JP5281836B2 - 電極組立体及びこれを用いた二次電池 - Google Patents

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本発明は、電極組立体及びこれを用いた二次電池（Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ ａｓｓｅｍｂｌｙ ａｎｄ ｓｅｃｏｎｄａｒｙ ｂａｔｔｅｒｙ ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ｓａｍｅ）に関する。
近年、携帯電話、ノートパソコン、ビデオカメラなどの小型化及び軽量化された電気機器や電子機器が活発に開発及び生産されている。
このような携帯用電気機器や電子機器は、別途の電源が備えられてない場所でも動作するように電池パックを内蔵し、かかる電池パックを駆動電源として利用している。かかる内蔵された電池パックは、所定レベルの電圧を出力して携帯用電気機器や携帯用電子機器を所定の期間だけ駆動させることができるように、その内部に少なくとも一つの電池を備える。
最近では、実用性及び経済性などを考慮して、再充電が可能であり、小型化及び大容量化が可能な二次電池が、携帯用電気機器や携帯用電子機器の電池として多く採用されている。
このような二次電池のうち、リチウム二次電池は、携帯用電子機器の電源として広く普及しているニッケル−カドミウム（Ｎｉ−Ｃｄ）電池やニッケル−水素（Ｎｉ−ＭＨ）電池よりもその動作電圧が約３倍も高く、３．６Ｖの動作電圧を有する。また、リチウム二次電池は、単位重量当たりのエネルギー密度も高いため、最近ではその普及が急速に進んでいる。
リチウム二次電池のうち、リチウムイオン二次電池においては、ベアセル（単体の電池セル）は、電極組立体が缶の内部に収容された構造を有する。すなわち、リチウムイオン二次電池のベアセルは、電極組立体を缶に収納後、キャップ組立体で蓋をし、缶の内部に電解液を注入口から注入して、その後注入口を密封することにより形成されることができる。上記電極組立体は、陽極板、陰極板及び、セパレータを含んで構成される。また、上記缶は、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなることができる。
一方、リチウム二次電池のうち、上記セパレータがポリマーで形成されたリチウムポリマー二次電池においては、電極組立体が缶に収容される代わりに、パウチに収容される場合がある。すなわち、ポリマーで形成されたリチウムポリマー二次電池のセパレータは、電解液としての役割を果たすことができ、セパレータに電解液成分を含浸させて使用するため、電解液が漏れるといった問題が起こりにくく、電極組立体の収納容器として、缶を使用せずに、パウチを用いる場合がある。
電極板は、一般に、金属箔からなる電極集電体の表面に電極活物質を含むスラリーを塗布することによって形成される。
電極組立体は、陽極板、陰極板及びセパレータがそれぞれ一枚のストリップ（帯状の形状）からなり、これらが陽極板、セパレータ、陰極板の順に積層されて、ゼリーロール型に巻き取られた構造を有する。
電極集電体には、１つの電極を形成するのに必要な長さ分のスラリーが塗布されて電極活物質層が形成され、電極タブを熔接するなどの必要性によって電極活物質層が塗布されてない無地部が形成される。すなわち、電極集電体には、電極活物質層が形成された集電体被覆領域と、電極活物質層が形成されずに集電体が露出された集電体露出領域とが含まれる。
ここで、電極集電体にスラリーを塗布し始めるスタート部においては、電極活物質層が連続する部分に比べて塗布されたスラリーが固まって多少突き出される過渡現象が現われる。すなわち、電極集電体にスラリーを塗布する製造工程において、スラリーの塗布を開始する領域においては、スラリーが厚く塗布されてしまい、その部分の電極活物質層が電極活物質層の他の領域よりも突出されて形成されてしまうという現象が生じる。
一方、電極集電体にスラリー塗布が終了する終端部には引き摺られ現象が発生して電極活物質層が連続する部分に比べてスラリーが少なく塗布される。すなわち、電極集電体にスラリーを塗布する製造工程において、スラリーの塗布が終了する領域においては、スラリーが薄く塗布されてしまい、その部分の電極活物質層が電極活物質層の他の領域よりも薄く形成されてしまうという現象が生じる。
このような電極活物質層のスタート部及び終端部は、電極組立体を巻き取る際に加えられる圧力などの製造工程における圧力や、その他の外部的な圧力が加えられた場合に、陽極板と陰極板とを電気的に絶縁させるセパレータに損傷を与える恐れがある。
上記のようなセパレータが損傷された部分では、陽極板と陰極板との間で内部的な短絡が生じる恐れがある。そして、このような短絡により事故が発生する恐れがあるため、安全面で問題が生じる。更に、上記のように製造工程で圧力が加えられてセパレータに損傷が生じると、電池生産の歩留まりが低下するという問題も発生する。
そこで、従来は、スラリーを塗布する際のスタート部及び終端部に絶縁層を形成することにより、上記のような問題が発生するのを防止していた（例えば、特許文献１〜特許文献３参照。）。
特開平１０−２４１７３７号公報 特開２００５−２８５６９１号公報 大韓民国特許公開第７０９８６３号
しかし、上記のような従来の電極組立体は、絶縁層が電極活物質層の一部を覆うように設けられるので、電極活物質層の反応面積が減少し、その結果、電池容量が減少するという問題があった。
また、電極活物質層の一部を覆うように絶縁層が形成されるので、絶縁層の厚さ分だけゼリーロールの長径が大きくなるという問題もあった。
更に、電極活物質層と絶縁層が接着される領域において、各成分の反応によってコバルト成分以外の異種の金属が湧出されるという問題もあった。
