JP5259662B2 - 電極組立体及びこれを含む二次電池 - Google Patents

電極組立体及びこれを含む二次電池 Download PDF

Info

Publication number
JP5259662B2
JP5259662B2 JP2010206575A JP2010206575A JP5259662B2 JP 5259662 B2 JP5259662 B2 JP 5259662B2 JP 2010206575 A JP2010206575 A JP 2010206575A JP 2010206575 A JP2010206575 A JP 2010206575A JP 5259662 B2 JP5259662 B2 JP 5259662B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
electrode
active material
material layer
electrode active
current collector
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2010206575A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2011065993A (ja
Inventor
洙安 宋
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Samsung SDI Co Ltd
Original Assignee
Samsung SDI Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Samsung SDI Co Ltd filed Critical Samsung SDI Co Ltd
Publication of JP2011065993A publication Critical patent/JP2011065993A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP5259662B2 publication Critical patent/JP5259662B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052Li-accumulators
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052Li-accumulators
    • H01M10/0525Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/058Construction or manufacture
    • H01M10/0585Construction or manufacture of accumulators having only flat construction elements, i.e. flat positive electrodes, flat negative electrodes and flat separators
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M2010/4292Aspects relating to capacity ratio of electrodes/electrolyte or anode/cathode
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/131Electrodes based on mixed oxides or hydroxides, or on mixtures of oxides or hydroxides, e.g. LiCoOx
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/48Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
    • H01M4/485Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of mixed oxides or hydroxides for inserting or intercalating light metals, e.g. LiTi2O4 or LiTi2OxFy
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Description

