JP2012146651A - 二次電池 - Google Patents

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Abstract

【課題】二次電池を提供する。
【解決手段】第１電極物質でコーティングされた第１コーティング部と第１無地部とを備える第１極板と、第２電極物質でコーティングされた第２コーティング部と第２無地部とを備える第２極板と、第１極板と第２極板との間に備えられるセパレータと、を備え、第１無地部と第１コーティング部との間の第１長さは、第２無地部と第２コーティング部との間の第２長さより長い電極組立体及びその製造方法である。
【選択図】図１

Description

本発明は、二次電池に係り、特に二次電池の構造に関する。
最近、携帯電話、ノート型コンピュータ、カムコーダなどのコンパクトかつ軽量化された携帯用の電気／電子装置が活発に開発及び生産されている。したがって、携帯用の電気／電子装置は、別途の電源が備えられていない場所でも作動されるように電池パックを内蔵している。かかる電池パックは、経済的な側面を考慮して、最近には充放電が可能な二次電池を採用している。代表的な二次電池には、ニッケル・カドミウム（Ｎｉ−Ｃｄ）電池、ニッケル・水素（Ｎｉ−ＭＨ）電池、リチウム（Ｌｉ）電池及びリチウムイオン二次電池などがある。特に、リチウムイオン二次電池は、携帯用の電子装備の電源として多く使われているニッケル・カドミウム電池や、ニッケル・水素電池より作動電圧が約３倍高い。また、単位重量当たりのエネルギー密度が高いという側面で広く使われている。二次電池は、主に正極活物質としてリチウム系酸化物を、負極活物質として炭素材を使用している。
本発明の目的は、二次電池を提供するところにある。
本発明の一側面によれば、第１活物質でコーティングされた第１コーティング部と第１無地部とを備える第１極板と、第２活物質でコーティングされた第２コーティング部と第２無地部とを備える第２極板と、前記第１極板と前記第２極板との間に備えられるセパレータと、を備え、第１無地部と第１コーティング部との間の第１長さは、第２無地部と第２コーティング部との間の第２長さより長く形成される電極組立体を提供する。
本発明の一特徴によれば、前記第１極板は、正極板を含み、前記第２極板は、負極板を含み、前記第１長さは、前記正極板での長さを含み、前記第２長さは、前記負極板での長さを含む。
本発明の他の特徴によれば、前記第１長さは、前記第１極板により発生する熱が、前記第２極板で発生する熱と実質的に同じであるか、または前記第２極板により発生する熱より小さいように、前記第２長さより長く形成される。
本発明のさらに他の特徴によれば、前記第１極板の前記コーティングされた第１活物質と前記第１無地部との間隔は、ｗ１の幅を有する第１境界間隔を含み、前記第２極板の前記コーティングされた第２活物質と前記第２無地部との間隔は、ｗ２の幅を有する第２境界間隔を含む。
本発明のさらに他の特徴によれば、前記第１境界間隔ｗ１の長さは、下記の式と同じであるか、またはそれより小さい。
ここで、ｗ２は、第２極板の前記コーティング部と前記第２無地部との第２境界間隔の長さを含み、Ｒ１は、第１極板の前記コーティング部の抵抗を、Ｒ２は、前記第２極板の前記コーティング部の抵抗を、ｄ１は、前記第１極板の厚さを、ｄ２は、前記第２極板の厚さを含む。
本発明のさらに他の特徴によれば、前記ｗ２に対する前記ｗ１の比率は、１から１１．３９の範囲内でありうる。
本発明のさらに他の特徴によれば、前記第１極板の前記第１無地部と前記第１コーティング部との第１境界間隔は、第１長さｗ１を備え、前記第２極板の前記第２無地部と前記第２コーティング部との第２境界間隔は、第２長さｗ２を備え、前記第１及び第２極板の第１及び第２コーティング部は、互いに隣接して位置するように整列され、前記ｗ１と前記ｗ２との和は、前記第１及び第２極板の幅の長さと同じであるか、またはそれより小さい。
本発明のさらに他の特徴によれば、前記第１長さｗ１は、前記第１及び第２境界間隔間の相対的な抵抗の比率、及び前記第１及び第２境界間隔間の相対的な厚さの比率の積に比例する。
