KR20100112174A - 이차전지용 전극군 및 이를 이용한 이차전지 - Google Patents

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secondary battery
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마유미 가네다
다이스케 스에츠구
세이이치 가토
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파나소닉 주식회사
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Abstract

양극 집전체(11) 상에 양극 합제층(12a, 12b)이 형성된 양극판(14), 및 음극 집전체(21) 상에 음극 합제층(22a, 22b)이 형성된 음극판(24)을, 세퍼레이터(31)를 개재하여 편평형으로 감아 전극군(4)을 구성하고, 양극판(14) 및 음극판(24)의 적어도 한쪽 극판이, 전극군(4)의 장경(長徑)방향 단부에 있는 만곡부에, 집전체(11, 21) 상에 합제층(12a, 12b, 22a, 22b)이 형성되지 않은 미도포부(13a, 13b, 23a, 23b)를 갖는다.

Description

이차전지용 전극군 및 이를 이용한 이차전지{ELECTRODE GROUP FOR SECONDARY BATTERY AND SECONDARY BATTERY USING THE SAME}
본 발명은 리튬이온 전지로 대표되는 비수계 이차전지에 사용되는 전극군 및 이를 이용한 비수계 이차전지에 관한 것이다.
최근, 휴대용 전자기기의 전원으로서 이용이 확대되고 있는 리튬이온 이차전지는, 음극에 리튬의 흡장 및 방출이 가능한 탄소질 재료 등을 이용하며, 양극에 LiCoO2 등의 천이금속과 리튬의 복합 산화물을 활물질로서 이용하고 있고, 이에 의해 고전위이며 고방전 용량의 비수계 이차전지를 실현하고 있다. 그러나, 최근의 전자기기 및 통신기기의 다기능화나 소형·박형화에 따라, 고용량화를 도모한 리튬이온 이차전지가 요구되고 있다.
그러나, 고용량화가 진행되면 양극판과 음극판의 내부단락이 일어난 경우 전지 내에서 급격한 온도상승이 일어날 우려가 있으므로, 특히 대형·고출력인 이차전지에서는 급격한 온도상승을 억제하는 등의 안전성 향상이 절실하게 요구된다.
특히, 편평형으로 감긴 전극군이 각형 전지 케이스에 수납된 전지의 경우 전극군 길이방향 양쪽에 있는 만곡부는 곡률반경이 작으므로, 전극군 구성 시에 곡률반경이 작은 만곡부에서 전극판에 큰 응력이 가해짐으로써, 합제층이 탈락되거나 전극판이 파단될 우려가 있다. 또 전지의 충방전에 따른 전극판의 팽창과 수축이 일어나면, 전극판에 가해지는 응력으로 인해 전극판이 좌굴을 일으켜 파단될 우려가 있다. 이와 같은 전극판의 파단이 일어나면, 파단된 전극판이 세퍼레이터를 뚫고 나와 양극판과 음극판이 내부 단락될 우려가 있다. 또 이와 같은 문제는, 원통형 전극군이 수납된 원통형 전지에서도 전극군의 감김 개시측에 있는 곡률반경이 작은 부위에서 일어날 우려가 있다.
전극판의 파단을 억제하는 방법으로서, 특허문헌 1에는 도 16에 나타내듯이 집전체(91) 일면에 형성된 합제층(92)을, 복수의 오목부(93)에 의해 합제층의 단위(92U)로 분할하여 전극판(90)을 구성하는 방법이 기재되어 있다.
또, 특허문헌 2에는 집전체의 내주측에 형성된 합제층을 집전체의 외주측에 형성된 합제층보다 유연성이 높은 재료로 형성하는 방법이 기재되어 있다.
[선행기술문헌]
[특허문헌]
특허문헌 1 : 일본 특허공개 2002-343340호 공보
특허문헌 2 : 일본 특허공개 2007-103263호 공보
그러나, 특허문헌 1에서는 전극판을 유연하게 한다는 점에 있어서는 효과가 있으나, 편평형으로 감긴 전극군에 적용한 경우 전극군의 길이방향 양쪽에 있는 곡률반경이 작은 만곡부에 오목부(93)를 위치시키지 않으므로, 곡률반경이 작은 부분에 가해지는 굽힘 응력을 내주측과 외주측 양쪽에서 흡수하는 것은 어렵다.
또, 특허문헌 2에서는 전지의 충방전에 따른 전극판의 팽창과 수축에 따른 응력을 완화시켜 전극판의 파단을 억제하는 효과는 기대할 수 있으나, 2종류의 합제층을 집전체에 형성할 필요가 있으므로, 전극판을 제작하는 프로세스가 복잡해져 버린다.
본 발명은 이러한 점에 감안하여 이루어진 것이며, 전극군 구성 시에 가해지는 응력, 또는 충방전 시 전극판의 팽창과 수축에 따른 응력을 완화시켜 전극판의 파단 등을 억제할 수 있는 신뢰성·안정성이 높은 이차전지용 전극군을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 관한 이차전지용 전극군은, 양극 집전체 상에 양극 합제층이 형성된 양극판, 및 음극 집전체 상에 음극 합제층이 형성된 음극판이, 세퍼레이터를 개재하고 감긴 이차전지용 전극군에 있어서, 전극군은 편평형으로 형성되며, 양극판 및 음극판의 적어도 한쪽 극판은, 전극군의 긴 지름방향 단부에 있는 만곡부에, 집전체 상에 합제층이 형성되지 않은 미도포부를 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 실시형태에 있어서, 상기 미도포부는 집전체의 양면 중, 적어도 전극군 내주측 면에 형성되는 것이 바람직하다.
본 발명의 바람직한 실시형태에 있어서, 상기 미도포부는 집전체 양면에 형성되며, 전극군 내주측 면에 형성된 미도포부는 전극군 외주측 면에 형성된 미도포부보다 폭이 넓게 형성된다.
본 발명의 바람직한 실시형태에 있어서, 상기 미도포부가 형성된 집전체 표면에 다공질 절연층이 형성된다.
본 발명의 바람직한 실시형태에 있어서, 상기 미도포부 대신에 합제층 두께가 얇은 두께부가 형성된다.
본 발명의 바람직한 실시형태에 있어서, 상기 미도포부는 집전체 양면에 형성되며, 집전체 한쪽 면에 형성된 미도포부와 집전체 다른 쪽 면에 형성된 미도포부는 위상을 달리하여 형성된다.
본 발명의 바람직한 실시형태에 있어서, 상기 전극군은 편평형 대신에 원통형으로 형성되며, 상기 미도포부는 편평형 전극군의 긴 지름방향 단부에 있는 만곡부 대신에, 원통형 전극군의 감김 개시측에 있는 곡률반경이 작은 부위에서 형성된다.
본 발명의 바람직한 실시형태에 있어서, 상기 전극군은 감겨진 전극군 대신에, 양극판 및 음극판이 세퍼레이터를 개재하고 플리츠 형상으로 적층된 전극군으로 이루어진다.
본 발명에 관한 이차전지는 양극판, 음극판, 및 세퍼레이터를 구비한 전극군이 전해액과 함께 전지 케이스 내에 수납된 이차전지에 있어서, 전극군은 상기에 기재된 이차전지용 전극군으로 이루어진다.
본 발명에 의하면, 전극군 구성 시에 가해지는 응력, 또는 충방전 시 전극판의 팽창과 수축에 따른 응력을 완화시켜 전극판의 판단이나 좌굴을 억제할 수 있으므로, 신뢰성·안전성이 높은 이차전지용 전극군을 실현할 수 있다.
