説明

二次電池

【課題】本発明は、二次電池に関する。
【解決手段】二次電池は、基材に活物質がコーティングされた活物質部及び第1無地部とから構成された第1極板と、前記第1極板に積層され、基材に活物質がコーティングされた活物質部及び第2無地部とから構成された第2極板と、前記第1極板及び前記第2極板に介在するセパレータとを含み、前記第1無地部は、前記第2極板に対応する部位にセラミック層が備えられる電極組立体を含む。セラミック層は第2極板の活物質部と向き合って備えられる。

【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、安全性が向上した二次電池に関する。
【背景技術】
【0002】
最近、携帯用電子機器の電源として二次電池が多様に用いられている。
【0003】
また、携帯用電子機器が多様な分野で用いられるにつれ、高容量の二次電池に対する需要が急増している。これにより、二次電池の安全性を向上させるために多様な研究が行われている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
上述した問題を解決するためになされた本発明の目的は、正極板及び負極板のショートまたは短絡を防止することができる二次電池を提供することである。
【0005】
また、本発明の他の目的は、高温でも安定的に使用することができる二次電池を提供することである。
【0006】
さらに、本発明のさらに他の目的は、正極板及び負極板の位置合わせが容易な二次電池を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明の一態様によれば、第1極板、第2極板、及び前記第1極板と前記第2極板との間に備えられたセパレータを備える電極組立体と、前記電極組立体を収納する電池ケースとを含み、前記第1極板が活物質部と、前記活物質部から延びた無地部とを含み、前記第2極板が活物質部と、前記活物質部から延びた無地部とを含み、前記第1極板の前記無地部上には、セラミック層が備えられる二次電池を提供する。
【0008】
本発明において、前記セラミック層は、前記第2極板の前記活物質部と向き合って備えられる。
【0009】
また、本発明において、前記セラミック層は、前記第1極板の前記活物質部に隣接して備えられる。
【0010】
さらに、本発明において、前記セラミック層は、前記第1極板の前記活物質部と前記無地部との間の界面に隣接して備えられる。
【0011】
本発明において、前記セラミック層は、Al、BaTiO、TiO及びSiOのうちのいずれか1つ以上である。
【0012】
また、本発明において、前記セラミック層は、Al、BaTiO、TiO及びSiOのうちの2つの物質を7:3から1:1の割合で混合して形成され、前記7:3の割合で混合して形成する時、前記Al又はTiOのいずれか一方と、BaTiO又はSiOのいずれか一方とがそれぞれ7:3の割合で混合される。
【0013】
さらに、本発明は、前記第1極板と前記第2極板とは、それぞれ正極板と負極板とであり、前記第1極板の前記活物質部は、第1基材上に正極活物質が塗布され、前記第2極板の前記活物質部は、第2基材上に負極活物質が塗布される。
【0014】
本発明において、前記電極組立体の前記第1極板、前記第2極板、及び前記セパレータは巻き取られる。
【0015】
また、本発明において、前記第1極板は、第1基材上の第1表面及び反対側の第2表面の少なくとも1つ以上に第1活物質を塗布して形成され、前記第1極板の前記活物質部は、前記第1基材に前記第1活物質が塗布された領域からなり、前記第1極板の前記無地部は、前記第1基材に前記第1活物質が塗布されない領域からなり、前記セラミック層は、前記無地部上で前記第1基材の前記第1表面及び前記第2表面の少なくともいずれか1つに形成される。
【0016】
さらに、本発明において、前記第1極板は、前記第1基材の前記第1表面及び前記第2表面上に前記第1活物質を塗布して形成され、前記第1表面上の前記第1活物質と前記第2表面上の前記第1活物質との厚さは等しく形成され、前記第1表面上または前記第2表面上の前記セラミック層の厚さは、30μmないし前記第1極板の厚さと前記第1基材の厚さとの差の0.5倍以下である。
【0017】
本発明において、前記第1表面上または前記第2表面上の前記セラミック層の厚さは、30μmないし前記第1基材上の前記第1表面上または前記第2表面上の前記第1活物質の厚さ以下である。
【0018】
本発明において、前記第1極板と前記第2極板とは、前記第1極板と前記第2極板との間に備えられた前記セパレータと共に交互に積層される。
【0019】
本発明において、前記セラミック層は、前記第1極板上の前記無地部の第1表面又は反対側の第2表面の少なくともいずれか1つに備えられる。
【0020】
また、本発明において、前記第1極板、前記第2極板、及び前記第1極板と前記第2極板との間に備えられた前記セパレータは複数個形成されて交互に積層され、複数の前記第1極板及び前記第2極板上にはそれぞれ複数の前記無地部が備えられ、前記第1極板上の複数の前記無地部上には複数の前記セラミック層が形成される。
【0021】
また、本発明において、前記第1極板の前記無地部は第1電極タブと第1溶接部上で溶接され、前記第2極板の前記無地部は第2電極タブと第2溶接部上で溶接され、前記セラミック層は前記第1極板の前記無地部の第1端部に形成され、前記溶接部は前記第1極板の前記無地部の前記第1端部と反対側の第2端部上に形成される。
