JP7258398B2

JP7258398B2 - 電極及び電極組立体

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Publication number: JP7258398B2
Application number: JP2020567520A
Authority: JP
Inventors: ジ・ス・イ; ブム・ヨン・ジュン; ジュン・スー・パク
Original assignee: LG Energy Solution Ltd
Current assignee: LG Energy Solution Ltd
Priority date: 2019-01-21
Filing date: 2019-12-13
Publication date: 2023-04-17
Anticipated expiration: 2039-12-13
Also published as: JP2021526301A; WO2020153604A1; KR20200090496A; US20200411865A1; KR102366848B1; EP3761419A1; CN111886726A; EP3761419A4; CN111886726B; EP3761419B1

Description

［関連出願の相互参照］
本出願は、２０１９年１月２１日付韓国特許出願第１０－２０１９－０００７５９７号に基づいた優先権の利益を主張し、当該韓国特許出願の文献に開示された全ての内容は本明細書の一部として含まれる。

本発明は、電極及び電極組立体に関し、より詳細には、内部短絡、外部短絡、過充電、過放電などの非正常な作動時に難燃剤の吸熱反応を介して初期発熱を抑制し、安全性を確保することができる電極及び電極組立体に関する。

一般的に、二次電池の種類としては、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池及びリチウムイオンポリマー電池などがある。このような二次電池は、デジタルカメラ、Ｐ－ＤＶＤ、ＭＰ３Ｐ、携帯電話、ＰＤＡ、ポータブルゲームデバイス（ＰｏｒｔａｂｌｅＧａｍｅＤｅｖｉｃｅ）、パワーツール（ＰｏｗｅｒＴｏｏｌ）及びイーバイク（Ｅ－ｂｉｋｅ）などの小型製品だけでなく、電気自動車やハイブリッド自動車のような高出力が要求される大型製品と、余剰発電電力や再生可能なエネルギーを貯蔵する電力貯蔵装置やバックアップ用電力貯蔵装置にも適用されて用いられている。

電極組立体を製造するため、正極（Ｃａｔｈｏｄｅ）、分離膜（Ｓｅｐａｒａｔｏｒ）及び負極（Ａｎｏｄｅ）を製造し、これらを積層する。具体的に、正極活物質スラリーを正極集電体に塗布し、負極活物質スラリーを負極集電体に塗布して正極（Ｃａｔｈｏｄｅ）と負極（Ａｎｏｄｅ）を製造する。そして、前記製造された正極及び負極の間に分離膜（Ｓｅｐａｒａｔｏｒ）が介在され積層されると単位セル（ＵｎｉｔＣｅｌｌ）が形成され、単位セルが互いに積層されることで電極組立体が形成される。そして、このような電極組立体が特定のケースに収容され、電解液を注入すると二次電池が製造される。

しかし、従来には、二次電池が高温に露出されるか、内部／外部短絡、過充電または過放電されるなど非正常に作動する場合、発熱により分離膜が収縮しながら正極と負極が互いに直接接触し、短絡（ショート、Ｓｈｏｒｔ）が発生する可能性が高くなる。また、電池の生産時に不良により正極と負極が接触して短絡が発生することもある。このような短絡により、電池の内部に急激な電子の移動が発生し、それにより発熱と副反応が発生すると、二次電池が爆発して安全性に問題が発生することがあった。特に、過充電、過放電、外部短絡などの電気的な誤作動が発生した時、高い電流が流れて集電体の熱伝導率が低いため、集電体の温度が活物質層より高い熱が発生する。その後、熱が拡散され、活物質、電解液などの構成要素の熱的、化学的、電気化学的反応が加わって熱暴走にまでつながることがあった。

本発明が解決しようとする課題は、電池の製造時に発生し得る正極と負極の短絡、または内部短絡、外部短絡、過充電、過放電など非正常な作動時に正極と負極が接触する短絡を防止する同時に、難燃剤の吸熱反応を介して初期発熱を抑制し、安全性を確保することができる電極及び電極組立体を提供することである。

本発明の課題は、以上で言及した課題に制限されず、言及されなかったまた他の課題は、下記の記載から当業者に明確に理解され得るであろう。

前記課題を解決するための本発明の実施形態による電極は、電極集電体の少なくとも一つの面に電極活物質が塗布された活物質塗布部；前記活物質塗布部の一側に形成され、前記電極活物質が塗布されていない活物質未塗布部；及び前記活物質塗布部と前記活物質未塗布部の間にコーティングされ、難燃剤が含まれるコーティング部を含む。

