JP5190488B2

JP5190488B2 - リチウム二次電池

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Publication number: JP5190488B2
Application number: JP2010126889A
Authority: JP
Inventors: 昌燮金; 榮培孫
Original assignee: Samsung SDI Co Ltd
Current assignee: Samsung SDI Co Ltd
Priority date: 2004-10-01
Filing date: 2010-06-02
Publication date: 2013-04-24
Anticipated expiration: 2025-09-30
Also published as: JP2006108096A; US20100248013A1; US20060099499A1; CN1755966A; JP2010219060A; KR20060029749A; US8216716B2; KR100646522B1

Description

本発明は，リチウム二次電池に関し，より詳細には，缶と電極組立体との間に内部空間を形成させることにより，電解液注液性が向上したリチウム二次電池に関する。

通常，二次電池は，充電が不可能な一次電池とは異なり，充電及び放電が可能な電池のことを指し，小型及び大容量化が可能である。代表的には，ニッケル水素（Ｎｉ−ＭＨ）電池と，リチウム（Ｌｉ）電池及びリチウムイオン（Ｌｉ−ｉｏｎ）電池が使われており，近来に開発されたリチウム二次電池は，セルラーホーン，ノートブックコンピュータなどの尖端電子機器分野で広く使われている。

このような二次電池は，電解液の種類によって，液体電解質電池と，高分子電解質電池とに分類され，液体電解質を使用する電池はリチウムイオン電池といい，高分子電解質を使用する電池をリチウムポリマー電池という。また，二次電池は電極組立体を受容しているケースの形状によって円筒形アルミニウム缶を使用する円筒形電池，角形のアルミニウム缶を使用する角形電池及び薄板のパウチケースに受納されるパウチ形電池に分けられる。

一般的に，二次電池は，缶と，上記缶の内部に受容される電極組立体と，上記缶の上段開口部に結合するキャップ組立体とからなることができる。上記電極組立体は，第１電極及び第２電極及びその間にセパレータを介してゼリーロール形状で共に巻き取られて形成される。このように形成された電極組立体は缶の内部に受納され，缶の上段開口部は上記キャップ組立体により封入される。

図１は，従来の角形二次電池のうち，缶のコーナーが角になるように形成した場合の平面図を示し，図２は，角形二次電池のうち，缶のコーナーが円くなるように（ｒｏｕｎｄ）形成した場合の平面図を示す。

図１を参照すると，缶１０は，全体的に，コーナーが角に，また内部に直方体の空間が形成されるようになっており，上記缶１０の電極組立体１２が中に収納されている。しかし，図１の缶のコーナーが角に形成された角形二次電池は，両側端部が角に形成されているので，両側端部が円くなるように形成されている（ｒｏｕｎｄｉｎｇ）電極組立体１２と正確に対応してはいない。即ち，上記缶１０の内部には上記電極組立体１２により満たされない不要な空間が生じることになり，電池容量を極大化できなくなり，外観上でもよくない。このような問題を解決するため，最近には図２のように，缶２０のコーナーを曲線で変形させた角形二次電池が使われている。

図２を参照すると，缶２０は，全体的にコーナーが曲線処理され，直方体の空間が形成されており，電極組立体２２が電解液（図示せず。）と共に収納される。曲線処理された缶２０はゼリーロール形状の電極組立体２２の曲線部と正確に対応して缶２０の内部の不要な空間が生じない。

しかし，図２のように，コーナーが曲線である従来の二次電池によれば，電極組立体２２と缶２０との間の空間がないため，電解液の注入時に長時間がかかることになり，生産性が落ちるという問題がある。

また，上記缶２０と上記電極組立体２２との間に空間がないため，電解液が上記電極組立体２２の内部に等しく注入され難いので，電池容量が落ちる問題がある。

そこで，本発明は，このような問題に鑑みてなされたもので，その目的は，缶と電極組立体との間の内部空間を形成させることにより，電解液注液性が向上することが可能な，新規かつ改良されたリチウム二次電池を提供することにある。

