JP7374204B2 - 二次電池 - Google Patents
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Description
本発明は電池分野に関し、特に二次電池に関する。
二次電池は電極組立体と、電極組立体を収容するためのケースとを含み、従来のケースは一般的に電極組立体の正極に導通することにより、高い電位を維持して腐食を防止する。ところが、ケースに帯電した後に二次電池の短絡リスクが増加する。例えば、二次電池の組立過程において、電極組立体の外表面に金属異物が残存し、電極組立体は動作過程において膨張してサイクルの後期にケースを押し、このとき、金属異物は電極組立体のセパレータを突き破りやすく、電極組立体の負極とケースを連通し、それにより短絡をもたらし、セキュリティリスクを引き起こしてしまう。
背景技術で存在している問題に鑑みて、本発明は二次電池を提供することを目的とし、短絡リスクを低減させ、安全性能を向上させることができる。
上記目的を実現するために、本発明は二次電池を提供し、電極組立体、ケース、トップカバー組立体及び第１絶縁テープを含む。前記電極組立体は１つ又は複数の電極ユニットを含み、前記電極ユニットは正極極板、負極極板、及び前記正極極板と前記負極極板との間に設置されるセパレータを有し、前記電極ユニットは巻取構造であり且つ扁平状であり、前記電極ユニットの最外輪の負極極板は最外輪の正極極板の外側に位置する。前記ケースは第１側壁及び収容キャビティを有し、前記電極組立体は前記収容キャビティに収容され、前記ケースは前記正極極板に電気的に接続され、前記トップカバー組立体は前記ケースに接続される。前記第１絶縁テープは前記電極組立体と前記第１側壁との間に位置し、且つ前記電極組立体の外表面に密着する。
いくつかの実施例に係る二次電池において、前記負極極板は負極集電体と、前記負極集電体の２つの表面にコーティングされる負極活物質層とを含む。前記電極ユニットの巻取軸に平行な長さ方向に沿って、前記第１絶縁テープの端部は前記負極活物質層を超える。
いくつかの実施例に係る二次電池において、前記電極組立体は前記長さ方向に沿って反対設置される２つの端面を有し、前記第１絶縁テープの端部は前記端面を超えない。
いくつかの実施例に係る二次電池において、前記第１絶縁テープは基体及び接着層を含み、前記基体は前記接着層を介して前記電極組立体の外表面に接着される。
いくつかの実施例に係る二次電池において、前記基体の厚さは１０μｍ～５０μｍであり、前記基体の弾性率は１Ｇｐａ～６Ｇｐａである。
いくつかの実施例に係る二次電池において、前記接着層の厚さは０．５μｍ～１５μｍであり、前記接着層の接着強度は０．０５Ｎ／ｍｍ２より大きい。
いくつかの実施例に係る二次電池において、前記二次電池は前記ケースの内部に位置する保護部材を更に含み、前記保護部材は前記電極組立体及び前記第１絶縁テープと、前記ケースとを隔てる。
いくつかの実施例に係る二次電池において、前記電極組立体の外表面は第１表面及び第２表面を含み、前記第１表面は平坦面であり、且つ前記電極組立体の前記厚さ方向に沿う端部に位置し、前記第２表面は前記第１表面に接続され、前記電極組立体の幅方向に沿う端部に位置する。前記第１側壁は、前記厚さ方向に沿って前記電極組立体の前記第１表面に近接する一方側に位置し、前記第１絶縁テープは前記第１表面と前記第１側壁との間に位置する。
いくつかの実施例に係る二次電池において、前記二次電池は第２絶縁テープを更に含み、前記第２絶縁テープの少なくとも一部は前記第２表面に密着し、且つ前記第２絶縁テープは前記第１絶縁テープと一体に形成される。
いくつかの実施例に係る二次電池において、前記第１絶縁テープの面積と前記第１表面の面積との比は７５％～９５％である。
いくつかの実施例に係る二次電池において、前記電極ユニットは複数あり、且つ前記厚さ方向に沿って配列され、各前記電極ユニットの前記幅方向に沿う端部は狭面を有し、前記第２表面は各前記電極ユニットの前記狭面を含む。
いくつかの実施例に係る二次電池において、前記狭面の少なくとも一部は円弧面である。
いくつかの実施例に係る二次電池において、前記幅方向に沿って、前記第１絶縁テープのエッジは前記第１表面と前記第２表面との交差線まで延在する。
