JP2015533013A

JP2015533013A - 積層型２次電池

Info

Publication number: JP2015533013A
Application number: JP2015531018A
Authority: JP
Inventors: ジュンキム，キョン; ジュンキム，イン; ジュジョン，テク
Original assignee: ルートジェイドインコーポレイテッド
Priority date: 2012-09-11
Filing date: 2013-09-10
Publication date: 2015-11-16
Also published as: US20150221925A1; WO2014042400A1; CN104620412A; EP2897194A4; EP2897194A1

Abstract

積層型２次電池が開示される。本発明の積層型２次電池は、複数個の第１電極板と、前記第１電極板と反対の極性を有し、分離膜を挟んで前記第１電極板と交互に積層される複数個の第２電極板とを含む電極組立体と、前記電極組立体を収容するための内部空間が形成される外装カンと、前記外装カンの開放側を覆うように前記外装カンと結合する外装キャップと、前記複数個の第２電極板のうち最外側に位置した第２電極板と前記外装キャップとの間に配置され、前記第２電極板と前記外装キャップとを電気的に連結するか、前記最外側に位置した第２電極板と前記外装カンとの間に配置され、前記第２電極板と前記外装カンとを電気的に連結する伝導性高分子フィルムとを含む。【選択図】図１

Description

本発明は、積層型２次電池に関し、さらに詳しくは、外装ケースが端子の役割をするように電極組立体の電極板と外装ケースとを電気的に連結する構造に関する。

２次電池（ＳｅｃｏｎｄａｒｙＢａｔｔｅｒｙ）は、充電が不可能な一次電池とは違って充電及び放電が可能な電池であり、一つの電池セルがパック状に包装された低容量電池の場合、携帯電話やノートパソコン及びキャムコーダーのような携帯が可能な小型電子機器に使用され、電池セルが複数個連結された電池パック単位の大容量電池の場合、ハイブリッド電気自動車などのモータ駆動用電源として幅広く使用されている。

このような２次電池は、リチウムイオン２次電池、ニッケル−カドミウム２次電池、ニッケル−水素２次電池、リチウムポリマー２次電池などを含み、最近、脚光を浴びているスーパーキャパシタ（ＳｕｐｅｒＣａｐａｃｉｔｏｒ）も２次電池の一種である。また、２次電池のその外観形状によって、コイン型２次電池、角型２次電池などに区分される。

通常、２次電池は、正極電極板と負極電極板が分離膜を挟んで交互に積層される電極組立体と、電極組立体を収容するための内部空間が形成される金属材質の外装ケースとを含む。また、２次電池は、電極組立体の積層された状態が乱れないように、つまり、電極組立体を構成する正極電極板、分離膜、負極電極板の整列状態が外れないように、電極組立体の周縁あるいは枠に付着する接着性の結束テープをさらに含むことができる。

一方、電極組立体の最外側に位置した負極電極板または正極電極板は、外装ケース（外装キャップまたは外装カン）と直接接触して、外装キャップまたは外装カンが負極端子または正極端子の役割をするように構成される。

しかし、上記のように外装ケースが端子の役割をするように、電極組立体の最外側に位置した電極板（負極電極板または正極電極板）を外装ケース（外装キャップまたは外装カン）と直接接触するように構成する場合、所定の厚さを有する結束テープの干渉により、電極板が外装ケースと全体的に接触できず部分的に離隔する現象が発生し、このような電極板と外装ケースとの間の不安定な接触は、伝導性を落とし、結果として２次電池の性能を低下させるという問題点があった。そして、このような問題点は、結束テープでなくとも電極組立体の最外側に位置した電極板と外装ケースとの間に他のいずれの部品が存在する場合も発生し得る。

韓国登録特許公報第１０−０３９３４８４号韓国登録特許公報第１０−１０４８６９０号

本発明の目的は、正極電極板と負極電極板が分離膜を挟んで交互に積層される電極組立体を含む積層型２次電池において、電極板と外装ケースとの間の十分な伝導性を安定して確保し、２次電池の性能を向上させることができる積層型２次電池を提供することにある。

上記の目的は、本発明により、複数個の第１電極板と、前記第１電極板と反対の極性を有し、分離膜を挟んで前記第１電極板と交互に積層される複数個の第２電極板とを含む電極組立体と、前記電極組立体を収容するための内部空間が形成される外装カンと、前記外装カンの開放側を覆うように前記外装カンと結合する外装キャップと、前記複数個の第２電極板のうち最外側に位置した第２電極板と前記外装キャップとの間に配置され、前記第２電極板と前記外装キャップとを電気的に連結するか、前記最外側に位置した第２電極板と前記外装カンとの間に配置され、前記第２電極板と前記外装カンとを電気的に連結する伝導性高分子フィルムを含むことを特徴とする積層型２次電池によって達成されることができる。

