JP2015529954A - 段差構造が形成された電極組立体 - Google Patents

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Abstract

本発明は、電極タブが形成されている構造の２つ以上の電極板と、前記電極板間に介在する分離板及び／又は前記電極板間に介在し、電極タブ非形成部位である電極板の側面を覆っている一単位の分離シートとを含み、互いに反対の極性を有する電極板が、分離板及び／又は分離シートを挟んで平面を基準として高さ方向に沿って積層されており、前記電極板の積層体が、互いに異なる大きさの電極板を含み、互いに対面して互いに異なる大きさの電極板の厚さの差の絶対値が、０〜７９μｍである電極組立体に関する。

Description

本発明は、二次電池を構成する電極組立体に係り、詳細には、段差構造が形成された電極組立体に関する。
ＩＴ（Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）技術の目覚ましい発達に伴い、様々な携帯型情報通信機器の拡散により、２１世紀は、時間と場所にとらわれずに高品質の情報サービスが可能な‘ユビキタス社会’に発展している。
このようなユビキタス社会への発展のベースには、リチウム二次電池が重要な位置を占めている。具体的には、充放電が可能なリチウム二次電池は、ワイヤレスモバイル機器のエネルギー源として広範囲に使用されているだけでなく、化石燃料を使用する既存のガソリン車両、ディーゼル車両などの大気汚染などを解決するための方案として提示されている電気自動車、ハイブリッド電気自動車などのエネルギー源としても使用されている。
上記のように、リチウム二次電池が適用されるデバイスの多様化に伴い、リチウム二次電池は、適用されるデバイスに適した出力と容量を提供できるように多様化されている。なお、小型軽薄化が強く要求されている。
上記のリチウム二次電池は、その形状に応じて円筒形電池セル、角形電池セル、パウチ型電池セルなどに区分することができる。その中でも、高い集積度で積層可能であり、重量当たりのエネルギー密度が高く、安価であり、変形が容易なパウチ型電池セルが多くの関心を集めている。
図１Ａ及び図１Ｂには、従来の代表的なパウチ型二次電池の一般的な構造が分解斜視図として模式的に示されている。
図１Ａを参照すると、パウチ型二次電池１００は、複数の電極タブ２１，２２が突出しているスタック型電極組立体２０と、電極タブ２１，２２にそれぞれ接続されている２つの電極リード３０，３１と、電極リード３０，３１の一部が外部に露出するようにスタック型電極組立体２０を収納及び密封する構造の電池ケース４０とを含む構成となっている。
電池ケース４０は、スタック型電極組立体２０が載置される凹状の収納部４１を含む下部ケース４２と、そのような下部ケース４２の蓋として、スタック型電極組立体２０を密封する上部ケース４３とからなっている。上部ケース４３と下部ケース４２は、スタック型電極組立体２０を内蔵した状態で熱融着されて、上端シーリング部４４と側面シーリング部４５，４６、及び下端シーリング部４７を形成する。
図１Ａでは、上部ケース４３と下部ケース４２がそれぞれ別途の部材として表示されているが、図１Ｂでのように、一側端部が一体に連続しているヒンジ式構造も可能である。
また、図１Ａ及び図１Ｂは、電極タブと電極リードとが接続された構造の電極端子が一端に共に形成されている構造のパウチ型電池セルを示しているが、電極端子が一端と他端にそれぞれ形成されている構造のパウチ型電池セルなども上記のような方法で作製できることは勿論である。
また、図１Ａ及び図１Ｂは、スタック型電極組立体を使用したパウチ型電池セルを示しているが、巻き取り型又はジェリーロール型電極組立体を使用する場合にも上記のような方法で製造できることは勿論である。
図１Ａ及び図１Ｂに記載のように、パウチ型電池セルは、略直方体の形状に製造されることが一般的である。
しかし、デバイスのデザインは直方体状ではない場合もある。例えば、スマートフォンの場合には、把持感の向上のために、側面を曲線処理することもある。
このように曲線処理された部分を有するようにデザインされたデバイスの場合、直方体状の電池セルまたは電池パックは、デバイスの内部の空間活用度に限界があるという問題がある。
すなわち、曲線処理された部分には、電池セルを装着できないデッドスペース（ｄｅａｄ ｓｐａｃｅ）が形成される。このようなデッドスペースは、結局、デバイス体積当たりの容量を低下させるという問題がある。
