JP5113219B2 - 二次電池 - Google Patents

Description

本発明は二次電池に関し、より詳細には、パウチ内部での電極組立体の流動、及び電極タップの曲がりを防止することができる二次電池に関する。

近年、小型電子機器の電源として各種電池が使用されているが、特に、携帯電話、ノートパソコン、キャムコーダなどの電源としては、小型でありながら大容量であるリチウム二次電池などの電解液を使用する電池が主に使用されている。

リチウム二次電池は、電極組立体及びこれをパウチまたは缶のようなケース内部に収納し、電解液を注入して密閉したものが使用される。電極組立体には、大きく陽極板と陰極板との間にセパレーターを介在させて、これらをゼリーロール（Ｊｅｌｌｙ−Ｒｏｌｌ）形態で巻き取ることによって形成される巻取型、または陽極板と陰極板及びその間にセパレーターが介在されたような構造を複数積層して形成された積層型がある。

このうち、巻取型電極組立体は、仕上げ部分を固定させるために電極組立体の外部断面に仕上げテープが使用される。そして、仕上げテープの付着された電極組立体はケースに収納され、内部に電解液が注入された後密封される。

しかし、前述のような二次電池の電極組立体は、缶の内部に挿入されてもケースの内側面に電極組立体が密着された状態でないから、二次電池が外部から衝撃を受けるようになるとケース内部で電極組立体が上下または前後方向へ流動することになる。これによって、電極組立体がずれながら電極タップが曲がるような問題が発生し得る。そして、リチウム塩などの含まれた電解液が潤滑油の役目をしながら電極組立体の流動を促進させることがあり、これは内部短絡の原因になることもあり得る。

また、ケースがパウチで形成される場合、強度が弱いため、安全性においても問題となる素地が多い。そして、中大型電池の場合にはセルの下部側に電解液が多量分布される電解液分布のばらつき発生する。このように、パウチ電池は外形的に圧力を加えるような效果が低下するため、セル外形の均一性が低下するという問題がある。

したがって、本発明は前記問題を解決するために案出されたもので、その目的は、電極組立体の仕上げ材としてケースと対応する面に粘着性を持つ物質を利用することにより、パウチと電極組立体の密着力を向上することで、パウチ内部で電極組立体の流動及び電極タップの曲がりを防止することができる二次電池を提供することにある。

前記目的を果たすために本発明による二次電池は、第１電極板と第２電極板及びその間に介在されたセパレーターを含む電極組立体と、前記電極組立体と電解液を収容するケースと、及び前記電極組立体の外面に付着された仕上げ材と、を含むが、前記仕上げ材は少なくとも前記ケースと対応する面に粘着力を持つ。
この時、前記仕上げ材は延伸ポリスチレン（Ｏｒｉｅｎｔｅｄ Ｐｏｌｙｓｔｙｒｅｎｅ、ＯＰＳ）フィルムで構成することができる。ここで、前記延伸ポリスチレンフィルムは、電解液での粘着強度が６ｋｇｆないし１５ｋｇｆの範囲にすることができる。そして、前記延伸ポリスチレンフィルムは電解液に含沈されない場合、粘着力がない。

また、前記仕上げ材は、前記電解液によって表面が化学的変形を起こして粘着性を持つように変質されうる。そして、前記仕上げ材は前記電極組立体の一面に付着するか、前記電極組立体の一面及び一面と対向する他面に付着されうる。

さらに、前記仕上げ材は前記電極組立体の外面全体を取り囲むように付着されうる。また、前記電極組立体の仕上げ部には外装テープがさらに付着されうる。

以上説明したように、本発明よればパウチと電極組立体との密着力が向上してパウチ内部で電極組立体の流動及び電極タップの曲がりが防止されるので、パウチの強度が向上するだけでなく中大型電池で電解液分布のばらつきが最小化されてセル外形の全般的な均一性を高めることができる。これによって、電極組立体の整列状態が安定的に維持されてショート欠陷が防止され、膨張（Ｓｗｅｌｌｉｎｇ）による未充電領域の発生を防止することができる。また、セルの長期使用による信頼性を向上することができる。