도 1(a)은 본 발명의 제 1 실시형태에 있어서 전극군의 구성을 나타낸 단면도이며, 도 1(b)은 그 부분 확대도이고, 도 1(c)은 전극군을 형성하기 전의 양극판, 음극판 및 세퍼레이터의 구성을 나타낸 단면도이다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시형태에 있어서 양극판, 음극판 및 세퍼레이터의 구성을 나타낸 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제 1 실시형태에 있어서 양극판, 음극판 및 세퍼레이터의 구성을 나타낸 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제 1 실시형태에 있어서 양극판, 음극판 및 세퍼레이터의 구성을 나타낸 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제 1 실시형태에 있어서 양극판, 음극판 및 세퍼레이터의 구성을 나타낸 단면도이다.
도 6은 본 발명의 제 1 실시형태에 있어서 양극판, 음극판 및 세퍼레이터의 구성을 나타낸 단면도이다.
도 7은 본 발명의 제 1 실시형태에 있어서 양극판, 음극판 및 세퍼레이터의 구성을 나타낸 단면도이다.
도 8은 본 발명의 제 1 실시형태에 있어서 양극판, 음극판 및 세퍼레이터의 구성을 나타낸 단면도이다.
도 9(a)는 본 발명의 제 2 실시형태에 있어서 전극군의 구성을 나타낸 단면도이며, 도 9(b)는 그 부분 확대도이고, 도 9(c)는 전극군을 형성하기 전의 양극판, 음극판 및 세퍼레이터의 구성을 나타낸 단면도이다.
도 10은 본 발명의 제 2 실시형태에 있어서 양극판, 음극판 및 세퍼레이터의 구성을 나타낸 단면도이다.
도 11은 본 발명의 제 2 실시형태에 있어서 양극판, 음극판 및 세퍼레이터의 구성을 나타낸 단면도이다.
도 12는 본 발명의 제 2 실시형태에 있어서 양극판, 음극판 및 세퍼레이터의 구성을 나타낸 단면도이다.
도 13은 본 발명의 제 2 실시형태에 있어서 양극판, 음극판 및 세퍼레이터의 구성을 나타낸 단면도이다.
도 14는 본 발명의 제 2 실시형태에 있어서 양극판, 음극판 및 세퍼레이터의 구성을 나타낸 단면도이다.
도 15는 본 발명의 실시형태에 있어서 전극군을 구비한 이차전지의 구성을 나타낸 도이다.
도 16은 종래의 전극군 구성을 나타낸 단면도이다.
이하, 본 발명의 실시형태에 대해, 도면을 참조하면서 설명한다. 그리고, 본 발명은 이하의 실시형태에 한정되지 않는다. 또 본 발명의 효과를 발휘하는 범위를 일탈하지 않는 범위에서 적절한 변경은 가능하다. 또한, 다른 실시형태와의 조합도 가능하다.
(제 1 실시형태)
도 1(a)은 본 발명의 제 1 실시형태에 있어서 이차전지용 전극군의 구성을 모식적으로 나타낸 단면도이며, 도 1(b)은 편평형으로 형성된 전극군의 장경(長徑)방향 단부에 있는 만곡부 근방을 확대한 부분 단면도이고, 도 1(c)은 전극군을 형성하기 전의 양극판, 음극판 및 세퍼레이터의 구성을 나타낸 단면도이다.
도 1(a)∼(c)에 나타내듯이, 양극 집전체(11) 상에 양극 합제층(12a, 12b)이 형성된 양극판(14), 및 음극 합제층(21) 상에 음극 합제층(22a, 22b)이 형성된 음극판(24)을, 세퍼레이터(31)를 개재하고 감아 전극군(4)이 평편형으로 형성된다. 그리고 음극판(24)은, 전극군(4)의 장경방향 단부에 있는 만곡부에, 음극 집전체(21) 상에 음극 합제층(22a, 22b)이 형성되지 않은 미도포부(23a, 23b)를 갖는다.
이와 같은 구성에 의해, 곡률반경이 작은 만곡부에 전극판(14, 24)을 감을 시에 발생하는 합제층의 균열이나 박리에 기인한 합제층의 탈락을 억제하고, 또 전극군 두께의 내외주 차에 의해 발생하는 전극군에 가해지는 굽힘 응력을 완화시킬 수 있다. 이로써, 전극군의 파단을 방지하고, 이에 기인한 내부 단락을 억제할 수 있다.
전극군(4)의 장경방향 단부에 있는 만곡부에 미도포부(23a, 23b)를 형성하기 위해서는, 도 1(c)에 나타내듯이 음극 집전체(21) 표면에, 길이방향에 대해 수직방향인 음극 합제층(22a) 일부에 합제층이 없는 부분(23a)을 형성하고, 이면에도 음극 합제층(22b) 일부에 표면과 동일 폭이며 동일 위상의 합제층이 없는 부분(23b)을 형성한 음극판(24)과 양극판(14)을 세퍼레이터(31)를 개재하고 음극 합제층이 없는 미도포부(23a, 23b)가, 전극군(4)의 장경방향 단부에 있는 만곡부에 위치하도록 나선형으로 감으며 또 편평형이 되도록 성형하면 된다.
음극 합제층이 없는 미도포부(23a, 23b)를 형성하기 위해서는, 다이코터 등을 이용한 간헐도포 방법을 이용할 수 있다. 즉, 다이의 매니폴드(manifold) 내부의 압력을 음압으로 조정함으로써, 다이 선단부로부터 토출하는 음극 합제 도료를 정지시키고, 그 후 다시 압력을 개방하여 음극 합제 도료를 토출시킴으로써, 음극 합제층이 없는 미도포부(23a, 23b)를 형성하는 것이 가능하다.
그리고 음극 합제층이 없는 미도포부(23a, 23b)는 음극 집전체(21) 길이방향의 적어도 한 부분 이상에 형성되면 된다.
또 상기 실시형태에서는, 음극판(24)에만 미도포부(23a, 23b)를 형성했으나, 도 2에 나타내듯이 양극판(14)에도 양극 합제층(12a, 12b)이 없는 미도포부(13a, 13b)를 형성해도 된다. 또한 양극판(14)에만 미도포부를 형성해도 된다.
음극 합제층이 없는 미도포부(23a, 23b)의 형성패턴은 도 1(c)에 나타낸 패턴에 한정되지 않으며, 예를 들어 도 3∼도 5에 나타내는 것과 같은 여러 형성 패턴을 적용할 수 있다.
도 3은 음극 집전체(21)의 편면에만 미도포부(23a)를 형성하고, 다른 면에는 음극 합제층(22b)을 전면(全面)에 형성한 것이다. 미도포부(23a)를 전극군(4)의 내주측 면에 형성함으로써, 내주측 음극 합제층(22b)에 가해지는 압축 응력을 완화시킬 수 있다. 이로써, 압축 응력에 의한 합제층의 탈락이나 전극판의 파단을 보다 효과적으로 억제하는 것이 가능해진다.
도 4는 전극군(4) 내주측 면에 형성된 미도포부(23a)의 폭(W1)을, 전극군(4)의 외주측 면에 형성된 미도포부(23b)의 폭(W2)보다 넓게 형성한 것이다. 전극군(4) 내주측의 음극 합제층(22a)에는 인장 응력이 가해지며, 외주측의 음극 합제층(22b)에는 압축 응력이 가해지나, 내주측에 폭이 넓은 미도포부(23a)를 형성함으로써, 압축 응력으로 인한 합제층의 탈락이나 전극판의 파단을 보다 효과적으로 억제하는 것이 가능해진다.
