JP2017510043A - 二次電池 - Google Patents

Abstract

本発明は、二次電池に関し、電極組立体；前記電極組立体を含浸させる電解液；前記電極組立体及び電解液を収容するケース組立体；前記電極組立体の内部に設けられ、前記電極組立体の膨張時に前記電極組立体の内部に加わるストレス（stress）を吸収する吸収部材；を含むことができる。【選択図】 図１

Description

関連出願との相互引用
本出願は、2015年2月13日付韓国特許出願第2015-0022593号に基づいた優先権の利益を主張し、当該韓国特許出願の文献に開示されている全ての内容は、本明細書の一部として含まれる。

技術分野
本発明は、二次電池に関し、特に電極組立体の膨張時、前記電極組立体の内部に加わるストレス（stress）を吸収することができる二次電池に関する。

一般に、二次電池は、電子機器のエネルギー源として用いられており、特に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）及びハイブリッド電気自動車（HEV）などの動力源としても用いられている。

このような二次電池のうち円筒型または角型二次電池は、正極、分離膜及び負極をゼリーロール状に巻き取って電極組立体を製造し、前記ゼリーロール型（巻取型）電極組立体を円筒型または角型ケースに収納し、前記ケース内に電解液を注入した後、前記ケースの開放上段に電極端子が形成されているトップキャップを結合して組み立てることになる。そして、組み立てが完了した円筒型または角型二次電池は、放電状態の電極組立体を活性化させるために充放電とエイジング（aging）を進める。

従来の技術に係る二次電池は、充放電時に電極組立体が膨張して電極組立体の外部と内部にストレスが発生することになるところ、このとき、電極組立体の外部に加わるストレスは缶を押し出しながら膨張することができるが、電極組立体の内部に加わるストレスは空間がないためねじれ（twist）が発生し、このねじれた電極組立体により二次電池の性能の低下が発生する問題があった。

本発明は、前述した問題を解決するために案出されたものであって、本発明の目的は、電極組立体の膨張時に電極組立体の内部に加わるストレス（stress）を吸収して電極組立体のねじれなどの変形を防止し、よって、二次電池の性能の低下を防止する二次電池を提供することにある。

前述の課題を解決するための手段として、本発明に係る二次電池は、電極組立体；前記電極組立体を含浸させる電解液；前記電極組立体及び電解液を収容するケース組立体；前記電極組立体の内部に設けられ、前記電極組立体の膨張時、前記電極組立体の内部に加わるストレス（stress）を吸収する吸収部材；を含むことができる。

前記吸収部材は、前記電解液を吸収してスウェリングされる材質で設けられ得る。すなわち、前記吸収部材はスウェリングテープ（swelling tape）であり、前記スウェリングテープは前記電極組立体の内部に加わるストレスを吸収することができる。

前記吸収部材は、第1電極、第1分離膜、第2電極及び第2分離膜がゼリーロール状に巻き取られた電極組立体の巻取りの中心に備えられ得る。

前記電極組立体は、横断面が楕円形に形成されながら前記巻取りの中心に楕円形の中央空間を形成し、前記中央空間に前記吸収部材が付着され得る。

前記吸収部材は、前記中央空間の大きさより小さいか、または同じ大きさを有することができる。

前記電極組立体の外周面に備えられるシーリングテープをさらに含むことができる。

前記シーリングテープは、前記電解液を吸収してスウェリングされる材質で設けられ得る。

前記ケース組立体は、角型缶組立体に設けられ得る。

前記スウェリングテープは、前記電解液と接触すると長手方向に変形する基材層と、前記基材層の一面に形成される粘着層とを含むことができる。

前記基材層は、ウレタン結合、エステル結合、エーテル結合、セルロースエステル化合物のうち少なくとも一つを含むことができる。

本発明は、下記のような効果がある。

第一、電極組立体の内部に吸収部材を備えることにより、電極組立体の充放電時に電極組立体の内部に加わるストレスを吸収することができ、電極組立体のねじれなどの変形を防止することができ、よって、二次電池の性能の低下を防止することができる。

第二、吸収部材として電解液により膨張するスウェリングテープを用いることにより、電極組立体の内部に簡単に付着して膨張させることができ、特に電極組立体の内部に加わるストレスを安定的に吸収することができる。

第三、吸収部材は、ゼリーロール状に巻き取られた電極組立体の巻取りの中心に備えることにより、電極組立体の外周面から巻心に加わるストレスを安定的に吸収することができる。

第四、電極組立体の巻取りに空間を形成することにより、吸収部材をより容易に挿入することができる。

第五、電極組立体の外周面に付着されるシーリングテープを、電解液を吸収してスウェリングされる材質で形成することにより、電極組立体の外部に加わるストレスを吸収することができる。

第六、スウェリングテープは、前記電解液と接触すると長手方向に変形する基材層と粘着層を含むことにより、電極組立体に付着される付着力と、電解液によりスウェリングされる膨張力とを同時に得ることができる。

