円筒形リチウム二次電池とボタン形リチウム二次電池及び一次電池などにも多様に適用できることは勿論である。
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詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、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、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
本発明のリチウム二次電池用複合材料テープおよびこれを用いたリチウム二次電池は，複合材料テープの使用位置を限るのではなくて，絶縁，または，断熱機能を必要とする多様なテープに適用できる。また，本発明の複合材料テープは，角形およびパウチ形リチウム二次電池だけでなく，円筒形リチウム二次電池とボタン形リチウム二次電池及び一次電池などにも多様に適用できる。
１０ 複合材料テープ
１２ 有機材料
１４ 無機材料
１６ 接着剤層
２０ 第１極絶縁板
２２ 第２極断熱板
２５ 第１極絶縁板
２７ 第２極絶縁板
３０ 絶縁テープ
４０ 絶縁テープ
５０ 絶縁テープ
６０ 断熱テープ
７０ 接着テープ
１００ 電極組立体
１００ａ 電極組立体
１００ｂ 電極組立体
１００ｃ 電極組立体
１３０ 第２極板
１３０ａ 第２極板
１３０ｂ 第２極板
１３２ 第２極集電体
１３３ 第２極無地部
１３４ 第２極活物質層
１３６ 第２極タブ
１４０ 第１極板
１４０ｂ 第１極板
１４０ｃ 第１極板
１４２ 第１極集電体
１４３ 第１極無地部
１４４ 第１極活物質層
１４５ 第１極活物質層突起部
１４６ 第１極タブ
１５０ セパレータ
１５０ａ セパレータ
１６０ 缶
１６０ａ 上段開口部
１７０ キャップ組立体
１７１ キャッププレート
１７２ 絶縁プレート
１７３ ターミナルプレート
１７４ 電極端子
１７９ 絶縁ケース
２００ パウチ形リチウム二次電池
２００ａ パウチ形リチウム二次電子
２１０ パウチ
２１０ａ ベアセル
２１２ 上部パウチ
２１３ 下部パウチ
２１４ 金属ホイル
２１５ ポリマー膜
２１６ 下部溝
２１８ 封入される一辺
２３０ 電極組立体
２３１ 正極板
２３３ セパレータ
２３５ 負極板
２３７ 正極タブ
２３８ 負極タブ
２５０ 保護回路基板
３００ パック形リチウム二次電池
３１０ ベアセル
３１２ リードプレート
３１４ リードプレート
３２０ 保護回路基板
３２２ 連結端子
３３０ 外装ケース
３３２ 上部ケース
３３４ 下部ケース
３３６ 連結端子溝

Claims (14)

  1. 第１極集電体と第１極活物質層とを備え，少なくとも一側に第１極無地部が形成された第１極板と，
    第２極集電体と第２極活物質層とを備え，少なくとも一側に第２極無地部が形成された第２極板と，
    前記第１極板と第２極板とを絶縁させるセパレータと，
    前記第１極板と第２極板との一側の第１極無地部に第１極タブ，第２極無地部に第２極タブが固定される電極組立体と，
    を備え，
    前記第２無地部の前記第２極板の第２極活物質層の末端と，少なくとも１つのセパレータの一面とを接着する絶縁テープを更に含み，
    前記絶縁テープは，複合材料テープで形成され，
    前記複合材料テープは，
    下地をなす有機材料と，
    前記有機材料に分散する無機材料と，
    を有し，
    前記無機材料は，前記複合材料テープの全体重量に対して２０％〜８０％の含有率であることを特徴とする，リチウム二次電池。
  2. 前記絶縁テープは，前記第２極集電体の第２極無地部と接触しないセパレータ面に接着することを特徴とする，請求項１に記載のリチウム二次電池。
  3. 前記第１無地部の前記第１極板の第１極活物質層の末端と，セパレータの一面とを接着する絶縁テープをさらに含むことを特徴とする，請求項１に記載のリチウム二次電池。
  4. 缶の内部に収容され，正極板，負極板およびセパレータからなる電極組立体と，
    電解液が受容されるベアセルと，
    前記ベアセルと電気的に連結される保護回路基板と，
    前記ベアセルおよび保護回路基板を収納し，上部ケースおよび下部ケースを備える外装ケースと，
    前記ベアセルと下部ケースまたは上部ケースの内面との間に接着し，前記ベアセルをケースの内部に固定する接着テープと，
    を備え，
    前記接着テープは，複合材料テープで形成され，
    前記複合材料テープは，
    下地をなす有機材料と，
    前記有機材料に分散する無機材料と，
    を有し，
    前記無機材料は，前記複合材料テープの全体重量に対して２０％〜８０％の含有率であることを特徴とする，リチウム二次電池。
  5. 前記複合材料テープは，少なくとも一面に接着剤層が形成されることを特徴とする，請求項１〜４のいずれか１項に記載のリチウム二次電池。
  6. 前記有機材料は，ＰＩ，ＰＥＴ，ＰＰ，ＰＰＳ，ＰＥ，ＰＰＥのうち少なくとも１つの材質を含み形成されることを特徴とする，請求項１〜５のいずれか１項に記載のリチウム二次電池。
  7. 前記無機材料は，酸化物，または，窒化物で形成されることを特徴とする，請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載のリチウム二次電池。
  8. 前記酸化物は，Ａｌ２Ｏ３，ＴｉＯ２，ＺｒＯ２，ＳｉＯ２，ＭｎＯ２，ＭｇＯのうち少なくとも１つの材質を含むことを特徴とする，請求項７に記載のリチウム二次電池。
  9. 前記窒化物は，Ｓｉ３Ｎ４，ＢＮのうち少なくとも１つの材質を含むことを特徴とする，請求項７に記載のリチウム二次電池。
  10. 前記無機材料は，球形，または，ウィスカー，または，板形の粒子で形成されることを特徴とする，請求項１〜９のいずれか１項に記載のリチウム二次電池。
  11. 前記無機材料は，球形，または，ウィスカーの直径，または，板形の厚さが複合材料テープの厚さの５０％より小さく形成されることを特徴とする，請求項１０に記載のリチウム二次電池。
  12. 前記無機材料は，前記複合材料テープの全体体積に対して２０％〜８０％の含有率で含まれることを特徴とする，請求項１〜請求項１１のいずれか１項に記載のリチウム二次電池。
  13. 前記無機材料は，前記複合材料テープの全体体積に対して２０％〜５０％の含有率で含まれることを特徴とする，請求項１〜請求項１１のいずれか１項に記載のリチウム二次電池。
  14. 前記複合材料テープは，５μｍ〜２００μｍの厚さで形成されることを特徴とする，請求項１〜請求項１３のいずれか１項に記載のリチウム二次電池。
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