説明

二次電池

【課題】電極組立体の仕上げ材としてケースと対応する面に粘着性を持つ物質を利用することにより、パウチと電極組立体の密着力を向上することで、パウチ内部で電極組立体の流動及び電極タップの曲がりを防止することができる二次電池を提供する。
【解決手段】第1電極板と第2電極板及びその間に介在されたセパレーターを含む電極組立体と、前記電極組立体と電解液を収容するケースと、前記電極組立体の外面に付着された仕上げ材とを含むが、前記仕上げ材は少なくとも前記ケースと対応する面に粘着力を持つ。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は二次電池に関し、より詳細には、パウチ内部での電極組立体の流動、及び電極タップの曲がりを防止することができる二次電池に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、小型電子機器の電源として各種電池が使用されているが、特に、携帯電話、ノートパソコン、キャムコーダなどの電源としては、小型でありながら大容量であるリチウム二次電池などの電解液を使用する電池が主に使用されている。
【0003】
リチウム二次電池は、電極組立体及びこれをパウチまたは缶のようなケース内部に収納し、電解液を注入して密閉したものが使用される。電極組立体には、大きく陽極板と陰極板との間にセパレーターを介在させて、これらをゼリーロール(Jelly−Roll)形態で巻き取ることによって形成される巻取型、または陽極板と陰極板及びその間にセパレーターが介在されたような構造を複数積層して形成された積層型がある。
【0004】
このうち、巻取型電極組立体は、仕上げ部分を固定させるために電極組立体の外部断面に仕上げテープが使用される。そして、仕上げテープの付着された電極組立体はケースに収納され、内部に電解液が注入された後密封される。
【0005】
しかし、前述のような二次電池の電極組立体は、缶の内部に挿入されてもケースの内側面に電極組立体が密着された状態でないから、二次電池が外部から衝撃を受けるようになるとケース内部で電極組立体が上下または前後方向へ流動することになる。これによって、電極組立体がずれながら電極タップが曲がるような問題が発生し得る。そして、リチウム塩などの含まれた電解液が潤滑油の役目をしながら電極組立体の流動を促進させることがあり、これは内部短絡の原因になることもあり得る。
【0006】
また、ケースがパウチで形成される場合、強度が弱いため、安全性においても問題となる素地が多い。そして、中大型電池の場合にはセルの下部側に電解液が多量分布される電解液分布のばらつき発生する。このように、パウチ電池は外形的に圧力を加えるような效果が低下するため、セル外形の均一性が低下するという問題がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
したがって、本発明は前記問題を解決するために案出されたもので、その目的は、電極組立体の仕上げ材としてケースと対応する面に粘着性を持つ物質を利用することにより、パウチと電極組立体の密着力を向上することで、パウチ内部で電極組立体の流動及び電極タップの曲がりを防止することができる二次電池を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0008】
前記目的を果たすために本発明による二次電池は、第1電極板と第2電極板及びその間に介在されたセパレーターを含む電極組立体と、前記電極組立体と電解液を収容するケースと、及び前記電極組立体の外面に付着された仕上げ材と、を含むが、前記仕上げ材は少なくとも前記ケースと対応する面に粘着力を持つ。
この時、前記仕上げ材は延伸ポリスチレン(Oriented Polystyrene、OPS)フィルムで構成することができる。ここで、前記延伸ポリスチレンフィルムは、電解液での粘着強度が6kgfないし15kgfの範囲にすることができる。そして、前記延伸ポリスチレンフィルムは電解液に含沈されない場合、粘着力がない。
【0009】