本出願の発明者らは、上記のような従来技術の問題点を解決するために、デバイスの体積当たりの容量を最大限向上させることができる電極組立体を提供しようとする。
上記目的を達成するための本発明に係る電極組立体は、
電極タブが形成されている構造の２つ以上の電極板と、前記電極板間に介在する分離板及び／又は前記電極板間に介在し、電極タブ非形成部位である電極板の側面を覆っている一単位の分離シートとを含み、
互いに反対の極性を有する電極板が、分離板及び／又は分離シートを挟んで平面を基準として高さ方向に沿って積層されており、
前記電極板の積層体が、互いに異なる大きさの電極板を含み、
互いに対面している互いに異なる大きさの電極板の厚さの差の絶対値が、０〜７９μｍであることを特徴とする。
上記において、平面は、地面または地面に垂直な平面であってもよく、例えば、“平面を基準として高さ方向に沿って積層される”ということは、極板が地面から重力方向及び／又は重力と反対方向に積層され得ることを意味することができる。したがって、極板の積層方向は、重力方向及び／又は重力と反対方向であり得る。
前記の電極板の厚さは、電解液が含浸される空隙度（ｐｏｒｏｓｉｔｙ）を考慮して設計しなければならない。従来の電極組立体の場合、電解液の含浸速度が一定であるが、本発明のように互いに異なる大きさの電極板を含むことで段差が形成された電極組立体の場合には、電解液の含浸速度に差がある。このような差を補償するために、本発明は、互いに異なる大きさの電極板間の厚さの差の絶対値を０〜７９μｍに設計し、前記の範囲内で、電解液が互いに異なる大きさの電極板に一定の速度で含浸され得ることを確認した。
上記において、互いに反対の極性を有する電極板は、正極板と負極板であってもよく、互いに異なる大きさの正極板と負極板の対抗比（Ｎ／Ｐ ｒａｔｉｏ）は、１．０以上〜１．１未満であることを特徴とする。前記の対抗比の範囲内で、互いに異なる大きさの正極板と負極板の厚さは変化し得る。本発明に係る一つの非制限的な実施例において、互いに異なる大きさの正極板に対する負極板の厚さの比は、０．５〜２．０であってもよい。
０．５未満の場合には、正極のリチウムイオンを受けることができる負極のサイトが不足して、リチウムイオンが析出されて、性能及び設計した容量と比較して低い容量を示すことがあり、２を超える場合には、初期充電時にリチウムイオンを受けることができる負極のサイト（Ｓｉｔｅ）が多いため、不可逆容量が大きくなり、設計した容量と比較して実際の容量が低く、過度の量の負極が使用されて、電池密度対比容量の効率であるエネルギー密度が低くなることがあるため好ましくない。
また、互いに異なる大きさの正極板と負極板の厚さの比は、積層方向に沿って次第に増加してもよく、または減少してもよい。好ましくは、前記厚さの比は、積層方向に沿って次第に増加することができる。
従来は、正極板と負極板の対抗比は１．１以上であることが一般的である。しかし、前記の対抗比は、互いに実質的に同じ大きさを有する正極板と負極板との間の反応バランス（ｖａｌｅｎｃｅ）を合せるためのものであるので、本発明の電極組立体のように、互いに異なる大きさの電極板間の厚さの差によって段差が形成される場合には、一律に適用しにくい。
上記において、実質的に同じ大きさを有する正極板と負極板は、本発明とは異なり、段差が形成されていない従来の電極組立体を構成する正極板と負極板を意味するもので、従来技術として本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者に知られている正極板と負極板の大きさの差は実質的同一の概念に含まれる。
前記の一般的な対抗比を本発明に単純に適用した場合、充電時に過剰のリチウムイオンが析出され、安全性が急激に低下するという問題がある。このような問題点を解決するために、本発明は、互いに異なる大きさの正極板と負極板の対抗比が１．０以上〜１．１未満であることを特徴とする。
具体的に、前記正極板は、正極集電体上に正極スラリー層が形成されている構造とすることができ、正極集電体の一面にのみ正極スラリー層が形成されている一面正極板と、正極集電体の両面に正極スラリー層が形成されている両面正極板とからなってもよい。
前記一面正極板の正極集電体の厚さと両面正極板の厚さとは同一であってもよく、一面正極板の正極集電体の厚さが両面正極板の厚さに比べて厚くてもよい。
本発明の具体的な実施例において、前記一面正極板の正極集電体の厚さと両面正極板の正極集電体の厚さとの比は、２．５：１〜１．５：１であってもよい。より具体的には、２：１であってもよい。