また、前記電極集電体は、正極集電体であり、前記電極活物質は、正極活物質であってよい。

また、前記難燃剤は、ハロゲン系難燃剤、リン系難燃剤または無機化合物難燃剤を含んでよい。

また、前記難燃剤は、Ａｌ（ＯＨ）_３、Ｍｇ（ＯＨ）_２またはＢＨ_３Ｏ_３を含んでよい。

また、前記コーティング部は、前記活物質塗布部及び前記活物質未塗布部の間の境界面を含んでコーティングされてよい。

また、前記活物質塗布部と前記活物質未塗布部は、前記電極集電体の同一の面に形成されてよい。

前記課題を解決するための本発明の実施形態による電極組立体は、正極集電体の少なくとも一つの面に正極活物質が塗布された正極活物質塗布部、前記正極活物質塗布部の一側に形成され、前記正極活物質が塗布されていない正極活物質未塗布部、及び前記正極活物質塗布部と前記正極活物質未塗布部の間にコーティングされ、難燃剤が含まれる正極コーティング部を含む正極；負極集電体の少なくとも一つの面に負極活物質が塗布された負極活物質塗布部、及び前記負極活物質塗布部の一側に形成され、前記負極活物質が塗布されていない負極活物質未塗布部を含む負極；及び前記正極及び前記負極の間に介在される分離膜を含む。

また、前記負極は、前記負極活物質塗布部と前記負極活物質未塗布部の間にコーティングされ、難燃剤が含まれる負極コーティング部をさらに含んでよい。

本発明はまた、前記電極組立体を含む二次電池を提供する。

また、前記二次電池は、前記正極及び負極からそれぞれ一側に突出して形成された複数の電極タブ；前記電極タブにそれぞれ連結され、前記電極組立体の内部で生成された電気を外部に伝達する複数の電極リード；前記電極組立体を内部に収納する電池ケース；及び前記電極リードの周囲を包囲し、前記電池ケースとともにシーリングされ、難燃剤が含まれる絶縁部をさらに含んでよい。

本発明のその他の具体的な事項は、詳細な説明及び図に含まれている。

本発明の実施形態によれば、少なくとも次のような効果がある。

電極の活物質塗布部と活物質未塗布部の間に、非伝導性であり、且つ難燃剤を含むコーティング部がコーティングされるので、電池の生産時に不良と電池の非正常な作動による分離膜の損傷、折れなどによる正極と負極の短絡を防止することができる。

また、電池の非正常な作動時に難燃剤が初期発熱を抑制して安全性を確保することができる。

本発明による効果は、以上で例示した内容により制限されず、さらに多様な効果が本明細書内に含まれている。

本発明の一実施形態による電極組立体の概略図である。本発明の一実施形態によるパウチ型二次電池の組立図である。本発明の一実施形態による正極の平面図である。本発明の一実施形態による正極の正極活物質塗布部と正極活物質未塗布部の一部拡大図である。本発明の一実施形態による負極の平面図である。本発明の一実施形態による負極の負極活物質塗布部と負極活物質未塗布部の一部拡大図である。本発明の他の実施形態による負極の平面図である。本発明の他の実施形態による負極の負極活物質塗布部と負極活物質未塗布部の一部拡大図である。

本発明の利点及び特徴、そしてそれらを達成する方法は、図面と共に詳細に後述されている実施形態を参照すれば明確となるであろう。しかし、本発明は、以下で開示される実施形態に限定されるものではなく、互いに異なる多様な形態に具現されればよく、ただ本実施形態は、本発明の開示が完全となるようにし、本発明の属する技術分野で通常の知識を有する者に発明の範疇を完全に知らせるために提供されるものであり、本発明は特許請求の範囲の範疇によって定義されるだけである。明細書全体にわたって同一の参照符号は、同一の構成要素を指す。

他の定義がなければ、本明細書で用いられる全ての用語（技術及び科学的用語を含む）は、本発明の属する技術分野で通常の知識を有する者に共通して理解され得る意味として用いることができるであろう。また、一般的に用いられる辞典に定義されている用語は、明らかに特別に定義されていない限り、理想的または過度に解釈されない。

本明細書で用いられた用語は、実施形態を説明するためのものであって、本発明を制限しようとするものではない。本明細書で、単数型は語句で特に言及しない限り、複数型も含む。明細書で用いられる「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」及び／または「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」は、言及された構成要素以外に一つ以上の他の構成要素の存在または追加を排除しない。

以下、図を参照して本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施形態による電極組立体１０の概略図である。

本発明の一実施形態による電極組立体１０を製造する工程は、前述したとおり、先ず、正極活物質１０１２とバインダー及び可塑剤を混合したスラリーを正極集電体１０１１に塗布し、負極活物質１０２２とバインダー及び可塑剤を混合したスラリーを負極集電体１０２１に塗布し、正極（Ｃａｔｈｏｄｅ）１０１と負極（Ａｎｏｄｅ）１０２を製造する。そして、前記製造された正極１０１及び負極１０２の間に分離膜（Ｓｅｐａｒａｔｏｒ）１０３が介在され積層されると単位セル（ＵｎｉｔＣｅｌｌ）が形成され、単位セルが互いに積層されることで、図１に示されたとおり、所定の形状の電極組立体１０が形成される。