本発明のさらに他の特徴によれば、前記第１極板の前記第１無地部の幅は、前記第１境界間隔の幅ｗ１を含み、前記第２極板の前記第２無地部の幅は、前記第２境界間隔の幅ｗ２を含み、前記第１及び第２極板の前記第１及び第２無地部は、前記第１及び第２無地部が互いにオーバーラップされないように前記第１及び第２コーティング部と連結される。
本発明のさらに他の特徴によれば、前記第１極板の前記第１無地部の幅ｗ１は、前記第１及び第２極板の幅の長さの５０％ないし９２％でありうる。
本発明のさらに他の特徴によれば、前記第１及び第２極板の第１及び第２無地部は、それぞれ第１及び第２電極タブを含む。
本発明のさらに他の特徴によれば、前記第１極板は、前記第１無地部と前記第１コーティング部との間に、前記第１コーティング部の幅と同じ長さｗ３を有する境界間隔を定義し、前記第１極板の第１無地部は、実質的に完全に前記第１無地部から延在された前記長さｗ３の幅を有する第１領域、及び前記第１領域から延在された前記長さｗ３より短い幅を有する第２領域を備える。
本発明のさらに他の特徴によれば、第１活物質でコーティングされた第１コーティング部と第１無地部とを備える第１極板を形成するステップと、第２活物質でコーティングされた第２コーティング部と第２無地部とを備える第２極板を形成するステップと、前記第１極板の前記第１コーティング部と前記第１無地部との第１境界間隔の長さ、及び前記第２極板の前記第２コーティング部と前記第２無地部との第２境界間隔の長さをサイジングするステップと、前記第１及び第２極板間にセパレータを配置し、前記第１極板及び前記第２極板を組み立てるステップと、を含み、前記サイジングするステップは、前記第１境界間隔を通じて流れる電流により発生する熱が、前記第１境界間隔の長さの増加により減少するように、前記第１及び第２極板で前記第１及び第２境界間隔を通じて流れる電流により発生する熱に基づいてサイジングする二次電池用の電極組立体の製造方法を提供する。
本発明の他の側面によれば、第１活物質でコーティングされた第１コーティング部と第１無地部とを備える第１極板と、第２活物質でコーティングされた第２コーティング部と第２無地部とを備える第２極板と、前記第１極板と前記第２極板との間に介在されるセパレータと、前記第１極板、前記第２極板及び前記セパレータを収容するケースと、を備え、前記第１無地部と前記第１コーティング部との間の第１長さは、前記第２無地部と前記第２コーティング部との間の第２長さより長く形成されるバッテリー組立体を提供する。
本発明の一特徴によれば、前記第１極板は、正極板を含み、前記第２極板は、負極板を含み、前記第１長さは、前記正極板上での長さを含み、前記第２長さは、前記負極板上での長さを含む。
本発明の他の特徴によれば、前記第１長さは、前記第１極板により発生する熱が、前記第２極板により発生する熱と実質的に同じであるか、または前記第２極板により発生する熱より小さいように、前記第２長さより長く形成される。
本発明のさらに他の特徴によれば、前記第１極板の前記第１無地部と前記コーティングされた第１活物質との間隔は、ｗ１の幅を有する第１境界間隔を含み、前記第２極板の前記第２無地部と前記コーティングされた第２活物質との間隔は、ｗ２の幅を有する第２境界間隔を含む。
本発明のさらに他の特徴によれば、前記第１境界間隔ｗ１の長さは、下記の式と同じであるか、またはそれより小さい。
ここで、ｗ２は、第２極板の前記第２コーティング部と前記第２無地部との第２境界間隔の長さを含み、Ｒ１は、第１極板の前記第１コーティング部の抵抗を、Ｒ２は、前記第２極板の前記第２コーティング部の抵抗を、ｄ１は、前記第１極板の厚さを、ｄ２は、前記第２極板の厚さを含む。
本発明のさらに他の特徴によれば、前記ｗ２に対する前記ｗ１の比率は、１から１１．３９の範囲内でありうる。
本発明のさらに他の特徴によれば、前記第１極板の前記第１無地部と前記第１コーティング部との第１境界間隔は、第１長さｗ１を有し、前記第２極板の前記第２無地部と前記第２コーティング部との第２境界間隔は、第２長さｗ２を有し、前記第１及び第２極板の第１及び第２コーティング部は、互いに隣接して位置するように整列され、前記ｗ１と前記ｗ２との和は、前記第１及び第２極板の幅の長さと同じであるか、またはそれより小さい。
本発明の一実施形態による二次電池によれば、劣化を防止できるという効果がある。