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、その目的とするところは、効率性を高めることができ、安全性を向上させることができる電極組立体及びこれを用いた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、陽極集電体と、上記陽極集電体上に形成された陽極活物質層と、上記陽極集電体上に設けられた陽極集電体露出領域とを備えた陽極板と、陰極集電体と、上記陰極集電体上に形成された陰極活物質層と、上記陰極集電体上に設けられた陰極集電体露出領域とを備えた陰極板と、上記陽極板と上記陰極板との間に介在されるセパレータとを含み、上記陽極活物質層または／および上記陰極活物質層の電極組立体の巻き取り方向の両端のうちの少なくともいずれかの端部に隣接して、上記陽極集電体露出領域または上記陰極集電体露出領域の少なくとも一面に配設される絶縁部材を備えたこと、を特徴とする電極組立体が提供される。
このような本発明にかかる電極組立体によれば、陽極集電体上に形成された陽極活物質層の電極組立体の巻き取り方向の両端部、または、陰極集電体上に形成された陰極活物質層の電極組立体の巻き取り方向の両端部の、少なくともいずれかに隣接して、絶縁部材が陽極集電体上または陰極集電体上に設けられる。これにより、陽極活物質層の電極組立体の巻き取り方向の両端部や、陰極活物質層の電極組立体の巻き取り方向の両端部が、電極組立体を巻き取る際に、あるいは、電極組立体に外部から圧力が加えられた際に、セパレータを破損させることを防止することができる。また、上記絶縁部材は、陽極活物質層または陰極活物質層と重ならないように設けられるため、上記絶縁部材を設けることにより、陽極板または陰極板の厚みが増したり、電極組立体の直径が増加したり、活物質層の反応面積が減少するといった影響が出ることは殆どない。更に、上記絶縁部材は、陽極活物質層または陰極活物質層と接触しないように設けられるので、絶縁部材と活物質層との接着部において発生していた異種金属の湧出も生じなくなる。
このとき、上記絶縁部材は、上記陽極活物質層または上記陰極活物質層の上記電極組立体の巻き取り方向の両端部の各端部から、それぞれ３．５ｍｍ以内の間隔だけ離隔された位置に設けられるのがよい。上記のような位置に絶縁部材を設けることにより、陽極活物質層の上記端部や陰極活物質層の上記端部がセパレータを破損させるのを防止することができる。
また、上記絶縁部材の厚さは、上記陽極活物質層または上記陰極活物質層の厚さと同一であるのがよい。
上記絶縁部材は、絶縁テープで形成されることができる。あるいは、上記絶縁部材は、接着層と上記接着層の一面に付着される絶縁フィルムからなることもできる。このとき、上記接着層は、上記陽極活物質層または上記陰極活物質層と接触しないように設けられるのがよい。
ここで、上記陽極活物質層及び上記陰極活物質層は、陽極用スラリーまたは陰極用スラリーが均一に塗布された均一領域及び、上記陽極用スラリーまたは上記陰極用スラリーが均一に塗布されない不均一領域を有することができる。このとき、上記不均一領域は、上記陽極用スラリーまたは上記陰極用スラリーを塗布する際の、塗布開始領域及び塗布終了領域であることができる。そして、上記塗布開始領域は上記均一領域の厚さよりも厚く形成され、上記塗布終了領域は上記均一領域の厚さよりも薄く形成されることができる。
このとき、上記絶縁部材の絶縁フィルムは、上記不均一領域を覆うように設けられてもよい。
また、上記塗布開始領域に隣接して形成された上記絶縁部材の厚さは、上記塗布開始領域の厚さと同一であるのがよい。
上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、外装材と、上記外装材に収容され、陽極集電体と、上記陽極集電体上に形成された陽極活物質層と、上記陽極集電体上に設けられた陽極集電体露出領域とを備えた陽極板と、陰極集電体と、上記陰極集電体上に形成された陰極活物質層と、上記陰極集電体上に設けられた陰極集電体露出領域とを備えた陰極板と、上記陽極板と上記陰極板との間に介在されるセパレータとを含む電極組立体と、を含み、上記電極組立体は、上記陽極活物質層または／および上記陰極活物質層の上記電極組立体の巻き取り方向の両端のうちの少なくともいずれかの端部に隣接して、上記陽極集電体露出領域または上記陰極集電体露出領域の少なくとも一面に配設される絶縁部材を備えたこと、を特徴とする二次電池が提供される。
このような本発明にかかる二次電池によれば、陽極集電体上に形成された陽極活物質層の電極組立体の巻き取り方向の両端部、または、陰極集電体上に形成された陰極活物質層の電極組立体の巻き取り方向の両端部の、少なくともいずれかに隣接して、絶縁部材が陽極集電体上または陰極集電体上に設けられる。これにより、陽極集電体上に形成された陽極活物質層の電極組立体の巻き取り方向の両端部や、陰極集電体上に形成された陰極活物質層の電極組立体の巻き取り方向の両端部が、電極組立体を巻き取る際に、あるいは、電極組立体に外部から圧力が加えられた際に、セパレータを破損させることを防止することができる。また、上記絶縁部材は、陽極活物質層または陰極活物質層と重ならないように設けられるため、上記絶縁部材を設けることにより、陽極板または陰極板の厚みが増したり、電極組立体の直径が増加したり、活物質層の反応面積が減少するといった影響が出ることは殆どない。更に、上記絶縁部材は、陽極活物質層または陰極活物質層と接触しないように設けられるので、絶縁部材と活物質層との接着部において発生していた異種金属の湧出も生じなくなる。
ここで、上記外装材の形状は、円筒型、角柱型または、角に丸みを有する柱型のうちのいずれかの形状に形成されることができる。また、上記外装材は、一方の端部に開口部が形成され、上記開口部にキャップ組立体が装着されるように構成されることができる。
あるいは、上記外装材は、パウチ型であってもよい。