また、前記仕上げ材は、前記電解液によって表面が化学的変形を起こして粘着性を持つように変質されうる。そして、前記仕上げ材は前記電極組立体の一面に付着するか、前記電極組立体の一面及び一面と対向する他面に付着されうる。
【0010】
さらに、前記仕上げ材は前記電極組立体の外面全体を取り囲むように付着されうる。また、前記電極組立体の仕上げ部には外装テープがさらに付着されうる。
【発明の効果】
【0011】
以上説明したように、本発明よればパウチと電極組立体との密着力が向上してパウチ内部で電極組立体の流動及び電極タップの曲がりが防止されるので、パウチの強度が向上するだけでなく中大型電池で電解液分布のばらつきが最小化されてセル外形の全般的な均一性を高めることができる。これによって、電極組立体の整列状態が安定的に維持されてショート欠陷が防止され、膨張(Swelling)による未充電領域の発生を防止することができる。また、セルの長期使用による信頼性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【図1】本発明の第1実施例による電極組立体を利用した二次電池を示した斜視図である。
【図2】図1の二次電池を示した断面図である。
【図3】本発明の第2実施例による電極組立体を示した斜視図である。
【図4】本発明の第3実施例による電極組立体を示した斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【0013】
以下、本発明の実施例を示した図面を参照して本発明による二次電池を具体的に説明する。図1は、本発明の第1実施例による電極組立体を利用した二次電池を示した斜視図で、図2は図1の二次電池を示した断面図である。
【0014】
図1及び図2を参照すれば、本発明の第1実施例による二次電池は所定の電流を生成する電極組立体10と、電極組立体10及び電解液(図示せず)を収容するケース20とを含む。そして、電極組立体10の一面に付着された仕上げ材15をさらに含む。ここで、ケース20は、収容部22及び収容部22を密封するカバー部24で構成されたパウチで形成することができる。また、電極組立体10は、第1電極板10aと第2電極板10b及びその間に介在されたセパレーター10cが順次積層された後、巻き取られたゼリーロール形状に形成することができる。
【0015】
本発明の第1実施例のように電極組立体10がゼリーロール形態の巻取型である場合、電極組立体10の仕上げ材15としてケース20と対応する面に粘着力を持つ材料が利用可能である。すなわち、ケース20と対応する面に粘着力を持つ仕上げ材15は、巻き取られた電極組立体10が解けないようにするために使用された外装テープの代わりに利用可能である。この際、仕上げ材15は仕上げ部14が形成された一面またはそれと対向する他面に形成されても良いのは勿論である。また、図面には示されていないが、電極組立体10の仕上げ部14に外装テープがさらに付着された後、仕上げ材15が使用されうる。
【0016】
このような仕上げ材15は、電解液によって表面が化学的変形を起こして粘着性を持つように変質されるような特性を持つ。これによって、仕上げ材15が付着された電極組立体10をパウチ20に収容した後電解液を注入すると、仕上げ材15が粘着性を帯びながら電極組立体10をパウチ20に密着させてこれらの間の密着力が強化される。
【0017】
仕上げ材15としては、例えば、電解液が含沈される時の電解液に接する表面が化学的変形を起こして粘着性を持つように変質される延伸ポリスチレン(Oriented Polystyrene、以下‘OPS’という)フィルムで構成されうる。
【0018】
OPSフィルムは、普段接着力がないが、ジメチルカボネート(以下、DMC)、エチルメチルカボネート(以下、EMC)、及び/またはプロピレンカボネート(以下、PC)などを含む電解液によって表面が化学的に変形されつつ粘着性を帯びるようになるもので、化学的安全性と電気的安全性を有しており、電池に適用可能である。
【0019】
より具体的に、OPSフィルムは、下記化学式1のように電解液にあって表面の連結輪が切れるようになりつつ粘着性を帯びるようになる。
【0020】
【化1】

