JP2016039156A - 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電極板、第２電極板、及び第１電極板と第２電極板との間のセパレータを具備した電極組立体；電極組立体の一端に付着された保護フィルム；電極組立体を収容するカン；及びカンと結合するキャッププレート；を含み、該電極組立体の一端で、セパレータは、第１電極板及び第２電極板より保護フィルムに向けてさらに突出し、該保護フィルムは、突出したセパレータの端部と熱融着される二次電池である。
【選択図】図１
【解決手段】第１電極板、第２電極板、及び第１電極板と第２電極板との間のセパレータを具備した電極組立体；電極組立体の一端に付着された保護フィルム；電極組立体を収容するカン；及びカンと結合するキャッププレート；を含み、該電極組立体の一端で、セパレータは、第１電極板及び第２電極板より保護フィルムに向けてさらに突出し、該保護フィルムは、突出したセパレータの端部と熱融着される二次電池である。
【選択図】図１
Description
本発明は、二次電池に関する。
二次電池は、充電が不可能な一次電池とは異なり、充放電が可能な電池を意味し、二次電池は、産業全般にわたった多様な技術分野に適用されている。例えば、二次電池は、デジタルカメラ、携帯電話、ノート型パソコンのようなモバイル電子機器のエネルギー源だけではなく、化石燃料を使用する既存のガソリン及びディーゼル内燃機関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などのエネルギー源としても注目されている。このように、二次電池の使用領域が拡大するにつれ、二次電池の高出力化、高容量化が要求されており、それと共に、二次電池の安定性が要求されている。
本発明の目的は、安定性が向上した二次電池を提供することにある。
本発明の一側面による二次電池は、第１電極板、第２電極板、及び前記第１電極板と前記第２電極板との間のセパレータを具備した電極組立体；前記電極組立体の一端に付着された保護フィルム；前記電極組立体を収容するカン；及び前記カンと結合するキャッププレート；を含み、前記電極組立体の一端で、前記セパレータは、前記第１電極板及び前記第２電極板より前記保護フィルムに向けてさらに突出し、前記保護フィルムは、突出した前記セパレータの端部と熱融着される。
本実施形態において、前記保護フィルムは、前記セパレータの端部と熱融着された第１層と、前記第１層上に積層された第２層と、を含み、前記第１層と前記第２層は、互いに異なる材質から形成される。
本実施形態において、前記第１層の融点は、前記セパレータの融点、及び前記第２層の融点より低い。
本実施形態において、前記第１層は、エチレン−αオレフイン共重合体またはプロピレン−αオレフイン共重合体から形成される。
本実施形態において、前記第１層の厚みは、１μｍないし５０μｍでもある。
本実施形態において、前記第２層は、ポリプロピレンから形成される。
本実施形態において、前記第２層の厚みは、１μｍないし１００μｍでもある。
本実施形態において、前記保護フィルムは、複数のホールを含んでもよい。
本実施形態において、前記第１電極板及び前記第２電極板は、前記保護フィルムと離隔される。
本実施形態において、前記保護フィルムは、前記電極組立体の側面の一部と付着することができる。
本発明の他の側面による二次電池は、第１電極板、第２電極板、及び前記第１電極板と前記第２電極板との間のセパレータが共に巻き取られたゼリーロール状の電極組立体；及び前記電極組立体の下面に付着された保護フィルム；を含み、前記電極組立体の下面で、前記セパレータは、前記第１電極板及び前記第２電極板より前記保護フィルムに向けてさらに突出し、前記保護フィルムは、前記セパレータの端部と熱融着された第１層と、前記第１層上に積層された第２層と、を含み、前記第１電極板及び前記第２電極板は、前記保護フィルムと離隔される。
本実施形態において、前記第１層と前記第２層は、互いに異なる材質から形成され、前記第１層の融点は、前記セパレータの融点、及び前記第２層の融点より低い。
本実施形態において、前記第１層の融点は、６０℃ないし１００℃でもある。