本発明の第１実施例による電極組立体を利用した二次電池を示した斜視図である。 図１の二次電池を示した断面図である。 本発明の第２実施例による電極組立体を示した斜視図である。 本発明の第３実施例による電極組立体を示した斜視図である。

以下、本発明の実施例を示した図面を参照して本発明による二次電池を具体的に説明する。図１は、本発明の第１実施例による電極組立体を利用した二次電池を示した斜視図で、図２は図１の二次電池を示した断面図である。

図１及び図２を参照すれば、本発明の第１実施例による二次電池は所定の電流を生成する電極組立体１０と、電極組立体１０及び電解液（図示せず）を収容するケース２０とを含む。そして、電極組立体１０の一面に付着された仕上げ材１５をさらに含む。ここで、ケース２０は、収容部２２及び収容部２２を密封するカバー部２４で構成されたパウチで形成することができる。また、電極組立体１０は、第１電極板１０ａと第２電極板１０ｂ及びその間に介在されたセパレーター１０ｃが順次積層された後、巻き取られたゼリーロール形状に形成することができる。

本発明の第１実施例のように電極組立体１０がゼリーロール形態の巻取型である場合、電極組立体１０の仕上げ材１５としてケース２０と対応する面に粘着力を持つ材料が利用可能である。すなわち、ケース２０と対応する面に粘着力を持つ仕上げ材１５は、巻き取られた電極組立体１０が解けないようにするために使用された外装テープの代わりに利用可能である。この際、仕上げ材１５は仕上げ部１４が形成された一面またはそれと対向する他面に形成されても良いのは勿論である。また、図面には示されていないが、電極組立体１０の仕上げ部１４に外装テープがさらに付着された後、仕上げ材１５が使用されうる。

このような仕上げ材１５は、電解液によって表面が化学的変形を起こして粘着性を持つように変質されるような特性を持つ。これによって、仕上げ材１５が付着された電極組立体１０をパウチ２０に収容した後電解液を注入すると、仕上げ材１５が粘着性を帯びながら電極組立体１０をパウチ２０に密着させてこれらの間の密着力が強化される。

仕上げ材１５としては、例えば、電解液が含沈される時の電解液に接する表面が化学的変形を起こして粘着性を持つように変質される延伸ポリスチレン（Ｏｒｉｅｎｔｅｄ Ｐｏｌｙｓｔｙｒｅｎｅ、以下‘ＯＰＳ’という）フィルムで構成されうる。

ＯＰＳフィルムは、普段接着力がないが、ジメチルカボネート（以下、ＤＭＣ）、エチルメチルカボネート（以下、ＥＭＣ）、及び／またはプロピレンカボネート（以下、ＰＣ）などを含む電解液によって表面が化学的に変形されつつ粘着性を帯びるようになるもので、化学的安全性と電気的安全性を有しており、電池に適用可能である。

より具体的に、ＯＰＳフィルムは、下記化学式１のように電解液にあって表面の連結輪が切れるようになりつつ粘着性を帯びるようになる。

すなわち、第１電極板１０ａ及び第２電極板１０ｂに仕上げ材１５が付着された電極組立体１０がパウチ２０内に収容されて電解液が含沈されると、仕上げ材１５が化学的に変形されて粘着性を帯びながら電極組立体１０をパウチ２０に密着させてこれらの間の密着力が強化される。

このようなＯＰＳフィルムは、普段（電解液に含沈されない場合）には、粘着力を持たないが、電解液とあえば６ｋｇｆないし１０ｋｇｆ範囲の粘着強度を持つ。これによって、ＯＰＳフィルムに電解液が含沈されると、パウチ２０と電極組立体１０の密着力が向上してパウチ２０内部で電極組立体１０の流動及び電極タップの曲がりが防止される。