【0022】
さらに、本発明において、第1極板、第2極板、及び前記第1極板と前記第2極板との間に備えられたセパレータを備える電極組立体を含み、前記第1極板は、活物質部と、前記活物質部から延びた無地部とを含み、前記第2極板は、活物質部と、前記活物質部から延びた無地部とを含み、前記第1極板上には、セラミック層が備えられ、前記セラミック層が備えられた領域は前記第1極板と前記第2極板との間で絶縁がなされ、前記第1極板と前記第2極板との間で短絡を防止する。
【0023】
また、本発明において、前記セラミック層が、前記セパレータが熱によって収縮する時、短絡を防止するように位置する。
【発明の効果】
【0024】
以上のような本発明によれば、正極板及び負極板の間の短絡を防止し、安全性が向上した二次電池を提供することができる。
【0025】
また、本発明によれば、高温でも発火などの問題が発生することなく、安定的に使用することが可能な二次電池を提供することができる。
【0026】
さらに、本発明によれば、正極板及び負極板の位置合わせが容易で、生産性が向上した二次電池を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0027】
【図1】本発明の好ましい実施形態にかかる二次電池の分解斜視図である。
【図2】図1の電極組立体を構成する第1及び第2極板と、これら極板の間に介在するセパレータを示す図である。
【図3】本実施形態にかかる正極板の側面図である。
【図4】本発明の他の実施形態にかかる二次電池の分解斜視図である。
【図5】図4の電極組立体を構成する第1及び第2極板と、これら極板の間に介在するセパレータを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0028】
その他実施形態の具体的な事項は、詳細な説明及び図面に含まれている。
【0029】
本発明の利点及び特徴、そして、それらを達成する方法は、添付した図面と共に詳細に後述する実施形態を参照すれば明確になるはずである。しかし、本発明は、以下に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で実現可能であり、以下の説明において、ある部分が他の部分に連結されているとする時、これは、直接的に連結されている場合のみならず、その中間に別の素子を挟んで電気的に連結されている場合をも含む。また、図面において、本発明と関係のない部分は、本発明の説明を明確にするために省略し、明細書全体にわたって類似の部分については同一の図面符号を付した。
【0030】
以下、添付した図面を参照して、本発明について説明する。
【0031】
図1ないし図3は、本発明の一態様にかかる好ましい実施形態である。
【0032】
図1は、本発明の好ましい実施形態にかかる二次電池の分解斜視図を示す図である。図2は、図1の電極組立体を構成する第1及び第2極板と、これら極板の間に介在するセパレータを示す図である。
【0033】
本発明の好ましい実施形態にかかる二次電池10は、基材に活物質が塗布された活物質部112と、第1無地部111とから構成された第1極板110と、第1極板110に積層され、基材に活物質が塗布された活物質部122と、第2無地部121とから構成された第2極板120と、前記第1及び第2極板110、120に介在するセパレータ130とを含み、第1無地部111は、第2極板120に対応する部位にセラミック層50が備えられる電極組立体を含む。
【0034】
また、第1及び第2無地部111、121は、第1及び第2極板110、120で活物質が塗布されない部分であり、活物質部112、122から延設可能である。
【0035】
図1を参照すれば、本実施形態にかかる二次電池10は、電池ケース20に、電解液(図示せず)と共に電極組立体100を収納して製作することができる。
【0036】
電池ケース20は、電極組立体100を収容する本体と、本体を覆うカバーとから構成される。本体の外縁部には、密封部21が備えられている。二次電池10は、電極組立体100と共に電解液を電池ケース20の本体に収容させた後、本体とカバーとを密着させた状態で密封部21を熱融着して製作できる。
【0037】
この時、電極組立体100の第1及び第2無地部111、121には、第1及び第2電極タブ30、40が具備できる。第1及び第2電極タブ30、40は、電池ケース20の密封部21を介して外部に突出する。また、第1及び第2電極タブ30、40は、リードフィルム32、42をさらに含むことができる。リードフィルム32、42は、第1及び第2電極タブ30、40と密封部21とが対面する部位に具備できる。リードフィルム32、42は、第1及び第2電極タブ30、40と密封部21との熱融着時に発生し得る短絡を予防することができ、同時に、これらの密着力を向上させて電解液の流出を防止する。
【0038】
電解液(図示せず)は、リチウムイオンの供給源として作用するリチウム塩と、電気化学的反応に関与するイオンが移動可能な媒質の役割を果たす非水性有機溶媒を含むことができる。
【0039】
図1を参照すれば、本実施形態にかかる電極組立体100は、第1及び第2極板110、120と、これら極板の間に介在したセパレータ130と、を巻き取って形成できる。
【0040】