前記伝導性高分子フィルムは、特定温度に到達すれば温度上昇に対して電気抵抗値が急激に増加する正温度係数（ＰＴＣ、ＰｏｓｉｔｉｖｅＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅＣｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）の特性を有することができる。

前記積層型２次電池は、前記電極組立体の積層された状態が乱れないように前記電極組立体の周縁に付着する結束テープをさらに含むことができる。

前記伝導性高分子フィルムは、前記結束テープと重ならないように前記最外側に位置した第２電極板の中央領域に配置されることができる。

前記伝導性高分子フィルムは、前記結束テープと重ならないように前記結束テープと対応する位置に開口が形成されることができる。

前記伝導性高分子フィルムは、前記結束テープの厚さと同一であるか前記結束テープの厚さより大きい厚さを有することができる。

前記伝導性高分子フィルムは、一面が前記最外側に位置した第２電極板と接触し、他面が前記外装キャップまたは前記外装カンと接触することができる。

前記第１電極板は、正極活物質が塗布された正極電極板であり、前記第２電極板は、負極活物質が塗布された負極電極板であることができる。

上記の目的は、本発明により、複数個の第１電極板と、前記第１電極板と反対の極性を有し、分離膜を挟んで前記第１電極板と交互に積層される複数個の第２電極板とを含む電極組立体と、前記電極組立体を収容するための内部空間が形成される外装カンと、前記外装カンの開放側を覆うように前記外装カンと結合する外装キャップと、前記複数個の第２電極板のうち最外側に位置した第２電極板と前記外装キャップとの間に配置され、前記第２電極板と前記外装キャップとを電気的に連結するか、前記最外側に位置した第２電極板と前記外装カンとの間に配置され、前記第２電極板と前記外装カンとを電気的に連結し、圧縮性を有するメタルフォーム（ＭｅｔａｌＦｏａｍ）とを含むことを特徴とする積層型２次電池によって達成されることができる。

前記メタルフォームは、前記電極組立体と前記外装キャップとの間で圧着して全体的にまたは部分的に厚さが減るか、前記電極組立体と前記外装カンとの間で圧着して全体的にまたは部分的に厚さが減ることができる。

前記メタルフォームは、前記結束テープを覆うように前記最外側に位置した第２電極板上に配置されることができる。

前記メタルフォームは、前記結束テープと重なる部分が前記結束テープと重ならない部分に比べてさらに圧着してさらに小さい厚さを有することができる。

前記メタルフォームは、圧着前の厚さが前記結束テープの厚さより大きいことができる。

前記メタルフォームは、一面が前記最外側に位置した第２電極板と接触し、他面が前記外装キャップまたは前記外装カンと接触することができる。

上記の目的は、本発明により、複数個の第１電極板と、前記第１電極板と反対の極性を有し、分離膜を挟んで前記第１電極板と交互に積層される複数個の第２電極板とを含む電極組立体と、前記電極組立体を収容するための内部空間が形成される外装カンと、前記外装カンの開放側を覆うように前記外装カンと結合する外装キャップと、前記複数個の第２電極板のうち最外側に位置した第２電極板と前記外装キャップとの間に配置され、前記第２電極板と前記外装キャップとを電気的に連結するか、前記最外側に位置した第２電極板と前記外装カンとの間に配置され、前記第２電極板と前記外装カンとを電気的に連結する伝導性部材とを含むことを特徴とする積層型２次電池によって達成されることができる。

本発明は、正極電極板と負極電極板が分離膜を挟んで交互に積層される電極組立体を含む積層型２次電池において、電極組立体の最外側に位置した電極板と外装ケースとの間に伝導性高分子フィルムを配置し、伝導性高分子フィルムを通じて電極板と外装ケースとを電気的に連結することにより、電極組立体の最外側に位置した電極板と外装ケースとの間に他の部品（例えば、結束テープ）が存在しても、電極板と外装ケースとの間の十分な伝導性を安定して確保して、究極的に２次電池の性能を向上させることができる。この時、本発明は、正温度係数（ＰＴＣ、ＰｏｓｉｔｉｖｅＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅＣｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）の特性を有する伝導性高分子フィルムを適用することにより、２次電池がある理由で過熱して温度が正常的な温度範囲を超える場合は、伝導性高分子フィルムの電気的抵抗値が急激に増加して電極板と外装ケースとを電気的に遮断することができるので、２次電池の過熱による爆発危険などを防止して、究極的に２次電池の安全性を向上させることができる。