電池セルの分解斜視図である。 電極組立体の部分分解斜視図である。 正極極板の放電末期の温度分布を示したイメージである。 図２のＩＶａ部分を拡大した概略的な斜視図である。 図２のＩＶｂ部分を拡大した概略的な斜視図である。 図２の実施形態の変形例であって、電極組立体を上方から見た平面図である。 図２の実施形態の正極極板の一変形例である。
以下では、図面に示した実施形態を参照して、本発明を詳細に説明する。
本発明は、二次電池の構成に関する発明であって、二次電池は、多様なタイプで構成される。例えば、二次電池は、ニッケル・カドミウム（Ｎｉ−Ｃｄ）電池、ニッケル・水素（Ｎｉ−ＭＨ）電池、リチウム（Ｌｉ）二次電池などでありうる。リチウム二次電池は、例えば、液体電解質を使用するリチウム金属電池、リチウムイオン電池及び高分子固体電解質を使用するリチウムポリマー電池でありうる。リチウムポリマー電池は、高分子固体電解質の種類によって、有機電解液が含有されていない完全固体型リチウムポリマー電池、または有機電解液を含有しているゲル型高分子電解質を使用するリチウムイオンポリマー電池でありうる。以下、電池セル１の構造を、リチウムイオンポリマー電池を中心に説明するが、本発明の保護範囲は、これに制限されず、多様なタイプの二次電池に適用されることはいうまでもない。
図１及び図２を参照して、電池セル１の構造を説明する。図１は、電池セル１の分解斜視図である。図２は、電極組立体１００の部分分解斜視図である。電池セル１は、電極組立体１００、ケース２００及び電解液（図示せず）を備える。
電極組立体１００は、正極極板１１０、負極極板１２０、及び正極極板１１０と負極極板１２０との間に介在されるセパレータ１３０を備える。電極組立体１００は、正極極板１１０、セパレータ１３０及び負極極板１２０を順次に積層して構成される。
正極極板１１０は、正極基材１１１、正極無地部タブ１１１ａ及び正極活物質１１２を備える。正極基材１１１は、例えば、アルミニウム（Ａｌ）を含む。正極無地部タブ１１１ａは、正極基材１１１の一部がさらに延びて形成される。正極活物質１１２は、従来の活物質材料を使用できる。例えば、正極活物質１１２は、コバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ２）でありうる。活物質は、これに制限されず、シリコン系材料やスズ系材料、アルミニウム系材料、ゲルマニウム系材料などで構成してもよい。この時、活物質の材料は、従来の材料だけでなく、リチウムチタン酸化物（ＬＴＯ）を備えてもよい。図１を参照すれば、正極無地部タブ１１１ａは、ケース２００の外部端子と連結される正極リードタブ１１５と連結される。
負極極板１２０は、負極基材１２１、負極無地部タブ１２１ａ及び負極活物質１２２を備える。負極基材１２１は、例えば、銅（Ｃｕ）を含む。負極無地部タブ１２１ａは、負極基材１２１の一部がさらに延びて形成される。負極活物質１２２は、従来の活物質材料を使用できる。例えば、負極活物質１２２は、黒鉛などの負極活物質をコーティングできる。図１を参照すれば、負極無地部タブ１２１ａは、ケース２００の外部端子と連結される負極リードタブ１２５と連結される。
ケース２００は、電極組立体１００及び電解液（図時せず）を収容できる。ケース２００は、柔軟性を有するポーチ型でありうる。
図３は、正極極板１０１の放電末期の温度分布を示すイメージである。図３を参照すれば、正極活物質１１２に対応する第１正極極板部Ｐ１、及び第１正極極板部Ｐ１からさらに延びた第２正極極板部Ｐ２上の温度が異なって表れるということが分かる。ここで、Ｐ１及びＰ２は、それぞれ図２の１１１及び１１１ａに対応する。第１正極極板部Ｐ１の中央部Ｍの温度分布を見れば、図３に示したように最小３８．４℃、最大４１．３℃であり、平均３９．６℃である。中央部Ｍ内の一点での温度は、図３に示したように４０．０℃を表している。これに対し、第１正極極板部Ｐ１と第２正極極板部Ｐ２との境界部Ｂ地域は、温度が４５．１℃に達するということが分かる。すなわち、第１正極極板部Ｐ１と第２正極極板部Ｐ２との境界部Ｂの温度が中央部Ｍなどの他の部分より高いということが分かる。正極活物質１１２と正極無地部タブ１１１ａとの境界に対応する部分で温度が上昇するということが分かる。かかる境界部Ｂの温度上昇は、負極極板１２０と比較して正極極板１０１，１１０でさらに活発に起こる。その理由は、一般的に正極活物質１１２の抵抗値が高く、正極活物質１１２と正極基材１１１との境界部Ｂでジュール熱が発生するためである。正極活物質１１２と正極基材１１１との間に発生する熱は、Ｃ−ｒａｔｅの電流値が大きくなるほどさらに大きく発生する。かかる熱は、充放電を反復するにつれて現れる劣化現象を深刻化させて、電池の寿命を短縮させるか、または安定性を低下させる。したがって、かかる劣化を最小化することが必要である。
