JP2016506027A - 階段構造の電極群積層体 - Google Patents

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Abstract

本発明による電極群積層体は、正極、負極、及び正極と負極の間に挟まれている第１分離膜を含む電極群；及び前記電極群の間に挟まれている第２分離膜；を含み、電極群は平面を基準に高さ方向に積層されており、一部または全部の電極群は、積層境界で対向する積層面の面積が互いに異なり、下記式１を満たす電極群を含んでいることを特徴とする電極群積層体に関する。Ｔ≧（Ｔ ｓｕｍ?０．５） （１）前記式で、Ｔは任意の電極群の厚さ、Ｔ ｓｕｍは電極群積層体を構成するそれぞれの電極群の厚さの総和である。

Description

本発明は二次電池の電池ケース内に内蔵される電極群積層体に係り、より詳しくは階段構造の電極群積層体に関するのである。
ＩＴ（Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）技術が目覚ましく発達するにつれて多様な携帯型情報通信器機が拡散して、２１世紀は時間と場所にかかわらず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基盤には、リチウム二次電池が重要な位置を占めている。
具体的に、充放電可能なリチウム二次電池はワイヤレスモバイル器機のエネルギー源として幅広く使われているだけでなく、化石燃料を使う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われている。
前記のように、リチウム二次電池が適用されるデバイスが多様化するにつれて、リチウム二次電池は、適用されるデバイスに適当な出力と容量を提供するように多様化している。また、小型軽薄化が強力に要求されている。
携帯電話、ＰＤＡ、デジタルカメラ、ノートブックコンピュータなどの小型モバイル器機には該当製品の小型軽薄化の傾向に応じるように、デバイス１台当たり一つないし四つの小型軽量の電池セルが使われている。
電気自転車、電気モータサイクル、電気自動車、ハイブリッド電気自動車などの中大型デバイスには高出力及び大容量の必要性によって、多数の電池セルを電気的に連結した中大型電池モジュール（中大型電池パック）が使われている。
電池モジュールのサイズ及び重量は当該中大型デバイスなどの収容空間及び出力などに直接的な関連性があるので、メーカーはできるだけ小型でありながら軽量の電池モジュールを製造しようと努力している。
このような電池モジュールまたは電池パックの単位電池としては、その形状によって円筒形電池セル、角形電池セル、パウチ型電池セルなどが使われているし、その中でも高集積度で積層でき、重量当たりエネルギー密度が高くて安価で変形が容易なパウチ型電池セルが高い関心を集めている。
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を参照すれば、パウチ型二次電池１０は、多数の電極タブ２１、２２が突出している電極組立体２０、電極タブ２１、２２にそれぞれ連結されている二つの電極リード３０、３１、及び電極リード３０、３１の一部が外部に露出するように電極組立体２０を収納かつ密封する構造の電池ケース４０を含んでなっている。
電池ケース４０は、電極組立体２０が装着可能な凹状の収納部４１を含む下部ケース４２と、その下部ケース４２のカバーとして電極組立体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は電極組立体２０を内蔵した状態で熱融着して、上端シーリング部４４、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には上部ケース４３と下部ケース４２がそれぞれ別の部材として表示されているが、図１Ｂのように、一側端部が一体化して連続しているヒンジ式の構造も可能である。
また、図１Ａ及び図１Ｂは、電極タブと電極リードが連結された構造の電極端子が一端に一緒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前記のような方法で製作することができるのは言うまでもない。
