JP2017500708A - 安全分離膜を有する電極組立体及びそれを含む二次電池 - Google Patents

安全分離膜を有する電極組立体及びそれを含む二次電池 Download PDF

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Abstract

本発明は、２つ以上の単位セルが順次積層されているか、または長いシート状の分離フィルムによってフォールディングされている構造の電極組立体であって、前記単位セルは、正極、負極及び分離膜を含むバイセルを含んでおり、前記バイセルのうち少なくとも１つは、電極集電体の一面にのみ電極活物質が塗布された安全電極を含み、前記安全電極は、電極活物質が塗布されていない第１面、及び電極活物質が塗布されている第２面を含み、前記安全電極を含むバイセルにおいて、安全電極の第１面及び／又は第２面には、前記安全電極を除いた残りの正極と負極との間又は負極と正極との間に介在するバイセルの分離膜の厚さ対比１１０％〜２２０％の厚さからなる安全分離膜が付加されていることを特徴とする電極組立体を提供する。

Description

本発明は、安全分離膜を有する電極組立体及びそれを含む二次電池に関する。
モバイル機器に対する技術開発及び需要の増加に伴い、エネルギー源としての二次電池の需要が急増しており、それによって、様々な要求に応えられる二次電池に対する多くの研究が行われている。
このような二次電池は、電池ケースの形状によって、電極組立体が円筒形又は角形の金属缶に内蔵されている円筒型電池及び角型電池と、電極組立体がアルミニウムラミネートシートのパウチ型ケースに内蔵されているパウチ型電池とに分類される。
また、二次電池は、正極、負極及び分離膜からなる電極組立体がどのような構造からなっているかによって分類されることもあり、代表的には、長いシート状の正極と負極を分離膜が介在した状態で巻き取る構造のジェリーロール型（巻き取り型）電極組立体、所定の大きさの単位に切り取った多数の正極と負極とを分離膜を介在した状態で順次積層したスタック型（積層型）電極組立体、所定の単位の正極と負極とを分離膜を介在した状態で積層した単位セルであるバイセル（ｂｉｃｅｌｌ）又はフルセル（ｆｕｌｌ ｃｅｌｌ）を分離フィルム上に配置した後、巻き取る構造のスタック／フォールディング型電極組立体、またはバイセル（ｂｉｃｅｌｌ）又はフルセル（ｆｕｌｌ ｃｅｌｌ）を分離膜を介在した状態でスタックする構造の電極組立体などを挙げることができる。
最近は、製造工程が簡単であり、製造単価が低いだけでなく、デバイスの様々な形態に対応して、構造的応用性が高いバイセル又はフルセルを含む電極組立体を含む二次電池が注目されている。
一方、電極組立体は、釘のように電気伝導性を有する鋭い針状導体で貫通される場合に、正極と負極が針状導体によって電気的に接続されながら、電流が抵抗の低い針状導体に流れるようになる。このとき、貫通された電極の変形が発生し、正極活物質と負極活物質との間の接触抵抗部に通電される電流によって高い抵抗熱が発生する。前記熱により電極組立体の温度が閾値以上に上昇する場合、正極活物質の酸化物構造が崩壊して熱暴走現象が発生するようになり、これは、電極組立体及び二次電池を発火又は爆発させる主な原因として作用することがある。
また、針状導体によって曲げられた電極活物質又は集電体が、相互に対面する反対極と接触する場合には、抵抗熱よりも高い発熱が発生し、前述した熱暴走現象をさらに加速化させることがあり、このような問題は、多数の電極が含まれたバイセル及びそれを含む電極組立体でさらに深刻に発生することがある。
本発明は、上記のような従来技術の問題点及び過去から要請されてきた技術的課題を解決することを目的とする。
本出願の発明者らは、鋭意研究と様々な実験を重ねた結果、延伸率に優れており、厚さが厚い安全分離膜を用いる場合、従来の問題点を根本的に解決できることを確認し、本発明を完成するに至った。
したがって、本発明に係る電極組立体は、２つ以上の単位セルが順次積層されているか、または長いシート状の分離フィルムによってフォールディングされている構造の電極組立体であって、
前記単位セルが、正極、負極及び分離膜を含むバイセル（ｂｉ−ｃｅｌｌｓ）を含んでおり、前記バイセルのうち少なくとも１つが、電極集電体の一面にのみ電極活物質が塗布された安全電極を含み、前記安全電極が、電極活物質が塗布されていない第１面及び電極活物質が塗布されている第２面を含み、前記安全電極を含むバイセルにおいて、安全電極の第１面及び／又は第２面には、前記安全電極を除いた残りの正極と負極との間又は負極と正極との間に介在するバイセルの分離膜の厚さ対比１１０％〜２２０％の厚さからなる安全分離膜が付加されていることを特徴とする。
すなわち、本発明に係る電極組立体は、針状導体が電極組立体を貫通する場合、安全電極の安全分離膜が針状導体との摩擦力によって延伸されながら、針状導体と電極組立体の電極が接触する部位を最小化することができ、結果的に、針状導体に過度な電流が流れることを防止することができる。
また、厚い厚さを有する安全分離膜は、電極組立体が重い物体に押されたり、強い衝撃を受けたりする場合、これを緩衝できるので、外力に対する電極組立体の安全性をより向上させることができる。
したがって、前記安全電極は、針状導体または外力に脆弱な電極組立体の最外郭に配置される電極であってもよく、前記最外郭は、電極組立体の最上端及び／又は最下端であってもよい。
このとき、前記第２面に付加される安全分離膜は、１５μｍ〜３０μｍの厚さからなることができ、詳細には、２０μｍの厚さであってもよい。これは、安全分離膜の延伸率及び電極組立体の体積の増加を最小化するための最適の厚さであって、安全分離膜の厚さが１５μｍ未満である場合、針状導体によって電極組立体が貫通されるとき、安全分離膜が十分に延伸されないため好ましくなく、３０μｍを超える場合、電極組立体の体積が増加することがあり、電極組立体を含む電池セルの規格（‘寸法’）が限定されている点を考慮するとき、安全分離膜の厚さが厚いほど、電極活物質の含量とローディング量は減少しなければならないため、高容量の電極組立体を構成することができない。
一方、前記第１面に付加される安全分離膜は、実質的に、電極組立体の最外郭部位に位置する構成であるので、電極組立体の最外郭に加わる外力に対する緩衝の役割を果たすことができ、針状導体と共に十分に延伸できる厚さからなることができ、詳細には、前記第１面に付加される安全分離膜は、第２面に付加される安全分離膜の厚さに対して８０〜１００％の厚さからなることができる。
