JP2010003692A - 電極組立体とこれを利用した二次電池及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 パウチ型リチウム二次電池、角形リチウム二次電池及び円筒状リチウム二次電池において、内部短絡を防止する電極組立体及びこれを利用した二次電池及びその製造方法を提供すること。
【解決手段】 ケースと、第１電極活物質層がコーティングされた第１コーティング部及び少なくとも一つの第１電極無地部が形成された第１電極と、第２電極活物質層がコーティングされた第２コーティング部及び少なくとも一つの第２電極無地部が形成された第２電極と、前記第１、第２電極との間に介されるセパレータと、前記第１電極の前記第１電極無地部に結合される第１電極タブと、前記第２電極の前記第２電極無地部に結合される第２電極タブと、
前記第１、第２電極無地部の少なくとも一つに沿って覆うように、前記第１、第２電極無地部に形成される少なくとも一つのラミネーション層と、を含む、電極組立体及びこれを利用した二次電池及びその製造方法。
【選択図】図２Ｂ

Description

本発明は、二次電池に関するものであり、より詳細には、電極組立体と、電極組立体を具備する二次電池及びその製造方法に関するものである。

一般に、リチウム二次電池は正極活物質としてリチウム系酸化物、負極活物質としては、炭素材を使用している。また、電解液の種類によって液体電解質電池と、高分子電解質電池に分類される。液体電解質を使用する電池がリチウムイオン電池であり、高分子電解質を使用する電池がリチウムポリマー電池である。また、リチウム二次電池はケースの形状によって円筒状と、缶型と、パウチ型に区分される。

このようなリチウム二次電池のケースの内部には、電極組立体が収納される。電極組立体は正極板と負極板、これらの間に介されるセパレータが積層されるか、または巻取されて形成される。上記正極板及び負極板で構成される電極板は集電体と、集電体の少なくとも一面に塗布される活物質層とを有する。上記集電体の両端部はたいてい活物質層が形成されない無地部領域が存在する。このような電極板の無地部のうちいずれか一側に電極タブが設置される。

このように電極タブが設置される無地部と活物質層の境界部分には絶縁テープが付着される。このような絶縁テープは、電極板と電極タブが電気的に連結される部分を保護して、他の極板どうしの接触による短絡を防止する役割を担う。

ところが、電極板の両端に形成された無地部で電極タブが固定された部位に絶縁テープが具備されても、セパレータの損傷、または収縮によって、極性がお互いに異なる電極板との間の無地部と無地部または無地部と活物質層が接触して、内部短絡が発生することがある。

また、電極タブが具備されない無地部は、極性が異なる電極板の無地部と接触するか、または活物質層と接触することで、特に、電極板の無地部と極性が異なる電極板の活物質層が接触する場合には、内部短絡が発生することがある。

そこで、本発明は、電極タブが付着されない電極板の無地部を絶縁させて、無地部が露出する領域を排除することで、内部短絡を防止する目的を有する。

本発明は、特に正極板で電極タブが設置されない無地部を絶縁させて、負極板の活物質層と接触して発生する内部短絡の危険を防止する目的を有する。

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、ケースと、上記ケースに収納されて、第１電極活物質層がコーティングされた第１コーティング部及び少なくとも一つの第１電極無地部が形成された第１電極と、上記ケースに収納されて、第２電極活物質層がコーティングされた第２コーティング部及び少なくとも一つの第２電極無地部が形成された第２電極と、上記第１電極と上記第２電極との間に介されるセパレータと、上記第１電極の上記第１電極無地部に結合される第１電極タブと、上記第２電極の上記第２電極無地部に結合される第２電極タブと、上記第１電極無地部及び上記第２電極無地部の少なくとも一つに沿って覆うように、上記第１電極無地部及び第２電極無地部に形成される少なくとも一つのラミネーション層と、を含む、二次電池が提供される。

上記ケースは、パウチタイプ、角形タイプ、円筒状タイプのうちから選択される一つのケースであってもよい。

上記第１電極は、正極板を含む正極であって、上記正極板は正極集電体を含んで、上記正極集電体は正極活物質がコーティングされていてもよい。

上記正極集電体は、アルミニウムホイールを含んで、上記正極活物質はリチウム系酸化物を含んでいてもよい。

上記第２電極は、負極板を含む負極であって、上記負極板は負極集電体を含んで、上記負極集電体は負極活物質がコーティングされていてもよい。

上記負極集電体は銅ホイールを含んで、上記負極活物質は炭素材を含んでいていてもよい。

上記第１電極及び第２電極は、第１面及び第２面を有する先端無地部と後端無地部を含んで、上記第１、第２電極タブはそれぞれ上記第１、第２電極の後端無地部に付着していてもよい。

上記ラミネーション層は、少なくとも一つの上記第１電極または上記第２電極の上記先端無地部に付着していてもよい。

上記ラミネーション層は、上記第１電極及び上記第２電極の先端無地部の隣接面の間に形成されていてもよい。

上記第１電極の先端無地部は、上記第２電極の間に形成されて、上記第１電極の先端無地部の第１面及び第２面は上記ラミネーション層が覆われる状態で巻取されていてもよい。

上記第１電極及び上記第２電極の無地部の一面は、電解質が形成された面とお互いに接して、上記第１電極及び上記第２電極の無地部のそれぞれの隣接面の間に一つのラミネーション層を具備していてもよい。

