JP6261110B2 - 二次電池 - Google Patents

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Description

本発明は、二次電池に関する。
携帯電話、ノート型パソコンなどのモバイル機器についての技術開発及び生産増加に伴って、エネルギー源として二次電池の需要が急増しつつある。最近は、化石燃料に替わる代替エネルギー源として、或いは電気自動車、ハイブリッド自動車のエネルギー源としての用途にも活発な研究開発が進んでいる。
二次電池の一類型では、ゼリーロール状に製作された電極組立体をプレス加圧してケースに収容する。この時、電極板のローディングレベルが高い場合、ゼリーロール内部の電極板はベンディング曲率が非常に小さくてほぼ折り曲げられ、電極板の割れなどの損傷が発生する。二次電池のエネルギー密度を高めるためには、電極板のローディングレベルを高めねばならないが、電極板の損傷によってローディングレベルに限界がある。
本発明の一実施形態は、電極板の損傷が防止される高エネルギー密度の二次電池を提供する。
本発明の一実施形態による二次電池は、互いに積層された第1及び第2電極板を備える第1電極組立体と、前記第1電極組立体を巻取り中心として、第1電極組立体の外周に沿って共に巻き取られた第3及び第4電極板を備える第2電極組立体と、を備える。
例えば、前記第1電極組立体は、前記第1及び第2電極板の間に積層された第1セパレータをさらに備え、前記第2電極組立体は、前記第3及び第4電極板と共に巻取られる第2セパレータをさらに備える。
例えば、前記第2電極組立体のうち、前記第2セパレータは、前記第1電極組立体の外周を取り囲む最内側ターンを形成し、前記第2セパレータの外側に、第3電極板及び第4電極板が順次に配され、前記第3及び第4電極板の間には第3セパレータが介在される。
例えば、記第1電極組立体と第2電極組立体との互いに対向する電極板同士は、互いに反対極性に対向する。
例えば、前記第1電極組立体の外側両側には第2電極板が配され、前記第2電極組立体の最内側ターンを形成する第2セパレータの次に内側に配された第3電極板は、前記第2電極板と反対極性を持つ。
例えば、前記第2電極板は正極で形成され、前記第3電極板は負極で形成される。
例えば、前記第1電極組立体と第2電極組立体との互いに対向する電極板同士は、互いに同じ極性に対向する。
例えば、前記第1電極組立体の外側両側には第2電極板が配され、前記第2電極組立体の最内側ターンを形成する第2セパレータの次に内側に配された第3電極板は、前記第2電極板と同じ極性を持つ。
例えば、前記第2及び第3電極板は、負極で形成される。
例えば、前記第2電極組立体のコーナー部分は、前記第1電極組立体の角部分を取り囲み、前記第2電極組立体の全体軌跡により最小曲率半径を形成する。
例えば、前記第1電極組立体の積層厚さは、前記第2電極組立体の第3電極板または第4電極板の電極板の厚さの10〜30倍に形成される。
例えば、前記第1電極組立体の積層厚さは、前記第2電極組立体の厚さより薄い。ここで、前記第2電極組立体の厚さは、前記第1電極組立体の積層方向に沿って第2電極組立体の部分的な厚さを合算したものである。
例えば、前記第1電極組立体の一側に形成された第1電極板の無地部と、前記第2電極組立体の一側に形成された第3電極板の無地部と、を備える。
例えば、前記第2極性の接続部は、前記第1電極組立体の反対側に形成された第2電極板の無地部と、前記第2電極組立体の反対側に形成された第4電極板の無地部と、を備える。
例えば、前記第1極性の接続部に結合される第1集電部材と、前記第2極性の接続部に結合される第2集電部材と、をさらに備える。
例えば、前記第1集電部材と電気的に連結され、前記第1及び第2電極組立体を収容したケースの外部に引き出される第1電極端子と、前記第2集電部材と電気的に連結され、前記第1及び第2電極組立体を収容したケースの外部に引き出される第2電極端子と、をさらに備える。
本発明の望ましい一実施形態による二次電池を示す斜視図である。 図1に示した二次電池の分解斜視図である。 図1のIII−III線の断面図である。 理解の便宜のために、図3を再構成した図面である。 第2電極組立体の損傷による充放電容量の減少を示す図面である。 電極板の厚さによって要求される最小限の積層厚さを表示するグラフである。 本発明の他の実施形態による二次電池を示す断面図である。 本発明の他の実施形態による二次電池を示す断面図である。 図1の二次電池と電極端子との連結構造を説明するための図面である。 本発明の他の実施形態による二次電池の分解斜視図である。 図10に示した二次電池のXI−XI線の断面図である。
以下、添付した図面を参照して本発明の望ましい一実施形態に関する二次電池について説明する。
