JP2018014327A - 二次電池 - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明は二次電池に関する。
【解決手段】本発明の一実施形態による二次電池は、第１電極と第２電極との間にセパレータを介在して巻き取られた電極組立体と、前記電極組立体を収容するケースと、を含み、前記第１電極は、第１活物質がコーティングされた第１コーティング部及び前記第１コーティング部の一側に突出し、前記第１活物質がコーティングされない複数の第１無地タップを含む第１タップ部と、前記第１タップ部に連結され、前記第１タップ部の最外周を少なくとも１回囲む第１無タップ部を含むことを特徴とする。
【選択図】図４
【解決手段】本発明の一実施形態による二次電池は、第１電極と第２電極との間にセパレータを介在して巻き取られた電極組立体と、前記電極組立体を収容するケースと、を含み、前記第１電極は、第１活物質がコーティングされた第１コーティング部及び前記第１コーティング部の一側に突出し、前記第１活物質がコーティングされない複数の第１無地タップを含む第１タップ部と、前記第１タップ部に連結され、前記第１タップ部の最外周を少なくとも１回囲む第１無タップ部を含むことを特徴とする。
【選択図】図４
Description
本発明は二次電池に関する。
二次電池（ｒｅｃｈａｒｇｅａｂｌｅ ｂａｔｔｅｒｙ）は充電が不可能な一次電池と違って充電および放電が可能である。低容量の二次電池は携帯電話機やノートパソコンおよびビデオカメラのように携帯が可能な小型電子機器に使用され、大容量電池はハイブリッド自動車などのモータ駆動用電源として幅広く使用されている。
一般には、二次電池は充電と放電を行う電極組立体を含み、電極組立体は正極と負極および正極と負極との間に介在したセパレータを含む。電極組立体は複数の正極板と負極板が積層された構造からなってもよく、帯形状の正極と負極が巻き取られた構造からなってもよい。
電極組立体はケースの内部に収容されて充電と放電を行い、ケースは端子を備えて電流を供給するかまたは供給を受ける。ケースは金属板またはパウチからなる。
二次電池が充電または放電されるとき、正常電流値以上に充電または放電されると、ケースの内部の電極組立体はスウェリング現象が発生して電極組立体に形成された電極タップがケースに接触して短絡が発生するおそれがある。
本発明はこのような技術的背景に基づいて案出されたものであって、本発明の目的はケースの内部で電極組立体から引き出された電極タップとケースの短絡を防止できる二次電池を提供することにある。
本発明の一実施形態による二次電池は、第１電極と第２電極との間にセパレータを介在して巻き取られた電極組立体と、前記電極組立体を収容するケースと、を含み、前記第１電極は、第１活物質がコーティングされた第１コーティング部及び前記第１コーティング部の一側に突出し、前記第１活物質がコーティングされない複数の第１無地タップを含む第１タップ部と、前記第１タップ部に連結され、前記第１タップ部の最外周を少なくとも１回囲む第１無タップ部と、を含むことを特徴とする。
前記複数の第１無地タップと電気的に接続され、ケースから引き出される第１リードタップをさらに含んでもよい。
前記第１無タップ部は、前記第１無地タップを含まず、前記第１活物質がコーティングされてもよい。
前記複数の第１無地タップが前記電極組立体の一側で互いに重ねられてもよい。
前記第１タップ部と前記第１無タップ部は一体に形成されてもよい。
前記第１無タップ部は、前記第１タップ部の最外周を３回囲んでもよい。
前記第２電極は、第２活物質がコーティングされた第２コーティング部及び前記第２コーティング部の一側に突出し、前記第２活物質がコーティングされない複数の第２無地タップを含む第２タップ部と、前記第２タップ部に連結され、前記第２タップ部の最外周を少なくとも１回囲む第２無タップ部と、を含んでもよい。