上記第１電極の先端無地部と上記ラミネーション層が同一の長さで形成されてもよい。

上記第１電極の先端無地部の端部を露出するように上記ラミネーション層が形成されてもよい。

上記ラミネーション層は、少なくともポリエチレンまたはポリプロピレン系のラミネーション材質を有する一つの層を含んでいてもよい。

上記ラミネーション層は、第１電極無地部または第２電極無地部の第１面または第２面のうちいずれか片面の全体を覆うようにコーティングされてもよい。

上記ラミネーション層は、上記第１電極無地部または第２電極無地部と共に上記第１コーティング部または第２コーティング部の一部を覆ってもよい。

また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、第１電極活物質がコーティングされた第１コーティング部と、先端及び後端無地部を含む第１電極と、第２電極活物質がコーティングされた第２コーティング部と先端及び後端無地部を含む第２電極と、上記第１電極及び上記第２電極らの間に介されるセパレータと、上記第１電極の後端無地部に結合される第１電極タブと、上記第２電極の後端無地部に結合される第２電極タブと、及び上記第１電極及び上記第２電極の少なくとも一つの先端無地部が配置される少なくとも一つのラミネーション層とを含む電極組立体が提供される。

上記第１電極は正極板を含む正極であって、上記正極板は正極集電体を含んで、上記正極集電体は正極活物質がコーティングされていてもよい。

上記正極集電体はアルミニウムホイールを含んで、上記正極活物質はリチウム系酸化物を含んでいていてもよい。

上記第２電極は負極板を含む負極であって、上記負極板は負極集電体を含んで、上記負極集電体は負極活物質がコーティングされていてもよい。

上記負極集電体は銅ホイールを含んで、上記負極活物質は炭素材を含んでいていてもよい。

上記ラミネーション層は少なくとも一つの上記第１電極または第２電極の先端無地部に形成されていてもよい。

上記ラミネーション層は、上記第１電極及び上記第２電極の先端無地部の間に介されていてもよい。

上記電極組立体は、上記第１電極の先端無地部は上記第２電極らの間に介されて、上記第１電極の先端無地部の第１面及び第２面には上記ラミネーション層が覆われる状態で巻取されていてもよい。

上記第１電極及び上記第２電極の無地部の一面は、電解質が形成された面とお互いに接して、上記第１電極及び上記第２電極の無地部のそれぞれの隣接面らの間に一つのラミネーション層が具備されていてもよい。

また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、コーティング部と所定長さの少なくとも一つの無地部を有するために第１電極活物質によって第１電極をコーティングする段階と、コーティング部と所定長さの少なくとも一つの無地部を有するために第２電極活物質を有して第２電極をコーティングする段階と、少なくとも一つの第１、第２無地部の間にラミネーション層を配置して、少なくとも一つのラミネーション層が上記第１、第２電極の無地部の長さ程度に覆われる段階と、を含む、二次電池の製造方法が提供される。

上記第１電極の少なくとも一つの無地部が上記第２電極の二つの部分の間に介されて、上記電極らは巻取されていてもよい。

上記第１電極及び上記第２電極の少なくとも一つの無地部の間に少なくとも一つのラミネーション層が配置され、上記ラミネーション層は上記第１電極及び上記第２電極の無地部の向かい合う両面のうち少なくとも一つに形成されていてもよい。

上記第１、第２電極の少なくとも一つの無地部の間に少なくとも一つのラミネーション層が配置され、上記ラミネーション層は上記第１電極の無地部の両面に形成されていてもよい。

上記ラミネーション層を上記第１電極の無地部の両面に付着する段階と、上記ラミネーション層によって覆われない上記第１電極の無地部をカッティングして、ラミネーション層を除去する段階と、をさらに含んでいてもよい。

上記第１電極のコーティングは、アルミニウムホイールにリチウム系酸化物がコーティングされていてもよい。
ていてもよい。

上記第２電極のコーティングは、銅ホイールに炭素材負極活物質がコーティングされていてもよい。

以上説明したように本発明によれば、電極タブが付着されない電極板の無地部の少なくとも一面に絶縁部材を付着して、セパレータの損傷または収縮発生時に極性が異なる電極板の活物質層との短絡発生を防止する。

本発明は、放熱効率が良好になるように電極組立体の外周部に位置する電極板の無地部に電極タブを設置して、電極タブが設置されない電極組立体の内周部に位置する電極板の無地部には絶縁部材を利用して極性が異なる活物質層との絶縁効果を得るようにする。

本発明はより具体的に、正極板の正極タブは電極組立体の外周部に位置した後端正極無地部に設置して、負極板の負極タブは電極組立体の外周部に位置した後端負極無地部に設置する。そして、正極板の先端正極無地部またはこれと対応される負極板の負極活物質層に絶縁部材を付着して絶縁効果を得るようにする。

望ましくは、正極板の先端正極無地部の両面に絶縁部材を付着して絶縁されるようにする。

このように正極板の先端正極無地部、または先端正極無地部と対応される負極板の負極活物質層に絶縁部材を付着すると負極板の先端正極無地部には絶縁部材を付着しなくても良い。

これによって電極組立体の電極タブが付着されない内周部に位置した正極板の先端無地部と負極板の負極活物質層は、セパレータが損傷または収縮されてもお互いに絶縁状態を維持するようになる。それで、ますます高容量化されるリチウム二次電池の内部発熱による短絡を防止して電池の安全性を向上させる効果を有する。

