JP2017501535A - 出力及び容量特性が異なる電極を含んでいるハイブリッド型二次電池 - Google Patents

出力及び容量特性が異なる電極を含んでいるハイブリッド型二次電池 Download PDF

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Abstract

本発明は、正極、負極及び前記正極と負極との間に介在する分離膜を含む電極組立体が電池ケースの収納部に装着されており；前記電極組立体の外周面のうち少なくとも一面には正極端子及び負極端子が突出しており；前記電極組立体と電池ケースとの間には絶縁性材料が付加されていることを特徴とする電池セルを提供する。

Description

本発明は、正極、負極、及び前記正極と負極との間に介在した分離膜を含む構造の電極組立体が電池ケースに内蔵されている二次電池であって、正極と負極の組み合わせにおいて、出力及び容量特性を異にする正極及び負極を含んでおり；正極集電体の両面に付加される正極材料が、互いに異なる出力及び容量特性を提供し；負極集電体の両面に付加される負極材料が、互いに異なる出力及び容量特性を提供し；前記分離膜を挟んで対面する正極及び負極において、分離膜に対面する正極集電体の一面に付加されている正極材料、及び分離膜に対面する負極集電体の一面に付加されている負極材料が、正極と負極の組み合わせにおいて、それぞれ集電体の他面に付加されている電極材料に対して、いずれも相対的に高容量特性を提供し、または相対的に低容量特性を提供する構成からなる二次電池に関する。
近年、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充放電可能な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して多くの研究が行われている。また、二次電池は、化石燃料を使用する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（ＥＶ）、ハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）、プラグインハイブリッド電気自動車（Ｐｌｕｇ−Ｉｎ ＨＥＶ）などの動力源としても注目されている。
したがって、バッテリーのみで運行できる電気自動車（ＥＶ）、バッテリーと既存のエンジンを併用するハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）などが開発されており、一部は商用化されている。ＥＶ、ＨＥＶなどの動力源としての二次電池は、主にニッケル水素金属（Ｎｉ−ＭＨ）二次電池が使用されているが、最近は、高いエネルギー密度、高い放電電圧及び出力安定性のリチウム二次電池を使用する研究が盛んに行われており、一部は商用化段階にある。
上述の二次電池がＥＶ、ＨＥＶなどの複合的な駆動状態を要求するデバイス又はシステムの動力源として使用されるためには、駆動状態に対応するための複合的な出力及び容量特性が要求されるので、一般的には、多数の高出力／低容量の二次電池と低出力／高容量の二次電池が単位電池として含まれており、多数の単位電池が直列及び／又は並列に接続されている構造のハイブリッド型電池パック（Ｈｙｂｒｉｄ−ｔｙｐｅｄ Ｂａｔｔｅｒｙ Ｐａｃｋ）として使用されている。
図１には、前記ハイブリッド型電池パックに収納される高出力／低容量の二次電池をなす電極組立体の模式図が示されている。
図１を参照すると、高出力／低容量の二次電池をなす電極組立体１００は、正極集電体１１１上に高出力／低容量の正極材料１１２，１１３が付加された正極１１０、負極集電体１２１上に高出力／低容量の負極材料１２２，１２３が付加された負極１２０、及び正極１１０と負極１２０との間に介在した分離膜１３０を含む構造からなることによって、高出力／低容量の特性を発揮する。
図２には、ハイブリッド型電池パックに収納される低出力／高容量の二次電池をなす電極組立体の模式図が示されている。
図２を参照すると、低出力／高容量の二次電池をなす電極組立体２００は、正極集電体２１１上に低出力／高容量の正極材料２１２，２１３が付加された正極２１０、負極集電体２２１上に低出力／高容量の負極材料２２２，２２３が付加された負極２２０、及び正極２１０と負極２２０との間に介在した分離膜２３０を含む構造からなることによって、低出力／高容量の特性を発揮する。
