JP2024503469A - 電極組立体及びこれを含む二次電池 - Google Patents

Abstract

電極組立体の最外角に位置するハーフセルの外側分離膜を特定の形態及び素材に変更することで、電極スライディング現象によって発生するリチウム析出問題、ハーフセルの外側分離膜が容易に折られて破れて電極が露出される問題及びハーフセルの外側分離膜が不透明で電極の損傷有無を確認しにくい問題を複合的に解消することができる、電極組立体及びこれを含む二次電池が開示される。

Description

本出願は２０２１年１０月２７日付韓国特許出願第１０‐２０２１‐０１４４４３５号に基づく優先権の利益を主張し、該当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組み込まれる。

本発明は電極組立体及びこれを含む二次電池に係り、より詳細には、電極組立体の最外角に位置するハーフセルの外側分離膜を特定の形態及び素材に変更することで、電極スライディング現象によって発生するリチウム析出問題、ハーフセルの外側分離膜が容易に折られて破れて電極が露出する問題、及びハーフセルの外側分離膜が不透明で電極の損傷有無を確認しにくい問題を複合的に解消することができる、電極組立体及びこれを含む二次電池に関する。

モバイル機器及び自動車に対する技術開発と需要が爆発的に増加することによって、高いエネルギー密度と放電電圧及び優れる出力安定性を持つ二次電池に対してより多くの研究が行われている。このような二次電池としてはリチウム‐硫黄電池、リチウムイオン電池及びリチウムイオンポリマー電池などのリチウム二次電池などを例示することができる。同時に、前記のような二次電池はその形状によって円筒状、角形、ポーチ型などで区分することができ、その中でポーチ型電池セルに対する関心及び需要が漸進的に高まっている。ポーチ型電池セルは高い集積度で積層されることができ、重量当たりエネルギー密度が高く、かつ安価で変形が容易である。よって、ポーチ型電池セルは多様なモバイル機器及び自動車に適用可能な形態及び大きさで製作されることができる。

通常の二次電池は、正極、負極及び正極と負極との間に介在される分離膜を含む電極組立体が積層されて電池ケースに収容される。このように、電池ケースに収容される電極組立体は具体的に、活物質が塗布されたシート型の正極と負極との間に分離膜を介在して巻取したゼリー‐ロール形（Ｊｅｌｌｙ‐ｒｏｌｌ ｔｙｐｅ、または巻取型）、多数の正極と負極を分離膜が介在された状態で順次積層させるスタック型、そして、スタック型の単位セルを長さの長い分離膜で巻取するスタック／フォールディング型などに分類することができる。

この中で、スタック型の電極組立体は、ラミネーション工程を通じて強い熱と圧力でカッティング（ｃｕｔｔｉｎｇ）された電極を分離膜に附着してモノセル（ｍｏｎｏ ｃｅｌｌ）を製作し、これを順次積層させた後最後に最上部にハーフセル（ｈａｌｆ ｃｅｌｌ）を具備させる工程を通じて製造されている。同時に、積層されたモノセルとハーフセルを一つの単位体で固定させるために、一定間隔でテープ（ｔａｐｅ）を附着する工程も行われることができる。

しかし、現在適用中のスタック型の電極組立体は、電極スライディング（Ｓｌｉｄｉｎｇ）現象による正極及び負極の接触面積の間の差によって該当スライディング部分にリチウム（Ｌｉ）が析出される問題を内包している。そして、このリチウム析出問題は電池の寿命低下を誘発し、さらに爆発及び火災事故まで引き起こすことがある。したがって、前記問題点を解消することができる新規なスタック型電極組立体の開発が切実に要求される。

同時に、電極組立体の最外角に位置するハーフセルの外側分離膜は、設備及び人の手に触れて布切れのような剛性によっても容易に折られ、堅いか尖った部分に擦れる場合破れるようになって電極が露出される問題が発生する。さらに、ハーフセルの外側分離膜が不透明であるため（つまり、光を透過しないので）電極の損傷有無を確認しにくい問題もある。よって、電極組立体の最外角に位置するハーフセルの外側分離膜を、（１）折らないで、容易に破れない引張強度を持っていて、（２）光をよく透過し、（３）供給が容易で価格競争力があり、（４）電解液が浸透する際に化学的に反応せず、（５）充電中に高温に耐えるほど熱安定性に優れ、（６）軽くて重量あたりの容量競争力に害を及ぼさない素材に変更する必要もある。

したがって、本発明の目的は、電極組立体の最外角に位置するハーフセルの外側分離膜を特定形態及び素材に変更することで、電極スライディング現象によって発生するリチウム析出問題、ハーフセルの外側分離膜が容易に折られて破れて電極が露出される問題及びハーフセルの外側分離膜が不透明で電極の損傷有無を確認しにくい問題を複合的に解消することができる、電極組立体及びこれを含む二次電池を提供することである。

前記目的を達成するために、本発明は、分離膜及び負極が積層された単位セルと分離膜及び正極が積層された単位セルが順次積層されて形成されたモノセル；分離膜、負極または正極、及び加圧プレートが積層されたハーフセル；及び前記モノセルとハーフセルを積層させた後、これらを幅方向に巻いて固定させたラッピング部材を含み、前記ハーフセルは前記モノセルの外部に露出された負極または正極の上部面に分離膜が位置するように積層され、前記分離膜を境界にして互いに違う電極が位置され、前記ハーフセルの加圧プレートは長手方向の両端部の電極対面部が電極方向に傾いた傾斜部を含む電極組立体を提供する。