いくつかの実施例に係る二次電池において、前記第１側壁は２つあり、且つそれぞれ前記電極組立体の前記厚さ方向に沿う両側に位置する。前記ケースは２つの第２側壁を更に含み、前記２つの第２側壁はそれぞれ前記電極組立体の前記幅方向に沿う両側に設置され、前記２つの第１側壁と前記２つの第２側壁とは接続して矩形のフレームを形成する。前記第１側壁の面積は前記第２側壁の面積より大きい。
いくつかの実施例に係る二次電池において、前記トップカバー組立体はトップカバープレート、電極端子及びアダプタシートを含み、前記トップカバープレートは前記ケースに接続され、前記電極端子は前記トップカバープレートに設置され、前記アダプタシートは前記電極端子と前記電極組立体を電気的に接続する。
いくつかの実施例に係る二次電池において、前記第１絶縁テープは２つあり、且つそれぞれ前記電極組立体の前記厚さ方向に沿う両端に位置する。
本発明の有益な効果は以下のとおりである。電極組立体の外表面に第１絶縁テープを密着させることにより、電極組立体の外表面に付着する金属異物を減少させることができ、更に、電極組立体が膨張するとき、第１絶縁テープは第１側壁と電極組立体を隔てることができ、それにより金属異物がセパレータを突き通すことを回避し、電極組立体と第１側壁との電気的接続を防止し、短絡リスクを低減させ、絶縁性能及び安全性能を向上させる。
本願の目的、技術案及び利点をより明確にするために、以下、図面を参照しながら実施例によって本願を更に詳しく説明する。理解されるように、ここで説明される具体的な実施例は本願を解釈するためのものに過ぎず、本願を制限するためのものではない。
本願の説明において、特に明確に規定及び制限しない限り、用語「第１」、「第２」、「第３」は説明するためのものに過ぎず、相対重要性を指示又は暗示すると理解されるべきではなく、用語「複数」は２つ以上（２つを含む）であり、特に規定又は説明しない限り、用語「接続」は広義で理解されるべきであり、例えば、「接続」は固定接続であってもよく、取り外し可能な接続であってもよく、又は一体接続であってもよく、又は電気的接続であってもよく、又は信号接続であってもよく、「接続」は直接接続であってもよく、又は中間媒体を介する間接接続であってもよい。当業者であれば、具体的な状況に応じて上記用語の本願での具体的な意味を理解することができる。
本明細書の説明において、理解されるように、本願の実施例に説明される「上」、「下」等の方位詞は図面に示す角度で説明され、本願の実施例を制限するものであると理解されるべきではない。以下、図面を参照しながら具体的な実施例によって本願を更に詳しく説明する。
図１及び図２を参照し、本願の二次電池は電極組立体１、ケース２、トップカバー組立体３及び第１絶縁テープ４を含む。
電極組立体１は電極ユニット１１を含み、電極ユニット１１は１つ又は複数あってもよく、本実施例では、電極ユニット１１は複数あり、且つ厚さ方向Ｙに沿って配列されることが好ましい。図４～図６を参照し、電極ユニット１１は正極極板１１１、負極極板１１２、及び正極極板１１１と負極極板１１２との間に設置されるセパレータ１１３を含む。電極ユニット１１は正極極板１１１、負極極板１１２及びセパレータ１１３を螺旋状に巻き取ることで形成されてもよく、且つ電極ユニット１１は圧力で押圧されて扁平状構造として形成される。
正極極板１１１は正極集電体１１１ｃと、正極集電体１１１ｃの２つの表面にコーティングされる正極活物質層１１１ｄとを含み、正極集電体１１１ｃはアルミ箔であってもよく、正極活物質層１１１ｄはマンガン酸リチウム又はリン酸鉄リチウムを含む。正極集電体１１１ｃは正極活物質層１１１ｄで被覆されていない正極無地領域を有する。負極極板１１２は負極集電体１１２ｃと、負極集電体１１２ｃの２つの表面にコーティングされる負極活物質層１１２ｄとを含み、負極集電体１１２ｃは銅箔であってもよく、負極活物質層１１２ｄはグラファイト又はシリコンを含む。負極集電体１１２ｃは負極活物質層１１２ｄで被覆されていない負極無地領域を有する。
二次電池の動作過程において、正極活物質層１１１ｄ内のリチウムイオンはセパレータ１１３を貫通して負極活物質層１１２ｄに挿入される必要があり、巻き取るとき、正極極板１１１で仕上げられる（即ち、電極ユニット１１の最外輪の負極極板１１２は最外輪の正極極板１１１の内側に位置する）場合、最外輪の正極極板１１１のリチウムイオンは負極極板１１２に挿入することができず、それによりリチウム析出の問題を引き起こしてしまう。従って、好ましくは、本願の電極ユニット１１の最外輪の負極極板１１２は最外輪の正極極板１１１の外側に位置する。当然ながら、絶縁性を確保するために、電極ユニット１１の最外輪のセパレータ１１３は最外輪の負極極板１１２の外側に位置する。