本発明は、電極組立体及びこれを含む二次電池に関する。
近年、電子、通信、コンピュータ産業の急速な発展に伴って、携帯用電子機器の普及が増加している。携帯用電子機器の電源としては、再充電が可能な二次電池が主に使用されている。かかる二次電池は一般的に、正極活物質を含む正極と、負極活物質を含む負極と、正極と負極の間に介在され、正極と負極を絶縁するセパレーターとを含む電極組立体を含んでいる。
二次電池において重要な特性の一つとしては、高温保存時のスウェリング(swelling)の制御が挙げられる。特に、負極活物質としてLTO(Lithium Titanium Oxide)を含む場合、放電状態(SOC(state of charge)0%)でのスウェリングが、充電状態(SOC100%)でのスウェリングに比べてより大きく現われる。スウェリングが発生する場合、二次電池の密閉力が弱くなって、電解液の漏出または水分の浸透によって二次電池の性能が低下する。よって、二次電池におけるスウェリングの制御は、必ず考慮されるべきである。
本発明の目的は、二次電池に適用してスウェリングを防止することができ、特に負極活物質としてLTO(Lithium Titanium Oxide)を含む場合にも、放電状態(SOC0%)でのスウェリング防止効果が高い電極組立体を提供することにある。
本発明の別の目的は、スウェリングの防止効果が高い二次電池を提供することにある。
上述の目的を達成するために、本発明の一態様による電極組立体は、第1の電極集電体及び第1の電極集電体の少なくとも一面に形成された第1の電極活物質層を含む第1の電極と、第2の電極集電体及び第2の電極集電体の少なくとも一面に形成された第2の電極活物質層を含む第2の電極と、第1の電極と第2の電極の間に位置するセパレーターと、を含み、第2の電極活物質層は第1の電極活物質層に対向し、第1の電極活物質層の面積は第2の電極活物質層の面積より大きく、第2の電極活物質層はLTO(Lithium Titanium Oxide)を含むことを特徴とする。
第1の電極集電体の面積は、第2の電極集電体の面積より大きくてもよい。第2の電極集電体の面積は、第1の電極集電体の面積より大きくてもよい。第1の電極集電体の面積は、第2の電極集電体の面積と実質的に等しくてもよい。
第1の電極は正極であり、第2の電極は負極であってもよい。
第2の電極活物質層に対する第1の電極活物質層の面積比は、1.01〜1.21であってもよい。第2の電極活物質層に対する第1の電極活物質層の面積比は、1.01〜1.10であってもよい。
第1の電極活物質層は第2の電極活物質層を覆うように形成されてもよい。
第1の電極活物質層の容量(capacity)に対する第2の電極活物質層の容量比は、1.0〜1.5であってもよい。第1の電極活物質層の容量(capacity)に対する第2の電極活物質層の容量比は、1.0〜1.3であってもよい。
第1の電極活物質層は、第2の電極活物質層に対向する第1の電極集電体の表面及び第1の電極集電体の反対側表面にそれぞれ形成され、第2の電極活物質層は、第1の電極活物質層に対向する第2の電極集電体の表面及び第2の電極集電体の反対側表面にそれぞれ形成されてもよい。
第1の電極活物質層は、第2の電極活物質層に対向する第1の電極集電体の表面のみに形成され、第2の電極活物質層は、第1の電極活物質層に対向する第2の電極集電体の表面のみに形成されてもよい。
上述の目的を達成するために、本発明の別の態様による二次電池は、第1の電極集電体及び第1の電極集電体の少なくとも一面に形成された第1の電極活物質層を含む第1の電極と、第2の電極集電体及び第2の電極集電体の少なくとも一面に形成された第2の電極活物質層を含む第2の電極と、第1の電極と第2の電極の間に位置するセパレーターとを含む電極組立体と、電極組立体を収容するケースと、電極組立体の第1の電極及び第2の電極と電気的に接続される保護回路モジュールと、ケースに満たされる電解液とを含み、電極組立体は、第2の電極活物質層が第1の電極活物質層に対向し、第1の電極活物質層の面積は第2の電極活物質層の面積より大きく、第2の電極活物質層はLTO(Lithium Titanium Oxide)を含むことを特徴とする。
本発明による電極組立体は、正極活物質層の面積が負極活物質層の面積よりも大きく形成されることによって、二次電池に適用したとき、負極活物質層に含まれた全てのLTO(Lithium Titanium Oxide)が充放電に使用されるようになる。すなわち、全てのLTOは添加剤及び電解液と反応して、負極の表面に皮膜を形成し、それによって、LTOと電解液との追加反応によるガスの発生が抑えられて、二次電池のスウェリングを効果的に防止することができる。
本発明の一実施形態による電極組立体の斜視図である。 本発明の一実施形態による電極組立体の分解斜視図である。 本発明の一実施形態による電極組立体の一部を示す図である。 本発明の別の実施形態による電極組立体の分解斜視図である。 本発明の一実施形態による電極組立体を含む二次電池を示す斜視図である。
以下、添付の図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明するが、本発明が以下の実施形態によって限定されるものではない。添付の図面において同じ構成には同じ参照番号を使用することにする。
図1は、本発明の一実施形態による電極組立体の斜視図であり、図2は、本発明の一実施形態による電極組立体の分解斜視図であり、図3は、本発明の一実施形態による電極組立体の一部を示す図である。
図1〜図3を参照すると、本発明の一実施形態による電極組立体100は、第1の電極、第2の電極及び第1の電極と第2の電極の間に位置するセパレーター130を含む。第1の電極は正極であって第2の電極は負極であってもよいが、第1の電極が負極であって第2の電極が正極であってもよい。以下では、第1の電極が正極110であって、第2の電極が負極120である場合を例に挙げて説明する。