また、本発明は、前記電極組立体；及び前記電極組立体を収容する収納ケース；を含む二次電池を提供する。

本発明による電極組立体及びこれを含む二次電池によると、電極組立体の最外角に位置するハーフセルの外側分離膜を特定の形態及び素材に変更することにより、電極スライディング現象によって発生するリチウム析出問題、ハーフセルの外側分離膜が容易に折られて破れて電極が露出される問題及びハーフセルの外側分離膜が不透明で電極の損傷有無を確認しにくい問題を複合的に解消することができる長所を持つ。

通常のスタック型電極組立体で現れる電極スライディング現象を示す側面模式図である。 一つのモノセルで正極活物質と負極活物質の一端がスライディングされた度合いの差によって分離膜と接触する面積が変わることを示す側面模式図である。 一つのモノセルで正極活物質と負極活物質の一端がスライディングされたのと同時に負極活物質と分離膜とが離隔されるように存在する様子を示す側面模式図である。 負極活物質を正極活物質より長く設計した通常のスタック型電極組立体を模式化した図面である。 負極活物質を正極活物質より長く設計しても正極活物質と分離膜とが接触する面積が負極活物質と分離膜とが接触する面積より広くなる問題点を示す側面模式図である。 通常のスタック型電極組立体をテープで固定及び圧縮させた様子を示す模式図である。 本発明の一実施例による電極組立体の側面模式図である。 本発明の一実施例による電極組立体のハーフセルの中で最外角に具備された加圧プレートの側面模式図である。

以下、添付された図面を参照して、本発明を詳しく説明する。

図１は、通常のスタック型電極組立体で現われる電極スライディング現象を示す側面模式図である。通常のスタック型の電極組立体において、図１に示されたように、金属集電体１０（例えば、正極はアルミニウムであってもよく、負極は銅であってもよい）の一面には粘性を持つ液体状態の電極活物質２０が塗布され、この時、電極活物質２０の両端（タップ（Ｔａｂ）が位置する方向）のそれぞれには表面張力または工程時の熱不均一による数ｍｍから数十ｍｍの長さの傾斜部Ｓが形成され、これを電極スライディング現象と称する。

図２は、一つのモノセルで正極活物質と負極活物質の一端がスライディングされた度合いの差によって分離膜と接触する面積が変わることを示す側面模式図であって、図２のａは負極活物質３０と分離膜５０とが接触する面積が正極活物質４０と分離膜５０とが接触する面積より広い場合に該当し、図２のｂは正極活物質４０と分離膜５０とが接触する面積が負極活物質３０と分離膜５０とが接触する面積より広い場合に該当する（活物質３０，４０内の縦線は、傾斜が始まる地点を意味する）。前述したように、電極活物質が塗布されればスライディング現象が現われるが、この時、図２のｂに示されたように負極活物質３０と分離膜５０とが接触する面積が正極活物質４０と分離膜５０とが接触する面積より狭ければ、その狭くなった面積の分リチウムが必然的に析出される。したがって、負極活物質３０と分離膜５０とが接触する面積が正極活物質４０と分離膜５０とが接触する面積より広く製作する必要がある。

図３は一つのモノセルで正極活物質と負極活物質の一端がスライディングされたのと同時に負極活物質と分離膜が離隔されるように存在する様子を示す側面模式図である。同時に、図３に示されたように、負極活物質３０と分離膜５０とが離隔されるように存在する場合も、活物質と分離膜の接触面積の差による場合と同様にリチウム析出の原因になる。よって、負極活物質３０と分離膜５０の間には空の空間（ｇａｐ、Ｇ）があってはならない。そして、図３は一例示として、正極活物質４０と分離膜５０とが離隔されるように存在する場合にもリチウムが析出されることがあるので、負極活物質３０と分離膜５０との間及び正極活物質４０と分離膜５０との間のいずれにも空の空間がないように製作しなければならない。

図４は負極活物質を正極活物質より長く設計した通常のスタック型電極組立体を模式化した図面である。前記のような理由によって、当業界では図４に示されたように、負極活物質３０と分離膜５０とが接触する面積が正極活物質４０と分離膜５０とが接触する面積より広く、また、負極活物質３０と分離膜５０との間及び正極活物質４０と分離膜５０との間のいずれに空の空間がないように電解液を注入した後圧搾（Ｐｒｅｓｓ）してスタック型電極組立体を製造している。

図５は負極活物質を正極活物質より長く設計しても正極活物質と分離膜とが接触する面積が負極活物質と分離膜とが接触する面積より広くなる問題点を示す側面模式図である。前述したように、当業界では負極活物質３０と分離膜５０とが接触する面積が正極活物質４０と分離膜５０とが接触する面積より広く、また、負極活物質３０と分離膜５０との間及び正極活物質４０と分離膜５０との間のいずれにも空の空間がないように電解液を注入した後圧搾（Ｐｒｅｓｓ）してスタック型電極組立体を製造している。しかし、このように製造しても、実際は図５に示されたように、正極活物質４０と分離膜５０とが接触する面積が負極活物質３０と分離膜５０とが接触する面積より広くなる問題が発生する。すなわち、負極活物質３０を正極活物質４０より長く設計してもスライディングの際に形成される負極活物質３０の傾斜が正極活物質４０の傾斜より緩くなるため、負極活物質３０と分離膜５０とが接触する面積が正極活物質４０と分離膜５０とが接触する面積より狭くなる。また、このような問題は、図５に示されたように、圧搾しても解決が困難であるのが実情である。