図1は、本発明の望ましい一実施形態による二次電池を示す斜視図である。図面を参照すれば、前記二次電池は、第1電極組立体110と、前記第1電極組立体110を巻取り中心とし、その外周に沿ってロール状に巻き取られた第2電極組立体120とを備える。
前記第1電極組立体110は、幅方向(Z1方向)に一側に形成された第1極性の接続部11a’と、反対側に形成された第2極性の接続部21a’とを備える。同様に、前記第2電極組立体120は、幅方向(Z1方向)に一側に形成された第1極性の接続部31a’と、反対側に形成された第2極性の接続部41a’とを備える。
前記第1及び第2電極組立体110、120は、前記第1極性の接続部11a’、31a’と、第2極性の接続部21a’、41a’とで共通に束ねられて例えば溶接結合により並列的に連結され、前記第1及び第2極性の接続部11a’、21a’、31a’、41a’は、充放電電力フローの両端を形成する負極及び正極を形成する。
さらに具体的に、第1及び第2電極組立体110、120の第1極性の接続部11a’、31a’は、電極組立体110、120の幅方向(Z1方向)に一側に互いに共通に束ねられて一極性、例えば、負極側を形成する。また、第1及び第2電極組立体110、120の第2極性の接続部21a’、41a’は、電極組立体110、120の幅方向(Z1方向)に反対側に互いに共通に束ねられて例えば溶接結合されて反対極性、例えば、正極側を形成する。
前記第1及び第2極性の接続部11a’、21a’、31a’、41a’は、第1及び第2電極組立体110、120を形成する電極板10、20、30、40の一部(例えば、電極板の無地部)で形成される。後述するように、前記第1及び第2極性の接続部11a’、21a’、31a’、41a’には第1及び第2集電部材(図示せず)が結合される。例えば、第1及び第2電極組立体110、120の一側に取り合わせられた第1極性の接続部11a’、31a’は、第1集電部材と連結されて充放電パスを形成し、第1及び第2電極組立体110、120の反対側に取り合わせられた第2極性の接続部21a’、41a’は、第2集電部材と連結されて充放電パスを形成する。
前記第2電極組立体120は、第1電極組立体110を巻取り中心とし、第1電極組立体110の外周に沿ってロール状に巻き取られる。前記第1電極組立体110は、第2電極組立体120の巻取り中心を形成し、第2電極組立体120の曲率半径を適正以上に保持させることで、第2電極組立体120の巻取り過程や、巻取り後に楕円状に平たくプレス成形される加圧成形で、第2電極組立体120に無理な変形が強制されることで引き起こされる電極板30、40の損傷、例えば、電極板30、40の破断や電極活物質の脱落などを予防する。
図2は、図1に示した二次電池の分解斜視図である。図面を参照すれば、第1電極組立体110は、第1セパレータ51を介して第1及び第2電極板10、20を交互に積層した積層型構造に形成される。すなわち、一定サイズ単位で形成された第1及び第2電極板10、20が、第1セパレータ51を介して交互に積層される。前記第1セパレータ51は、前記第1及び第2電極板10、20の間でこれらを互いに隔離させ、正負極間の内部短絡を防止する。
前記第1電極組立体110は、第2電極組立体120の巻取り中心を形成し、その外周に沿って巻き取られる第2電極組立体120の曲率半径を適正以上に保持させることで、第2電極組立体120の巻取り過程や、巻取り後の加圧成形で発生する第2電極組立体120の損傷を防止する。
前記第1電極板10は、第1電極集電体11と、前記第1電極集電体11の少なくとも一面に形成された第1電極活物質15とを備える。前記第1電極集電体11は、第1電極活物質15で発生する電荷の移動通路を提供し、第1電極活物質15を支持する機能を行う。
前記第1電極活物質15は、電極活物質、バインダー、導電剤からなる電極合剤を溶媒に分散させてスラリー状に作った後、これを第1電極集電体11の少なくとも一面に塗布した後、乾燥及び圧縮して形成される。
前記第1電極板10には、第1電極活物質15が形成されていない無地部11aが形成される。例えば、第1電極板10の幅方向(Z1方向)の少なくとも一側端部には第1電極活物質15が形成されず、第1電極集電体11が露出される無地部11aが形成される。
前記無地部11aは、第1電極板10の電荷を外部に引き出すための第1極性の接続部11a’(図1参照)を形成する。但し、本発明の他の実施形態で、前記無地部11a上に別途の電極タップ(図示せず)が形成され、前記電極タップが第1極性の接続部11a’を形成することもある。
前記第2電極板20は、第2電極集電体21と、前記第2電極集電体21の少なくとも一面に形成された第2電極活物質25とを備える。前記第2電極集電体21は、第2電極活物質25で発生する電荷の移動通路を提供して、第2電極活物質25を保持する機能を行う。