また、上記絶縁部材は、上記陽極活物質層または上記陰極活物質層の上記電極組立体の巻き取り方向の両端部の各端部から、それぞれ３．５ｍｍ以内の間隔だけ離隔された位置に設けられるのがよい。上記のような位置に絶縁部材を設けることにより、陽極活物質層の上記端部や陰極活物質層の上記端部がセパレータを破損させるのを防止することができる。
また、上記絶縁部材の厚さは、上記陽極活物質層または上記陰極活物質層の厚さと同一であるのがよい。
上記絶縁部材は、絶縁テープで形成されることができる。あるいは、上記絶縁部材は、接着層と上記接着層の一面に付着される絶縁フィルムからなることもできる。このとき、上記接着層は、上記陽極活物質層または上記陰極活物質層と接触しないように設けられるのがよい。
ここで、上記陽極活物質層及び上記陰極活物質層は、陽極用スラリーまたは陰極用スラリーが均一に塗布された均一領域及び、上記陽極用スラリーまたは上記陰極用スラリーが均一に塗布されない不均一領域を有することができる。このとき、上記不均一領域は、上記陽極用スラリーまたは上記陰極用スラリーを塗布する際の、塗布開始領域及び塗布終了領域であることができる。そして、上記塗布開始領域は上記均一領域の厚さよりも厚く形成され、上記塗布終了領域は上記均一領域の厚さよりも薄く形成されることができる。
このとき、上記絶縁部材の絶縁フィルムは、上記不均一領域を覆うように設けられてもよい。
また、上記塗布開始領域に隣接して形成された上記絶縁部材の厚さは、上記塗布開始領域の厚さと同一であるのがよい。
以上説明したように本発明によれば、絶縁部材の接着層が電極活物質層と接触しないように設けられるので、活物質層の反応面積が減少されることを防止することができ、減少されてない面積に相当する分の電池容量を増加させることができる。また、電極活物質層を絶縁部材が覆う構造ではないので、絶縁層部材分の厚さの増加が生じず、ゼリーロールの長径が大きくなることを防止することができる。また、電極活物質層と接着層との接触が発生しないので、電極活物質層と絶縁層とが接着する領域において異種金属が湧出する問題を防止することができる。
更に、電極活物質層の両端部においてその形状や厚みが不均一に形成されることにより発生するセパレータの損傷を防止することができ、互いに極性が異なる極板間で短絡が発生することを防止して、電極組立体及び二次電池の安全性を向上させることができる。
以下に添付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構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。また、本発明は、ここで説明する実施形態に限られず、他の形態で具体化されることができる。以下に説明する実施形態は、開示された発明が完成されていることを示すと共に、当業者に本発明の思想を十分に伝えるために提供するものである。図面において、層及び領域の厚みは本発明を明確に説明するために誇張して図示されたものである。
先ず、本発明の実施の形態にかかる電極組立体について説明する。図１は、本発明の実施の形態にかかる電極組立体を示す分解斜視図である。
図１を参照すると、電極組立体１０は、第１電極板２０（以下、陽極板と言う）と、第２電極板３０（以下、陰極板と言う）と、セパレータ４０とを含む。
電極組立体１０は、陽極板２０、陰極板３０及びセパレータ４０が積層され、巻き取られることによりゼリーロール形態に形成される。
セパレータ４０は、陽極板２０と陰極板３０との間及び二つの電極板２０、３０の下側あるいは上側に一つずつ位置するので、積層及び巻き取られる二つの電極２０、３０が突き当たる部分に介在されて二つの電極板２０、３０間の短絡を防止する。すなわち、セパレータ４０は、１枚が陽極板２０と陰極板３０との間に介在され、別の１枚が上記陽極板２０とセパレータ４０と陰極板３０との積層体の上または下に積層される。これにより、陽極板２０と陰極板３０との短絡を防止することができる。
陽極板２０は、化学反応により発生する電子を集めて外部回路に伝達する陽極集電体２１と、陽極集電体２１の一側面（一方の面）あるいは両側面（両方の面）に、陽極活物質が含まれた陽極用スラリーが塗布された陽極活物質層２２からなる。
また、陽極集電体２１の両端のうちの一側または両側には陽極活物質が含まれた陽極用スラリーが塗布されてなく、陽極集電体２１がそのままである陽極集電体露出領域（陽極無地部）２３が形成される。例えば、陽極集電体２１には、その中央部にスラリーが塗布されて陽極活物質層２２が形成され、陽極集電体２１の巻き取り方向における両端部には、スラリーが塗布されずに陽極集電体２１が露出されたままとなる陽極集電体露出領域２３が形成される。
陽極集電体２１としては、ステンレス鋼、ニッケル、アルミニウム、チタンまたはこれらの合金、アルミニウムまたはステンレス鋼の表面にカーボン、ニッケル、チタンまたは銀で表面処理したものなどを用いることができる。これらのうち、アルミニウムまたはアルミニウム合金を用いるのがよい。しかし、本発明において、陽極集電体の材質は上記の物質に限定されるものではない。
陽極集電体２１の形態は、ホイル、フィルム、シート、パンチングされたもの、多孔質体、発泡材などであることができる。また、陽極集電体２１の厚さは、通常１〜５０μｍであることができ、好ましくは１〜３０μｍであるのがよい。しかし、本発明において、陽極集電体の形態及び厚さは、上記の形態及び厚さに限定されるものではない。
陽極活物質層２２は、例えば、カーボンブラック（ｃａｒｂｏｎ ｂｌａｃｋ）や黒煙粉末などの導電材及び、活物質を固定させるためのバインダーなどを、陽極活物質に混合させた組成物を用いて形成することができる。
上記陽極活物質には、コバルト、マンガン、ニッケルから選択される少なくとも１種とリチウムとの複合酸化物のうちの１種以上のものを用いることができる。しかし、本発明において、陽極活物質を組成する物質は、上記の物質に限定されるものではない。