図６を参照し、電極ユニット１１は狭面１１ａ及び主面１１ｂを含み、主面１１ｂは電極ユニット１１の厚さ方向Ｙに沿う両端に位置し、且つ主面１１ｂはほぼ平面である。狭面１１ａは電極ユニット１１の幅方向Ｘに沿う両端に位置し、且つ少なくとも一部が円弧面であり、狭面１１ａは２つの主面１１ｂを接続する。主面１１ｂの面積は狭面１１ａの面積より大きい。厚さ方向Ｙと幅方向Ｘは互いに垂直であり、且つ厚さ方向Ｙと幅方向Ｘはいずれも電極ユニット１１の巻取軸に垂直である。また、電極ユニット１１の最外輪がセパレータ１１３であるため、狭面１１ａと主面１１ｂはいずれもセパレータ１１３の露出表面である。
ケース２の内部に収容キャビティ２２が形成されることにより、電極組立体１及び電解液を収容する。収容キャビティ２２は一端に開口が形成され、電極組立体１は前記開口を通して収容キャビティ２２内に置かれ得る。ケース２はアルミニウム又はアルミニウム合金等の導電性金属の材料で製造されてもよい。
ケース２は角柱形であってもよく、具体的に、ケース２は第１側壁２１、第２側壁２３及び底壁を含み、第１側壁２１は２つあり、且つそれぞれ電極組立体１の厚さ方向Ｙに沿う両側に設置され、第２側壁２３は２つあり、且つそれぞれ電極組立体１の幅方向Ｘに沿う両側に設置され、２つの第１側壁２１と２つの第２側壁２３は一体に接続されてほぼ矩形のフレームを形成する。底壁は第１側壁２１及び第２側壁２３の下側に設置され、且つ第１側壁２１及び第２側壁２３に接続され、底壁、２つの第１側壁２１及び２つの第２側壁２３はケース２の収容キャビティ２２を取り囲んでなる。第２側壁２３に比べて、第１側壁２１はより大きな面積を有する。
図１を参照し、トップカバー組立体３はトップカバープレート３１、電極端子３２及びアダプタシート３３を含む。トップカバープレート３１はケース２に接続され、ケース２の開口を被覆することにより、ケース２の開口を密閉する。電極端子３２はトップカバープレート３１に設置され、アダプタシート３３は溶接等の方式でそれぞれ電極端子３２、電極組立体１に電気的に接続されてもよい。長さ方向Ｚにおいて、トップカバープレート３１及びケース２の底壁はそれぞれ電極組立体１の両側に位置する。
電極端子３２は２つあってもよく、正極性の電極端子３２は一方のアダプタシート３３を介して正極極板１１１に電気的に接続され、負極性の電極端子３２は他方のアダプタシート３３を介して負極極板１１２に電気的に接続される。トップカバープレート３１は金属板であってもよく、且つトップカバープレート３１は正極性の電極端子３２に電気的に接続され、負極性の電極端子３２と絶縁される。ケース２は溶接等の方式でトップカバープレート３１に密閉接続されてもよい。
既知の技術では、電解液はケース２を腐食して、二次電池の性能及び耐用年数に影響を与えやすいが、本願では、ケース２はトップカバープレート３１及び正極性の電極端子３２を介して正極極板１１１に電気的に接続され、それによりケース２は高電位を維持でき、電気化学腐食を回避し、二次電池の性能及び耐用年数を改善する。
二次電池の組立過程において、生成された金属異物は電極組立体１の外表面にスパッタリング付着しやすい。動作過程において、電極組立体１は膨張し、且つ電極組立体１の厚さ方向Ｙにおける膨張が最も深刻であり、膨張時、電極組立体１は第１側壁２１を押し、圧力の作用によって、電極組立体１の表面に付着する金属異物はセパレータ１１３を突き破りやすく、負極極板１１２の負極活物質層１１２ｄと第１側壁２１を導通し、特に、二次電池が満充電状態にある場合、電極組立体１の内部に熱が迅速に発生し、それによりセキュリティリスクを引き起こしてしまう。
従って、好ましくは、本願は電極組立体１の外表面に第１絶縁テープ４を設置することが好ましく、第１絶縁テープ４は電極組立体１の外表面に密着し、且つ電極組立体１と第１側壁２１との間に位置する。第１絶縁テープ４は２つあることが好ましく、且つ２つの第１絶縁テープ４はそれぞれ電極組立体１の厚さ方向Ｙに沿う両端に位置する。
以下、本願の二次電池の成形過程について簡単に説明する。
（ｉ）正極極板１１１、負極極板１１２及びセパレータ１１３を一体に巻き取ることにより電極ユニット１１を製造し、巻き取り成形後に電極ユニット１１の表面に第１絶縁テープ４を接着する。