前記複数の第２無地タップと電気的に接続され、ケースから引き出される第２リードタップをさらに含んでもよい。
前記第２無タップ部は、前記第２無地タップを含まず、前記第２活物質がコーティングされてもよい。
前記第２電極は、前記複数の第２無地タップが前記電極組立体の一側で互いに重ねられてもよい。
前記第２タップ部と前記第２無タップ部は一体に形成されてもよい。
前記第２無タップ部は、前記第２タップ部の最外周を３回囲んでもよい。
本発明の一実施形態による二次電池は、ケースの内部で電極組立体から引き出された電極タップとケースの短絡を防止することができる。
以下、添付した図面を参照して本発明の様々な実施形態について本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が容易に実施できるように詳細に説明する。本発明は多くの異なる形態で実現でき、ここで説明する実施形態に限定されない。
本発明を明確に説明するため、説明と関係ない部分は省略し、明細書全体にかけて同一または類似の構成要素に対して同一の参照符号を付する。
また、図面に示す各構成の大きさおよび厚さは説明の便宜上、任意に示したため、本発明は必ずしも図示されたものに限定されるものではない。
また、明細書全体において、ある部分がある構成要素を「含む」とする時、これは特に反対になる記載がない限り、他の構成要素を除くことではなく他の構成要素をさらに含むことを意味する。
図１は本発明の一実施形態による二次電池の斜視図である。
図１を参照すると、二次電池１００は、ケース３０およびケース３０から引き出される第１リードタップ２１および第２リードタップ２２を含む。
二次電池１００のケース３０は金属板またはパウチからなり、以下ではパウチケースを例に挙げて説明する。
ケース３０は収容部３１、縁接合部３３および上部接合部３２を含むことができる。ケース３０は絶縁体を含むフイルムからなる。ケース３０は第１板（図示せず）と第２板（図示せず）の結合により密閉され得る。第１板と第２板は収容部３１の側面に形成される縁接合部３３で熱融着して互いに接合され得る。
収容部３１はケース３０の第１板または第２板のうちいずれか一つから突出する。収容部３１には電極組立体（１０、図２参照）と電解質が共に収容され得る。
第１リードタップ２１および第２リードタップ２２はケース３０から引き出され、二次電池１００の長さ方向に突出し得る。第１リードタップ２１および第２リードタップ２２は、ケース３０の上部接合部３２から外部に突出し得る。第１リードタップ２１および第２リードタップ２２は、上部接合部３２との短絡を防止するために保護テープ２３を含み得る。
図２は図１に示す二次電池に適用される電極組立体のタップ部領域の外周を無タップ部領域が囲みながら巻き取られる場合を示す斜視図である。
図２を参照すると、電極組立体１０は第１電極１１と第２電極１２との間に介在するセパレータ１３を含む。
電極組立体１０は第１電極１１、第２電極１２およびセパレータ１３と共に巻き取られてゼリーロールのような形態で形成される。一例として、電極組立体１０は巻き取られてプレスにより加圧されて楕円形に製作され得る。
電極組立体１０には第１電極タップ１１ｃおよび第２電極タップ１２ｃが電極組立体１０の一側に突出している。第１電極タップ１１ｃおよび第２電極タップ１２ｃそれぞれは、第１電極１１および第２電極１２から延長された複数の第１無地タップ（１１ｂ、図３参照）と第２無地タップ（１２ｂ、図３参照）が重ねられて形成され得る。
第１無地タップ１１ｂは第１電極１１から延長され、電極組立体１０の一側に突出し得る。第２無地タップ１２ｂは第２電極１２から延長され、電極組立体１０の一側に突出し、第１無地タップ１１ｂと離隔する。第１電極タップ１１ｃおよび第２電極タップ１２ｃは、ケース３０の内部で第１リードタップ２１および第２リードタップ２２とそれぞれ電気的に接続され得る。