前記第2電極活物質25は、電極活物質、バインダー、導電剤などからなる電極合剤を溶媒に分散させてスラリー状にした後、これを第2電極集電体21の少なくとも一面に塗布した後、乾燥及び圧縮して形成される。
前記第2電極板20には、第2電極活物質25の形成されていない無地部21aが形成される。例えば、第2電極板20の幅方向(Z1方向)の少なくとも一側端部(但し、前記無地部11aが形成された一側端部に対しては後述のように反対側になる)には第2電極活物質25が形成されず、第2電極集電体21が露出される無地部21aが形成される。例えば、前記第2電極板20の無地部21aは、第1電極板10の無地部11aと反対側に形成される。
前記無地部21aは、第2電極板20の電荷を外部に引き出すための第2極性の接続部21a’(図1参照)を形成する。但し、本発明の他の実施形態で、前記無地部21a上に別途の電極タップ(図示せず)が形成され、前記電極タップが第2極性の接続部21a’を形成することもある。
前記第1及び第2電極板10、20は、第1セパレータ51を介して互いに積層され、前記第1セパレータ51は、前記第1及び第2電極板10、20の間で正負極間の短絡を防止する。前記第1セパレータ51は高いイオン透過度を持ち、機械的な強度を持つ多孔性フィルムで形成され、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリマー素材で形成される。
一方、前記第2電極組立体120は、第1電極組立体110を巻取り中心として、長いシート状の第3及び第4電極板30、40をロール状に巻き取った巻取り型構造を持つ。前記第3電極板30の内側には、巻取り中心を形成する第1電極組立体110との電気的な絶縁のための第2セパレータ52が介在される。また、前記第3及び第4電極板30、40の間には、第3及び第4電極板30、40を互いに隔離させ、正負極間の内部短絡を防止するための第3セパレータ53が介在される。
前記第3及び第4電極板30、40及び第2及び第3セパレータ52、53は、前記第1電極組立体110を巻取り中心として、前記第1電極組立体110を取り囲むように内側から外側方向へ螺旋状に延びる。例えば、前記第2電極組立体120は、第1電極組立体110を巻取り中心として多重に第1電極組立体110を取り囲む。
例えば、前記第2セパレータ52は、前記第2電極組立体120の最内側ターンを形成することができ、第1電極組立体110の外面を一回取り囲んで螺旋状に巻き取られる。そして、第2セパレータ52の次に内側に配された第3電極板30は、第2セパレータ52を介して第1電極組立体110と対面し、第1電極組立体110の外面に形成された第2電極板20と対面する。この時、前記第2及び第3電極板20、30は、互いに反対極性同士で対面することで、二次電池の蓄電面積を増やして提供し、二次電池の充放電容量を増大させる。
前記第3電極板30は、第3電極集電体31と、前記第3電極集電体31の少なくとも一面に形成された第3電極活物質35とを備える。前記第3電極板30には、第3電極活物質35が形成されていない無地部31aが形成される。例えば、第3電極板30の幅方向(Z1方向)の少なくとも一側端部には第3電極活物質35が形成されず、第3電極集電体31が露出される無地部31aが形成される。
前記無地部31aは、第3電極板30の電荷を外部に引き出すための第1極性の接続部31a’(図1参照)を形成する。但し、本発明の他の実施形態で、前記無地部31a上に別途の電極タップ(図示せず)が形成され、前記電極タップが第1極性の接続部31a’を形成することもある。
前記第4電極板40は、第4電極集電体41と、前記第4電極集電体41の少なくとも一面に形成された第4電極活物質45とを備える。前記第4電極板40には、第4電極活物質45が形成されていない無地部41aが形成される。例えば、第4電極板40の幅方向(Z1方向)の少なくとも一側端部(但し、前記無地部31aが形成された一側端部に対しては後述のように反対側になる)には第4電極活物質45が形成されず、第4電極集電体41が露出される無地部41aが形成される。例えば、前記第4電極板40の無地部41aは、前記第3電極板30の無地部31aと反対側に形成される。
前記無地部41aは、第4電極板40の電荷を外部に引き出すための第2極性の接続部41a’(図1参照)を形成する。但し、本発明の他の実施形態で、前記無地部41a上に別途の電極タップ(図示せず)が形成され、前記電極タップが第2極性の接続部41a’を形成することもある。