図６は通常のスタック型電極組立体をテープで固定及び圧縮させた様子を示す模式図である。また、当業界では、前記問題点、すなわち、負極活物質３０を正極活物質４０より長く設計しても負極活物質３０と分離膜５０とが接触する面積が正極活物質４０と分離膜５０とが接触する面積より狭くなる問題点を解決するために、図６に示されたように、圧搾以外にテープ６０（ｈａｌｏｇｅｎ ｆｒｅｅ）で電極組立体（ハーフセル＋モノセル）を固定及び圧縮させる方法まで利用している。しかし、スタック型電極組立体の構造上電極スライディングされた両端にまでテープを附着することが難しく、図６のように電極組立体の中心部及びこの周辺部にのみテープを付着させている（例えば、電極組立体の両端を除いて２０～３０ｍｍ幅で３～５個のテープを附着する）。したがって、電極スライディング現象が発生して傾斜部が形成された電極組立体の両端は、テープによる力を全然受けることができず、結局、この場合もリチウム析出による爆発及び火災事故につながることがある。

よって、本出願人は、負極活物質と分離膜との間及び正極活物質と分離膜との間のいずれにも空の空間がないか最小化されるようにして、また、ラッピング（Ｗｒａｐｐｉｎｇ）部材で電極組立体を固定及び圧縮させてでも負極活物質と分離膜とが接触する面積が正極活物質と分離膜とが接触する面積より広いスタック型電極組立体を開発した。

以下、添付された図面を参照して、本発明をより詳しく説明する。

図７は本発明の一実施例による電極組立体の側面模式図で、図８は本発明の一実施例による電極組立体のハーフセルの中で最外角に備えられた加圧プレートの側面模式図である。図７及び図８を参照して説明すれば、本発明の一実施例による電極組立体１００は、分離膜及び負極１１２が積層された単位セルと分離膜１１４及び正極１１６が積層された単位セルが順次積層されて形成されたモノセル１２０、分離膜１３４ｂ、電極１３２（負極または正極）、及び加圧プレート１３４ａが積層されたハーフセル１３０及び前記モノセル１２０とハーフセル１３０を積層させた後、これらを幅方向に巻いて固定させたラッピング部材１５０を含み、前記ハーフセル１３０は前記モノセル１２０の外部に露出された負極または正極上部面に分離膜１３４ｂが位置するように積層され、前記分離膜１３４ｂを境界にして互いに異なる電極が位置され、前記ハーフセル１３０の加圧プレート１３４ａは長手方向の両端部の電極対面部が電極方向に傾いた傾斜部Ｐを含むことを特徴とする。

本発明の最大の特徴は、前記電極組立体１００のハーフセル１３０の最外角に備えられた加圧プレート１３４ａの形態である。すなわち、図７及び図８に示されたように、前記ハーフセル１３０の最外角に位置した加圧プレート１３４ａの中で負極（電極１３２）に対向される面（すなわち、電極対面部）が電極方向に傾いた傾斜部Ｐを持ち、長手方向の両端に行くほど電極１３２（負極または正極）に近くなる形態を持って、これは、粘性を持つ電極活物質を金属集電体上に塗布する際に発生するスライディング現象、すなわち、言い換えれば、金属集電体上に塗布する際に電極に含まれた電極活物質の両端にそれぞれ形成される傾斜部Ｓを通じて、前記ハーフセル１３０に含まれる電極１３２と加圧プレート１３４ａとが接触する面積を広くするためである。

より窮極的に、前記ハーフセル１３０の最外角に位置した加圧プレート１３４ａの中で電極１３２に対向される面が長手方向の両端に行くほど電極１３２に近くなる形態を持つようにしたことは、前記ハーフセル１３０の下部に位置したそれぞれの単位モノセル１１０内で負極１１２と分離膜１１４が接触する面積が正極１１６と分離膜１１４が接触する面積より広くするためのことである（よって、電極組立体内で負極と分離膜とが接触する面積が正極と分離膜とが接触する面積より広い）。

すなわち、前記ラッピング部材１５０で前記モノセル１２０とハーフセル１３０の外周面をこれらの幅方向に一緒に取り囲んで固定及び圧縮させれば、前記ハーフセル１３０に含まれる加圧プレート１３４ａの両端傾斜部Ｐが電極１３２に密着される。そして、これと同時に、前記ハーフセル１３０に含まれる分離膜１３４ｂの両端と前記モノセル１２０に含まれた電極と分離膜のそれぞれの両端まで一緒に下方に引っ張られ、それぞれの単位モノセル１１０内で負極１１２と分離膜１１４とが接触する面積が正極１１６と分離膜１１４とが接触する面積より広くなる。すなわち、言い換えれば、それぞれの単位モノセル１１０内でも負極１１２に含まれた負極活物質の両端傾斜部にこれと向い合う分離膜１１４の両端が符合される。