上記課題を解決するために，本発明のある観点によれば，第１電極と，第２電極と，前記第１電極と前記第２電極の間に介在するセパレータと，を有する電極組立体と、前記電極組立体が受容されるように１つの開口部を有する缶と、前記缶の上部に結合するキャッププレートと、を備えるリチウム二次電池において、前記缶は４つのコーナーが曲率半径をもって形成され、一つのコーナーにおける前記電極組立体の曲率半径は他のコーナーにおける前記電極組立体の曲率半径より小さく形成されることを特徴とする、リチウム二次電池が提供される。

また、上記課題を解決するために，本発明の別の観点によれば，第１電極と，第２電極と，前記第１電極と前記第２電極の間に介在するセパレータと，を有する電極組立体と、前記電極組立体が受容されるように１つの開口部を有する缶と、前記缶の上部に結合するキャッププレートと、を備えるリチウム二次電池において、前記缶は４つのコーナーが曲率半径をもって形成され、三つのコーナーにおける前記電極組立体の曲率半径は他のコーナーにおける前記電極組立体の曲率半径より小さく形成されることを特徴とする、リチウム二次電池が提供される。

以上説明したように，本発明に係るリチウム二次電池によれば，缶と電極組立体との間の所定の空間が形成され，それによって，電解液の注液性が向上し，電池の生産性及び電池容量が向上することができる。

従来の角形二次電池のうち，缶のコーナーを角になるように形成した場合の平面図である。従来の角形二次電池のうち，缶のコーナーを円くなるように形成した場合の平面図である。本発明の第１実施形態にかかるリチウム二次電池の概略的な分解斜視図である。本発明の第１実施形態にかかるリチウム二次電池の平面図である。本発明の第２実施形態にかかるリチウム二次電池の平面図である。本発明の第３実施形態にかかるリチウム二次電池の平面図である。本発明の第４実施形態にかかるリチウム二次電池の平面図である。本発明の第５実施形態にかかるリチウム二次電池の平面図である。本発明の第６実施形態にかかるリチウム二次電池の平面図である。本発明の第７実施形態にかかるリチウム二次電池の平面図である。本発明の第８実施形態にかかるリチウム二次電池の平面図である。

以下に，添付した図面を参照しながら，本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお，本明細書及び図面において，実質的に同一の機能構成を有する発明特定事項については，同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

図３は，本発明の第１実施形態に係るリチウム二次電池の概略的な分解斜視図を示す。

図４は，本発明の第１実施形態に係るリチウム二次電池の平面図を示す。

図３を参照すると，リチウム二次電池３０は，缶３１と，上記缶３１の内部に受容される電極組立体３２と，上記缶３１の上段開口部に結合するキャップ組立体４０とが備えられて形成される。

上記缶３１は，上記缶３１の横断面長軸，短軸，または，中心点（缶断面の対角線の交点）のうち，少なくとも１つを基準として，一側と他側の形態が互いに非対称で形成されており，上記缶３１は，上記横断面において，４つのコーナー部を有し，上記コーナー部のうち，少なくとも１つは曲線で形成されている。上記缶において，上記コーナー部の一側と他側は相異する曲率を有する曲線で形成されている。即ち，上記一側の第２コーナー部３４ｂと非対称で形成された他側の第１コーナー部３４ａは，上記一側の第２コーナー部３４ｂより曲率が小さいので，上記電極組立体３２の曲線部３３と正確に対応せず，上記他側の第１コーナー部３４ａと上記電極組立体３２の曲線部３３との間に空間が形成される。

上記缶１１は鉄材で形成されてもよく，アルミニウム，または，アルミニウム合金で形成されてもよい。上記缶１１がアルミニウム，または，アルミニウム合金で形成されると，アルミニウムの軽い属性により電池の軽量化がなされることができ，高電圧下で長時間使用する時にも腐食しない等，有利な面がある。

上記電極組立体３２は，第１電極３５と第２電極３７との間にセパレータ３６が介されながら巻き取られるように形成される。上記第１電極３５は，第１電極タブ３８を通じてキャッププレート６０に電気的に連結され，第２電極３７は第２電極タブ３９を通じてキャッププレート６０に形成された第２電極端子５０に電気的に連結される。上記第１電極３５又は第２電極３７は，正極又は負極として作用することになる。