前記第2及び第3セパレータ52、53は、第1及び第2電極組立体110、120の互いに対向する電極板20、30同士、または第2電極組立体120の第3及び第4電極板30、40同士の正負極間の短絡を防止する。前記第2及び第3セパレータ52、53は高いイオン透過度を持ち、機械的な強度を持つ多孔性フィルムで形成され、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリマー素材で形成される。
図3には、図1のIII−III線の断面図が示されている。理解の便宜のために、図4には、図3を再構成した図面が示されている。
図4を参照すれば、第2電極組立体120は、その巻取り中心に配された第1電極組立体110によって巻き取られて保持され、第1電極組立体110の積層厚さt1によってコーナー部分110cの曲率半径rが変わる。すなわち、第1電極組立体110を巻取り中心として、第2電極組立体120が第1電極組立体110の外周上に巻き取られる時、第2電極組立体120は、楕円状の軌跡に沿って巻き取られる。この時、第2電極組立体120の全体軌跡のうちコーナー部分120cは、最小の曲率半径rを形成し、前記曲率半径rに沿って第1電極組立体110の角部分110cを取り囲む。
例えば、図4では、第2電極組立体120のコーナー部分120cが略半円状に形成されるという仮定下で、コーナー部分120cの曲率半径rを例示的に表示したが、これは理解の便宜のためのものであり、第2電極組立体120の実際形状を描いたものではない。例えば、前記第2電極組立体120のコーナー部分120cは、内側の曲線に沿った複数の点毎に互いに異なる曲率半径rに沿って第1電極組立体110の角部分110cを取り囲む。つまり、この時、第2電極組立体120のコーナー部分120cは、内側の曲線に沿った複数の点毎に互いに異なる曲率半径rを持つ小さな円弧が組み合わせられた曲線状に形成される。
第2電極組立体120のコーナー部分120cが形成する曲率半径rは、第1電極組立体110の積層厚さt1によって増減する。すなわち、第2電極組立体120のコーナー部分120cは、第1電極組立体110の積層厚さt1が増大するにつれて、増大した曲率半径rでさらに緩やかな屈曲を形成する。このように前記コーナー部分120cが緩やかに曲げられることで、第2電極組立体120の損傷、例えば、電極板30、40の破断や活物質の脱落が防止される。これと逆に、第2電極組立体120のコーナー部分120cは、第1電極組立体110の積層厚さt1が減少するにつれて、減少した曲率半径rでさらに急激な屈曲を形成し、コーナー部分110cで電極板30、40の破断や活物質の脱落が引き起こされる。よって、適正積層厚さt1以上に形成された第1電極組立体110は、第2電極組立体120の曲率半径rを増大させて第2電極組立体120の急激な屈曲を防止し、電極板30、40の破断や活物質の脱落のような諸問題を解決する。
本発明によれば、電極板30、40のローディングレベル(loading level)、例えば、第2電極組立体120を形成する第3及び第4電極板30、40の単位面積当たり活物質の重量を増加させることで高エネルギー密度の二次電池を提供できる。この電極板30、40のローディングレベルの増加によっても、電極板30、40の破断や活物質の脱落などの第2電極組立体120の損傷が防止される。
一方、第1電極組立体110の積層厚さt1は、第1電極組立体110を形成する第1及び第2電極板10、20及びこれら間の第1セパレータ51の積層数によって増大し、または第1及び第2電極板10、20、第1セパレータ51の板厚さによっても増大する。
図5は、第2電極組立体120の損傷による充放電容量の減少を示す図面である。同図面は、多様な二次電池(CellA、CellB、CellC、CellD)を対象として、活物質の脱落及び電極板30、40の破断によって実際の具現容量が当初設計容量に比べていかほど減少するかを示す。活物質の脱落の場合には、約97%レベルの具現容量を示し、電極板30、40の破断の場合には、約87%レベルの具現容量を示す。例えば、前記第2電極組立体120は、第1電極組立体110の外周に沿って巻き取られた後、加圧成形により平たくプレス成形されるが、このような加圧成形時に引き起こされる電極板30、40の破断は、部分的な活物質の脱落より大きい容量減少を経験する。
本発明の一実施形態では、適正な積層厚さt1以上に形成された第1電極組立体110を用いて第2電極組立体120の急激な屈曲を防止することで、電極板30、40の破断や活物質の脱落による容量減少を根本的に防止する。