本発明に係る二次電子を示した斜視図である。 本発明に係る二次電子を示した側断面図である。 本発明に係る二次電池を示した平面図である。 本発明に係る二次電池の製造方法を示した図であって、電極組立体の製造状態を示した図である。 本発明に係る二次電池の製造方法を示した図であって、吸収部材の結合状態を示した図である。 本発明に係る二次電池の製造方法を示した図であって、シーリングテープの結合状態を示した図である。 本発明に係る二次電池の製造方法を示した図であって、缶組立体に電解液と電極組立体を収容した状態を示した図である。 本発明に係る二次電池の製造方法を示した図であって、二次電池の充放電時の電極組立体の膨張状態を示した図である。

以下、図面を参照して、本発明の属する技術分野で通常の知識を有する者が容易に実施できるよう、本発明の実施形態を詳細に説明する。しかし、本発明は、幾多の異なる形態に具現されてよく、ここで説明する実施形態に限定されない。なお、図面で本発明を明確に説明するために説明と関係ない部分は省略し、明細書全体を通して類似する部分に対しては類似する図面符号を付けた。

本発明に係る二次電池は、図1及び図2に示されているように、電極組立体110、電極組立体110を含浸させる電解液120、電極組立体110及び電解液120を収容するケース組立体130、及び電極組立体110の内部に備えられる吸収部材140を含み、吸収部材140は、電極組立体110の膨張時、電極組立体110の内部に加わるストレス（stress）を吸収して電極組立体110のねじれや変形を防止する。

以下、本発明に係る二次電池の構成をより詳細に説明する。

電極組立体110は、図1から図3に示されているように、第1電極111、分離膜112、及び第2電極113をゼリーロール状に巻き取って製造する。

ここで、電極組立体110は、横断面が楕円形に形成されるように巻き取り、よって、巻取りの中心に楕円形の中央空間110aを形成し、この中央空間110aに吸収部材140を備える（図4を参照）。

一方、第1電極111は負極であり、第2電極113は正極である。もちろん逆であってもよい。
電解液120は、電極組立体110を含浸させるためのものであって、電極組立体110と共にケース組立体130の内部に収容される。

ケース組立体130は、図1に示されているように、電極組立体110及び電解液120を収容するためのものであって、特に楕円形の電極組立体110を収容するために角型缶組立体に設ける。

すなわち、ケース組立体130は、電極組立体110及び電解液120を収容する角型の缶131と、缶131の開口の上部に結合されて缶131の開口を密閉させるキャップ組立体132とを含む。

一方、本発明に係る二次電池は、電極組立体110及び電解液120をケース組立体130に収容した後、電極組立体110を充放電して活性化させ、このとき、電極組立体110の充放電時に体積が膨張しながら外部と内部にストレス（stress）が加えられる。

ここで、電極組立体110の外部に加わるストレスは缶131を押し出しながら膨張することができるが、電極組立体110の内部に加わるストレスは空間がないためねじれ（twist）が発生し、よって、二次電池の性能の低下が発生する。

このような問題を解決するため、本発明に係る二次電池は、電極組立体110の内部に吸収部材140を含み、吸収部材140は、電極組立体110の膨張時に電極組立体110の内部に加わるストレス（stress）を吸収して電極組立体110のねじれを防止し、よって、二次電池の性能の低下を防止する。

ここで、吸収部材140は、電解液120を吸収してスウェリングされる材質で設けられ得る。一例として、吸収部材140はスウェリングテープ（swelling tape）であってよく、スウェリングテープは、電解液120を吸収してスウェリングされながら電極組立体110の内部に加わるストレスを吸収する。

一方、スウェリングテープは膨張テープともいい、不織布の形態で水分を含むと膨らんで水分の浸透を防止するテープをいう。

すなわち、スウェリングテープである吸収部材140は、図2及び図3に示されているように、電解液120と接触すると長手方向に変形する基材層141と、基材層141の一面に形成される粘着層142とを含む。よって、基材層141を介して電解液120を吸収してスウェリングされ、粘着層142を介して電極組立体110の中央空間110aのうち平面部に付着される。そして、基材層141は、ウレタン結合、エステル結合、エーテル結合、セルロースエステル化合物のうち少なくとも一つを含むことができ、よって、基材層141のスウェリングをさらに高めることができる。

ここで、電極組立体110は、巻取り時に吸収部材140が安定的にスウェリングされ得るように中央空間110aを十分に確保し、よって、スウェリングされる吸収部材140により電極または分離膜が毀損されることを防止することができる。

また、ケース組立体130に収容された電解液のうち一部が吸収部材140に吸収されながら電解液の容量変化が発生することがあり、よって、ケース組立体130の密閉時に電解液の容量変化を確認してから補充することができる。

一方、スウェリングテープとして設けられた吸収部材140は、中央空間110aの大きさより小さい大きさを有することができる。すなわち、スウェリングテープとして設けられた吸収部材140は、電解液120を吸収しながら長さ及び幅が増大されるため、大きさの増大を考慮して中央空間110aの大きさより小さく形成することができる。

一方、スウェリングテープとして設けられた吸収部材140は、中央空間110aの大きさと同じ大きさを有することができる。すなわち、電極組立体110の大きさが小さい場合、スウェリングテープとして設けられた吸収部材140の大きさも小さく製作され、よって、吸収部材140のスウェリングの増大が大きくないので、中央空間110aの大きさと同様に形成することができる。