本発明の第１の実施形態にかかる電極組立体の斜視図である。 同実施形態にかかる電極組立体の横断面図である。 同実施形態にかかる電極組立体に関する図２Ａの２Ｂ部位拡大図である。 同実施形態にかかる電極組立体に関する図２Ｂの２Ｃ部位斜視図である。 同実施形態にかかる電極組立体の先端正極無地部の切断工程図である。 同実施形態とは異なる実施形態による電極組立体の先端正極無地部の切断工程図である。 本発明の第２の実施形態にかかる電極組立体の横断面図である。 同実施形態にかかる電極組立体に関する図５Ａの５Ｂ部位拡大図である。 本発明の第３の実施形態にかかる電極組立体の横断面図である。 同実施形態にかかる電極組立体に関する図６Ａの６Ｂ部位拡大図である。 本発明の第１の実施形態にかかる電極組立体を利用したパウチ型リチウム二次電池の分解斜視図である。 同実施形態にかかる電極組立体を利用したパウチ型リチウム二次電池に関する図７Ａの組み立て状態断面図である。 同実施形態にかかる電極組立体を利用した角形リチウム二次電池の分解斜視図である。 同実施形態にかかる電極組立体を利用した円筒状リチウム二次電池の分解斜視図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、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ないし図２Ａ、図２Ｂ、図２Ｃを参照すると、本発明の一実施例による電極組立体１００は、正極板１１０と負極板１２０及びセパレータ１３０を含む。上記正極板１１０と負極板１２０との間にはセパレータ１３０が介されて積層された後ゼリー−ロール（ｊｅｌｌｙ−ｒｏｌｌ）形態で巻取される。

上記電極組立体１００は、正極板１１０とセパレータ１３０と負極板１２０がゼリー−ロールタイプで巻取時に正極板１１０及び負極板１２０の両端に無地部１１３、１２３が形成される。上記無地部１１３、１２３のうちで巻取が始まる無地部を先端無地部１１３Ａ、１２３Ａと称して、巻取が終わる無地部を後端無地部１１３Ｂ、１２３Ｂと称する。

そして、説明の便宜上巻取された正極板１１０及び負極板１２０の先端が位置する部分を電極組立体の内周部と定義して、正極板及び負極板の後端が位置する部分を電極組立体の外周部と定義する。また、無地部の両面のうちで電極組立体の内周部に向ける一側面を前面と称して、電極組立体の外周部に向ける他側面を後面と称する。前面及び後面は夫々、本発明における第１面及び第２面の一例である。

したがって、上記正極無地部１１３で上記正極先端無地部１１３Ａは前面に該当する第１先端正極無地部１１３ＡＡと後面に該当する第２先端正極無地部１１３ＡＢに区分して説明する。

上記正極板１１０は、後端正極無地部１１３Ｂに正極タブ１４０が溶接される。そして、後端正極無地部１１３Ｂで上記正極タブ１４０が溶接された部位には保護テープ１６０を付着する。上記保護テープ１６０は正極集電体１１１に対して正極タブ１４０が突き出した部位を囲む状態で付着する。

そして、上記正極板１１０の先端無地部１１３Ａにはポリエチレンまたはポリプロピレンのようなラミネーションテープ１７０を付着する。上記先端無地部は所定長さを有して、上記ラミネーションテープは無地部の長さ程度に付着して、無地部をカバーするようになる。このように上記正極板１１０の先端正極無地部１１３Ａにラミネーションテープ１７０を付着すると、このようなラミネーションテープ１７０によって先端正極無地部１１３Ａが外部に露出しないようにする。ここで、ラミネーションテープ１７０とは、本発明におけるラミネーション層の一例である。また、ラミネーションテープ１７０は、ポリエチレン又はポリプロピレン系のラミネーション材質を有することができる。また、ラミネーションとは、例えば、プラスティック−フィルムなどのポリマーを重ねて貼り合わせることである。

より具体的に、先端正極無地部１１３Ａの第１先端正極無地部１１３ＡＡには第１ラミネーションテープ１７０Ａを付着して、先端正極無地部１１３Ａの第２先端正極無地部１１３ＡＢには第２ラミネーションテープ１７０Ｂを前述したように付着する。

したがって、電池の内部発熱によってセパレータ１３０、１３０’の損傷や収縮が発生しても正極板１１０の先端正極無地部１１３Ａの第１先端正極無地部１１３ＡＡと、これに対応される負極板１２０の負極活物質層１２２Ａは第１ラミネーションテープ１７０Ａによって絶縁された状態であるので、短絡を防止するようになる。また、正極板１１０の先端正極無地部１１３Ａの第２先端正極無地部１１３ＡＢと、これに対応される負極板１２０の負極活物質層１２２Ｂは、第２ラミネーションテープ１７０Ｂによって絶縁された状態であるので、短絡を防止するようになる。

上記正極板１１０は、薄板のアルミニウムホイールでなされた正極集電体１１１と上記正極集電体１１１の両面にコーティングされるリチウム系酸化物を主成分とする正極活物質層１１２を含んでいる。正極集電体１１１上には正極活物質層１１２がコーティングされない領域である正極無地部（ｐｏｓｉｔｉｖｅ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ ｎｏｎ−ｃｏａｔｉｎｇ ｐｏｒｔｉｏｎ）１１３が正極板１１０の両末端にそれぞれ形成されて、先端無地部１１３Ａと後端無地部１１３Ｂから構成される。

また、上記正極無地部１１３のうちいずれか一つの無地部には、正極タブ１４０が超音波溶接されて固定される。本発明の一実施例では上記正極板１１０は、後端正極無地部１１３Ｂに正極タブ１４０が溶接される。このように溶接される上記正極タブ１４０の端部は、上記正極集電体１１０の上端部上に突き出されるように固定される。正極タブ１４０は通常ニッケル、またはニッケル合金で形成されて他の金属素材も使用されることができる。