このような理由は、図２、３及び５に示されたように、負極活物質３０がスライディングされて形成された傾斜部が上方に向かう一方、正極活物質４０がスライディングされて形成された傾斜部は下方に向かっているためである。すなわち、言い換えれば、前記単位モノセル１１０の分離膜１１４の両端がラッピング部材１５０によって引っ張られれば、傾斜部が上方に向かっている負極１１２の形態に符合するが、傾斜部が下方に向かっている正極１１６の形態には符合されない。すなわち、前記単位モノセル１１０の負極１１２に含まれた負極活物質の両端傾斜部が上方に向かってこれと向い合う分離膜１１４の両端に符合され、前記単位モノセル１１０の正極１１６に含まれた正極活物質の両端傾斜部が下方に向かって、これと向い合う分離膜１１４の両端に符合されない。このような理由によって、それぞれの単位モノセル１１０内で負極１１２と分離膜１１４とが接触する面積が正極１１６と分離膜１１４とが接触する面積より広くなる。この時、電極組立体内の負極と分離膜の間及び正極と分離膜の間のいずれにも空の空間がないか最小化される点も当然である。

同時に、前記モノセル１２０に含まれる分離膜の中で負極１１２の上部面に対面されるように位置する分離膜も、前記ハーフセル１３０に含まれる加圧プレート１３４ａと同様に、負極１１２に対向される面が長手方向の両端に行くほど負極１１２に接する形態を持つことができる（すなわち、図７に示された様子と類似である）。すなわち、両端に行くほど中心部に比べて厚い厚さを持つことができる（すなわち、傾斜部を持つことができる）。

一方、前記ハーフセル１３０に含まれる加圧プレート１３４ａの両端のそれぞれは、上述したようにハーフセル１３０に含まれる電極１３２に近くなる形態を取っている。よって、前記ハーフセル１３０に含まれる加圧プレート１３４ａの両端のそれぞれは、前記ハーフセル１３０に含まれる加圧プレート１３４ａの中心部に比べて厚い厚さを持つしかない。例えば、前記ハーフセル１３０に含まれる加圧プレート１３４ａの両端それぞれの厚さが中心部の厚さより約３０μｍから５０μｍ厚いことがあって（末端に行くほど漸進的に厚くなる形態）、これを約２０個（Ｓｔａｃｋ）の単位モノセルを含む電極組立体に適用する場合は、全ての単位モノセルに含まれた分離膜に負極が最大限の面積で接触されることができる。

したがって、前記加圧プレート１３４ａは長手方向の両端部の電極対面部が電極方向に傾いた傾斜部Ｐを含まなければならない。この時、前記加圧プレート１３４ａは長手方向の両端部が電極方向に曲がったプレートの形状を持つものであってもよい。また、前記加圧プレート１３４ａの曲がった部分は直線形態であるか、電極方向に曲がる曲面の形態であってもよい。一方、前記加圧プレート１３４ａは図８に示されたように、平面のプレート形態を基本構造にし、長手方向の両端部の電極対向面に、末端部に行くほど段々厚くなる傾斜面形成構造が加えられた形態であってもよい。この時、傾斜面は直線形態であるか、電極方向に曲がる曲面形態であってもよい。この他、前記加圧プレート１３４ａは電極対向面が長手方向に凹んで曲がた曲面を持つものであってもよいなど、中心部より両端の厚ささえ厚ければ、その形態には特に制限がない。

前記ハーフセル１３０に含まれる加圧プレート１３４ａが優れる屈曲強度と硬度を持つ場合、以上で説明した効果がもっと著しく現われることができる。このため、前記加圧プレート１３４ａはポリプロピレン樹脂（ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ ｒｅｓｉｎ）を含むことができ、好ましくはポリプロピレン樹脂のみからなってもよい。そして、前記ポリプロピレン樹脂を含む加圧プレート１３４ａの融点は約１７０℃であって、比重は約０．９１ｇ／ｃｍ^３である。同時に、関連工程の中でヒーター（Ｈｅａｔｅｒ）の温度が約８０℃まで上昇するようになるが、前記のように加圧プレート１３４ａに溶解温度が約１３５℃から１６０℃と高いポリプロピレン樹脂を含ませると、ヒーターの温度が最大値まで上昇しても加圧プレート１３４ａの溶ける現象が全く発生しない利点も持つ。

通常、電極組立体の最外角に位置するハーフセルの外側分離膜（本発明の加圧プレートに該当）は、設備及び人の手にたくさん触れ、布切れのような剛性でも容易に折られ、堅いか尖った部分に掻かれる場合破れるようになって電極が露出される問題が発生する。そして、このような問題点は電池の性能を低下させ、火災を誘発することもある。よって、本出願人はハーフセルに含まれる外側分離膜の外面が電池反応と関系ない点に着目して、既存の一般的な素材の代わりに剛性（優れる屈曲強度及び硬度）を持つだけでなく電解液によっても変形が起きない（すなわち、優れる化学安定性（常温での酸性及びアルカリ性））安定化されたポリプロピレン樹脂に素材を変更したことであり、これによって、既存素材が持っていた問題点を解消することができる。さらに、透明ポリプロピレン樹脂で加圧プレート１３４ａを構成し、なお、透明な接着剤（例えば、エポキシ系接着剤）まで活用する場合は、ハーフセル１３０内の電極１３２が外部の衝撃によって割れることを把握することができるなどの状態の確認までも可能である。