図４Ａ、図４Ｂ及び図５を参照して、正極活物質１１２と正極無地部タブ１１１ａとの正極境界間隔ｗ１、及び負極活物質１２２と負極無地部タブ１２１ａとの負極境界間隔ｗ２について説明する。図４Ａは、図２でのＩＶａ部分を拡大した概略的な斜視図である。図４Ｂは、図２でのＩＶｂ部分を拡大した概略的な斜視図である。図５は、図２の実施形態の変形例であって、電極組立体１００を上方から見た平面図である。
正極極板１１０と負極極板１２０とを比較すれば、負極極板１２０の負極活物質１２２には、黒鉛などの抵抗の低い物質が使われるので、銅などを含む負極無地部タブ１２１ａと抵抗差が大きくないのに対して、抵抗値が高い正極活物質１１２と正極無地部タブ１１１ａとの間には抵抗差が大きく発生する。
ここで、正極境界間隔ｗ１を、正極活物質１１２と正極無地部タブ１１１ａとの間隔幅として、負極境界間隔ｗ２を、負極活物質１２２と負極無地部タブ１２１ａとの間隔幅として定義する。充放電を通じて、電流が正極無地部タブ１１１ａ及び負極無地部タブ１２１ａなどを通過し、ジュール熱が正極活物質１１２と正極無地部タブ１１１ａとの間、及び負極活物質１２２と負極無地部タブ１２１ａとの間に集中的に発生する。この時、ジュール熱は、正極境界間隔ｗ１及び負極境界間隔ｗ２の影響を受ける。したがって、抵抗が高くて熱がさらに発生する正極境界間隔ｗ１を負極境界間隔ｗ２より広く形成できる。ここで、図５は、図２の実施形態において、正極境界間隔ｗ１が負極境界間隔ｗ２より大きく形成された電極組立体１００を上方から見た平面図である。以下、数式を参照してさらに詳細に説明する。
電池セル１の全体容量を、正極極板１１０及び負極極板１２０の総個数で割った単位極板当たりの容量をＣとする時、正極／負極極板１１０，１２０の単位面積当たりの電流密度は、Ｃを単位面積で割って求める。例えば、図４Ａにおいて、正極極板１１０の容量をＣとする時、正極活物質１１２と正極無地部タブ１１１ａとの境界部で、単位面積当たりの電流密度（ｍＡ／ｍｍ２）は、Ｃ／ｗ１ｄ１で求める。ここで、同様に図４Ｂにおいて、負極極板１１０の容量をＣとする時、負極活物質１２２と負極無地部タブ１２１ａとの境界部で、単位面積当たりの電流密度（ｍＡ／ｍｍ２）は、Ｃ／ｗ２ｄ２で求める。ここで、ｄ１は、正極極板１１０の厚さを意味し、ｄ２は、負極極板１２０の厚さを意味する。
この時、単位面積当たり発生する熱量Ｑは、次の数式を通じて計算できる。
ここで、Ｉは単位面積当たりの電流（ｍＡ／ｍｍ２）、Ｒは抵抗（Ω）、ｔは時間（ｓｅｃ）を意味する。正極極板１１０で、単位面積当たりの熱量Ｑ１は、
である。ここで、Ｒ１は、正極活物質１１２と正極基材１１１との間の抵抗値である。負極極板１２０で、単位面積当たりの熱量Ｑ２は、
である。ここで、Ｒ２は、負極活物質１２２と負極基材１２１との間の抵抗値である。
一般的に、正極活物質１１２と正極基材１１１との間の抵抗値であるＲ１が、負極活物質１２２と負極基材１２１との間の抵抗値であるＲ２の値より大きい。したがって、正極／負極活物質１１２，１２２と無地部タブ１１１ａ，１２１ａとの境界部において、正極極板１１０の単位面積当たりの熱量Ｑ１が、負極極板１２０の単位面積当たりの熱量Ｑ２より大きく表れて、正極極板１１０上に劣化による損傷が発生しうる。
ここで、一般的に、正極極板１１０の厚さｄ１と負極極板１２０の厚さｄ２とは差がなく、Ｒ１とＲ２との値は、設計変更が容易でないので、正極境界間隔ｗ１と負極境界間隔ｗ２とを調節することで、正極極板１１０の境界部が負極極板１２０の境界部と同じであるか、または負極極板１２０の境界部より熱発生が多くないように調節できる。