負極板１２０は先、後端負極無地部１２３Ａ、１２３Ｂのうち後端負極無地部１２３Ｂに負極タブ１５０が溶接される。そして、後端負極無地部１２３Ｂで上記負極タブ１５０が溶接された部位には保護テープ１６０を付着する。上記保護テープ１６０は負極集電体１２１に対して負極タブ１５０を突き出された部位を囲みながら付着する。

上記負極板１２０は、薄板の銅ホイールでなされた負極集電体１２１と上記負極集電体１２１の両面にコーティングされた炭素材を主成分にする負極活物質層１２２を含んでいる。上記負極活物質層１２２は、負極活物質層１２２Ａと負極活物質層１２２Ｂを含む。上記負極集電体１２１にも負極活物質層１２２がコーティングされない領域である負極無地部（ｎｅｇａｔｉｖｅ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ ｎｏｎ−ｃｏａｔｉｎｇ ｐｏｒｔｉｏｎ）１２３が負極板の両末端に所定領域で形成される。上記負極無地部１２３は、先端負極無地部１２３Ａと後端負極無地部１２３Ｂとから構成されることは前述したところのようである。

上記負極無地部１２３の後端負極無地部１２３Ｂには負極タブ１５０が超音波溶接されて固定される。この時、上記負極タブ１５０の端部は上記負極集電体１２１の上端部上に突き出されるように固定される。負極タブ１５０は通常ニッケルまたはニッケル合金で形成されて、他の金属素材も使用されることができる。

上記セパレータ１３０は、各電極板１１０、１２０の間の絶縁のために上記正極板１１０と負極板１２０との間に配置されている。上記セパレータ１３０は、ポリエチレンや、ポリプロピレンや、ポリエチレンとポリプロピレンの複合フィルムでなされている。上記セパレータ１３０は、上記正極板１１０と負極板１２０より幅が広く形成されて、正極板１１０と負極板１２０の上、下部側に突き出されている。

以上で説明したところのように、本発明の一実施例による電極組立体１００は、電極組立体の外周部に正極タブ１４０と負極タブ１５０を付着して、正極タブ１４０と負極タブ１５０には保護テープ１６０を付着する。電極組立体の内周部には正極板１１０の先端正極無地部１１３Ａのうちで第１先端正極無地部１１３ＡＡには第１ラミネーションテープ１７０Ａを付着して、第２先端正極無地部１１３ＡＢには第２ラミネーションテープ１７０Ｂを付着する。

次には、上記正極板１１０の先端正極無地部１１３Ａにラミネーションテープ１７０；１７０Ａ、１７０Ｂを付着する工程を説明する。

第１、第２ラミネーションテープ１７０Ａ、１７０Ｂが正極板１１０の第１、第２先端正極無地部１１３ＡＡ、１１３ＡＢと同一な長さで製造されて、それぞれ第１先端正極無地部１１３ＡＡと第２先端正極無地部１１３ＡＢに正確に付着することが望ましい。すなわち、テープ１７０Ａ、１７０Ｂが無地部１１３ＡＡ、１１３ＡＢをすべてカバーする。
しかし、上記第１、第２ラミネーションテープ１７０Ａ、１７０Ｂの長さが正極板１１０の第１、第２先端正極無地部１１３ＡＡ、１１３ＡＢの長さと一致しないで第１、第２ラミネーションテープ１７０Ａ、１７０Ｂのうちでいずれか一つのテープ長さが短いか、または長く製造されることもできる。

または、第１、第２ラミネーションテープ１７０Ａ、１７０Ｂを第１、第２先端正極無地部１１３ＡＡ、１１３ＡＢに付着する過程で不正確な位置にテープを付着することがある。

このような製造工程上に誤差が発生されると、正極板１１０の第１先端正極無地部１１３ＡＡまたは第２先端正極無地部１１３ＡＢは、ラミネーションテープによって絶縁されない領域が発生される問題がある。

このような製造工程上による問題が発生される場合に本発明では、ラミネーションテープを付着しなくて絶縁されない部分（概して無地部の端部で発生される）である正極板１１０の先端正極無地部１１３Ａの端部を一定部分切断する。すなわち、正極無地部１１３Ａの前、後面に第１、第２ラミネーションテープ１７０Ａ、１７０Ｂを付着した状態で先端正極無地部１１３Ａの端部を切断して、ラミネーションテープを付着しない部分を除去する。

より具体的に、先端正極無地部１１３Ａの端部を切断する方法は、二つの方法を適用することができる。

一つの切断方法は図３を参照すると、第１先端正極無地部１１３ＡＡに付着した第１ラミネーションテープ１７０Ａより第２先端正極無地部１１３ＡＢに付着した第２ラミネーションテープ１７０Ｂの長さが短い状態で長さが短いラミネーションテープを基準に切断する方法である。すなわち、第２ラミネーションテープ１７０Ｂの端部Ｅを切断線（Ｃ）にして切断を実施する。このように相対的に長さが短い第２ラミネーションテープ１７０Ｂの端部Ｅを切断すると結果的に第１先端正極無地部１１３ＡＡは第１ラミネーションテープ１７０Ａによって外部と絶縁された状態になる。そして、第２先端正極無地部１１３ＡＢも第２ラミネーションテープ１７０Ｂによって絶縁された状態になる。