上記缶３１の上段開口部に結合して上記缶３１を封入する上記キャップ組立体４０は，別途の絶縁ケース９０により上記電極組立体３２と絶縁しながら上記缶３１の上段開口部に結合して缶１０を封入することになる。上記キャップ組立体４０には，上記缶３１の上段開口部に対応する大きさと形状を有する平板形のキャッププレート６０が備えられる。上記キャッププレート６０の中央部には，第２電極端子５０が通過できるように端子通孔６１が形成される。

上記キャッププレート６０の中央部を貫通する第２電極端子５０の外側には，第２電極端子５０とキャッププレート６０との電気的絶縁のために，チューブ形状のガスケット６５が設けられる。上記キャッププレート６０の端子通孔６１の近辺には，キャッププレート６０の下面部に絶縁プレート７０が配置されており，上記絶縁プレート７０の下部面には第１電極端子３５と通電するターミナルプレート８０が備えられている。

また，上記キャッププレート６０には，内圧が上昇して所定の圧力以上到達する際，ガスが放出できるようにする安全ベント（図示していない。）が形成されており，一側には上記缶３１の内部に電解液を注入するための通路を提供する電解液注入口６２が形成されている。上記電解液注入口６２は，電解液注入孔６３により密閉されることになる。また，上記キャッププレート６０の上側には，電池の充放電を制御する保護回路（図示していない。）基板が備えられる。上記保護回路基板は，樹脂モールドを用いて設置されることができる。

図４を参照すると，上記缶３１のコーナー部のうち，上記缶３１の横断面長軸を基準として，一側にある第２コーナー部３４ｂと他側にある第１コーナー部３４ａとは相異する曲率で形成されており，上記電極組立体３２の曲線部３３と上記他側の第１コーナー部３４ａとの間に所定の空間を形成させる。この際，上記他側の第１コーナー部３４ａは，上記一側の第２コーナー部３４ｂの曲率より小さく形成されて，上記第１コーナー部３４ａと上記電極組立体３２の曲線部３３との間には所定の空間が形成される。

上記缶３１の内部に電解液（図示していない。）を注入する際，上記形成された空間により，電解液は速く上記缶３１の内部に注入できる。また，電解液が容易に上記電極組立体３２に注液されることができるので，電極間に電解質が均一で，かつ，十分に分布することになり，これによって，電池の容量が増加することになる。

図４に示すように，上記４つのコーナー部３４ａ，３４ｂのうち，缶３１の横断面の長軸を基準として一側（図４では，上側）に配置される２つのコーナー部３４ｂと，他側（図４では下側）に配置される２つのコーナー部３４ａとは，相異する曲率を有する曲線形状に形成される。具体的には，上側の２つのコーナー部３４ｂの曲率は，下側の２つのコーナー部３４ａの曲率よりも大きい。これにより，缶３１と電極組立体３２との間に所定の空間が形成され，それによって，電解液の注液性が向上し，電池の生産性及び電池容量が向上することができるという効果がある。

図５は，本発明の第２実施形態に係るリチウム二次電池の平面図を示す。

図５を参照すると，上記缶３１のコーナー部のうち，上記缶３１の横断面短軸を基準として，一側にある第２コーナー部３４ｂと他側にある第１コーナー部３４ａとは相異する曲率で形成されている。その際，上記他側の第１コーナー部３４ａの曲率は上記一側の第２コーナー部３４ｂの曲率より小さく形成されており，上記電極組立体３２の曲線部３３と上記他側の第１コーナー部３４ａとの間には所定の空間が形成される。電解液は上記電解液注入口６２を通じて注入されるので，上記他側の第１コーナー部３４ａは上記缶３１の電解液注入口６２が形成されている側の短軸辺に形成されることが好ましい。上記他側の第１コーナー部３４ａにより形成される上記缶３１の内部空間が電解液注入口６２の反対側の短軸辺に形成された場合では，電解液注液時間がさほど短縮されない。

図５に示すように，上記４つのコーナー部３４ａ，３４ｂのうち，缶３１の横断面の短軸を基準として一側（図５では，右側）に配置される２つのコーナー部３４ｂと，他側（図５では左側）に配置される２つのコーナー部３４ａとは，相異する曲率を有する曲線形状に形成される。具体的には，右側の２つのコーナー部３４ｂの曲率は，左側の２つのコーナー部３４ａの曲率よりも大きい。これにより，缶３１と電極組立体３２との間の所定の空間が形成され，それによって，電解液の注液性が向上し，電池の生産性及び電池容量が向上することができるという効果がある。