正極110は、正極集電体111と、正極集電体111の少なくとも一面に備えられた正極活物質層112と、正極タブ114とを含む。
ここで使用される正極集電体111の厚さは、一般的に10〜500μmである。このような正極集電体111は、その電池に化学的変化を誘発しない且つ高い導電性を有するものであれば特に制限されず、例えば、ステンレススチール、アルミニウム、ニッケル、チタン、焼成炭素、またはアルミニウムやステンレススチールの表面にカーボン、ニッケル、チタン、銀などで表面処理したものなどが使用できる。集電体は、その表面に微細な凹凸を形成して正極活物質の接着力を高めることも可能であり、フィルム、シート、箔、網、多孔質体、発泡体、不織布などの様々な形態が可能である。
正極集電体111上に形成される正極活物質層112は、正極活物質と導電剤及びバインダーを含む通常の正極活物質コーティング組成物を正極集電体111に塗布して形成される。正極活物質層112は、正極集電体111の一面に形成されてもよいが、電池の効率を考慮して正極集電体111の両面に形成されることが好ましい。
正極活物質としては、当該分野で一般的に使用される物質を適用することが可能であり、例えばLiCoOを使用してもよい。LiCoOは、安定した充放電特性、高い電子伝導性、高い安全性及び平坦な放電電圧特性を有する優れた物質である。その他にも、当該分野で一般的に使用されるニッケル‐コバルト‐マンガンが混合された形態のLi[NiCo1‐x‐yMn]O(ここで、0<x<0.5、0<y<0.5)を使用してもよい。
導電剤は、その電池に化学的変化を誘発しない且つ導電性を有するものであれば特に制限されるものではない。例えば、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、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、サーマルブラックなどのカーボンブラック;炭素繊維や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、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;酸化チタンなどの導電性金属酸化物;ポリフェニレン誘導体などの導電性素材などを使用することができる。導電剤は、正極活物質組成物に通常の添加範囲内で添加してもよく、好ましくは1〜10重量%含有されることがよい。
バインダーは、結合力を付与するために添加するものであって、通常の正極活物質組成物に使用される範囲内で添加してもよい。バインダーとしては、ポリビニルアルコール、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシプロピレンセルロース、ジアセチレンセルロース、ポリ塩化ビニル、ポリビニルピロリドン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、ポリエチレンまたはポリプロピレンなどを使用してもよいが、これに限定されるものではない。
正極活物質コーティング組成物には、上記の正極活物質、導電剤及びバインダーの他に、必要によって通常の正極活物質コーティング組成物の製造過程で使用される添加剤をさらに添加してもよい。
正極タブ114は、正極集電体111の一側に形成され、後述するように別途の正極リード端子を介して保護回路モジュールに電気的に接続される。
負極120は、負極集電体121と、負極集電体121上に備えられた負極活物質層122と、負極タブ124とを含む。
一般的に使用される負極集電体121の厚さは5〜500μmである。このような負極集電体121は、その電池に化学的変化を誘発しない且つ導電性を有するものであれば特に制限されず、例えば、銅、ステンレススチール、アルミニウム、ニッケル、チタン、焼成炭素、銅やステンレススチールの表面にカーボン、ニッケル、チタン、銀などで表面処理したもの、アルミニウム‐カドミウム合金などを使用することができる。また、負極集電体121は、正極集電体111と同様に、表面に微細な凹凸を形成して負極活物質の結合力を強化することもでき、フィルム、シート、箔、網、多孔質体、発泡体、不織布などの様々な形態が使用可能である。
負極集電体121上に形成される負極活物質層122は、負極活物質と導電剤及びバインダーを含む負極活物質コーティング組成物を負極集電体121上に塗布して形成される。負極活物質層122は、負極集電体121の一面に形成されてもよいが、電池の効率を考慮して負極集電体121の両面に形成されることが好ましい。
負極活物質はLTO(Lithium Titanium Oxide)を含む。
導電剤とバインダーとしては、当該分野で一般的に使用されるものを適用してもよく、例えば、前述した正極活物質組成物に適用された導電剤とバインダーを使用してもよい。
負極活物質、導電剤及びバインダーは、通常の使用範囲内で様々な比率で混合してもよい。また、負極活物質コーティング組成物には、上記の負極活物質、導電剤及びバインダーの他に、必要によって通常の負極活物質コーティング組成物の製造過程で使用される添加剤をさらに添加してもよい。
負極タブ124は、負極集電体121の一側に形成され、後述するように別途の負極リード端子を介して保護回路モジュールに電気的に接続される。
セパレーター130は、正極110と負極120の間に介在されて、その間を絶縁する。セパレーター130は、ポリエチレン(polyethylene)、ポリプロピレン(polypropylene)、ポリフッ化ビニリデン(polyvinylidene fluoride)、ポリエチレンオキシド(polyethylene oxide)、ポリアクリロニトリル(polyacrylonitrile)及びポリフッ化ビニリデンヘキサフルオロプロピレン(polyvinylidene fluoride hexafluoropropylene)からなる群から選択される少なくとも一つを含んでもよい。