したがって、正極板１００の先端正極無地部１１３Ａの前、後面は無地部の長さ程度に覆われるラミネーションテープ１７０；１７０Ａ、１７０Ｂによって完全な絶縁状態を形成するようになる。

他の一つの切断方法は図４を参照すると、第１先端正極無地部１１３ＡＡに付着した第１ラミネーションテープ１７０Ａより第２先端正極無地部１１３ＡＢに付着した第２ラミネーションテープ１７０Ｂの長さが短い状態は同一である。ここで長さが短い第２ラミネーションテープ１７０Ｂの端部Ｅの中側に切断線Ｃ’を設定して、切断を実施するものである。このように第２ラミネーションテープ１７０Ｂの端部Ｅの内側に切断線Ｃ’を設定して切断を実施すると、結果的に第１先端正極無地部１１３ＡＡは第１ラミネーションテープ１７０Ａによって外部と絶縁された状態になる。そして、第２先端正極無地部１１３ＡＢも第２ラミネーションテープ１７０Ｂによって絶縁された状態になる。

このように長さが短い第２ラミネーションテープ１７０Ｂの内側を切断するようになると、第２ラミネーションテープ１７０Ｂの端部Ｅを切断する過程で発生されることができる切断誤差による不良が発生される問題を解消することができる。

前述したところによる切断方式は、第２ラミネーションテープ１７０Ｂの長さが短い場合に対して説明したが、反対に第１ラミネーションテープ１７０Ａの長さが短い場合には第１ラミネーションテープ１７０Ａの端部を基準に切断工程を実施すると良い。

このように構成された本発明の一実施例による電極組立体による内部短絡を防止する作用を説明する。

本発明の一実施例による電極組立体１００の外周部には、正極タブ１４０と負極タブ１５０が設置される。

そして、電極組立体１００の内周部には正極板１１０の先端正極無地部１１３Ａにラミネーションテープ１７０を付着する。上記ラミネーションテープ１７０は第１、第２ラミネーションテープ１７０Ａ、１７０Ｂでなされる。そして、第１、第２ラミネーションテープ１７０Ａ、１７０Ｂが、正極板１１０の先端正極無地部１１３Ａの両面に該当する第１、第２先端正極無地部１１３ＡＡ、１１３ＡＢにそれぞれ付着される。この時、第１、第２ラミネーションテープ１７０Ａ、１７０Ｂによって第１先端正極無地部１１３ＡＡまたは、第２先端正極無地部１１３ＡＢのうちでいずれか一つの先端無地部に絶縁状態が完全になされない場合には、必要によって正極板１００の先端正極無地部１１３Ａの端部を切断するようになる。したがって、第１、第２ラミネーションテープ１７０Ａ、１７０Ｂによって第１、第２先端正極無地部１１３ＡＡ、１１３ＡＢは外部と完全に絶縁された状態になる。

それで、電極組立体１００の内周部で内部発熱によってセパレータ１３０、１３０’が損傷されるか、または収縮されても正極板１１０の先端正極無地部１１３Ａの前、後面は隣接した負極板１２０の負極活物質層１２２Ａ、１２２Ｂと絶縁された状態になる。それで、電極組立体１００の内周部で発生される短絡を基本的に防止することができる。

本発明の第２の実施形態に係る電極組立体を説明する。

図５Ａ及び図５Ｂを参照すると、本発明の他の実施例による電極組立体２００は、正極板１１０と負極板１２０及びセパレータ１３０を含んで、上記正極板１１０と負極板１２０はセパレータ１３０が間に介されて積層された後ゼリー−ロール（ｊｅｌｌｙ−ｒｏｌｌ）形態で巻取される。

また、上記正極板１１０、負極板１２０及びセパレータ１３０と正極タブ１４０、負極タブ１５０及び保護テープ１６０を含む構成も本発明の一実施例と同一である。同一構成に対して同一符号を使用して詳細な説明は省略する。

本発明の他の実施例による電極組立体２００は、正極板の先端正極無地部１１３Ａで第１先端正極無地部１１３ＡＡのみに第１ラミネーションテープ２７０Ａを付着する。そして、セパレータ１３０を間に置いて向かい合う負極板１２０の負極集電体１２１の負極活物質層１２２Ｂで上記第２先端正極無地部１１３ＡＢと対応される領域に第２ラミネーションテープ２７０Ｂを付着する。

このように構成された本発明の他の実施例による、電極組立体２００による内部短絡を防止する作用を説明する。

本発明の他の実施例による電極組立体２００の外周部には、正極タブ１４０と負極タブ１５０が設置される。

そして、電極組立体２００の内周部には正極板１１０の第１先端正極無地部１１３ＡＡに第１ラミネーションテープ２７０Ａを付着する。上記第１ラミネーションテープ２７０Ａは、第１先端正極無地部１１３ＡＡを完全に覆っていて向かい合っている負極板１２０の負極活物質層１２２Ａと第１先端正極無地部１１３ＡＡを絶縁させている。

また、第２先端正極無地部１１３ＡＢが対応される負極板１２０の負極活物質層１２２Ｂの該当部分には、第２ラミネーションテープ２７０Ｂを付着する。

したがって、セパレータ１３０、１３０’が損傷されるか、または収縮されても正極板１１０の先端正極無地部１１３Ａのうちで第１先端正極無地部１１３ＡＡは、第１ラミネーションテープ２７０Ａによって負極活物質層１２２Ａが絶縁される。また、正極板１１０の先端正極無地部１１３Ａのうちで第２先端正極無地部１１３ＡＢは、第２ラミネーションテープ２７０Ｂによって負極活物質層１２２Ｂと絶縁された状態になる。