（ｉｉ）複数の電極ユニット１１を一体に積層し、複数の電極ユニット１１で電極組立体１を構成し、積層時、第１絶縁テープ４を電極組立体１の外側に設置する。
（ｉｉｉ）電極ユニット１１の正極無地領域及び負極無地領域をそれぞれ２つのアダプタシート３３に溶接し、次に、２つのアダプタシート３３をトップカバー組立体１の２つの電極端子３２に溶接する。
（ｉｖ）電極組立体１と、電極組立体１に接着される第１絶縁テープ４とをケース２内に入れ、次に、ケース２とトップカバー組立体３のトップカバープレート３１とを溶接し、ケース２の密閉を実現する。
（ｉ）正極極板１１１、負極極板１１２及びセパレータ１１３を一体に巻き取ることにより電極ユニット１１を製造し、巻き取り成形後に電極ユニット１１の表面に第１絶縁テープ４を接着する。
（ｉｉ）複数の電極ユニット１１を一体に積層し、複数の電極ユニット１１で電極組立体１を構成し、積層時、第１絶縁テープ４を電極組立体１の外側に設置する。
（ｉｉｉ）電極ユニット１１の正極無地領域及び負極無地領域をそれぞれ２つのアダプタシート３３に溶接し、次に、２つのアダプタシート３３をトップカバー組立体１の２つの電極端子３２に溶接する。
（ｉｖ）電極組立体１と、電極組立体１に接着される第１絶縁テープ４とをケース２内に入れ、次に、ケース２とトップカバー組立体３のトップカバープレート３１とを溶接し、ケース２の密閉を実現する。
電極組立体１の数が多い場合、最外側の２つの電極ユニット１１の表面に第１絶縁テープ４を接着するだけでよく、従って、ステップ（ｉ）において、いくつかの電極ユニット１１の表面に第１絶縁テープ４を接着する必要がない。
既知の技術では、電極端子とアダプタシートを溶接するとき、溶接により生成された金属異物は電極組立体の外表面に付着しやすい。そして、電極組立体は動作過程において膨張してサイクルの後期にケースを押し、このとき、金属異物は電極組立体のセパレータを突き破りやすく、電極組立体の負極とケースを連通し、それにより短絡をもたらし、セキュリティリスクを引き起こしてしまう。
本願では、アダプタシート３３と電極端子３２を溶接する前に、まず電極組立体１の外表面に第１絶縁テープ４を接着し、アダプタシート３３と電極端子３２を溶接するとき、第１絶縁テープ４は電極組立体１を保護することができ、それにより電極組立体１の外表面に直接付着する金属異物を減少させる。
電極組立体１が膨張するとき、第１絶縁テープ４は第１側壁２１と電極組立体１を隔てることができ、それにより第１絶縁テープ４とケース２との間に残った金属異物がセパレータ１１３を突き通すことを回避し、電極組立体１と第１側壁２１の電気的接続を防止し、短絡リスクを低減させ、絶縁性能を向上させる。
第１絶縁テープ４と電極組立体１の外表面との間に隙間がある場合、金属異物は第１絶縁テープ４と電極組立体１との間に残存する恐れがあり、電極組立体１が膨張するとき、金属異物は依然としてセパレータ１１３を突き破りやすく、ひいては負極極板１１２を損傷して、二次電池の性能に影響を与える。本願では、第１絶縁テープ４は電極組立体１の外表面に密着し、従って、金属異物はほとんど第１絶縁テープ４と電極組立体１との間に入ることがなく、それにより金属異物がセパレータ１１３及び負極極板１１２を突き破ることを回避する。
正極極板１１１のリチウムイオンができる限り負極極板１１２に挿入できることを確保するために、電極ユニット１１の巻取軸に平行な長さ方向Ｚに沿って、負極極板１１２の負極活物質層１１２ｄのサイズは、一般的に正極極板１１１の正極活物質層１１１ｄのサイズより大きい。具体的に、図５を参照し、電極組立体１の長さ方向Ｚに沿う一端において、負極活物質層１１２ｄの一方の端部１１２ａは正極活物質層１１１ｄの一方の端部１１１ａを超え、電極組立体１の長さ方向Ｚに沿う他端において、負極活物質層１１２ｄの他方の端部１１２ｂは正極活物質層１１１ｄの他方の端部１１１ｂを超える。絶縁性能を確保するために、長さ方向Ｚに沿って、セパレータ１１３のサイズは、一般的に負極活物質層１１２ｄのサイズより大きく、具体的に、電極組立体１の長さ方向Ｚに沿う一端において、セパレータ１１３の一方の端部１１３ａは負極活物質層１１２ｄの一方の端部１１２ａを超え、電極組立体１の長さ方向Ｚに沿う他端において、セパレータ１１３の他方の端部１１３ｂは負極活物質層１１２ｄの他方の端部１１２ｂを超える。このとき、セパレータ１１３は長さ方向Ｚに沿って正極活物質層１１１ｄ及び負極活物質層１１２ｄを完全に被覆する。