このとき、セパレーター130は、正極110と負極120との間だけでなく、電極組立体100の最外郭に位置した正極110または負極120の外側に形成されてもよい。この場合、電池の組立ての際に電極組立体100を収容するケースなどから絶縁することができる。
通常、負極活物質としてグラファイト(graphite)を使用する場合、SOC0%に比べてSOC100%でのスウェリングがより大きいと知られており、それによって様々な改善方法が知られている。しかし、負極活物質としてLTOを使用する場合、SOC0%でのスウェリングがSOC100%でのスウェリングに比べてより大きい。LTOを負極活物質として使用する場合に発生するスウェリングを制御するために、本発明では、正極活物質層112の面積を負極活物質層122の面積よりも大きく形成する。このとき、正極集電体111の面積が負極集電体121の面積より大きいか、負極集電体121の面積が正極集電体111の面積より大きいか、または正極集電体111の面積が負極集電体121の面積と実質的に等しくてもよい。
正極活物質層112の表面は負極活物質層122の表面に対向し、セパレーター130は正極活物質層112の表面と負極活物質層122の表面との間に位置する。ここで、正極活物質層112及び負極活物質層122の面積とは、互いに対向する正極活物質層112及び負極活物質層122の表面面積を意味する。
LTOは、既に多くの文献で記述されているように、次の反応式(1)で示すような充放電時の反応式を有する。
Figure 0005259662
反応式(1)で示すように、放電状態でLTOはスピネル(spinel)形態のLiTi12として存在する。それによって、負極活物質層122の面積を正極活物質層112の面積より大きく設計する場合、充放電(formation)に使われない状態のLiTi12が存在するようになる。充放電反応が進行されないLTOが負極に残っている場合、LTOはLiイオンを有しているので、持続的に電解液と反応をしてガスを生成し、それによってスウェリングが大きくなる。反対に、正極活物質層112の面積を負極活物質層122の面積より大きく設計する場合、負極活物質層122の全てのLTOが電池の充放電(formation)に使われる。すなわち、全てのLTOは添加剤及び電解液と反応して負極の表面に被膜を形成し、それによってLTOと電解液との追加反応によるガスの発生が抑えられてスウェリングが防止される。
このとき、負極活物質層122に対する正極活物質層112の面積比は1.01〜1.21であることが好ましく、特に負極活物質層122に対する正極活物質層112の面積比が1.01〜1.1であることがより好ましい。負極活物質層122に対する正極活物質層112の面積比が1.21を超過する場合、電池の容量が減少する問題点があり、負極活物質層122に対する正極活物質層112の面積比が1.01未満である場合、スウェリングの防止効果が低下する問題点がある。
負極活物質層122または正極活物質層112は、正極活物質コーティング組成物または負極活物質コーティング組成物を、ドクターブレードなどのような当該分野で一般的に用いられるコーティング機を用いて上記範囲内の面積比になるように塗布することで、容易に形成することができる。一例として、負極活物質層122と正極活物質層112の面積比の調節は、図2に示すように、集電体上部または下部の無地部の幅を調節することによって行われてもよい。
正極110と負極120の間にはセパレーター130が介在される。このとき、正極110に備えられた正極活物質層112と負極120に備えられた負極活物質層122は、図3に示すように、セパレーター130を介して互いに対面するように積層される。このとき、スウェリングの防止を最大化するために、負極活物質層122の全面は正極活物質層112に対面するように形成されることが好ましい。すなわち、正極活物質層122の全面が負極活物質層112の全面を覆うように位置することが好ましい。この場合、全てのLTOが充放電反応に使われることによって、スウェリングを効果的に防止することができる。
本発明によれば、正極活物質層112に対する負極活物質層122の容量比は、1.0〜1.5であることが好ましく、1.0〜1.3であることがより好ましい。この容量比は、充放電に使われる正極活物質層と負極活物質層だけの容量を考慮したものであって、容量比が1.0〜1.5の範囲内にある場合、スウェリング防止効果の高い特性を示す。ここで、容量は1C‐rate(「C‐rate」アンペアで示される電池の充電または放電電流の比率)で放電したとき、非可逆容量を除いた可逆容量のみを意味する。容量比が1.0〜1.5の範囲内に含まれない場合、電池の全体容量が減少するという欠点がある。
本発明の一例によれば、電極組立体100は、正極110、セパレーター130及び負極120が繰り返して積層されている積層型(stack type)であることが好ましい。
図4は、本発明の別の実施形態による電極組立体の分解斜視図である。
図4を参照すると、電極組立体100は、正極110,110a、負極120,120a及びセパレーター130を含む。
電極組立体100は、正極110、セパレーター130及び負極120が繰り返して積層され、それぞれの構成は前述した図1〜図3を参照して説明しているので、その詳細な説明は省略する。但し、本実施形態では、電極組立体100の最外郭部分に形成される正極110aと負極120aが異なるので、それについて詳細に説明することにする。