ただし、前記第１面に付加される安全分離膜が、第２面に付加される安全分離膜と共に安全電極に付加されている場合、第２面に付加される安全分離膜もまた、針状導体によって延伸されることで、針状導体と電極組立体の電極が接触する部位を最小化することができるので、第１面に付加される安全分離膜は、針状導体によって延伸され、安全電極の電極集電体及び安全電極の電極活物質層のみを取り囲む範囲内で厚さが設定され得、詳細には、第２面に付加される安全分離膜よりも薄くなるように、約９０％〜９５％の厚さからなることができる。
すなわち、前記の場合の第１面に付加される安全分離膜の厚さは、安全電極の電極集電体と電極活物質層を保護しながらも、第２面に付加される安全分離膜の効果と相反しない最適の厚さであって、本発明の発明者が確認したところによれば、前記範囲内の厚さを有する第１面に付加された安全分離膜は、針状導体によって安全分離膜が集電体と共に延伸され、安全電極の集電体と針状導体の接触を完全に遮断させることを確認した。
前記分離膜は、電極組立体の体積の減少のために、安全分離膜に比べて薄い厚さからなることができ、詳細には１０μｍ〜１４μｍの厚さからなることができる。前記分離膜の厚さが１０μｍ未満である場合、分離膜の機械的剛性が低いため、電極組立体の収縮及び膨張時に破裂する可能性があり、１４μｍを超える場合、電極組立体の体積が増加することがあるため好ましくない。
一具体例において、前記バイセルは、電極組立体の最外郭に配置される第１バイセル、及び電極組立体の最外郭を除いた残りの部分に配置される第２バイセルを含むことができ、前記第１バイセル及び第２バイセルは互いに同じ構造、及び／又は異なる構造からなることができる。
具体的に、前記第１バイセルは、安全分離膜、安全電極、分離膜、両面電極、分離膜及び両面電極が順に積層された構造であってもよい。このような構造は、安全分離膜がバイセルの最外郭に位置して、衝撃緩和が容易であり、針状導体の貫通時に、最初に安全分離膜が貫通されて延伸されるので、安全電極の短絡を防止することができる。
これとは異なり、前記第１バイセルは、安全分離膜、安全電極、安全分離膜、両面電極、分離膜及び両面電極が順に積層された構造であってもよく、このような構造は、針状導体が浸透するとき、安全電極及びこれと対面した両面電極が互いに対面することを安全分離膜が効果的に防止できるという利点がある。
また、２つの安全分離膜が安全電極の第１面と第２面に共に付加されてもよい。詳細には、前記第１バイセルは、安全電極、安全分離膜、両面電極、分離膜及び両面電極が順に積層された構造であってもよい。このような構造は、上述した安全分離膜の利点をいずれも含み、電極組立体の体積の増加を最小化するために、安全分離膜の厚さを薄く構成することが好ましい。
前記第２バイセルは、第１バイセルと異なる構造である場合、両面電極、分離膜、両面電極、分離膜、及び両面電極が順に積層された構造であってもよい。
本明細書において、電極は、集電体に正極活物質が塗布されている正極、及び集電体に負極活物質が塗布されている負極をいずれも意味し、前記両面電極は、集電体の両面に電極活物質、例えば、負極活物質または正極活物質が塗布されている電極であってもよい。
すなわち、前記第１バイセルは、正極である安全電極、分離膜、両面負極、分離膜及び両面正極が順に積層された構造であってもよく、これとは反対に、負極である安全電極、分離膜、両面正極、分離膜及び両面負極が順に積層された構造であってもよい。
また、前記第２バイセルが、両面正極、分離膜、両面負極、分離膜及び両面正極が順に積層された構造であってもよく、これとは反対に、両面負極、分離膜、両面正極、分離膜及び両面負極が順に積層された構造であってもよいことは勿論である。
一方、第１バイセル及び第２バイセルは、電力を発生させることができる単位セルであって、様々な方式でこれらを組み合わせて電極組立体を構成することができる。
このような電極組立体の第一の例として、前記電極組立体は、長いシート状の分離フィルム上に第１バイセル及び第２バイセルを配列した状態で、分離フィルムを巻き取って、第１バイセル及び第２バイセルが分離フィルムを挟んで積層されたスタック／フォールディング構造であってもよい。前記スタック／フォールディング構造は、工程の自動化が容易であるという利点を有する。
前記電極組立体の他の例として、電極組立体は、第１バイセルと第２バイセルとの間に、ＰＶＤＦなどの接着剤が塗布されている分離膜を介在した後、熱融着によって互いに積層した形態のスタック／ラミネーション構造であってもよい。このような構造は、分離フィルムの厚さによる電極組立体の体積の増加がないという利点がある。
一具体例において、最外郭に位置する第１バイセルは、その中でも、第１バイセルの安全電極が電極組立体の最外郭に位置することができ、安全電極の安全分離膜が電極組立体の最外郭に位置することができる。
前記の構造は、安全電極に含まれた安全分離膜が電極組立体の外面に加わる外力を緩和させると同時に、安全電極の集電体と針状導体の接触及び安全電極と相互に反対極である両面電極が接触したり、針状導体が電極組立体の電極と接触することを根本的に防止することができる構造である。
具体的に、安全分離膜は、針状導体が電極組立体を貫通するとき、針状導体の下向き力によって貫通方向に曲がるようになり、針状導体との摩擦力によって延伸される。それによって、安全分離膜が安全電極の活物質層及び集電体を取り囲むようになり、針状導体と安全電極の接触を防止することができ、電極の貫通断面を取り囲むようになり、針状導体と電極の接触による短絡を防止することができる。
一方、一具体例において、前記分離膜及び安全分離膜は、有／無機複合多孔性のＳＲＳ（Ｓａｆｅｔｙ−Ｒｅｉｎｆｏｒｃｉｎｇ Ｓｅｐａｒａｔｏｒｓ）分離膜であってもよい。
このようなＳＲＳ分離膜は、無機物粒子の耐熱性によって高温熱収縮が発生しないため、針状導体によって電極組立体が貫通されるとしても、安全分離膜の延伸率を維持することができる。
前記ＳＲＳ分離膜は、ポリオレフィン系列分離膜基材上に無機物粒子及びバインダー高分子からなる活性層成分が塗布された構造であってもよい。