図4を参照すれば、第1電極組立体110の積層厚さt1は、第2電極組立体120の電極板の厚さt3、t4、すなわち、第3電極板30の厚さt3または第4電極板40の厚さt4に鑑みて定められる。例えば、前記第1電極組立体110の積層厚さt1は、第2電極組立体120の電極板の厚さt3、t4に相応して増大させることが望ましい。この理由は、第2電極組立体120の電極板の厚さt3、t4が厚いほど、第2電極組立体120が柔らかに変形され難くなるためである。また、コーナー部分120cで無理な変形が強制される場合に、第2電極組立体120では、電極板30、40の破損や活物質の脱落が発生する恐れがあるからである。すなわち、第2電極組立体120の電極板の厚さt3、t4(以下、電極板の厚さ)によって、第1電極組立体110の積層厚さt1(以下、積層厚さ)が定められ、さらに具体的に、電極板の厚さt3、t4によって要求される最小限の積層厚さt1が変わる。
図6は、第2電極組立体120の電極板30、40の厚さt3、t4によって要求される最小限の積層厚さt1を表示したものである。同図面は、多様な電極板(電極板A、電極板B、電極板C、電極板D、電極板E)を対象として、電極板30、40の厚さt3、t4によって要求される最小限の積層厚さt1を測定した結果を示す。電極板の種類によって、電極集電体の種類、電極活物質の種類が互いに異なるので、損傷を防止するために要求される最小限の積層厚さt1は互いに異なる。しかし、あらゆる種類の電極板で、電極板の厚さt3、t4が増大するにつれて積層厚さt1の下限が増大することが分かり、比例的に電極板の厚さt3、t4によって積層厚さt1の下限が増大することが分かる。例えば、第1電極組立体110の最小限の積層厚さt1は、第2電極組立体120の電極板の厚さt3、t4、すなわち、第3電極板30の厚さt3または第4電極板40の厚さt4の約10〜30倍に当たる。
このように、第1電極組立体110の積層厚さt1が増大するにつれて、その外周を取り囲む第2電極組立体120の曲率半径が増大するので、第2電極組立体120の損傷は防止される。しかし、充放電効率の側面からみれば、前記第1電極組立体110の両角部分110cは蓄電面積を提供しないが、第2電極組立体120は、楕円状の全体軌跡により互いに反対極性の電極板30、40、すなわち、第3及び第4電極板30、40が対向する蓄電面積を提供する。このような点で、第1電極組立体110よりは第2電極組立体120が充放電効率に寄与するところが大きく、第1電極組立体110の積層厚さt1は、第2電極組立体120の損傷を防止できる範囲で制限されることが望ましい。すなわち、第1電極組立体110の積層厚さt1は、第2電極組立体120の厚さt2a+t2b+t2cより薄いことが望ましい。この時、前記第2電極組立体120の厚さt2a+t2b+t2cは、第1電極組立体110の積層方向に第2電極組立体120の部分的な厚さt2a、t2b、t2cをいずれも加えた合算厚さを意味する。例えば、前記第1電極組立体110の積層厚さt1は、第2電極組立体120の合算厚さt2a+t2b+t2cの約1/5〜1/20に形成され、さらに具体的に、第1電極組立体110の積層厚さt1は、約30〜40mmに形成され、第2電極組立体120の合算厚さt2a+t2b+t2cは、約150〜800mmに形成される。
図7及び図8は、本発明の他の実施形態による二次電池を示す断面図である。以下、図4、図7及び図8を参照して、第1及び第2電極組立体110、120間の極性配置に関する多様な実施形態について説明する。
前記図面から分かるように、前記第1及び第2電極組立体110、120、110’、120’、110”、120”の互いに対向する電極板20、30、201、301、102、202、302同士は、互いに同じ極性で対向するか、または反対極性で対向する。ここで、第1及び第2電極組立体110、120、110’、120’、110”、120”の電極板20、30、201、301、102、202、302が互いに対向するということは、これら電極板20、30、201、301、102、202、302が互いに直接当接する場合を限定するものではなく、第1及び第2電極組立体110、120、110’、120’、110”、120”のセパレータ52、521、522を介在するか、または別途の絶縁フィルム(図示せず)を介在して2つの電極板20、30、201、301、102、202、302が互いに隔離される場合を含む。
図4の実施形態で、前記第1及び第2電極組立体110、120の互いに対向する電極板20、30同士は互いに反対極性で配することで、蓄電面積を増やして二次電池の充放電容量を増大させる。
例えば、前記第1電極組立体110の外面の上下両側に同じ極性の電極板20(第2電極板)が配され、第2電極組立体120の内側ターンを形成する電極板30(第3電極板)と反対極性で配して、第1及び第2電極組立体110、120の境界で電荷の蓄電の可能なセル構造を形成する。この時、前記第1電極組立体110の第2電極板20と、第2電極組立体120の第3電極板30との間には第2セパレータ52が介在され、正負極間の内部短絡を防止する。