前述したような電極組立体は、図１Ａ及び図１Ｂのように、略直方体状に製造されることが一般的であり、このような電極組立体が電池ケース内に内蔵されて直方体状のパウチ型電池セルが製作され、前記パウチ型電池セルが積層されて直方体状の電池パックが出来上がる。
しかし、このような直方体状の電池セルと電池パックが適用されるデバイスのデザインは直方体状の外に形成されることもある。
例えば、スマートフォンの場合には、把持感に優れるように側面が曲線に処理されることができる。
しかし、このように曲線に処理された部分を持つ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内部の空間活用度に限界がある。
すなわち、曲線に処理された部分には電池セルまたは電池パックが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、終局にはデバイス体積当たり容量を低下させる問題がある。
本発明は、前記のような従来技術の問題点を解決するために、デバイス体積当り容量を最大に向上させることができる階段構造が形成された電極群積層体及びこれを含むリチウム二次電池を提供しようとする。
また、本発明は、階段構造の電極群積層体を大量生産工程で発生する工程上の障害を最小化して良品率の高い階段構造の電極群積層体を提供しようとする。
本発明の第１側面において、本発明による電極群積層体は、
正極、負極及び正極と負極の間に挟まれている第１分離膜を含む電極群；及び前記電極群の間に挟まれている第２分離膜；を含み、
電極群は平面を基準に高さ方向に積層されており、
一部または全部の電極群は、積層境界で対向する積層面の面積が互いに異なり、
下記式１を満たす電極群を含んでいることを特徴とする。
Ｔ≧（Ｔ ｓｕｍ×０．５） （１）
前記式で、
Ｔは任意の電極群の厚さ、Ｔ ｓｕｍは電極群積層体を構成するそれぞれの電極群の厚さの総和である。
前記任意の電極群は電極群積層体を構成するそれぞれの電極群の中で選ばれたいずれか一つを意味するもので、例えば積層面の面積が最大のスタック型電極群であることができる。
前記正極は正極集電体上に正極スラリー層が形成された構造になることができる。
前記正極は負極と対面する面積にだけ正極スラリー層が形成されることができる。
負極と対面する面は正極集電体の一面または両面であることができる。
前記正極は板状の正極、つまり正極板であることができる。正極板の角部は直角であることもでき、曲線に処理されていることもできる。例えば、直方体状の正極板の角部はいずれも直角であることもでき、少なくとも一つの角部が曲線に処理されていることもできる。
少なくとも一つの角部が曲線に処理されている場合、曲線に処理された角部で自由落下する場合、衝撃が緩和できるので、落下安全性が向上する効果がある。
片面正極板の最大厚さは８７〜９２μｍであることができ、最小厚さは７０〜７４μｍであることができる。この際、正極スラリーのローディング量の範囲は１６ｍｇ／ｃｍ２以上〜２２ｍｇ／ｃｍ２以下であることができる。
両面正極板の最大厚さは１２８〜１３３μｍであることができ、最小厚さは９１〜９９μｍであることができる。この際、正極スラリーのローディング量の範囲は３２ｍｇ／ｃｍ２以上〜４４ｍｇ／ｃｍ２以下であることができる。
片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より厚いことができる。厚さ比の範囲は２．５：１以上〜１．５：１以下であることができる。
片面正極板の正極集電体の厚さを両面正極板の正極集電体の厚さより厚くすることにより、一面正極が圧延（ｒｏｌｌ ｐｒｅｓｓｉｎｇ）工程時に曲がる（ｂｅｎｄｉｎｇ）現象を最小化することができる。
これは良品性及び工程性を向上させる利点がある。
前記負極は負極集電体上に負極スラリー層が形成された構造になることができる。
前記負極は正極と対面する面積にだけ負極スラリー層が形成されていることができる。
正極と対面する面は負極集電体の一面または両面であることができる。
前記負極は、板状の負極、つまり負極板であることができる。負極板の角部は直角であることもでき、曲線に処理されていることもできる。例えば、直方体状の負極板の角部はいずれも直角であることもでき、少なくとも一つの角部が曲線に処理されていることもできる。