このようなＳＲＳ分離膜は、分離膜基材自体に含まれた気孔構造と共に、活性層成分である無機物粒子間の空き空間（ｉｎｔｅｒｓｔｉｔｉａｌ ｖｏｌｕｍｅ）によって形成された均一な気孔構造を有することができ、前記気孔は、電極組立体に加わる外部の衝撃を著しく緩和させることができるだけでなく、気孔を介してリチウムイオンの円滑な移動が達成され、多量の電解液が充填されて高い含浸率を示すことができるので、電池の性能向上を共に図ることができる。
前記分離膜基材と活性層は、ポリオレフィン系列分離膜基材の表面の気孔と活性層が互いに固着している形態（ａｎｃｈｏｒｉｎｇ）で存在して、分離膜基材と活性層が物理的に堅固に結合することができ、このとき、前記分離膜基材と活性層は、物理的な結合力及び分離膜上に存在する気孔の構造を考慮して、９：１〜１：９の厚さ比を有することができ、詳細には、５：５の厚さ比を有することができる。
前記ＳＲＳ分離膜において、ポリオレフィン系列分離膜基材の表面及び／又は基材における気孔部の一部に形成される活性層成分のうち一つは、当業界で一般的に使用される無機物粒子である。
前記無機物粒子は、無機物粒子間の空き空間の形成を可能にし、微細気孔を形成する役割及び物理的形態を維持できる一種のスペーサー（ｓｐａｃｅｒ）の役割を兼ねるようになる。また、前記無機物粒子は、一般に摂氏２００度以上の高温になっても物理的特性が変わらないという特性を有するので、形成された有／無機複合多孔性フィルムが優れた耐熱性を有するようになる。
前記無機物粒子は、電気化学的に安定している限り、特に制限されない。すなわち、本発明で使用できる無機物粒子は、適用される電池の作動電圧範囲（例えば、Ｌｉ／Ｌｉ＋を基準として０〜５Ｖ）で酸化及び／又は還元反応が起こらないものであれば特に制限されない。特に、イオン伝達能力がある無機物粒子を使用する場合、電気化学素子内のイオン伝導度を高め、性能向上を図ることができるので、可能な限りイオン伝導度が高いことが好ましい。また、前記無機物粒子が高い密度を有する場合、コーティング時に分散させるのに困難があるだけでなく、電池の製造時に重量が増加するという問題もあるため、可能な限り密度が小さいことが好ましい。また、誘電率が高い無機物である場合、液体電解質内の電解質塩、例えば、リチウム塩の解離度の増加に寄与して、電解液のイオン伝導度を向上させることができる。
前述した理由により、前記無機物粒子は、（ａ）圧電性（ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙ）を有する無機物粒子、及び（ｂ）リチウムイオン伝達能力を有する無機物粒子で構成された群から選択された１種以上であってもよい。
前記圧電性（ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙ）無機物粒子は、常圧では不導体であるが、一定の圧力が印加された場合、内部構造の変化によって電気が通じる物性を有する物質を意味するものであって、誘電率定数が１００以上である高誘電率特性を示すだけでなく、一定の圧力を印加して引張または圧縮される場合に電荷が発生して、一面は正に、反対側は負にそれぞれ帯電することによって、両面間に電位差が発生する機能を有する物質である。
前記のような特徴を有する無機物粒子を多孔性活性層の成分として使用する場合、針状導体のような外部衝撃によって両電極の内部短絡が発生する場合、分離膜にコーティングされた無機物粒子によって正極と負極が直接接触しないだけでなく、無機物粒子の圧電性によって粒子内の電位差が発生するようになり、これにより、両電極間の電子移動、すなわち、微細な電流の流れがなされることによって、緩やかな電池の電圧減少及びこれによる安全性の向上を図ることができる。
前記圧電性を有する無機物粒子の例としては、ＢａＴｉＯ３、Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３（ＰＺＴ）、Ｐｂ１−ｘＬａｘＺｒ１−ｙＴｉｙＯ３（ＰＬＺＴ）、ＰＢ（Ｍｇ３Ｎｂ２／３）Ｏ３−ＰｂＴｉＯ３（ＰＭＮ−ＰＴ）及びハフニア（ｈａｆｎｉａ）（ＨｆＯ２）からなる群から選択された１種以上であってもよいが、これに限定されるものではない。
前記リチウムイオン伝達能力を有する無機物粒子は、リチウム元素を含有するが、リチウムを貯蔵せず、リチウムイオンを移動させる機能を有する無機物粒子を意味するものであって、リチウムイオン伝達能力を有する無機物粒子は、粒子構造の内部に存在する一種の欠陥（ｄｅｆｅｃｔ）によりリチウムイオンを伝達及び移動させることができるので、電池内のリチウムイオン伝導度が向上し、これによって電池の性能向上を図ることができる。
前記リチウムイオン伝達能力を有する無機物粒子の例としては、リチウムホスフェート（Ｌｉ３ＰＯ４）、リチウムチタンホスフェート（ＬｉｘＴｉｙ（ＰＯ４）３、０＜ｘ＜２、０＜ｙ＜３）、リチウムアルミニウムチタンホスフェート（ＬｉｘＡｌｙＴｉｚ（ＰＯ４）３、０＜ｘ＜２、０＜ｙ＜１、０＜ｚ＜３）、（ＬｉＡｌＴｉＰ）ｘＯｙ系ガラス（ｇｌａｓｓ）（０＜ｘ＜４、０＜ｙ＜１３）、リチウムランタンチタネート（ＬｉｘＬａｙＴｉＯ３、０＜ｘ＜２、０＜ｙ＜３）、リチウムゲルマニウムチオホスフェート（ＬｉｘＧｅｙＰｚＳｗ、０＜ｘ＜４、０＜ｙ＜１、０＜ｚ＜１、０＜ｗ＜５）、リチウムナイトライド（ＬｉｘＮｙ、０＜ｘ＜４、０＜ｙ＜２）、ＳｉＳ２（ＬｉｘＳｉｙＳｚ、０＜ｘ＜３、０＜ｙ＜２、０＜ｚ＜４）系ガラス、及びＰ２Ｓ５（ＬｉｘＰｙＳｚ、０＜ｘ＜３、０＜ｙ＜３、０＜ｚ＜７）系ガラスからなる群から選択された１種以上であってもよいが、これに限定されるものではない。
前記活性層成分である無機物粒子及びバインダー高分子の組成比は、大きな制約はないが、１０：９０〜９９：１重量％比の範囲内で調節可能であり、８０：２０〜９９：１重量％比の範囲が好ましい。１０：９０重量％比未満である場合、高分子の含量が過度に多くなり、無機物粒子間に形成された空き空間の減少による気孔サイズ及び気孔度が減少して、最終電池の性能低下をもたらし、反対に、９９：１重量％比を超える場合、高分子含量が過度に少ないため、無機物間の接着力の弱化により最終有／無機複合多孔性分離膜の機械的物性が低下することがある。
前記有／無機複合多孔性分離膜における活性層は、前述した無機物粒子及び高分子以外に、一般的に知られているその他の添加剤をさらに含むことができる。
前記有／無機複合多孔性分離膜において、前記活性層の構成成分である無機物粒子とバインダー高分子の混合物でコーティングされる基材（ｓｕｂｓｔｒａｔｅ）は、当業界で一般的に使用されるポリオレフィン系列分離膜であってもよい。前記ポリオレフィン系列分離膜成分の例としては、高密度ポリエチレン、線形低密度ポリエチレン、低密度ポリエチレン、超高分子量ポリエチレン、ポリプロピレン、またはこれらの誘導体などがある。