下記数式２及び数式３を参照して、正極極板１１０の単位面積当たりの熱量Ｑ１が、負極極板１２０の単位面積当たりの熱量Ｑ２と同じになる場合における正極境界間隔ｗ１及び負極境界間隔ｗ２を求める。
すなわち、数式２により、正極極板１１０の単位面積当たりの熱量Ｑ１と、負極極板１２０の単位面積当たりの熱量Ｑ２とが同じになる点を探せば、数式３のように正極境界間隔ｗ１を負極境界間隔ｗ２及び定数の値で表現できる。
したがって、数式３を満たす正極境界間隔ｗ１及び負極境界間隔ｗ２を有する時、どちらの極板にも偏らず、正極極板１１０及び負極極板１２０の境界部に熱を均一に発生させる。
以下、正極境界間隔ｗ１及び負極境界間隔ｗ２における正極極板１１０の単位面積当たりの熱量Ｑ１、及び負極極板１２０の単位面積当たりの熱量Ｑ２を説明する。正極基材１１１は、アルミニウムを含み、アルミニウムの抵抗は、約０．３Ωでありうる。正極活物質１１２の表面抵抗は、約６２０Ωでありうる。この時、正極基材１１１と正極活物質１１２との間の抵抗は、約３００Ωでありうる。正極基材１１１の厚さは、２０μｍでありうる。
また、負極基材１２１は、銅を含み、銅の抵抗は、約０．３Ωでありうる。負極活物質１２２の表面抵抗は、約２．８Ωでありうる。負極基材１２１と負極活物質１２２との間の抵抗は、約１．３Ωでありうる。負極基材１２１の厚さは、１５μｍでありうる。ここで、各定数値を数式３に代入すれば、下記数式４を通じて、次の値が得られる。
すなわち、正極境界間隔ｗ１に対する負極境界間隔ｗ２の値ｗ２／ｗ１が８．８％である時、正極極板１１０の単位面積当たりの熱量Ｑ１、及び負極極板１２０の単位面積当たりの熱量Ｑ２が同じになる。図５を参照すれば、正極境界間隔ｗ１と負極境界間隔ｗ２との和が、正極／負極極板１１０，１２０の幅Ａより大きくないように設計できる。そうでない場合、正極無地部タブ１１１ａと負極無地部タブ１２１ａとが互いに重なる部分がショートするという問題が発生しうる。したがって、正極無地部タブ１１１ａと負極無地部タブ１２１ａとが最大に拡大される場合、すなわち、正極境界間隔ｗ１と負極境界間隔ｗ２との和が正極／負極極板１１０，１２０の幅Ａである場合、正極境界間隔ｗ１は、正極／負極極板１１０，１２０の幅Ａに対して最大９２％（１１．３９／１２．３９）まで拡張できる。
正極無地部タブ１１１ａと負極無地部タブ１２１ａとの和を、正極／負極極板１１０，１２０の全体幅Ａと同一に構成する場合、正極境界間隔ｗ１は、少なくとも負極境界間隔ｗ２と同じであるか、またはそれよりも大きくなければならないので、正極境界間隔ｗ１は、正極／負極電極１１０，１２０の全体幅Ａに対して５０％ないし９２％でありうる。
また、このように正極境界間隔ｗ１がより拡張されて形成される場合、正極リードタブ１１５と正極無地部タブ１１１ａとの連結面積がさらに広くなって、正極無地部タブ１１１ａと正極リードタブ１１５との間の抵抗が低くなるという効果もある。すなわち、正極無地部タブ１１１ａと正極リードタブ１１５とは電気的に連結され、相互間の接触面に抵抗が発生するが、正極無地部タブ１１１ａと正極リードタブ１１５との接触面積が拡大されるので、相互間の抵抗が低くなるという効果がある。これによって、正極無地部タブ１１１ａと正極リードタブ１１５との間の抵抗により発生する発熱が少なくなる。
以下、正極極板１１０の単位面積当たりの熱量Ｑ１、及び負極極板１２０の単位面積当たりの熱量Ｑ２を求める。電極組立体１００は、４２対の正極／負極極板１１０，１２０を備える。さらに詳しくは、電極組立体１００は、正極極板１１０と対応する負極極板１２０とが一対をなして合計４２対を備え、最外郭の正極に対応する負極極板１２０をもう一つ備えてもよい。すなわち、総４３個の負極極板１２０と、４２個の正極極板１１０とが交互に配置される。ここで、負極極板１２０の個数または正極極板１１０の個数は、一例に過ぎず、負極／正極極板１２０，１１０の個数は、これに制限されるものではない。
この時、一つの正極／負極極板１１０，１２０の面積は、約５４０ｃｍ２でありうる。この時、電池セル１の電流密度は、１．２５ｍＡ／ｃｍ２でありうる。この時、単位セルの活物質の単位重量当たりの電流容量（ｍＡ／ｍｇ）を通じて、一つの電池セル１の容量を求めれば、約５６．９８Ａでありうる。したがって、電池セル１の容量を４２で割った１枚当たりの正極／負極極板１１０，１２０の容量は、１３５７ｍＡでありうる。