図６は，本発明の第３実施形態に係るリチウム二次電池の平面図を示す。

図６を参照すると，本実施形態に係る缶３１は，上記缶３１の横断面の中心点を基準として，一側（図６では左側）にある一対のコーナー部３４ａ，３４ｂは，非対称になるように形成され，他側（図６では右側）にある一対のコーナー部３４ｂ，３４ｂは対称になるように形成されている。つまり，上記中心点を基準として，４つのコーナー部は，缶３１の横断面の各対角線上の両側に対向するように二対のコーナー部として配置され，そのうち一方の一対は非対称に他方の一対は対称になるように形成されている。上記一対のコーナーのうち，非対称で形成された一対のコーナーの第１コーナー部３４ａは他の第２コーナー部３４ｂに比べて曲率が小さく形成され，上記缶３１の電解液注入口６２が形成されている短軸辺に形成されることが好ましい。電解液は上記電解液注入口６２を通じて注入されるので，上記第１コーナー部３４ａにより形成される上記缶３１の内部空間が電解液注入口６２の反対側に形成された場合では，電解液注液時間がさほど短縮されない。

図６に示すように，上記コーナー部のうち，上記中心点を基準として一方の対角線上に対向配置される一対のコーナー部は，相互に非対称な形状を有し，他方の対角線上に対向配置される一対のコーナー部は，相互に対称な形状を有する。具体的には右上の第１コーナー部３４ｂと左下のコーナー部３４ａは非対称であり，右下と左上のコーナー部はともに第２コーナー部３４ｂであるので対称である。これにより，缶３１と電極組立体３２との間の所定の空間が形成され，それによって，電解液の注液性が向上し，電池の生産性及び電池容量が向上することができるという効果がある。

図７及び図８は，本発明の第４実施形態及び第５実施形態に係るリチウム二次電池の平面図を示す。

図７を参照すると，本実施形態に係る缶３１は，上記缶３１の横断面中心点を基準として，対角線上の両側に対向するように，第１コーナー部３４ａと第２コーナー部３４ｂとが配置される。この際，第１コーナー部３４ａの曲率は，第２コーナー部３４ｂの曲率より小さく形成される。また，図８のように，３つの第１コーナー部３４ａが上記電極組立体３２の曲線部３３と所定の空間を形成するように形成されることもできる。

図７に示すように，上記コーナー部は，短軸，長軸のどちらに対しても非対称である。また，図８に示すように，上記コーナー部のうち，上記中心点を基準として一方の対角線上に対向配置される一対のコーナー部は相互に非対称な形状を有し，他方の対角線上に対向配置される一対のコーナー部は相互に対称な形状を有する。具体的には，図８に示すように，右上の第１コーナー部３４ｂと左下のコーナー部３４ａは非対称であり，右下と左上のコーナー部はともに第２コーナー部３４ａであるので対称である。これにより，缶３１と電極組立体３２との間の所定の空間が形成され，それによって，電解液の注液性が向上し，電池の生産性及び電池容量が向上することができるという効果がある。

図９は，本発明の第６実施形態によるリチウム二次電池の平面図を示し，図１０は，本発明の第７実施形態，図１１は本発明の第８実施形態によるリチウム二次電池の平面図を示す。

図９及び図１０を参照すると，上記缶１１は，曲線の第４コーナー部３４ｄと直角の第３コーナー部３４ｃを有し，上記直角の第３コーナー部３４ｃは，図９では長軸辺に，図１０では短軸辺に形成されている。図１１を参照すると，上記缶１１は曲線の第４コーナー部３４ｄと直角の第３コーナー部３４ｃを有し，コーナー部上記缶の横断面の中心点を基準として，４つのコーナー部は，対角線上の両側に対向するように，二対のコーナー部として配置され，一対の曲線の第４コーナー部３４ｄと，一対の直線の第３コーナー部３４ｃとが配置される。