【0021】
すなわち、第1電極板10a及び第2電極板10bに仕上げ材15が付着された電極組立体10がパウチ20内に収容されて電解液が含沈されると、仕上げ材15が化学的に変形されて粘着性を帯びながら電極組立体10をパウチ20に密着させてこれらの間の密着力が強化される。
【0022】
このようなOPSフィルムは、普段(電解液に含沈されない場合)には、粘着力を持たないが、電解液とあえば6kgfないし10kgf範囲の粘着強度を持つ。これによって、OPSフィルムに電解液が含沈されると、パウチ20と電極組立体10の密着力が向上してパウチ20内部で電極組立体10の流動及び電極タップの曲がりが防止される。
【0023】
このように、仕上げ材15は電極組立体10の一面に付着し、二次電池の外装材を構成するパウチ20の強度を強化させて、外部の衝撃から二次電池を保護することができる。また、二次電池の初期充放電による膨張現象による電極組立体10の高膨脹を防止することで、二次電池の外郭寸法の変化を緩和させてセル外形の全般的な均一性を高めることができる。また、電極組立体10の整列状態が安定的に維持されてショート欠陷が防止され、膨張による未充電領域の発生が防止される。
【0024】
本発明の第1実施例による電極組立体10は、第1電極板10aと第2電極板10bの間にセパレーター10cが介在されつつ巻き取られて形成される。第1電極板10aには、第1電極タップ12aが結合されて電極組立体10の上端部に突き出され、第2電極板10bには第2電極タップ12bが結合されて電極組立体10の上端部に突き出される。電極組立体10で第1電極タップ12aと第2電極タップ12bは、所定距離離隔されるように形成されて電気的に絶縁される。
【0025】
そして、第1電極タップ12a及び第2電極タップ12bが電極組立体10から引き出しされる部分には、ラミネーションテープ(11a、11b)が巻き取られている。ラミネーションテープ(11a、11b)は、第1電極タップ12aまたは第2電極タップ12bで発生する熱を遮断し、第1電極タップ12aまたは第2電極タップ12bの縁によって電極組立体10が圧迫を受けないようにする役目を遂行する。
【0026】
このような第1電極タップ12a及び第2電極タップ12bが、パウチ20と触れ合う面22aには絶縁テープ13が接着されてパウチケース20の外部に一部突き出されるように設置されることができる。パウチ20のカバー部24が収容部22上部に折り畳まれて密封されるとき、カバー部24と収容部22との間に電極タップ12a、12bが位置された領域には、絶縁テープ13が位置される。
【0027】
通常、パウチ20は0.04〜0.05mm厚さのアルミニウムで形成されて外部から衝撃が加えられる場合、パウチ20の外形が変形される。しかし、本発明の第1実施例では電極組立体10の仕上げ材15はパウチ20と対応する面で発生される粘着力によって電極組立体10が強制的にパウチ20に付着されているので、外部から衝撃が加えられた時、パウチ20の外形が変形されることを防止することができる。すなわち、仕上げ材15によってパウチ20の強度が向上するだけでなく、パウチ20内部で電極組立体10の流動を防止することができる。
【0028】
図1及び図2では、パウチ型二次電池を図示したが、缶型二次電池にも適用可能であることは勿論である。この時、仕上げ材15は缶型二次電池内部で電極組立体10が流動されることを防止する役目ができる。
【0029】
図3は、本発明の第2実施例による電極組立体を示した斜視図である。図3を参照すれば、仕上げ材15は巻取型電極組立体10の一面及び一面と対向する他面に付着することができる。このような仕上げ材15は電解液が含沈されると化学的に変形されて粘着性を帯びるようになる。
【0030】
これによって仕上げ材15が付着された電極組立体10の一面及び他面がパウチの内面に密着されてパウチ内部で電極組立体10が流動されないこともある。電極組立体10が流動されないことにより、電極タップ(12a、12b)の曲がりもまた防止されるし、これによってセルの長期使用による信頼性をも向上させることができる。
【0031】
図4は、本発明の第3実施例による電極組立体を示した斜視図である。図4を参照すれば、仕上げ材15は電極組立体10の外面全体を取り囲むように付着され、このような仕上げ材15は巻き取られた電極組立体10の仕上げ部が解けないように固定するための外装テープの代わりに使用することができる。前述のように、仕上げ材15としてはOPSフィルムを利用することができ、OPSフィルムは電解液によって表面が化学的変形を起こして粘着性を持つように変質されて電極組立体10とパウチを密着させることができる。
【0032】
すなわち、電極組立体10を取り囲むように付着された仕上げ材15は、パウチ内部に電解液が含沈されると粘着性を帯びながらパウチ内面と電極組立体10の外面が密着されるようにする。これにより、より均一でかつ安定的に密着力が強化されることによって、電極組立体10の整列状態を安定的に維持することができる。
【0033】
本発明の実施例による二次電池は、一面の断面積が25cm以上の中大型電池に利用することができ、この場合電解液分布の不均一性が最小化されてセル外形の全般的な均一性をより高めることができる。
【0034】
前述の実施例では、電極組立体10は第1電極板10aと第2電極板10bがセパレーター10cを介在して巻き取られたように図示されたが、電極組立体10は第1電極板10a、第2電極板10b及びセパレーター10cが複数個ずつ具備されて積層された構造を有する積層型電極組立体であることも可能である。
【0035】
この時、仕上げ材はパウチまたは缶で形成されたケースと触れ合う電極組立体の一面のみに付着されるか、電極組立体の一面及び一面と対向される他面に付着することができる。また、仕上げ材は電極組立体の外面全体を取り囲むように付着することができる。
【0036】
これにより、ケースと電極組立体の密着力が向上してケース内部で電極組立体の流動及び電極タップの曲がりが防止されることにより、ケースがパウチの合にはその強度が向上されるだけでなく、中大型パウチ電池で電解液分布の不均一性が最小化されてセル外形の全般的な均一性を高めることができる。また、電極組立体の整列状態が安定的に維持されてショート欠陷が防止されうることによりセルの長期使用による信頼性を向上させることができる。
【0037】
以上のように、本発明の最も好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上記記載に限定されるものではなく、特許請求の範囲、又は明細書に開示された発明の要旨に基づき、当業者が様々な変形や変更が可能であり、斯かる変形や変更が、本発明の範囲に含まれることは言うまでもない。
【符号の説明】
【0038】
10 電極組立体、
11a、11b ラミネーションテープ、
12a 第1電極タップ、
12b 第2電極タップ、
13 絶縁テープ、
14 仕上げ部、
20 ケース、
22 収容部、
24 カバー部