第１電極１１および第２電極１２は、第１無地タップ１１ｂおよび第２無地タップ１２ｂが突出するタップ部領域１５ａと、タップ部領域１５ａに連結されて第１無地タップ１１ｂおよび第２無地タップ１２ｂが突出しない無タップ部領域１７ａとを含むことができる。
タップ部領域１５ａと無タップ部領域１７ａはそれぞれ巻き取られて電極組立体１０のタップ部１５および無タップ部１７を成し、無タップ部（１７、図４参照）はタップ部（１５、図４参照）の外周を囲む。すなわち、タップ部領域１５ａは巻き取られると電極組立体１０の長さ方向に複数の第１無地タップ１１ｂおよび第２無地タップ１２ｂが突出しているタップ部１５を形成する。
無タップ部１７は電極組立体１０の外周に位置し、タップ部１５の外周を少なくとも１回囲み得る。したがって、無タップ領域１７ａは、タップ部１５の外周を少なくとも１回囲む長さＬに形成され得る。
無タップ部１７がタップ部１５の外周を囲みながら、タップ部１５の第１電極タップ１１ｃおよび第２電極タップ１２ｃは、無タップ部１７の厚さだけケース３０と離隔され得る。これにより、電極組立体１０が非正常状態で膨れ上がる時、第１電極タップ１１ｃまたは第２電極タップ１２ｃとケース３０との間での短絡を防止することができる。無タップ部１７がタップ部１５の外周を多く囲む場合は厚さが厚くなって短絡防止の効果が向上するが、集電体の電流が流れる経路の長さを考慮して無タップ部１７はタップ部１５の外周を３回程度囲むことが好ましい。
図３は図２に示す電極組立体の分解斜視図である。
図２および図３を参照すると、第１電極１１および第２電極１２はタップ部領域１５ａと無タップ部領域１７ａを含み得る。
第１電極１１は負極であり得る。負極板は導電性に優れた金属材、例えば、銅薄板からなる。負極コーティング部は、炭素材などの負極活物質にバインダ、導電剤などが混ざり合った物質からなる。第２電極１２は正極であり得る。正極板は導電性に優れた金属材、例えばアルミニウム薄板からなる。正極コーティング部はリチウム系酸化物にバインダ、導電剤などが混ざり合った物質からなる。セパレータ１３は多孔性素材からなり、一例として、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィンからなる。
第１電極１１は、ストリップ形状の金属薄板からなる集電体および集電体の一面または両面に活物質がコートされる第１コーティング部１１ａを含み得る。また、第１コーティング部１１ａの一側から突出し、活物質がコーティングされていない第１無地タップ１１ｂを含み得る。第２電極１２は第１電極１１と同様に、集電体の一面または両面に活物質がコートされる第２コーティング部１２ａおよび第２コーティング部１２ａの一側から突出し、活物質がコーティングされていない第２無地タップ１２ｂを含み得る。
第１無地タップ１１ｂおよび第２無地タップ１２ｂは、第１コーティング部１１ａおよび第２コーティング部１２ａの一側に活物質がコーティングされていないそれぞれの集電体に無コーティング部位を形成し、無コーティング部位を打ち抜きして形成することができる。他の例として、第１無地タップ１１ｂおよび第２無地タップ１２ｂは、集電体に溶接して形成されることができる。
複数の第１無地タップ１１ｂおよび第２無地タップ１２ｂは、タップ部領域１５ａで１回巻き取られる度に１個ずつ第１無地タップ１１ｂおよび第２無地タップ１２ｂが電極組立体１０から突出するように離隔配置され得る。他の例として、１／２回巻き取られる度に１個ずつ第１無地タップ１１ｂおよび第２無地タップ１２ｂが形成されるようにタップ部領域１５ａに離隔配置されることもできる。
以下、第１電極を例に挙げてタップ部領域１５ａと無タップ部領域１７ａについて説明する。