前記ラッピング部材１５０は前記モノセル１２０とハーフセル１３０の外周面を幅方向に一緒に取り囲んで、前記ハーフセル１３０に含まれる加圧プレート１３４ａなどの両端をより強い力で引っ張る役目をする。よって、前記ラッピング部材１５０は最小限に電極組立体１００の両端それぞれに一つ以上ずつ位置して前記モノセル１２０とハーフセル１３０との外周面を取り囲まなければならない。ただ、電極と分離膜との接触面積がより広くなるように、前記電極組立体１００の中心部もラッピング部材１５０で取り囲むことが好ましい。また、電極と分離膜との接触面積を最大限に広げることができれば、前記ラッピング部材１５０の設置個数には特に制限がない。

このようなラッピング部材１５０では、接着成分が与えられた接着部材と、そうでない非接着部材を例示することができる。前記接着成分が与えられた接着部材では、テープ（Ｔａｐｅ）または引張力を加えても適正水準まで切れない部材に接着成分を別途与えたものであってもよい。そして、前記非接着部材では引張力を加えても適正水準まで切れない部材を例示することができ、この場合には接着が不可能なので電極組立体を取り囲んだ後、両末端を縛るなどの多様な方法を通じて固定させることができる。

一方、本発明の他の実施例によると、前記ハーフセル１３０の最外角に備えられた加圧プレート１３４ａで電極１３２に対向されない反対面（すなわち、外部面）には、図７及び８に示されたように前記ラッピング部材１５０を収容及び固定できる溝部（または陰刻パターン、Ｇ）が幅方向に形成されることができる。これは、より安定的な固定及び圧縮のためのもので、前記溝部Ｇは少なくともハーフセル１３０の最外角に備えられた加圧プレート１３４ａで電極１３２に対向されない反対面の両端それぞれに一つ以上ずつ形成されることができる。また、前記溝部Ｇはハーフセル１３０の最外角に備えられた加圧プレート１３４ａの中で負極（電極１３２）に対向されない反対面の中心部にまで形成されることが好ましい。同時に、前記溝部Ｇに収容及び固定されるラッピング部材１５０による効果を極大化させることさえできれば、前記溝部Ｇの個数には特に制限がなく、例えば、上述したように、２つから５つ形成されることができる。以上のように、前記ラッピング部材１５０は前記溝部Ｇに収容されるように巻かれたことを特徴とする。

そして、前記溝部Ｇの幅及び深さは前記ラッピング部材１５０の幅及び深さによって多様に設定されることができるので、前記溝部Ｇの幅及び深さにも特に制限がない。ただ、一例として、前記ハーフセル１３０に含まれる加圧プレート１３４ａの両端それぞれの厚さが中心部の厚さより約３０μｍから５０μｍ厚い場合（極端的な例として、加圧プレート１３４ａの両端の厚さが２１０μｍから２３０μｍで、加圧プレート１３４ａの中心部の厚さが１８０μｍである場合）には、前記溝部Ｇの深さが約２２μｍで形成されるようにすることが好ましい。

次に、本発明による二次電池について説明する。前記二次電池は以上で説明した本発明の電極組立体及び前記電極組立体を収容する収納ケースを含む。そして、前記二次電池は用途に特に制限されることではないが、自動車用バッテリーであることが好ましい。前記二次電池は電極組立体をポーチなどの収納ケースの内部に収容できる全ての電池であってもよいが、リチウム系二次電池であることが好ましい。前記リチウム系二次電池ではリチウム析出問題を内包しているリチウム系二次電池を全て例示することができ、より具体的にはリチウムイオン電池を例示することができる。

本発明の二次電池がリチウムイオン電池である場合、正極活物質でリチウムコバルト酸化物（ＬｉＣｏＯ_２）、リチウムニッケル酸化物（ＬｉＮｉＯ_２）、リチウムマンガン酸化物（ＬｉＭｎＯ_２、ＬｉＭｎ_２Ｏ_４など）、リチウムリン酸鉄化合物（ＬｉＦｅＰＯ_４）及びリチウムニッケルコバルトマンガン系正極活物質（または、リチウムＮＣＭ系正極活物質、またはＮＣＭ系リチウム複合遷移金属酸化物、またはＨｉｇｈ Ｎｉ正極材）などを例示することができる。また、正極には前記正極活物質以外にバインダー及び導電材などをさらに含む。

前記バインダーは正極材（正極活物質）と導電材などの結合及び集電体に対する結合に役立つ成分として、例えば、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、ポリフッ化ビニリデン‐ポリヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＰＶｄＦ／ＨＦＰ）、ポリビニルアセテート、ポリビニルアルコール、ポリビニルエーテル、ポリエチレン、ポリエチレンオキサイド、アルキル化ポリエチレンオキサイド、ポリプロピレン、ポリメチル（メト）アクリレート、ポリエチル（メト）アクリレート、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリ塩化ビニル、ポリアクリロニトリル、ポリビニルピリジン、ポリビニルピロリドン、スチレン‐ブタジエンゴム、アクリロニトリル‐ブタジエンゴム、エチレン‐プロピレン‐ジエンモノマー（ＥＰＤＭ）ゴム、スルホン化ＥＰＤＭゴム、スチレン‐ブチレンゴム、フッ素ゴム、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、及びこれらの混合物からなる群から選択される１種以上を使用することができるが、必ずこれに限定されるものではない。