本発明の好ましい実施例において、前記一面正極板の正極集電体の厚さは、両面正極板の正極集電体の厚さに比べて厚くすることができる。この場合、正極集電体上に正極スラリー層が形成された正極板を圧延（ｒｏｌｌ ｐｒｅｓｓ）するとき、一面正極板がベンディング（ｂｅｎｄｉｎｇ）される現象を防止することができる。これは、良品性及び工程性を向上させるなどの利点がある。
本発明の具体的な実施例において、前記一面正極板の最大厚さは、８７〜９２μｍであり、前記一面正極板の最小厚さは、７０〜７４μｍであってもよく、前記両面正極板の最大厚さは、１２８〜１３３μｍであり、前記両面正極板の最小厚さは、９１〜９９μｍであってもよい。
前記一面正極板の場合、正極スラリーのローディング量は、１６ｍｇ／ｃｍ２〜２２ｍｇ／ｃｍ２の範囲内であってもよく、前記両面正極板の場合、正極スラリーのローディング量は、３２ｍｇ／ｃｍ２〜４４ｍｇ／ｃｍ２の範囲内であってもよい。
前記負極板は、負極集電体上に負極スラリー層が形成されている構造とすることができ、負極集電体の一面にのみ負極スラリー層が形成されている一面負極板と、負極集電体の両面に負極スラリー層が形成されている両面負極板とからなってもよい。
同様に、前記一面負極板の負極集電体の厚さと両面負極板の厚さは同一であってもよく、一面負極板の正極集電体の厚さが両面負極板の厚さに比べて厚くてもよい。
本発明の具体的な実施例において、前記一面負極板の負極集電体の厚さと両面負極板の負極集電体の厚さとの比は、２．５：１〜１．５：１であってもよく、より具体的に、２：１であってもよい。
本発明の好ましい実施例において、前記一面負極板の負極集電体の厚さは、両面負極板の負極集電体の厚さに比べて厚くすることができる。この場合、負極集電体上に負極スラリー層が形成された負極板を圧延（ｒｏｌｌ ｐｒｅｓｓ）するとき、一面負極板がベンディング（ｂｅｎｄｉｎｇ）される現象を防止することができる。これは、良品性及び工程性を向上させるなどの利点がある。
本発明の具体的な実施例において、前記一面負極板の最大厚さは、８６〜９１μｍであり、前記一面負極板の最小厚さは、６７〜７０μｍであり、前記両面負極板の最大厚さは、１３９〜１４９μｍであり、前記両面負極板の最小厚さは、１０１〜１０８μｍであってもよい。
前記一面負極板の場合、負極スラリーのローディング量が７．７ｍｇ／ｃｍ２〜１０．５ｍｇ／ｃｍ２の範囲内であってもよく、前記両面負極板の場合、負極スラリーのローディング量が、１５．４ｍｇ／ｃｍ２〜２１ｍｇ／ｃｍ２の範囲内であってもよい。
前記互いに対面している互いに異なる大きさの電極板のうち、相対的に大きさが大きい電極板は負極板であってもよい。このとき、前記負極板は、分離板又は分離シートを挟んで正極板と対面する両面に負極スラリー層が形成されており、前記負極スラリー層は、対面する正極板の正極スラリー層が形成された部位にのみ形成されていてもよい。
分離板又は分離シートを挟んで隣接している電極板のうち、相対的に大きさが大きい電極板が負極板である場合には、前記負極板は、外部から針状体などの物体が電池を押圧または貫通する場合、安全部材として作用して、一次的に微細短絡を誘発するので、電池の発火及び爆発を防止することができる効果がある。
このような負極板の安全部材としての機能は、電池モジュールまたは電池パックを構成する一つの電池の発火及び爆発が、電池モジュール及び電池パック全体の発火及び爆発に繋がることがある電池モジュール及び電池パックにおいて特に重要である。
また、分離シートを挟んで隣接している電極板のうち、相対的に大きさが大きい極板が負極板である場合には、分離シートを挟んで隣接している電極板のうち、相対的に大きさが大きい電極板が正極板である場合に比べて、充放電時に樹枝状成長を最小化することができる。
但し、これに限定されるものではなく、相対的に大きさが大きい電極板が正極板であってもよい。この場合、前記正極板は、分離板又は分離シートを挟んで負極板と対面する両面に正極スラリー層が形成されており、前記正極スラリー層は、対面する負極板の負極スラリー層が形成された部位にのみ形成されていてもよい。
前記電極板の積層体は、最下段に一面正極板または一面負極板が積層された構造であってもよい。
具体的に、最下段に一面負極板が積層されている場合、前記一面負極板は、分離板又は分離シートを挟んで正極板と対面する一面にのみ負極スラリー層が形成されていてもよく、このとき、前記負極スラリー層は、対面する正極板の正極スラリー層が形成された部位にのみ形成されていてもよい。