少なくとも一つの角部が曲線に処理されている場合、曲線に処理された角部で自由落下する場合、衝撃が緩和されることができるので、落下安全性が向上する効果がある。
一面負極板の最大厚さは８６〜９１μｍであることができ、最小厚さは６７〜７０μｍであることができる。この際、負極スラリーのローディング量の範囲は７．７ｍｇ／ｃｍ２以上〜１０．５ｍｇ／ｃｍ２以下であることができる。
両面負極板の最大厚さは１３９〜１４９μｍであることができ、最小厚さは１０１〜１０８μｍであることができる。この際、負極スラリーのローディング量の範囲は１５．４ｍｇ／ｃｍ２以上〜２１ｍｇ／ｃｍ２以下であることができる。
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より厚いことができる。厚さ比の範囲は２．５：１以上〜１．５：１以下であることができる。
一面負極板の負極集電体の厚さを両面負極板の負極集電体の厚さより厚くすることにより、一面負極が圧延（ｒｏｌｌ ｐｒｅｓｓｉｎｇ）工程時に曲がる（ｂｅｎｄｉｎｇ）現象を最小化することができる。
これは良品性及び工程性を向上させる利点がある。
第１分離膜は板状の分離膜、つまり分離板であることができる。
前記電極群は、正極板、負極板、及び正極板と負極板の間に挟まれている板状の第１分離膜を含み、正極板と負極板が分離板を挟んで平面を基準に高さ方向に積層されているスタック（ｓｔａｃｋ）型電極群であることができる。
前記で、平面は任意の平面であることができ、例えば地面または地面に垂直した平面であることができる。
電極板の積層方向は重力方向または重力反対方向であることができる。
例えば、“平面を基準に高さ方向に積層される”とは、電極板が地面から重力方向または重力反対方向に積層されることができることを意味することができる。
これは、電極板が平面を基準に高さ反対方向に積層されている場合にも同一である。
スタック型電極群の間に挟まれている第２分離膜は分離シートであることができる。
前記分離シートは、正極板と負極板の間に配置されて正極と負極を隔離するとともに少なくとも正極端子または負極端子が形成されていない正極板の側面または負極板の側面を包むことができるほどの所定の長さに形成されている分離膜に定義することができる。
前記分離シートは電極端子非形成部位であるスタック型電極群の側面を包んでいることができる。
すなわち、分離シートは階段構造を形成するそれぞれの段から所定の距離だけ離隔することができる。すなわち、階段構造を形成するそれぞれの段の外周面に密着していないこともできる。
この場合、本発明による電極群積層体を含むリチウム二次電池の外周面をリチウム二次電池が内蔵されるデバイスの曲面の曲率に応じて形成しにくいことができる。
好ましくは、前記分離シートは、スタック型電極群の側面、具体的には階段構造を構成するそれぞれの段の外周面に密着していることができる。
分離シートの厚さは、５〜３００μｍ、５〜２００μｍ、５〜１００μｍ、５〜５０μｍ、５〜３０μｍ、５〜２５μｍ、５〜２０μｍ、１０〜２０μｍであることができ、分離シートの厚さが薄いほど放電容量を増加させることができる。
前述した分離板の場合にも同一である。
分離シートの厚さが非常に薄いので、分離シートを階段構造を構成するそれぞれの段の外周面に密着させることが容易でない。
本発明によれば、前記分離シートは、切断または熱処理または切断後の熱処理によってそれぞれの段の外周面に密着させることができる。すなわち、電極群の側面に密着させることができる。
分離シートは、電極群の側面を包んでいる状態で正極と負極の間に挟まれるので、繰り返される充放電にもかかわらず電極群と分離シートの間の界面接触を堅固に維持することができる。
分離シートを巻き取るときに発生する引張力は電極群と分離シートの間の界面を密着する圧力を提供することができる。
分離シートは、前述したような積層体の一部または全部の外周面を包んでいることができる。
分離シートの末端は熱融着されるとかテープで固定されることができる。
前記電極群は偶数であることができる。
前記電極群は奇数であることができる。
前記電極群は平面を基準に高さ方向に積層されており、一部または全部の電極群は、積層境界で対向する積層面の面積が互いに異なっている。