도 5는, 전극군(4)의 감김 개시측으로부터 감김 종료측을 향해, 미도포부(23a, 23b)의 피치(P1, P2, P3, …)가 서서히 길어지도록 형성한 것이다. 감김 개시측의 음극판(24)은 감김 종료측의 음극판(24)보다 큰 굽힘 응력이 가해지나, 피치의 길이를 조정함으로써, 전극군(4)의 장경방향 단부에 있는 만곡부에 확실하게 미도포부(23a, 23b)를 형성할 수 있으며, 감김 시의 합제층 탈락이나 전극판의 파단을 보다 효과적으로 억제하는 것이 가능해진다.
여기서, 미도포부가 형성된 집전체 표면에 다공질 절연층을 형성하도록 해도 된다. 예를 들어, 도 1(c)에 나타낸 미도포부(23a, 23b)의 형성패턴에 대해, 도 6에 나타내듯이 음극 합제층(22a, 22b)을 피복하도록 음극 집전체(21) 표면에 다공질 절연층(6a, 6b)을 형성해도 된다. 음극 합제층(22a, 22b)을 다공질 절연층(6a, 6b)으로 보호함으로써, 감김 시의 합제층 탈락을 보다 효과적으로 억제하는 것이 가능해진다.
또, 도 1(c)에 나타낸 미도포부(23a, 23b)의 형성 패턴에 대해, 도 7에 나타내듯이 음극 합제층이 없는 미도포부(23a, 23b)의 표면에 다공질 절연층(6a, 6b)을 형성하도록 해도 된다. 미도포부(23a, 23b)를 다공질 절연층(6a, 6b)으로 보호함으로써, 감김 시에 전극군의 파단이 생긴 경우라도 내부 단락의 발생을 보다 효과적으로 제어하는 것이 가능해진다.
그리고, 다공질 절연층(6a, 6b)은 예를 들어, 실리카 분말, Al2O3 분말 등의 무기 첨가제와, 폴리불화 비닐리덴(PVdF) 등의 결착제를 포함하는 재료로 이루어지는 도료를, 다이코터 등을 이용하여 음극 집전체(21)에 도포함으로써 형성할 수 있다.
그러나 도 1(c)에 나타내듯이, 음극 집전체(21)에 음극 합제층(22a, 22b)이 형성되지 않은 미도포부(23a, 23b)를 형성하면, 음극 합제층(22a, 22b) 전체의 양이 감소된다.
그래서, 전지용량을 더욱 확보하기 위해서 도 8에 나타내듯이, 미도포부(23a, 23b)를 형성하는 부위에, 음극 합제층(22a, 22b)의 두께를 얇게 한 두께부를 형성하도록 해도 된다. 미도포부(23a, 23b) 대신에 음극 합제층(22a, 22b)의 얇은 두께부를 형성함으로써, 감김 시의 합제층 탈락이나 전극판의 파단을 억제함과 더불어, 전지용량의 저하를 억제할 수 있다.
여기서 음극 합제층(22a, 22b)의 얇은 두께부를 형성하기 위해서는, 다이코터의 매니폴드 내부를 감압시켜 음극 합제 도료의 토출량을 감소시키고 그 후 다시 원래의 압력으로 복귀시켜 음극 합제 도료를 토출시킴으로써, 음극 합제층(22a, 22b)의 얇은 두께부를 형성할 수 있다.
또 음극 합제층(22a, 22b)의 얇은 두께부의 횡단면을, 정상부(頂上部)가 원호형이 되도록 형성함으로써, 음극 합제층(22a, 22b)의 탈락을 보다 효과적으로 억제할 수 있다.
(제 2 실시형태)
제 1 실시형태에서는, 편평형 전극군의 장경방향 단부에 있는 만곡부에, 집전체 상에 합제층이 형성되지 않은 미도포부를 형성함으로써, 전극군의 구성 시에 가해지는 응력, 또는 충방전 시 전극판의 팽창과 수축에 따른 응력을 완화시켜, 전극판의 파단 등을 억제하는 효과를 발휘하도록 했으나, 원통형 전극군의 경우라도 전극군의 감김 개시측에서는 곡률반경이 작은 부위가 발생하므로, 이러한 부위에 합제층이 형성되지 않은 미도포부를 형성함으로써, 마찬가지 효과를 발휘할 수 있다.
도 9(a)는 본 발명의 제 2 실시형태에 있어서 이차전지용 전극군의 구성을 모식적으로 나타낸 단면도이며, 도 9(b)는 원통형으로 형성된 전극군의 감김 개시측에 있는 곡률반경이 작은 부위 근방을 확대한 부분 단면도이고, 도 9(c)는 전극군을 형성하기 전의 띠형 양극판, 음극판 및 세퍼레이터의 구성을 나타낸 단면도이다. 여기서 제 1 실시형태와 동일 기능을 갖는 구성 요소는 동일 부호로 나타낸다.
도 9(a)∼(c)에 나타내듯이, 양극 집전체(11) 상에 양극 합제층(12a, 12b)이 형성된 양극판(14), 및 음극 집전체(21) 상에 음극 합제층(22a, 22b)이 형성된 음극판(24)을, 세퍼레이터(31)를 개재하고 감아 전극군(4)이 원통형으로 형성된다. 그리고 양극판(14)은 전극군(4)의 감김 개시측에 있는 곡률반경이 작은 부위에, 양극 집전체(11) 상에 양극 합제층(12a)이 형성되지 않은 미도포부(13a)를 갖는다.
이와 같은 구성에 의해, 곡률반경이 작은 부위에서, 띠형의 전극판(14, 24)을 감을 시에 발생하는 합제층의 탈락을 억제하며, 또 전극판에 가해지는 굽힘 응력을 완화시킴으로써, 전극판의 파단을 방지하고 이에 기인한 내부 단락을 억제할 수 있다.
그리고 상기 실시형태에서는, 양극 집전체(11) 편면에만 미도포부(13a)를 형성했으나, 양극 집전체(11) 양면에 형성해도 된다. 또 양극판(14)에만 미도포부(13a)를 형성했으나, 음극판(24)에 미도포부를 형성해도 상관없다. 또는 음극판(24)에만 미도포부를 형성해도 상관없다.
양극 합제층이 없는 미도포부(13a, 13b)의 형성패턴은, 도 9(c)에 나타낸 패턴에 한정되지 않으며, 예를 들어 도 10∼도 14에 나타내는 바와 같은 여러 종류의 형성 패턴을 적용할 수 있다.
도 10은 양극 합제층(12a, 12b)이 없는 미도포부(13a, 13b)를, 양극판의 표면과 이면에서 위상을 달리하여 형성한 것이다. 이로써, 양극판의 팽창과 수축에 따른 응력을 완화시키는 효과를 띠형 전극판의 길이방향에 대해 보다 효과적으로 발휘할 수 있으며, 전극판의 파단을 보다 효과적으로 억제하는 것이 가능해진다.
도 11은 양극 합제층(12a, 12b)이 없는 미도포부(13a, 13b)의 폭을, 양극판(14) 길이방향에서 바꿔 형성한 것으로, 전극군의 감김 개시측에서 감김 종료측을 향해 차례로 폭 W11＜W12＜W13…의 간격으로 형성한 것이다. 양극 합제층(12a, 12b)이 없는 미도포부(13a, 13b)의 폭을, 감김 개시측으로부터 감김 종료측을 향해 넓게 함으로써, 전극군(4)을 구성할 시에, 양극판(14)의 감김 개시측과 감김 종료측의 곡률반경의 차에 기인한 응력차를 완화시킬 수 있으므로, 양극판(14)의 파단 또는 좌굴을 억제하고 또한 이들에 기인한 내부 단락을 효과적으로 억제할 수 있다.