前記バインダーは通常的に正極総重量１００重量部を基準として１重量部から５０重量部、好ましくは３重量部から１５重量部添加される。前記バインダーの含量が１重量部未満であれば正極材と集電体との接着力が不十分になることがあって、５０重量部を超えると接着力は向上されるが、その分正極材の含量が減少して電池容量が低くなることがある。

前記正極に含まれる導電材は、電池の内部環境で副反応を引き起こすことなく、電池に化学的変化を引き起こさずに優れる電気伝導性を持つものであれば特に制限されず、代表的には黒鉛または導電性炭素を使用することができ、例えば、天然黒鉛、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、ケッチェンブラック、デングカブラック、サーマルブラック、チャンネルブラック、ファーネスブラック、ランプブラックなどのカーボンブラック；結晶構造がグラフェンやグラファイトである炭素系物質；炭素繊維、金属繊維などの導電性繊維；フッ化カーボン；アルミニウム粉末、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酸化物；及びポリフェニレン誘導体などの導電性高分子；を単独で、または２種以上混合して使用することができるが、必ずこれに限定されるものではない。

前記導電材は通常正極全体重量１００重量部を基準として０．５重量部から５０重量部、好ましくは１重量部から３０重量部で添加される。導電材の含量が０．５重量部未満で少な過ぎると、電気伝導性向上効果を期待しにくいか電池の電気化学的特性が低下されることがあるし、導電材の含量が５０重量部を超えて多すぎると、相対的に正極材の量が少なくなって容量及びエネルギー密度が低下されることがある。正極に導電材を含ませる方法は大きく制限されず、正極材へのコーティングなど当分野に公知された通常の方法を利用することができる。また、必要に応じて、正極材に導電性の第２被覆層が付加されることによって前記のような導電材の添加の代わりをすることもできる。

また、正極にはその膨脹を抑制する成分として充填剤が選択的に添加されることができる。このような充填剤は当該電池に化学的変化を引き起こすことなく電極の膨脹を抑制することができるものであれば特に制限されず、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオリフィン系重合体；ガラス繊維、炭素繊維などの繊維状物質；などを使用することができる。

前記正極材、バインダー及び導電材などを分散媒（溶媒）に分散、混合させてスラリーを作って、これを正極集電体上に塗布した後、乾燥及び圧延することで正極を製造することができる。前記分散媒では、ＮＭＰ（Ｎ‐ｍｅｔｈｙｌ‐２‐ｐｙｒｒｏｌｉｄｏｎｅ）、ＤＭＦ（Ｄｉｍｅｔｈｙｌ ｆｏｒｍａｍｉｄｅ）、ＤＭＳＯ（Ｄｉｍｅｔｈｙｌ ｓｕｌｆｏｘｉｄｅ）、エタノール、イソプロパノール、水及びこれらの混合物を使用することができるが、必ずこれに限定されるものではない。

前記正極集電体では、白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、イリジウム（Ｉｒ）、銀（Ａｇ）、ルテニウム（Ｒｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、ステンレススチール（ＳＴＳ）、アルミニウム（Ａｌ）、モリブデン（Ｍｏ）、クロム（Ｃｒ）、カーボン（Ｃ）、チタン（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）、ＩＴＯ（Ｉｎ ｄｏｐｅｄ ＳｎＯ_２）、ＦＴＯ（Ｆ ｄｏｐｅｄ ＳｎＯ_２）、及びこれらの合金と、アルミニウム（Ａｌ）またはステンレススチールの表面にカーボン（Ｃ）、ニッケル（Ｎｉ）、チタン（Ｔｉ）または銀（Ａｇ）を表面処理したものなどを使用することができるが、必ずこれに限定されるものではない。正極集電体の形態は、ホイル、フィルム、シート、打ち抜かれたもの、多孔質体、発泡体などの形態であってもよい。