前述したように、前記平面は任意の平面であることができ、地面または地面に垂直した平面または積層面の面積が最大のスタック型電極群であることができる。
前記電極群は、積層面の面積が最大の電極群を基準に高さ方向及び高さ反対方向に積層されていることができる。この際、対称状または非対称状に電極群が積層されることができる。
積層境界で対向する積層面の面積が互いに異なる電極群は段差または階段構造を形成することができる。
前記階段構造は積層面の面積が互いに異なるｎ個の電極群が積層された場合、段の個数はｎ個であることができる。この際、ｎは２以上の自然数、ｎはデバイスの容量ないしデバイスの外周面の曲率などを考慮して適切に調節することができる。
積層面の面積が最大のスタック型電極群は、最上端に積層された電極と最下端に積層された電極の極性が同一であるＳスタック型電極群であることができる。
前記Ｓスタック型電極群は、最上端に積層された電極と最下端に積層された電極の極性がいずれも負極であるＳＡスタック型電極群であることができる。
前記Ｓスタック型電極群は、最上端に積層された電極と最下端に積層された電極の極性がいずれも正極であるＳＣスタック型電極群であることができる。
積層面の面積が最大のスタック型電極群は、最上端に積層された電極と最下端に積層された電極の極性が互いに異なるＤスタック型電極群であることができる。
前記Ｄスタック型電極群の最小厚さは０．３ｍｍであることができる。
積層面の面積が最大の電極群の厚さは、前記式１を満たす。
分離シートを折り畳むとかまたは巻き取ることで本発明の非制限的な一実施例による電極群積層体を製造する場合、偶数または奇数のスタック型電極群は所定の間隔で離隔したまま分離シートに配列され、巻取開始点に位置する積層面の面積が最大の電極群、つまり最大面積の電極群は、折畳み工程に使われる工程器機のジグ（ｚｉｇ）で固定された状態で、巻取開始点から巻取終了点の方向に繰り返し折り畳まれるとかまたは巻き取られることができる。
前記ジグは、折畳みまたは巻取のために、やっとこのように電極群を握っている部品を意味する。
折畳みまたは巻取工程中に最大面積の電極群がジグから離脱する場合、良品率ないし工程性が低下する問題がある。よって、ジグは最大面積の電極群に一定力を加えることができる。
最大面積の電極群の厚さが電極群の厚さの総和の５０％未満の場合には、加わった圧力によって破損されることができる。
本発明の第２側面において、前記積層面の面積が最大の電極群上に積層されている電極群は下記式２を満たすことを特徴とする。
Ｔａ=ｎ×Ｔｂ （２）
前記式で、
Ｔａ、Ｔｂは積層面の面積が最大の電極群上に積層されている電極群の中で選ばれた任意の電極群であり、ｎは自然数である。
前記任意の電極群はＳスタック型電極群、Ｄスタック型電極群またはこれらの組合せであることができる。
電極群の境界で対向する正極と負極の中で、対向面積の大きな電極は負極であることができる。この場合、対向面積の大きな電極が正極の場合に比べ、充電時の樹脂状の成長を最小化することができる。
電極群の境界で対向する正極と負極の中で、対向面積の大きな電極は正極であることができる。
前記スタック型電極群は、正極板と負極板のいずれか一つと分離板が最外層を構成するように、正極板、負極板、分離板が積層された状態で接合（ｌａｍｉｎａｔｅ）されている構造の第１単位セルを含むことができる。
前記スタック型電極群は、分離板が最外層を構成するように、正極板、負極板、分離板が積層された状態で接合（ｌａｍｉｎａｔｅ）されている第２単位セルを含むことができる。この際、前記分離板の一つは第２分離膜を構成することができる。
例えば、前記第１単位セルは、正極板、分離板、負極板、分離板が順次に積層された状態で接合（ｌａｍｉｎａｔｅ）された構造または負極板、分離板、正極板、分離板が順次にスタックされた状態で接合された構造であることができる。
前記スタック型電極群は、正極板と負極板が最外層を構成して、分離板が正極板と負極板の間に挟まれるように、正極板、負極板、分離板が積層された状態で接合されている第３単位セルを含むことができる。
前記スタック型電極群は、正極板と負極板のいずれか一つと一つの分離板が積層された状態で接合されている第４単位セルを含むことができる。