下記表１は、正極境界間隔ｗ１における発熱量を示した表である。図２及び図４Ａを参照すれば、正極極板１１０の全体幅は、約２４５ｍｍであり、正極境界間隔ｗ１は、９０ｍｍである時を基準として増加させ、正極極板１１０の単位面積当たりの熱量Ｑ１を求めた。
表１において、正極基材境界部の断面積は、正極境界間隔ｗ１に正極基材１１１の厚さｄ１を乗じた値である。単位面積当たりの電流密度は、１枚当たりの正極極板１１０の容量である１３５７ｍＡを正極基材境界部断面積で割った値である。正極極板１１０の単位面積当たりの熱量Ｑ１は、数式１により求めた後、単位換算のために１０６を乗じた値である。
表２及び表３の値は、表１の方法と類似して求めることができる。ここで、正極／負極境界間隔比率（％）は、正極境界間隔ｗ１及び負極境界間隔ｗ２がそれぞれ９０ｍｍである時を基準として、間隔の増減程度を表した値である。基準に対する増減幅は、正極境界間隔ｗ１及び負極境界間隔ｗ２がそれぞれ９０ｍｍである時を基準として、熱量の増減幅を表したものである。この時、正極境界間隔ｗ１及び負極境界間隔ｗ２の幅は、正極極板１１０の単位面積当たりの熱量Ｑ１、及び負極極板１２０の単位面積当たりの熱量Ｑ２の和を考慮して決定できる。例えば、負極境界間隔ｗ２（ｍｍ）が９ｍｍである場合、負極極板の単位面積当たりの熱量Ｑ２（Ｊ）は、約１３１Ｊであり、正極極板の単位面積当たりの熱量Ｑ１（Ｊ）が類似した値を有するためには、幅を９９ｍｍないし１０８ｍｍに決定できる。
表１を参照すれば、正極境界間隔比率が１００％である時、正極極板の単位面積当たりの熱量Ｑ１が約１７０Ｊであり、表２及び表３を参照すれば、負極境界間隔比率が８．８％である時、負極極板の単位面積当たりの熱量Ｑ２が約１６９．５３Ｊである。このように、正極極板１１０の単位面積当たりの熱量Ｑ１、及び負極極板１２０の単位面積当たりの熱量Ｑ２が類似した値である場合、熱量の不均衡による劣化損傷を減らすことができる。熱量の不均衡により局部的に温度が高くなれば、電池の寿命に損失が発生しうる。例えば、電池に配置されるＳＥＩ（Ｓｏｌｉｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）層は、電解液の充放電を安定的に起こさせる保護層であって、熱に弱くて約６０℃ないし８０℃で損傷されうる。したがって、熱量の均衡が維持されれば、ＳＥＩ層などの局部的損失を防止できるので、電池寿命の安定性が確保されるという効果がある。
ここで、正極極板１１０の単位面積当たりの熱量Ｑ１、及び負極極板１２０の単位面積当たりの熱量Ｑ２の組み合わせが多様であることはいうまでもない。それを一般化させれば、次の数式５の通りである。
この時、関数Ｆ（ｗ１，ｗ２）を最小化させる正極境界間隔ｗ１及び負極境界間隔ｗ２をそれぞれ求めることができる。この時、他の設計条件が課される場合、連立方程式で正極境界間隔ｗ１及び負極境界間隔ｗ２を求めることができることはいうまでもない。例えば、図５において、正極境界間隔ｗ１及び負極境界間隔ｗ２の和を、正極／負極極板１１０，１２０の幅Ａと同一に設計する場合、数式６が成立する。
この時、数式５及び数式６を連立して、正極境界間隔ｗ１及び負極境界間隔ｗ２の最大最小範囲を求めることができることはいうまでもない。
図６を参照して、図２の実施形態のうち正極極板１１０の変形例を説明する。図２、図４Ａ、図４Ｂ及び図５を参照すれば、正極活物質１１２が正極基材１１１を覆い、正極基材１１１の全体幅Ａより狭い幅ｗ１を有した正極無地部タブ１１１ａが正極基材１１１から延在される。しかし、正極極板１１０で単位面積当たりの熱量Ｑ１は、
であるので、正極境界間隔ｗ１が増加するほど、熱量Ｑ１の値が減少する。したがって、図６の実施形態のように、正極極板１１１０の正極境界間隔ｗ３を増加させるために、正極境界間隔ｗ３と正極基材１１１１との幅と同一に構成できる。この場合、正極無地部タブ１１１１ａ，１１１１ｂは、正極基材１１１１から同じ幅で延びた第１正極無地部タブ１１１１ｂ、及び第１正極無地部タブ１１１１ｂからさらに狭い幅で延びた第２正極無地部タブ１１１１ａを備える。この時、負極無地部タブ１２１ａは、図２の実施形態のように構成できることはいうまでもない。すなわち、電極組立体１００は、図６の実施形態による正極極板１１１０、図２の実施形態による負極極板１２０、及びその間に介在されたセパレータ１３０を備える。