負極は該当の技術分野に知られた通常の方法によって製造することができる。例えば、負極活物質、導電材、バインダー、必要に応じて充填剤などを分散媒（溶媒）に分散、混合させてスラリーを作って、これを負極集電体上に塗布した後、乾燥及び圧延して負極を製造することができる。前記負極活物質ではリチウムの可逆的なインターカレーション及びデインターカレーションが可能な化合物が使われることができる。具体的な例としては、人造黒鉛、天然黒鉛、黒鉛化炭素繊維、非晶質炭素などの炭素質材料；Ｓｉ、Ａｌ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｓｂ、Ｚｎ、Ｂｉ、Ｉｎ、Ｍｇ、Ｇａ、Ｃｄ、Ｓｉ合金、Ｓｎ合金またはＡｌ合金などリチウムと合金化が可能な金属質化合物；ＳｉＯ_β（０＜β＜２）、ＳｎＯ_２、バナジウム酸化物、リチウムバナジウム酸化物のようにリチウムをドープ及び脱ドープすることができる金属酸化物；またはＳｉ‐Ｃ複合体またはＳｎ‐Ｃ複合体のように前記金属質化合物と炭素質材料を含む複合物などを挙げることができ、これらの中でいずれか一つまたは２つ以上の混合物が使われることができる。また、前記負極活物質として金属リチウム薄膜が使われることもできる。また、炭素材料は低結晶炭素及び高結晶性炭素などが全て使われることができる。低結晶性炭素では、軟化炭素（ｓｏｆｔ ｃａｒｂｏｎ）及び硬化炭素（ｈａｒｄ ｃａｒｂｏｎ）が代表的で、高結晶性炭素では無定形、板状、鱗片状、球形または繊維型の天然黒鉛または人造黒鉛、キッシュ黒鉛（Ｋｉｓｈ ｇｒａｐｈｉｔｅ）、熱分解炭素（ｐｙｒｏｌｙｔｉｃ ｃａｒｂｏｎ）、液晶ピッチ系炭素繊維（ｍｅｓｏｐｈａｓｅ ｐｉｔｃｈ ｂａｓｅｄ ｃａｒｂｏｎ ｆｉｂｅｒ）、炭素微小球体（ｍｅｓｏ‐ｃａｒｂｏｎ ｍｉｃｒｏｂｅａｄｓ）、液晶ピッチ（Ｍｅｓｏｐｈａｓｅ ｐｉｔｃｈｅｓ）及び石油と石炭系コークス（ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ ｏｒ ｃｏａｌ ｔａｒ ｐｉｔｃｈ ｄｅｒｉｖｅｄ ｃｏｋｅｓ）などの高温塑性炭素が代表的である。

また、前記負極に使われるバインダー及び導電材は、上の正極で説明したものと同一のものであってもよい。前記負極集電体では、白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、イリジウム（Ｉｒ）、銀（Ａｇ）、ルテニウム（Ｒｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、ステンレススチール（ＳＴＳ）、銅（Ｃｕ）、モリブデン（Ｍｏ）、クロム（Ｃｒ）、カーボン（Ｃ）、チタン（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）、ＩＴＯ（Ｉｎ ｄｏｐｅｄ ＳｎＯ_２）、ＦＴＯ（Ｆ ｄｏｐｅｄ ＳｎＯ_２）、及びこれらの合金と、銅（Ｃｕ）またはステンレススチールの表面にカーボン（Ｃ）、ニッケル（Ｎｉ）、チタン（Ｔｉ）または銀（Ａｇ）を表面処理したものなどを使用することができるが、必ずこれに限定されるものではない。負極集電体の形態はホイル、フィルム、シート、打ち抜かれたもの、多孔質体、発泡体などの形態であってもよい。

電極組立体内のハーフセルの最外角に位置した加圧プレート１３４ａを除いた他の内側分離膜では、ポリエチレン、ポリプロピレンのようなオレフィン系ポリマー、ガラス繊維などをシート、多重膜、微細多孔性フィルム、織布及び不織布などの形態で使用することができるが、必ずこれに限定されるものではない。ただ、多孔性のポリエチレンまたは多孔性のガラス繊維不織布（ｇｌａｓｓ ｆｉｌｔｅｒ）を分離膜で適用することが好ましく、多孔性のｇｌａｓｓ ｆｉｌｔｅｒ（ガラス繊維不織布）を分離膜で適用することがさらに好ましい。

一方、電解質としてポリマーなどの固体電解質（例えば、有機固体電解質、無機固体電解質など）が使われる場合には、前記固体電解質が分離膜を兼ねることもできる。具体的には、高いイオン透過度と機械的強度を持つ絶縁性の薄膜を使用する。分離膜の気孔の直径は一般的に０．０１μｍから１０μｍ、厚さは一般的に５μｍから３００μｍの範囲であってもよいが、これに制限されるものではない。

前記電解質または電解液では、非水系電解液（非水系有機溶媒）としてカーボネート、エステル、エーテルまたはケトンを単独で、または２種以上混合して使用することができるが、必ずこれに限定されるものではない。例えば、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、ジプロピルカーボネート、メチルプロピルカーボネート、エチルプロピルカーボネート、メチルエチルカーボネート、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、γ‐ブチロラクトン、ｎ‐メチルアセテート、ｎ‐エチルアセテート、ｎ‐プロピルアセテート、リン酸トリエステル、ジブチルエーテル、Ｎ‐メチル‐２‐ピロリジノン、１，２‐ジメトキシエタン、２‐メチルテトラヒドロフランのようなテトラヒドロフラン誘導体、ジメチルスルホキシド、ホルムアミド、ジメチルホルムアミド、ジオキソラン及びその誘導体、アセトニトリル、ニトロメタン、ギ酸メチル、酢酸メチル、トリメトキシメタン、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が使用されることができるが、必ずこれに限定されるものではない。