例えば、前記第2電極板20は正極で形成され、これと対向する第3電極板30は負極で形成される。これは、互いに対向する正極面積と負極面積との割合を考慮したものであり、正極面積<負極面積に設計することで、充放電時に負極へのリチウムの析出を防止し、安定性を図るための構成である。すなわち、第1電極組立体110の上下両面に形成された第2電極板20の面積(正極面積)より、第1電極組立体110を全体的に取り囲む第3電極板30の面積(負極面積)を相対的に大きく形成する。
図7の実施形態で、前記第1及び第2電極組立体110’、120’の互いに対向する電極板201、301同士は互いに同じ極性で配することができ、これにより、第1及び第2電極組立体110’、120’間の内部短絡を回避して二次電池の安定性を向上させる。
例えば、前記第1電極組立体110’の両側で同じ極性の電極板201(第2電極板)が配され、第2電極組立体120’の内側ターンを形成する電極板301(第3電極板)と同じ極性、例えば、負極を配して第1及び第2電極組立体110’、120’の境界で正負極間の内部短絡を防止する。
例えば、前記第1及び第2電極組立体110’、120’の対向する第2及び第3電極板201、301の間には、正負極間の内部短絡を防止するための第2セパレータ521が介在されるが、熱的収縮などによる短絡の危険性を低くするために前記のような構造が導入される。一方、図7で511は、第1及び第2電極板101、201の間の第1セパレータを示し、531は、第3及び第4電極板301、401の間の第3セパレータ531を示す。
図8の実施形態では、前記第1及び第2電極組立体110”、120”の互いに対向する電極板102、202、302が、一方では同じ極性同士で対面し、他方では反対極性同志で対面している。例えば、第1電極組立体110”の互いに反対側上下面に互いに反対極性の第1及び第2電極板102、202が配されれば、第1電極組立体110”の一側では、互いに同じ極性の第1、第3電極板102、302同士で互いに対向し、第1電極組立体110”の他側では、互いに反対極性の第2及び第3電極板202、302同士で互いに対向する。例えば、二次電池の配置状態によって第1電極組立体110”のいずれか一側の内部短絡の恐れがある場合に、このような構造を適用できる。一方、図8で512は、第1及び第2電極板102、202の間に介在される第1セパレータを示し、522は、第2及び第3電極板202、302の間に介在される第2セパレータを示す。そして、532は、第3及び第4電極板302、402の間に介在される第3セパレータを示す。
図9は、図1に示した二次電池と電極端子81、82との連結構造を説明するための図面である。
図面を参照すれば、第1及び第2電極組立体110、120の電気化学反応により生成された電荷は、第1及び第2電極組立体110、120の一側に形成された第1極性の接続部11a’、31a’と、反対側に形成された第2極性の接続部21a’、41a’を通じて外部に引き出され、前記第1及び第2極性の接続部11a’、21a’、31a’、41a’にはそれぞれ第1及び第2集電部材60、70が結合され、二次電池の充放電パスを形成する。
前記第1極性の接続部11a’、31a’は、第1及び第2電極組立体110、120から引き出される接続部11a’、31a’(例えば、第1、第3電極板の無地部)であり、第1及び第2電極組立体110、120から引き出された複数の接続部11a’、31a’は、互いに重なるように束ねられて密集された形態に第1集電部材60と連結される。
前記第2極性の接続部21a’、41a’は、第1及び第2電極組立体110、120から引き出される接続部21a’、41a’(例えば、第2及び第4電極板の無地部)であり、第1及び第2電極組立体110、120から引き出された複数の接続部21a’、41a’は、互いに重なるように束ねられて密集された形態にで第2集電部材70と連結される。
前記第1及び第2集電部材60、70は、電極組立体110、120と第1及び第2電極端子81、82との電気的な連結を媒介する。さらに具体的に、前記第1及び第2集電部材60、70は、電極組立体110、120と連結される下部の集電部61、71と、前記第1及び第2電極端子81、82と連結される上部のリード部62、72と、を備える。
前記集電部61、71は、前記電極組立体110、120の左右両側を取り囲むように結合され、接続部11a’、21a’、31a’、41a’の側端と溶接結合をなすベース部61a、71aと、前記ベース部61a、71aの両側で対向する方向に折り曲げられて接続部11a’、21a’、31a’、41a’の側面と溶接結合をなすベンディング部61b、71bとを備える。前記ベンディング部61b、71bは、前記接続部11a’、21a’、31a’、41a’を圧迫して密集された形態に形成し、密集された接続部11a’、21a’、31a’、41a’と溶接結合される。例えば、前記集電部61、71と電極組立体110、120との結合には、レーザー溶接または超音波溶接が適用される。