本実施形態において、前記第１層は、エチレン−αオレフイン共重合体またはプロピレン−αオレフイン共重合体から形成される。
本実施形態において、前記第１層の厚みは、１μｍないし５０μｍでもある。
本実施形態において、前記第２層は、ポリプロピレンから形成される。
本実施形態において、前記第２層の厚みは、１μｍないし１００μｍでもある。
本実施形態において、前記保護フィルムは、複数のホールを含み、前記ホールそれぞれの大きさは、３０μｍ以下でもある。
本実施形態において、前記保護フィルムは、前記電極組立体の側面の一部と付着することができる。
本実施形態において、前記電極組立体を収容するカン、及び前記カンと結合するキャッププレートをさらに含んでもよい。
本発明の実施形態によれば、電極組立体とカンとの短絡を効果的に防止することができるので、二次電池の安定性を確保することができる。
本発明の効果は、前述の内容以外にも、図面を参照して以下で説明する内容からも導き出されるということは言うまでもない。
本発明は、多様な変換を加えることができ、さまざまな実施形態を有するが、特定実施形態を図面に例示し、詳細な説明で詳細に説明する。しかし、それは、本発明を特定の実施形態に限定するものではなく、本発明の思想及び技術範囲に含まれる全ての変換、均等物ないし代替物を含むものであると理解されなければならない。本発明の説明にあたり、関連公知技術についての具体的な説明が、本発明の要旨を不明確にするであろうと判断される場合、その詳細な説明を省略する。
第１、第２のような用語は多様な構成要素の説明に使用されるが、該構成要素は、用語によって限定されるものではない。該用語は、１つの構成要素を、他の構成要素から区別する目的のみに使用される。
本出願で使用された用語は、ただ、特定実施形態の説明に使用されたものであり、本発明を限定する意図ではない。単数の表現は、文脈上明白に取り立てて意味しない限り、複数の表現を含む。本出願で、「含む」または「有する」というような用語は、明細書上に記載された特徴、数字、段階、動作、構成要素、部品、またはそれらの組み合わせが存在するということを指定するものであり、一つ、またはそれ以上の他の特徴、数字、段階、動作、構成要素、部品、またはそれらの組み合わせの存在または付加の可能性をあらかじめ排除するものではないと理解されなければならない。
以下、添付された図面に図示された本発明に係わる実施形態を参照し、本発明について詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態による二次電池を概略的に図示した分解斜視図であり、図２は、図１のＩ−Ｉ断面を概略的に図示した断面図であり、図３は、図１の二次電池の保護フィルムを概略的に図示した平面図であり、図４は、図１の二次電池の電極組立体を概略的に図示した図面である。
図１ないし図４を参照すれば、本発明の一実施形態による二次電池１００は、電極組立体１２０、電極組立体１２０の一端に付着された保護フィルム１３０、電極組立体１２０を収容するカン１１０、及びカン１１０と結合するキャッププレート１５０を含んでもよい。
電極組立体１２０は、第１電極板１２１、第２電極板１２３、及び第１電極板１２１と、第２電極板１２３との間のセパレータ１２５を含んでもよい。一例として、電極組立体１２０は、第１電極板１２１、セパレータ１２５及び第２電極板１２３を積層した後、積層された第１電極板１２１、セパレータ１２５及び第２電極板１２３を共に巻き取ってゼリーロール状に製作することができる。
第１電極板１２１は、正極フィルムまたは負極フィルムのうちいずれか一つでもある。第１電極板１２１が正極フィルムである場合、第２電極板１２３は、負極フィルムであり、反対に、第１電極板１２１が負極フィルムである場合、第２電極板１２３は、正極フィルムでもある。すなわち、第１電極板１２１と第２電極板１２３は、電気的に極性が異なるように形成され、特定極性に限定されるものではない。ただし、以下では、説明の便宜のために、第１電極板１２１は、正極フィルムとして形成され、第２電極板１２３は、負極フィルムとして形成される場合について説明する。