本発明で用いられる正極１０１及び負極１０２の両電極１０１、１０２としては特に制限されず、当業界に知られている通常の方法により、電極活物質１０１２、１０２２を電極集電体１０１１、１０２１に結着した形態に製造することができる。ここで、正極１０１は、例えば、正極集電体１０１１上に正極活物質１０１２、導電材及びバインダーのスラリーを塗布した後、これを乾燥しプレスして製造されてよい。このとき、必要に応じて、スラリーは充填剤をさらに含んでもよい。正極１０１は、シート状に製造され、ローラーに装着されてもよい。

正極集電体１０１１は、一般に３～５００μｍの厚さに製造される。正極集電体１０１１は、通常、化学的変化を誘発することなく高い導電性を有する材料で製造される。このような材料として、例えば、ステンレス鋼、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鋼の表面にカーボン、ニッケル、チタン、銀などを表面処理したものが挙げられるが、これだけに制限されない。そして、正極集電体１０１１は、正極活物質１０１２の接着力を高めるために表面に微細な凹凸を形成してもよい。また、正極集電体１０１１は、フィルム、シート、箔、網、多孔質体、発泡体、不織布体など多様な形態に製造されてよい。

正極活物質１０１２は、リチウム二次電池の場合、例えば、リチウムコバルト酸化物（ＬｉＣｏＯ_２）、リチウムニッケル酸化物（ＬｉＮｉＯ_２）などの層状化合物や１またはそれ以上の遷移金属で置換された化合物；化学式Ｌｉ_１＋ｘＭｎ_２－ｘＯ_４（ｘは０から０．３３）、ＬｉＭｎＯ_３、ＬｉＭｎ_２Ｏ_３、ＬｉＭｎＯ_２などのリチウムマンガン酸化物；リチウム銅酸化物（Ｌｉ_２ＣｕＯ_２）；ＬｉＶ_３Ｏ_８、ＬｉＦｅ_３Ｏ_４、Ｖ_２Ｏ_５、Ｃｕ_２Ｖ_２Ｏ_７などのバナジウム酸化物；化学式ＬｉＮｉ_１－ｘＭ_ｘＯ_２（Ｍ＝Ｃｏ、Ｍｎ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｍｇ、ＢまたはＧａであり、ｘ＝０．０１から０．３）で表されるニッケル（Ｎｉ）サイト型リチウムニッケル酸化物；化学式ＬｉＭｎ_２－ｘＭ_ｘＯ_２（Ｍ＝Ｃｏ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｒ、ＺｎまたはＴａであり、ｘ＝０．０１から０．１）またはＬｉ_２Ｍｎ_３ＭＯ_８（Ｍ＝Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、ＣｕまたはＺｎ）で表されるリチウムマンガン複合酸化物；化学式Ｌｉ［Ｎｉ_{１－ｘ－ｙ}Ｃｏ_ｘＭ_ｙ］Ｏ_２（Ｍ＝ＭｎまたはＡｌなどであり、ｘ、ｙ＝０から１）などの３成分系リチウム酸化物；化学式Ｌｉ［Ｎｉ_{１－ｘ－ｙ}Ｃｏ_ｘＭｎ_ｙＡｌ_ｚ］Ｏ_２（ｘ、ｙ、ｚ＝０から１）などの４成分系リチウム酸化物；化学式のＬｉの一部がアルカリ土類金属イオンで置換されたＬｉＭｎ_２Ｏ_４；ジスルフィド化合物；Ｆｅ_２（ＭｏＯ_４）_３などであってよい。ただし、これらだけに限定されるものではない。

導電材は、通常、正極活物質１０１２を含んだ混合物の全重量を基準として、１から５０重量％で添加される。導電材は、通常、化学的変化を誘発することなく導電性を有する材料で製造される。このような材料として、例えば、天然黒鉛や人造黒鉛などの黒鉛；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ー；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が用いられてよい。

バインダーは、活物質と導電材などの結合と集電体に対する結合などを助ける成分であって、通常、正極活物質１０１２を含んだ混合物の全重量を基準として、１から５０重量％で添加される。このようなバインダーは、代表的に、ポリフッ化ビニリデン、ポリビニルアルコール、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、澱粉、ヒドロキシプロピルセルロース、再生セルロース、ポリビニルピロリドン、テトラフルオロエチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレンプロピレンジエンターポリマー（ＥＰＤＭ）、スルホン化ＥＰＤＭ、スチレンブチレンゴム、フッ素ゴム、多様な共重合体などであってよい。

充填剤は、正極１０１の膨張を抑制する成分として選択的に用いられる。そして、化学的変化を誘発することなく繊維状の材料であれば、一般的に充填剤として用いることができる。充填剤は、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのオレフィン系重合体；ガラス繊維、炭素繊維などの繊維状物質であってよい。

負極１０２は、例えば、負極集電体１０２１上に負極活物質１０２２を塗布した後、これを乾燥しプレスして製造されてよい。必要に応じて、負極活物質１０２２に選択的に導電材、バインダー、充填剤などを含ませてよい。負極１０２は、シート状に製造されてロールに装着されてもよい。