好ましくは、本願では、電極ユニット１１の巻取軸に平行な長さ方向Ｚに沿って、第１絶縁テープ４の端部は負極極板１１２の負極活物質層１１２ｄを超える。つまり、電極組立体１の長さ方向Ｚに沿う一端において、第１絶縁テープ４の一方の端部４ａは負極活物質層１１２ｄの一方の端部１１２ａを超え、電極組立体１の長さ方向Ｚに沿う他端において、第１絶縁テープ４の他方の端部４ｂは負極活物質層１１２ｄの他方の端部１１２ｂを超える。このとき、長さ方向Ｚにおいて、第１絶縁テープ４は負極活物質層１１２ｄを完全に被覆することができ、それにより絶縁性能を改善し、負極活物質層１１２ｄが第１側壁２１に導通するリスクを最大限に低減させ、安全性能を向上させる。
電極組立体１は長さ方向Ｚに沿って反対設置される２つの端面１２を有する。具体的に、電極組立体１が巻き取り成形された後、セパレータ１１３の２つの端部は複数周巻き取られ、各端部は１つの面を近似的に形成し、各端部で形成された面は端面１２である。前記２つの端面１２に小さなスリットがあるが、電解液は前記スリットを通して電極組立体１の内部に入ることができ、それにより浸潤性を改善する。
本願では、好ましくは、長さ方向Ｚに沿って、第１絶縁テープ４の端部は端面１２を超えず、つまり、長さ方向Ｚに沿って、第１絶縁テープ４は電極組立体１の２つの端面の間に位置する。第１絶縁テープ４の端部が端面１２を超える場合、組立又は使用過程において、端面１２を超える第１絶縁テープ４の部分は端面１２に折られやすく、それにより端面１２上のスリットを遮って、浸潤性に影響を与え、リチウム析出のリスクを引き起こしてしまう。
第１絶縁テープ４は基体４１及び接着層４２を含み、基体４１は接着層４２を介して電極組立体１の外表面に接着される。基体４１の材質は柔軟性重合体、例えばＰＭＭＡ又はＰＥＴであってもよい。接着層４２の材質はアクリル酸エステル又は酢酸エチルであってもよい。
本願では、基体４１は接着層４２を介して電極組立体１の外表面に直接接着され、第１絶縁テープ４と電極組立体１との間に隙間がなく、それにより金属異物が第１絶縁テープ４と電極組立体１との間に入ることを回避する。本願では、第１絶縁テープ４は電極組立体１の外表面に付着する金属異物を減少させることができるが、金属異物は依然として第１絶縁テープ４の外表面に付着し、従って、自体が金属異物により突き通されることを回避するために、第１絶縁テープ４は十分な厚さを有する必要がある。また、電極組立体１が使用過程において膨張変形するため、第１絶縁テープ４は電極組立体１の膨張・収縮につれて弾性変形できることを確保しなければならず、それにより二次電池のサイクル性能及び安全性能を確保する。
本願では、基体４１の厚さは１０μｍ～５０μｍであり、弾性率は１Ｇｐａ～６Ｇｐａである。
二次電池の組立過程において、溶接により生成された金属異物のサイズが不均一であり、基体４１の厚さが１０μｍより小さい場合、サイズが大きな金属異物は依然として第１絶縁テープ４を突き破って、負極極板１１２と第１側壁２１との電気的接続をもたらし、短絡リスクを引き起こす恐れがあり、基体４１の厚さが５０μｍより大きい場合、第１絶縁テープ４は体積が大きく、ケース２の内部空間を占有する。従って、基体４１の厚さサイズを１０μｍ～５０μｍに制限することにより、短絡リスクを効果的に低減させることができるとともに、第１絶縁テープ４が多すぎるケース２の空間を占有しないことを確保することもできる。好ましくは、基体４１の厚さは１２μｍ～３０μｍである。
基体４１の弾性率が１Ｇｐａより小さい場合、基体４１は膨張圧力によって塑性変形しやすく、このため、基体４１の厚さが薄くなり、強度が弱くなり、このとき、金属異物は第１絶縁テープ４を突き破って、負極極板１１２と第１側壁２１との電気的接続をもたらし、短絡リスクを引き起こす恐れがある。基体４１の弾性率が６Ｇｐａより大きい場合、基体４１は膨張圧力によってほとんど変形せず、つまり、基体４１は電極組立体１の膨張を制限し、制限力の作用によって、電極組立体１の一部の電解液が押し出され、電解液が不足する現象をもたらし、それによりリチウムイオンはセパレータ１１３を通ることができず、リチウム析出を引き起こしてしまう。それゆえ、基体４１の弾性率を１Ｇｐａより大きく且つ６Ｇｐａより小さく制限することにより、短絡リスクを効果的に低減させることができるとともに、リチウム析出の発生を回避し、サイクル性能を向上させることもできる。好ましくは、基体４１の弾性率は１．２Ｇｐａ～４．５Ｇｐａである。