前記スタック型電極群は、前記第１単位セルのみが積層された構造であることもでき、第２単位セルのみが積層された構造であることもでき、第３単位セルのみが積層された構造であることもでき、第４単位セルのみが積層された構造であることもでき、これらの組合せであることもできる。
前記第１単位セルの最上端または最下端には第２単位セルが積層されていることができる。
第２単位セルドのみが積層されている構造は、第２単位セルの間に正極板または負極板のいずれか一つが挟まれていることができる。
前記第１単位セル乃至第４単位セルには、正極板、分離板、負極板の積層構造をもっと堅く維持する固定部材がさらに付け加えられていることができる。
前記固定部材は、第１単位セルないし第４単位セルとは別の外部部材で、単位セルの外周面の一部または全部を包んでいる粘着テープまたは接着テープであることができる。
前記単位セルの外周面は、単位セルの側面、平面、前面、後面などを全て含む概念であることができる。
前記固定部材は、単位セルを構成する分離板の一部であることができる。この場合、分離板の末端を熱融着させることによって単位セルを固定させることができる。
前記分離板の末端は正極板と負極板の大きさ、つまり横長または縦長に比べて長く伸びていることができる。伸びた分離板の末端は互いに熱融着されていることができる。
前記固定部材は、これに限定されず、第１単位セルまたは第２単位セルを固定させることができる機能が可能な部材のいずれも含むことができる。
前述したような第１単位セルと第２単位セルを含んでスタック型電極群を構成する場合、正極板、負極板、分離板が単純に積層されている構造のスタック型電極群に比べて量産性ないし良品率を向上させることができる。
また、第１単位セル単位で正極板、分離板、負極板が互いに接合されている状態なので、スウェリングによる体積膨張を最小化することができる利点がある。
前述したような第１単位セルと第２単位セルを含んでスタック型電極群を構成する場合、折畳み工程によって具現される電極組立体のアライン不良や工程設備を除去し、一つのラミネーターのみで第１単位セルまたは第２単位セルの形成を完了し、単純積層でスタック型電極群を具現することができるようになるので、折畳み工程時に発生する電極の損傷が減少し、電解液湿潤性が向上することができ、外部に露出される分離板を単面有無機複合分離膜（ＳＲＳ分離膜）を適用することができるようになり、セルの厚さが減少するとともに工程コストを節減することができるようになる。
本発明による電極群積層体の最大厚さは５．５ｍｍであることができる。
前述した特徴の多様な組合せは本発明の範囲内にある。
本発明は前述したような電極群積層体が電池ケースに内蔵されていることを特徴とするリチウム二次電池を提供することができる。
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、または金属カンであることができる。
前記電池ケースには、前記電極群積層体の外面形状に対応する内面構造を持つ収納部が形成されていることができる。
前記リチウム二次電池は、リチウムイオン電池、リチウムポリマー電池またはリチウムイオンポリマー電池であることができる。
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、及び電力貯蔵装置の中で選ばれる一つのデバイスの電源または動力源として使われることができるが、これらに限定されるものではない。
電池セルの構造及び製作方法またはこれらデバイスの構造及びそれの製作方法などは当業界に知られているので、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。 本発明によるスタック型電極群を構成する電極板及び分離板を模式的に示す斜視図及び垂直断面図である。 本発明によるスタック型電極群を構成する電極板及び分離板を模式的に示す斜視図及び垂直断面図である。 最上端電極板と最下端電極板の極性が互いに異なるスタック型電極群を模式的に示す垂直断面図である。 最上端電極板と最下端電極板の極性が互いに異なるスタック型電極群を模式的に示す垂直断面図である。 最上端電極板と最下端電極板の極性が同一であるスタック型電極群を模式的に示す垂直断面図である。 本発明の非制限的な一実施例による電極群積層体を模式的に示す断面図である。 図７の電極群積層体を模式的に示す展開図である。 本発明の非制限的な一実施例による第１単位セルの構造を模式的に示す断面図である。 本発明の非制限的な一実施例による第２単位セルの構造を模式的に示す断面図である。 図９及び図１０の第１単位セルと第２単位セルからなった積層型電極群の構造を模式的に示す断面図である。 図９の第１単位セルの固定構造の模式図である。 本発明の非制限的な一実施例による第１単位セルの製造工程を模式的に示す図である。 ２段の階段構造を示す模式図である。