したがって、図６の第２正極無地部タブ１１１１ａと、図２の負極無地部タブ１２１ａとの幅が同一または類似するように構成しつつ、図６の正極境界間隔ｗ３が図４Ｂの負極境界間隔ｗ２より大きく構成できることはいうまでもない。
本発明は、図面に示した実施形態を参考にして説明されたが、これは、例示的なものに過ぎず、当業者ならば、これから多様な変形及び均等な他の実施形態が可能であるという点を理解できるであろう。したがって、本発明の真の技術的保護範囲は、特許請求の範囲の技術的思想により決定されなければならない。
本発明は、電池関連の技術分野に適用可能である。
１ 電池セル
１００ 電極組立体
１１０ 正極極板
１１１ 正極基材
１１１ａ 正極無地部タブ
１１２ 正極活物質
１２０ 負極極板
１２１ 負極基材
１２１ａ 負極無地部タブ
１２２ 負極活物質
１３０ セパレータ
２００ ケース

Claims (20)

  1. 第１活物質でコーティングされた第１コーティング部と第１無地部とを備える第１極板と、
    第２活物質でコーティングされた第２コーティング部と第２無地部とを備える第２極板と、
    前記第１極板と前記第２極板との間に備えられるセパレータと、を備え、
    前記第１無地部と第１コーティング部との間の第１長さは、前記第２無地部と第２コーティング部との間の第２長さより長いことを特徴とする電極組立体。
  2. 前記第１極板は、正極板を備え、前記第２極板は、負極板を備え、
    前記第１長さは、前記正極板での長さを含み、前記第２長さは、前記負極板での長さを含むことを特徴とする請求項１に記載の電極組立体。
  3. 前記第１長さは、前記第１極板により発生する熱が、前記第２極板により発生する熱と同じであるか、または前記第２極板により発生する熱より小さいように、前記第２長さより長いことを特徴とする請求項１に記載の電極組立体。
  4. 前記第１極板の前記コーティングされた第１活物質と前記第１無地部との間隔は、ｗ１の幅を有する第１境界間隔を含み、前記第２極板の前記コーティングされた第２活物質と前記第２無地部との間隔は、ｗ２の幅を有する第２境界間隔を含むことを特徴とする請求項１に記載の電極組立体。
  5. 前記第１境界間隔ｗ１の長さは、下記の式と同じであるか、またはそれより小さいことを特徴とする請求項４に記載の電極組立体：
    ここで、ｗ２は、前記第２極板の前記コーティング部と前記第２無地部との第２境界間隔の長さを含み、Ｒ１は、第１極板の前記コーティング部の抵抗を、Ｒ２は、前記第２極板の前記コーティング部の抵抗を、ｄ１は、前記第１極板の厚さを、ｄ２は、前記第２極板の厚さを含む。
  6. 前記ｗ２に対する前記ｗ１の比率は、１から１１．３９の範囲内であることを特徴とする請求項５に記載の電極組立体。
  7. 前記第１極板の前記第１無地部と前記第１コーティング部との第１境界間隔は、第１長さｗ１を備え、前記第２極板の前記第２無地部と前記第２コーティング部との第２境界間隔は、第２長さｗ２を備え、前記第１及び第２極板の第１及び第２コーティング部は、互いに隣接して位置するように整列され、前記ｗ１と前記ｗ２との和は、前記第１及び第２極板の幅の長さと同じであるか、またはそれより小さいことを特徴とする請求項１に記載の電極組立体。
  8. 前記第１長さｗ１は、前記第１及び第２境界間隔間の相対的な抵抗の比率、及び前記第１及び第２境界間隔間の相対的な厚さの比率の積に比例することを特徴とする請求項７に記載の電極組立体。
  9. 前記第１極板の前記第１無地部の幅は、前記第１境界間隔の幅ｗ１を含み、前記第２極板の前記第２無地部の幅は、前記第２境界間隔の幅ｗ２を含み、前記第１及び第２極板の前記第１及び第２無地部は、前記第１及び第２無地部が互いにオーバーラップされないように前記第１及び第２コーティング部と連結されていることを特徴とする請求項７に記載の電極組立体。
  10. 前記第１極板の前記第１無地部の幅ｗ１は、前記第１及び第２極板の幅の長さの５０％ないし９２％であることを特徴とする請求項９に記載の電極組立体。
