JP5512088B2 - パウチ型リチウム二次電池 - Google Patents
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Description
本発明は、パウチ型リチウム二次電池に関し、より詳しくは、セルサイズの小型化に適合可能なパウチ型リチウム二次電池に関する。
一般に、リチウム二次電池は、リチウムと水分の反応を得るため、非水性電解質を用いる。このような電解質は、リチウム塩を含む固体ポリマーであるか、リチウム塩が有機溶媒に解離された液体であることができる。
リチウム二次電池は、電解質の種類によって、液体電解質を用いるリチウム金属電池およびリチウムイオン電池、また、高分子固体電解質を用いるリチウムイオンポリマー電池に区分できる。リチウムイオンポリマー電池は、高分子固体電解質の種類によって、有機電解液が含有されてない完全固体型リチウムイオンポリマー電池と、有機電解液を含むゲル(ｇｅｌ)状の高分子電解質を用いるリチウムイオンポリマー電池に分けられる。
リチウムイオンポリマー電池では、金属ホイルとこのホイルを覆う１つ以上のポリマー膜で構成された多層膜パウチをリチウムイオン電池の金属缶の代わりに使用できる。このような多層膜パウチを用いる場合、金属缶の使用に比して重量を著しく低減することができるという長所がある。このような多層膜パウチのホイルをなす金属として、通常、アルミニウムが用いられる。また、パウチ膜の内層をなすポリマー膜は、電解質から金属ホイルを保護すると共に正極と負極、そして電極タブの間の短絡を防止する。
パウチ型リチウム二次電池を形成するためには、まず、正極、セパレータ、負極を積層し、または積層後に巻取してなる電極組立体をパウチ内に配置する。また、パウチの開放された端部で上下部のパウチ膜を加熱融着させることで、密封されたパウチ形態のベアセル電池が製造される。
パウチ形態のベアセル電池は、一般に、一側に電極組立体と接続された２つの電極タブが引出され、２つの電極タブとパウチが接触する部位には保護テープが設けられることで、シーリング時にも電極タブがパウチとの絶縁状態を維持する。この時、パウチに保護テープが設けられるシーリング部位には、電極タブごとに保護テープの幅より小さな幅で段差部が形成される。このような段差部で電極タブに対応する領域では、圧力集中が低減してパウチの金属層と電極タブとの間の短絡の危険性が低減し、段差部の周辺領域では、実質的なシーリング圧力が加えられてシーリング性が向上する。
しかしながら、最近、パウチ型リチウム二次電池では、電池のサイズが大幅に小型化されており、電極タブが引出される面での長さ方向である電池の幅も次第に短くなっている。このように幅が短い電池は、引出される電極タブの間の間隔も非常に狭くなる。
電極タブの間の間隔が狭い電池は、シーリング工程時に段差部が形成される位置に電極タブを正確にセッティングしにくい。従って、電極タブが段差部の形成位置から外れた場合には、電極タブ間が短絡したり、シーリング不良が発生したりするという問題がある。
特に、幅が短い電池は、電極タブを電極板に熔接する工程が容易ではなく、電極タブの間の間隔誤差を低減するとともに、電極タブ周辺のシーリング状態を良好に維持することが困難であるという問題がある。
本発明は、従来の問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、電極タブが引出されるパウチケースのシーリング部位での品質を安定化して製品の信頼度を向上させたパウチ型リチウム二次電池を提供することにある。
本発明の他の目的は、電池の組立およびシーリング工程の作業性を向上させて製造工程の効率を向上させたパウチ型リチウム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は、相異なる極性を有する２つの電極にそれぞれ連結された電極タブを備える電極組立体と、上記２つの電極タブが外部に引出された状態で上記電極組立体を収納するケースとを含み、上記ケースのシーリング部位に上記２つの電極タブが引出される１つの段差部が形成されることを特徴とする。
上記２つの電極タブは、絶縁部材で包まれてもよい。
上記２つの電極タブは、上記絶縁部材と共に上記段差部の領域内に配置されてもよい。
また、上記絶縁部材は、両方の外側端の一部が上記段差部の領域外に形成されてもよい。
上記２つの電極タブは、絶縁部材でそれぞれ包まれてもよい。
上記２つの電極タブの絶縁部材は、上記段差部の領域内でお互いに隣接する側辺を重ねた状態で形成されてもよい。