また、最下段に一面正極板が積層されている場合、前記一面正極板は、分離板又は分離シートを挟んで負極板と対面する一面にのみ正極スラリー層が形成されており、前記正極スラリー層は、対面する負極板の負極スラリー層が形成された部位にのみ形成されていてもよい。
前記電極板の角部は全て直角に処理されていてもよく、少なくとも１つの角部が曲線処理されていてもよい。より具体的に、平面視四角形状の電極板の４個の角部のうち少なくとも１つは曲線をなしていてもよい。上記のように、少なくとも１つの角部が曲線処理されている場合、落下時、曲線処理された角部に加わる衝撃を緩和することができるので、落下安全性が向上するという効果がある。
前記分離シートは、電極板の側面を覆った状態で正極板と負極板との間に介在するので、繰り返される充放電によって電極板と分離シート間の界面接触を堅固に維持することができる。具体的に、分離シートを巻き取るときに発生する引張力は、電極板と分離シート間の界面を密着する圧力を提供することができる。
場合によっては、前記分離シートは、前記の積層体の一部又は全部の外周面を覆っていてもよい。このとき、分離シートの末端は熱融着されるか、またはテープで固定されてもよい。
また、前記の積層体を構成する電極板の側面を覆っている分離シートは、互いに異なる大きさの電極板の側面に密着せずに、所定の距離だけ離隔することがある。したがって、この場合、側面から離隔している部分を切断または熱処理して、分離シートが電極板の側面に密着するようにすることができる。
前記電極板の形状は、特に限定されないので、平行六面体形状であってもよく、平面視多角形、円形などであってもよい。前記電極板は、平板状であってもよく、曲面を有する板状であってもよい。詳細には、前記電極板は、全幅、全長及び全高を有する平行六面体形状であってもよい。前記平行六面体は、平面視四角形状であってもよい。
前記電極板は、２つ以上の電極板からなっており、これらは、全て大きさが異なっていてもよく、一つの電極板が、同じ大きさの残りの電極板と大きさが異なっていてもよく、同じ大きさの２つ以上の電極板（Ａ）と、前記電極板（Ａ）と大きさが異なる、同じ大きさの２つ以上の電極板（Ｂ）との組み合わせであってもよく、同じ大きさの２つ以上の電極板（Ａ）と、前記電極板（Ａ）と大きさが異なる、同じ大きさの２つ以上の電極板（Ｂ）と、前記電極板（Ａ）及び電極板（Ｂ）と互いに大きさが異なる、同じ大きさの２つ以上の電極板（Ｃ）との組み合わせであってもよい。
本発明は、前記の電極組立体が電池ケース内に内蔵されて電解質で含浸され、密封された構造からなるリチウム二次電池を提供する。前記電池ケースは、樹脂層と金属層を含むラミネートシートの電池ケースであって、本発明に係る階段構造の電極組立体又は複合電極組立体が内蔵される収納部が形成されていてもよく、前記収納部は、本発明に係る階段構造の電極組立体又は複合電極組立体の形状に対応する階段構造の形状を有することができる。
前記リチウム二次電池は、携帯電話、携帯用コンピュータ、スマートフォン、スマートパッド、ネットブック、ＬＥＶ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、プラグインハイブリッド電気自動車、及び電力貯蔵装置から選択される１つのデバイスの電源又は動力源として用いることができる。ただし、これらに限定されるものではない。
電池セルの構造及び作製方法、または、これらデバイスの構造及びその作製方法などは、当業界に公知となっているので、本明細書ではそれについての詳細な説明は省略する。
従来の代表的なパウチ型二次電池の分解斜視図である。 従来の代表的なパウチ型二次電池の分解斜視図である。 本発明に係る電極組立体を構成する極板及び分離板の斜視図を模式的に示す図である。 本発明に係る電極組立体を構成する極板及び分離板の垂直断面図を模式的に示す図である。 最上段の極板と最下段の極板の極性が互いに異なる単位セルの垂直断面図の模式図である。 最上段の極板と最下段の極板の極性が互いに異なる単位セルの垂直断面図の模式図である。 最上段の極板と最下段の極板の極性が同一である単位セルの垂直断面図の模式図である。 本発明の一実施例に係る電極組立体の垂直断面図の模式図である。 図７の電極組立体の展開図の模式図である。 本発明の他の一実施例に係る電極組立体の垂直断面図である。 本発明の他の一実施例に係る電極組立体の垂直断面図である。 本発明の他の一実施例に係る電極組立体の垂直断面図である。 本発明の他の一実施例に係る電極組立体の垂直断面図である。
