JP2017135110A - 電極組立体及びこれを含む電気化学素子 - Google Patents
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Abstract
Description
る電極タブ31、32、電極タブ31、32に溶接されている電極リード51、52、及び電極組立体
10を収容する電池ケース20を含むものとして構成されている。
個の電極タブ31、32と、例えば、溶接によってそれぞれ電気的に連結されており、電池ケース20の外部へ一部が露出している。また、電極リード51、52の上下面の一部には、電池
ケース20との密封度を高めるとともに電気的絶縁状態を確保するために絶縁フィルム53が
付着されている。
ミネートシートからなり、電極組立体10を収容することのできる空間を提供し、全体的にパウチ状を有している。二次電池は、電池ケース20の収納部に電極組立体10を内装して電
解液(図示せず)を注入した後、電池ケース20の上部ラミネートシートと下部ラミネートシートが接する外周面を熱融着させる過程を介して製造される。
の物理的短絡を防止できるようにする効果がある。
に絶縁層を形成する方法を示した平面図である。
に正極活物質120がコーティングされる正極122、及び負極集電体150上に負極活物質140が
コーティングされる負極142と、前記正極及び負極との間に配置される分離膜130、及び前
記正極122を構成する正極集電体110のタブ部に形成される絶縁層160とを含んで構成され
得る。
、前記負極活物質140の塗布領域と一部がオーバーラップ(overlap)されるように配置され得る。すなわち、負極の大きさが正極より大きく形成されるところ、前記負極と正極との間には互いに重ならない部分の領域T3が存在し、一般的にこの領域によって電極の短絡が行われるところ、前記領域T3に絶縁層160を形成することを特徴とする。
るように配置され、通常、前記絶縁層は前記正極活物質120の塗布領域の末端と連結されるように形成することができる。また、前記絶縁層160は前記タブ部の一端が露出する露出部T2が形成されるように具現するのが好ましい。さらに、前記絶縁層の幅(T3領域)は1m
m〜20mmの範囲で形成されるのが好ましく、この場合、絶縁層自体の厚さは1μm〜100μ
mに形成するのが好ましい。前記露出部T2と絶縁層の形成領域(T3領域)の総長さT1は通常
20mm〜30mm程度に具現される。
面図を示したものである。
の塗布領域の末端部に、絶縁物質を集電体の幅方向にコーティングする方式で具現され得
る。
有した絶縁物質を塗布して具現することができる。例えば、前記絶縁層は、二酸化チタン、カルシウムカーボネート、硫酸バリウムのうち選択されるいずれか一つ又は二つ以上の混合した物質を適用するか、又は二酸化チタン、カルシウムカーボネート、硫酸バリウムを10〜90%重量比で含有した水溶液又は塗料を塗布して具現することができる。
成したことを除いては、当業界に知られた材料及び方法で電極組立体を製造した。
絶縁層を形成しないことを除いては、前記実施例と同一の方法でパウチ型二次電池を製作した。
前記実施例及び比較例でそれぞれ製造された電池を対象として、100℃、150℃、200℃に露出させるテストの結果を下記表1に示した。
本発明で前記基本単位体に形成される電極は正極又は負極に区別され、前記正極及び負極をその間に分離膜を介在させた状態で互いに結合させて製造される。正極は、例えば、正極集電体上に正極活物質を、導電材及びバインダの混合物を塗布した後、乾燥及びプレッシングして製造され、必要に応じて前記混合物に充填剤をさらに添加したりする。このような構造は、シート状で具現されてローディングロールに装着される形態で工程に適用され得る。
前記正極集電体は、一般的に3〜500μmの厚さで作製する。このような正極集電体は、当該電池に化学的変化を誘発することなく高い導電性を有するものであれば特に制限されるものではなく、例えば、ステンレススチール、アルミニウム、ニッケル、チタン、焼成炭素、又はアルミニウムやステンレススチールの表面にカーボン、ニッケル、チタン、銀などで表面処理したものなどが用いられ得る。集電体はその表面に微細な凹凸を形成し、正極活物質の接着力を高めることもでき、フィルム、シート、ホイル、ネット、多孔質体、発泡体、不織布体など多様な形態が可能である。前述した本発明に係る実施例で電極タブの場合、前記正極集電体の材質と同一の材質を有するように形成され得る。