負極集電体１０２１は、一般的に３～５００μｍの厚さに製造される。負極集電体１０２１は、通常、化学的変化を誘発することなく導電性を有する材料で製造される。このような材料として最も代表的なものが、銅、ステンレス鋼、アルミニウム、ニッケル、チタン、焼成炭素や、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、銀などを表面処理したもの、またはアルミニウム－カドミウム合金などである。また、負極集電体１０２１は、負極活物質１０２２の結合力を高めるために表面に微細な凹凸を形成してもよい。また、負極集電体１０２１は、フィルム、シート、箔、網、多孔質体、発泡体、不織布体など多様な形態に製造されてよい。

負極活物質１０２２は、例えば、難黒鉛化炭素、黒鉛系炭素などの炭素；Ｌｉ_ｘＦｅ_２Ｏ_３（０＝ｘ＝１）、Ｌｉ_ｘＷＯ_２（０＝ｘ＝１）、Ｓｎ_ｘＭｅ_１－ｘＭｅ’_ｙＯ_ｚ（Ｍｅ：Ｍｎ、Ｆｅ、Ｐｂ、Ｇｅ；Ｍｅ’：Ａｌ、Ｂ、Ｐ、Ｓｉ、周期律表の１族、２族、３族元素、ハロゲン；０＜ｘ＝１；１＝ｙ＝３；１＝ｚ＝８）などの金属複合酸化物；リチウム金属；リチウム合金；ケイ素系合金；Ｌｉ_４Ｔｉ_５Ｏ_１２などのチタン系化合物；スズ系合金；ＭｎＯ_ｘ、ＦｅＯ_ｘ、ＣｏＯ_ｘ、ＮｉＯ_ｘ、ＣｕＯ_ｘ、ＳｎＯ、ＳｎＯ_２、ＰｂＯ、ＰｂＯ_２、Ｐｂ_２Ｏ_３、Ｐｂ_３Ｏ_４、Ｓｂ_２Ｏ_３、Ｓｂ_２Ｏ_４、Ｓｂ_２Ｏ_５、ＧｅＯ、ＧｅＯ_２、Ｂｉ_２Ｏ_３、Ｂｉ_２Ｏ_４及びＢｉ_２Ｏ_５などの金属酸化物；ポリアセチレンなどの導電性高分子；Ｌｉ－Ｃｏ－Ｎｉ系材料などであってよい。

前記正極１０１と負極１０２の間で前記電極１０１、１０２を絶縁させる分離膜としては、通常知られているポリオレフィン系分離膜や、前記オレフィン系基材に有機／無機複合層が形成された複合分離膜などをいずれも用いることができ、特に限定されない。

本発明の一実施形態によれば、前記のような構造からなる電極組立体１０を電池ケース１３に収納した後、電解液を注入して二次電池１を製造する。

図２は、本発明の一実施形態によるパウチ型二次電池１の組立図である。

本発明の一実施形態によるパウチ型二次電池１は、前記電極組立体１０だけでなく、前記正極１０１及び負極１０２からそれぞれ一側に突出して形成された複数の電極タブ１１；前記電極タブ１１にそれぞれ連結され、前記電極組立体１０の内部で生成された電気を外部に伝達する複数の電極リード１２；前記電極組立体１０を内部に収納する電池ケース１３；及び前記電極リード１２の周囲を包囲し、前記電池ケース１３とともにシーリングされ、難燃剤が含まれる絶縁部１４をさらに含んでよい。

このような二次電池１を製造する工程は、前述のとおり、電極組立体１０を形成した後、電極組立体１０を電池ケース１３に挿入し、電解液を注入してからシーリングする。

電極組立体（ＥｌｅｃｔｒｏｄｅＡｓｓｅｍｂｌｙ）１０は、図１に示されたとおり、電極タブ（ＥｌｅｃｔｒｏｄｅＴａｂ）１１を含む。電極タブ１１は、電極組立体１０の正極１０１及び負極１０２とそれぞれ連結され、電極組立体１０の外部に突出され、電極組立体１０の内部と外部の間に電子が移動することができる経路となる。電極組立体１０の電極集電体１０１１、１０２１は、電極活物質１０１２、１０２２が塗布された活物質塗布部１０１３、１０２３と、電極活物質１０１２、１０２２が塗布されていない活物質未塗布部１０１４、１０２４、すなわち無地部とからなる。そして、電極タブ１１は、活物質未塗布部１０１４、１０２４を裁断して形成されるか、活物質未塗布部１０１４、１０２４に別途の導電部材を超音波溶接などで連結して形成されてもよい。このような電極タブ１１は、図２に示されたとおり、電極組立体１０の一側から同一の方向に並んで突出されてもよいが、これに制限されず、それぞれ異なる方向に突出されてもよい。