すなわち、従来のハイブリッド型電池パックは、高出力／低容量の特性を発揮する二次電池と低出力／高容量の特性を発揮する二次電池を含むことによって、電池パックを動力源として使用するデバイスが複合的な駆動状態に対応できるようにした。
図３には、出力及び容量が互いに異なる多数の二次電池を含んでいるハイブリッド型電池パックの模式図が示されている。
図３を参照すると、ハイブリッド型電池パック３００は、パックケース３０１内に高出力／低容量の二次電池３０２と低出力／高容量の二次電池３０３を単位電池として、出力及び容量特性に応じてそれぞれ独立に含んでおり、各二次電池の電極端子接続部３０４を介して相互に接続されている構造となっている。
しかし、電池パック３００を使用するデバイスの初期駆動条件と中間段階の駆動条件は一般的に異なり、電池パック３００を構成する多数の二次電池３０２，３０３は、自己放電率が互いに異なるため、時間が経過するにつれて二次電池３０２，３０３間の残存容量の差が発生するようになる。
したがって、出力及び容量が互いに異なる多数の二次電池は、相互間の容量不均衡を克服し、二次電池の安全性と寿命特性、出力及び容量特性を向上させることができるように電圧を均一にするために、高出力／低容量の二次電池３０２と低出力／高容量の二次電池３０３との間にセルバランシング電流（Ｃｅｌｌ Ｂａｌａｎｃｉｎｇ Ｃｕｒｒｅｎｔ）３０５が流れる。
しかし、二次電池３０２，３０３は、出力及び容量特性に応じて、単位電池として相互に独立した状態で電極端子を介して直列及び／又は並列に接続されているため、セルバランシング電流３０５は、二次電池３０２，３０３を接続する電極端子接続部３０４を通して流れるようになり、このような場合、電極端子接続部３０４は、高い抵抗により、セルバランシング電流３０５が持続的に流れる場合に熱が発生し、このような熱が効果的に除去されずに蓄積される場合、電池の劣化を招き、耐久性及び安全性も大きく損なわれることがある。
したがって、このような問題点を根本的に解決できる技術に対する必要性が高い実情である。
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、電極集電体の両面に付加されている電極材料が互いに異なる出力及び容量特性を提供し、分離膜を挟んで互いに対面する正極集電体の一面及び負極集電体の一面に付加されている電極材料が、それぞれ集電体の他面に付加されている電極材料に対して、いずれも相対的に高容量特性を提供し、または相対的に低容量特性を提供するように構成することによって、二次電池の間に流れるセルバランシング電流が電極端子接続部を通して迂回せずに、電極集電体を通して直接流れるようにすることによって、従来のハイブリッド型電池パックにおける電極端子接続部及びセル接続部で発生するセルバランシング電流による発熱及びそれによる二次電池の劣化を防止し、これによる安全性及び耐久性を向上させることができるだけでなく、電極端子接続部及びセル接続部の抵抗によるエネルギー損失を防止することができることを確認した。
このような目的を達成するための本発明に係る二次電池は、
正極、負極、及び前記正極と負極との間に介在した分離膜を含む構造の電極組立体が電池ケースに内蔵されている二次電池であって、
正極と負極の組み合わせにおいて、出力及び容量特性を異にする正極及び負極を含んでおり；
正極集電体の両面に付加される正極材料が、互いに異なる出力及び容量特性を提供し；
負極集電体の両面に付加される負極材料が、互いに異なる出力及び容量特性を提供し；
前記分離膜を挟んで対面する正極及び負極において、分離膜に対面する正極集電体の一面に付加されている正極材料、及び分離膜に対面する負極集電体の一面に付加されている負極材料が、正極と負極の組み合わせにおいて、それぞれ集電体の他面に付加されている電極材料に対して、いずれも相対的に高容量特性を提供し、または相対的に低容量特性を提供する構成からなっている。