本発明は、正極電極板と負極電極板が分離膜を挟んで交互に積層される電極組立体を含む積層型２次電池において、電極組立体の最外側に位置した電極板と外装ケースとの間にメタルフォームを配置し、メタルフォームを通じて電極板と外装ケースとを電気的に連結することにより、電極組立体の最外側に位置した電極板と外装ケースとの間に他の部品（例えば、結束テープ）が存在しても、電極板と外装ケースとの間の十分な伝導性を安定して確保して、究極的に２次電池の性能を向上させることができる。この時、本発明は、メタルフォームが電極組立体と外装ケースとの間で圧着可能な構造であるため、電極組立体の最外側に位置した電極板と外装ケースとの間に存在する他の部品（例えば、結束テープ）の干渉を受けずに配置されることができ、その結果、電極板及び外装ケースと接触する面積を最大化して、電極板と外装ケースとの間の伝導性をさらに向上させることができる。

本発明の一実施例に係る積層型２次電池の構成を説明するための概略的な断面構成図である。図１の積層型２次電池で電極組立体の概略的な斜視図である。図２の電極組立体の概略的な平面図である。図２の電極組立体の概略的な正面図である。図１の積層型２次電池で電極組立体上に配置された伝導性高分子フィルムを説明するための概略的な平面図である。図１の「Ａ」領域を拡大した図面である。本発明の一実施例に係る積層型２次電池で伝導性高分子フィルムの変形例を説明するための概略的な断面構成図である。本発明の一実施例に係る積層型２次電池で伝導性高分子フィルムの変形例を説明するための概略的な平面図である。本発明の他の実施例に係る積層型２次電池の構成を説明するための概略的な断面構成図である。本発明の他の実施例に係る積層型２次電池の構成を説明するための概略的な断面構成図である。図９の積層型２次電池で電極組立体上に配置されたメタルフォームを説明するための概略的な平面図である。図１０の「Ａ」領域を拡大した図面である。

本発明と本発明の動作上の利点及び本発明の実施によって達成される目的を十分に理解するためには、本発明の好ましい実施例を例示する添付図面及び添付図面に記載された内容を参照する必要がある。

以下、添付の図面を参照して本発明の好ましい実施例を説明することにより、本発明を詳しく説明する。但し、本発明を説明するにあたって既に公知された機能あるいは構成に関する説明は、本発明の要旨を明瞭にするために省略する。

図１は、本発明の一実施例に係る積層型２次電池の構成を説明するための概略的な断面構成図である。

図１を参照すると、本実施例に係る積層型２次電池１００は、外装ケース１１０、１２０、電極組立体１３０、結束テープ１４０及び伝導性部材である伝導性高分子フィルム１５０を含む。

一方、本実施例では、コイン形状のリチウムイオン２次電池の一例を説明するが、本発明はこれに限定されず、他の外観形状のリチウムイオン２次電池はもちろん、ニッケル−カドミウム２次電池、ニッケル−水素２次電池などの他の多様な種類の２次電池に適用することができる。

外装ケース１１０、１２０は、図１に示すように、電極組立体１３０を収容するための内部空間が形成される外装カン１１０と、外装カン１１０の開放側を覆うように外装カン１１０と結合する外装キャップ１２０とで構成される。この時、外装カン１１０と外装キャップ１２０は、それ自体が負極端子あるいは正極端子の役割をするように金属材質、例えばステンレス鋼などで製作される。外装カン１１０と外装キャップ１２０は、図１に示すように、絶縁性合成樹脂からなるガスケット１１５によって電気的に絶縁する。外装カン１１０と外装キャップ１２０との結合において、クリンピングあるいはコーキング加工を使用して密封された外装ケース１１０、１２０を提供することができる。このような外装ケース１１０、１２０は、電極組立体１３０が収容された状態でその内部に電解液が注入される。一方、本実施例において、外装ケース１１０、１２０は平らなコイン形状を開示しているが、外装ケース１１０、１２０の形状は適切に変更することができる。

図２は、図１の積層型２次電池で電極組立体の概略的な斜視図であり、図３は、図２の電極組立体の概略的な平面図であり、図４は、図２の電極組立体の概略的な正面図である。

図１乃至図４を参照すると、電極組立体１３０は、複数個の第１電極板１３１と、第１電極板１３１と反対の極性を有し、分離膜１３５を挟んで第１電極板１３１と交互に積層される複数個の第２電極板１３２とを含む。つまり、電極組立体１３０は、第１電極板１３１、分離膜１３５及び第２電極板１３２が順次に積層される構造を有する。以下では、第１電極板１３１は、正極活物質が塗布された正極電極板であり、第２電極板１３２は、負極活物質が塗布された負極電極板であると限定して説明する。これと異なって、本発明において、第１電極板１３１は負極活物質が塗布された負極電極板であり、第２電極板１３２は、正極活物質が塗布された正極電極板として提供してもよい。