前記リード部62、72は、前記集電部61、71と第1及び第2電極端子81、82との電気的な連結を媒介する。例えば、前記リード部62、72は、集電部61、71から第1及び第2電極端子81、82に向かって延び、前記第1及び第2電極端子81、82と対向するように折り曲げられた形態を持つ。この時、前記第1及び第2電極端子81、82とリード部62、72とは、互いに溶接結合される。
図10は、本発明の他の実施形態による二次電池の分解斜視図であり、図11は、図10に示した二次電池のXI−XI線の断面図である。
図面を参照すれば、前記二次電池は、電極組立体100と、前記電極組立体100を収容するケース94と、前記ケース94の上端を閉鎖するキャッププレート90と、を備える。
前記電極組立体100は、第1電極組立体110と、前記第1電極組立体110を巻取り中心にして外周に沿って巻き取られた第2電極組立体120と、を備える。前記第1電極組立体110は積層型に形成され、前記第2電極組立体120は巻取り型に形成される。例えば、前記電極組立体100の互いに反対の端には第1極性の接続部11a’、31a’と、第2極性の接続部21a’、41a’とが形成される。前記第1及び第2電極組立体110、120に関する詳細な内容は、前述したところと実質的に同一または類似しており、これについての重複する説明は省略する。
第1及び第2電極組立体110、120から引き出された第1極性の接続部11a’、31a’は、いずれも第1集電部材60と電気的に連結され、第1及び第2電極組立体110、120から引き出された第2極性の接続部21a’、41a’は、いずれも第2集電部材70と電気的に連結される。
前記第1及び第2集電部材60、70は、電極組立体100と連結される下部の集電部61、71と、第1及び第2電極端子81、82と連結される上部のリード部62、72とを備える。前記集電部61、71は、前記電極組立体100の左右両側を取り囲むように結合され、第1及び第2極性の接続部11a’、21a’、31a’、41a’を取り囲むようにベース部61a、71aの両側で互いに対向する方向に折り曲げられたベンディング部61b、71bを備える。前記リード部62、72は、前記集電部61、71と第1及び第2電極端子81、82との電気的な連結を媒介する。前記リード部62、72は、前記集電部61、71から電極端子81、82に向かって延び、電極端子81、82と対向するように折り曲げられた形態を持つ。前記第1及び第2電極端子81、82と対向するリード部62、72の一部には、第1及び第2電極端子81、82が挟み込まれる端子ホール62’、72’が形成され、前記リード部62、72と電極端子81、82との境界に沿って溶接結合される。
図11を参照すれば、ケース94の上端には、電極組立体100が収容されたケース94を閉鎖するためのキャッププレート90が配される。前記キャッププレート90とケース94との当接部分は、レーザー溶接で気密性結合を形成する。前記キャッププレート90には、ケース94の内部圧力が設定されたポイントを超過したときに、ガスの排出経路を提供するように破断自在に設計された安全ベント99が形成される。また、前記キャッププレート90には、ケース94内に電解質(図示せず)を注入するための電解質注入口98aが形成されており、電解質注入が完了した以後には、シーリング栓98によって電解液注入口98aが閉鎖される。
前記キャッププレート90には、第1及び第2電極端子81、82を外部に引き出すための端子ホール91’が形成される。前記電極端子81、82は、キャッププレート90と絶縁された状態で結合をなし、電極端子81、82とキャッププレート90との間には絶縁性ガスケット95、97が介在され、電極端子81、82とキャッププレート90とを互いに絶縁させる。例えば、前記絶縁性ガスケット95、97は、下部ガスケット97及び上部ガスケット95を備え、前記下部ガスケット97は、キャッププレート90の下部から端子ホール91’に挟み込まれるように設けられ、前記上部ガスケット95は、キャッププレート90の上部から端子ホール91’に挟み込まれるように設けられる。一方、前記下部ガスケット97及び上部ガスケット95以外に、絶縁性シーリング材96がさらに設けられて電極端子81、82とキャッププレート90または電極端子81、82とケース94との間を絶縁させる。
本発明によれば、積層型電極組立体と巻取り型電極組立体とが互いに結合された形態の電極組立体を適用することで、巻芯内部の電極板の損傷が防止される高エネルギー密度の二次電池が提供される。