陽極集電体露出領域（陽極無地部）２３には、陽極集電体２１に集まった電子を外部回路に伝達する陽極タブ２４が接合される。陽極タブ２４は、ニッケルまたはアルミニウム材質の薄板に形成されることができる。
陽極タブ２４が接合された部位には、その上面を覆うように保護部材２５が設けられる。保護部材２５は、陽極タブ２４が陽極集電体露出領域２３に接合された部位を保護して短絡などを防止するために設けられる。かかる保護部材２５に用いることができる材質としては、耐熱性を有する素材、例えばポリエステルのような高分子樹脂を用いることができる。また、保護部材２５は、陽極集電体露出領域２３に接合される陽極タブ２４を完全に覆うことのできる幅と長さを有するのがよい。
また、陽極板２０は、陽極集電体露出領域２３に付着されて、陽極活物質層２２の両端のうち少なくとも一端に隣接して形成される絶縁部材２６を含む。ここで、陽極活物質層２２の両端とは、陽極板２０、陰極板３０及びセパレータ４０を巻き取って電極組立体１０を形成する際の、巻き取り方向における両端である。
絶縁部材２６は、絶縁テープから形成されることができる。上記絶縁テープは、接着層２６ａと、接着層２６ａの一面に付着される絶縁フィルム２６ｂからなることができる。しかし、本発明において、絶縁部材の形状及び材質は、上記の形状及び材質に限定されるものではない。
上記絶縁テープの接着層２６ａは、例えば、エチレン（Ｅｔｈｙｌｅｎｅ）−アクリル酸エステル（Ａｃｒｙｌｉｃ ｅｓｔｅｒ）共重合体、ゴム系粘着材、エチレン酢酸ビニール共重合体などから成ることができる。また、上記絶縁テープ２６の絶縁フィルム２６ｂは、例えば、ポリプロピレン（Ｐｏｌｙ ｐｒｏｐｙｌｅｎｅ）、ポリエチレンテレフタレート（Ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ）、ポリエチレンナフタレート（Ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ ｎａｐｈｔｈａｌａｔｅ）などから成ることができる。
陰極板３０は、化学反応により発生した電子を集めて外部回路に伝達する陰極集電体３１と、陰極集電体３１の一側面（一方の面）あるいは両側面（両方の面）に陰極活物質が含まれた陰極用スラリーが塗布された陰極活物質層３２からなる。
また、陰極集電体３１の両端のうちの一側または両側には陰極活物質が含まれた陰極用スラリーが塗布されてなく、陰極集電体３１がそのままである陰極集電体露出領域（陰極無地部）３３が形成される。例えば、陰極集電体３１には、その中央部にスラリーが塗布されて陰極活物質層３２が形成され、陰極集電体３１の巻き取り方向における両端部には、スラリーが塗布されずに陰極集電体３１が露出されたままとなる陰極集電体露出領域３３が形成される。
陰極集電体３１としては、ステンレス鋼、ニッケル、銅、チタンまたはこれらの合金、銅またはステンレス鋼の表面にカーボン、ニッケル、チタンまたは銀で表面処理したものなどを用いることができる。これらのうち、銅または銅合金を用いるのがよい。しかし、本発明において、陰極集電体の材質は上記の物質に限定されるものではない。
陰極集電体３１の形態は、ホイル、フィルム、シート、パンチングされたもの、多孔質体、発泡材などであることができる。また、陰極集電体３１の厚さは、通常１〜５０μｍであることができ、好ましくは１〜３０μｍであるのがよい。しかし、本発明において、陰極集電体の形態及び厚さは、上記の形態及び厚さに限定されるものではない。
陰極活物質層３２は、例えば、カーボンブラック（ｃａｒｂｏｎ ｂｌａｃｋ）のような導電材及び、例えば、ＰＶＤＦ（Ｐｏｌｙｖｉｎｙｌｉｄｅｎｅ ｆｌｕｏｒｉｄｅ）、ＳＢＲ（Ｓｔｙｒｅｎｅ ｂｕｔａｄｉｅｎｅ ｒｕｂｂｅｒ）、ＰＴＦＥ（Ｐｏｌｙｔｅｌｒａｆｌｕｏｒｏ ｅｔｈｙｌｅｎｅ）などの活物質を固定させるためのバインダーなどを、陰極活物質に混合させた組成物を用いて形成することができる。
上記陰極活物質には、結晶質炭素、非晶質炭素、炭素複合体、炭素纎維などの炭素材料、リチウム金属、リチウム合金などを用いることができる。しかし、本発明おいて、陰極活物質の材質は、上記の材質に限定されるものではない。
陰極集電体露出領域（陰極無地部）３３には、陰極集電体３１に集まった電子を外部回路に伝達する陰極タブ３４が接合される。陰極タブ３４は、ニッケル材質の薄板に形成されることができる。
陰極タブ３４が接合された部位には、その上面を覆うように保護部材３５が設けられる。保護部材３５は、陰極タブ３４が陰極集電体露出領域３３に接合された部位を保護して短絡などを防止するために設けられる。かかる保護部材３５に用いることができる材質としては、耐熱性を有する素材、例えばポリエステルのような高分子樹脂を用いることができる。また、保護部材３５は、陰極集電体露出領域３３に接合される陰極タブ３４を完全に覆うことのできる幅と長さを有するのがよい。
また、陰極板３０は、陰極集電体露出領域３３に付着されて、陰極活物質層３２の両端のうち少なくとも一端に隣接して形成される絶縁部材３６を含む。ここで、陰極活物質層３２の両端とは、陽極板２０、陰極板３０及びセパレータ４０を巻き取って電極組立体１０を形成する際の、巻き取り方向における両端である。
絶縁部材３６は、絶縁テープから形成されることができる。上記絶縁テープは、接着層と、接着層の一面に付着される絶縁フィルムからなることができる。しかし、本発明において、絶縁部材の形状及び材質は、上記の形状及び材質に限定されるものではない。
上記絶縁テープの接着層は、例えば、エチレン（Ｅｔｈｙｌｅｎｅ）−アクリル酸エステル（Ａｃｒｙｌｉｃ ｅｓｔｅｒ）共重合体、ゴム系粘着材、エチレン酢酸ビニール共重合体などから成ることができる。また、上記絶縁テープの絶縁フィルムは、例えば、ポリプロピレン（Ｐｏｌｙ ｐｒｏｐｙｌｅｎｅ）、ポリエチレンテレフタレート（Ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ）、ポリエチレンナフタレート（Ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ ｎａｐｈｔｈａｌａｔｅ）などから成ることができる。