したがって、本発明に係る二次電池の電極組立体は、電極集電体の両面に付加されている電極材料が互いに異なる出力及び容量特性を提供し、分離膜を挟んで互いに対面する正極集電体の一面及び負極集電体の一面に付加されている電極材料が、それぞれ集電体の他面に付加されている電極材料に対して、いずれも相対的に高容量特性を提供し、または相対的に低容量特性を提供するように構成することによって、二次電池の間に流れるセルバランシング電流が電極端子接続部を通して迂回せずに、集電体を通して直接流れることができるようにして、電極端子接続部で発生する熱による電池の劣化を防止し、これによる安全性及び耐久性を向上させることができるだけでなく、電極端子接続部の抵抗によるエネルギー損失を防止することができる。
本願の明細書で使用する正極材料及び負極材料の用語は、単純にこれらの材料の種類のみを意味するものではなく、正極材料及び負極材料の種類を含め、コーティング方法、空隙率、コーティング量、または混合比の組み合わせによって、所定の出力及び容量特性を発揮するように構成された正極材料及び負極材料を意味する。
二次電池の電極組立体は、上述のように構成できるものであれば、特に制限されるものではなく、例えば、巻き取り型構造、スタック型構造、スタック／フォールディング（ｓｔａｃｋ ａｎｄ ｆｏｌｄｉｎｇ）型構造、またはラミネーション／スタック（ｌａｍｉｎａｔｉｏｎ ａｎｄ ｓｔａｃｋ）型構造であってもよい。
ラミネーション／スタック型構造の電極組立体は、正極、負極及び分離膜が負極、分離膜、正極、分離膜、又は、正極、分離膜、負極、分離膜の順序で順次積層されている構造を基本単位体（ｒａｄｉｃａｌ ｃｅｌｌ）とし、基本単位体が少なくとも１つ以上積層される構造を含む電極組立体であり、基本単位体の電極組立体が多数積層される場合には、最上位部の基本単位体の上部には、分離膜、負極、分離膜の順序で順次積層されている構造である最外側単位体（ｒａｄｉｃａｌ ｆｉｎａｌ ｃｅｌｌ）が配置され得る。
このような場合に、ラミネーション／スタック型構造の電極組立体は、スタック／フォールディング型構造とは異なり、フォールディングではなく単純な積層工程のみで二次電池を具現することによって、工程の簡素化及び原価低減の効果を極大化することができる。
一方、巻き取り型構造、スタック型構造、スタック／フォールディング型構造の電極組立体は、当業界に公知となっているので、本明細書では、それについての詳細な説明は省略する。
一具体例において、本発明に係る二次電池の電極組立体を構成する正極は、集電体上の一面に相対的に高出力／低容量の正極材料が構成されており、他面に相対的に低出力／高容量の正極材料が構成されており；
前記負極は、集電体上の一面に相対的に高出力／低容量の負極材料が構成されており、他面に相対的に低出力／高容量の負極材料が構成されている構造であってもよい。
すなわち、前記正極及び負極は、それぞれの集電体上の一面と他面に出力と容量が互いに異なる電極材料が付加されることによって、一つの二次電池内に高出力／低容量及び低出力／高容量の特性を同時に具現できる構造であり得る。
更に他の具体例において、本発明に係る二次電池の電極組立体は、相対的に高出力／低容量の正極材料が構成されている正極の一面（ａ）と、相対的に高出力／低容量の負極材料が構成されている負極の一面（ｂ）とが、分離膜を挟んで互いに対面するように構成されている構造であってもよい。
また、前記二次電池の電極組立体は、相対的に低出力／高容量の正極材料が構成されている正極の他面（ｃ）と、相対的に低出力／高容量の負極材料が構成されている負極の他面（ｄ）とが、分離膜を挟んで互いに対面するように構成されている構造であってもよい。
すなわち、分離膜に対面する正極集電体の一面に付加されている正極材料、及び分離膜に対面する負極集電体の一面に付加されている負極材料は、分離膜を挟んで互いに対面する正極と負極の組み合わせにおいて、それぞれ集電体の他面に付加されている電極材料に対して、いずれも相対的に高出力／低容量、または低出力／高容量の同一の特性を提供する構成からなることによって、出力と容量が互いに異なる二次電池の間に流れるセルバランシング電流が、電極端子接続部を通して迂回せずに、集電体を通して電池内で直接流れることができるようにして、電極端子接続部で発生する熱による電池の劣化を防止し、これによる安全性及び耐久性を向上させることができるだけでなく、電極端子接続部の抵抗によるエネルギー損失を防止することができる。
一具体例において、互いに異なる出力及び容量特性を発揮する電極材料は、電極材料の種類、コーティング方法、空隙率、コーティング量、または混合比が互いに異なってもよい。