以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて説明するが、これは本発明のもっと容易な理解のためのもので、本発明の範疇がこれによって限定されるものではない。
図２及び図３には本発明による電極群を構成する正極板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を一緒に参照すれば、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１７２に負極スラリー１７６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）を持つ平行直方体状になっている。
図４〜図６には図３の正極板１３０と負極板１７０が分離板１５０を挟んで積層面に平行な平面を基準に高さ方向に交互に積層されている積層型電極群３００、４００の垂直断面図を模式的に示されている。
図４及び図５のスタック型電極群２１０、２２０、２３０、２４０、２５０は積層された電極板の中で最上端の電極板と最下端の電極板の極性が互いに異なっている。
図６のスタック型電極群３１０、３２０、３３０は積層された電極板の中で最上端の電極板と最下端の電極板の極性が互いに同一である。
スタック型電極群２２０、２５０、３３０は、最下端に積層されている正極板が、上端に積層された負極板と対面する一面にだけ正極スラリー層が形成されている。
図７には本発明の一実施例による電極群積層体の垂直断面図が示されている。
図７に示された電極群積層体５００を構成する電極群は図４〜図６のスタック型電極群の組合せであることができる。
これを参照すれば、面積が互いに異なるスタック型電極群４００Ａ、３００Ｂ、３００Ｄ、３００Ｆ、３００Ｈが積層されており、スタック型電極群４００Ａ、３００Ｂの境界とスタック型電極群３００Ｄ、３００Ｈの境界には段差がある。
スタック型電極群４００Ａは、スタック型電極群４００Ａ、３００Ｂ、３００Ｄ、３００Ｆ、３００Ｈの厚さの総和の６０％に相当する厚さを持つ。
スタック型電極群３００Ｂ、３００Ｄ、３００Ｆ、３００Ｈの厚さは同一である。
分離シートはスタック型電極群４００Ａ、３００Ｂ、３００Ｄ、３００Ｆ、３００Ｈの側面を包んでおり、電極群積層体５００の外周面を全て包んでいる。分離シートの末端はテープで固定されている。
図９には、図８の電極群積層体の展開図が模式的に示されている。
これを参照すれば、面積が最も大きくて厚さが最も厚い電極群４００Ａがワインディング（ｗｉｎｄｉｎｇ）が開始される右側端に配置されており、電極群４００Ａに比べて面積が小さな電極群３００Ｂが電極群４００Ａから所定の距離だけ離隔した状態でワインディング方向に配置されており、電極群３００Ｂに比べて面積が小さな電極群３００Ｄが電極群３００Ｂから所定の距離だけ離隔した状態でワインディング方向に配置されており、電極群３００Ｄに比べて面積が小さな電極群３００Ｆが電極群３００Ｄから所定の距離だけ離隔した状態でワインディング方向に配置されており、電極群３００Ｆに比べて面積が小さな電極群３００Ｈが電極群３００Ｆから所定の距離だけ離隔した状態でワインディング方向に配置されている。
図９は第１単位セルの断面図を模式的に示し、図１０は第２単位セルの断面図を模式的に示している。
第１単位セルは、図９に示された構造のように、分離板３１０、正極板３２０、分離板３３０、負極板３４０が順次に積層された状態で接合された構造になっている。
第２単位セルは、図１０に示される構造のように、分離板４１０、負極板４２０、分離板４３０が順次に積層された状態で接合された構造になっている。
図１１は図９の第１単位セルドルが積層された第１単位セル積層体の最上端に図１０の第２単位セルが積層された構造のスタック型電極群が示されている。