上記絶縁部材は、お互いに隣接する側辺がお互いに接した状態で上記２つの電極タブにそれぞれ巻回されるか、または上記絶縁部材は、お互いに隣接する側辺が離隔された状態で上記２つの電極タブにそれぞれ巻回されるか、または上記絶縁部材は、お互いに隣接する側辺がお互いに係合した形状で上記２つの電極タブにそれぞれ巻回されてもよい。
また、上記２つの電極タブは、１つの絶縁部材で包まれてもよい。
上記絶縁部材は、テープ状の部材でもよい。
上記２つの電極タブは１つの結合部材に固定されてもよい。
上記結合部材には、上記２つの電極タブが結合されるタブ孔が形成されてもよい。
上記結合部材は、アイソレータで形成されてもよい。
上記２つの電極タブは、上記電極組立体の２つの電極板で後段の無地部にそれぞれ付着されてもよい。
本発明によるパウチ型リチウム二次電池は、電極タブが引出されるパウチケースのシーリング部位での品質を安定化して製品の信頼度を向上させることができる。
また、本発明は電池の組立およびシーリング工程の作業性を向上させて製造工程の効率を向上させることができる。
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形態について詳細に説明する。なお、本明細書および図面において、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。
図１〜図４は、本発明の一実施形態によるパウチ型リチウム二次電池を示したものである。
図１は、パウチ型リチウム二次電池において、パウチケースのシーリングを行う前の状態の構成を示した分解斜視図であり、図２はパウチケースのシーリングを行った後の状態を示した斜視図である。また、図３は図２の正面図であり、図４は図２の平面図である。
図１に示すように、パウチ型リチウム二次電池１００は、電極組立体１１０と、電極組立体１１０を密封して収納するケース１２０とを備える。
電極組立体１１０は、電池部１１１と、上記電池部１１１の２つの電極にそれぞれ連結される正極タブ１１２および負極タブ１１３とを含む。
電池部１１１は、正極板１１６と、負極板１１７および上記電極板１１６、１１７との間に介在されるセパレータ１１８を含む。電池部１１１の組立は、正極板１１６と負極板１１７との間にセパレータ１１８を介在した後、これらを共に巻取することからなる。電池部１１１の正極板１１６は、正極タブ１１２に連結され、負極板１１７は負極タブ１１３に連結されて正極タブ１１２と負極タブ１１３はそれぞれ外部の端子に連結される。正極タブ１１２と負極タブ１１３には、それぞれケース１２０との絶縁を行うために保護テープ１１４、１１５が巻回されている。
パウチケース１２０は、電池部１１１が収納される下部ケース１２２と、下部ケース１２２の上面を封止する上部ケース１２１により構成される。上下部ケース１２１、１２２の端部の三辺には、接合されるシーリング部１２３が形成される。
図２〜図４は、ケース１２０の内部に電極組立体１１０を収納してケース１２０を密封した後の状態のパウチ型リチウム二次電池が示されている。
図２〜図４に示すように、本発明の一実施形態によるパウチ型リチウム二次電池には、ケース１２０のシーリング部１２３に２つの電極タブ１１２、１１３が共に引出される１つの段差部１２４が形成される。
密封されたパウチ型リチウム二次電池１００は、下部ケース１２２の内部に電池部１１１が収納され、正極タブ１１２と負極タブ１１３が下部ケース１２２の外部に引出された状態で、上部ケース１２１が下部ケース１２２を密封する。この時、正極タブ１１２と負極タブ１１３は、上下部ケース１２１、１２２と接触する部位が保護テープ１１４、１１５で巻回されてシーリング部１２３で封止密閉される。
このように封止されたケース１２０のシーリング部１２３には、正極タブ１１２と負極タブ１１３が引出される部位に段差部１２４が形成される。段差部１２４には、正極タブ１１２と負極タブ１１３が共に位置する。
段差部１２４は、上下部ケース１２１、１２２のシーリング部１２３が密封された後に、上下部のジグ(図示せず)を用いてシーリング部１２３で２つの電極タブ１１２、１１３が引出された部位を圧着して形成される。
２つの電極タブ１１２、１１３が共に位置する段差部１２４において、正極タブ１１２および負極タブ１１３に対応する領域では、圧力集中を低減することでパウチケース１２０から外部に露出される金属層と２つの電極タブとの間の短絡の危険性が低減する。また、段差部１２４以外のシーリング部１２３の領域では、シーリング圧力を増大させてシーリング部１２３のシーリング性が向上する。
シーリング部１２３に形成された段差部１２４の幅(Ｄ)は、正極タブ１１２と負極タブ１１３の外側端の間の距離(Ｄ１)より大きく形成される。これは、段差部１２４の形成時に２つの電極タブ１１２、１１３間の短絡を防止するためである。