本発明に係る電極組立体のその他の成分については、以下で説明する。
前記正極は、例えば、正極集電体上に正極活物質、導電材及びバインダーの混合物を塗布した後、乾燥して製造され、必要に応じて、前記混合物に充填剤をさらに添加することもある。
前記正極活物質は、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つまたはそれ以上の遷移金属で置換された化合物；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またはＧａであり、ｘ＝０．０１〜０．３である）で表される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またはＴａであり、ｘ＝０．０１〜０．１である）またはＬｉ２Ｍｎ３ＭＯ８（ここで、Ｍ＝Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、ＣｕまたはＺｎである）で表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類金属イオンで置換された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、これらに限定されるものではない。
前記正極集電体は、一般に３μｍ〜５００μｍの厚さに製造される。
このような正極集電体は、当該電池に化学的変化を誘発せずに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、また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を使用することができるが、詳細にはアルミニウムであってもよい。集電体は、その表面に微細な凹凸を形成して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、不織布体などの様々な形態が可能である。
前記導電材は、通常、正極活物質を含む混合物の全重量を基準として１〜５０重量％で添加される。このような導電材は、当該電池に化学的変化を誘発せずに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、天然黒鉛や人造黒鉛などの黒鉛；カーボンブラック、アセチレンブラック、ケチェンブラック、チャンネルブラック、ファーネスブラック、ランプブラック、サーマルブラックなどのカーボンブラック；炭素繊維や金属繊維などの導電性繊維；フッ化カーボン、アルミニウム、ニッケル粉末などの金属粉末；酸化亜鉛、チタン酸カリウムなどの導電性ウィスカー；酸化チタンなどの導電性金属酸化物；ポリフェニレン誘導体などの導電性素材などを使用することができる。
前記バインダーは、活物質と導電材などの結合及び集電体に対する結合を助ける成分であって、通常、正極活物質を含む混合物の全重量を基準として１〜５０重量％で添加される。このようなバインダーの例としては、ポリフッ化ビニリデン、ポリビニルアルコール、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、澱粉、ヒドロキシプロピルセルロース、再生セルロース、ポリビニルピロリドン、テトラフルオロエチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−プロピレン−ジエンターポリマー（ＥＰＤＭ）、スルホン化ＥＰＤＭ、スチレンブタジエンゴム、フッ素ゴム、様々な共重合体などを挙げることができる。
前記充填剤は、正極の膨張を抑制する成分として選択的に使用され、当該電池に化学的変化を誘発せずに繊維状材料であれば特に制限されるものではなく、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのオレフィン系重合体；ガラス繊維、炭素繊維などの繊維状物質が使用される。
前記負極は、負極集電体上に前記負極活物質を塗布、乾燥及びプレスして製造され、必要に応じて、前記のような導電材、バインダー、充填剤などが選択的にさらに含まれてもよい。
前記負極活物質は、例えば、難黒鉛化炭素、黒鉛系炭素などの炭素；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、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系材料などを使用することができる。
前記負極集電体は、一般に３μｍ〜５００μｍの厚さに製造される。
このような負極集電体は、当該電池に化学的変化を誘発せずに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を使用することができる。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、不織布体などの様々な形態で使用することができる。
本発明はまた、前記電極組立体が電池ケースに内蔵されている二次電池を提供する。
前記電池ケースは、アルミニウムラミネートシートのパウチ型ケース又は金属缶型ケースであってもよいが、これに限定されるものではない。
前記リチウム二次電池は、前記電極組立体及びリチウム塩含有非水電解質を含む。
前記リチウム塩含有非水電解質は、非水電解質及びリチウムからなっており、非水電解質としては、非水系有機溶媒、有機固体電解質、無機固体電解質などが使用されるが、これらに限定されるものではない。
前記非水系有機溶媒としては、例えば、Ｎ−メチル−２−ピロリジノン、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、γ−ブチロラクトン、１，２−ジメトキシエタン、テトラヒドロキシフラン（ｆｒａｎｃ）、２−メチルテトラヒドロフラン、ジメチルスルホキシド、１，３−ジオキソラン、ホルムアミド、ジメチルホルムアミド、ジオキソラン、アセトニトリル、ニトロメタン、ホルム酸メチル、酢酸メチル、リン酸トリエステル、トリメトキシメタン、ジオキソラン誘導体、スルホラン、メチルスルホラン、１，３−ジメチル−２−イミダゾリジノン、プロピレンカーボネート誘導体、テトラヒドロフラン誘導体、エーテル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチルなどの非プロトン性有機溶媒を使用することができる。