以下では、本発明の実施例に係る図面を参照して説明するが、これは、本発明のより容易な理解のためのものであり、本発明の範疇がそれによって限定されるものではない。
図２及び図３には、本発明に係る電極組立体を構成する正極板１３０、負極板１７０及び分離板１５０が模式的に示されている。図２及び図３を共に参照すると、正極板１３０は、正極集電体１３６上に正極スラリー１３２が塗布されている構造であり、負極板１７０は、負極集電体１７６に負極スラリー１７２が塗布されている構造である。
図２の正極板１３０は、正極スラリー１３２が正極集電体１３６の上下両面に塗布されており、負極板１７０は、負極スラリー１７２が負極集電体１７６の上下両面に塗布されている。図２及び図３の正極板１３０及び負極板１７０は、全長Ｌ１、全幅Ｓ１、全高Ｈを有する平行直方体の形状からなっている。
図４から図６には、図３の正極板１３０と負極板１７０とが分離板１５０を挟んで積層面と平行な平面を基準として高さ方向に沿って交互に積層されている電極組立体３００，４００の垂直断面図が模式的に示されている。
図４及び図５の電極組立体２１０，２２０，２３０，２４０，２５０は、積層された電極板のうち最上段の電極板と最下段の電極板との極性が互いに異なる。図６の電極組立体３１０，３２０，３３０は、積層された電極板のうち最上段の電極板と最下段の電極板との極性が互いに同一である。
電極組立体２２０，２５０，３３０において最下段に積層されている正極板は、上段に積層された分離板と直接接触する一面にのみ正極スラリーが塗布されている。
図７には、図４及び図５の電極組立体のみで構成した本発明に係る電極組立体の垂直断面図が模式的に示されている。具体的に、最下段には、同じ全幅を有し、電極組立体３００Ｂ，３００Ｄ，３００Ｆ，３００Ｈに比べて最も全幅が長い電極組立体３００Ｉ，３００Ｇ，３００Ｅ，３００Ｃ，３００Ａが平面を基準として高さ方向に沿って順次積層されており、電極組立体３００Ａの上段には、電極組立体３００Ｉ，３００Ｇ，３００Ｅ，３００Ｃ，３００Ａに比べて全幅が短く、同じ大きさの全幅を有する電極組立体３００Ｂ，３００Ｄが順次積層されており、電極組立体３００Ｄの上段には、電極組立体３００Ｂ，３００Ｄに比べて全幅が短く、同じ全幅を有する電極組立体３００Ｆ，３００Ｈが順次積層されている。
このとき、最下段の電極組立体３００Ｉは、図４又は図５の電極組立体２２０，２５０であってもよい。
電極組立体３００Ｉ，３００Ｇ，３００Ｅ，３００Ｃ，３００Ａ，３００Ｂ，３００Ｄ，３００Ｆ，３００Ｈの一側面または対向面が、一致または同一平面上に存在するように積層されている。
電極組立体３００Ｉ，３００Ｇ，３００Ｅ，３００Ｃ，３００Ａ，３００Ｂ，３００Ｄ，３００Ｆ，３００Ｈの一面及び対向面と一側面及び対向側面は、分離フィルム４５０で覆われており、電極組立体３００Ｉ，３００Ｇ，３００Ｅ，３００Ｃ，３００Ａ，３００Ｂ，３００Ｄ，３００Ｆ，３００Ｈが積層されている構造物の外周面もまた分離フィルム４５０で覆われている。
分離フィルム４５０は、電極組立体３００Ｉ，３００Ｇ，３００Ｅ，３００Ｃ，３００Ａ，３００Ｂ，３００Ｄ，３００Ｆ，３００Ｈが積層されている構造物の外周面を覆った後、熱融着またはテープで固定されてもよい。図７において、分離フィルム４５０は、電極組立体３００Ｉ，３００Ｇ，３００Ｅ，３００Ｃ，３００Ａ，３００Ｂ，３００Ｄ，３００Ｆ，３００Ｈが積層されている構造物の外周面を覆った後、テープで固定されている。
図８には、図７の電極組立体の展開図が開示されている。具体的に、電極組立体３００Ａ，３００Ｂ，３００Ｃ，３００Ｄ，３００Ｅ，３００Ｆ，３００Ｇ，３００Ｈ，３００Ｉは、最も大きい全長Ｌ１を有する電極組立体３００Ａ，３００Ｃ，３００Ｅ，３００Ｉに対応する幅Ｌ２を有する分離フィルム上に、分離フィルム４５０の長さＳ２方向に沿って、電極組立体３００Ａが、それの全幅Ｓ１と電極組立体３００Ｂの高さとの和に相当する距離だけ電極組立体３００Ｂと離隔し、電極組立体３００Ｃが、電極組立体３００Ａ，３００Ｂの高さと分離フィルムの厚さとの和に該当する距離だけ電極組立体３００Ｂと離隔する方式で、電極組立体３００Ａ，３００Ｂ，３００Ｃ，３００Ｄ，３００Ｅ，３００Ｆ，３００Ｇ，３００Ｈ，３００Ｉが所定の距離で離隔した状態で、順に分離フィルム４５０に配列されており、電極組立体３００Ａが巻き始め点に位置し、電極組立体３００Ｉが巻き終わり点に位置している。
このように電極組立体３００Ａ，３００Ｂ，３００Ｃ，３００Ｄ，３００Ｅ，３００Ｆ，３００Ｇ，３００Ｈ，３００Ｉが配列されている分離フィルムを巻き取ることによって、図７の電極組立体を作製することができる。