前記正極活物質はリチウム二次電池の場合、例えば、リチウムコバルト酸化物(LiCoO2)、リチウムニッケル酸化物(LiNiO2)などの層状化合物や、1又はそれ以上の転移金属に置換された化合物;化学式Li1+xMn2-xO4(ここで、xは0〜0.33である)、LiMnO3、LiMn2O3、LiMnO2などのリチウムマンガン酸化物;リチウム銅酸化物(Li2CuO2);LiV3O8、LiFe3O4、V2O5、Cu2V2O7などのバナジウム酸化物;化学式LiNi1-xMxO2(ここで、M=Co、Mn、Al、Cu、Fe、Mg、B又はGaであり、x=0.01〜0.3である)で表現されるNiサイト型リチウムニッケル酸化物;化学式LiMn2-xMxO2(ここで、M=Co、Ni、Fe、Cr、Zn又はTaで、x=0.01〜0.1である)又はLi2Mn3MO8(ここで、M=Fe、Co、Ni、Cu又はZnである)で表現されるリチウムマンガン複合酸化物;化学式のLiの一部がアルカリ土金属イオンに置換されたLiMn2O4;ジスルフィド化合物;Fe2(MoO4)3などを挙げることができるが、これらだけで限定されるものではない。
負極は、負極集電体上に負極活物質を塗布、乾燥及びプレッシングして製造され、必要に応じて前記のような導電材、バインダ、充填剤などが選択的にさらに含まれ得る。このような構造はシート状で具現され、ローディングロールに装着される形態で工程に適用され得るようになる。
前記負極集電体は、一般的に3〜500μmの厚さで作製される。このような負極集電体は、当該電池に化学的変化を誘発することなく導電性を有するものであれば特に制限されるものではなく、例えば、銅、ステンレススチール、アルミニウム、ニッケル、チタン、焼成炭素、銅やステンレススチールの表面にカーボン、ニッケル、チタン、銀などで表面処理したもの、アルミニウム−カドミウム合金などが用いられ得る。また、正極集電体と同様に、表面に微細な凹凸を形成して負極活物質の結合力を強化させることもでき、フィルム、シート、ホイル、ネット、多孔質体、発泡体、不織布体など多様な形態で用いられ得る。前述した本発明に係る実施例で電極タブの場合、前記負極集電体の材質と同一の材質を有するように形成され得る。
前記負極活物質は、例えば、難黒煙化炭素、黒煙系炭素などの炭素;LixFe2O3(0≦x≦1), LixWO2(0≦x≦1), SnxMe1-xMe'yOz (Me: Mn, Fe, Pb, Ge; Me':Al、B、P、Si、周期律表の1族、2族、3族元素、ハロゲン;0<x≦1;1≦y≦3;1≦z≦8)などの金属複合酸化物;リチウム金属;リチウム合金;ケイ素系合金;錫系合金;SnO, SnO2, PbO, PbO2, Pb2O3, Pb3O4, Sb2O3, Sb2O4, Sb2O5, GeO, GeO2, Bi2O3, Bi2O4, and Bi2O5などの金属酸化物;ポリアセチレンなどの導電性高分子;Li-Co-Ni系材料などを用いることができる。
本発明に係る分離膜は、折り畳み工程やロール(roll)工程とは係りなく、単なる積層工程により基本単位体を形成して単純積層を具現することになる。特に、ラミネートでの分離膜と正極、負極の接着は、ラミネートの内部で分離膜シート自体が熱によって溶融されて接着固定されるようにするものである。これにより、圧力が引き続き維持されるようにするところ、電極と分離膜シートとの間の安定的な界面接触を可能にする。
前述したような本発明の詳細な説明では、具体的な実施例に関して説明した。しかし、本発明の範疇から外れない限度内では、多様な変形が可能である。本発明の技術的思想は、本発明の記述した実施例に限って定められてはならず、特許請求の範囲だけではなく、この特許請求の範囲と均等なものなどによって定められなければならない。
前述したような本発明の詳細な説明では、具体的な実施例に関して説明した。しかし、本発明の範疇から外れない限度内では、多様な変形が可能である。本発明の技術的思想は、本発明の記述した実施例に限って定められてはならず、特許請求の範囲だけではなく、この特許請求の範囲と均等なものなどによって定められなければならない。
以下に、実施形態の一例を項目として記す。
[項目1]
正極集電体上に正極活物質がコーティングされる正極;
負極集電体上に負極活物質がコーティングされる負極;及び
前記正極及び負極との間に配置される分離膜を含む電極組立体であって、
前記正極を構成する正極集電体のタブ部に絶縁層が形成され、
前記絶縁層は、前記正極集電体と前記分離膜との間で、前記正極集電体、前記正極活物質の塗布領域の末端、及び前記分離膜の何れにも接合されるように配置され、
前記正極集電体の表面には凹凸が形成されていることを特徴とする電極組立体。
[項目2]
前記絶縁層は、