前記有機固体電解質としては、例えば、ポリエチレン誘導体、ポリエチレンオキシド誘導体、ポリプロピレンオキシド誘導体、リン酸エステルポリマー、ポリエジテーションリシン（ａｇｉｔａｔｉｏｎ ｌｙｓｉｎｅ）、ポリエステルスルフィド、ポリビニルアルコール、ポリフッ化ビニリデン、イオン性解離基を含む重合体などを使用することができる。
前記無機固体電解質としては、例えば、Ｌｉ３Ｎ、ＬｉＩ、Ｌｉ５ＮＩ２、Ｌｉ３Ｎ−ＬｉＩ−ＬｉＯＨ、ＬｉＳｉＯ４、ＬｉＳｉＯ４−ＬｉＩ−ＬｉＯＨ、Ｌｉ２ＳｉＳ３、Ｌｉ４ＳｉＯ４、Ｌｉ４ＳｉＯ４−ＬｉＩ−ＬｉＯＨ、Ｌｉ３ＰＯ４−Ｌｉ２Ｓ−ＳｉＳ２などのＬｉの窒化物、ハロゲン化物、硫酸塩などを使用することができる。
前記リチウム塩は、前記非水系電解質に溶解しやすい物質であって、例えば、ＬｉＣｌ、ＬｉＢｒ、ＬｉＩ、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＢＦ４、ＬｉＢ１０Ｃｌ１０、ＬｉＰＦ６、ＬｉＣＦ３ＳＯ３、ＬｉＣＦ３ＣＯ２、ＬｉＡｓＦ６、ＬｉＳｂＦ６、ＬｉＡｌＣｌ４、ＣＨ３ＳＯ３Ｌｉ、（ＣＦ３ＳＯ２）２ＮＬｉ、クロロボランリチウム、低級脂肪族カルボン酸リチウム、４フェニルホウ酸リチウム、イミドなどを使用することができる。
また、電解液には、充放電特性、難燃性などの改善を目的として、例えば、ピリジン、トリエチルホスファイト、トリエタノールアミン、環状エーテル、エチレンジアミン、ｎ−グリム（ｇｌｙｍｅ）、ヘキサリン酸トリアミド、ニトロベンゼン誘導体、硫黄、キノンイミン染料、Ｎ−置換オキサゾリジノン、Ｎ，Ｎ−置換イミダゾリジン、エチレングリコールジアルキルエーテル、アンモニウム塩、ピロール、２−メトキシエタノール、三塩化アルミニウムなどが添加されてもよい。場合によっては、不燃性を付与するために、四塩化炭素、三フッ化エチレンなどのハロゲン含有溶媒をさらに含ませることもでき、高温保存特性を向上させるために二酸化炭酸ガスをさらに含ませることもでき、ＦＥＣ（Ｆｌｕｏｒｏ−Ｅｔｈｙｌｅｎｅ Ｃａｒｂｏｎａｔｅ）、ＰＲＳ（Ｐｒｏｐｅｎｅ ｓｕｌｔｏｎｅ）などをさらに含ませることができる。
一つの好ましい例において、ＬｉＰＦ６、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＢＦ４、ＬｉＮ（ＳＯ２ＣＦ３）２などのリチウム塩を、高誘電性溶媒であるＥＣ又はＰＣの環状カーボネートと、低粘度溶媒であるＤＥＣ、ＤＭＣ又はＥＭＣの線状カーボネートとの混合溶媒に添加し、リチウム塩含有非水系電解質を製造することができる。
本発明はまた、前記二次電池を単位電池として含む電池パック、及びその電池パックを電源として含んでいるデバイスを提供する。
このようなデバイスの種類は、例えば、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、タブレットＰＣ、ネットブックであってもよいが、これに限定されるものではない。
本発明の一実施例に係る第１バイセルの垂直断面図である。 本発明の一実施例に係る第２バイセルの垂直断面図である。 本発明の一実施例に係る電極組立体の模式図である。 本発明の他の実施例に係る電極組立体の模式図である。 本発明の電極組立体において、第１バイセルが針状導体で貫通された形態を示した模式図である。 本発明の他の実施例に係る第１バイセルの垂直断面図である。 図６の第１バイセルを含む電極組立体の模式図である。 図６の電極組立体において、第１バイセルが針状導体で貫通された形態を示した模式図である。 本発明の更に他の実施例に係る第１バイセルの垂直断面図である。 図９の第１バイセルが針状導体で貫通された形態を示した模式図である。
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１及び図２には、本発明に係る第１バイセル及び第２バイセルの垂直断面が模式的に示されている。
以下では、説明の便宜のため、安全電極を正極として設定し、第１バイセルが安全分離膜／安全電極／分離膜／負極／分離膜／正極の順からなる単位セルであるものとして説明するが、本発明が前記の構造のみに限定されるものではない。
まず、図１を参照すると、第１バイセル１００は、安全分離膜１１６、安全電極１１０、分離膜１２０、両面負極１３０、分離膜１４０及び両面正極１５０が順に積層されている。
安全電極１１０は、両面負極１３０と対面する方向を基準として金属集電体１１４の一面にのみ正極活物質層１１２が塗布されている片面電極からなっている。ここで、正極活物質層１１２が塗布されている安全電極１１０の一面が第２面であり、正極活物質層１１２が塗布されていない安全電極１１０の他面が第１面であり得、安全電極１１０の第１面には安全分離膜１１６が介在されている。
両面正極１５０は、集電体１５２の両面に正極活物質層１５１，１５１ａが塗布されており、同様に、両面負極１３０は、集電体の両面に負極活物質が塗布されている。
安全分離膜１１６は、針状導体の貫通時に、十分な延伸のために、分離膜１２０，１４０の厚さ対比約１．５倍〜１．７倍の厚さからなっており、分離膜１２０，１４０及び安全分離膜１１６は有／無機複合多孔性のＳＲＳ分離膜からなっている。
一方、図２の第２バイセル２００は、正極／分離膜／負極／分離膜／正極の単位構造、及び負極／分離膜／正極／分離膜／負極の単位構造のようにセルの両側に同一の電極が位置する２つの構造からなることができる。本明細書では、バイセルの中心に負極が位置するセルをＡ型バイセル２００ａといい、中心に正極が位置するセルをＣ型バイセル２００ｃという。
第２バイセル２００の構造は、Ａ型バイセル２００ａの場合、両面正極２０２ａ、分離膜２０４ａ、両面負極２０３ａ、分離膜２０４ａ’及び両面正極２０２ａ’が順に積層された構造であり、Ｃ型バイセル２００ｃの場合、両面負極２０３ｃ、分離膜２０４ｃ、両面正極２０２ｃ、分離膜２０４ｃ’、両面負極２０３ｃ’が順に積層された構造となっている。
すなわち、第２バイセル２００が第１バイセル１００と異なる点は、安全分離膜１１６が付加されており、電極集電体の一面にのみ活物質が塗布された安全電極１１０が含まれておらず、厚さが薄いＳＲＳ分離膜を用いて、電極組立体の体積を最小化する構造となっている点である。