図９に示すように，上記コーナー部は，缶の横断面の長軸に対して非対称であり，具体的には，一側（図９では上側）は曲線の第４コーナー部３４ｄであり，他側（図９では下側）は直角の第３コーナー部３４ｃである。また，図１０に示すように，上記コーナー部は，缶の横断面の短軸に対して非対称であり，具体的には，一側（図１０では右側）は曲線の第４コーナー部３４ｄであり，他側（図１０では左側）は直角の第３コーナー部３４ｃである。また，図１１に示すように，上記コーナー部は，長軸，短軸いずれに対しても非対称であり，上記コーナー部のうち，上記中心点を基準として一方の対角線上に対向配置される一対のコーナー部はともに直角に形成され，他方の対角線上に対向配置される一対のコーナー部は所定の曲率を有する曲線で形成される。

また，図１１に示すように，上記コーナー部のうち，上記中心点の両側に配置されたある一対のコーナー部は直角に，他の一対のコーナー部は，所定の曲率曲線で形成されてもよい。

上記実施形態は，それぞれ缶の横断面の長軸，短軸，または，中心点のうち，少なくとも１つを基準として一側と他側の形態が非対称になるように形成される。例えば第１，第６実施形態は長軸に対して非対称であり，第２，第７実施形態は短軸に対して非対称である。第３，第５実施形態は中心点に対してある一対（３４ａ，３４ｂで構成される一対）が非対称である。第４，第８実施形態は長軸，短軸いずれに関しても非対称である。

また，本実施形態では，電極組立体と，上記電極組立体が受容されるように１つの開口部を備えた缶と，上記缶の上部に結合するキャッププレートとを備えるリチウム二次電池において，上記電極組立体の横断面長軸，短軸，または，中心点のうち，少なくとも１つを基準として，一側と他側の形態が互いに非対称で形成されることができ，また，上記電極組立体において，上記一側と他側は相異する曲率を有する曲線で形成されることができる。

また，本実施形態は，電極組立体と，上記電極組立体が受容されるように１つの開口部を備えた缶と，上記缶の上部に結合するキャッププレートとを備えるリチウム二次電池において，上記缶及び上記電極組立体の横断面において，上記缶と上記電極組立体の外郭の間隔が長軸，短軸，または，中心点のうち，少なくとも１つを基準として，異なって形成されることができる。これによって，上記缶と上記電極組立体との間には所定の空間が形成されることができ，上記の空間を通じて電解液注液時間がより短縮されることができる。

上記第１コーナー部３４ａおよび第３コーナー部３４ｃは，上記缶３１と上記電極組立体３２との間に所定の空間を形成させて電解液が速く注液できるようにして，電解液注液時間の増加による生産性の下落を防止することができる。また，上記缶と電極組立体との間に形成された空間を通じて電解液が容易に注液されて電極間に電解質が均一で，かつ，十分に分布することになって，実質的電池容量及び出力の下落を防止することができる。

以上，添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが，本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば，特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において，各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり，それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

本発明は，リチウム二次電池に適用可能である。

３１キャップ
３２電極組立体
３３曲線部
３４ａ第１コーナー部
３４ｂ第２コーナー部
３４ｃ第３コーナー部
３４ｄ第４コーナー部

Claims

第１電極と，第２電極と，前記第１電極と前記第２電極の間に介在するセパレータと，を有する電極組立体と；
前記電極組立体が受容されるように１つの開口部を有する缶と；
前記缶の上部に結合するキャッププレートと；
を備えるリチウム二次電池において：
前記缶は４つのコーナーが曲率半径をもって形成され、一つのコーナーにおける前記電極組立体の曲率半径は他のコーナーにおける前記電極組立体の曲率半径より小さく形成されることを特徴とする、リチウム二次電池。
第１電極と，第２電極と，前記第１電極と前記第２電極の間に介在するセパレータと，を有する電極組立体と；
前記電極組立体が受容されるように１つの開口部を有する缶と；
前記缶の上部に結合するキャッププレートと；
を備えるリチウム二次電池において：
前記缶は４つのコーナーが曲率半径をもって形成され、三つのコーナーにおける前記電極組立体の曲率半径は他のコーナーにおける前記電極組立体の曲率半径より小さく形成されることを特徴とする、リチウム二次電池。