電極組立体１０の電極タブ１１には、電極リード（ＥｌｅｃｔｒｏｄｅＬｅａｄ）１２がスポット（Ｓｐｏｔ）溶接などで連結される。そして、電極リード１２の一部は、絶縁部１４で周りが包囲される。絶縁部１４は、電池ケース１３の上部ケース１３１と下部ケース１３２が熱融着されるシーリング部１３４に限定されて位置し、電極リード１２を電池ケース１３に接着させる。そして、電極組立体１０から生成される電気が電極リード１２を介して電池ケース１３に流れることを防止し、電池ケース１３のシーリングを維持する。よって、このような絶縁部１４は、電気がよく通らない非伝導性を有する不導体で製造される。一般に、絶縁部１４としては、電極リード１２に付着することが容易で、厚さが比較的薄い絶縁テープを多く用いるが、これに制限されず、電極リード１２を絶縁することができるものであれば多様な部材を用いることができる。

さらには、本発明の一実施形態による絶縁部１４には、難燃剤がさらに含まれてよい。それにより、外部の火事や火炎、スパークなどのような発火の原因からセルを保護することで、二次電池１の耐熱安定性を向上させることができる。このような難燃剤は、燃焼反応を阻害する物質であって、ハロゲン系難燃剤、リン系難燃剤または無機化合物難燃剤など多様な難燃剤を含んでよい。難燃剤に対する詳細な説明は後述する。

電極リード１２は、正極タブ１１１及び負極タブ１１２の形成位置により互いに同一の方向に延長されてもよく、互いに反対の方向に延長されてもよい。正極リード１２１及び負極リード１２２は、互いにその物質が異なっていてもよい。すなわち、正極リード１２１は正極集電体１０１１と同一のアルミニウム（Ａｌ）物質であり、負極リード１２２は負極集電体１０２１と同一の銅（Ｃｕ）物質、ニッケル（Ｎｉ）物質、またはニッケル（Ｎｉ）がコーティングされた銅（Ｃｕ）物質であってよい。そして、電池ケース１３の外部に突出された電極リード１２の一部分は端子部となり、外部端子と電気的に連結される。

本発明の実施形態によるパウチ型二次電池１で、電池ケース１３は、軟性の物質で製造されたパウチである。以下、電池ケース１３はパウチであるものとして説明する。電池ケース１３は、電極リード１２の一部、すなわち、端子部が露出されるように電極組立体１０を収容してシーリングされる。このような電池ケース１３は、図２に示されたとおり、上部ケース１３１と下部ケース１３２を含む。下部ケース１３２には、電極組立体１０を収容することができる収容空間１３３１が設けられたコップ部１３３が形成され、上部ケース１３１は、前記電極組立体１０が電池ケース１３の外部に離脱されないように前記収容空間１３３１を上部でカバーする。このとき、図２に示されたとおり、上部ケース１３１にも収容空間１３３１が設けられたコップ部１３３が形成され、電極組立体１０を上部で収容することもできる。上部ケース１３１と下部ケース１３２は、図２に示されたとおり、一側が互いに連結して製造されてよいが、これに制限されず、互いに分離して別途に製造されるなど多様に製造されてよい。

電極組立体１０の電極タブ１１に電極リード１２が連結され、電極リード１２の一部分に絶縁部１４が形成されると、下部ケース１３２に設けられた収容空間１３３１に電極組立体１０が収容され、上部ケース１３１が前記収容空間１３３１を上部でカバーする。そして、内部に電解液を注入し、上部ケース１３１と下部ケース１３２の枠に形成されたシーリング部１３４がシーリングされると、二次電池１が製造される。

図３は、本発明の一実施形態による正極１０１の平面図であり、図４は、本発明の一実施形態による正極１０１の正極活物質塗布部１０１３と正極活物質未塗布部１０１４の一部拡大図である。

本発明の一実施形態によれば、電極１０１、１０２の活物質塗布部１０１３、１０２３と活物質未塗布部１０１４、１０２４の間に、難燃剤を含むコーティング部がコーティングされるので、正極１０１と負極１０２が直接接触したとしても初期発熱を抑制して安全性を確保することができる。

これによって、本発明の一実施形態による電極１０１、１０２は、電極集電体１０１１、１０２１の少なくとも一つの面に電極活物質１０１２、１０２２が塗布された活物質塗布部１０１３、１０２３；前記活物質塗布部１０１３、１０２３の一側に形成され、前記電極活物質１０１２、１０２２が塗布されていない活物質未塗布部１０１４、１０２４；及び前記活物質塗布部１０１３、１０２３と前記活物質未塗布部１０１４、１０２４の間にコーティングされ、難燃剤が含まれるコーティング部を含む。