前記電解液にはリチウム塩をさらに添加して使用することができ（いわゆる、リチウム塩含有非水系電解液）、前記リチウム塩では非水系電解液に溶解されやすい公知の物、例えばＬｉＣｌ、ＬｉＢｒ、ＬｉＩ、ＬｉＣｌＯ_４、ＬｉＢＦ_４、ＬｉＢ_１０Ｃｌ_１０、ＬｉＰＦ_６、ＬｉＣＦ_３ＳＯ_３、ＬｉＣＦ_３ＣＯ_２、ＬｉＡｓＦ_６、ＬｉＳｂＦ_６、ＬｉＰＦ_３（ＣＦ_２ＣＦ_３）_３、ＬｉＡｌＣｌ_４、ＣＨ_３ＳＯ_３Ｌｉ、ＣＦ_３ＳＯ_３Ｌｉ、（ＣＦ_３ＳＯ_２）_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、リチウムイミドなどを挙げることができるが、必ずこれに限定されるものではない。前記（非水系）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、グライム系化合物、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ることもできる。必要に応じては、不燃性を与え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素（炭酸ガス）をさらに含ませることもできる。

一方、二次電池は当分野の通常の方法によって製造されることができる。例えば、正極と負極との間に多孔性分離膜を入れ、非水電解液を投入することで製造することができる。本発明によるリチウム二次電池は、小型デバイスの電源で使われる電池セルに適用されることは勿論、中大型デバイスの電源である電池モジュールの単位電池で特に適するように使われることができる。このような側面において、本発明はまた２個以上の二次電池が電気的に連結（直列または並列）されて含まれた電池モジュールを提供する。前記電池モジュールに含まれる二次電池の数量は、電池モジュールの用途及び容量などを考慮して多様に調節されることができることは勿論である。

さらに、本発明は当分野の通常の技術によって前記電池モジュールを電気的に連結した電池パックを提供する。前記電池モジュール及び電池パックは、パワーツール（Ｐｏｗｅｒ Ｔｏｏｌ）；電気車（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ、ＥＶ）、ハイブリッド電気車（Ｈｙｂｒｉｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ、ＨＥＶ）、及びプラグインハイブリッド電気車（Ｐｌｕｇ‐ｉｎ Ｈｙｂｒｉｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ、ＰＨＥＶ）を含む電気車；電気トラック；電気商用車；または電力保存用システムの中でいずれか一つ以上の中大型デバイス電源で利用可能であるが、必ずこれに限定されるものではない。

本発明を前記記載したように好ましい実施例を通じて説明したが、本発明はこれに限定されず、下記特許請求範囲の概念と範囲を脱しない限り多様な修正及び変形が可能であることを本発明が属する技術分野に携わる者などは容易に理解することができる。

１０：金属集電体
２０：電極活物質
３０：負極活物質
４０：正極活物質
５０：分離膜
６０：テープ
１００：電極組立体
１１０：単位モノセル
１１２：負極
１１４：分離膜
１１６：正極
１２０：モノセル
１３０：ハーフセル
１３２：電極
１３４ａ：加圧プレート
１３４ｂ：分離膜
１５０：ラッピング部材
Ｓ：傾斜部
Ｇ：溝部

Claims (15)

1. 分離膜及び負極が積層された単位セルと前記分離膜及び正極が積層された単位セルが順次積層されて形成されたモノセル；
   前記分離膜、前記負極または前記正極、及び加圧プレートが積層されたハーフセル；及び
   前記モノセルと前記ハーフセルを積層させた後、これらを幅方向に巻いて固定させたラッピング部材を含み、
   前記ハーフセルは前記モノセルの外部に露出された前記負極または前記正極の上部面に前記分離膜が位置するように積層され、前記分離膜を境界として互いに違う電極が位置され、
   前記ハーフセルの加圧プレートは長手方向の両端部の電極対面部が電極方向に傾いた傾斜部を含む電極組立体。
2. 前記加圧プレートは両端それぞれの厚さが中心部の厚さより３０μｍから５０μｍ厚い、請求項１に記載の電極組立体。
3. 前記加圧プレートは長手方向の両端部が電極方向に曲がったプレート形状を持つ、請求項１に記載の電極組立体。
4. 前記加圧プレートの曲がった部分は直線形態であるか、電極方向に曲がる曲面形態である、請求項３に記載の電極組立体。
5. 前記加圧プレートは平面のプレート形態を基本構造とし、長手方向の両端部の電極対向面に、末端部に行くほど段々厚くなる傾斜面形成構造が付加された形態である、請求項１に記載の電極組立体。
6. 前記傾斜面形成構造は直線形態であるか、電極方向に曲がる曲面形態である、請求項５に記載の電極組立体。
7. 前記加圧プレートは電極対向面が長手方向に凹んで曲がっている曲面を持つ、請求項１に記載の電極組立体。
8. 前記加圧プレートは外部面に前記ラッピング部材を収容する溝部が幅方向に形成された、請求項１に記載の電極組立体。
9. 前記溝部が２つから５つ形成された、請求項８に記載の電極組立体。
10. 前記ラッピング部材は前記溝部に収容されるように巻かれた、請求項８に記載の電極組立体。
11. 前記電極組立体内で前記負極と前記分離膜とが接触する面積が前記正極と前記分離膜とが接触する面積より広い、請求項１に記載の電極組立体。
12. 前記加圧プレートがポリプロピレン樹脂を含む、請求項１に記載の電極組立体。
13. 前記加圧プレートがポリプロピレン樹脂のみからなる、請求項１に記載の電極組立体。
14. 請求項１から１３のいずれか一項に記載の電極組立体と；前記電極組立体を収容する収納ケースと；を含む二次電池。
15. 前記二次電池はリチウム系二次電池である、請求項１４に記載の二次電池。

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