接着層４２の厚さは０．５μｍ～１５μｍである。接着層４２の厚さが０．５μｍより小さい場合、接着層４２の接着強度が小さくなり、基体４１は電極組立体１から分離しやすく、基体４１の保護機能が無効になってしまう。接着層４２の厚さが１５μｍより大きい場合、接着層４２が占有する空間は大きすぎて、二次電池のエネルギー密度を低減させてしまう。
電極組立体１が膨張するとき、セパレータ１１３と接着層４２との間に応力が集中し、セパレータ１１３と接着層４２との分離を回避するために、接着層４２の接着強度は０．０５Ｎ／ｍｍ２より大きいことが好ましい。
図３を参照し、電極組立体１の外表面は２つの第１表面１３及び２つの第２表面１４を含む。２つの第１表面１３はほぼ平坦面であり、且つそれぞれ電極組立体１の厚さ方向Ｙに沿う両端に位置し、２つの第２表面１４はそれぞれ電極組立体１の幅方向Ｘに沿う両端に位置する。各第２表面１４の両端はそれぞれ２つの第１表面１３に接続される。
本実施例では、電極組立体１の複数の電極ユニット１１は厚さ方向Ｙに沿って順に配列され、従って、前記複数の電極ユニット１１のすべての主面１１ｂのうち、一方の第１側壁２１に最も近い１つの主面１１ｂは露出し、他方の第１側壁２１に最も近い他の主面１１ｂは露出する。露出する２つの主面１１ｂはそれぞれ電極組立体１の２つの第１表面１３である。また、前記「露出」は電極組立体１の全体に対するものである。
狭面１１ａの少なくとも一部が円弧面であるため、隣接する電極ユニット１１の狭面１１ａの間に隙間があり、各電極ユニット１１の狭面１１ａは他の電極ユニット１１で被覆されることがなく、従って、複数の電極ユニット１１の狭面１１ａはいずれも露出する。一方の第２表面１４は各電極ユニット１１の幅方向Ｘに沿う一端の狭面１１ａを含み、他方の第２表面１４は各電極ユニット１１の幅方向Ｘに沿う他端の狭面１１ａを含む。
本願では、２つの第１表面１３はそれぞれ電極組立体１の厚さ方向Ｙに沿う両端に位置するが、２つの第２表面１４はそれぞれ電極組立体１の幅方向Ｘに沿う両端に位置し、第１表面１３と第２表面１４は互いに交差し、従って、第１表面１３と第２表面１４との境界箇所に交差線Ｌが形成される。
電極ユニット１１の主面１１ｂの面積が狭面１１ａの面積より大きいため、電極ユニット１１が使用過程において膨張するとき、電極ユニット１１の主面１１ｂは深刻に変形し、言い換えれば、電極ユニット１１の厚さが変化しない場合、電極ユニット１１の主面１１ｂが厚さ方向Ｙに沿って突出するサイズは狭面１１ａが厚さ方向Ｙに沿って突出するサイズより大きい。従って、第２表面１４に比べて、第１表面１３はケース２を押しやすい。更に、第１表面１３はほぼ平坦面であり、且つ第２表面１４は複数の狭面１１ｂを含み且つ各狭面１１ｂの少なくとも一部は円弧面であり、第１表面１３と第２表面１４の変形程度が同じであっても、第１表面１３とケース２との接触面積は第２表面１４とケース２との接触面積より大きい。従って、狭面１１ａに比べて、電極ユニット１１の主面１１ｂは短絡リスクが高い。
電極ユニット１１の主面１１ｂの面積が狭面１１ａの面積より大きいため、電極ユニット１１が使用過程において膨張するとき、電極ユニット１１の主面１１ｂは深刻に変形し、言い換えれば、電極ユニット１１の厚さが変化しない場合、電極ユニット１１の主面１１ｂが厚さ方向Ｙに沿って突出するサイズは狭面１１ａが厚さ方向Ｙに沿って突出するサイズより大きい。従って、第２表面１４に比べて、第１表面１３はケース２を押しやすい。更に、第１表面１３はほぼ平坦面であり、且つ第２表面１４は複数の狭面１１ｂを含み且つ各狭面１１ｂの少なくとも一部は円弧面であり、第１表面１３と第２表面１４の変形程度が同じであっても、第１表面１３とケース２との接触面積は第２表面１４とケース２との接触面積より大きい。従って、狭面１１ａに比べて、電極ユニット１１の主面１１ｂは短絡リスクが高い。