電極組立体100の最外郭に位置する正極110a及び負極120aは、その内側表面のみに活物質層が形成され、電極組立体100の最外郭に位置する正極110a及び負極120aを除いた他の正極110及び負極120は、両面に活物質層が形成される。最外郭に位置する負極120aの両面に負極活物質層122が形成される場合、外側表面に形成された負極活物質層122に含まれているLTOが充放電反応に使われず、それによってスウェリングの制御が効果的に行われない可能性がある。しかし、最外郭に位置する負極120aの内側表面のみに負極活物質層122が形成される場合、全てのLTOが充放電に使われるので、スウェリング防止効果が最大化される。
図5は、本発明の一実施形態による電極組立体を含む二次電池を示す斜視図である。
図5を参照すると、二次電池200は、電極組立体100と、電極組立体100を収容するケース210と、リード端子115,125を介して電極組立体100と電気的に接続される保護回路モジュール220と、電解液(図示せず)とを含む。ここで、二次電池200はパウチ型であることが好ましい。
電極組立体100は、少なくとも一面に正極活物質層が備えられた正極と、少なくとも一面にLTO(Lithium Titanium Oxide)を含む負極活物質層が備えられた負極と、正極と負極の間に介在され、正極電極と負極電極の間を絶縁するセパレーターとを含み、正極活物質層の面積が負極活物質層の面積よりも大きく形成される。このような構成を有する電極組立体100は前述した通りであるので、これについての詳細な説明は省略することにする。
ケース210は、本体212及びカバー214を備えている。
本体212は、電極組立体100を収容する空間である収容部212a及び収容部212aの入口から延びている密封部212bを備えている。
カバー214は、本体212の密封部212bの何れの縁部から延びるように形成されてもよい。
カバー214は、本体212の収容部212aを覆いながら本体212の密封部212bとの密封によって本体212の収容部212aと対応するカバー領域214a及び本体212の密封部212bと対応する密封部214bを備えている。
したがって、二次電池200は、電極組立体100が収容部212aに収容され、本体212の密封部212bとカバー214の密封部214bが熱融着のような方法で接合されることで構成される。
保護回路モジュール220は、リード端子115,125を介して電極組立体100に電気的に接続されている。リード端子115,125は、電極タブ114,124と電気的に接続されている。保護回路モジュール220は、二次電池100を制御する制御素子222を備えている。保護回路モジュール220は、二次電池100の充放電を制御する役割を果たす。保護回路モジュール220は、二次電池100と外部機器とを接続する外部端子224を備えている。
本体の密封が完了すると、電解液を注入する。電解液は、非水性有機溶媒とリチウム塩を含んで当該分野で一般的に用いられるものを適用してもよい。本発明は、これに限定されるものではない。
以下、本発明のより好ましい実施例及び比較例を通じて本発明をより詳細に説明する。しかし、下記の実施例は本発明を容易に理解するために例示されたものに過ぎないので、本発明が下記の実施例に限定されるものではない。
<実施例1〜4、比較例1及び2>
正極の製造
活物質としてLiCoOを使用し、バインダーとしては、PVDF(Polyvinylidene Fluoride)を使用し、導電剤としてはカーボンブラックを使用して、正極活物質コーティング組成物を製造した。このとき、正極活物質コーティング組成物は、活物質:バインダー:導電剤の比率が94:3:3になるようにし、活物質コーティング組成物を混合器(Planetary Despa Mixer)を用いてN‐メチル‐2‐ピロリドンに分散させてスラリー化し、ドクターブレードを用いて厚さ20μmのアルミニウム箔に塗布した後、乾燥させた。このとき、コーティング面積は、下記の表1に示したようにした。その後、ロールプレスでプレスし、真空乾燥(vacuum dryer)設備でコーティング層内の水分を取り除いて正極を製造した。
負極の製造
活物質としてLTOを使用し、正極と同様にバインダーとしてはPVDFを、導電剤としてはカーボンブラックを使用して負極活物質コーティング組成物を製造し、厚さ15μmの銅箔に塗布したことを除いて、正極の製造と同様に負極を製造した。このとき、コーティング面積は下記の表1に示すようにした。
二次電池の製造
製造された極板でbi‐cell構造を有するパウチ形の二次電池を製造した。このとき、電解液としては、1.1M濃度のLiPFが溶解されたエチレンカーボネート(EC)/エチルメチルカーボネート(EMC)(体積比でEC:EMC混合比は30/70)の混合有機溶媒2.7gを使用し、添加剤は使用しなかった。
製造された電池を60℃で放置した後、10日後に電池の厚さを測定して放置前の厚さと比較した。
Figure 0005259662
表1に示すように、負極活物質層の面積が正極活物質層の面積に比べて小さい実施例1〜4の場合、負極活物質層の面積が正極活物質層の面積に比べて大きい比較例1及び2の場合より、スウェリング防止効果が高いことを確認できる。さらに、負極活物質層の面積が正極活物質層の面積に比べて小さい実施形態1〜4で、容量比が小さいほどスウェリング防止効果が高いことを確認できる。
以上、本発明は実施形態を参照して説明されているが、これは本発明を容易に理解するために提示されたものであって、本発明がこれに限定されるものではなく、当該分野における通常の知識を有する者であれば、これから他の様々な均等な実施形態が可能であるということを理解するであろう。
100 電極組立体
110 正極
111 正極集電体
112 正極活物質層
114 正極タブ
115 正極リード端子
120 負極
121 負極集電体
122 負極活物質層
124 負極タブ
125 負極リード端子
130 セパレーター
200 二次電池