第１電極板１２１は、第１活物質が塗布された第１活物質部１２１ａと、第１活物質が塗布されていない第１無知部１２１ｂと、を含んでもよい。第１活物質部１２１ａは、例えば、アルミニウム板の少なくともいずれか１面の一部に、第１活物質を塗布して形成し、第１活物質が塗布されていないアルミニウム板の残りの部分は、第１無知部１２１ｂにもなる。
第１活物質は、ＬｉＣｏＯ２、ＬｉＮｉＯ２、ＬｉＭｎＯ２、ＬｉＭｎＯ４のようなリチウム含有遷移金属酸化物、またはリチウムカルコゲナイド化合物のような正極活物質でもある。
第１電極板１２１には、第１電極タブ１２６が電気的に連結される。第１電極タブ１２６は、一端が第１無知部１２１ｂに、溶接などによって接合され、第１電極タブ１２６の他端は、キャッププレート１５０に、溶接などによって接合される。
第２電極板１２３は、第２活物質が塗布された第２活物質部１２３ａと、第２活物質が塗布されていない第２無知部１２３ｂと、を含んでもよい。第２活物質部１２３ａは、例えば、銅板の少なくともいずれか１面の一部に、第２活物質を塗布して形成し、第２活物質が塗布されていない銅板の残りの部分は、第２無知部１２３ｂにもなる。
第２活物質は、例えば、負極活物質でもあり、具体的には、結晶質炭素、非晶質炭素、炭素複合体、炭素ファイバのような炭素材料；リチウム金属またはリチウム合金などでもある。
第２電極板１２３には、第２電極タブ１２８が電気的に連結される。第２電極タブ１２８は、一端が第２無知部１２３ｂに溶接などによって接合され、第２電極タブ１２８の他端は、電極端子１５２と、溶接などによって接合される。
セパレータ１２５は、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリスチレン（ＰＳ）及びポリプロピレン（ＰＰ）のうち少なくともいずれか一つを含んで形成される多孔性高分子膜でもある。例えば、セパレータ１２５は、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、及びポリエチレン（ＰＥ）とポリプロピレン（ＰＰ）との共重合体（co-polymer）からなる群のうちから選択されるいずれか１つの基材に、ポリフッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＰＶＤＦ−ＨＦＰ co-polymer）をコーティングすることによって製造されるが、それに限定されるものではない。セパレータ１２５は、第１電極板１２１と、第２電極板１２３との間の短絡を防止するために、第１電極板１２１及び第２電極板１２３よりさらに大きい面積を有して形成される。
カン１１０は、電極組立体１２０が挿入されるように、一側に開口１１２を含み、電極組立体１２０がカン１１０に収納された後、カン１１０の開口１１２は、キャッププレート１５０によって密閉される。一方、キャッププレート１５０と電極組立体１２０との間には、絶縁プレート１４０が配置される。
カン１１０は、アルミニウムのような導電性部材から形成され、外部衝撃から電極組立体１２０を保護し、電極組立体１２０の充放電動作に伴う熱を外部に放出させる放熱板の機能を遂行することができる。
絶縁プレート１４０は、電極組立体１２０の上下遊動を防止し、第１電極タブ１２６が通過することができる第１切開部１４２と、第２電極タブ１２８が通過することができる第２切開部１４４と、を含んでもよい。また、絶縁プレート１４０は、第１切開部１４２及び第２切開部１４４と離隔された地点には、電解質の注入のための開口１４６が形成される。
キャッププレート１５０は、カン１１０と同一材質から形成され、溶接などによって、カン１１０と結合することにより、開口１１２を密閉することができる。キャッププレート１５０は、一側に、電解質注入口１５６を含んでもよい。キャッププレート１５０がカン１１０と結合した後、電解質は、電解質注入口１５６を介して、カン１１０の内部に注入され、電解質注入口１５６は、栓１６０によって密閉される。
キャッププレート１５０には、第１電極タブ１２６が溶接などによって接合される。また、キャッププレート１５０には、第２電極タブ１２８と接続する電極端子１５２が形成され、電極端子１５２とキャッププレート１５０との短絡を防止するため、電極端子１５２とキャッププレート１５０との間には、絶縁体１５４が配置される。