タップ部領域１５ａは第１コーティング部１１ａと複数の第１無地タップ１１ｂを含む。前述のようにタップ部領域１５ａが巻き取られて電極組立体１０から一側に複数の第１無地タップ１１ｂが突出するタップ部（１５、図４参照）となる。無タップ部領域１７ａはタップ部領域１５ａに形成された複数の第１無地タップ１１ｂのうち最後の第１無地タップ１１ｂと離隔してタップ部領域１５ａに連結され得る。無タップ部領域１７ａは、第１コーティング部１１ａを含むことができる。ただし、無タップ部領域１７ａには第１無地タップ１１ｂが形成されない。
無タップ部領域１７ａはタップ部領域１５ａと一体に形成されるとよい。すなわち、一つの第１電極１１の集電体にタップ部領域１５ａと無タップ部領域１７ａを形成することができる。ただし、他の例として、タップ部領域１５ａと無タップ部領域１７ａは別に製作され、タップ部領域１５ａの一側に無タップ部領域１７ａが溶接などにより連結されることもできる。
無タップ部領域１７ａの長さＬは、タップ部領域１５ａを巻き取ったとき、タップ部１５の外周を少なくとも１回囲むように形成する。前述のように無タップ部領域１７ａの長さＬはタップ部１５の外周を１回〜３回囲むことが好ましい。タップ部領域１５ａおよび無タップ部領域１７ａは複数形成され、互いに交互に配置されて相互連結され得る。
図４は、図３に示す電極組立体が巻き取られた場合を示す正面図である。
図２〜図４を参照すると、電極組立体１０はタップ部１５および無タップ部１７を含む。
タップ部１５は電極組立体１０の内側に位置し、第１無地タップ１１ｂおよび第２無地タップ１２ｂが突出する。無タップ部１７はタップ部１５の外周を囲み、電極組立体１０の最外周に位置する。
無タップ部１７はタップ部１５の外周を少なくとも１回以上囲み得る。他の例として、無タップ部１７はタップ部１５の外周を３回囲み得る。
タップ部１５には複数の第１無地タップ１１ｂおよび第２無地タップ１２ｂが突出する。第１無地タップ１１ｂおよび第２無地タップ１２ｂは、それぞれ重ねられて第１電極タップ１１ｃおよび第２電極タップ１２ｃを成す。第１電極タップ１１ｃおよび第２電極タップ１２ｃは、第１リードタップ２１および第２リードタップ２２とそれぞれ連結される。
無タップ部１７の囲む回数だけ、タップ部１５は電極組立体１０の最外周と離隔距離Ｇだけ離隔する。無タップ部１７を３回囲むと、離隔距離Ｇは３倍に大きくなる。このような離隔距離Ｇによって第１無地タップ１１ｂおよび第２無地タップ１２ｂは、ケース（３０、図１参照）との間での短絡を防止することができる。すなわち、第１無地タップ１１ｂおよび第２無地タップ１２ｂを重ねて形成する第１電極タップ１１ｃおよび第２電極タップ１２ｃは、電極組立体１０の最外周と離隔距離Ｇで離隔され、電極組立体１０を収容するケース３０との間の短絡が防止できる。結局、第１電極タップ１１ｃおよび第２電極タップ１２ｃは無タップ部１７の内側に形成され、離隔距離Ｇはケース３０の内部で緩衝空間を形成して短絡防止の効果を向上させることができる。
図５は図２に示す電極組立体の側断面図である。
図５を参照すると、電極組立体１０から突出する複数の第１無地タップ１１ｂは互いに重ねられて連結されることができる。
以下、複数の第１無地タップ１１ｂからなる第１電極タップ１１ｃと電気的に接続される第１リードタップ２１を例に挙げて説明する。
複数の第１無地タップ１１ｂは電極組立体１０の短辺方向の一側に加圧されて重ねて第１電極タップ１１ｃを形成することができる。前述したように無タップ部１７は電極組立体１０の外周に位置し、タップ部１５の外周に複数回巻き取られるため、複数の第１電極タップ１１ｃのうち最外周に位置する第１無地タップ１１ｂと電極組立体１０の最外周は離隔距離Ｇで離隔している。
無タップ部１７がタップ部１５の外周を複数回巻き取るほど離隔距離Ｇは大きくなる。したがって、ケース（３０、図１参照）の収容部（３１、図１参照）に電極組立体１０が収容されるとき、ケース３０と電極組立体１０の第１電極タップ１１ｃとの間には離隔距離Ｇだけの空間が形成され得る。したがって、電極組立体１０がスウェリングのような現象により膨れ上がる時にも第１電極タップ１１ｃがケース３０に接触することを防止することができる。すなわち、第１電極タップ１１ｃの最外周に位置する第１無地タップ１１ｂとケース３０との間に形成される離隔距離Ｇは、短絡防止のための緩衝地帯のような機能をすることができる。