Claims (16)

  1. 第1の電極集電体及び前記第1の電極集電体の少なくとも一面に形成された第1の電極活物質層を含む第1の電極と、
    第2の電極集電体及び前記第2の電極集電体の少なくとも一面に形成された第2の電極活物質層を含む第2の電極と、
    前記第1の電極と前記第2の電極の間に位置するセパレーターと、を含み、
    前記第2の電極活物質層は前記第1の電極活物質層に対向し、前記第1の電極活物質層の面積は前記第2の電極活物質層の面積より大きく、前記第2の電極活物質層はLTO(Lithium Titanium Oxide)を含み、
    前記第1の電極集電体の面積は、前記第2の電極集電体の面積より大きく、
    前記第1の電極活物質層の容量(capacity)に対する前記第2の電極活物質層の容量比は、1.0〜1.5であることを特徴とする電極組立体。
  2. 第1の電極集電体及び前記第1の電極集電体の少なくとも一面に形成された第1の電極活物質層を含む第1の電極と、
    第2の電極集電体及び前記第2の電極集電体の少なくとも一面に形成された第2の電極活物質層を含む第2の電極と、
    前記第1の電極と前記第2の電極の間に位置するセパレーターと、を含み、
    前記第2の電極活物質層は前記第1の電極活物質層に対向し、前記第1の電極活物質層の面積は前記第2の電極活物質層の面積より大きく、前記第2の電極活物質層はLTO(Lithium Titanium Oxide)を含み、
    前記第2の電極集電体の面積は、前記第1の電極集電体の面積より大きく、
    前記第1の電極活物質層の容量(capacity)に対する前記第2の電極活物質層の容量比は、1.0〜1.5であることを特徴とする電極組立体。
  3. 第1の電極集電体及び前記第1の電極集電体の少なくとも一面に形成された第1の電極活物質層を含む第1の電極と、
    第2の電極集電体及び前記第2の電極集電体の少なくとも一面に形成された第2の電極活物質層を含む第2の電極と、
    前記第1の電極と前記第2の電極の間に位置するセパレーターと、を含み、
    前記第2の電極活物質層は前記第1の電極活物質層に対向し、前記第1の電極活物質層の面積は前記第2の電極活物質層の面積より大きく、前記第2の電極活物質層はLTO(Lithium Titanium Oxide)を含み、
    前記第1の電極集電体の面積は、前記第2の電極集電体の面積と実質的に等しく、
    前記第1の電極活物質層の容量(capacity)に対する前記第2の電極活物質層の容量比は、1.0〜1.5であることを特徴とする電極組立体。
  4. 前記第1の電極は正極であり、前記第2の電極は負極であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の電極組立体。
  5. 前記第2の電極活物質層に対する前記第1の電極活物質層の面積比は、1.01〜1.21であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の電極組立体。
  6. 前記第2の電極活物質層に対する前記第1の電極活物質層の面積比は、1.01〜1.10であることを特徴とする請求項5に記載の電極組立体。
  7. 前記第1の電極活物質層は前記第2の電極活物質層を覆うように形成されることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の電極組立体。
  8. 前記第1の電極活物質層の容量(capacity)に対する前記第2の電極活物質層の容量比は、1.0〜1.3であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の電極組立体。
  9. 前記第1の電極活物質層は、前記第2の電極活物質層に対向する前記第1の電極集電体の表面及び前記第1の電極集電体の反対側表面にそれぞれ形成され、前記第2の電極活物質層は、前記第1の電極活物質層に対向する前記第2の電極集電体の表面及び前記第2の電極集電体の反対側表面にそれぞれ形成されることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の電極組立体。
  10. 前記第1の電極活物質層は、前記第2の電極活物質層に対向する第1の電極集電体の表面のみに形成され、前記第2の電極活物質層は、前記第1の電極活物質層に対向する第2の電極集電体の表面のみに形成されることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の電極組立体。