一方、カン１１０は、キャッププレート１５０と電気的に連結され、キャッププレート１５０は、第１電極タブ１２６と電気的に連結されているので、カン１１０は、第１電極板１２１と同一極性を有することができる。このとき、カン１１０の内部に収容されたゼリーロール状に巻き取られた電極組立体１２０は、巻き取り軸に隣接した中央部が、重力方向に押される現象が発生し、それによって、第１電極板１２１と同一極性を有するカン１１０と、第２電極板１２３との間に短絡が発生する。
それを防止するため、電極組立体１２０の一端には、保護フィルム１３０が付着される。ここで、電極組立体１２０の一端は、カン１１０の底面と隣接した電極組立体１２０の下面を意味する。
一方、前述のように、セパレータ１２５は、第１電極板１２１及び第２電極板１２３よりさらに大きい面積を有して形成されるので、電極組立体１２０の下面において、セパレータ１２５は、第１電極板１２１及び第２電極板１２３より保護フィルム１３０に向けてさらに突出する。従って、保護フィルム１３０は、セパレータ１２５の端部と付着するが、保護フィルム１３０とセパレータ１２５との付着は、熱融着による。また、第１電極板１２１及び第２電極板１２３は、保護フィルム１３０と離隔されるので、熱融着時、第１電極板１２１と第２電極板１２３とが熱によって損傷されることを防止することができる。
さらに具体的には、保護フィルム１３０は、セパレータ１２５の端部と熱融着された第１層１３２と、第１層１３２上に積層され、第１層１３２と異なる材質から形成された第２層１３４と、を含んでもよい。
第１層１３２は、保護フィルム１３０に印加される熱によって溶融されながら、セパレータ１２５の端部に熱融着される層であり、第１層１３２の融点は、セパレータ１２５の融点より低くなければならない。
例えば、第１層１３２の融点は、６０℃ないし１００℃でもある。第１層１３２の融点が６０℃より低い場合は、二次電池１００の動作時に発生する熱によって、第１層１３２が溶融されてしまうので、二次電池１００の安定性が低下してしまう。一方、第１層１３２の融点が１００℃より高い場合は、ポリエチレン、ポリスチレン及びポリプロピレンのうち少なくともいずれか一つを含んで形成されるセパレータ１２５が、第１層１３２を溶融させるために加えられる熱によって、収縮などの変形が発生してしまう。
従って、第１層１３２が６０℃ないし１００℃の融点を有する材質から形成されれば、セパレータ１２５の損傷なしに、第１層１３２とセパレータ１２５とを熱融着させることができ、二次電池１００の動作時にも、第１層１３２が溶融されず、二次電池１００の安定性を確保することができる。このような第１層１３２は、αオレフイン共重合体から形成される。例えば、第１層１３２は、エチレン−αオレフイン共重合体またはプロピレン−αオレフイン共重合体から形成される。
第１層１３２は、１μｍないし５０μｍの厚みに形成される。第１層１３２の厚みが１μｍより薄い場合は、熱融着によるセパレータ１２５との接合力が低下し、第１層１３２の厚みが５０μｍより厚い場合は、第１層１３２が十分に溶融され難く、カン１１０の内部空間が相対的に狭まるので、二次電池１００の容量が低減する。
第２層１３４は、第１層１３２の溶融のための加熱時にも、その形状を維持するように、第１層１３２の融点より高い融点を有する材質から形成される。また、第２層１３４は、電極組立体１２０を支持するので、十分な剛性を有する材質から形成される。例えば、第２層１３４は、ポリプロピレンからも形成されるが、それに限定されるものではない。
第２層１３４の厚みは、１μｍないし１００μｍに形成される。第２層１３４の厚みが１μｍより薄い場合は、第２層１３４が電極組立体１２０の押し下がり現象などを防止するための十分な剛性を有し難く、一方、第２層１３４の厚みが１００μｍより厚い場合は、二次電池１００の容量が低減する。