そして、本発明の一実施形態による電極組立体１０は、正極集電体１０１１の少なくとも一つの面に正極活物質１０１２が塗布された正極活物質塗布部１０１３、前記正極活物質塗布部１０１３の一側に形成され、前記正極活物質１０１２が塗布されていない正極活物質未塗布部１０１４、及び前記正極活物質塗布部１０１３と前記正極活物質未塗布部１０１４の間にコーティングされ、難燃剤が含まれる正極コーティング部１０１５を含む正極１０１；負極集電体１０２１の少なくとも一つの面に負極活物質１０２２が塗布された負極活物質塗布部１０２３、及び前記負極活物質塗布部１０２３の一側に形成され、前記負極活物質１０２２が塗布されていない負極活物質未塗布部１０２４を含む負極１０２；及び前記正極１０１及び前記負極１０２の間に介在される分離膜を含む。

電極組立体１０に含まれる複数の電極１０１、１０２のうち正極１０１で、正極活物質塗布部１０１３は、正極集電体１０１１の少なくとも一つの面に正極活物質１０１２が塗布された部分である。正極活物質塗布部１０１３は、図３に示されたとおり、正極集電体１０１１で正極活物質１０１２が塗布された部分であり、このとき、前述したとおり、正極活物質１０１２に導電材及びバインダーが混合され得る。

正極活物質未塗布部１０１４は、正極１０１で正極活物質塗布部１０１３の一側に形成され、正極活物質１０１２が塗布されていない部分である。前述したとおり、このような正極活物質未塗布部１０１４を裁断するか、別途の導電部材を連結して正極タブ１１１を形成してもよい。このような正極活物質未塗布部１０１４は、正極活物質塗布部１０１３の一側に形成されるので、図４に示されたとおり、正極集電体１０１１の同じ面に形成される。

二次電池１が実際用いられる途中で、外部との衝突により事故が発生し得る。例えば、尖鋭な物体が二次電池１を貫通し、前記正極１０１と負極１０２が直接接触することにより短絡（Ｓｈｏｒｔ）が発生し得る。このような短絡は、短い時間に早い速度で多量のガスの生成、高温上昇などを引き起こすことがあり、さらには、大きな爆発が発生して大型事故にもつながり得る。一般に、正極１０１と負極１０２の接触には、正極集電体１０１１と負極集電体１０２１が接触する場合、正極集電体１０１１と負極活物質１０２２が接触する場合、正極活物質１０１２と負極集電体１０２１が接触する場合、正極活物質１０１２と負極活物質１０２２が接触する場合など、大きく４つの場合がある。

その中で、一般に、正極集電体１０１１と負極活物質１０２２が接触するときに熱発生量が最も多く、最も高い温度に早く到達するので、爆発の危険性が最も大きい。よって、正極集電体１０１１と負極活物質１０２２の接触が最も危険な接触として知られている。よって、本発明の一実施形態によれば、正極１０１は、正極活物質塗布部１０１３と正極活物質未塗布部１０１４の間にコーティングされ、難燃剤が含まれる正極コーティング部１０１５を含む。

前記難燃剤は、燃焼反応を阻害する物質であって、ハロゲン系難燃剤、リン系難燃剤または無機化合物難燃剤など多様な難燃剤を含んでよい。

ハロゲン系難燃剤は、一般に、気相で発生するラジカルを実質的に安定化させることにより難燃の効果を奏する。ハロゲン系難燃剤には、例えば、トリブロモフェノキシエタン、テトラブロモビスフェノール－Ａ（ＴＢＢＡ）、オクタブロモジフェニルエーテル（ＯＢＤＰＥ）、臭素化エポキシオリゴマー、臭素化ポリカーボネートオリゴマー、塩素化パラフィン、塩素化ポリエチレン、脂環族塩素系難燃剤などがある。

リン系難燃剤は、一般に、熱分解によりポリメタリン酸を生成し、これが保護層を形成するか、ポリメタリン酸が生成されるときの脱水作用により生成される炭素被膜が酸素を遮断することにより難燃の効果を奏する。リン系難燃剤の例を挙げると、赤リン、リン酸アンモニウムなどのリン酸塩 (ｐｈｏｓｐｈａｔｅｓ)、ホスフィンオキシド（ｐｈｏｓｐｈｉｎｅｏｘｉｄｅ)、ホスフィンオキシドジオール(ｐｈｏｓｐｈｉｎｅｏｘｉｄｅｄｉｏｌｓ)、ホスファイト(ｐｈｏｓｐｈｉｔｅｓ)、ホスホネート (ｐｈｏｓｐｈｏｎａｔｅｓ)、トリアリールホスフェート(ｔｒｉａｒｙｌｐｈｏｓｐｈａｔｅ)、アルキルジアリールホスフェート(ａｌｋｙｌｄｉａｒｙｌｐｈｏｓｐｈａｔｅ)、トリアルキルホスフェート(ｔｒｉａｌｋｙｌｐｈｏｓｐｈａｔｅ)、レゾルシノールビスジフェニルホスフェート(ｒｅｓｏｒｃｉｎａｏｌｂｉｓｄｉｐｈｅｎｙｌｐｈｏｓｐｈａｔｅ、ＲＤＰ）などがある。