言い換えると、本発明に係る二次電池の電極組立体において、集電体上の一面及び他面で互いに異なる出力及び容量特性を発揮するように互いに異なる種類の電極材料が付加され、または同一の電極材料を付加しても、同一の電極材料のコーティング方法、空隙率、コーティング量、または混合比を異ならせて構成することによって、所望の効果を発揮することができる。
より具体的に、相対的に高出力／低容量の正極材料の種類は、リチウムマンガン酸化物（ＬＭＯ）、リチウム鉄リン酸化物（ＬＦＰ）、リチウムニッケルマンガンコバルト酸化物（ＮＭＣ）、リチウムニッケルコバルトアルミニウム酸化物（ＮＣＡ）からなる群から選択される１つ以上であってもよい。
一方、相対的に低出力／高容量の正極材料の種類は、リチウムコバルト酸化物（ＬＣＯ）、リチウムニッケルマンガンコバルト酸化物、リチウムニッケルコバルトアルミニウム酸化物、過リチウム化酸化物（Ｏｖｅｒ−ｌｉｔｈｉａｔｅｄ ｏｘｉｄｅ；ＯＬＯ）からなる群から選択される１つ以上であってもよく、同一の正極集電体の一面及び他面に構成される高出力／低容量の正極材料と低出力／高容量の正極材料の種類が、互いに異なる種類で構成されることによって、互いに異なる出力及び容量特性を発揮することができる。
また、正極集電体の一面及び他面に構成される高出力／低容量の正極材料と低出力／高容量の正極材料の種類が同一である場合、相対的に高出力／低容量の正極材料は、相対的に低出力／高容量の正極材料に比べて相対的に高い空隙率を有し、または集電体上のコーティング面積に対して低いコーティング量で付加されることによって、互いに異なる出力及び容量特性を発揮することができる。
具体的に、相対的に高出力／低容量の正極材料と相対的に低出力／高容量の正極材料の種類が同一である場合、高出力／低容量の正極材料は、低出力／高容量の正極材料に対して１１０％〜３００％の空隙率を有し、または高出力／低容量の正極材料は、集電体上のコーティング面積に対してコーティング量が、低出力／高容量の正極材料に比べて５０％〜９０％であってもよい。
もし、高出力／低容量の正極材料が、低出力／高容量の正極材料に対して１１０％未満の空隙率を有し、または集電体上のコーティング面積に対してコーティング量が９０％を超える場合には、高出力／低容量の正極材料と低出力／高容量の正極材料との出力及び容量特性の差が、所望のセルバランシング電流の流れの効果を発揮できるほど十分ではないことがある。
これとは反対に、高出力／低容量の正極材料が、低出力／高容量の正極材料に対して２００％を超える空隙率を有し、または集電体上のコーティング面積に対してコーティング量が５０％未満である場合には、高出力／低容量の正極材料が所望の電気的特性を発揮できないことがある。
更に他の具体例において、相対的に高出力／低容量の負極材料の種類は、非晶質炭素、黒鉛系負極材からなる群から選択される１つ以上であってもよく、一方、相対的に低出力／高容量の負極材料の種類は、黒鉛系負極材、Ｓｉ系負極材、Ｓｎ系負極材からなる群から選択される１つ以上であってもよく、同一の負極集電体の一面及び他面に構成される高出力／低容量の負極材料と低出力／高容量の負極材料の種類が、互いに異なる種類で構成されることによって、互いに異なる出力及び容量特性を発揮することができる。
また、負極集電体の一面及び他面に構成される高出力／低容量の負極材料と低出力／高容量の負極材料の種類が同一である場合、相対的に高出力／低容量の負極材料は、相対的に低出力／高容量の負極材料に比べて相対的に高い空隙率を有し、または集電体上のコーティング面積に対して低いコーティング量で付加されることによって、互いに異なる出力及び容量特性を発揮することができる。
具体的に、相対的に高出力／低容量の負極材料と相対的に低出力／高容量の負極材料の種類が同一である場合、高出力／低容量の負極材料は、低出力／高容量の負極材料に対して１１０％〜３００％の空隙率を有し、または、高出力／低容量の負極材料は、集電体上のコーティング面積に対してコーティング量が低出力／高容量の負極材料に比べて５０％〜９０％であってもよい。
もし、高出力／低容量の負極材料が、低出力／高容量の負極材料に対して１１０％未満の空隙率を有し、または集電体上のコーティング面積に対してコーティング量が９０％を超える場合には、高出力／低容量の負極材料と低出力／高容量の負極材料との出力及び容量特性の差が、所望のセルバランシング電流の流れの効果を発揮できるほど十分ではないことがある。