電極組立体１３０の最外側の全て（積層方向における両端）には、図４に示すように負極電極板１３２が配置される。これと異なって、電極組立体１３０の最外側のうちの一つには負極電極板１３２が配置され、他の一つには正極電極板１３１が配置されてもよい。

一方、電極組立体１３０は、添付の図面において、簡略化のために３個の正極電極板１３１と４個の負極電極板１３２とを使用して３段に積層された構造で示しているが、実際は、１０段ほどの積層段数を採用することが多い。但し、本発明は、このような積層段数に限定されないことはもちろんである。

正極電極板１３１は、略円形のアルミニウム薄板の両面にコバルト酸リチウムなどの正極活物質を塗布あるいはコーティングして設けられる。正極電極板１３１は、図２乃至図４に示すように、一方向に延長する正極突出部１３１ａを含み、このような正極突出部１３１ａは、図１に示すように、一つにまとめられた状態で外装カン１１０の内底面に超音波溶接などで電気的に接続されている。それにより、外装カン１１０は、正極端子の役割をすることができる。この時、正極突出部１３１ａには正極活物質が塗布されず、分離膜１３５からも露出されている。

負極電極板１３２は、正極電極板１３１と同様に、略円形の銅箔板の両面または一面に黒鉛などの負極活物質を塗布あるいはコーティングして設けられる。具体的に、負極電極板１３２は、電極組立体１３０の最外側、つまり、図４で上下両端に位置する負極電極板１３２を除いては、その両面に負極活物質が塗布されている。そして、電極組立体１３０の最上端側に位置する負極電極板１３２は、その下面のみに負極活物質が塗布され、電極組立体１３０の最下端側に位置する負極電極板１３２は、その上面のみに負極活物質が塗布されている。この時、電極組立体１３０の最下端側に位置する負極電極板１３２の下面と外装カン１１０の内底面との間には、図１に示すように、絶縁シール１６０が配置され、外装カン１１０と負極電極板１３２とは互いに絶縁することができる。この時、絶縁シール１６０は、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ、ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ）やポリアミド（ｐｏｌｙａｍｉｄｅ）等で製作されたテープ構造で提供される。一方、負極電極板１３２は、図２乃至図４に示すように、正極突出部１３１ａと反対方向に延長する負極突出部１３２ａを含み、このような負極突出部１３２ａは、図１に示すように、一つにまとめられた状態で超音波溶接などで電気的に接続されている。この時、負極突出部１３２ａには負極活物質が塗布されず、分離膜１３５からも露出されている。

分離膜（ｓｅｐａｒａｔｏｒ）１３５は、図４に示すように、正極電極板１３１と負極電極板１３２との間に配置される。分離膜１３５は、正極電極板１３１と負極電極板１３２との間を絶縁させる手段で、通常、絶縁性に優れたポリエチレン製の微細な多孔性薄膜などからなり、リチウムイオンが透過可能に構成される。一方、本実施例では、分離膜１３５が正極電極板１３１と負極電極板１３２との間に単純に配置される構造であるが、これと異なって、分離膜１３５が正極電極板１３１の両面を被覆した状態で、絶縁性高分子フィルム（図示せず）等によって接着固定される、いわゆる「ポケット技術」で製作された正極電極板として提供されてもよい。参考として、このようなポケット技術は、特許文献１、特許文献２などに詳しく開示されている。

結束テープ１４０は、図１乃至図４に示すように、電極組立体１３０の積層された状態が乱れないように電極組立体１３０の周縁あるいは枠に付着される。つまり、結束テープ１４０は、電極組立体１３０を構成する正極電極板１３１、分離膜１３５、負極電極板１３２の整列状態が外れないように電極組立体１３０を結束する手段である。結束テープ１４０は、耐薬品性に優れたポリプロピレン（ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ）等で製作される。具体的に、結束テープ１４０は、図２及び図３に示すように、正極突出部１３１ａと負極突出部１３２ａとの間で電極組立体１３０の周縁に２個が配置され、それぞれ正極／負極突出部１３１ａ、１３２ａが延長する方向と直交する方向に電極組立体１３０の外側周りに巻かれた状態で電極組立体１３０に接着される。この時、結束テープ１４０は、耐薬品性に優れたポリプロピレン（ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ）等で製作される。但し、本発明において、結束テープ１４０の個数及び付着位置などは、本実施例で開示されたものに限定されず、適切に変更可能なことはもちろんである。