エネルギー密度を向上させるために、電極組立体１とケース２との間に予め残された隙間、特に第１表面１３と第１側壁２１との間の隙間は小さい。電極組立体１が膨張するとき、第１表面１３は第１側壁２１の作用力を受けやすいが、第２表面１４はほぼ円弧状であるため、第２表面１４と第２側壁２３との間及び第２表面１４と第１側壁２１との間にいずれもより大きな隙間が残され、従って、電極組立体１が膨張するとき、第２表面１４は第２側壁２３及び第１側壁２１の作用力を受けにくい。従って、好ましくは、第１絶縁テープ４は第１表面１３に密着し、つまり、第１絶縁テープ４は第１表面１３に接着される。第１絶縁テープ４は第１側壁２１と第１表面１３を隔てることができ、それにより金属異物が第１表面１３を突き通すことを回避し、負極活物質層１１２ｄと第１側壁２１との電気的接続を防止し、絶縁性能を向上させる。
図４を参照し、幅方向Ｘに沿って、第１絶縁テープ４のエッジは交差線Ｌまで延在する。具体的に、第１絶縁テープ４の幅方向Ｘに沿う２つのエッジはそれぞれ第１エッジ４ｃ及び第２エッジ４ｄであり、幅方向Ｘにおいて、第１エッジ４ｃは第１表面１３の一端に位置する交差線Ｌと同じ高さであり、第２エッジ４ｄは第１表面１３の他端に位置する交差線Ｌと同じ高さである。このとき、幅方向Ｘにおいて、第１絶縁テープ４は第１側壁２１と負極極板１１２を完全に隔てることができ、それにより第１側壁２１と負極極板１１２との電気的接続を回避し、絶縁性能を向上させる。
第１表面１３の第１絶縁テープ４で被覆されていない領域は依然として金属異物で突き破られるリスクが存在し、従って、絶縁性能を確保するために、第１絶縁テープ４の面積と第１表面１３の面積との比は７５％～９５％であることが好ましい。前記面積比が９５％より大きい場合、第１絶縁テープ４を接着するとき、第１絶縁テープ４は位置ずれしやすく、第１絶縁テープ４は端面１２を超えて、浸潤性に影響を与え、リチウム析出のリスクを引き起こしてしまう。
絶縁性能を更に向上させ、第１絶縁テープ４がケース２に入る際に損傷されることを回避するために、二次電池はケース２の内部に位置する保護部材６を更に含み、保護部材６は電極組立体１及び第１絶縁テープ４の外側に取り囲むことができ、それにより、電極組立体１とケース２を隔て、電極組立体１及び第１絶縁テープ４と、ケース２とを隔てる。保護部材６はほぼ１つの矩形のキャビティを取り囲み、電極組立体１及び第１絶縁テープ４は前記キャビティ内に収容されて保護部材６により囲まれる。具体的に、ステップ（ｉｖ）では、電極組立体１及び電極組立体１に接着される第１絶縁テープ４をケース２に入れる前に、まず電極組立体１及び第１絶縁テープ４の外側に保護部材６を取り囲み、次に、保護部材６、電極組立体１及び第１絶縁テープ４をともにケース２の内部に入れ、最後、ケース２とトップカバー組立体３のトップカバープレート３１を溶接し、ケース２の密閉を実現する。
図７を参照し、代替実施例では、前記二次電池は第２絶縁テープ５を更に含み、第２絶縁テープ５の少なくとも一部は第２表面１４に密着し、且つ第２絶縁テープ５は第１絶縁テープ４に接続される。第１絶縁テープ４と第２絶縁テープ５は一体部材であることが好ましい。第２絶縁テープ５がない場合、第１絶縁テープ４を接着するとき、第１エッジ４ｃ及び第２エッジ４ｄが交差線Ｌと同じ高さであることを確保する必要があり、プロセス精度への要件がより高いが、第２絶縁テープ５を設置することにより、第１エッジ４ｃと交差線Ｌとの位置ずれが許容され、交差線Ｌが第１絶縁テープ４又は第２絶縁テープ５により被覆されることを確保するだけでよく、それにより絶縁テープの接着プロセスを簡素化する。
１ 電極組立体
１１ 電極ユニット
１１１ 正極極板
１１１ｃ 正極集電体
１１１ｄ 正極活物質層
１１２ 負極極板
１１２ｃ 負極集電体
１１２ｄ 負極活物質層
１１３ セパレータ
１１ａ 狭面
１１ｂ 主面
１２ 端面
１３ 第１表面
１４ 第２表面
２ ケース
２１ 第１側壁
２２ 収容キャビティ
２３ 第２側壁
３ トップカバー組立体
３１ トップカバープレート
３２ 電極端子
３３ アダプタシート
４ 第１絶縁テープ
４１ 基体
４２ 接着層
４ｃ 第１エッジ
４ｄ 第２エッジ
５ 第２絶縁テープ
６ 保護部材
Ｘ 幅方向
Ｙ 厚さ方向
Ｚ 長さ方向
１１ 電極ユニット
１１１ 正極極板
１１１ｃ 正極集電体
１１１ｄ 正極活物質層
１１２ 負極極板
１１２ｃ 負極集電体
１１２ｄ 負極活物質層
１１３ セパレータ
１１ａ 狭面
１１ｂ 主面
１２ 端面
１３ 第１表面
１４ 第２表面
２ ケース
２１ 第１側壁
２２ 収容キャビティ
２３ 第２側壁