これとは反対に、高出力／低容量の負極材料が、低出力／高容量の負極材料に対して２００％を超える空隙率を有し、または集電体上のコーティング面積に対してコーティング量が５０％未満である場合には、高出力／低容量の負極材料が、所望の電気的特性を発揮できないことがある。
また、正極材料又は負極材料は、出力及び容量特性を発揮することによって所望の効果を発揮できるものであれば、特に制限されるものではなく、ニッケル水素金属二次電池用電極材料、ニッケル−カドミウム二次電池用電極材料、キャパシタ用電極材料から選択される１種以上であってもよい。
このような場合に、正極材料又は負極材料は、集電体に付加されるとき、正極材料又は負極材料と集電体との間の接着力を向上させるための粘着性物質がさらに付加されてもよい。
更に他の具体例において、電極組立体は、高温高圧のプレス（ｐｒｅｓｓｉｎｇ）工程を含む製造過程を経て作製することによって、電極材料、集電体、及び分離膜の間の接着力を向上させ、電池の耐久性を強化させることができる。
また、本発明に係る二次電池の電極組立体を構成する分離膜は、１つ以上の種類で構成されている構造であってもよい。
具体的に、正極と負極の組み合わせにおいて、高出力／低容量の電極材料が付加された正極集電体の一面と負極集電体の一面との間に介在する分離膜と、低出力／高容量の電極材料が付加された正極集電体の一面と負極集電体の一面との間に介在する分離膜とは、同一の種類で構成されてもよく、または、電極材料の出力及び容量特性に応じて互いに異なる種類で構成されてもよい。
本発明は、二次電池を単位電池として含む電池パックを提供する。
一具体例において、電池パックは、二次電池から発生する熱を効果的に除去するための冷却用部材をさらに含むことができる。
本発明はまた、電池パックを含むデバイスを提供し、具体的に、前記デバイスは、ノートパソコン、携帯電話、ＰＤＰ、ＰＭＰ、ＭＰ３プレーヤー、ＤＳＣ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｔｉｌｌ Ｃａｍｅｒａ）、ＤＶＲ、スマートフォン、ＧＰＳシステム、カムコーダー、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、及び電力貯蔵装置からなる群から選択されるものであってもよい。
これらデバイスの構造及びその作製方法は当業界で公知となっているので、本明細書では、それについての詳細な説明は省略する。
従来のハイブリッド型電池パックに単位電池として収納される高出力／低容量の二次電池をなす電極組立体の模式図である。 従来のハイブリッド型電池パックに単位電池として収納される低出力／高容量の二次電池をなす電極組立体の模式図である。 出力と容量が互いに異なる多数の電極組立体で構成された二次電池を含んでいる従来のハイブリッド型電池パックの模式図である。 本発明の一実施例に係る二次電池の電極組立体をなす正極の模式図である。 本発明の更に他の実施例に係る二次電池の電極組立体をなす負極の模式図である。 本発明の一実施例に係る二次電池をなす電極組立体の模式図である。 本発明の更に他の実施例に係る二次電池をなす電極組立体の模式図である。
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４及び図５には、本発明の一実施例に係る二次電池の電極組立体をなす正極及び負極の模式図が示されている。
まず、図４を参照すると、本発明に係る二次電池の電極組立体をなす正極４００は、集電体４０１上の一面に相対的に高出力／低容量を発揮するように正極材料４０２が構成されており、他面に相対的に低出力／高容量を発揮するように正極材料４０３が構成されているところ、相対的に高出力／低容量を発揮するように構成された正極材料及び相対的に低出力／高容量を発揮するように構成された正極材料は、種類が互いに異なる又は同一の正極材料で構成される場合、相対的に高出力／低容量を発揮するように構成された正極材料が、相対的に低出力／高容量を発揮するように構成された正極材料に比べて相対的に高い空隙率を有し、または集電体上のコーティング面積に対して低いコーティング量で付加されることによって、所望の効果を発揮することができる。