一方、保護フィルム１３０は、ホール１３６をさらに含んでもよい。カン１１０の内部に注入された電解質は、ホール１３６を介して電極組立体１２０側に移動し、電極組立体１２０は、電解質内に含浸される。具体的には、電解質は、第１電極板１２１とセパレータ１２５との間、及びセパレータ１２５と第２電極板１２３との間の間隙を介して、毛細管現象によって、電極組立体１２０内に移動する。従って、ホール１３６は、保護フィルム１３０に均一に分布することが望ましい。また、電解質内に含有された異物などが電解質と共に、電極組立体１２０内に移動することを防止するために、ホール１３６の大きさは、３０μｍ以下に形成される。ここで、ホール１３６の大きさは、ホール１３６が円形である場合は、ホール１３６の直径を意味し、ホール１３６が円形以外の他の形状を有する場合は、ホール１３６の最大サイズを意味する。
このように、電極組立体１２０の一端に保護フィルム１３０が付着されれば、二次電池１００の内部短絡を防止することができ、セパレータ１２５が、第１層１３２によって固定されるので、電極組立体１２０の位置が固定され、カン１１０の内部において、電極組立体１２０が遊動することを防止することができる。
図５は、図１の二次電池の電極組立体の変形例を概略的に図示した斜視図である。
図５を参照すれば、電極組立体２２０は、共に巻き取られた第１電極板２２１、第２電極板２２３、及び第１電極板２２１と第２電極板２２３との間のセパレータ２２５を含み、第１電極タブ２２６と第２電極タブ２２８とが電気的に連結される。また、電極組立体２２０の一端には、保護フィルム２３０が付着される。
セパレータ２２５は、第１電極板２２１と第２電極板２２３との短絡を防止するために、第１電極板２２１及び第２電極板２２３よりさらに大きい面積を有して形成されるので、保護フィルム２３０が付着される電極組立体２２０の一端において、セパレータ２２５は、第１電極板２２１及び第２電極板２２３より保護フィルム２３０に向けてさらに突出する。
従って、保護フィルム２３０は、第１電極板２２１及び第２電極板２２３と離隔され、セパレータ２２５の端部と熱融着して接着される。保護フィルム２３０は、セパレータ２２５より融点が低く、セパレータ２２５と熱融着された第１層（図示せず）と、第１層（図示せず）と異なる材質から形成された第２層（図示せず）と、を含んでもよい。第１層（図示せず）と第２層（図示せず）は、図１ないし図４で説明した第１層１３２及び第２層１３４とそれぞれ同一であるので、繰り返して説明しない。
保護フィルム２３０は、電極組立体２２０の側面の一部に付着されるように、少なくとも一側が延長されて形成される。電極組立体２２０は、第１電極板２２１、セパレータ２２５及び第２電極板２２３が共に巻取されて形成されるが、電極組立体２２０の最外側面には、絶縁のためにセパレータ２２５が配置される。このとき、保護フィルム２３０が、電極組立体２２０の側面にまで付着されれば、最外側面に配置されたセパレータ２２５の剥離を防止することができ、電極組立体２２０の巻き取られた状態を維持させることができる。従って、二次電池の動作時に発生する熱によって、二次電池内部の温度が上昇しても、電極組立体２２０の剥離が防止される。
以上、本発明の望ましい実施形態について図示して説明したが、本発明は、前述の特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲で請求する本発明の精神および要旨から外れることなしに、当該発明が属する技術分野の当業者によって、多様な変形実施が可能であるということは言うまでもない。
本発明の二次電池は、例えば、エネルギー源関連の技術分野に効果的に適用可能である。
１００ 二次電池
１１０ カン
１１２，１４６ 開口
１２０，２２０ 電極組立体
１２１，２２１ 第１電極板
１２１ａ 第１活物質部
１２１ｂ 第１無地部
１２３，２２３ 第２電極板
１２３ａ 第２活物質部
１２３ｂ 第２無地部
１２５，２２５ セパレータ
１２６，２２６ 第１電極タブ
１２８，２２８ 第２電極タブ
１３０，２３０ 保護フィルム
１３２ 第１層
１３４ 第２層
１３６ ホール
１４０ 絶縁プレート
１４２ 第１切開部
１４４ 第２切開部
１５０ キャッププレート
１５２ 電極端子
１５４ 絶縁体
１５６ 電解質注入口
１６０ 栓
１１０ カン
１１２，１４６ 開口
１２０，２２０ 電極組立体