図８において、電極組立体３００Ａ，３００Ｂ，３００Ｃ，３００Ｄ，３００Ｅ，３００Ｆ，３００Ｇ，３００Ｈ，３００Ｉは、平面視で角部のうち一つが曲線をなしている。勿論、平面視で角部が直角をなしている場合にも、図８のように電極組立体３００Ａ，３００Ｂ，３００Ｃ，３００Ｄ，３００Ｅ，３００Ｆ，３００Ｇ，３００Ｈ，３００Ｉを配列して、図７の電極組立体を作製できることは勿論である。
図８において、電極組立体３００Ａ，３００Ｃ，３００Ｅ，３００Ｇ，３００Ｉの電極タブの全幅は、電極組立体３００Ｂ，３００Ｄの電極タブの全幅に比べて大きい。同様に、電極組立体３００Ｂ，３００Ｄの電極タブの全幅は、電極組立体３００Ｆ，３００Ｈの電極タブの全幅に比べて大きい。
具体的に、電極組立体３００Ｅと電極組立体３００Ｆのそれぞれの正極タブ１３８Ｅ，１３８Ｆの全幅は互いに異なる。但し、電極組立体３００Ａ，３００Ｂ，３００Ｃ，３００Ｄ，３００Ｅ，３００Ｆ，３００Ｇ，３００Ｈ，３００Ｉの電極タブの全幅は同一であってもよい。
図８には、分離フィルム４５０が電極組立体３００Ｉ，３００Ｇ，３００Ｅ，３００Ｃ，３００Ａ，３００Ｂ，３００Ｄ，３００Ｆ，３００Ｈの一面及び対向面と一側面及び対向側面を覆う長さＳ２を有しているように表現されているが、電極組立体３００Ｉ，３００Ｇ，３００Ｅ，３００Ｃ，３００Ａ，３００Ｂ，３００Ｄ，３００Ｆ，３００Ｈが積層されている構造物の外周面を覆うことができる長さを有することができることは、当業者に容易に理解されるであろう。
図７において、電極組立体３００Ａと電極組立体３００Ｂの積層面には、電極組立体３００Ａと電極組立体３００Ｂとの全幅の差だけの空間が形成される。また、電極組立体３００Ｄと電極組立体３００Ｆの積層面にも、電極組立体３００Ｄと電極組立体３００Ｆとの全幅の差だけの空間が形成される。したがって、電極組立体３００Ａ，３００Ｂ，３００Ｆの積層面には、幅と高さがある階段構造が形成される。幅は、電極組立体３００Ａ，３００Ｂ，３００Ｆの全幅の差に応じて変化し得る。このような階段構造の幅を構成する電極板は負極板である。
これと関連して、図７の電極組立体は、図４及び図５の積層型電極組立体を使用した場合であるから、全幅が異なる場合として説明しているだけである。したがって、全幅が互いに異なる場合だけでなく、全長が互いに異なる場合にも全長の差だけの幅が形成され得ることは、上記の説明から当業者が容易に理解できるであろう。
また、図７において、電極組立体３００Ｉ，３００Ｇ，３００Ｅ，３００Ｃ，３００Ａ，３００Ｂ，３００Ｄ，３００Ｆ，３００Ｈの高さが全て同一であるので、２つの電極組立体３００Ｂ，３００Ｄの高さの和は、４つの電極組立体３００Ｉ，３００Ｇ，３００Ｃ，３００Ａの高さの和よりも小さい。その結果、図７の電極組立体は、高さの差がある階段構造を含んでいる。このような幅と高さは、曲線処理されたデバイスの曲率に応じて変化できることは、前述した通りである。
これと関連して、図１２を参照すると、図１２には、図４から図６の積層型電極組立体で構成した本発明に係る電極組立体の垂直断面図が模式的に示されている。
図７の電極組立体との相違点は、最下段には、同じ全幅を有し、電極組立体３００Ａ，４００Ｂ，４００Ｄに比べて最も全幅が長い電極組立体３００Ｅ，４００Ｃが平面を基準として高さ方向に沿って順次積層されており、電極組立体４００Ｃの上段には、電極組立体３００Ｅ，４００Ｃに比べて全幅が短い電極組立体３００Ａが積層されており、電極組立体３００Ａの上段には、電極組立体３００Ａに比べて全幅が短く、同じ全幅を有する電極組立体４００Ｂ，４００Ｄが順次積層されているという点である。
また、分離フィルム４５０が、電極組立体３００Ｅ，４００Ｃ，３００Ａ，４００Ｂ，４００Ｄの一面及び対向面と一側面及び対向側面に密着しているという点である。具体的に、点線で表示された円領域（Ｉ）を参照すると、分離フィルム４５０は、電極組立体３００Ｅ，４００Ｃ，３００Ａ，４００Ｂ，４００Ｄの階段構造が形成されている一側面または対向面に密着するために、切断されていることを確認することができる。
図１２を参照すると、電極組立体３００Ｅ，４００Ｃの積層構造物と電極組立体３００Ａの頂点に全て接する直線Ｙと、最も大きい全幅を有する電極組立体３００Ｅ，４００Ｃの一側面または対向側面に接する任意の垂直線Ｘとの間の角度は、電極組立体４００Ｂ，４００Ｄの積層構造物と電極組立体３００Ａの頂点に全て接する直線Ｚと、垂直線Ｘとの間の角度に比べて小さい。しかし、このような角度は、デバイスの曲率に応じて変化することができる。