一方、図３には、図１及び図２の第１バイセル及び第２バイセルで構成されたスタック／フォールディング型電極組立体が模式的に示されており、図４には、図１及び図２の第１バイセル及び第２バイセルで構成されたスタック／ラミネーション電極組立体が模式的に示されている。
まず、図１及び図２と共に図３を参照すると、電極組立体３００は、分離フィルム３１０上に配列された第１バイセル１００，１００’及び第２バイセル２００ｃ，２００ｃ’，２００ａがフォールディングされて、第１バイセル１００，１００’及び第２バイセル２００ｃ，２００ｃ’，２００ａが積層及びフォールディングされた構造となっている。
電極組立体３００の上端と下端には第１バイセル１００，１００’が配置されており、第１バイセル１００，１００’の最外郭部分、すなわち、電極組立体３００の最外郭には、安全分離膜１１６，１１６’が付加された安全電極１１０，１１０’が位置している。
ここで、第１バイセル１００は、前述した安全電極１１０、分離膜１２０、両面負極１３０、分離膜１４０、両面正極１５０が順に積層された構造であり、第１バイセル１００，１００’に隣接した場所には、両面負極２０３ｃ、分離膜２０４ｃ、両面正極２０２ｃ、分離膜２０４ｃ’、両面負極２０３ｃ’が順に積層されたＣ型バイセル２００ｃ，２００ｃ’が配置されており、Ａ型バイセル２００ａは、Ｃ型バイセル２００ｃ，２００ｃ’の間に配置されている。
フォールディングが終了する部分には、積層、フォールディング構造を安定的に維持できるように、絶縁テープ３６０が付加されている。
反面、図４の電極組立体４００は、第１バイセル１００，１００’と第２バイセル２００ｃ，２００ａ，２００ｃ’が積層された構造であって、電極組立体４００の最外郭である上端と下端には第１バイセル１００，１００’が配置されており、第１バイセル１００，１００’の最外郭部分、すなわち、電極組立体４００の最外郭には、安全分離膜１１６，１１６’が付加された安全電極１１０，１１０’が位置している。
第２バイセル２００ｃ，２００ａ，２００ｃ’のうちＣ型バイセル２００ｃ，２００ｃ’は、第１バイセル１００，１００’に隣接した場所に配置されている。また、Ａ型バイセル２００ａは電極組立体４００の中央部に配置されている。
それぞれの第１バイセル及び第２バイセル１００，２００ｃ，２００ａ，２００ｃ’，１００’の間の界面には熱融着分離膜４１０が介在しており、この熱融着分離膜４１０は、第１バイセル及び第２バイセル１００，２００ｃ，２００ａ，２００ｃ’，１００’の積層時に、熱融着により第１バイセル及び第２バイセル１００，２００ｃ，２００ａ，２００ｃ’，１００’の積層界面に高い接着力を提供する。
前述した本願の電極組立体３００，４００は、上述したように、電極組立体３００，４００の第１正極及び安全分離膜によって、針状導体の貫通に対する安全性が向上しており、これを具体的に説明するために、本発明に係る電極組立体３００，４００において最外郭に位置した第１バイセルが針状導体によって垂直方向に貫通された形態を示した図５を参照して、以下に詳細に説明する。
そこで、図５を参照すると、針状導体５９０は、電極組立体の最外郭に位置した第１バイセル５０１の安全電極５１０を始めに、分離膜５２０、負極５３０、分離膜５４０、及び正極５５０を順に貫通する。このとき、安全分離膜５１３は、針状導体５９０の貫通力及び摩擦力によって、表面が貫通すると同時に、針状導体５９０の運動方向に共に延伸して針状導体と接触する一方、安全電極５１０の集電体５１１と正極活物質層５１２を取り囲み、針状導体５９０と集電体５１１が接触することを防止する。
また、安全分離膜５１３は、針状導体５９０が負極５３０及び両面正極５５０と直接接触することを遮断できるので、貫通体に対する電極組立体の安全性を改善することができる。
本発明は、上述した電極組立体及び別の構造の電極組立体を提供する。これと関連して、図６には、本発明の他の実施例に係る第１バイセルの垂直断面図が示されている。
図６を参照すると、第１バイセル６００は、安全分離膜６１６、安全電極６１０、安全分離膜６１８、両面負極６３０、分離膜６４０及び両面正極６５０が順に積層されている構造となっている。
ここで、安全電極６１０は、負極６３０と対面する方向を基準として正極活物質層が塗布されている第２面、及び塗布されていない第１面を含み、安全電極６１０の第２面上に安全分離膜６１８（以下、‘第２安全分離膜’という）が介在されており、第１面に安全分離膜６１６（以下、‘第１安全分離膜’という）が介在されている。両面正極６５０は、集電体６５２の両面に正極活物質層６５１，６５１ａが塗布されており、同様に、両面負極６３０は、集電体の両面に負極活物質が塗布されている。
第１安全分離膜６１６及び第２安全分離膜６１８は、針状導体の貫通時に、十分な延伸のために、分離膜６４０の厚さ対比約１．５倍〜１．７倍の厚さからなっており、分離膜６４０、第１安全分離膜６１６及び第２安全分離膜６１８は有／無機複合多孔性のＳＲＳ分離膜からなっている。
図７には、図１及び図２の第１バイセル及び第２バイセルで構成されたスタック／フォールディング型電極組立体が模式的に示されている。
図７を参照すると、電極組立体７００は、分離フィルム７１０上に配列された第１バイセル６００，６００’及び第２バイセル６００ｃ，６００ｃ’，６００ａがフォールディングされて、第１バイセル６００，６００’及び第２バイセル６００ｃ，６００ｃ’，６００ａが積層及びフォールディングされた構造となっている。
電極組立体７００の上端と下端には第１バイセル６００，６００’が配置されており、第１バイセル６００，６００’の最外郭部分、すなわち、電極組立体７００の最外郭には、第１安全分離膜６１６，６１６’及び第２安全分離膜６１８，６１８’を含む安全電極６１０，６１０’が位置している。
ここで、第１バイセル６００は、前述した安全電極６１０、両面負極６３０、分離膜６４０、両面正極６５０が順に積層された構造であり、第１バイセル６００，６００’に隣接した場所には、両面負極６０３ｃ、分離膜６０４ｃ、両面正極６０２ｃ、分離膜６０４ｃ’、両面負極６０３ｃ’が順に積層されたＣ型バイセル６００ｃ，６００ｃ’が配置されており、Ａ型バイセル６００ａは、Ｃ型バイセル６００ｃ，６００ｃ’の間に配置されている。
フォールディングが終了する部分には、積層、フォールディング構造を安定的に維持できるように、絶縁テープ７６０が付加されている。
一方、図示していないが、第１バイセル及び第２バイセルを用いて、図４のようなスタック／ラミネーション電極組立体を構成できることは勿論である。