１２１，２２１ 第１電極板
１２１ａ 第１活物質部
１２１ｂ 第１無地部
１２３，２２３ 第２電極板
１２３ａ 第２活物質部
１２３ｂ 第２無地部
１２５，２２５ セパレータ
１２６，２２６ 第１電極タブ
１２８，２２８ 第２電極タブ
１３０，２３０ 保護フィルム
１３２ 第１層
１３４ 第２層
１３６ ホール
１４０ 絶縁プレート
１４２ 第１切開部
１４４ 第２切開部
１５０ キャッププレート
１５２ 電極端子
１５４ 絶縁体
１５６ 電解質注入口
１６０ 栓
Claims (20)
- 第１電極板、第２電極板、及び前記第１電極板と前記第２電極板との間のセパレータを具備した電極組立体と、
前記電極組立体の一端に付着された保護フィルムと、
前記電極組立体を収容するカンと、
前記カンと結合するキャッププレートと、を含み、
前記電極組立体の一端で、前記セパレータは、前記第１電極板及び前記第２電極板より前記保護フィルムに向けてさらに突出し、
前記保護フィルムは、突出した前記セパレータの端部と熱融着された二次電池。 - 前記保護フィルムは、前記セパレータの端部と熱融着された第１層と、前記第１層上に積層された第２層と、を含み、
前記第１層と前記第２層は、互いに異なる材質から形成されたことを特徴とする請求項１に記載の二次電池。 - 前記第１層の融点は、前記セパレータの融点、及び前記第２層の融点より低いことを特徴とする請求項２に記載の二次電池。
- 前記第１層は、エチレン−αオレフイン共重合体またはプロピレン−αオレフイン共重合体から形成されたことを特徴とする請求項３に記載の二次電池。
- 前記第１層の厚みは、１μｍないし５０μｍであることを特徴とする請求項４に記載の二次電池。
- 前記第２層は、ポリプロピレンから形成されたことを特徴とする請求項３に記載の二次電池。
- 前記第２層の厚みは、１μｍないし１００μｍであることを特徴とする請求項６に記載の二次電池。
- 前記保護フィルムは、複数のホールを含むことを特徴とする請求項１に記載の二次電池。
- 前記第１電極板及び前記第２電極板は、前記保護フィルムと離隔されたことを特徴とする請求項１に記載の二次電池。
- 前記保護フィルムは、前記電極組立体の側面の一部と付着されたことを特徴とする請求項１に記載の二次電池。
- 第１電極板、第２電極板、及び前記第１電極板と前記第２電極板との間のセパレータが共に巻き取られたゼリーロール状の電極組立体と、
前記電極組立体の下面に付着された保護フィルムと、を含み、
前記電極組立体の下面で、前記セパレータは、前記第１電極板及び前記第２電極板より前記保護フィルムに向けてさらに突出し、
前記保護フィルムは、前記セパレータの端部と熱融着された第１層と、前記第１層上に積層された第２層と、を含み、
前記第１電極板及び前記第２電極板は、前記保護フィルムと離隔された二次電池。 - 前記第１層と前記第２層は、互いに異なる材質から形成され、
前記第１層の融点は、前記セパレータの融点、及び前記第２層の融点より低いことを特徴とする請求項１１に記載の二次電池。 - 前記第１層の融点は、６０℃ないし１００℃であることを特徴とする請求項１２に記載の二次電池。
- 前記第１層は、エチレン−αオレフイン共重合体またはプロピレン−αオレフイン共重合体から形成されたことを特徴とする請求項１２に記載の二次電池。
- 前記第１層の厚みは、１μｍないし５０μｍであることを特徴とする請求項１４に記載の二次電池。
- 前記第２層は、ポリプロピレンから形成されたことを特徴とする請求項１２に記載の二次電池。
- 前記第２層の厚みは、１μｍないし１００μｍであることを特徴とする請求項１６に記載の二次電池。
- 前記保護フィルムは、複数のホールを含み、前記ホールそれぞれの大きさは、３０μｍ以下であることを特徴とする請求項１１に記載の二次電池。
- 前記保護フィルムは、前記電極組立体の側面の一部と付着されたことを特徴とする請求項１１に記載の二次電池。
- 前記電極組立体を収容するカン、及び前記カンと結合するキャッププレートをさらに含むことを特徴とする請求項１１に記載の二次電池。
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