また、図５を参照すると、本発明に係る二次電池の電極組立体をなす負極５００は、集電体５０１上の一面に相対的に高出力／低容量を発揮するように負極材料５０２が構成されており、他面に相対的に低出力／高容量を発揮するように負極材料５０３が構成されているところ、相対的に高出力／低容量を発揮するように構成された負極材料及び相対的に低出力／高容量を発揮するように構成された負極材料は、種類が互いに異なる又は同一の負極材料で構成される場合、相対的に高出力／低容量を発揮するように構成された負極材料が、相対的に低出力／高容量を発揮するように構成された負極材料に比べて相対的に高い空隙率を有し、または集電体上のコーティング面積に対して低いコーティング量で付加されることによって、所望の効果を発揮することができる。
すなわち、本発明に係る二次電池の電極組立体をなす正極４００及び負極５００は、集電体４０１，５０１上の一面及び他面に、互いに異なる出力及び容量を発揮するように電極材料４０２，４０３，５０２，５０３を構成することによって、一つの二次電池内に高出力／低容量及び低出力／高容量の特性を同時に具現することができる構造となっている。
図６は、本発明の一実施例に係る二次電池をなす電極組立体の模式図であって、図４及び図５の正極及び負極を含んでいる電極組立体の模式図が示されている。
図６を参照すると、二次電池の電極組立体６００は、正極６１０、負極６２０、前記正極６１０と負極６２０との間に介在する分離膜６３０を含んでおり、正極６１０は、集電体６１１上の一面に相対的に高出力／低容量を発揮するように正極材料６１２が構成されており、他面に相対的に低出力／高容量を発揮するように正極材料６１３が構成されており、負極６２０は、集電体６２１上の一面に相対的に高出力／低容量を発揮するように負極材料６２２が構成されており、他面に相対的に低出力／高容量を発揮するように負極材料６２３が構成されている。
また、分離膜６３０を挟んで対面する正極６１０及び負極６２０において、分離膜６３０に対面する正極集電体６１１の一面に付加されている正極材料６１２、及び分離膜６３０に対面する負極集電体６２１の一面に付加されている負極材料６２２は、分離膜６３０を挟んで対面する正極６１０と負極６２０の組み合わせにおいて、それぞれ集電体６１１，６２１の他面に付加されている電極材料６１３，６２３に対して、いずれも相対的に高出力／低容量の同一の特性を提供する構成となっている。
図７は、本発明の更に他の実施例に係る二次電池をなす電極組立体の模式図であって、図４及び図５の正極及び負極を含んでいる電極組立体の模式図が示されている。
図７を参照すると、二次電池の電極組立体７００は、正極７１０，７３０、負極７２０、正極７１０，７３０と負極７２０との間に介在する分離膜７４０，７５０を含んでおり、図６の電極組立体６００と同様に、正極集電体７１１，７３１の両面には、互いに異なる出力及び容量特性を発揮するように正極材料７１２，７１３，７３２，７３３が構成されており、負極集電体７２１の両面には、互いに異なる出力及び容量特性を発揮するように負極材料７２２，７２３が構成されている。
具体的に、分離膜７４０を挟んで対面する正極７１０及び負極７２０において、分離膜７４０に対面する正極集電体７１１の一面に付加されている正極材料７１２、及び分離膜７４０に対面する負極集電体７２１の一面に付加されている負極材料７２２は、分離膜７４０を挟んで対面する正極７１０と負極７２０の組み合わせにおいて、それぞれ集電体７１１，７２１の他面に付加されている電極材料７１３，７２３に対して、いずれも相対的に高出力／低容量の同一の特性を提供する構成からなっており、分離膜７５０に対面する正極集電体７３１の一面に付加されている正極材料７３２、及び分離膜７５０に対面する負極集電体７２１の一面に付加されている負極材料７２３は、分離膜７５０を挟んで対面する正極７３０と負極７２０の組み合わせにおいて、それぞれ集電体７２１，７３１の他面に付加されている電極材料７２２，７３３に対して、いずれも相対的に低出力／高容量の同一の特性を提供する構成からなっている。
このような場合に、従来のハイブリッド型電池パックにおいて、出力及び容量が互いに異なる多数の二次電池の相互間の容量不均衡を克服し、二次電池の安全性と寿命特性、出力及び容量特性を向上させることができるように電圧を均一にするために、高出力／低容量の二次電池と低出力／高容量の二次電池との間を電極端子接続部を通して流れていたセルバランシング電流（Ｃｅｌｌ Ｂａｌａｎｃｉｎｇ Ｃｕｒｒｅｎｔ）が、電極端子接続部を通して迂回せずに、矢印のように、集電体を通して直接流れるようになる。