セパレータ４０は、一般的な、例えばポリエチレン（Ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ）、ポリプロピレン（Ｐｏｌｙ ｐｒｏｐｙｌｅｎｅ）などの熱可塑性樹脂で形成され、その表面は多孔膜構造になっている。このような多孔膜構造は、電池内部の温度上昇により上記熱可塑性樹脂の温度がその融点近くになると、セパレータ４０が溶融して通孔が塞がれることで絶縁フィルムとなる。このように絶縁フィルムに変化することによって、陽極板２０と陰極板３０との間のリチウムイオンの移動が遮断され、それ以上の電流が流れなくなることで電池内部の温度上昇を抑えることができる。
次に、本発明の実施の形態にかかる電極板、すなわち陽極板２０及び陰極板３０について、詳しく説明する。
図２Ａは、本発明の実施の形態にかかる電極組立体の電極板を示す平面図である。また、図２Ｂは、本発明の実施の形態にかかる電極組立体の電極板を示す側面図である。そして、図２Ｃは、本発明の実施の形態の変更例による電極組立体の電極板を示す側面図である。以下、電極板について説明する場合、陽極板２０を例にとって説明することとする。陰極板３０の構成は陽極板２０の構成と同様であるため、陰極板３０についての詳しい説明は省略する。
図２Ａ〜図２Ｃに示されたように、陽極集電体２１の一側に形成された活物質層２２は、両端部の不均一領域Ａ、Ｂと不均一領域間の均一領域Ｃからなることができる。すなわち、陽極集電体２１にスラリーを塗布し始めるスタート部では、陽極活物質層２２に塗布されたスラリーが連続する均一領域Ｃと比べて固まって多少突き出された不均一領域Ａが形成される。また、陽極集電体２１へのスラリーの塗布が終了する終端部では、引き摺れ現象が発生して陽極活物質層が連続される均一領域Ｃに比べてスラリーが少なく塗布される不均一領域Ｂが発生する。すなわち、陽極活物質層のスタート部は均一領域Ｃより厚さが厚く、陽極活物質層の終端部は均一領域Ｃより厚さが薄く形成される。
例えば、図２Ｂを参照すると、陽極集電体２１には、陽極集電体２１の巻き取り方向における中央部に陽極活物質層２２が形成され、陽極集電体２１の巻き取り方向における両端部は、陽極集電体２１が露出されたままの陽極集電体露出領域２３となる。このとき、図２Ｂに示された陽極集電体２１の上側の面においては、図面の左方向から右方向に陽極活物質が塗布されることにより、陽極活物質層２２が形成されている。すなわち、陽極集電体２１の巻き取り方向に陽極活物質を塗布することにより、陽極活物質層２２が形成される。
そして、図２Ｂの陽極集電体２１の上側の面の領域Ａに示されたように、陽極活物質を塗布する際の塗布開始地点の領域では、陽極活物質が盛り上がって塗布されており、陽極活物質が均一に塗布された均一領域Ｃと比較すると、その厚みが厚くなってしまっている。逆に、図２Ｂの陽極集電体２１の上側の面の領域Ｂに示されたように、陽極活物質を塗布する際の塗布終了地点の領域では、陽極活物質が領域の終端に向かって徐々に薄くなるように塗布されており、陽極活物質が均一に塗布された均一領域Ｃと比較すると、その厚みが薄くなってしまっている。ここで、図２Ｂに示された陽極板２０の下側の面においては、陽極活物質は図面の右方向から左方向に塗布されている。
ここで、本発明の実施の形態にかかる電極組立体の陽極板２０は、陽極集電体露出領域２３に付着されて、陽極活物質層２２の両端部のうちの少なくとも一端部に隣接し、上記少なくとも一つの端部と平行するようにストライプ（ｓｔｒｉｐｅ）型に形成される絶縁部材２６を含む。すなわち、絶縁部材２６は、陽極活物質層２２の陽極集電体巻き取り方向の縁部（端部）から所定の距離だけ離隔されて、上記縁部と平行に、陽極集電体２１の陽極集電体露出領域２３に付着されて設けられることができる。また、陽極活物質層２２が陽極集電体２１の両方の面に設けられるとき、絶縁部材２６は、陽極集電体２１の両方の面に設けられることもできるし、一方の面にだけ設けられることもできる。また、絶縁部材２６は、陽極版２０と陰極板３０の両方に設けられることもできるし、一方の電極板にだけ設けられることもできる。
絶縁部材２６は絶縁テープで形成され、接着層２６ａと接着層２６ａの一面に付着する絶縁フィルム２６ｂからなることができる。しかし、本発明において、絶縁部材２６の形状及び材質は、上記の形状及び材質に限定されるものではない。
例えば、接着層２６ａは、エチレン（Ｅｔｈｙｌｅｎｅ）−アクリル酸エステル（Ａｃｒｙｌｉｃ ｅｓｔｅｒ）共重合体、ゴム系粘着材、エチレン酢酸ビニール共重合体などから形成されることができる。また、絶縁フィルム２６ｂは、例えば、ポリプロピレン（Ｐｏｌｙ ｐｒｏｐｙｌｅｎｅ）、ポリエチレンテレフタレート（Ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ）、ポリエチレンナフタレート（Ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ ｎａｐｈｔｈａｌａｔｅ）などから形成されることができる。
絶縁部材２６は、陽極活物質層２２の端から３．５ｍｍ以内の間隔を維持するように設けられるのがよい。絶縁部材２６と陽極活物質層２２の端との間隔が３．５ｍｍよりも広くなると、電極組立体を製造する過程において、不均一領域Ａ、不均一領域Ｂなどがセパレータを損傷させ、更にセパレータの損傷により内部的な短絡が発生する恐れがある。