このようにスウェリングテープとして設けられた吸収部材140は、電解液120を吸収してスウェリングされるので、使用が便利で、電極組立体110の内部に加わるストレスを安定的に吸収して電極組立体110のねじれを防止することができる。

一方、本発明に係る二次電池は、電極組立体110の外周面に備えられるシーリングテープ150を含むことができる。すなわち、シーリングテープ150は、電極組立体110の外周面を包み込む形態に備えられて電極組立体110の外形を固定する。

一方、シーリングテープ150は、電極組立体110の外部に加わるストレスを吸収する材質で設けられ、よって、電極組立体110の膨張時に電極組立体110によってケース組立体130が押し出される現象、すなわち、変形を防止することができる。

一例として、シーリングテープ150は、電解液120を吸収してスウェリングされる材質で設けられる。すなわち、シーリングテープ150は、吸収部材140と同じスウェリングテープであってよい。よって、シーリングテープ150は、吸収部材140のように電極組立体110と共にケース組立体130に収容され、このとき、電解液120を吸収しながらスウェリングされ、電極組立体110の充放電時に電極組立体110の外部に加わるストレスを吸収して二次電池の性能の低下を防止し、ケース組立体130の外形の変化を防止する。

以下、本発明に係る二次電池の製造方法を、図面を参照しながら詳細に説明する。

先ず、図4に示されているところのように、シート状の第1電極111、分離膜112、及び第2電極113を積層した状態で、ゼリーロール状に巻き取って電極組立体110を製造する。このとき、電極組立体110の巻取り時に巻取りの中央に所定の中央空間110aを設ける。

次に、図5に示されているところのように、電極組立体110の中央空間110aの一面にスウェリングテープである吸収部材140を付着する。このとき、吸収部材140は、中央空間110aの大きさより小さいか、または中央空間と同じ大きさに形成する。

次に、図6に示されているところのように、電極組立体110の外側面にスウェリング材質のシーリングテープ150を付着する。

次に、吸収部材140とシーリングテープ150が付着された電極組立体110を、電解液120と共にケース組立体130に収容して二次電池を完成する。このとき、吸収部材140とシーリングテープ150は、電解液120を吸収しながらスウェリングされる。

このような完成された二次電池は、図8に示されているところのように、活性化のために充放電を進め、このとき、電極組立体110の充放電時に電極組立体が膨張しながら内部と外部にストレスが加えられる。こで、電極組立体100の外部に加わるストレスはシーリングテープ150が吸収し、電極組立体100の内部に加わるストレスは吸収部材140が吸収して電極組立体110のねじれを防止し、よって、二次電池の性能の低下を防止することができる。

本発明の範囲は、前記の詳細な説明よりは後述する特許請求の範囲によって表され、特許請求の範囲の意味及び範囲、そしてその均等概念から導き出される全ての変更または変形された形態が本発明の範囲に含まれるものと解釈されるべきである。

Claims (11)

1. 電極組立体；
   前記電極組立体を含浸させる電解液；
   前記電極組立体及び電解液を収容するケース組立体；
   前記電極組立体の内部に設けられ、前記電極組立体の膨張時に前記電極組立体の内部に加わるストレス（stress）を吸収する吸収部材；を含むことを特徴とする二次電池。
2. 前記吸収部材は、前記電解液を吸収してスウェリングされる材質で設けられることを特徴とする請求項1に記載の二次電池。
3. 前記吸収部材はスウェリングテープ（swelling tape）であり、
   前記スウェリングテープは、前記電極組立体の内部に加わるストレスを吸収することを特徴とする請求項2に記載の二次電池。
4. 前記吸収部材は、第1電極、分離膜、第2電極がゼリーロール状に巻き取られている電極組立体の巻取りの中心に備えられることを特徴とする請求項1に記載の二次電池。
5. 前記電極組立体は、横断面が楕円形に形成されながら前記巻取りの中心に楕円形の中央空間を形成し、
   前記中央空間に前記吸収部材が付着されることを特徴とする請求項4に記載の二次電池。
6. 前記吸収部材は、前記中央空間の大きさより小さいか、または同じ大きさを有することを特徴とする請求項5に記載の二次電池。
7. 前記電極組立体の外周面に備えられるシーリングテープをさらに含むことを特徴とする請求項1から請求項6の何れか一項に記載の二次電池。
8. 前記シーリングテープは、前記電解液を吸収してスウェリングされる材質で設けられることを特徴とする請求項7に記載の二次電池。
9. 前記ケース組立体は、角型缶組立体に設けられることを特徴とする請求項1から請求項6の何れか一項に記載の二次電池。
10. 前記スウェリングテープは、前記電解液と接触すると長手方向に変形する基材層と、前記基材層の一面に形成される粘着層とを含むことを特徴とする請求項3に記載の二次電池。
11. 前記基材層は、ウレタン結合、エステル結合、エーテル結合、セルロースエステル化合物のうち少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項10に記載の二次電池。

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