図５は、図１の積層型２次電池で電極組立体上に配置された伝導性高分子フィルムを説明するための概略的な平面図であり、図６は、図１の「Ａ」領域を拡大した図面である。

図１乃至図６を参照すると、伝導性高分子フィルム１５０は、伝導性部材として複数個の負極電極板１３２のうち最外側に位置した負極電極板１３２（つまり、図４で電極組立体１３０の最上端に位置した負極電極板１３２）と外装キャップ１２０との間に配置され、負極電極板１３２と外装キャップ１２０とを電気的に連結あるいは接続する。それにより、外装キャップ１２０は、負極端子の役割をする。伝導性高分子フィルム１５０は、図１に示すように、その一面（下面）が前記最外側に位置した負極電極板１３２と接触し、その他面（上面）が外装キャップ１２０と接触するように構成される。

ここで、伝導性高分子フィルム１５０（ｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇｐｏｌｙｍｅｒｆｉｌｍ）は、一般に電子収容体または電子供与体を高分子にドープすることで、高分子であるにもかかわらず高い伝導率を有する伝導性高分子で製作されたフイルムで、代表的な伝導性高分子としては、ドープされたポリエチレン、ポリピロール、ポリチオフェンなどがある。

従来は、外装キャップ１２０が負極端子の役割をするように電極組立体１３０の最外側に位置した負極電極板１３２が外装キャップ１２０と直接接触するように構成したが、このような場合、図４に示すように、所定の厚さＴ０を有する結束テープ１４０の干渉により、負極電極板１３２が外装キャップ１２０と全体的に接触できず部分的に離隔する現象があった。このような負極電極板１３２と外装キャップ１２０との間の不安定な接触は、伝導性を落として、結果として２次電池の性能を低下させるという問題点があった。

本発明において、伝導性高分子フィルム１５０は、上記のような従来技術の問題点を解決するための構成で、最外側に位置した負極電極板１３２と外装キャップ１２０との間に配置され、負極電極板１３２と外装キャップ１２０とを電気的に連結することにより、負極電極板１３２と外装キャップ１２０との間に十分な伝導性を安定して確保することができ、それにより、２次電池の性能を向上させることができる。

具体的に、伝導性高分子フィルム１５０は、図１及び図５に示すように、電極組立体１３０の周縁に付着した結束テープ１４０と重ならないように負極電極板１３２の中央領域に配置される。それにより、伝導性高分子フィルム１５０は、結束テープ１４０の干渉を受けず、最外側に位置した負極電極板１３０及び外装キャップ１２０との接触を安定して維持することができる。また、さらに安定した接触を確保するために、伝導性高分子フィルム１５０は、図１及び図６に示すように、結束テープ１４０の厚さＴ０より大きい厚さＴ１を有することが好ましく、少なくとも結束テープ１４０の厚さＴ０と同一の厚さを有する必要がある。一方、図５には、伝導性高分子フィルム１５０が円板形状に示されているが、本発明はこれに限定されず、伝導性高分子フィルム１５０の板面形状は適切に変更することができる。

一方、伝導性高分子フィルム１５０は、正温度係数（ＰＴＣ、ＰｏｓｉｔｉｖｅＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅＣｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）の特性を有する。つまり、伝導性高分子フィルム１５０は、最近、多様な回路で過電流、過熱保護の用途で使用されているポリマー系ＰＴＣ素子あるいはＰＣＴポリマーで製作される。ここで、正温度係数（ＰＴＣ）の特性とは、特定温度に到達すれば温度上昇に対して電気抵抗値が急激に増加する特性をいう。このように、正温度係数（ＰＴＣ）の特性を有する伝導性高分子フィルム１５０は、２次電池１００の正常的な作動温度範囲では、前述したように、負極電極板１３２と外装キャップ１２０とを電気的に連結して安定した伝導性を確保する一方、２次電池１００がある理由で過熱して温度が正常的な温度範囲を超える場合は、電気的抵抗値が急激に増加して負極電極板１３２と外装キャップ１２０とを電気的に遮断することができる。それにより、本発明は、２次電池１００の過熱による爆発危険などを防止して、結果として２次電池１００の安全性を向上させることができる。

一方、本実施例では、電極組立体１３０の最外側（積層方向における両端）に負極電極板１３２が配置され、最外側（図４で最上端側）に位置した負極電極板１３２と外装キャップ１２０との間に伝導性高分子フィルム１５０が配置される構成に限定して説明したが、本発明はこれに限定されず、例えば、電極組立体１３０の最外側に正極電極板１３１が配置され、最外側に位置した正極電極板１３１と外装キャップ１２０との間に伝導性高分子フィルム１５０が配置されるか、他の最外側に位置した正極電極板１３１と外装カン１１０との間に伝導性高分子フィルム１５０が配置される構成を含んでもよい。