また、絶縁部材２６の厚さは、陽極活物質層２２の厚さと同一の厚さに形成されるのがよい。ここで、塗布されたスラリーが固まって多少突き出される突出部が形成された不均一領域Ａに隣接して形成される絶縁部材２６については、その厚さは突出部の厚さと同一の厚さに形成されるのがよい。すなわち、陽極活物質層２２の突出部の厚みが最も厚い部分は、陽極板２０全体のなかでは局部的に突出していることになり、このような陽極板２０を巻き取って電極組立体１０を形成すれば、かかる突出部に隣接するセパレータ４０が破損する恐れがある。そこで、上記突出部と同じ厚さの絶縁部材２６を上記突出部に隣接して設けることにより、陽極板２０全体として局部的に突出された領域をなくして、セパレータ４０が破損するのを防止することができる。
このとき、絶縁部材２６は、図２Ｂに示されたように、陽極活物質層２２と重ならないように形成されることもできるし、図２Ｃに示されたように、絶縁部材２６の絶縁フィルム２６ｂ’のみが陽極活物質層２２の不均一領域Ａ、Ｂを覆うように形成されることもできる。
ここで、本発明の実施の形態の変更例による電極組立体について説明する。
図２Ｃを参照すると、絶縁部材２６’は、絶縁部材２６と同様に、陽極活物質層２２の両端部のうちの少なくとも一端部に隣接し、上記少なくとも一つの端部と平行するように陽極集電体露出領域２３に付着される。すなわち、絶縁部材２６は、陽極活物質層２２の陽極集電体巻き取り方向の縁部（端部）に隣接して、上記縁部と平行に、陽極集電体２１の陽極集電体露出領域２３に付着されて設けられることができる。
ここで、絶縁部材２６’の接着層２６ａ’は、陽極活物質層２２の端から３．５ｍｍ以内の間隔を維持するように設けられるのがよい。
一方、絶縁部材２６’の絶縁フィルム２６ｂ’は、接着層２６ａ’の一面に付着され、更に陽極活物質層２２の不均一領域ＡまたはＢを覆うように設けられる。すなわち、絶縁部材２６’の絶縁フィルム２６ｂ’は、接着層２６ａ’の上面と、接着層２６ａ’と陽極活物質層２２との間の隙間と、陽極活物質層２２の不均一領域ＡまたはＢとを、一体となって覆うように設けられる。
上記のように、本発明の実施の形態においては、接着層２６ａ、２６ａ’が陽極活物質層２２と接触しないように設けられるので、陽極活物質層２２と接着層２６ａ、２６ａ’が接触する箇所において、各成分の反応によりコバルト成分以外の異種金属が湧出することを防止することができる。また、絶縁部材２６、２６’の接着層２６ａ、２６ａ’が陽極活物質層２２と重ならないように設けられるので、陽極活物質層２２の反応面積が減少せず、二次電池の充放電効率を向上させることができる。更に、陽極活物質層２２を絶縁部材２６、２６’の接着層２６ａ、２６ａ’が覆う構造ではないので、巻き取られた電極組立体１０の長径が大きくなることを防止することができる。
また、陽極活物質層２２の均一領域Ｃとほぼ同じ厚さの絶縁部材２６、２６’を、陽極活物質層２２の巻き取り方向の端部に隣接して設けたことにより、絶縁部材２６、２６’から陽極活物質層２２にかけての厚みが均一になり、電極組立体１０の巻き取り時にセパレータが破損されるのを防止することができる。
次に、本発明の実施の形態にかかる電極組立体を用いた二次電池について詳細に説明する。図３は、本発明の実施の形態にかかる電極組立体が缶に収容された二次電池を示す分解斜視図である。図４は、本発明の実施の形態にかかる電極組立体がパウチに収容された二次電池を示す分解斜視図である。
図３を参照すると、二次電池１００は、外装材１１０、外装材１１０の内部に収容されるゼリーロ−ル型の電極組立体１２０及び、外装材１１０の一端に結合されるキャップ組立体１３０を含む。
外装材１１０は、その一端が開口された形状を有した金属材から成り、外装材１１０自体が端子の役割を担うことができる。外装材１１０の形状は、例えば、円筒型、角柱型、または、その角部が丸みを有するように形成された柱型などであることができる。また、外装材１１０は、例えば、鉄材、アルミニウムなどの材質を用いて、ディップドローイング方法などにより形成されることができる。
電極組立体１２０は、第１電極板１２２、第２電極板１２４及び、第１電極板１２２と第２電極板１２４との間に介在されるセパレータ１２５を含み、これらが巻き取られて電極組立体１２０が形成される。また、第１電極板１２２には第１電極タブ１２１が接続され、第２電極板１２４には第２電極タブ１２３が接続される。
第１電極板１２２及び第２電極板１２４には、図１、図２Ａ、図２Ｂ及び、図２Ｃを参照して説明した絶縁部材が備えられるが、絶縁部材についての詳細な説明はここでは省略する。
キャップ組立体１３０は、電極組立体１２０の上に順に設けられる絶縁ケース１３６、ターミナルプレート１３５、絶縁プレート１３４及びキャッププレート１３１と、キャッププレート１３１に装着されるガスケット１３３と、キャッププレート１３１に挿通される電極端子１３２とを含んで構成されることができる。
キャッププレート１３１は、外装材１１０の開口部と対応する大きさと形状を有し、平板型に形成される。キャッププレート１３１の一面には、端子通孔１３１ａ及び電解液注入口１３１ｂが、キャッププレート１３１を貫通して形成される。
電解液注入口１３１ｂは、電解液を注入するために設けられ、電解液注入口栓１３１ｃが結合されることにより密閉されることができる。
端子通孔１３１ａには、電極端子１３２が挿通される。電極端子１３２の外側には、電極端子１３２をキャッププレート１３１と電気的に絶縁させるために、チューブ状のガスケット１３３が設けられる。
絶縁プレート１３４は、キャッププレート１３１の下面に配設される。絶縁プレート１３４にも、電極端子１３２が挿通されるように、キャッププレート１３１の端子通孔１３１ａと対応する位置に孔が形成される。
ターミナルプレート１３５は、絶縁プレート１３４の下面に配設される。ターミナルプレート１３５にも、電極端子１３２が挿通されるように、キャッププレート１３１の端子通孔１３１ａと対応する位置に孔が形成される。
キャッププレート１３１の下面には、第１電極板１２２から引出されて第１電極板１２２と電気的に接続された第１電極タブ１２１が溶接される。また、ターミナルプレート１３５の下面には、第２電極板１２４から引出されて第２電極板１２４と電気的に接続された第２電極タブ１２３が溶接される。