本発明は、図面に示した実施形態を参照として説明されたが、これは例示的なものに過ぎず、当業者ならば、これより多様な変形及び均等な他の実施形態が可能であるという点を理解できるであろう。よって、本発明の真の技術的保護範囲は、特許請求の範囲の技術的思想によって定められねばならない。
本発明は、二次電池関連の技術分野に好適に用いられる。
10、20、30、40 電極板
11a’ 第1極性の接続部
21a’ 第2極性の接続部
31a’ 第1極性の接続部
41a’ 第2極性の接続部
110 第1電極組立体
120 第2電極組立体
51 第1セパレータ
52 第2セパレータ
53 第3セパレータ

Claims (15)

  1. 互いに積層された第1及び第2電極板を備える第1電極組立体と、
    前記第1電極組立体を巻取り中心として、第1電極組立体の外周に沿って共に巻き取られた第3及び第4電極板を備える第2電極組立体と、を備え、
    前記第1電極組立体と第2電極組立体との互いに対向する電極板同士は、互いに同じ極性で対向する二次電池。
  2. 前記第1電極組立体は、前記第1及び第2電極板の間に積層された第1セパレータをさらに備え、
    前記第2電極組立体は、前記第3及び第4電極板と共に巻取られる第2セパレータをさらに備えることを特徴とする請求項1に記載の二次電池。
  3. 前記第2電極組立体のうち、
    前記第2セパレータは、前記第1電極組立体の外周を取り囲む最内側ターンを形成し、
    前記第2セパレータの外側に、第3電極板及び第4電極板が順次に配され、
    前記第3及び第4電極板の間には第3セパレータが介在されることを特徴とする請求項2に記載の二次電池。
  4. 前記第1電極組立体の外側両側には第2電極板が配され、
    前記第2電極組立体の最内側ターンを形成する第2セパレータの次に内側に配された第3電極板は、前記第2電極板と同じ極性を持つことを特徴とする請求項1に記載の二次電池。
  5. 前記第2及び第3電極板は、負極で形成されることを特徴とする請求項4に記載の二次電池。
  6. 前記第2電極組立体のコーナー部分は、前記第1電極組立体の角部分を取り囲み、
    さらに最小曲率半径は、前記第2電極組立体の全体軌跡のうちのコーナー部分にわたって形成されることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の二次電池。
  7. 前記第1電極組立体の積層厚さは、前記第2電極組立体の第3電極板または第4電極板の電極板の厚さの10〜30倍に形成されることを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項に記載の二次電池。
  8. 前記第1電極組立体の積層厚さは、前記第2電極組立体が巻き取られたときの前記第2電極組立体の合算厚さより薄いことを特徴とする請求項1〜7のいずれか一項に記載の二次電池。
  9. 前記第2電極組立体の合算厚さは、前記第1電極組立体の積層方向に沿って第2電極組立体の部分的な厚さを合算したものであることを特徴とする請求項8に記載の二次電池。
  10. 前記第1及び第2電極組立体は、一側に形成された第1極性の接続部と、反対側に形成された第2極性の接続部を備えることを特徴とする請求項1〜のいずれか一項に記載の二次電池。
  11. 前記第1及び第2電極組立体は、第1極性の接続部及び第2極性の接続部で共通に束ねられて並列連結されることを特徴とする請求項10に記載の二次電池。
  12. 前記第1極性の接続部は、
    前記第1電極組立体の一側に形成された第1電極板の無地部と、
    前記第2電極組立体の一側に形成された第3電極板の無地部と、を備えることを特徴とする請求項10又は11に記載の二次電池。
  13. 前記第2極性の接続部は、
    前記第1電極組立体の反対側に形成された第2電極板の無地部と、
    前記第2電極組立体の反対側に形成された第4電極板の無地部と、を備えることを特徴とする請求項10〜12のいずれか一項に記載の二次電池。
  14. 前記第1極性の接続部に結合される第1集電部材と、
    前記第2極性の接続部に結合される第2集電部材と、をさらに備えることを特徴とする請求項10〜13のいずれか一項に記載の二次電池。
  15. 前記第1集電部材と電気的に連結され、前記第1及び第2電極組立体を収容したケースの外部に引き出される第1電極端子と、
    前記第2集電部材と電気的に連結され、前記第1及び第2電極組立体を収容したケースの外部に引き出される第2電極端子と、をさらに備えることを特徴とする請求項14に記載の二次電池。
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