図７及び図８は、本発明の一実施例に係る積層型２次電池で伝導性高分子フィルムの変形例を説明するための概略的な断面構成図及び平面図である。

図７及び図８を参照すると、伝導性高分子フィルム１５０Ａは、負極電極板１３２の中央領域のみに配置される図１及び図５に示した伝導性高分子フィルム１５０と異なって、負極電極板１３２のほぼ全体領域に配置され、結束テープ１４０と重ならないように、図８に示すように、結束テープ１４０と対応する位置に開口１５１Ａが形成される。

このような構成を有する伝導性高分子フィルム１５０Ａは、図１及び図５に示した伝導性高分子フィルム１５０と同様に、結束テープ１４０との干渉を避けながらも、前述した伝導性高分子フィルム１５０より負極電極板１３２及び外装キャップ１２０と接触する面積を大きくすることができるので、負極電極板１３２と外装キャップ１２０との間の伝導性をさらに向上させることができる。一方、伝導性高分子フィルム１５０Ａの開口１５１Ａ形状は、図８に示した四角形状に限定されず、適切に変更可能なことはもちろんである。

以下、図９乃至図１２を参照して、本発明の他の実施例に係る積層型２次電池を前述した実施例と異なる点を中心として説明する。

図９及び図１０は、本発明の他の実施例に係る積層型２次電池の構成を説明するための概略的な断面構成図であり、図１１は、図９の積層型２次電池で電極組立体上に配置されたメタルフォームを説明するための概略的な平面図であり、図１２は、図１０の「Ａ」領域を拡大した図面である。

図９乃至図１２を参照すると、本実施例に係る積層型２次電池２００は、外装ケース１１０、１２０、電極組立体１３０、結束テープ１４０及び伝導性部材のメタルフォーム２５０を含む。この時、外装ケース１１０、１２０は、電極組立体１３０を収容するための内部空間が形成される外装カン１１０と、外装カン１１０の開放側を覆うように外装カン１１０と結合する外装キャップ１２０とで構成される。

本実施例に係る積層型２次電池２００は、前述した実施例に係る積層型２次電池１００で伝導性高分子フィルム１５０の構成がメタルフォーム２５０の構成に代替されることを除いて、外装ケース１１０、１２０、電極組立体１３０及び結束テープ１４０の構成は、前述した実施例に係る積層型２次電池１００と実質的に同一であるので、その同一の構成については、同一の図面符号を付与し、それに対する説明は、前述した実施例を準用する。

図９乃至図１２を参照すると、メタルフォーム２５０は、伝導性部材であり、複数個の負極電極板１３２のうち最外側に位置した負極電極板１３２と外装キャップ１２０との間に配置され、負極電極板１３２と外装キャップ１２０とを電気的に連結あるいは接続する。それにより、外装キャップ１２０は、負極端子の役割をする。メタルフォーム２５０は、図９及び図１０に示すように、その一面（下面）が前記最外側に位置した負極電極板１３２と接触し、その他面（上面）が外装キャップ１２０と接触するように構成される。

ここで、メタルフォーム（ＭｅｔａｌＦｏａｍ）１５０は、多孔性金属構造体あるいは発泡性金属構造体であり、アルミニウム、ニッケル、銅、黄銅、鉄などの金属材質で製作され、車両／船舶用排気後処理、産業用触媒化学工程、産業用パッド、産業用フィルター、家庭用フィルターなどに使用されている。このようなメタルフォーム２５０は、金属材質からなるため伝導性を有し、多数の気孔を含む多孔性構造であるため外力が加われば圧着される圧縮性を有する。参考として、本実施例では、ニッケルで製作されたメタルフォーム、いわゆるニッケルフォーム（ＮｉＦｏａｍ）が使用されているが、本発明はこれに限定されない。

従来は、外装キャップ１２０が負極端子の役割をするように、電極組立体１３０の最外側に位置した負極電極板１３２が外装キャップ１２０と直接接触するように構成したが、このような場合、図１２に示すように、所定の厚さＴ０を有する結束テープ１４０の干渉により、負極電極板１３２が外装キャップ１２０と全体的に接触できず部分的に離隔する現象があった。このような負極電極板１３２と外装キャップ１２０との間の不安定な接触は、伝導性を落として、結果として２次電池の性能を低下させるという問題点があった。