絶縁ケース１３６は、外装材１１０に収容された電極組立体１２０の上面に設けられて、電極組立体１２０とキャップ組立体１３０を電気的に絶縁させる役割を果たす。
絶縁ケース１３６には、キャッププレート１３１に形成された電解液注入口１３１ｂと対応する位置に電解液注入通孔１３６ａが形成される。また、絶縁ケース１３６には、第１電極タブ１２１が引出される引出し溝（引出しグルーブ）１３６ｂ、及び、第２電極タブ１２３が引出される引出し孔（引出しホール）１３６ｃが形成される。引出し溝１３６ｂ及び引出し孔１３６ｃは、第１電極タブ１２１及び第２電極タブ１２３が相互に所定の距離だけ離隔されて外部に引き出されるように、第１電極タブ１２１及び第２電極タブ１２３をガイドする役割を果たす。
上記のように形成された二次電池は、過電流、過放電または、過充電などの、安全上の問題を解決するための保護素子がその一面に実装された保護回路基板をさらに備えることもできる。
また、二次電池の見掛けを保護するために、二次電池の外側にチュービングまたはラベリングをさらに実施することもできる。すなわち、二次電池の外側面を覆うようにチューブ形態またはラベル形態の外装を設けて、二次電池の外側を保護するように構成することもできる。
または、別途の外部ケースをさらに備えて、二次電池の外側に結合させることにより、二次電池の外側を保護するように構成することもできる。
次に、電極組立体がパウチに収容された二次電池について説明する。
図４を参照すると、二次電池２００は、上部外装材２１１及び下部外装材２１２からなるパウチ型の外装材２１０及び、外装材２１０に収容される電極組立体２２０を含んで構成される。
上部外装材２１１及び下部外装材２１２は、それぞれの一端（一辺）が相互に接合されて、残りの端部（辺）は開放されて、電極組立体２２０が収容されるように形成される。
上部外装材２１１または下部外装材２１２のうちのいずれか１つの外装材には、電極組立体２２０を収容することができる空間が形成される。図４には、下部外装材２１２に電極組立体２２０を収容する空間が形成された場合が示されている。
上部外装材２１１及び下部外装材２１２の端には、熱融着などの方法で密封された上部シーリング部２１１ａ及び下部シーリング部２１２ａが形成される。外装材２１０は、上部外装材２１１及び下部外装材２１２の縁に沿って形成された上部シーリング部２１１ａ及び下部シーリング部２１２ａが、熱融着などの方法によって結合されることにより密閉されることができる。
外装材２１０は、熱融着層２１０ａと、金属層２１０ｂと、絶縁膜２１０ｃとからなる多層構造に形成される。熱融着層２１０ａは、熱融着性を有して、シーリング材としての役割を果たすことができる。金属層２１０ｂは、機械的強度を維持し、水分と酸素のバリア層の役割を果たすことができる。金属層２１０ｂは、外装材２１０に機械的強度を付与し、外部の水分及び酸素が二次電池の内部に進入するのを防止するバリアとして機能することができる。
電極組立体２２０は、第１電極板２２２、第２電極板２２４及び、第１電極板２２２と第２電極板２２４との間に介在されるセパレータ２２５を含み、これらが巻き取られて電極組立体２２０が形成される。また、第１電極板２２２には第１電極タブ２２１が接続され、第２電極板２２４には第２電極タブ２２３が接続される。
第１電極板２２２及び第２電極板２２４には、図１、図２Ａ、図２Ｂ及び、図２Ｃを参照して説明した絶縁部材が備えられるが、絶縁部材についての詳細な説明はここでは省略する。
また、第１電極タブ２２１及び第２電極タブ２２３のシーリング部２１１ａ、２１２ａと重なる位置には、外装材２１０の密封性を高めるように、タブテープ２２６及びタブテープ２２７をさらに備えることができる。
上記のように形成された二次電池は、過電流、過放電または、過充電などの安全上の問題を解決するための保護素子がその一面に実装された保護回路基板をさらに備えることもできる。
また、二次電池の見掛けを保護するために、二次電池の外側にチュービングまたはラベリングをさらに実施することもできる。すなわち、二次電池の外側面を覆うようにチューブ形態またはラベル形態の外装を設けて、二次電池の外側を保護するように構成することもできる。
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、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、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、電極組立体及びそれを備えた二次電池に適用可能である。
本発明の実施の形態にかかる電極組立体を示す分解斜視図である。 本発明の実施の形態にかかる電極組立体の電極板の構成を示す平面図である。 本発明の実施の形態にかかる電極組立体の電極板の構成を示す側面図である。 本発明の実施の形態の変更例による電極組立体の電極板の構成を示す側面図である。 本発明の実施の形態にかかる電極組立体が缶に収容された二次電池を示す斜視図である。 本発明の実施の形態にかかる電極組立体がパウチに収容された二次電池を示す斜視図である。
符号の説明
１０、１２０、２２０ 電極組立体
２０ 陽極板
２１ 陽極集電体
２２ 陽極活物質層
２３ 陽極集電体露出領域（陽極無地部）
２４ 陽極タブ
２５、３５ 保護部材
２６、２６’、３６ 絶縁部材
２６ａ、２６ａ’ 接着層
２６ｂ、２６ｂ’ 絶縁フィルム
３０ 陰極板
３１ 陰極集電体
３２ 陰極活物質層
３３ 陰極集電体露出領域（陰極無地部）
３４ 陰極タブ
４０、１２５、２２５ セパレータ
１００、２００ 二次電池
１１０、２１０ 外装材
１２１、１２３、２２１、２２３ 電極タブ
１２２、１２４、２２２、２２４ 電極板
１３０ キャップ組立体
１３１ キャッププレート
１３１ａ 端子通孔
１３１ｂ 電解液注入口