無機化合物難燃剤は、一般に、熱により分解され、水、二酸化炭素、二酸化硫黄、塩化水素などの不燃性ガスを放出し、吸熱反応を誘発することにより、可燃性ガスを希釈させて酸素の接近を防止し、吸熱反応により冷却及び熱分解生成物の生成を減少させて難燃の効果を奏する。無機化合物難燃剤には、例えば、水酸化アルミニウム（Ａｌ（ＯＨ）_３）、水酸化マグネシウム（Ｍｇ（ＯＨ）_２）、ホウ酸（ＢＨ_３Ｏ_３）、酸化アンチモン、水酸化スズ、酸化スズ、酸化モリブデン、ジルコニウム化合物、ホウ酸塩、カルシウム塩などがある。

前記難燃剤のうち、特に好ましくは、無機化合物難燃剤を用いてよい。本発明の一実施形態によれば、正極コーティング部１０１５にこのような難燃剤が含まれ、特に、無機化合物難燃剤である水酸化アルミニウム（Ａｌ（ＯＨ）_３）、水酸化マグネシウム（Ｍｇ（ＯＨ）_２）またはホウ酸（ＢＨ_３Ｏ_３）であるのが好ましい。そして場合によっては、前記に例示した難燃剤との混合使用時に難燃の相乗効果を誘導するその他の添加剤をさらに含んでもよい。

正極コーティング部１０１５は、正極活物質塗布部１０１３と正極活物質未塗布部１０１４の間にコーティングされることにより、正極集電体１０１１と負極活物質１０２２が直接接触したとしても初期発熱を抑制して安全性を確保することができる。

特に、正極コーティング部１０１５は、図４に示されたとおり、正極活物質塗布部１０１３と正極活物質未塗布部１０１４の境界面１０１６を含んでコーティングされることが好ましい。すなわち、正極活物質１０１２が正極活物質塗布部１０１３に先ず塗布されると、正極活物質１０１２の一端は、正極活物質塗布部１０１３と正極活物質未塗布部１０１４の境界面１０１６となる。そうすると、正極コーティング部１０１５が前記塗布された正極活物質１０１２の一端を一部カバーしながらコーティングされてよい。よって、正極コーティング部１０１５がある程度剥離されたとしても、正極活物質未塗布部１０１４の正極集電体１０１１が大きく露出され得ない。それにより、正極コーティング部１０１５の一部剥離された領域を介して正極集電体１０１１と負極活物質１０２２が接触することを防止することができる。

図５は、本発明の一実施形態による負極１０２の平面図であり、図６は、本発明の一実施形態による負極１０２の負極活物質塗布部１０２３と負極活物質未塗布部１０２４の一部拡大図である。

本発明の一実施形態によれば、電極組立体１０に含まれる複数の電極１０１、１０２のうち負極１０２で、負極活物質塗布部１０２３は、負極集電体１０２１の少なくとも一つの面に負極活物質１０２２が塗布された部分である。負極活物質塗布部１０２３は、図５に示されたとおり、負極集電体１０２１で負極活物質１０２２が塗布された部分であり、このとき、前述したとおり、負極活物質１０２２に選択的に導電材、バインダー、充填剤などを含ませることができる。

負極活物質未塗布部１０２４は、負極１０２で負極活物質塗布部１０２３の一側に形成され、負極活物質１０２２が塗布されていない部分である。前述したとおり、このような負極活物質未塗布部１０２４を裁断するか別途の導電部材を連結して負極タブ１１２を形成してもよい。このような負極活物質未塗布部１０２４は、負極活物質塗布部１０２３の一側に形成されるので、図６に示されたとおり、負極集電体１０２１の同じ面に形成される。

前述のとおり、正極集電体１０１１と負極活物質１０２２が接触するときに爆発の危険性が最も大きいので、負極集電体１０２１が正極集電体１０１１または正極活物質１０１２に接触する場合には爆発の危険性が相対的に小さい。よって、本発明の一実施形態によれば、負極１０２には難燃剤が含まれた負極コーティング部がコーティングされない。

図７は、本発明の他の実施形態による負極１０２ａの平面図であり、図８は、本発明の他の実施形態による負極１０２ａの負極活物質塗布部１０２３ａと負極活物質未塗布部１０２４ａの一部拡大図である。

負極集電体１０２１が正極集電体１０１１または正極活物質１０１２に接触する場合には爆発の危険性が相対的に小さいが、これは正極集電体１０１１と負極活物質１０２２が接触する場合と比べたとき相対的なものに過ぎず、安全性が確保されるものではない。

したがって、本発明の他の実施形態によれば、図７に示されたとおり、負極１０２ａは負極活物質塗布部１０２３ａと負極活物質未塗布部１０２４ａの間にコーティングされ、難燃剤が含まれる負極コーティング部１０２５ａをさらに含む。それにより、負極集電体１０２１と正極集電体１０１１または正極活物質１０１２が直接接触したとしても初期発熱を抑制して安全性を確保することができる。