本発明において、メタルフォーム２５０は、上記のような従来技術の問題点を解決するための構成で、最外側に位置した負極電極板１３２と外装キャップ１２０との間に配置され、負極電極板１３２と外装キャップ１２０とを電気的に連結することにより、負極電極板１３２と外装キャップ１２０との間に十分な伝導性を安定して確保することができ、それにより、２次電池の性能を向上させることができる。

特に、メタルフォーム２５０は、電極組立体１３０と外装キャップ１２０との間で圧着されて全体的にまたは部分的に厚さが減るが、これは、メタルフォーム２５０が多数の気孔を含む多孔性構造であるため可能である。例えば、メタルフォーム２５０は、圧着前は、図９に示した最初の厚さＴ２を有することに対し、電極組立体１３０と外装キャップ１２０との間で圧着された状態では、圧着前の厚さＴ２より小さい、図１０及び図１２に示した厚さＴ２−１、Ｔ２−２を有する。それにより、メタルフォーム２５０は、電極組立体１３０の周縁に付着した結束テープ１４０の干渉を受けずに配置され、その結果、負極電極板１３２及び外装キャップ１２０と接触する面積を最大化することができるので、負極電極板１３２と外装キャップ１２０との間の伝導性をさらに向上させることができる。

具体的に、メタルフォーム２５０は、図１０及び図１１に示すように、電極組立体１３０の周縁に付着した結束テープ１４０を覆うように最外側に位置した負極電極板１３２上に配置される。この時、メタルフォーム２５０の圧着前の厚さＴ２は、結束テープ１４０の厚さＴ０より大きくなる必要がある。なぜなら、メタルフォーム２５０の圧着前の厚さＴ２が結束テープ１４０の厚さＴ０より小さい場合は、結束テープ１４０と重ならない部分でメタルフォーム２５０と負極電極板１３２との間に離隔が発生し得るためである。

このように、メタルフォーム２５０は、結束テープ１４０を覆うように配置されても、前述したように、電極組立体１３０と外装キャップ１２０との間で圧着することができるので、負極電極板１３２または外装キャップ１３２との離隔が発生せず全体的に安定した接触を維持することができる。この時、メタルフォーム２５０は、図１０及び図１２に示すように、結束テープ１４０と重なる部分の厚さＴ２−２が結束テープ１４０と重ならない部分の厚さＴ２−１より小さくなる。つまり、メタルフォーム２５０は、結束テープ１４０と重なる部分が結束テープ１４０と重ならない部分に比べてさらに圧着されてさらに小さい厚さを有する。また、メタルフォーム２５０は、図１１に示すように、負極電極板１３２で負極突出部１３２ａを除いた全ての領域を覆う大きさ及び形状で設けられることが好ましいが、これは、負極電極板１３２及び外装キャップ１２０と接触する面積を最大化して、負極電極板１３２と外装キャップ１２０との間の伝導性をさらに増加させるためである。

但し、メタルフォーム２５０は、本実施例で開示されたものと異なって、電極組立体１３０の周縁に付着した結束テープ１４０と重ならないように負極電極板１３２の中央領域に配置されるか、結束テープ１４０と重ならないように結束テープ１４０と対応する位置に開口が形成されてもよい。また、メタルフォーム２５０の形状も、図１１に示したものに限定されず、適切に変更可能なことはもちろんである。

一方、本実施例では、電極組立体１３０の最外側（積層方向における両端）に負極電極板１３２が配置され、最外側に位置した負極電極板１３２と外装キャップ１２０との間にメタルフォーム２５０が配置される構成に限定して説明したが、本発明はこれに限定されず、例えば、電極組立体１３０の最外側に正極電極板１３１が配置され、最外側に位置した正極電極板１３１と外装キャップ１２０との間にメタルフォーム２５０が配置されるか、他の最外側に位置した正極電極板１３１と外装カン１１０との間にメタルフォーム２５０が配置される構成を含んでもよい。

本発明は、前述した実施例に限定されるものではなく、本発明の思想及び範囲を逸脱せず多様に修正及び変形可能なことは、この技術分野における通常の知識を有する者に自明である。従って、そのような修正例または変形例は、本発明の特許請求の範囲に属する。