したがって、本発明に係る二次電池は、電極端子接続部で発生する熱による電池の劣化を防止し、これによる安全性及び耐久性を向上させることができるだけでなく、電極端子接続部の抵抗によるエネルギー損失を防止できるという効果を提供することができる。
以上で説明したように、本発明に係る二次電池は、電極集電体の両面に付加されている電極材料が互いに異なる出力及び容量特性を提供し、分離膜を挟んで互いに対面する正極集電体の一面及び負極集電体の一面に付加されている電極材料が、それぞれ集電体の他面に付加されている電極材料に対して、いずれも相対的に高容量特性を提供し、または相対的に低容量特性を提供するように構成されているので、二次電池の間に流れるセルバランシング電流（Ｃｅｌｌ Ｂａｌａｎｃｉｎｇ Ｃｕｒｒｅｎｔ）が、電極端子接続部を通して迂回せずに、集電体を通して直接流れることによって、電極端子接続部で発生する熱による電池の劣化を防止し、これによる安全性及び耐久性を向上させることができるだけでなく、電極端子接続部の抵抗によるエネルギー損失を防止することができる効果がある。
１００ 電極組立体
１１０ 正極
１１１ 正極集電体
１１２ 正極材料
１１３ 正極材料
１２０ 負極
１２１ 負極集電体
１２２ 負極材料
１２３ 負極材料
１３０ 分離膜
２００ 電極組立体
２１０ 正極
２１１ 正極集電体
２１２ 正極材料
２１３ 正極材料
２２０ 負極
２２１ 負極集電体
２２２ 負極材料
２２３ 負極材料
２３０ 分離膜
３００ ハイブリッド型電池パック
３０１ パックケース
３０２ 二次電池
３０３ 二次電池
３０４ 電極端子接続部
３０５ セルバランシング電流
４００ 正極
４０１ 集電体
４０２ 正極材料
４０３ 正極材料
５００ 負極
５０１ 集電体
５０２ 負極材料
５０３ 負極材料
６００ 電極組立体
６１０ 正極
６１１ 正極集電体
６１２ 正極材料
６１３ 正極材料
６２０ 負極
６２１ 負極集電体
６２２ 負極材料
６２３ 負極材料
６３０ 分離膜
７００ 電極組立体
７１０ 正極
７１１ 正極集電体
７１２ 正極材料
７１３ 正極材料
７２０ 負極
７２１ 負極集電体
７２２ 負極材料
７２３ 負極材料
７３１ 正極集電体
７３２ 正極材料
７３３ 正極材料
７４０ 分離膜
７５０ 分離膜

Claims (22)

  1. 正極、負極、及び前記正極と負極との間に介在した分離膜を含む構造の電極組立体が電池ケースに内蔵されている二次電池であって、
    正極と負極の組み合わせにおいて、出力及び容量特性を異にする正極及び負極を含んでおり、
    正極集電体の両面に付加される正極材料が、互いに異なる出力及び容量特性を提供し、
    負極集電体の両面に付加される負極材料が、互いに異なる出力及び容量特性を提供し、
    前記分離膜を挟んで対面する正極及び負極において、分離膜に対面する正極集電体の一面に付加されている正極材料、及び分離膜に対面する負極集電体の一面に付加されている負極材料が、正極と負極の組み合わせにおいて、それぞれ集電体の他面に付加されている電極材料に対して、いずれも相対的に高容量特性を提供し、または相対的に低容量特性を提供する構成からなることを特徴とする、二次電池。
  2. 前記電極組立体が、巻き取り型構造、スタック型構造、スタック／フォールディング型構造、またはラミネーション／スタック型構造からなることを特徴とする、請求項１に記載の二次電池。
  3. 前記正極が、集電体上の一面に相対的に高出力／低容量の正極材料が構成されており、他面に相対的に低出力／高容量の正極材料が構成されており、
    前記負極が、集電体上の一面に相対的に高出力／低容量の負極材料が構成されており、他面に相対的に低出力／高容量の負極材料が構成されていることを特徴とする、請求項１に記載の二次電池。
  4. 前記電極組立体が、相対的に高出力／低容量の正極材料が構成されている正極の一面（ａ）と、相対的に高出力／低容量の負極材料が構成されている負極の一面（ｂ）とが、分離膜を挟んで互いに対面するように構成されていることを特徴とする、請求項３に記載の二次電池。
  5. 前記電極組立体が、相対的に低出力／高容量の正極材料が構成されている正極の他面（ｃ）と、相対的に低出力／高容量の負極材料が構成されている負極の他面（ｄ）とが、分離膜を挟んで互いに対面するように構成されていることを特徴とする、請求項３に記載の二次電池。