また、段差部１２４の幅(Ｄ)は、電極タブの保護テープ１１４、１１５の外側端の間の距離(Ｄ２)よりは小さく形成される。これは、電極タブ１１２、１１３および保護テープ１１４、１１５がシーリング部１２３から引出されるセッティング位置との誤差に対する余裕を有することで、シーリング不良を防止するためである。
図２〜図４に示す本発明の一実施形態によるパウチ型リチウム二次電池は、正極タブ１１２を保護テープ１１４で巻回し、負極タブ１１３を保護テープ１１５で巻回する。即ち、２つの電極タブ１１２、１１３は、それぞれの保護テープ１１４、１１５により巻回された状態でシーリング部１２３を介して引出され、２つの電極タブ１１２、１１３は共に段差部１２４の領域内に配置される。
２つの電極タブの保護テープ１１４、１１５は、段差部１２４の内部で一側辺がお互いに隣接して重なる。このようにお互いに重なる保護テープ１１４、１１５によって段差部１２４の領域内では、シーリング状態が形成される。
上述のように段差部１２４の領域内に位置する２つの電極タブに巻回された保護テープは、電極タブ１１２、１１３に巻回される形態を多様に実施される。
図５〜図８には、本発明の一実施形態について電極タブに保護テープが巻回される形態の様々な変形例が示されている。
図５は、電極タブに巻回された保護テープの間の一側辺がお互いに接している状態を示し、図６は電極タブに巻回された保護テープの間の一側辺がお互いに離隔された状態を示し、図７は電極タブに巻回された保護テープの間の一側辺がお互いに係合する凹凸形態の状態を示し、図８は図７のＶＩＩＩ部の拡大図である。
図５に示すように、保護テープ１１４Ａと保護テープ１１５Ａとは、お互いに隣接する一側辺が接した状態でそれぞれ正極タブ１１２と負極タブ１１３を巻回する。図５に示すように、保護テープが電極タブに巻回された状態でお互いに隣接する一側辺が接するようになる。または、お互いに隣接する一側辺の一部が重なることもできる。このように保護テープ１１４Ａと保護テープ１１５Ａがお互いに接し、または一部が重なるように形成された状態でシーリング部１２３に段差部１２４が形成さると、保護テープ１１４Ａと保護テープ１１５Ａは段差部１２４の領域内でシーリング状態を形成する。
また他の変形例として、図６に示すように、保護テープ１１４Ｂと保護テープ１１５Ｂがお互いに隣接する一側辺が微小な間隔(ｄ)を有して離隔された状態で正極タブ１１２と負極タブ１１３を巻回する。このような間隔(ｄ)は、電極タブ１１２、１１３の間の幅が非常に狭いので、非常に微細な間隔で形成される。このような間隔(ｄ)を有して保護テープが設けられた状態でも、シーリング部１２３に段差部１２４が形成されて保護テープ１１４Ｂと保護テープ１１５Ｂは段差部１２４の内部でシーリング状態を形成する。
また、他の変形例は図７および図８に示すように、正極タブ１１２の保護テープ１１４Ｃと負極タブ１１３の保護テープ１１５Ｃとの間は、保護テープ１１４Ｃの凸部１１４Ｃ'と保護テープ１１５Ｃの凸部１１５Ｃ'が交番して遮断される。即ち、正極タブの保護テープ１１４Ｃの一側辺には、凸部１１４Ｃ'と凹部１１４Ｃ"が交番して形成され、負極タブの保護テープ１１５Ｃの一側辺にも凸部１１５Ｃ'と凹部１１５Ｃ"が交番して形成される。従って、凸部１１４Ｃ'が凹部１１５Ｃ"に挿入されて凸部１１５Ｃ'が凹部１１４Ｃ"に挿入されて保護テープ１１４Ｃと保護テープ１１５Ｃの対向する一側辺が相互に凹凸の形態で結合される。
このような凹凸形態の結合構造によって正極タブの保護テープ１１４Ｃと負極タブの保護テープ１１５Ｃのお互いに隣接する一側辺の間の領域は、狭くて長い経路が形成される。従って、シーリング工程を行えば、保護テープ１１４Ｃ、１１５Ｃの間の狭くて長い経路の一部のみが閉鎖された状態でもシーリングがなされる。
図９は、本発明の他の実施形態によるパウチ型リチウム二次電池の平面図である。
本発明の他の実施形態によるパウチ型リチウム二次電池２００は、正極タブ２１２および負極タブ２１３を１つの保護テープ２１４で巻回して構成される。
このように１つの保護テープ２１４によって巻回されることで、正極タブ２１２と負極タブ２１３との間の間隔が一定に維持される。また、ケース２２０のシーリング部２２３に２つの電極タブ２１２、２１３をセッティングする作業が容易になる。
また、ケース２２０のシーリング部２２３に形成された１つの段差部２２４の領域内で２つの電極タブ２１２、２１３のシーリング性が向上する。
図１０および図１１は、図９による本発明の他の実施形態に関連する、さらに他の実施形態を示したものである。
図１０は、本発明のさらに他の実施形態による電池部に電極タブが付着された状態を示し、図１１は図１０によって組立てられた電極組立体をパウチケースの内部に収納して密封されたパウチ電池の断面図である。