  11. 第1の電極集電体及び前記第1の電極集電体の少なくとも一面に形成された第1の電極活物質層を含む第1の電極と、第2の電極集電体及び前記第2の電極集電体の少なくとも一面に形成された第2の電極活物質層を含む第2の電極と、前記第1の電極と前記第2の電極の間に位置するセパレーターとを含む電極組立体と、
    前記電極組立体を収容するケースと、
    前記電極組立体の第1の電極及び第2の電極と電気的に接続される保護回路モジュールと、
    前記ケースに満たされる電解液とを含み、
    前記電極組立体は、前記第2の電極活物質層が前記第1の電極活物質層に対向し、前記第1の電極活物質層の面積は前記第2の電極活物質層の面積より大きく、前記第2の電極活物質層はLTO(Lithium Titanium Oxide)を含み、
    前記第1の電極集電体の面積は、前記第2の電極集電体の面積より大きく、
    前記第1の電極活物質層の容量(capacity)に対する前記第2の電極活物質層の容量比は、1.0〜1.5であることを特徴とする二次電池。
  12. 第1の電極集電体及び前記第1の電極集電体の少なくとも一面に形成された第1の電極活物質層を含む第1の電極と、第2の電極集電体及び前記第2の電極集電体の少なくとも一面に形成された第2の電極活物質層を含む第2の電極と、前記第1の電極と前記第2の電極の間に位置するセパレーターとを含む電極組立体と、
    前記電極組立体を収容するケースと、
    前記電極組立体の第1の電極及び第2の電極と電気的に接続される保護回路モジュールと、
    前記ケースに満たされる電解液とを含み、
    前記電極組立体は、前記第2の電極活物質層が前記第1の電極活物質層に対向し、前記第1の電極活物質層の面積は前記第2の電極活物質層の面積より大きく、前記第2の電極活物質層はLTO(Lithium Titanium Oxide)を含み、
    前記第2の電極集電体の面積は前記第1の電極集電体の面積より大きく、
    前記第1の電極活物質層の容量(capacity)に対する前記第2の電極活物質層の容量比は、1.0〜1.5であることを特徴とする二次電池。
  13. 第1の電極集電体及び前記第1の電極集電体の少なくとも一面に形成された第1の電極活物質層を含む第1の電極と、第2の電極集電体及び前記第2の電極集電体の少なくとも一面に形成された第2の電極活物質層を含む第2の電極と、前記第1の電極と前記第2の電極の間に位置するセパレーターとを含む電極組立体と、
    前記電極組立体を収容するケースと、
    前記電極組立体の第1の電極及び第2の電極と電気的に接続される保護回路モジュールと、
    前記ケースに満たされる電解液とを含み、
    前記電極組立体は、前記第2の電極活物質層が前記第1の電極活物質層に対向し、前記第1の電極活物質層の面積は前記第2の電極活物質層の面積より大きく、前記第2の電極活物質層はLTO(Lithium Titanium Oxide)を含み、
    前記第1の電極集電体の面積は前記第2の電極集電体の面積と実質的に等しく、
    前記第1の電極活物質層の容量(capacity)に対する前記第2の電極活物質層の容量比は、1.0〜1.5であることを特徴とする二次電池。
  14. 前記第1の電極は正極であり、前記第2の電極は負極であることを特徴とする請求項11〜13のいずれか1項に記載の二次電池。
  15. 前記第2の電極活物質層に対する前記第1の電極活物質層の面積比は1.01〜1.21であることを特徴とする請求項11〜13のいずれか1項に記載の二次電池。
  16. 前記第1の電極活物質層は前記第2の電極活物質層を覆うように形成されることを特徴とする請求項11〜13のいずれか1項に記載の二次電池。
JP2010206575A 2009-09-16 2010-09-15 電極組立体及びこれを含む二次電池 Active JP5259662B2 (ja)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US24295609P 2009-09-16 2009-09-16
US61/242,956 2009-09-16
US12/852,429 US8808884B2 (en) 2009-09-16 2010-08-06 Electrode assembly and secondary battery including the same
US12/852,429 2010-08-06