  11. 前記第１及び第２極板の第１及び第２無地部は、それぞれ第１及び第２電極タブを含むことを特徴とする請求項１に記載の電極組立体。
  12. 前記第１極板は、前記第１無地部と前記第１コーティング部との間に前記第１コーティング部の幅と同じ長さｗ３を有する境界間隔を定義し、
    前記第１極板の第１無地部は、前記第１無地部から延在された前記長さｗ３の幅を有する第１領域、及び前記第１領域から延在された前記長さｗ３より短い幅を有する第２領域を備えることを特徴とする請求項１に記載の電極組立体。
  13. 第１活物質でコーティングされた第１コーティング部と第１無地部とを備える第１極板を形成するステップと、
    第２活物質でコーティングされた第２コーティング部と第２無地部とを備える第２極板を形成するステップと、
    前記第１極板の前記第１コーティング部と前記第１無地部との第１境界間隔の長さ、及び前記第２極板の前記第２コーティング部と前記第２無地部との第２境界間隔の長さをサイジングするステップと、
    前記第１及び第２極板間にセパレータを配置し、前記第１極板及び前記第２極板を組み立てるステップと、を含み、
    前記サイジングするステップは、前記第１境界間隔を通じて流れる電流により発生する熱が、前記第１境界間隔の長さの増加により減少するように、前記第１及び第２極板で前記第１及び第２境界間隔を通じて流れる電流により発生する熱に基づいてサイジングすることを特徴とする二次電池用の電極組立体の製造方法。
  14. 第１活物質でコーティングされた第１コーティング部と第１無地部とを備える第１極板と、
    第２活物質でコーティングされた第２コーティング部と第２無地部とを備える第２極板と、
    前記第１極板と前記第２極板との間に介在されるセパレータと、
    前記第１極板、前記第２極板及び前記セパレータを収容するケースと、を備え、
    前記第１無地部と前記第１コーティング部との間の第１長さは、前記第２無地部と前記第２コーティング部との間の第２長さより長いことを特徴とするバッテリー組立体。
  15. 前記第１極板は、正極板を含み、前記第２極板は、負極板を含み、前記第１長さは、前記正極板上での長さを含み、前記第２長さは、前記負極板上での長さを含むことを特徴とする請求項１４に記載のバッテリー組立体。
  16. 前記第１長さは、前記第１極板により発生する熱が、前記第２極板により発生する熱と同じであるか、または前記第２極板により発生する熱より小さいように、前記第２長さより長いことを特徴とする請求項１４に記載のバッテリー組立体。
  17. 前記第１極板の前記第１無地部と前記コーティングされた第１活物質との間隔は、ｗ１の幅を有する第１境界間隔を含み、前記第２極板の前記第２無地部と前記コーティングされた第２活物質との間隔は、ｗ２の幅を有する第２境界間隔を含むことを特徴とする請求項１４に記載のバッテリー組立体。
  18. 前記第１境界間隔ｗ１の長さは、下記の式と同じであるか、またはそれより小さいことを特徴とする請求項１７に記載のバッテリー組立体：
    ここで、ｗ２は、前記第２極板の前記第２コーティング部と前記第２無地部との第２境界間隔の長さを含み、Ｒ１は、前記第１極板の前記第１コーティング部の抵抗を、Ｒ２は、前記第２極板の前記第２コーティング部の抵抗を、ｄ１は、前記第１極板の厚さを、ｄ２は、前記第２極板の厚さを含む。
  19. 前記ｗ２に対する前記ｗ１の比率は、１から１１．３９の範囲内であることを特徴とする請求項１８に記載のバッテリー組立体。
  20. 前記第１極板の前記第１無地部と前記第１コーティング部との第１境界間隔は、第１長さｗ１を有し、前記第２極板の前記第２無地部と前記第２コーティング部との第２境界間隔は、第２長さｗ２を有し、前記第１及び第２極板の第１及び第２コーティング部は、互いに隣接して位置するように整列され、前記ｗ１と前記ｗ２との和は、前記第１及び第２極板の幅の長さと同じであるか、またはそれより小さいことを特徴とする請求項１４に記載のバッテリー組立体。
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