本発明は、リチウムイオン２次電池を含んでニッケル−カドミウム２次電池、ニッケル−水素２次電池などの多様な種類の２次電池に利用することができる。

Claims

複数個の第１電極板と、前記第１電極板と反対の極性を有し、分離膜を挟んで前記第１電極板と交互に積層される複数個の第２電極板とを含む電極組立体と、
前記電極組立体を収容するための内部空間が形成される外装カンと、
前記外装カンの開放側を覆うように前記外装カンと結合する外装キャップと、
前記複数個の第２電極板のうち最外側に位置した第２電極板と前記外装キャップとの間に配置され、前記第２電極板と前記外装キャップとを電気的に連結するか、前記最外側に位置した第２電極板と前記外装カンとの間に配置され、前記第２電極板と前記外装カンとを電気的に連結する伝導性高分子フィルムとを含むことを特徴とする積層型２次電池。
前記伝導性高分子フィルムは、
特定温度に到達すれば温度上昇に対して電気抵抗値が急激に増加する正温度係数（ＰＴＣ、ＰｏｓｉｔｉｖｅＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅＣｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）の特性を有することを特徴とする請求項１に記載の積層型２次電池。
前記積層型２次電池は、
前記電極組立体の積層された状態が乱れないように前記電極組立体の周縁に付着する結束テープをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の積層型２次電池。
前記伝導性高分子フィルムは、
前記結束テープと重ならないように前記最外側に位置した第２電極板の中央領域に配置されることを特徴とする請求項３に記載の積層型２次電池。
前記伝導性高分子フィルムは、
前記結束テープと重ならないように前記結束テープと対応する位置に開口が形成されることを特徴とする請求項３に記載の積層型２次電池。
前記伝導性高分子フィルムは、
前記結束テープの厚さと同一であるか前記結束テープの厚さより大きい厚さを有することを特徴とする請求項３に記載の積層型２次電池。
前記伝導性高分子フィルムは、
一面が前記最外側に位置した第２電極板と接触し、他面が前記外装キャップまたは前記外装カンと接触することを特徴とする請求項１に記載の積層型２次電池。
前記第１電極板は、正極活物質が塗布された正極電極板であり、
前記第２電極板は、負極活物質が塗布された負極電極板であることを特徴とする請求項１に記載の積層型２次電池。
複数個の第１電極板と、前記第１電極板と反対の極性を有し、分離膜を挟んで前記第１電極板と交互に積層される複数個の第２電極板とを含む電極組立体と、
前記電極組立体を収容するための内部空間が形成される外装カンと、
前記外装カンの開放側を覆うように前記外装カンと結合する外装キャップと、
前記複数個の第２電極板のうち最外側に位置した第２電極板と前記外装キャップとの間に配置され、前記第２電極板と前記外装キャップとを電気的に連結するか、前記最外側に位置した第２電極板と前記外装カンとの間に配置され、前記第２電極板と前記外装カンとを電気的に連結し、圧縮性を有するメタルフォーム（ＭｅｔａｌＦｏａｍ）とを含むことを特徴とする積層型２次電池。
前記メタルフォームは、
前記電極組立体と前記外装キャップとの間で圧着されて全体的にまたは部分的に厚さが減るか、前記電極組立体と前記外装カンとの間で圧着されて全体的にまたは部分的に厚さが減ることを特徴とする請求項９に記載の積層型２次電池。
前記積層型２次電池は、
前記電極組立体の積層された状態が乱れないように前記電極組立体の周縁に付着する結束テープをさらに含むことを特徴とする請求項９に記載の積層型２次電池。
前記メタルフォームは、
前記結束テープを覆うように前記最外側に位置した第２電極板上に配置されることを特徴とする請求項１１に記載の積層型２次電池。
前記メタルフォームは、
前記結束テープと重なる部分が前記結束テープと重ならない部分に比べてさらに圧着されてさらに小さい厚さを有することを特徴とする請求項１２に記載の積層型２次電池。
前記メタルフォームは、
圧着前の厚さが前記結束テープの厚さより大きいことを特徴とする請求項１１に記載の積層型２次電池。
前記メタルフォームは、
一面が前記最外側に位置した第２電極板と接触し、他面が前記外装キャップまたは前記外装カンと接触することを特徴とする請求項９に記載の積層型２次電池。
前記第１電極板は、正極活物質が塗布された正極電極板であり、
前記第２電極板は、負極活物質が塗布された負極電極板であることを特徴とする請求項９に記載の積層型２次電池。
複数個の第１電極板と、前記第１電極板と反対の極性を有し、分離膜を挟んで前記第１電極板と交互に積層される複数個の第２電極板とを含む電極組立体と、
前記電極組立体を収容するための内部空間が形成される外装カンと、
前記外装カンの開放側を覆うように前記外装カンと結合する外装キャップと、
前記複数個の第２電極板のうち最外側に位置した第２電極板と前記外装キャップとの間に配置され、前記第２電極板と前記外装キャップとを電気的に連結するか、前記最外側に位置した第２電極板と前記外装カンとの間に配置され、前記第２電極板と前記外装カンとを電気的に連結する伝導性部材とを含むことを特徴とする積層型２次電池。