その結果、電極組立体２００の内周部で発生される短絡を基本的に防止することができる。

本発明の第３の実施形態に係る電極組立体を説明する。

図６Ａ及び図６Ｂを参照すると、本発明のまた他の実施例による電極組立体３００は、正極板１１０と負極板１２０及びセパレータ１３０を含んで、上記正極板１１０と負極板１２０はセパレータ１３０が間に介されて積層された後ゼリー−ロール（ｊｅｌｌｙ−ｒｏｌｌ）形態で巻取される。

また、上記正極板１１０、負極板１２０及びセパレータ１３０と正極タブ１４０、負極タブ１５０及び保護テープ１６０を含む構成も本発明の一実施例と同一である。同一構成に対して同一符号を使用して詳細な説明は省略する。

本発明のまた他の実施例による電極組立体３００は、正極板の先端正極無地部１１３Ａの第２先端正極無地部１１３ＡＢに第１ラミネーションテープ３７０Ａを付着する。そして、セパレータ１３０’を間に置いて向かい合う負極板１２０の負極活物質層１２２Ａには、正極板の第１先端正極無地部１１３ＡＡと対応される領域に第２ラミネーションテープ３７０Ｂを付着する。

このように構成された本発明のまた他の実施例による、電極組立体３００による内部短絡を防止する作用を説明する。

同実施形態に係る電極組立体３００の外周部には、正極タブ１４０と負極タブ１５０が設置される。

そして、電極組立体３００の内周部には、正極板１１０の第２先端正極無地部１１３ＡＢに第１ラミネーションテープ３７０Ａを付着する。上記第１ラミネーションテープ３７０Ａは、第２先端正極無地部１１３ＡＢを完全に覆っていて対応される負極板１２０の負極活物質層１２２Ｂと第２先端正極無地部１１３ＡＢを絶縁させている。

また、第１先端正極無地部１１３ＡＡと向かい合っている負極板１２０の前面に形成された負極活物質層１２２Ａには、第２ラミネーションテープ３７０Ｂを付着する。

したがって、セパレータ１３０、１３０’が損傷されるか、または収縮されても正極板１１０の先端正極無地部１１３Ａのうちで第１先端正極無地部１１３ＡＡは、第２ラミネーションテープ３７０Ｂによって負極活物質層１２２Ａと絶縁された状態が維持される。また、正極板１１０の先端正極無地部１１３Ａのうちで第２先端正極無地部１１３ＡＢは、第１ラミネーションテープ３７０Ａによって負極活物質層１２２Ｂと絶縁されている。

それで、電極組立体３００の内周部で発生される短絡を基本的に防止することができる。

本発明は、前述したような一実施例と他の実施例及びまた他の実施例による電極組立体を利用して、リチウム二次電池に使用することができる。

リチウム二次電池は、ケースの種類によって角形、円筒状、パウチ型に区分されることができる。

図７Ａ及び図７Ｂを参照すると、パウチ型ケースを有する二次電池１０が開示される。

パウチ型リチウム二次電池１０は、電極組立体１００を収容することができる内部空間１１を有する第１ケース１２と第１ケース１２の開口部を密封する第２ケース１３を含む。上記第１、第２ケース１２、１３はアルミニウムまたはアルミニウム合金材質で形成される。

したがって、パウチ型二次電池１０は、上記第１ケース１２の内部空間１１に本発明の一実施例による電極組立体１００を収納して、第１ケース１２と第２ケース１３の縁を密封して、パウチ型二次電池の単位セルを製造するようになる。

本発明の一実施形態に係る電極組立体１００を利用したパウチ型二次電池１０は、前述したところのように電極組立体１００の内周部で先端正極無地部１１３Ａの前、後面がラミネーションテープ１７０Ａ、１７０Ｂによって絶縁された状態であるので、負極活物質層１２２と短絡が発生しなくなる。したがって、電池の内部短絡発生を著しく減らす効果があって、電池の安全性を向上させるようになる。

図８を参照すると、角形ケースを有するリチウム二次電池２０が開示される。

角形リチウム二次電池２０は、上端部が開放されて、電極組立体１００を収容することができる内部空間２２を有するおおよそ直方体の缶２１と、該缶２１の内部に電極組立体１００を収納した後上端開口部を密封しながら上記電極組立体１００の電流を外部に伝達するキャップ組立体２３を含む。

したがって、本発明による角形リチウム二次電池２０は、上記缶２１の内部空間２２に本発明の一実施形態に係る電極組立体１００を収納して、缶２１の上端開口部をキャップ組立体２３で密封して、缶型二次電池の単位セルを製造するようになる。

本発明による角形リチウム二次電池２０で上記キャップ組立体２３は、電極組立体の電極端子が貫通されるキャッププレート、絶縁プレート、端子プレートなどを含む。すなわち、上記キャップ組立体２３の詳細構成をより詳細に説明しなかったが、当業者の公知の技術的構成をすべて含むことは当然である。

このように本発明の一実施例による電極組立体１００を利用した角形リチウム二次電池２０は、前述したところのように電極組立体１００の内周部で先端正極無地部１１３Ａの前、後面がラミネーションテープ１７０Ａ、１７０Ｂによって絶縁された状態であるので、負極活物質層１２２と短絡が発生されなくなる。したがって、電池の内部短絡発生を著しく減らす効果があって電池の安全性を向上させるようになる。