特に、負極コーティング部１０２５ａは、図８に示されたとおり、負極活物質塗布部１０２３ａと負極活物質未塗布部１０２４ａの境界面１０２６ａを含んでコーティングされることが好ましい。すなわち、負極活物質１０２２ａが負極活物質塗布部１０２３ａに先ず塗布されると、負極活物質１０２２ａの一端は、負極活物質塗布部１０２３ａと負極活物質未塗布部１０２４ａの境界面１０２６ａとなる。そうすると、負極コーティング部１０２５ａが前記塗布された負極活物質１０２２ａの一端を一部カバーしながらコーティングされてよい。よって、負極コーティング部１０２５ａがある程度剥離されたとしても、負極活物質未塗布部１０２４ａの負極集電体１０２１が大きく露出され得ない。それにより、負極コーティング部１０２５ａの一部剥離された領域を介して負極集電体１０２１と正極集電体１０１１または正極活物質１０１２が接触することを防止することができる。

本発明の属する技術分野の通常の知識を有する者は、本発明がその技術的思想や必須の特徴を変更しなくとも他の具体的な形態に実施され得るということを理解できるであろう。したがって、以上で記述した実施形態は、全ての面において例示的なものであって、限定的ではないと理解すべきである。本発明の範囲は、前記詳細な説明よりは後述する特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲の意味及び範囲、そしてその均等概念から導出される多様な実施形態が本発明の範囲に含まれるものと解釈すべきである。

１二次電池
１０電極組立体
１１電極タブ
１２電極リード
１３電池ケース
１４絶縁部
１０１正極
１０１電極
１０２負極
１０２ａ負極
１０１１正極集電体
１０１２正極活物質
１０１３正極活物質塗布部
１０１４正極活物質未塗布部
１０１５正極コーティング部
１０１６境界面
１０２１負極集電体
１０２２負極活物質
１０２２ａ負極活物質
１０２３活物質塗布部
１０２３負極活物質塗布部
１０２３ａ負極活物質塗布部
１０２４活物質未塗布部
１０２４負極活物質未塗布部
１０２４ａ負極活物質未塗布部
１０２５ａ負極コーティング部
１０２６ａ境界面
Ａｎｏｄｅ負極

Claims

電極集電体の少なくとも一つの面に電極活物質が塗布された活物質塗布部；
前記活物質塗布部の一側に形成され、前記電極活物質が塗布されていない活物質未塗布部；及び
前記活物質塗布部と前記活物質未塗布部の間にコーティングされ、難燃剤が含まれるコーティング部を含み、
前記電極集電体は網、多孔質体、発泡体、または不織布体で形成されており、前記電極集電体の表面には凹凸が形成されている、電極。
前記電極集電体は、正極集電体であり、
前記電極活物質は、正極活物質である、請求項１に記載の電極。
前記難燃剤は、
ハロゲン系難燃剤、リン系難燃剤または無機化合物難燃剤を含む、請求項１または２に記載の電極。
前記難燃剤は、
Ａｌ（ＯＨ）_３、Ｍｇ（ＯＨ）_２またはＢＨ_３Ｏ_３をさらに含む、請求項３に記載の電極。
前記コーティング部は、
前記活物質塗布部及び前記活物質未塗布部の間の境界面を含んでコーティングされる、請求項１～４の何れか一項に記載の電極。
前記活物質塗布部と前記活物質未塗布部は、
前記電極集電体の同じ面に形成される、請求項１～５の何れか一項に記載の電極。
正極集電体の少なくとも一つの面に正極活物質が塗布された正極活物質塗布部、前記正極活物質塗布部の一側に形成され、前記正極活物質が塗布されていない正極活物質未塗布部、及び前記正極活物質塗布部と前記正極活物質未塗布部の間にコーティングされ、難燃剤が含まれる正極コーティング部を含む正極；
負極集電体の少なくとも一つの面に負極活物質が塗布された負極活物質塗布部、及び前記負極活物質塗布部の一側に形成され、前記負極活物質が塗布されていない負極活物質未塗布部を含む負極；及び
前記正極及び前記負極の間に介在される分離膜を含み、
前記正極集電体及び前記負極集電体は網、多孔質体、発泡体、または不織布体で形成されており、前記正極集電体及び前記負極集電体の表面には凹凸が形成されている、電極組立体。
前記負極は、
前記負極活物質塗布部と前記負極活物質未塗布部の間にコーティングされ、難燃剤が含まれる負極コーティング部をさらに含む、請求項７に記載の電極組立体。
請求項７または８に記載の電極組立体を含む二次電池。
前記正極及び前記負極からそれぞれ一側に突出して形成された複数の電極タブ；
前記電極タブにそれぞれ連結され、前記電極組立体の内部で生成された電気を外部に伝達する複数の電極リード；
前記電極組立体を内部に収納する電池ケース；及び
前記電極リードの周囲を包囲し、前記電池ケースとともにシーリングされ、難燃剤が含まれる絶縁部をさらに含む、請求項９に記載の二次電池。