図１２には、図９の第１単位セルに固定部材がさらに付け加えられた実施例が示されている。具体的に、第１単位セル３００の側面または前面には固定部材Ｔ１がさらに付け加えられている。
単純積層構造によって積層の安全性を確保するため、積層された構造の側面に別の部材を用いて固定することができ、このような固定部材は、図１２（ａ）に示されたように、第１単位セル３００の前面をテーピングする方式で具現するとか、１２（ｂ）に示されたように、第１単位セル３００の側面のみを固定する固定部材Ｔ２で具現することが可能である。
図１３は本発明による第１単位セルの製造工程を示す工程模式図である。
図示のように、分離板３１０、正極板３２０、分離板３３０、負極板３４０の材料（シート構造としてローディングされるローディングユニットを利用）を同時にローディングし、中問層として用いられる正極板３２０を設計大きさに切断してローディングする。その後、上部と下部に配置された分離板３１０、３３０が同時にローディングされるとともに負極板３４０材料が一緒にラミネーターＬ１、Ｌ２によってローディングされる。
その後、ラミネーターでは熱と圧力によって二つの電極板と二つの分離板が接着された構造体、つまり第１単位セルに具現するようになる。その後、カッターＣ３で切断して第１単位セルを完成した後、厚さ検査（ａ）、ビジョン検査（ｂ）、ショート検査（ｃ）などの検査工程がさらに遂行できる。
その後、このように形成された第１単位セルは固定部材で固定するとか、積層によって多数の第１単位セルが積層された構造物に形成した後、図１０の第２単位セルを積層し、固定部材で固定する工程でスタック型電極群を完成するようにする。
図１４には２段の階段構造が模式的に示されている。
本発明が属した分野で通常の知識を持つ者であれば前記内容に基づいて本発明の範疇内で多様な応用及び変形が可能であろう。
本発明による電極群積層体は、デバイスの曲面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容量を向上させる効果がある。
また、工程障害を解決して良品率の高い電極群積層体を提供することができる。その結果、工程性が向上し、価格競争力が向上する。
１３０ 正極板
１３２ 正極スラリー
１３６ 正極集電体
１５０ 分離板
１７０ 負極板
１７２ 負極集電体
１７６ 負極スラリー
２１０、２２０、２３０、２４０、２５０ スタック型電極群
３００ 第１単位セル
３１０ 分離板
３２０ 正極板
３３０ 分離板
３４０ 負極板
４１０ 分離板
４２０ 負極板
４３０ 分離板
５００ 電極群積層体

Claims (30)

  1. 正極、負極及び正極と負極の間に挟まれている第１分離膜を含む電極群；及び前記電極群の間に挟まれている第２分離膜；を含み、
    電極群は平面を基準に高さ方向に積層されており、
    一部または全部の電極群は、積層境界で対向する積層面の面積が互いに異なり、
    下記式１を満たす電極群を含んでいることを特徴とする、電極群積層体。
    Ｔ≧（Ｔ ｓｕｍ×０．５） （１）
    前記式で、
    Ｔは任意の電極群の厚さ、Ｔ ｓｕｍは電極群積層体を構成するそれぞれの電極群の厚さの総和である。
  2. 前記電極群は、正極板、負極板、及び正極板と負極板の間に挟まれている板状の第１分離膜を含み、正極板と負極板が分離板を挟んで平面を基準に高さ方向に積層されているスタック（ｓｔａｃｋ）型電極群であることを特徴とする、請求項１に記載の電極群積層体。
  3. スタック型電極群の間に挟まれている第２分離膜は一単位の分離シートであり、前記分離シートは電極端子非形成部位であるスタック型電極群の側面を包んでいることを特徴とする、請求項２に記載の電極群積層体。
  4. 前記分離シートはスタック型電極群の側面に密着していることを特徴とする、請求項３に記載の電極群積層体。
  5. 積層面の面積が最大のスタック型電極群は、最上端に積層された電極と最下端に積層された電極の極性が同一であるＳスタック型電極群であることを特徴とする、請求項４に記載の電極群積層体。
  6. 前記Ｓスタック型電極群は、最上端に積層された電極と最下端に積層された電極の極性がいずれも負極であるＳＡスタック型電極群であることを特徴とする、請求項５に記載の電極群積層体。