도 12는 동일 위상으로 형성한 양극 합제층(12a, 12b)이 없는 미도포부(13a, 13b)의 폭을, 전극군의 감김 개시측으로부터 감김 종료측을 향해 넓게 함과 더불어(W11＜W12＜W13…, W21＜W22＜W23…), 전극군 내주측의 미도포부(13a) 폭을, 외주측 미도포부(13b)의 폭보다 넓게 되도록(W11＞W21, W12＞W22, W13＞W23…) 형성한 것이다. 전극군을 감아 형성할 시에, 곡률반경의 차이에 의해 양극판(14) 내주측의 양극 합제층(12a)에는 인장 응력이 가해지며, 외주측의 양극 합제층(12b)에는 압축 응력이 가해지나, 내주측에 폭이 넓은 미도포부(13a)를 형성함으로써, 감김 내측과 감김 외측의 곡률반경의 차에 기인한 응력차를 보다 효과적으로 완화시킬 수 있다.
도 13은, 양극 합제층(12a, 12b)이 없는 미도포부(13a, 13b)의 피치를 양극판의 표면과 이면에서 바꿔 형성한 것으로, 전극군 외주측의 피치(P21)를 내주측 피치(P11)보다 크게(폭은 동일) 하여 형성한 것이다. 전극군을 구성할 시, 양극판(14)의 내주측 양극 합제층(12a)에는 인장 응력이 가해지고, 외주측의 양극 합제층(12b)에는 압축 응력이 가해지나, 외주측 피치를 내주측 피치보다 크게 함으로써, 감김 내측과 감김 외측의 곡률반경 차에 기인한 응력차를 보다 효과적으로 완화시킬 수 있다.
도 14는 양극 합제층(12a, 12b)이 없는 미도포부(13a, 13b)의 피치를 전극군의 감김 개시측으로부터 감김 종료측을 향해 차례로 피치의 간격을 넓게 함(P11＜P12＜P13…, P21＜P22＜P23…)과 더불어, 외주측 피치를 내주측 피치보다 크게 하여(P21＞P11, P22＞P12, P23＞P13…) 형성한 것이다. 전극군(4)을 구성한 시에, 곡률반경의 차이에 의해 양극판(14)의 감김 개시측은 감김 종료측보다 굽힘 응력이 가해지나, 미도포부(13a, 13b)의 피치를 감김 개시측으로부터 감김 종료측을 향해 넓게 함으로써, 양극판(14)의 감김 개시측과 감김 종료측의 곡률반경 차에 기인한 응력차를 효과적으로 완화시킬 수 있다.
또한 전극군을 감을 시에, 곡률반경의 차이에 의해 양극판(14) 내주측의 양극 합제층(12a)에는 인장 응력이 가해지며, 외주측의 양극 합제층(12b)에는 압축 응력이 가해지나, 내주측에 폭이 넓은 미도포부(13a)를 형성함으로써, 감김 내측과 감김 외측의 곡률반경 차에 기인한 응력차를 완화시킬 수 있다.
도 15는, 본 실시형태에 있어서 전극군을 구비한 이차전지의 구성을 나타낸 도이다. 여기서는 편평형으로 형성된 전극군을 구비한 각형 이차전지의 예를 나타내나, 원통형 전극군을 구비한 원통형 이차전지도 전극군으로서의 기본적인 구성은 동일하다.
도 15에 나타내듯이, 복합 리튬 산화물을 활물질로 하는 양극판(14)과, 리튬을 유지할 수 있는 재료를 활물질로 하는 음극판(24)을, 세퍼레이터(31)를 개재하고 나선형으로 감아 편평형 전극군(4)이 구성된다. 이 전극군(4)을 바닥이 있는 편평형 전지 케이스(36) 내부에 절연판(37)과 함께 수용하며, 전극군(4) 상부로부터 도출한 음극 리드(33)를 가스켓(39) 둘레에 장착한 단자(40)에 접속한다. 이어서, 양극 리드(32)를 밀봉판(38)에 접속한 후, 전지 케이스(36)의 개구부에 밀봉판(38)을 삽입하고, 전지 케이스(36)의 개구부 외주를 따라 밀봉판(38)과 전지 케이스(36)를 용접하여 밀봉한다. 얼마 후, 액 주입구(41)로부터 전지 케이스(36)로 소정량의 비수성 용매로 이루어지는 전해액을 주입한 후, 덮개(42)를 밀봉판(38)에 용접함으로써, 각형 이차전지(30)를 얻을 수 있다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시형태에 의해 설명했으나, 이러한 서술은 한정 사항이 아니며, 물론 여러 가지로 개변이 가능하다. 예를 들어, 상기 실시형태에서는, 양극판 및 음극판이 세퍼레이터를 개재하고 감긴 전극군에 대해 설명했으나, 양극판 및 음극판이 세퍼레이터를 개재하고 지그재그형으로 적층된 전극군이라도 된다.
<실시예>
이하, 실시예를 이용하여 본 발명을 상세하게 설명한다.
(실시예 1)
(a)양극판의 제작
활물질로서 코발트산 리튬을 100중량부, 도전제로서 아세틸렌블랙을 활물질 100중량부에 대해 2중량부, 결착제로서 폴리불화 비닐리덴을 활물질 100중량부에 대해 2중량부를 적당량의 N-메틸-2-피롤리돈과 함께 혼합함으로써, 양극 합제 도료를 제작한다.
다음에 도 2에 나타내듯이, 양극 합제 도료를 두께가 15㎛인 알루미늄박으로 이루어지는 양극 집전체(11) 양면에, 길이방향에 대해 폭이 5㎜이며 양극 합제층이 없는 미도포부(13a, 13b)를 동일 위상으로 일정 피치로 형성하여 도포하고, 건조 후에 편면측 양극 합제층(12a, 12b)의 두께가 각각 100㎛가 되는 양극판(14)을 제작한다.
또한, 양극판(14)을 총 두께가 165㎛가 되도록 프레스함으로써, 편면측의 양극 합제층(12a, 12b)의 두께를 각각 75㎛로 한다. 그 후, 각형 이차전지의 규정된 폭으로 슬릿 가공하여 양극판(14)을 제작한다.
(b)음극판의 제작
활물질로서 인조 흑연을 100중량부, 결착제로서 스틸렌 부타디엔 공중합체 고무입자 분산체(고형분으로 40중량％)를 활물질 100중량부에 대해 2.5중량부(결착제의 고형분 환산으로 1중량부), 증점제로서 카르복시메틸 셀룰로오스를 활물질 100중량부에 대해 1중량부, 및 적당량의 물과 함께 교반시켜, 음극 합제 도료를 제작한다.
다음에 도 2에 나타내듯이, 음극 합제 도료를 두께가 10㎛인 구리박의 음극 집전체(21) 양면에, 길이방향에 대해 폭이 5㎜이며 음극 합제층이 없는 미도포부(23a, 23b)를 동일 위상으로 일정 피치로 형성하여 도포하고, 건조 후에 편면측 음극 합제층(22a, 22b)의 두께가 각각 110㎛가 되는 음극판(24)을 제작한다.
또한, 음극판(24)을 총 두께가 180㎛가 되도록 프레스함으로써, 편면측의 음극 합제층(22a, 22b) 두께를 각각 85㎛로 한다. 그 후, 각형 이차전지의 규정된 폭으로 슬릿 가공하여, 음극판(24)을 제작한다.