このように、仕上げ材１５は電極組立体１０の一面に付着し、二次電池の外装材を構成するパウチ２０の強度を強化させて、外部の衝撃から二次電池を保護することができる。また、二次電池の初期充放電による膨張現象による電極組立体１０の高膨脹を防止することで、二次電池の外郭寸法の変化を緩和させてセル外形の全般的な均一性を高めることができる。また、電極組立体１０の整列状態が安定的に維持されてショート欠陷が防止され、膨張による未充電領域の発生が防止される。

本発明の第１実施例による電極組立体１０は、第１電極板１０ａと第２電極板１０ｂの間にセパレーター１０ｃが介在されつつ巻き取られて形成される。第１電極板１０ａには、第１電極タップ１２ａが結合されて電極組立体１０の上端部に突き出され、第２電極板１０ｂには第２電極タップ１２ｂが結合されて電極組立体１０の上端部に突き出される。電極組立体１０で第１電極タップ１２ａと第２電極タップ１２ｂは、所定距離離隔されるように形成されて電気的に絶縁される。

そして、第１電極タップ１２ａ及び第２電極タップ１２ｂが電極組立体１０から引き出しされる部分には、ラミネーションテープ（１１ａ、１１ｂ）が巻き取られている。ラミネーションテープ（１１ａ、１１ｂ）は、第１電極タップ１２ａまたは第２電極タップ１２ｂで発生する熱を遮断し、第１電極タップ１２ａまたは第２電極タップ１２ｂの縁によって電極組立体１０が圧迫を受けないようにする役目を遂行する。

このような第１電極タップ１２ａ及び第２電極タップ１２ｂが、パウチ２０と触れ合う面２２ａには絶縁テープ１３が接着されてパウチケース２０の外部に一部突き出されるように設置されることができる。パウチ２０のカバー部２４が収容部２２上部に折り畳まれて密封されるとき、カバー部２４と収容部２２との間に電極タップ１２ａ、１２ｂが位置された領域には、絶縁テープ１３が位置される。

通常、パウチ２０は０．０４〜０．０５ｍｍ厚さのアルミニウムで形成されて外部から衝撃が加えられる場合、パウチ２０の外形が変形される。しかし、本発明の第１実施例では電極組立体１０の仕上げ材１５はパウチ２０と対応する面で発生される粘着力によって電極組立体１０が強制的にパウチ２０に付着されているので、外部から衝撃が加えられた時、パウチ２０の外形が変形されることを防止することができる。すなわち、仕上げ材１５によってパウチ２０の強度が向上するだけでなく、パウチ２０内部で電極組立体１０の流動を防止することができる。

図１及び図２では、パウチ型二次電池を図示したが、缶型二次電池にも適用可能であることは勿論である。この時、仕上げ材１５は缶型二次電池内部で電極組立体１０が流動されることを防止する役目ができる。

図３は、本発明の第２実施例による電極組立体を示した斜視図である。図３を参照すれば、仕上げ材１５は巻取型電極組立体１０の一面及び一面と対向する他面に付着することができる。このような仕上げ材１５は電解液が含沈されると化学的に変形されて粘着性を帯びるようになる。

これによって仕上げ材１５が付着された電極組立体１０の一面及び他面がパウチの内面に密着されてパウチ内部で電極組立体１０が流動されないこともある。電極組立体１０が流動されないことにより、電極タップ（１２ａ、１２ｂ）の曲がりもまた防止されるし、これによってセルの長期使用による信頼性をも向上させることができる。

図４は、本発明の第３実施例による電極組立体を示した斜視図である。図４を参照すれば、仕上げ材１５は電極組立体１０の外面全体を取り囲むように付着され、このような仕上げ材１５は巻き取られた電極組立体１０の仕上げ部が解けないように固定するための外装テープの代わりに使用することができる。前述のように、仕上げ材１５としてはＯＰＳフィルムを利用することができ、ＯＰＳフィルムは電解液によって表面が化学的変形を起こして粘着性を持つように変質されて電極組立体１０とパウチを密着させることができる。