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2011065993A JP2011065993A (ja) 2011-03-31
JP5259662B2 true JP5259662B2 (ja) 2013-08-07

Family

ID=43037103

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2010206575A Active JP5259662B2 (ja) 2009-09-16 2010-09-15 電極組立体及びこれを含む二次電池

Country Status (5)

Country Link
US (1) US8808884B2 (ja)
EP (1) EP2299532B1 (ja)
JP (1) JP5259662B2 (ja)
KR (1) KR101211863B1 (ja)
CN (1) CN102024934B (ja)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101357137B1 (ko) * 2011-11-29 2014-02-03 엘에스엠트론 주식회사 전극 조립체 및 이를 구비한 전기에너지 저장장치
KR101502832B1 (ko) * 2012-04-17 2015-03-17 주식회사 엘지화학 성능이 우수한 리튬 이차전지
KR101603635B1 (ko) * 2013-04-11 2016-03-15 주식회사 엘지화학 면적이 서로 다른 전극들을 포함하고 있는 전극 적층체 및 이를 포함하는 이차전지
KR101634749B1 (ko) 2013-06-18 2016-06-29 주식회사 엘지화학 수명 특성이 향상된 리튬 이차전지
JP6256761B2 (ja) * 2014-04-11 2018-01-10 トヨタ自動車株式会社 二次電池の検査方法および製造方法
JP6348807B2 (ja) * 2014-09-10 2018-06-27 株式会社日立製作所 リチウムイオン二次電池
US10276868B2 (en) 2015-12-11 2019-04-30 Denso Corporation Non-aqueous electrolyte rechargeable battery
KR102722641B1 (ko) 2019-01-17 2024-10-25 주식회사 엘지에너지솔루션 리튬 금속 전지
US12081060B2 (en) * 2020-09-11 2024-09-03 Robert Bosch Gmbh Minimizing irreversible swelling during battery charging

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3450884B2 (ja) 1993-10-21 2003-09-29 松下電器産業株式会社 円筒形アルカリ電池
US5569520A (en) * 1994-01-12 1996-10-29 Martin Marietta Energy Systems, Inc. Rechargeable lithium battery for use in applications requiring a low to high power output
US6596432B2 (en) * 1994-05-30 2003-07-22 Canon Kabushiki Kaisha Rechargeable batteries
JP4644895B2 (ja) 2000-01-24 2011-03-09 株式会社豊田中央研究所 リチウム二次電池
US7267908B2 (en) 2004-08-30 2007-09-11 Toyota Technical Center Usa, Inc. In cycling stability of Li-ion battery with molten salt electrolyte
JP2007213820A (ja) * 2006-02-07 2007-08-23 Hitachi Vehicle Energy Ltd 二次電池
JP4599314B2 (ja) * 2006-02-22 2010-12-15 株式会社東芝 非水電解質電池、電池パック及び自動車
JP2008053196A (ja) 2006-07-27 2008-03-06 Sony Corp 非水電解質二次電池
JP5099407B2 (ja) * 2006-11-30 2012-12-19 住友電気工業株式会社 電池
JP4435194B2 (ja) 2007-03-27 2010-03-17 株式会社東芝 非水電解質電池、電池パック及び自動車
JP5157244B2 (ja) * 2007-05-11 2013-03-06 Tdk株式会社 電気化学デバイス及びその製造方法
JP5049680B2 (ja) * 2007-07-12 2012-10-17 株式会社東芝 非水電解質電池及び電池パック

Also Published As

Publication number Publication date
CN102024934A (zh) 2011-04-20
EP2299532B1 (en) 2017-01-11
US20110064973A1 (en) 2011-03-17
US8808884B2 (en) 2014-08-19
CN102024934B (zh) 2014-01-22
EP2299532A1 (en) 2011-03-23
KR20110030306A (ko) 2011-03-23
JP2011065993A (ja) 2011-03-31
KR101211863B1 (ko) 2012-12-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5259662B2 (ja) 電極組立体及びこれを含む二次電池
CN104603988B (zh) 电极板和二次电池
JP2022009746A (ja) リチウム二次電池用正極活物質およびこれを含むリチウム二次電池
EP2365571B1 (en) Nonaqueous electrolyte secondary battery
KR101829528B1 (ko) 전극, 비수전해질 전지 및 전지 팩
JP2009021134A (ja) 非水電解質電池及び電池パック
CN103904368A (zh) 锂二次电池
WO2015040747A1 (ja) 非水電解質電池用電極、非水電解質電池及び電池パック
JPWO2017047353A1 (ja) 非水電解質二次電池
JP2015138730A (ja) 二次電池
US20150263334A1 (en) Non-aqueous electrolyte secondary battery
JP2005243455A (ja) 電気化学デバイス
WO2021192403A1 (ja) 二次電池
JP7096981B2 (ja) リチウムイオン二次電池
WO2020059803A1 (ja) 二次電池
US20080199764A1 (en) Safer high energy battery
JP2012252951A (ja) 非水電解質二次電池
JP6778396B2 (ja) 非水電解質二次電池
JP7197537B2 (ja) リチウムイオン二次電池
JP2014207238A (ja) 非水電解質電池及び電池パック
JP4240060B2 (ja) 正極活物質および電池
JP2003331823A (ja) 非水電解質二次電池、およびその製造方法
JP2018056025A (ja) リチウムイオン二次電池
JP7296042B2 (ja) 非水電解液二次電池
JP7303084B2 (ja) リチウムイオン電池

Legal Events

Date Code Title Description
A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20121122

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20121204

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20130304

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20130402

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20130424

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20160502

Year of fee payment: 3

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5259662

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250