以上のように本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されず、次に記載する特許請求の範囲の概念と範囲から外れない限り、多様な修正および変形が可能であることを発明の属する技術分野に携わる者であれば簡単に理解できるであろう。
１００：二次電池
１０：電極組立体
１１：第１電極
１１ａ：第１コーティング部
１１ｂ：第１無地タップ
１１ｃ：第１電極タップ
１２：第２電極
１２ａ：第２コーティング部
１２ｂ：第２無地タップ
１２ｃ：第２電極タップ
１３：セパレータ
１５：タップ部
１５ａ：タップ部領域
１７：無タップ部
１７ａ：無タップ部領域
２１：第１リードタップ
２２：第２リードタップ
３０：ケース
３１：収容部
３３：縁接合部
３２：上部接合部
Ｇ：離隔距離
Ｌ：長さ
１０：電極組立体
１１：第１電極
１１ａ：第１コーティング部
１１ｂ：第１無地タップ
１１ｃ：第１電極タップ
１２：第２電極
１２ａ：第２コーティング部
１２ｂ：第２無地タップ
１２ｃ：第２電極タップ
１３：セパレータ
１５：タップ部
１５ａ：タップ部領域
１７：無タップ部
１７ａ：無タップ部領域
２１：第１リードタップ
２２：第２リードタップ
３０：ケース
３１：収容部
３３：縁接合部
３２：上部接合部
Ｇ：離隔距離
Ｌ：長さ
Claims (12)
- 第１電極と第２電極との間にセパレータを介在して巻き取られた電極組立体と、
前記電極組立体を収容するケースと、
を含み、
前記第１電極は、
第１活物質がコーティングされた第１コーティング部及び前記第１コーティング部の一側に突出し、前記第１活物質がコーティングされない複数の第１無地タップを含む第１タップ部と、
前記第１タップ部に連結され、前記第１タップ部の最外周を少なくとも１回囲む第１無タップ部と、
を含む、二次電池。 - 前記複数の第１無地タップと電気的に接続され、ケースから引き出されている第１リードタップをさらに含む、請求項１に記載の二次電池。
- 前記第１無タップ部は、
前記第１無地タップを含まず、前記第１活物質がコーティングされた、請求項１に記載の二次電池。 - 前記複数の第１無地タップが前記電極組立体の一側で互いに重ねられている、請求項２に記載の二次電池。
- 前記第１タップ部と前記第１無タップ部は、一体に形成されている、請求項１に記載の二次電池。
- 前記第１無タップ部は、
前記第１タップ部の最外周を３回囲む、請求項１に記載の二次電池。 - 前記第２電極は、
第２活物質がコーティングされた第２コーティング部及び前記第２コーティング部の一側に突出し、前記第２活物質がコーティングされない複数の第２無地タップを含む第２タップ部と、
前記第２タップ部に連結され、前記第２タップ部の最外周を少なくとも１回囲む第２無タップ部と、
を含む、請求項１に記載の二次電池。 - 前記複数の第２無地タップと電気的に接続され、ケースから引き出されている第２リードタップをさらに含む、請求項７に記載の二次電池。
- 前記第２無タップ部は、
前記第２無地タップを含まず、前記第２活物質がコーティングされた、請求項７に記載の二次電池。 - 前記第２電極は、
前記複数の第２無地タップが前記電極組立体の一側で互いに重ねられている、請求項７に記載の二次電池。 - 前記第２タップ部と前記第２無タップ部は、一体に形成されている、請求項７に記載の二次電池。
- 前記第２無タップ部は、
前記第２タップ部の最外周を３回囲む、請求項７に記載の二次電池。
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