すなわち、電極組立体１０を取り囲むように付着された仕上げ材１５は、パウチ内部に電解液が含沈されると粘着性を帯びながらパウチ内面と電極組立体１０の外面が密着されるようにする。これにより、より均一でかつ安定的に密着力が強化されることによって、電極組立体１０の整列状態を安定的に維持することができる。

本発明の実施例による二次電池は、一面の断面積が２５ｃｍ^２以上の中大型電池に利用することができ、この場合電解液分布の不均一性が最小化されてセル外形の全般的な均一性をより高めることができる。

前述の実施例では、電極組立体１０は第１電極板１０ａと第２電極板１０ｂがセパレーター１０ｃを介在して巻き取られたように図示されたが、電極組立体１０は第１電極板１０ａ、第２電極板１０ｂ及びセパレーター１０ｃが複数個ずつ具備されて積層された構造を有する積層型電極組立体であることも可能である。

この時、仕上げ材はパウチまたは缶で形成されたケースと触れ合う電極組立体の一面のみに付着されるか、電極組立体の一面及び一面と対向される他面に付着することができる。また、仕上げ材は電極組立体の外面全体を取り囲むように付着することができる。

これにより、ケースと電極組立体の密着力が向上してケース内部で電極組立体の流動及び電極タップの曲がりが防止されることにより、ケースがパウチの合にはその強度が向上されるだけでなく、中大型パウチ電池で電解液分布の不均一性が最小化されてセル外形の全般的な均一性を高めることができる。また、電極組立体の整列状態が安定的に維持されてショート欠陷が防止されうることによりセルの長期使用による信頼性を向上させることができる。

以上のように、本発明の最も好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上記記載に限定されるものではなく、特許請求の範囲、又は明細書に開示された発明の要旨に基づき、当業者が様々な変形や変更が可能であり、斯かる変形や変更が、本発明の範囲に含まれることは言うまでもない。

１０ 電極組立体、
１１ａ、１１ｂ ラミネーションテープ、
１２ａ 第１電極タップ、
１２ｂ 第２電極タップ、
１３ 絶縁テープ、
１４ 仕上げ部、
２０ ケース、
２２ 収容部、
２４ カバー部

Claims (9)

1. 第１電極板と第２電極板及びその間に介在されたセパレーターを含む電極組立体と、
   前記電極組立体と電解液を収容するケースと、
   前記電極組立体の外面に付着された仕上げ材と、を含み、
   前記仕上げ材は少なくとも前記ケースと対応する面に粘着力を持つことを特徴とする二次電池。
2. 前記仕上げ材は、延伸ポリスチレン（ＯＰＳ）フィルムで構成されることを特徴とする請求項１記載の二次電池。
3. 前記延伸ポリスチレンフィルムは、電解液での粘着強度が６ｋｇｆないし１５ｋｇｆの範囲であることを特徴とする請求項２記載の二次電池。
4. 前記延伸ポリスチレンフィルムは、電解液に含沈されない場合、粘着力のないことを特徴とする請求項２記載の二次電池。
5. 前記仕上げ材は、前記電解液によって表面が化学的変形を起こして粘着性を持つように変質されることを特徴とする請求項１記載の二次電池。
6. 前記仕上げ材は、前記電極組立体の一面に付着されることを特徴とする請求項１記載の二次電池。
7. 前記仕上げ材は、前記電極組立体の一面及び一面と対向する他面に付着されることを特徴とする請求項１記載の二次電池。
8. 前記仕上げ材は、前記電極組立体の外面全体を取り囲むように付着されることを特徴とする請求項１記載の二次電池。
9. 前記電極組立体の仕上げ部には外装テープがさらに付着されることを特徴とする請求項１記載の二次電池。

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