図９は、平面を基準として、最上段と最下段の電極板の極性が同じ電極組立体４００Ａ，４００Ｂ，４００Ｃ，４００Ｄ，４００Ｅ，４００Ｆ，４００Ｇ，４００Ｈ，４００Ｉが、高さ方向及び高さ方向と反対方向の両方向に積層されている点で図７の電極組立体と異なる。このとき、電極組立体４００Ａ，４００Ｂ，４００Ｃ，４００Ｄ，４００Ｅ，４００Ｆ，４００Ｇ，４００Ｈ，４００Ｉはそれぞれ、正極板または負極板であってもよい。
また、電極組立体４００Ａ，４００Ｂ，４００Ｃ，４００Ｄ，４００Ｅ，４００Ｆ，４００Ｇ，４００Ｈ，４００Ｉは、一側面及び対向側面が不一致または同一平面上に存在しないという点で異なる。
図１０は、平面の電極組立体は、最上段と最下段の電極板の極性が同じ電極組立体４００Ａ，４００Ｂ，４００Ｃ，４００Ｄ，４００Ｅ，４００Ｆ，４００Ｇ，４００Ｈが、平面を基準として高さ方向または高さ方向と反対方向にのみ積層されている点で、図９と異なる。
また、分離フィルム４５０が、電極組立体４００Ａ，４００Ｂ，４００Ｃ，４００Ｄ，４００Ｅ，４００Ｆ，４００Ｇ，４００Ｈの一側面または対向側面のみを覆っている点で、図９の電極組立体と異なる。
図１１は、図４から図６の積層型電極組立体で電極組立体を構成した点は、図１２と同一であるが、分離フィルム４５０に熱を加えて、電極組立体３００Ａ，４００Ｂ，３００Ｃ，４００Ｄ，４００Ｅの階段構造が形成されている一側面または対向側面に密着させた点で異なる（点線円（Ｉ）参照）。
本発明の属する分野における通常の知識を有する者であれば、上記内容に基づいて本発明の範疇内で様々な応用及び変形を行うことが可能であろう。
以上で説明したように、本発明に係る電極組立体は、デバイスの曲率に応じて変化する階段構造を含んでいるので、従来の電極組立体とは異なり、デバイスの内部のデッドスペースを活用して、デバイスの体積当たりの容量を向上させる効果がある。
２０ スタック型電極組立体
２１ 電極タブ
２２ 電極タブ
３０、３１ 電極リード
４０ 電池ケース
４２ 下部ケース
４３ 上部ケース
４４ 上端シーリング部
４５、４６ 側面シーリング部
４７ 下端シーリング部
１００ パウチ型二次電池
１３０ 正極板
１３２ 正極スラリー
１３６ 正極集電体
１３８、１３８Ｅ、１３８Ｆ 電極タブ
１５０ 分極板
１７０ 負極板
１７２ 負極スラリー
１７６ 負極集電体
１７８ 電極タブ
２１０、２２０、２３０、２４０、２５０ 電極組立体
３００Ａ〜３００Ｉ 電極組立体
３１０、３２０、３３０ 電極組立体
４００Ａ〜４００Ｉ 電極組立体
４５０ 分離フィルム

Claims (31)

  1. 電極タブが形成されている構造の２つ以上の電極板と、前記電極板間に介在する分離板及び／又は前記電極板間に介在し、電極タブ非形成部位である電極板の側面を覆っている一単位の分離シートとを含み、
    互いに反対の極性を有する電極板が、分離板及び／又は分離シートを挟んで平面を基準として高さ方向に沿って積層されており、
    前記電極板の積層体が、互いに異なる大きさの電極板を含み、
    互いに対面している互いに異なる大きさの電極板の厚さの差の絶対値が、０〜７９μｍであることを特徴とする、電極組立体。
  2. 互いに異なる大きさの正極板と負極板の対抗比が、１．０以上〜１．１未満であることを特徴とする、請求項１に記載の電極組立体。
  3. 前記電極板が、正極集電体上に正極スラリー層が形成されている正極板と、負極集電体上に負極スラリー層が形成されている負極板とからなっていることを特徴とする、請求項１に記載の電極組立体。
  4. 前記正極板が、正極集電体の一面にのみ正極スラリー層が形成されている一面正極板と、正極集電体の両面に正極スラリー層が形成されている両面正極板とから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。
  5. 前記一面正極板の正極集電体の厚さが、両面正極板の厚さに比べて厚いことを特徴とする、請求項３に記載の電極組立体。
  6. 前記一面正極板の正極集電体の厚さと両面正極板の正極集電体の厚さとの比が、２．５：１〜１．５：１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. 前記一面正極板の最大厚さが、８７〜９２μｍであることを特徴とする、請求項４に記載の電極組立体。
  8. 前記両面正極板の最大厚さが、１２８〜１３３μｍであることを特徴とする、請求項４に記載の電極組立体。