前述した本願の電極組立体７００は、上述したように、電極組立体７００の第１正極及び安全分離膜によって、針状導体の貫通に対する安全性が向上しており、これを具体的に説明するために、本発明に係る電極組立体７００において最外郭に位置した第１バイセルが針状導体によって垂直方向に貫通された形態を示した図８を参照して、以下に詳細に説明する。
そこで、図８を参照すると、針状導体８９０は、電極組立体の最外郭に位置した第１バイセル８０１の第１安全分離膜８２０ａを始めに、安全電極８１０、両面負極８３０、分離膜８４０、及び両面正極８５０を順に貫通する。このとき、第１安全分離膜８２０ａは、針状導体８９０の貫通力及び摩擦力によって、表面が貫通すると同時に、針状導体８９０の運動方向に共に延伸して針状導体８９０と接触する一方、安全電極８１０の集電体８１１と正極活物質層８１２を取り囲み、針状導体８９０と集電体８１１が接触することを防止する。
第２安全分離膜８２０ｂは、第１安全分離膜８２０ａと同様に、針状導体８９０によって貫通され、針状導体８９０の運動方向に共に延伸して、第１安全分離膜８２０ａの端部及び針状導体８９０と接触するようになる。このとき、第１安全分離膜８２０ａと第２安全分離膜８２０ｂとの間に安全電極８１０の集電体８１１及び正極活物質層８１２が隔離される。したがって、第２安全分離膜８２０ｂは、安全電極８１０の集電体８１１及び正極活物質層８１２が両面負極８３０と直接接触し得る機会を完全に遮断するようになり、相互に反対極間の接触による電極組立体の発火を防止することができる。また、第２安全分離膜８２０ｂは、針状導体８９０が両面負極８３０及び両面正極８５０と直接接触することを遮断できるので、針状導体８９０に対する電極組立体の安全性を著しく改善することができる。
図９には、本発明の更に他の実施例に係る第１バイセルの垂直断面図が示されており、図１０には、図９の第１バイセルが針状導体によって貫通された形態を示した模式図が示されている。
以下では、説明の便宜のため、安全電極を正極として設定し、第１バイセルが安全電極／安全分離膜／負極／分離膜／正極の順からなる単位セルであるものとして説明するが、本発明が前記の構造のみに限定されるものではない。
まず、図９を参照すると、第１バイセル９００は、安全電極９１０、安全分離膜９２０、両面負極９３０、分離膜９４０及び両面正極９５０が順に積層されている。
安全電極９１０は、両面負極９３０と対面する方向を基準として金属集電体９１４の一面にのみ正極活物質層９１２が塗布されている第２面を含み、正極活物質層９１２が塗布されていない第１面を含む。
両面正極９５０は、集電体９５２の両面に正極活物質層９５１，９５１ａが塗布されており、同様に、両面負極９３０は、集電体の両面に負極活物質が塗布されている。
安全分離膜９２０は、安全電極９１０と両面負極９３０との間に介在しており、分離膜９４０は、両面負極９３０と両面正極９５０との間に介在している。安全分離膜９２０は、針状導体の貫通時に、十分な延伸のために、分離膜９４０の厚さ対比約１．５倍〜１．７倍の厚さからなっており、分離膜９４０及び安全分離膜９２０は有／無機複合多孔性のＳＲＳ分離膜からなっている。
本発明に係る電極組立体において最外郭に位置した第１バイセル９００が針状導体によって垂直方向に貫通された形態を示した図１０を参照して、以下に詳細に説明する。
そこで、図１０を参照すると、針状導体１０９０は、電極組立体の最外郭に位置した第１バイセル１００１の安全電極１０１０、安全分離膜１０２０、両面負極１０３０、分離膜１０４０、及び両面正極１０５０を順に貫通する。このとき、金属集電体１０１１は、針状導体１０９０の貫通力及び摩擦力によって、金属集電体１０１１の表面が貫通すると同時に、針状導体１０９０の運動方向に共に延伸するようになり、針状導体１０９０と接触するようになる。同様に、安全電極１０１０と両面負極１０３０との間の安全分離膜１０２０もまた、針状導体１０９０の貫通力によって貫通されると同時に、針状導体１０９０の運動方向に共に延伸するようになり、金属集電体１０１１と両面負極１０３０との間を分離させる。したがって、安全分離膜１０２０は、安全電極１０１０と両面負極１０３０が直接接触し得る機会を遮断するので、相互に反対極の接触による短絡を防止することができる。また、安全分離膜１０２０は、針状導体１０９０が両面負極１０３０及び両面正極１０５０と直接接触することを遮断するので、短絡の危険性を防止することができる。
以上、本発明の実施例に係る図面を参照して説明したが、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、針状導体が電極組立体を貫通する場合、安全電極の安全分離膜が針状導体との摩擦力によって延伸しながら、針状導体と電極組立体の電極が接触する部位を最小化することができ、結果的に、針状導体に過度な電流が流れることを防止することができる。また、厚い厚さを有する安全分離膜は、電極組立体が重い物体に押されたり、強い衝撃を受けたりする場合、これを緩衝できるので、外力に対する電極組立体の安全性をさらに向上させることができる。
１００ 第１バイセル
１００’ 第１バイセル
１１０ 安全電極
１１０’ 安全電極
１１２ 正極活物質層
１１４ 金属集電体
１１６ 安全分離膜
１１６’ 安全分離膜
１２０ 分離膜
１３０ 両面負極
１４０ 分離膜
１５０ 両面正極
１５１ 正極活物質層
１５１ａ 正極活物質層
１５２ 集電体
２００ 第２バイセル
２００ａ Ａ型バイセル
２００ｃ Ｃ型バイセル
２００ｃ’ 第２バイセル
２０２ａ 両面正極
２０２ｃ 両面正極
２０３ａ 両面負極
２０３ｃ 両面負極
２０４ａ 分離膜
２０４ａ’ 分離膜
２０４ｃ 分離膜
３００ 電極組立体
３１０ 分離フィルム
３６０ 絶縁テープ
４００ 電極組立体
４１０ 分離フィルム
５０１ 第１バイセル
５１０ 安全電極
５１１ 集電体
５１２ 正極活物質層
５１３ 安全分離膜
５２０ 分離膜
５３０ 負極
５４０ 分離膜
５５０ 正極
５９０ 針状導体
６００ 第１バイセル
６００’ 第１バイセル
６００ａ Ａ型バイセル
６００ｃ Ｃ型バイセル
６００ｃ’ Ｃ型バイセル
６１０ 安全電極
６１０’ 安全電極
６１６ 安全分離膜
６１６’ 第１安全分離膜
６１８ 安全分離膜
６１８’ 第２安全分離膜
６３０ 両面負極
６４０ 分離膜
６５０ 両面正極
６５１ 正極活物質層
６５１ａ 正極活物質層