３ トップカバー組立体
３１ トップカバープレート
３２ 電極端子
３３ アダプタシート
４ 第１絶縁テープ
４１ 基体
４２ 接着層
４ｃ 第１エッジ
４ｄ 第２エッジ
５ 第２絶縁テープ
６ 保護部材
Ｘ 幅方向
Ｙ 厚さ方向
Ｚ 長さ方向
Claims (12)
- 二次電池であって、電極組立体、ケース、トップカバー組立体及び第１絶縁テープを含み、
前記電極組立体は１つ又は複数の電極ユニットを含み、前記電極ユニットは正極極板、負極極板、及び前記正極極板と前記負極極板との間に設置されるセパレータを有し、前記電極ユニットは巻取構造であり且つ扁平状であり、前記電極ユニットの最外輪の負極極板は最外輪の正極極板の外側に位置し、前記電極ユニットの最外輪のセパレータは最外輪の負極極板の外側に位置し、
前記ケースは第１側壁及び収容キャビティを有し、前記電極組立体は前記収容キャビティに収容され、前記ケースは前記正極極板に電気的に接続され、前記トップカバー組立体は前記ケースに接続され、
前記第１絶縁テープは前記電極組立体と前記第１側壁との間に位置し、且つ前記電極組立体の外表面に密着し、
前記電極組立体の外表面は第１表面及び第２表面を含み、前記第１表面は平坦面であり、且つ前記電極組立体の厚さ方向に沿う端部に位置し、前記第２表面は前記第１表面に接続され、前記電極組立体の幅方向に沿う端部に位置し、
前記第１側壁は、前記厚さ方向に沿って前記電極組立体の前記第１表面に近接する一方側に位置し、前記第１絶縁テープは前記第１表面と前記第１側壁との間に位置し、
前記二次電池は前記ケースの内部に位置する保護部材を更に含み、前記保護部材は前記電極組立体及び前記第１絶縁テープと、前記ケースとを隔て、
前記負極極板は負極集電体と、前記負極集電体の２つの表面にコーティングされる負極活物質層とを含み、
前記電極ユニットの巻取軸に平行な長さ方向に沿って、前記第１絶縁テープの端部は前記負極活物質層を超え、
前記電極組立体は前記長さ方向に沿って反対設置される２つの端面を有し、前記第１絶縁テープの端部は前記端面を超えない、二次電池。 - 前記第１絶縁テープは基体及び接着層を含み、前記基体は前記接着層を介して前記電極組立体の外表面に接着される請求項１に記載の二次電池。
- 前記基体の厚さは１０μｍ～５０μｍであり、前記基体の弾性率は１Ｇｐａ～６Ｇｐａである請求項２に記載の二次電池。
- 前記接着層の厚さは０．５μｍ～１５μｍであり、前記接着層の接着強度は０．０５Ｎ／ｍｍ２より大きい請求項２又は３に記載の二次電池。
- 前記二次電池は第２絶縁テープを更に含み、前記第２絶縁テープの少なくとも一部は前記第２表面に密着し、且つ前記第２絶縁テープは前記第１絶縁テープと一体に形成される請求項１に記載の二次電池。
- 前記第１絶縁テープの面積と前記第１表面の面積との比は７５％～９５％である請求項１又は５に記載の二次電池。
- 前記電極ユニットは複数あり、且つ前記厚さ方向に沿って配列され、各前記電極ユニットの前記幅方向に沿う端部は狭面を有し、前記第２表面は各前記電極ユニットの前記狭面を含む請求項１、５及び６のいずれか１項に記載の二次電池。
- 前記狭面の少なくとも一部は円弧面である請求項７に記載の二次電池。
- 前記幅方向に沿って、前記第１絶縁テープのエッジは前記第１表面と前記第２表面との交差線まで延在する請求項１及び５～８のいずれか１項に記載の二次電池。
- 前記第１側壁は２つあり、且つそれぞれ前記電極組立体の厚さ方向に沿う両側に位置し、
前記ケースは２つの第２側壁を更に含み、前記２つの第２側壁はそれぞれ前記電極組立体の幅方向に沿う両側に設置され、前記２つの第１側壁と前記２つの第２側壁は接続して矩形のフレームを形成し、
前記第１側壁の面積は前記第２側壁の面積より大きい請求項１～９のいずれか１項に記載の二次電池。 - 前記トップカバー組立体はトップカバープレート、電極端子及びアダプタシートを含み、前記トップカバープレートは前記ケースに接続され、前記電極端子は前記トップカバープレートに設置され、前記アダプタシートは前記電極端子と前記電極組立体を電気的に接続する請求項１～１０のいずれか１項に記載の二次電池。
- 前記第１絶縁テープは２つあり、且つそれぞれ前記電極組立体の厚さ方向に沿う両端に位置する請求項１～１１のいずれか１項に記載の二次電池。
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