１３１ｃ 電解液注入口栓
１３２ 電極端子
１３３ ガスケット
１３４ 絶縁プレート
１３５ ターミナルプレート
１３６ 絶縁ケース
１３６ａ 電解液注入通孔
１３６ｂ 引出し溝（引出しグルーブ）
１３６ｃ 引出し孔（引出しホール）
２１０ａ 熱融着層
２１０ｂ 金属層
２１０ｃ 絶縁膜
２１１ 上部外装材
２１１ａ 上部シーリング部
２１２ 下部外装材
２１２ａ 下部シーリング部
２２６、２２７ タブテープ
Ａ、Ｂ 不均一領域
Ｃ 均一領域

Claims (15)

  1. 陽極集電体と、前記陽極集電体上に形成された陽極活物質層と、前記陽極集電体上に設けられた陽極集電体露出領域とを備えた陽極板と、
    陰極集電体と、前記陰極集電体上に形成された陰極活物質層と、前記陰極集電体上に設けられた陰極集電体露出領域とを備えた陰極板と、
    前記陽極板と前記陰極板との間に介在されるセパレータとを含み、
    前記陽極活物質層または／および前記陰極活物質層の電極組立体の巻き取り方向の両端のうちの少なくともいずれかの端部に隣接して、前記陽極集電体露出領域または前記陰極集電体露出領域の少なくとも一面に配設される絶縁部材を備え、
    前記陽極活物質層及び前記陰極活物質層は、陽極用スラリーまたは陰極用スラリーが均一に塗布された均一領域及び、前記陽極用スラリーまたは前記陰極用スラリーが均一に塗布されない不均一領域を有し、
    前記絶縁部材は、接着層と前記接着層の一面に付着される絶縁フィルムからなり、
    前記接着層は、前記陽極活物質層または前記陰極活物質層の前記電極組立体の巻き取り方向の両端部の前記不均一領域に隣接して位置し、かつ、前記陽極活物質層または前記陰極活物質層と接触しないように設けられ、
    前記絶縁フィルムは、前記不均一領域を覆うことを特徴とする電極組立体。
  2. 前記接着層は、前記陽極活物質層または前記陰極活物質層の前記電極組立体の巻き取り方向の両端部の各端部から、３．５ｍｍ以内の間隔で離隔されて設けられることを特徴とする、請求項１に記載の電極組立体。
  3. 前記絶縁部材の前記接着層と前記絶縁フィルムとを合わせた厚さは、前記陽極活物質層または前記陰極活物質層の前記均一領域の厚さと同一であることを特徴とする、請求項１に記載の電極組立体。
  4. 前記不均一領域は、前記陽極用スラリーまたは前記陰極用スラリーを塗布する際の、塗布開始領域及び塗布終了領域であることを特徴とする、請求項１に記載の電極組立体。
  5. 前記塗布開始領域は前記均一領域の厚さよりも厚く形成され、前記塗布終了領域は前記均一領域の厚さよりも薄く形成されることを特徴とする、請求項４に記載の電極組立体。
  6. 前記塗布開始領域に隣接して形成された前記絶縁部材の前記接着層と前記絶縁フィルムとを合わせた厚さは、前記塗布開始領域の厚さと同一であることを特徴とする、請求項４に記載の電極組立体。
  7. 外装材と；
    前記外装材に収容され、
    陽極集電体と、前記陽極集電体上に形成された陽極活物質層と、前記陽極集電体上に設けられた陽極集電体露出領域と、を備えた陽極板と、
    陰極集電体と、前記陰極集電体上に形成された陰極活物質層と、前記陰極集電体上に設けられた陰極集電体露出領域と、を備えた陰極板と、
    前記陽極板と前記陰極板との間に介在されるセパレータと、
    を含む電極組立体と；
    を含み、
    前記電極組立体は、前記陽極活物質層または／および前記陰極活物質層の前記電極組立体の巻き取り方向の両端のうちの少なくともいずれかの端部に隣接して、前記陽極集電体露出領域または前記陰極集電体露出領域の少なくとも一面に配設される絶縁部材を備え、
    前記陽極活物質層及び前記陰極活物質層は、陽極用スラリーまたは陰極用スラリーが均一に塗布された均一領域及び、前記陽極用スラリーまたは前記陰極用スラリーが均一に塗布されない不均一領域を有し、
    前記絶縁部材は、接着層と前記接着層の一面に付着される絶縁フィルムからなり、
    前記接着層は、前記陽極活物質層または前記陰極活物質層の前記電極組立体の巻き取り方向の両端部の前記不均一領域に隣接して位置し、かつ、前記陽極活物質層または前記陰極活物質層と接触しないように設けられ、
    前記絶縁フィルムは、前記不均一領域を覆うことを特徴とする二次電池。
  8. 前記外装材の形状は、円筒型、角柱型または、角に丸みを有する柱型のうちのいずれかの形状に形成されることを特徴とする、請求項７に記載の二次電池。
  9. 前記外装材は、一方の端部に開口部が形成され、前記開口部にキャップ組立体が装着されることを特徴とする、請求項８に記載の二次電池。
  10. 前記外装材は、パウチ型であることを特徴とする、請求項７に記載の二次電池。
  11. 前記接着層は、前記陽極活物質層または前記陰極活物質層の前記電極組立体の巻き取り方向の端部から、３．５ｍｍ以内の間隔で離隔されて設けられることを特徴とする、請求項７に記載の二次電池。
  12. 前記絶縁部材の前記接着層と前記絶縁フィルムとを合わせた厚さは、前記陽極活物質層または前記陰極活物質層の前記均一領域の厚さと同一であることを特徴とする、請求項７に記載の二次電池。
  13. 前記不均一領域は、前記陽極用スラリーまたは前記陰極用スラリーを塗布する際の、塗布開始領域及び塗布終了領域であることを特徴とする、請求項７に記載の二次電池。
  14. 前記塗布開始領域は前記均一領域の厚さよりも厚く形成され、前記塗布終了領域は前記均一領域の厚さよりも薄く形成されることを特徴とする、請求項１３に記載の二次電池。
  15. 前記塗布開始領域に隣接して形成された前記絶縁部材の前記接着層と前記絶縁フィルムとを合わせた厚さは、前記塗布開始領域の厚さと同一であることを特徴とする、請求項１３に記載の二次電池。
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