図９を参照すると、円筒状ケースを有するリチウム二次電池３０が開示される。

円筒状リチウム二次電池３０は、上端部が開放されて電極組立体１００を収容することができる内部空間３２を有する円筒状缶３１と、該円筒状缶３１の内部に電極組立体１００を収納した後、上端開口部を密封して上記電極組立体１００の電流を外部に伝達するキャップ組立体３３を含む。

したがって、本発明による円筒状リチウム二次電池３０は、上記円筒状缶３１の内部空間３２に本発明の一実施例による電極組立体１００を収納して、円筒状缶３１の上端開口部をキャップ組立体３３で密封して、円筒状二次電池の単位セルを製造するようになる。

本発明による円筒状リチウム二次電池３０で上記キャップ組立体３３は、電極組立体の電極端子が電気的に連結されるキャップアップ、安全ベント、インシュレーター、キャップダウンなどを含む。すなわち、上記キャップ組立体３３の詳細構成図をより詳細に説明しなかったが、当業者の公知の技術的構成をすべて含むことができることは当然である。

このように本発明の一実施例による電極組立体１００を利用した円筒状リチウム二次電池３０は、前述したところのように電極組立体１００の内周部で先端正極無地部１１３Ａの前、後面がラミネーションテープ１７０Ａ、１７０Ｂによって絶縁された状態であるので、負極活物質層１２２と短絡が発生しなくなる。したがって、電池の内部短絡発生を著しく減らす効果があって、電池の安全性を向上させるようになる。

一方、本発明による円筒状リチウム二次電池３０では、電極組立体１００の正極タブ１４０を電極組立体１００の上部側に突き出させるようになると、負極タブ１５０は電極組立体１００の下部側に突き出させて、円筒状缶３１と電気的に連結すると良い。参照符号１６０は保護テープを示す。

以上のように、パウチ型、角形、円筒状二次電池で本発明の第１の実施形態による電極組立体１００が適用された実施例を説明したが、本発明の第２の実施形態による電極組立体２００及びまた第３の実施形態による電極組み立て３００を適用しても同一な効果を得ることができることは当然である。

また、上述してきた各実施形態における正極活物質及び負極活物質がコーティングされる領域は夫々、本発明における第１のコーティング部及び第２のコーティング部の一例である。また、上述してきた各実施形態における正極及び負極は夫々、本発明における第１の電極及び第２の電極の一例である。

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詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、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、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

１０、２０ 二次電池
１２、１３ 第１、第２ケース
２１、３１ 缶
２３、３３ キャップ組立体
１００ 電極組立体
１１０ 正極板
１１１ 正極集電体
１１２ 正極活物質層
１１３ 正極無地部
１１３Ａ 正極先端無地部
１１３Ｂ 正極後端無地部
１１３ＡＡ 第１先端正極無地部
１１３ＡＢ 第２先端正極無地部
１２０ 負極板
１２１ 負極集電体
１２２、１２２Ａ、１２２Ｂ 負極活物質層
１２３ 負極無地部
１２３Ａ 負極先端無地部
１２３Ｂ 負極後端無地部
１３０ セパレータ
１４０ 正極タブ
１５０ 負極タブ
１６０ 保護テープ
１７０ ラミネーションテープ
１７０Ａ、１７０Ｂ 第１、第２ラミネーションテープ

Claims (32)