(c)각형 이차전지의 제작
이상과 같이 하여 제작한 양극판(14)과 음극판(24)을 이용하여, 도 15에 나타내는 것과 같은 각형 이차전지(30)를 제작한다.
구체적으로는 양극판(14)과 음극판(24)을, 두께가 20㎛인 폴리에틸렌 미세 다공필름의 세퍼레이터(13)를 개재하고, 음극 합제층이 없는 부분(23a, 23b) 및 양극 합제층이 없는 부분(13a, 13b)이 곡률반경이 작은 부분에 위치하도록 나선형으로 도 2의 A방향으로 감아, 편평하게 성형한 전극군(4)을 100개 제작한다.
다음에, 제작한 전극군(4) 중에서 60개를 추출하여, 바닥이 있는 편평형 전지 케이스(36) 내부에 절연판(37)과 함께 수용한 후, 전극군(4) 상부로부터 도출한 음극 리드(33)를 절연 가스켓(39)이 테두리에 장착된 단자(40)에 접속하며, 이어서, 전극군(4) 상부로부터 도출한 양극 리드(32)를 밀봉판(38)에 접속한다. 그 후, 전지 케이스(36) 개구부에 밀봉판(38)을 삽입하고, 전지 케이스(36) 개구부의 외주을 따라 밀봉판(38)을 용접하여 밀봉한다. 그 후, 액 주입구(41)로부터 전지 케이스(36)로 전해액을 주입한 후, 덮개(42)를 밀봉판(38)에 용접시켜 각형 이차전지(30)를 제작한다.
(실시예 2)
실시예 1과 마찬가지 방법으로, 도 3에 나타내는 것과 같은 양극 합제층이 없는, 미도포부를 형성하지 않은 양극판(14)을 제작한다.
또 실시예 1과 마찬가지 방법으로, 도 3에 나타내는 것과 같은 음극 집전체(21)의 편면에만 미도포부(23a)가 형성된 음극판(24)을 제작한다. 그리고, 미도포부(23a)의 폭은 실시예 1과 동일한 5㎜로 한다.
이상과 같이 하여 제작한 양극판(14)과 음극판(24)을 이용하여, 실시예 1과 마찬가지 방법으로, 도 15에 나타낸 것과 같은 각형 이차전지(30)를 제작한다.
(실시예 3)
실시예 1과 마찬가지 방법으로, 도 4에 나타낸 것과 같은 양극 합제층이 없는, 미도포부를 형성하지 않은 양극판(14)을 제작한다.
또 실시예 1과 마찬가지 방법으로, 도 4에 나타낸 것과 같은 음극 집전체(21) 양면에 미도포부(23a, 23b)가 형성된 음극판(24)을 제작한다. 그리고 미도포부(23a)의 폭은 5㎜로 하고, 미도포부(23b)의 폭은 3㎜로 한다.
이상과 같이 하여 제작한 양극판(14)과 음극판(24)을 이용하여, 실시예 1과 마찬가지 방법으로, 도 15에 나타낸 것과 같은 각형 이차전지(30)를 제작한다.
(실시예 4)
실시예 1과 마찬가지 방법으로, 도 5에 나타낸 것과 같은 양극 합제층이 없는, 미도포부를 형성하지 않은 양극판(14)을 제작한다.
또 실시예 1과 마찬가지 방법으로, 도 5에 나타낸 것과 같은 음극 집전체(21) 양면에 미도포부(23a, 23b)가 형성된 음극판(24)을 제작한다. 그리고, 미도포부(23a, 23b)의 폭은 5㎜로 하고, 전극군(4)의 감김 개시측으로부터 감김 종료측을 향해 미도포부(23a, 23b)의 피치(P1, P2, P3)를 20㎜, 30㎜, 40㎜로 한다.
이상과 같이 하여 제작한 양극판(14)과 음극판(24)을 이용하여, 실시예 1과 마찬가지 방법으로, 도 15에 나타낸 것과 같은 각형 이차전지(30)를 제작한다.
(실시예 5)
실시예 1과 마찬가지 방법으로, 도 6에 나타낸 것과 같은 양극 합제층이 없는, 미도포부를 형성하지 않은 양극판(14)을 제작한다.
또 실시예 1과 마찬가지 방법으로, 도 6에 나타낸 것과 같은 음극 집전체(21) 양면에 미도포부(23a, 23b)가 형성된 음극판(24)을 제작한다. 그리고, 미도포부(23a, 23b)의 폭은 5㎜로 한다. 또한 음극 합제층(22a, 22b)을 피복하도록, 음극 집전체(21) 양면에 다공질 절연층의 도료를 도포·건조하여 다공질 절연층(6a, 6b)을 형성한다. 다공질 절연층의 도료는, 평균 입경 1.0㎛의 실리카 분말을 100중량부, 폴리불화 비닐리덴을 실리카 분말 100중량부에 대해 10중량부를 적당량의 N-메틸-2-피롤리돈과 혼합하여 제작한다.
이상과 같이 하여 제작한 양극판(14)과 음극판(24)을 이용하여 실시예 1과 마찬가지 방법으로, 도 15에 나타내는 것과 같은 각형 이차전지(30)를 제작한다.
(실시예 6)
실시예 1과 마찬가지 방법으로, 도 7에 나타낸 것과 같은 양극 합제층이 없는, 미도포부를 형성하지 않은 양극판(14)을 제작한다.
또 실시예 1과 마찬가지 방법으로, 도 7에 나타낸 것과 같은 음극 집전체(21) 양면에 미도포부(23a, 23b)가 형성된 음극판(24)을 제작한다. 그리고, 미도포부(23a, 23b)의 폭은 5㎜로 한다. 또, 미도포부(23a, 23b)의 표면에 실시예 5와 마찬가지 재료로 이루어지는 다공질 절연층(6a, 6b)을 형성한다.
이상과 같이 하여 제작한 양극판(14)과 음극판(24)을 이용하여, 실시예 1과 마찬가지 방법으로, 도 15에 나타내는 것과 같은 각형 이차전지(30)를 제작한다.
(비교예 1)
실시예 1과 마찬가지 방법으로, 미도포부를 형성하지 않은 양극판(14) 및 음극판(24)을 제작하고, 이를 이용하여 실시예 1과 마찬가지 방법으로 도 15에 나타내는 것과 같은 각형 이차전지(30)를 제작한다.
표 1은 상기 실시예 1∼6과 비교예 1의 구성을 나타낸 표이다.
[표 1]
Figure pct00001
상기 각 실시예와 비교예에 대해, 이하와 같은 평가를 실시했다.
<감김 후의 전극판 파단이나 합제층 탈락>
상기 각 실시예와 비교예에서 각각 제작한 100개의 전극군(4) 중에서 40개를 추출하여 전극군(4)을 해체하고 전극판 파단이나 합제층 탈락의 유무를 관찰한다.
<사이클 특성의 평가>
상기 각 실시예와 비교예에서 각각 제작한 60개의 각형 이차전지 중 30개를 추출하여 충방전을 500 사이클 반복했을 때의 초기용량에 대한 용량 유지율과, 500 사이클 반복한 후에, 전극군을 해체하여 전극판 파단이나 합제층 탈락의 유무를 관찰한다.