【特許請求の範囲】
【請求項1】
第1電極板と第2電極板及びその間に介在されたセパレーターを含む電極組立体と、
前記電極組立体と電解液を収容するケースと、
前記電極組立体の外面に付着された仕上げ材と、を含み、
前記仕上げ材は少なくとも前記ケースと対応する面に粘着力を持つことを特徴とする二次電池。
【請求項2】
前記仕上げ材は、延伸ポリスチレン(OPS)フィルムで構成されることを特徴とする請求項1記載の二次電池。
【請求項3】
前記延伸ポリスチレンフィルムは、電解液での粘着強度が6kgfないし15kgfの範囲であることを特徴とする請求項2記載の二次電池。
【請求項4】
前記延伸ポリスチレンフィルムは、電解液に含沈されない場合、粘着力のないことを特徴とする請求項2記載の二次電池。
【請求項5】
前記仕上げ材は、前記電解液によって表面が化学的変形を起こして粘着性を持つように変質されることを特徴とする請求項1記載の二次電池。
【請求項6】
前記仕上げ材は、前記電極組立体の一面に付着されることを特徴とする請求項1記載の二次電池。
【請求項7】
前記仕上げ材は、前記電極組立体の一面及び一面と対向する他面に付着されることを特徴とする請求項1記載の二次電池。
【請求項8】
前記仕上げ材は、前記電極組立体の外面全体を取り囲むように付着されることを特徴とする請求項1記載の二次電池。
【請求項9】
前記電極組立体の仕上げ部には外装テープがさらに付着されることを特徴とする請求項1記載の二次電池。

【図1】
image rotate

【図2】
image rotate

【図3】
image rotate

【図4】
image rotate


【公開番号】特開2011−222469(P2011−222469A)
【公開日】平成23年11月4日(2011.11.4)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2010−140658(P2010−140658)
【出願日】平成22年6月21日(2010.6.21)
【出願人】(590002817)三星エスディアイ株式会社 (2,784)
【Fターム(参考)】