1. ケースと、
   前記ケースに収納されて、第１電極活物質層がコーティングされた第１コーティング部及び少なくとも一つの第１電極無地部が形成された第１電極と、
   前記ケースに収納されて、第２電極活物質層がコーティングされた第２コーティング部及び少なくとも一つの第２電極無地部が形成された第２電極と、
   前記第１電極と前記第２電極との間に介されるセパレータと、
   前記第１電極の前記第１電極無地部に結合される第１電極タブと、
   前記第２電極の前記第２電極無地部に結合される第２電極タブと、
   前記第１電極無地部及び前記第２電極無地部の少なくとも一つに沿って覆うように、前記第１電極無地部及び第２電極無地部に形成される少なくとも一つのラミネーション層と、を含む、二次電池。
2. 前記ケースは、パウチタイプ、角形タイプ、円筒状タイプのうちから選択される一つのケースであ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１電極は、正極板を含む正極であって、前記正極板は正極集電体を含んで、前記正極集電体は正極活物質がコーティングされることを特徴とする請求項１又は２に記載の二次電池。
4. 前記正極集電体は、アルミニウムホイールを含んで、前記正極活物質はリチウム系酸化物を含むことを特徴とする、請求項３に記載の二次電池。
5. 前記第２電極は、負極板を含む負極であって、前記負極板は負極集電体を含んで、前記負極集電体は負極活物質がコーティングされることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の二次電池。
6. 前記負極集電体は銅ホイールを含んで、前記負極活物質は炭素材を含むことを特徴とする、請求項５に記載の二次電池。
7. 前記第１電極及び第２電極は、第１面及び第２面を有する先端無地部と後端無地部を含んで、前記第１、第２電極タブはそれぞれ前記第１、第２電極の後端無地部に付着することを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載の二次電池。
8. 前記ラミネーション層は、少なくとも一つの前記第１電極または前記第２電極の前記先端無地部に付着することを特徴とする、請求項７に記載の二次電池。
9. 前記ラミネーション層は、前記第１電極及び前記第２電極の先端無地部の隣接面の間に形成され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電極の先端無地部は、前記第２電極の間に形成されて、前記第１電極の先端無地部の第１面及び第２面は前記ラミネーション層が覆われる状態で巻取されることを特徴とする、請求項７に記載の二次電池。
11. 前記第１電極及び前記第２電極の無地部の一面は、電解質が形成された面と互いに接して、前記第１電極及び前記第２電極の無地部のそれぞれの隣接面の間に一つのラミネーション層を具備することを特徴とする、請求項７に記載の二次電池。
12. 前記第１電極の先端無地部と前記ラミネーション層が同一の長さで形成されることを特徴とする 、請求項７に記載の二次電池。
13. 前記第１電極の先端無地部の端部を露出するように前記ラミネーション層が形成されることを特徴とする、請求項７〜１１のいずれか１項に二次電池。
14. 前記ラミネーション層は、少なくともポリエチレンまたはポリプロピレン系のラミネーション材質を有する一つの層を含むことを特徴とする、請求項１〜１３のいずれか１項に記載の二次電池。
15. 前記ラミネーション層は、第１電極無地部または第２電極無地部の第１面または第２面のうちいずれか片面の全体を覆うようにコーティングされた、請求項１〜１４のいずれか１項に記載の二次電池。
16. 前記ラミネーション層は、前記第１電極無地部または第２電極無地部と共に前記第１コーティング部または第２コーティング部の一部を覆うことを特徴とする、請求項１〜１５のいずれか１項に記載の二次電池。
17. 第１電極活物質がコーティングされた第１コーティング部と、先端及び後端無地部を含む第１電極と、
    第２電極活物質がコーティングされた第２コーティング部と先端及び後端無地部を含む第２電極と、
    前記第１電極及び前記第２電極らの間に介されるセパレータと、
    前記第１電極の後端無地部に結合される第１電極タブと、
    前記第２電極の後端無地部に結合される第２電極タブと、
    前記第１電極及び前記第２電極の無地部に前記第１電極無地部及び前記第２電極無地部の少なくとも一つに沿って覆うように形成される少なくとも一つのラミネーション層と、を含む電極組立体。
18. 前記第１電極は正極板を含む正極であって、前記正極板は正極集電体を含んで、前記正極集電体は正極活物質がコーティングされることを特徴とする、請求項１７に記載の電極組立体。
19. 前記正極集電体はアルミニウムホイールを含んで、前記正極活物質はリチウム系酸化物を含むことを特徴とする、請求項１８に記載の電極組立体。
20. 前記第２電極は負極板を含む負極であって、前記負極板は負極集電体を含んで、前記負極集電体は負極活物質がコーティングされることを特徴とする、請求項１７〜１９のいずれか１項に記載の電極組立体。
21. 前記負極集電体は銅ホイールを含んで、前記負極活物質は炭素材を含むことを特徴とする、請求項２０に記載の電極組立体。
22. 前記ラミネーション層は少なくとも一つの前記第１電極または第２電極の先端無地部に形成されることを特徴とする、請求項１７に記載の電極組立体。
23. 前記ラミネーション層は、前記第１電極及び前記第２電極の先端無地部の間に介されることを特徴とする、請求項２２に記載の電極組立体。
24. 前記電極組立体は、前記第１電極の先端無地部は前記第２電極らの間に介されて、前記第１電極の先端無地部の第１面及び第２面には前記ラミネーション層が覆われる状態で巻取されることを特徴とすることを特徴とする、請求項２２に記載の電極組立体。
25. 前記第１電極及び前記第２電極の無地部の一面は、電解質が形成された面とお互いに接して、前記第１電極及び前記第２電極の無地部のそれぞれの隣接面らの間に一つのラミネーション層が具備されることを特徴とする、請求項２２に記載の電極組立体。
26. コーティング部と所定長さの少なくとも一つの無地部を有するために第１電極活物質によって第１電極をコーティングする段階と、
    コーティング部と所定長さの少なくとも一つの無地部を有するために第２電極活物質を有して第２電極をコーティングする段階と、
    少なくとも一つの第１、第２無地部の間にラミネーション層を配置して、少なくとも一つのラミネーション層が前記第１、第２電極の無地部の長さ程度に覆われる段階と、を含む、二次電池の製造方法。
27. 前記第１電極の少なくとも一つの無地部が前記第２電極の二つの部分の間に介されて、前記電極らは巻取されることを特徴とする、請求項２６に記載の二次電池の製造方法。
28. 前記第１電極及び前記第２電極の少なくとも一つの無地部の間に少なくとも一つのラミネーション層が配置され、前記ラミネーション層は前記第１電極及び前記第２電極の無地部の向かい合う両面のうち少なくとも一つに形成されることを特徴とする、請求項２７に記載の二次電池の製造方法。
29. 前記第１、第２電極の少なくとも一つの無地部の間に少なくとも一つのラミネーション層が配置され、前記ラミネーション層は前記第１電極の無地部の両面に形成されることを特徴とする、請求項２７に記載の二次電池の製造方法。
30. 前記ラミネーション層を前記第１電極の無地部の両面に付着する段階と、
    前記ラミネーション層によって覆われない前記第１電極の無地部をカッティングして、ラミネーション層を除去する段階と、
    をさらに含むことを特徴とする、請求項２９に記載の二次電池の製造方法。
31. 前記第１電極のコーティングは、アルミニウムホイールにリチウム系酸化物がコーティングされることを特徴とする、請求項２６〜３０のいずれか１項に記載の二次電池の製造方法。
32. 前記第２電極のコーティングは、銅ホイールに炭素材負極活物質がコーティングされることを特徴とする、請求項２６〜３１のいずれか１項に記載の二次電池の製造方法。
    
    

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