  6. 前記互いに異なる出力及び容量特性を発揮する電極材料が、電極材料の種類、コーティング方法、空隙率、コーティング量、または混合比が互いに異なることを特徴とする、請求項１に記載の二次電池。
  7. 前記相対的に高出力／低容量の正極材料の種類が、リチウムマンガン酸化物（ＬＭＯ）、リチウム鉄リン酸化物（ＬＦＰ）、リチウムニッケルマンガンコバルト酸化物（ＮＭＣ）、リチウムニッケルコバルトアルミニウム酸化物（ＮＣＡ）からなる群から選択される１つ以上であることを特徴とする、請求項３に記載の二次電池。
  8. 前記相対的に低出力／高容量の正極材料の種類が、リチウムコバルト酸化物（ＬＣＯ）、リチウムニッケルマンガンコバルト酸化物、リチウムニッケルコバルトアルミニウム酸化物、過リチウム化酸化物（Ｏｖｅｒ−ｌｉｔｈｉａｔｅｄ ｏｘｉｄｅ；ＯＬＯ）からなる群から選択される１つ以上であることを特徴とする、請求項３に記載の二次電池。
  9. 前記相対的に高出力／低容量の負極材料の種類が、非晶質炭素、黒鉛系負極材からなる群から選択される１つ以上であることを特徴とする、請求項３に記載の二次電池。
  10. 前記相対的に低出力／高容量の負極材料の種類が、黒鉛系負極材、Ｓｉ系負極材、Ｓｎ系負極材からなる群から選択される１つ以上であることを特徴とする、請求項３に記載の二次電池。
  11. 前記相対的に高出力／低容量の正極材料と相対的に低出力／高容量の正極材料の種類が同一であり、前記高出力／低容量の正極材料が、低出力／高容量の正極材料に対して１１０％〜３００％の空隙率を有することを特徴とする、請求項３に記載の二次電池。
  12. 前記相対的に高出力／低容量の正極材料と相対的に低出力／高容量の正極材料の種類が同一であり、前記高出力／低容量の正極材料における、集電体上のコーティング面積に対するコーティング量が、低出力／高容量の正極材料に比べて５０％〜９０％であることを特徴とする、請求項３に記載の二次電池。
  13. 前記相対的に高出力／低容量の負極材料と相対的に低出力／高容量の負極材料の種類が同一であり、前記高出力／低容量の負極材料が、低出力／高容量の負極材料に対して１１０％〜３００％の空隙率を有することを特徴とする、請求項３に記載の二次電池。
  14. 前記相対的に高出力／低容量の負極材料と相対的に低出力／高容量の負極材料の種類が同一であり、前記高出力／低容量の負極材料における、集電体上のコーティング面積に対するコーティング量が、低出力／高容量の負極材料に比べて５０％〜９０％であることを特徴とする、請求項３に記載の二次電池。
  15. 前記正極材料又は負極材料が、ニッケル水素金属二次電池用電極材料、ニッケル−カドミウム二次電池用電極材料、キャパシタ用電極材料から選択される１種以上であることを特徴とする、請求項１に記載の二次電池。
  16. 前記正極材料又は負極材料が、集電体に付加されるとき、前記正極材料又は負極材料と集電体との間に接着力を向上させるための粘着性物質がさらに付加されることを特徴とする、請求項１に記載の二次電池。
  17. 前記電極組立体が、高温高圧のプレス工程を含む製造過程を経て作製されることを特徴とする、請求項１に記載の二次電池。
  18. 前記分離膜が１つ以上の種類で構成されていることを特徴とする、請求項１に記載の二次電池。
  19. 請求項１に記載の二次電池を単位電池として含むことを特徴とする、電池パック。
  20. 前記電池パックが冷却用部材をさらに含むことを特徴とする、請求項１９に記載の電池パック。
  21. 請求項１９に記載の電池パックを含むことを特徴とする、デバイス。
  22. 前記デバイスが、ノートパソコン、携帯電話、ＰＤＰ、ＰＭＰ、ＭＰ３プレーヤー、ＤＳＣ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｔｉｌｌ Ｃａｍｅｒａ）、ＤＶＲ、スマートフォン、ＧＰＳシステム、カムコーダー、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、及び電力貯蔵装置からなる群から選択されることを特徴とする、請求項２１に記載のデバイス。
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