<낙하시험>
상기 각 실시예와 비교예에서 각각 제작한 60개의 각형 이차전지 중 30개를 추출하여 상한 전압 4.2Ｖ, 전류 2Ａ의 조건에서 2시간 충전한 후에, 1.5ｍ의 높이에서 콘크리트면 상에 각형 이차전지(30)의 6면에 대해 각 10회 낙하시험을 실시하고, 실온 25℃에서 10개의 발열온도를 측정하여 10개의 평균값을 구한다.
<둥근 봉 압괴시험>
전술한 각형 이차전지를 상한 전압 4.2Ｖ, 전류 2Ａ의 조건에서 2시간 충전한 후에, 전지를 수평으로 한 상태에서 길이방향에 대해 수직방향으로 직경 10㎜의 둥근 봉으로 압괴시험을 실시하고, 실온 25℃에서 10개의 발열온도를 측정하여 10개의 평균값을 구한다.
<가열시험>
전술한 각형 이차전지를 상한 전압 4.2Ｖ, 전류 2Ａ의 조건에서 2시간 충전한 후, 전지를 항온층으로 삽입하고, 상온에서부터 5℃/분의 조건으로 항온층 온도를 150℃까지 승온시켜 그 때의 전지 발열 온도를 측정하여 10개의 평균값을 구한다.
표 2는 상기 평가결과를 정리한 표이다.
[표 2]
Figure pct00002
표 2에 나타내듯이, 실시예 1∼6 모두 전극판의 파단이나 합제층의 탈락 등의 문제는 관찰되지 않았다. 또 500 사이클 후의 초기 용량에 대한 용량 유지율, 및 500 사이클 후에 분해하여 관찰한 결과, 리튬석출, 전극판의 파단, 전극판의 좌굴, 합제층의 탈락 등의 문제는 관찰되지 않았다. 또 낙하시험, 둥근 봉 압괴시험, 150℃ 가열시험에 대해서도 문제는 관찰되지 않았다. 이는, 감김 시에 합제층의 탈락이나 전극판의 파단이 억제되어 이에 기인한 내부 단락을 억제할 수 있었기 때문에, 양호한 전지 특성을 유지할 수 있었던 것으로 생각된다. 또한, 실시예 5, 6에서는 전극판의 표면에 다공질 절연층(6a, 6b)을 형성한 전지는, 외부로부터 물리적 충격이 가해져, 양극판(14)과 음극판(24)이 접촉하여 발열해도 그 이상 확산되는 일이 없으므로, 내부 단락에 있어서 안전성이 더욱 양호하다.
한편, 비교예 1에서는, 감김 후의 합제층의 탈락이나 전극판의 파단이 발생한다. 또 500 사이클 후의 용량 유지율도 낮고, 전극판의 파단, 좌굴, 리튬 석출, 합제층 탈락의 발생 빈도도 높다. 또, 낙하, 둥근 봉 압괴, 150℃ 가열의 어느 시험에서도 발열온도가 높다. 이들은 곡률반경이 작은 부분에 합제층이 있으므로, 그 부분에서의 합제 탈락이나 파단이 발생함에 따라, 이에 기인한 내부 단락이 원인이라 생각할 수 있다.
(실시예 7∼12, 비교예 2)
상기 실시예 1∼6과 마찬가지 방법으로, 도 2∼도 8에 나타낸 것과 같은 양극판(14) 및 음극판(24)을 제작하며, 도 15에 나타낸 것과 같은 각형 이차전지(30)를 제작하고, 이를 실시예 7∼12로 한다. 단, 실시예 7∼12에서는, 실시예 1∼6에서 형성한 미도포부 대신에, 합제층의 얇은 두께부를 형성한다. 여기서, 얇은 두께부의 두께는 9㎛로 한다. 그리고 비교예 2는, 상기 비교예 1과 동일 구성이다.
표 3은, 상기 실시예 7∼12와 비교예 2의 구성을 나타낸 표이다.
[표 3]
Figure pct00003
상기 각 실시예와 비교예에 대해, 상기 실시예 1∼6, 비교예 1에 대해 실시한 것과 동일한 평가를 실시했다.
표 4는 그 평가 결과를 정리한 표이다.
[표 4]
Figure pct00004
표 4에 나타내듯이, 실시예 7∼12 모두 전극판의 파단이나 합제층의 탈락 등의 문제는 관찰되지 않았다. 또, 500 사이클 후의 초기용량에 대한 용량 유지율, 및 500 사이클 후에 분해하여 관찰한 결과, 리튬석출, 전극판의 파단, 전극판의 좌굴, 합제층의 탈락 등의 문제는 관찰되지 않았다. 또, 낙하시험, 둥근 봉 압괴시험, 150℃ 가열시험에 대해서도 문제는 관찰되지 않았다. 이는 감김 시에 합제층의 탈락이나 전극판의 파단이 억제되고 이에 기인한 내부 단락을 억제할 수 있었기 때문에, 양호한 전지 특성을 유지할 수 있었던 것으로 생각된다. 또한 실시예 5, 6에서, 전극판 표면에 다공질 절연층(6a, 6b)을 형성한 전지는 외부로부터의 물리적 충격이 가해지고, 양극판(14)과 음극판(24)이 접촉하여 발열해도 그 이상 확산되는 일이 없으므로, 내부 단락에 있어서 안전성이 더 양호하다.
한편, 비교예 2에서는 감김 후의 합제층 탈락이나 전극판 파단이 발생한다. 또, 500 사이클 후의 용량 유지율도 낮고, 전극판의 파단, 좌굴, 리튬석출, 합제층 탈락의 발생 빈도도 높다. 또, 낙하, 둥근 봉 압괴, 150℃ 가열의 어느 시험에서도 발열온도가 높다. 이들은 곡률반경이 작은 부분에 합제층이 있으므로, 그 부분에서의 합제 탈락이나 파단이 발생함에 따라, 이에 기인한 내부 단락이 원인이라 생각할 수 있다.
(실시예 13∼23, 비교예 3)
상기 실시예 1∼6과 마찬가지 방법으로, 도 2, 도 10, 도 4, 도 11∼13, 도 5, 도 14, 도 6, 도 7에 나타낸 것과 같은 양극판(14) 및 음극판(24)을 제작하며, 이를 이용하여 도 9에 나타낸 것과 같은 원통형 전극군을 제작하고 또한 이 전극군을 이용하여 원통형 이차전지를 제작하고 이를 실시예 13∼22로 한다. 단, 미도포부의 형성에 관해서는 도 2, 4, 5, 6, 7에 나타낸 양극판(14) 및 음극판(24)을 반대의 구성으로 한다. 또 양극 합제층을 피복함과 더불어, 양극 합제층이 없는 미도포부 상에도 다공질 절연층을 형성한 양극판(14)를 이용하여 원통형 전극군을 제작하고, 이를 실시예 23으로 한다. 또 실시예 1과 마찬가지 방법으로 미도포부를 형성하지 않은 양극판(14), 음극판(24)을 이용하여 원통형 전극군을 제작하고, 이를 비교예 3으로 한다.
표 5는, 상기 실시예 13∼23과 비교예 3의 구성을 나타낸 표이다.
[표 5]
Figure pct00005
상기 각 실시예와 비교예에 대해, 상기 실시예 1∼6, 비교예 1에 대해 실시한 것과 마찬가지 평가에 더불어, 이하와 같은 못박기 시험을 실시했다.
<못박기 시험>
원통형 이차전지를 상한 전압 4.25Ｖ로 충전한 후, 분해하는 일없이 60℃의 항온조 내에 넣어, 전지온도가 60℃에 달할 때까지 유지시킨다. 가압자로서 철제의 못(직경 3㎜)을 이용하여 전극군을 꿰뚫는다. 가압조건은 1㎜／초, 최대압력을 30ｋＮ으로 한다.