  7. 前記Ｓスタック型電極群は、最上端に積層された電極と最下端に積層された電極の極性がいずれも正極であるＳＣスタック型電極群であることを特徴とする、請求項５に記載の電極群積層体。
  8. 積層面の面積が最大のスタック型電極群は、最上端に積層された電極と最下端に積層された電極の極性が異なるＤスタック型電極群であることを特徴とする、請求項４に記載の電極群積層体。
  9. 前記Ｄスタック型電極群の最小厚さは０．３ｍｍであることを特徴とする、請求項８に記載の電極群積層体。
  10. 前記任意の電極群は積層面の面積が最大の電極群であることを特徴とする、請求項１に記載の電極群積層体。
  11. 前記積層面の面積が最大の電極群上に積層されている電極群は下記式２を満たすことを特徴とする、請求項１０に記載の電極群積層体。
    Ｔａ=ｎ×Ｔｂ （２）
    前記式で、
    Ｔａ、Ｔｂは積層面の面積が最大の電極群上に積層されている電極群の中で選ばれた任意の電極群であり、
    ｎは自然数である。
  12. 前記任意の電極群は、Ｓスタック型電極群、Ｄスタック型電極群またはこれらの組合せであることを特徴とする、請求項１１に記載の電極群積層体。
  13. 前記正極は負極と対面する面積にだけ正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に記載の電極群積層体。
  14. 前記負極は正極と対面する面積にだけ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に記載の電極群積層体。
  15. 最大厚さが５．５ｍｍであるのを特徴とする、請求項１に記載の電極群積層体。
  16. 電極群の境界で対向する正極と負極の中で、対向面積の大きな電極が負極であることを特徴とする、請求項１に記載の電極群積層体。
  17. 電極群の境界で対向する正極と負極の中で、対向面積の大きな電極が正極であることを特徴とする、請求項１に記載の電極群積層体。
  18. 前記スタック型電極群は、正極板と負極板のいずれか一つと分離板が最外層を構成するように、正極板、負極板、分離板は積層された状態で接合（ｌａｍｉｎａｔｅ）されている構造の第１単位セルを含むことを特徴とする、請求項２に記載の電極群積層体。
  19. 前記スタック型電極群は、分離板が最外層を構成するように、正極板、負極板、分離板が積層された状態で接合（ｌａｍｉｎａｔｅ）されている構造の第２単位セルを含むことを特徴とする、請求項１８に記載の電極群積層体。
  20. 前記分離板の一つは第２分離膜を構成することを特徴とする、請求項１８に記載の電極群積層体。
  21. 前記分離板の一つは第２分離膜を構成することを特徴とする、請求項１９に記載の電極群積層体。
  22. 前記電極群は、積層面の面積が最大の電極群を基準に高さ方向及び高さ反対方向に積層されていることを特徴とする、請求項１に記載の電極群積層体。
  23. 前記電極群の個数は偶数であることを特徴とする、請求項１に記載の電極群積層体。
  24. 前記電極群の個数は奇数であることを特徴とする、請求項１に記載の電極群積層体。
  25. 請求項１〜２４のいずれか一項の電極群積層体が電池ケースに内蔵されていることを特徴とする、リチウム二次電池。
  26. 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、または金属カンであることを特徴とする、請求項２５に記載のリチウム二次電池。
  27. 前記電池ケースには前記電極群積層体の外面形状に対応する内面構造を持つ収納部が形成されていることを特徴とする、請求項２５に記載のリチウム二次電池。
  28. 前記リチウム二次電池はリチウムイオン電池であることを特徴とする、請求項２５に記載のリチウム二次電池。
  29. 前記リチウム二次電池はリチウムポリマー電池であることを特徴とする、請求項２５に記載のリチウム二次電池。
  30. 前記リチウム二次電池はリチウムイオンポリマー電池であることを特徴とする、請求項２５に記載のリチウム二次電池。
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