前記負極活物質の塗布領域と一部がオーバーラップ(overlap)されるように配置される項目1に記載の電極組立体。
[項目3]
前記絶縁層は、前記タブ部の一端が露出する露出部が形成されるように具現される項目1に記載の電極組立体。
[項目4]
前記絶縁層の幅は、1mm〜20mmである項目3に記載の電極組立体。
[項目5]
前記絶縁層の厚さは、1μm〜100μmである項目4に記載の電極組立体。
[項目6]
前記絶縁層は、少なくとも1以上のセラミック物質を含有した絶縁物質であることを特徴とする項目1に記載の電極組立体。
[項目7]
前記絶縁層は、二酸化チタン、カルシウムカーボネート及び硫酸バリウムからなる群より選択されるいずれか一つ、又は二つ以上を混合した物質である項目6に記載の電極組立体。
[項目8]
前記絶縁層は、二酸化チタン、カルシウムカーボネート及び硫酸バリウムからなる群より選択される一つ、又は二つ以上を混合した物質を10〜90%重量比で含有した水溶液又は塗料を乾燥した物質であることを特徴とする項目7に記載の電極組立体。
[項目9]
前記絶縁層は、重量平均分子量20万以下の高分子フィルム又はエマルジョンであることを特徴とする項目1に記載の電極組立体。
[項目10]
前記高分子フィルムは、ポリアクリレート、ポリスチレン、ポリアクリル酸、ポリアクリロニトリル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリイミド、ポリウレタン、ポリエチレンテレフタレート、及びこれらの組合せからなる群より選択されるいずれか一つで形成される項目9に記載の電極組立体。
[項目11]
前記絶縁層は、SBR系重合体である項目1に記載の電極組立体。
[項目12]
項目1から項目11のいずれかの電極組立体を1以上含む電気化学素子。
[項目13]
前記電気化学素子は、二次電池、多数の二次電池を含む電池モジュール及び多数の電池のモジュールを含む電池パックからなる群より選択されるいずれか一つである項目12に記載の電気化学素子。
Claims (13)
- 正極集電体上に正極活物質がコーティングされる正極;
負極集電体上に負極活物質がコーティングされる負極;及び
前記正極及び負極との間に配置される分離膜を含む電極組立体であって、
前記正極を構成する正極集電体のタブ部に絶縁層が形成され、
前記絶縁層は、前記正極集電体と前記分離膜との間で、前記正極集電体、前記正極活物質の塗布領域の末端、及び前記分離膜の何れにも接合されるように配置され、
前記正極集電体の表面には凹凸が形成されていることを特徴とする電極組立体。 - 前記絶縁層は、
前記負極活物質の塗布領域と一部がオーバーラップ(overlap)されるように配置される請求項1に記載の電極組立体。 - 前記絶縁層は、前記タブ部の一端が露出する露出部が形成されるように具現される請求項1に記載の電極組立体。
- 前記絶縁層の幅は、1mm〜20mmである請求項3に記載の電極組立体。
- 前記絶縁層の厚さは、1μm〜100μmである請求項4に記載の電極組立体。
- 前記絶縁層は、少なくとも1以上のセラミック物質を含有した絶縁物質であることを特徴とする請求項1に記載の電極組立体。
- 前記絶縁層は、二酸化チタン、カルシウムカーボネート及び硫酸バリウムからなる群より選択されるいずれか一つ、又は二つ以上を混合した物質である請求項6に記載の電極組立体。
- 前記絶縁層は、二酸化チタン、カルシウムカーボネート及び硫酸バリウムからなる群より選択される一つ、又は二つ以上を混合した物質を10〜90%重量比で含有した水溶液又は塗料を乾燥した物質であることを特徴とする請求項7に記載の電極組立体。
- 前記絶縁層は、重量平均分子量20万以下の高分子フィルム又はエマルジョンであることを特徴とする請求項1に記載の電極組立体。
- 前記高分子フィルムは、ポリアクリレート、ポリスチレン、ポリアクリル酸、ポリアクリロニトリル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリイミド、ポリウレタン、ポリエチレンテレフタレート、及びこれらの組合せからなる群より選択されるいずれか一つで形成される請求項9に記載の電極組立体。
- 前記絶縁層は、SBR系重合体である請求項1に記載の電極組立体。
- 請求項1から請求項11のいずれか一項の電極組立体を1以上含む電気化学素子。
- 前記電気化学素子は、二次電池、多数の二次電池を含む電池モジュール及び多数の電池のモジュールを含む電池パックからなる群より選択されるいずれか一つである請求項12に記載の電気化学素子。
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