그리고, 단락에 의해 전지전압이 4.0Ｖ 이하로 된 후, 다시 못을 200㎛ 이동시킨 후에 정지시킨다. 열전쌍을 이용하여 전지표면을 측정하고, 단락 발생 후 5초간의 전지온도 상승률을 평가하고, 10개의 평균값을 구한다.
표 6은 상기 평가 결과를 정리한 표이다.
[표 6]
Figure pct00006
표 6에 나타내듯이, 실시예 13∼실시예 18에서는 양극판(14), 음극판(24) 모두 전극판의 파단이나 전극 합제층의 탈락 등의 문제는 관찰되지 않았다. 또 500 사이클 후의 초기 용량에 대한 용량 유지율 및 500 사이클 후에 분해하여 관찰한 결과, 리튬석출, 전극판의 파단, 전극판의 좌굴, 전극 합제층의 탈락 등의 문제는 관찰되지 않았다.
또 낙하시험, 둥근 봉 압괴시험, 150℃ 가열시험에 대해서도 문제는 관찰되지 않았다. 이는 감김 시의 합제층 탈락이나 전극판 파단이 억제되어, 이에 기인한 내부 단락을 억제할 수 있었기 때문에, 양호한 전지특성을 유지할 수 있었던 것으로 생각된다.
또 실시예 13∼20에서는, 전극판 외표면에 다공질 절연층(6a, 6b)을 형성하지 않으므로, 외부로부터의 물리적 충격인 못박기 시험에서는 약간 발열하나, 열폭주에 이르는 일은 없었다.
이에 반해, 실시예 21∼23에서는, 전극판의 외표면에 다공질 절연층(6a, 6b)을 형성하고 외부로부터의 물리적 충격이 가해져도, 다공질 절연층(6a, 6b)에 의해 양극판(14)과 음극판(24)이 접촉하여 발열하여도 그 이상 확산되는 일은 없으므로, 다공질 절연층(6a, 6b)을 형성하는 것은 내부 단락의 안전성에 대해 더욱 효과가 큰 것을 알았다.
한편, 비교예 3에서는, 500 사이클 후에 분해하고 관찰한 결과, 리튬석출, 전극판의 파단, 전극판의 좌굴, 전극 합제층의 탈락 등의 문제는 관찰되지 않았다. 또 낙하시험, 둥근 봉 압괴시험, 못박기 시험, 150℃ 가열시험의 어느 시험에서도 발열온도가 높음으로 인해 감김 시 합제층의 탈락이나 전극판의 파단에 기인한 내부 단락이나 좌굴이 발생하고 있는 것이 원인이라 생각할 수 있다.
[산업상 이용 가능성]
본 발명은 전자기기 및 통신기기의 다기능화에 따라 고용량화가 요구되고 있는 휴대용 전원 등의 전지에 유용하다.
4 : 전극군 6a, 6b : 다공질 절연층
11 : 양극 집전체 12a, 12b : 양극 합제층
13a, 13b : 양극 합제층의 미도포부
14 : 양극판 21 : 음극 집전체
22a, 22b : 음극 합제층
23a, 23b : 음극 합제층의 미도포부
24 : 음극판 30 : 각형 이차전지
31 : 세퍼레이터 32 : 양극 리드
33 : 음극 리드 36 : 전지 케이스
37 : 절연판 38 : 밀봉판
39 : 가스켓 40 : 단자
41 : 액 주입구 42 : 덮개

Claims (9)

  1. 양극 집전체 상에 양극 합제층이 형성된 양극판, 및 음극 집전체 상에 음극 합제층이 형성된 음극판이, 세퍼레이터를 개재하고 감긴 이차전지용 전극군에 있어서,
    상기 전극군은, 편평형으로 형성되며,
    상기 양극군 및 상기 음극군의 적어도 한쪽 극판은, 상기 전극군의 장경방향의 단부에 있는 만곡부에, 상기 집전체 상에 상기 합제층이 형성되지 않은 미도포부를 가지는 이차전지용 전극군.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 미도포부는 상기 집전체의 양면 중, 적어도 상기 전극군의 내주측 면에 형성되는 이차전지용 전극군.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 미도포부는, 상기 집전체의 양면에 형성되며, 상기 전극군 내주측 면에 형성된 미도포부는, 상기 전극군 외주측 면에 형성된 미도포부보다 폭이 넓게 형성되는 이차전지용 전극군.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 미도포부가 형성된 상기 집전체의 표면에, 다공질 절연층이 형성되는 이차전지용 전극군.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 미도포부 대신, 상기 합제층의 두께가 얇은 두께부가 형성되는 이차전지용 전극군.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 미도포부는, 상기 집전체의 양면에 형성되며, 상기 집전체 한쪽 면에 형성된 미도포부와, 상기 집전체의 다른 면에 형성된 미도포부와는, 위상을 달리하여 형성되는 이차전지용 전극군.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 전극군은 편평형 대신에 원통형으로 형성되며,
    상기 미도포부는, 상기 편평형 전극군의 장경방향의 단부에 있는 만곡부 대신, 상기 원통형 전극군의 감김 개시측에 있는 곡률반경이 작은 부위에 형성되는 이차전지용 전극군.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 전극군은, 감긴 전극군 대신, 상기 양극판 및 음극판이 세퍼레이터를 개재하고 플리츠 형상으로 적층된 전극군으로 이루어지는 이차전지용 전극군.