  9. 前記一面正極板の最小厚さが、７０〜７４μｍであることを特徴とする、請求項４に記載の電極組立体。
  10. 前記両面正極板の最小厚さが、９１〜９９μｍであることを特徴とする、請求項４に記載の電極組立体。
  11. 前記一面正極板が、ローディング量が１６ｍｇ／ｃｍ２〜２２ｍｇ／ｃｍ２の範囲内であることを特徴とする、請求項４に記載の電極組立体。
  12. 前記両面正極板が、ローディング量が３２ｍｇ／ｃｍ２〜４４ｍｇ／ｃｍ２の範囲内であることを特徴とする、請求項４に記載の電極組立体。
  13. 前記負極板が、負極集電体の一面にのみ負極スラリー層が形成されている一面負極板と、負極集電体の両面に負極スラリー層が形成されている両面負極板とから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。
  14. 前記一面負極板の負極集電体の厚さが、両面負極板の厚さに比べて厚いことを特徴とする、請求項１３に記載の電極組立体。
  15. 前記一面負極板の負極集電体の厚さと両面負極板の負極集電体の厚さとの比が、２．５：１〜１．５：１であることを特徴とする、請求項１４に記載の電極組立体。
  16. 前記一面負極板の最大厚さが、８６〜９１μｍであることを特徴とする、請求項１３に記載の電極組立体。
  17. 前記両面負極板の最大厚さが、１３９〜１４９μｍであることを特徴とする、請求項１３に記載の電極組立体。
  18. 前記一面負極板の最小厚さが、６７〜７０μｍであることを特徴とする、請求項１３に記載の電極組立体。
  19. 前記両面負極板の最小厚さが、１０１〜１０８μｍであることを特徴とする、請求項１３に記載の電極組立体。
  20. 前記一面負極板が、ローディング量が７．７ｍｇ／ｃｍ２〜１０．５ｍｇ／ｃｍ２の範囲内であることを特徴とする、請求項１３に記載の電極組立体。
  21. 前記両面負極板が、ローディング量が１５．４ｍｇ／ｃｍ２〜２１ｍｇ／ｃｍ２の範囲内であることを特徴とする、請求項１３に記載の電極組立体。
  22. 前記互いに対面している互いに異なる大きさの電極板のうち、相対的に大きさが大きい電極板が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。
  23. 前記負極板が、分離板又は分離シートを挟んで正極板と対面する両面に負極スラリー層が形成されており、前記負極スラリー層が、対面する正極板の正極スラリー層が形成された部位にのみ形成されていることを特徴とする、請求項２２に記載の電極組立体。
  24. 互いに対面している互いに異なる大きさの電極板のうち、相対的に大きさが大きい電極板が正極板であり、前記正極板が、分離板又は分離シートを挟んで負極板と対面する両面に正極スラリー層が形成されており、前記正極スラリー層が、対面する負極板の負極スラリー層が形成された部位にのみ形成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。
  25. 前記電極板の積層体が、一面負極板が最下段に積層されており、前記一面負極板が、分離板又は分離シートを挟んで正極板と対面する一面にのみ負極スラリー層が形成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。
  26. 前記負極スラリー層が、対面する正極板の正極スラリー層が形成された部位にのみ形成されていることを特徴とする、請求項２５に記載の電極組立体。
  27. 前記電極板の積層体が、一面正極板が最下段に積層されており、前記一面正極板が、分離板又は分離シートを挟んで負極板と対面する一面にのみ正極スラリー層が形成されており、前記正極スラリー層が、対面する負極板の負極スラリー層が形成された部位にのみ形成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。
  28. 前記電極板が、角部のうち少なくとも１つの角部が曲線をなしていることを特徴とする、請求項１に記載の電極組立体。
  29. 前記分離シートが、前記電極板の電極タブ非形成部位である電極板の側面に密着していることを特徴とする、請求項１に記載の電極組立体。
  30. 前記互いに異なる大きさの電極板の厚さの比が、積層方向に沿って次第に増加することを特徴とする、請求項１に記載の電極組立体。
  31. 請求項１から３０のいずれか一項に記載の電極組立体を含む、リチウム二次電池。
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