図１０、１１に示したように、本発明のさらに他の実施形態によるパウチ型リチウム二次電池３００は、正極タブ３１２と負極タブ３１３を１つの結合部材３１４にあらかじめ結合させて構成される。
結合部材３１４には、長方形に形成された本体部を貫通する２つのタブ孔３１４ａ、３１４ｂが形成される。タブ孔３１４ａ、３１４ｂには、それぞれ正極タブ３１２と負極タブ３１３が結合される。結合部材３１４は、絶縁性の物質により形成される。
以下、上述のように構成されたパウチ型リチウム二次電池３００の組立工程を説明する。
まず、正極板３１５と負極板３１７との間にセパレータ３１６を介在した状態で電池部３１１を巻取する。巻取が完了した電池部３１１には、正極板３１５の後段で電極活物質が形成されない無地部に正極タブ３１２が付着され、負極板３１６の後段の無地部に負極タブ３１３が付着される。この時、正極タブ３１２と負極タブ３１３は、結合部材３１４であらかじめ結合されていて電極タブ３１２、３１３の間の間隔は一定に維持される。従って、電極タブ３１２、３１３の間の間隔誤差が生じ難くなる。
電極タブが付着された電極組立体３１０は、下部ケース３２２に収納され、上部ケース３２１が下部ケース３２２に接合される。この時、電極タブ３１２、３１３が固定された結合部材３１４はシーリング部３２３に密封される。シーリング部３２３には、１つの段差部３２４が形成され、結合部材３１４は段差部３２４の領域内にシーリングされる。
ケース３２０の下部ケース３２２に収納される過程において、電極組立体３１０の電極タブ３１２、３１３は、ケース３２０のシーリング部３２３と水平の状態で引出される。これは、正極タブ３１２と負極タブ３１３が電池部３１１の最外側部位に付着されるためである。従って、電極組立体３１０を下部ケース３２２に収納する時、電極タブ３１２、３１３の位置の管理が容易になるという利点がある。
このような実施形態において、幅が短い電池で電極タブを電極板に付着させる時の作業性が向上される。また、上下部ケースの密封時に電極タブとケースのシーリング部での密閉性が向上される。また、電極組立体がケースに収納された状態で電極タブの位置を管理する工程が容易になるという効果がある。
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。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。
１００、２００、３００ パウチ型リチウム二次電池
１１０、２１０、３１０ 電極組立体
１１１、２１１、３１１ 電池部
１１２、２１２、３１２ 正極タブ
１１３、２１３、３１３ 負極タブ
１１４、１１５、１１４Ａ、１１５Ａ、１１４Ｂ、１１５Ｂ、１１４Ｃ、１１５Ｃ 保護テープ
１１６、３１５ 正極板
１１７、３１７ 負極板
１１８、３１６ セパレータ
１２０、２２０、３２０ ケース
１２１、２２１、３２１ 上部ケース
１２２、２２２、３２２ 下部ケース
１２３、２２３、３２３ シーリング部
１２４、２２４、３２４ 段差部
１１０、２１０、３１０ 電極組立体
１１１、２１１、３１１ 電池部
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１１４、１１５、１１４Ａ、１１５Ａ、１１４Ｂ、１１５Ｂ、１１４Ｃ、１１５Ｃ 保護テープ
１１６、３１５ 正極板
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１１８、３１６ セパレータ
１２０、２２０、３２０ ケース
１２１、２２１、３２１ 上部ケース
１２２、２２２、３２２ 下部ケース
１２３、２２３、３２３ シーリング部
１２４、２２４、３２４ 段差部
Claims (2)
- 相異なる極性を有する２つの電極にそれぞれ連結された電極タブを備える電極組立体と、前記２つの電極タブが外部に引出された状態で前記電極組立体を収納するケースとを含み、
前記ケースのシーリング部位に前記２つの電極タブが引出される１つの段差部が形成され、
前記２つの電極タブは、絶縁部材でそれぞれ巻回され、
前記２つの電極タブは、前記絶縁部材と共に前記段差部の領域内に配置され、
前記絶縁部材は、両方の外側端の一部が前記段差部の領域外に形成され、
別部材である前記２つの電極タブの絶縁部材は、前記段差部の領域内でお互いに隣接する側辺がお互いに係合した状態で前記２つの電極タブにそれぞれ巻回されることを特徴とする、パウチ型リチウム二次電池。 - 前記絶縁部材は、テープ状の部材であることを特徴とする、請求項１に記載のパウチ型リチウム二次電池。
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