  9. 양극판, 음극판, 및 세퍼레이터를 구비한 전극군이, 전해액과 함께 전지 케이스 내에 수납된 이차전지에 있어서,
    상기 전극군은, 청구항 1∼8 중 어느 한 항에 기재된 이차전지용 전극군으로 이루어지는 이차전지.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20170074584A (ko) * 2015-12-22 2017-06-30 삼성에스디아이 주식회사 전극 조립체 및 이를 이용한 이차 전지

Families Citing this family (40)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101084075B1 (ko) * 2009-11-03 2011-11-16 삼성에스디아이 주식회사 이차전지 및 그 제조방법
JP5087110B2 (ja) * 2010-06-21 2012-11-28 日立ビークルエナジー株式会社 二次電池
JP5625770B2 (ja) * 2010-11-08 2014-11-19 日産自動車株式会社 電極、電池および電極の製造方法
US9048502B2 (en) * 2010-12-13 2015-06-02 Sanyo Electric Co., Ltd. Lithium secondary battery and method for producing the same
JP2012146480A (ja) * 2011-01-12 2012-08-02 Dainippon Screen Mfg Co Ltd 電極の製造方法、電池用電極および電池
DE102011017613A1 (de) * 2011-04-27 2012-10-31 Robert Bosch Gmbh Zellwickel eines Lithium-Ionen-Akkumulators sowie Verfahren zur Herstellung eines Zellwickels
JP5780048B2 (ja) * 2011-08-10 2015-09-16 トヨタ自動車株式会社 捲回型二次電池
DE112011105581T5 (de) * 2011-08-30 2014-06-18 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Lithium-Ionen-Sekundärbatterie, Batteriestapel und Verfahren zur Herstellung einer Lithium-Ionen-Sekundärbatterie
JP6095961B2 (ja) 2011-12-06 2017-03-15 株式会社半導体エネルギー研究所 角形リチウム二次電池
CN103151555A (zh) * 2011-12-06 2013-06-12 北汽福田汽车股份有限公司 一种锂离子电池
CN103151562A (zh) * 2011-12-06 2013-06-12 北汽福田汽车股份有限公司 一种制备锂离子电池的方法
WO2013095057A1 (ko) 2011-12-23 2013-06-27 주식회사 엘지화학 활물질이 패턴 코팅된 젤리-롤형 전극조립체 및 이를 구비한 이차전지
CN102769146A (zh) * 2012-06-29 2012-11-07 宁德新能源科技有限公司 一种锂离子电池极芯及其制备方法
CN103579683A (zh) * 2012-07-27 2014-02-12 华为技术有限公司 锂离子电池及其电池芯
KR101439834B1 (ko) 2012-11-08 2014-09-17 주식회사 엘지화학 플렉서블 젤리롤 타입 2차 전지
KR102082867B1 (ko) * 2013-09-24 2020-02-28 삼성에스디아이 주식회사 이차전지
KR101650417B1 (ko) * 2013-10-31 2016-08-23 주식회사 엘지화학 양극 집전체에 간헐적 무지부가 형성된 젤리 롤 형태 전극 조립체를 가진 이차전지
KR20150057716A (ko) 2013-11-20 2015-05-28 삼성에스디아이 주식회사 이차 전지
CN103700807B (zh) * 2013-11-29 2016-01-06 徐敖奎 一种高电压锂离子电池及其制备方法
KR101675950B1 (ko) * 2014-05-08 2016-11-14 주식회사 엘지화학 교번 배열된 무지부와 코팅부를 포함하고 있는 플렉서블 전극조립체 및 그것을 포함하는 전지셀
JP6117285B2 (ja) * 2015-07-02 2017-04-19 日立オートモティブシステムズ株式会社 角形リチウム二次電池
JP6776530B2 (ja) * 2015-12-14 2020-10-28 株式会社村田製作所 電池、電池パック、電子機器、電動車両、蓄電装置および電力システム
US9837682B1 (en) * 2016-08-29 2017-12-05 Microsoft Technology Licensing, Llc Variable layer thickness in curved battery cell
CN109565033A (zh) * 2016-08-31 2019-04-02 株式会社村田制作所 电池、电池组、电子设备、电动车辆、蓄电装置以及电力系统
KR102410911B1 (ko) * 2017-10-11 2022-06-20 삼성에스디아이 주식회사 전극 조립체 및 이를 포함하는 이차전지
CA3076957C (en) 2017-11-07 2023-03-21 Ningde Amperex Technology Limited Wound cell
CN108199001B (zh) * 2018-01-24 2021-01-08 柔电（武汉）科技有限公司 柔性电芯及柔性电池
CN108288725B (zh) * 2018-01-24 2021-01-08 柔电（武汉）科技有限公司 一种耐高温柔性电池的制备方法
CN108390015B (zh) * 2018-01-24 2021-01-08 柔电（武汉）科技有限公司 一种柔性电池的制备方法
KR20190098560A (ko) 2018-02-14 2019-08-22 삼성에스디아이 주식회사 전극 조립체 및 이를 포함하는 이차전지
KR102503269B1 (ko) 2018-09-05 2023-02-22 주식회사 엘지에너지솔루션 육각기둥 형상의 배터리 셀 및 그 제조방법, 그리고 이를 포함하는 배터리 모듈
CN109473729B (zh) 2018-11-05 2020-11-13 宁德新能源科技有限公司 电化学装置
JP6793703B2 (ja) * 2018-11-14 2020-12-02 セイコーインスツル株式会社 電気化学セル
JP6626557B1 (ja) * 2018-11-14 2019-12-25 セイコーインスツル株式会社 電気化学セル
KR20210022454A (ko) * 2019-08-20 2021-03-03 삼성에스디아이 주식회사 전극 조립체 및 이를 포함하는 이차 전지
CN110676506B (zh) * 2019-10-23 2020-10-09 中兴高能技术有限责任公司 电芯的制作方法、电芯和电池
CN112103470B (zh) * 2020-09-29 2022-02-22 宁德新能源科技有限公司 二次电池及电池模块
WO2022193088A1 (zh) * 2021-03-15 2022-09-22 宁德新能源科技有限公司 电池及包括该电池的装置
CN116745928A (zh) * 2021-10-13 2023-09-12 宁德时代新能源科技股份有限公司 电极组件、二次电池、电池模块、电池包及用电装置
JP7483910B2 (ja) 2021-10-13 2024-05-15 寧徳時代新能源科技股▲分▼有限公司 電極組立体、二次電池、電池モジュール、電池パック及び電力消費装置

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
IT963550B (it) * 1971-09-03 1974-01-21 Du Pont Catodo di batteria a spirale
JPS5832372A (ja) * 1981-08-20 1983-02-25 Matsushita Electric Ind Co Ltd 電池
JPS60133655A (ja) * 1983-12-21 1985-07-16 Matsushita Electric Ind Co Ltd 円筒密閉型ニツケル−カドミウム蓄電池用正極板
JPH04229952A (ja) * 1990-12-27 1992-08-19 Shin Kobe Electric Mach Co Ltd 円筒密閉形アルカリ蓄電池用渦巻き電極体
JP2762782B2 (ja) * 1991-08-02 1998-06-04 松下電器産業株式会社 密閉電池
JPH0785885A (ja) * 1993-09-14 1995-03-31 Japan Storage Battery Co Ltd 角形電池
JPH07153490A (ja) * 1993-11-26 1995-06-16 Haibaru:Kk 電 池
US5989743A (en) * 1994-09-27 1999-11-23 Asahi Kasei Kogyo Kabushiki Kaisha Non-aqueous battery
JP3200340B2 (ja) * 1994-09-27 2001-08-20 旭化成株式会社 非水系電池
JP3832100B2 (ja) * 1998-08-04 2006-10-11 日産自動車株式会社 電池
US6461759B1 (en) * 2000-06-09 2002-10-08 Wilson Greatbatch, Ltd. Cathode assembly with bare current collector regions to facilitate winding
JP2002093404A (ja) * 2000-09-19 2002-03-29 Gs-Melcotec Co Ltd 偏平型電池
JP2003045474A (ja) * 2001-08-03 2003-02-14 Nec Mobile Energy Kk 密閉型電池
JP2005122940A (ja) * 2003-10-14 2005-05-12 Matsushita Electric Ind Co Ltd 電池及びその製造方法
US20060105233A1 (en) * 2004-11-18 2006-05-18 Hiroyuki Morita Battery
JP2006173079A (ja) * 2004-11-18 2006-06-29 Sony Corp 電池
JP2006260892A (ja) * 2005-03-16 2006-09-28 Dainippon Printing Co Ltd 非水電解液二次電池用電極板、その製造方法、及び非水電解液二次電池
US20060216609A1 (en) * 2005-03-23 2006-09-28 Hitachi Maxell, Ltd. Non-aqueous electrolyte battery and method for producing the same
JP4774232B2 (ja) * 2005-04-13 2011-09-14 パナソニック株式会社 非水電解質二次電池用電極およびその製造方法
JP4967265B2 (ja) * 2005-07-13 2012-07-04 大日本印刷株式会社 非水電解液蓄電素子用電極構造体、該電極構造体の製造方法、および非水電解液蓄電素子

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20170074584A (ko) * 2015-12-22 2017-06-30 삼성에스디아이 주식회사 전극 조립체 및 이를 이용한 이차 전지

Also Published As

Publication number Publication date
CN102037584A (zh) 2011-04-27
WO2009141958A1 (ja) 2009-11-26
JP4744617B2 (ja) 2011-08-10
US20100310924A1 (en) 2010-12-09
JP2010080427A (ja) 2010-04-08

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