６５２ 集電体
７００ 電極組立体
７１０ 分離フィルム
７６０ 絶縁テープ
８０１ 第１バイセル
８１０ 安全電極
８１１ 集電体
８１２ 正極活物質層
８２０ａ 第１安全分離膜
８２０ｂ 第２安全分離膜
８３０ 両面負極
８４０ 分離膜
８５０ 両面正極
８９０ 針状導体
９００ 第１バイセル
９１０ 安全電極
９１２ 正極活物質層
９１４ 金属集電体
９２０ 安全分離膜
９３０ 両面負極
９４０ 分離膜
９５０ 両面正極
９５１ 正極活物質層
９５１ａ 正極活物質層
９５２ 集電体
１００１ 第１バイセル
１０１０ 安全電極
１０１１ 金属集電体
１０２０ 安全分離膜
１０３０ 両面負極
１０４０ 分離膜
１０５０ 両面正極
１０９０ 針状導体

Claims (24)

  1. ２つ以上の単位セルが順次積層されているか、または長いシート状の分離フィルムによってフォールディングされている構造の電極組立体であって、
    前記単位セルが、正極、負極及び分離膜を含むバイセルを含んでおり、前記バイセルのうち少なくとも１つが、電極集電体の一面にのみ電極活物質が塗布された安全電極を含み、前記安全電極が、電極活物質が塗布されていない第１面、及び電極活物質が塗布されている第２面を含み、前記安全電極を含むバイセルにおいて、安全電極の第１面及び／又は第２面には、前記安全電極を除いた残りの正極と負極との間又は負極と正極との間に介在するバイセルの分離膜の厚さ対比１１０％〜２２０％の厚さからなる安全分離膜が付加されていることを特徴とする、電極組立体。
  2. 前記バイセルが、電極組立体の最外郭に配置される第１バイセル、及び電極組立体の最外郭を除いた残りの部分に配置される第２バイセルを含んでいることを特徴とする、請求項１に記載の電極組立体。
  3. 前記第１バイセルが、安全分離膜、安全電極、分離膜、両面電極、分離膜及び両面電極が順に積層された構造であることを特徴とする、請求項２に記載の電極組立体。
  4. 前記第１バイセルが、安全分離膜、安全電極、安全分離膜、両面電極、分離膜及び両面電極が順に積層された構造であることを特徴とする、請求項２に記載の電極組立体。
  5. 前記第１バイセルが、安全電極、安全分離膜、両面電極、分離膜及び両面電極が順に積層された構造であることを特徴とする、請求項２に記載の電極組立体。
  6. 前記第２バイセルが、第１バイセルと同一の構造、及び／又は両面電極、分離膜、両面電極、分離膜、及び両面電極が順に積層された構造であることを特徴とする、請求項２に記載の電極組立体。
  7. 前記両面電極が、集電体の両面に電極活物質が塗布されていることを特徴とする、請求項３〜６のいずれかに記載の電極組立体。
  8. 前記安全電極が、電極組立体の最外郭に位置する電極であることを特徴とする、請求項１に記載の電極組立体。
  9. 前記分離膜及び安全分離膜が、有／無機複合多孔性のＳＲＳ分離膜であることを特徴とする、請求項１に記載の電極組立体。
  10. 前記分離膜が１０μｍ〜１４μｍの厚さからなることを特徴とする、請求項１に記載の電極組立体。
  11. 前記第２面に付加される安全分離膜が１５μｍ〜３０μｍの厚さからなることを特徴とする、請求項１に記載の電極組立体。
  12. 前記第２面に付加される安全分離膜の厚さが２０μｍであることを特徴とする、請求項１１に記載の電極組立体。
  13. 前記第１面に付加される安全分離膜が、第２面に付加される安全分離膜の厚さに対して８０〜９５％の厚さを有することを特徴とする、請求項１に記載の電極組立体。
  14. 前記ＳＲＳ分離膜が、ポリオレフィン系列分離膜基材上に無機物粒子及びバインダー高分子からなる活性層が塗布されていることを特徴とする、請求項９に記載の電極組立体。
  15. 前記分離膜基材と活性層が９：１〜１：９の厚さ比を有することを特徴とする、請求項１４に記載の電極組立体。
  16. 前記厚さ比が５：５であることを特徴とする、請求項１５に記載の電極組立体。
  17. 前記無機物粒子が、（ａ）圧電性を有する無機物粒子、及び（ｂ）リチウムイオン伝達能力を有する無機物粒子で構成された群から選択された１種以上であることを特徴とする、請求項１４に記載の電極組立体。
  18. 前記圧電性を有する無機物粒子が、ＢａＴｉＯ３、Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３（ＰＺＴ）、Ｐｂ１−ｘＬａｘＺｒ１−ｙＴｉｙＯ３（ＰＬＺＴ）、ＰＢ（Ｍｇ３Ｎｂ２／３）Ｏ３−ＰｂＴｉＯ３（ＰＭＮ−ＰＴ）及びハフニア（ＨｆＯ２）からなる群から選択された１種以上であることを特徴とする、請求項１７に記載の電極組立体。
  19. 前記リチウムイオン伝達能力を有する無機物粒子が、リチウムホスフェート（Ｌｉ３ＰＯ４）、リチウムチタンホスフェート（ＬｉｘＴｉｙ（ＰＯ４）３、０＜ｘ＜２、０＜ｙ＜３）、リチウムアルミニウムチタンホスフェート（ＬｉｘＡｌｙＴｉｚ（ＰＯ４）３、０＜ｘ＜２、０＜ｙ＜１、０＜ｚ＜３）、（ＬｉＡｌＴｉＰ）ｘＯｙ系ガラス（０＜ｘ＜４、０＜ｙ＜１３）、リチウムランタンチタネート（ＬｉｘＬａｙＴｉＯ３、０＜ｘ＜２、０＜ｙ＜３）、リチウムゲルマニウムチオホスフェート（ＬｉｘＧｅｙＰｚＳｗ、０＜ｘ＜４、０＜ｙ＜１、０＜ｚ＜１、０＜ｗ＜５）、リチウムナイトライド（ＬｉｘＮｙ、０＜ｘ＜４、０＜ｙ＜２）、ＳｉＳ２（ＬｉｘＳｉｙＳｚ、０＜ｘ＜３、０＜ｙ＜２、０＜ｚ＜４）系ガラス、及びＰ２Ｓ５（ＬｉｘＰｙＳｚ、０＜ｘ＜３、０＜ｙ＜３、０＜ｚ＜７）系ガラスからなる群から選択された１種以上であることを特徴とする、請求項１７に記載の電極組立体。
  20. 請求項１に記載の電極組立体が電池ケースに内蔵されている、二次電池。
  21. 前記電池ケースが、アルミニウムラミネートシートのパウチ型ケースまたは金属缶型ケースであることを特徴とする、請求項２０に記載の二次電池。
  22. 請求項２０に記載の二次電池を単位電池として含む、電池パック。
  23. 請求項２２に記載の電池パックを電源として含んでいることを特徴とする、デバイス。
  24. 前記デバイスが、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、タブレットＰＣ、及びネットブックから選択されることを特徴とする、請求項２３に記載のデバイス。
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