図2は、図1に示す電極組立体100を巻き取る前を示す図であり、セパレータ130、第2極板120、セパレータ130、及び第1極板110が順次に積層されている。また、第1及び第2極板110、120の積層順序は変更可能である。このように積層された第1及び第2極板110、120とこれら極板の間に介在したセパレータ130とを巻き取り、本実施形態にかかる電極組立体100を製造することができる。
【0041】
第1極板110は、正極板であり得る。正極板は、基材に正極活物質を塗布して形成される正極活物質部112と、正極活物質を塗布しない無地部111とから構成できる。一般的に、基材は、高い導電性を有する物質で、化学的変化を誘発しないものであれば特に限定されない。正極活物質部112を構成する正極活物質は、リチウムを含む層状化合物を含むことができる。
【0042】
また、第2極板120は、負極板であり得る。負極板は、基材に負極活物質を塗布して形成される負極活物質部122と、負極活物質を塗布しない無地部121とから構成できる。基材は、導電性の金属であり得、負極活物質部122に備えられる負極活物質は、黒鉛などを含むことができる。以下、便宜上、第1極板110は正極板、第2極板120は負極板と称するが、これに限定されるものではない。
【0043】
セパレータ130は、正極板110及び負極板120の間に介在し、極板同士が直接接触して短絡(short circuits)することを防止する。一般的に、セパレータ130は、高いイオン透過度と機械的強度を有する絶縁性の薄膜である。
【0044】
二次電池10が高温にさらされる場合には、セパレータ130が収縮して正極板110及び負極板120の活物質部112、122が露出することがある。また、これら正極板110及び負極板130を複数個積層する場合、極板の位置合わせ(アライン、align)が合わない問題が生じ得る。この場合、互いに極性の異なる極板が互いに直接対面すると短絡が発生することがあるが、特に、負極板120に対応する正極板110の第1無地部111が脆弱であり得る。これを防止するために、正極板110の活物質部112に隣接する第1無地部111には、セラミック層50をさらに含むことができる。
【0045】
一般的に、第1無地部111で正極活物質部112に隣接する部分は、セパレータ130を挟んで負極活物質部122と対面するように具備できる。したがって、これら極板の間に介在したセパレータ130が収縮するかまたは脱落するなどの問題が発生すると、正極板110及び負極板120は互いに接触して短絡が発生することがある。したがって、第1無地部111には、負極活物質部122に対応する部位にセラミック層50が備えられることが好ましい。
【0046】
図3は、本実施形態にかかる正極板110の側面図である。
【0047】
図3を参照すれば、正極板110は、基材113の上面及び下面に正極活物質が塗布された正極活物質部112を含む。また、正極板110は、セラミック層50が備えられている第1無地部111を含むことができるが、この時、第1無地部111に備えられるセラミック層50は、第1無地部111の上面及び下面の両方に具備できる。
【0048】
また、セラミック層50は、正極板110の正極活物質部112と第1無地部111との境界面に沿って具備できる。また、第1無地部111には、第1電極タブ30(図1参照)が第1無地部111から外部に突出するように具備できる。
【0049】
第1無地部111に備えられるセラミック層50の厚さxは、基材110の上面及び下面に備えられる正極活物質部112の厚さが等しい場合、正極板110の総厚さにおいて基材113の厚さの差に対する0.5倍であり得る。より一般的には、セラミック層50の厚さxは、30μm以上ないし基材113の同一面上に備えられる正極活物質部112の厚さy以下であり得る。
【0050】
一般的に、セラミック層50の厚さxが30μm未満の場合には、正極板110及び負極板120の間の短絡を安定的に防止するのに十分な物性を有しにくく、また、厚さを均一に形成させることが容易でなく、工程費用が高くなる。また、セラミック層50の厚さxが正極活物質部112の厚さyを超えると、セパレータ130を介在して積層された正極板110及び負極板120を巻き取る場合、セラミック層50が備えられる箇所は厚さが相対的に増加するようになる。したがって、これら極板を巻き取る場合、極板間の位置合わせ問題を発生させることがある。また、極板の巻き取りが進むにつれ、セラミック層50の累積した厚さによって電池ケース20の密封を妨げることがあり、これにより、電解液の漏洩などの問題が発生し得る。したがって、セラミック層50の厚さxは、30μm以上ないし基材113の同一面上に備えられる正極活物質部112の厚さy以下であることが好ましい。
【0051】
本実施形態では、基材113の上面及び下面に備えられる正極活物質部112の厚さyを等しくしたが、厚さyは異なっていてもよく、これに限定されるものではない。正極活物質部112の厚さyが異なる場合には、セラミック層50の厚さxは、基材113の同一面上に備えられる正極活物質部112の厚さyに応じて決定可能である。
【0052】
例えば、セラミック層50は、Al、BaTiO、TiOまたはSiOのうちのいずれか1つ以上で形成できる。この時、セラミック層50は、前述したAl、BaTiO、TiOまたはSiOのうちの2つの物質を7:3または5:5で混合して形成できる。また、7:3の割合で混合して形成する時、前記Al又はTiOのいずれか一方と、BaTiO又はSiOのいずれか一方とがそれぞれ7:3の割合で混合されることができる。
【0053】
図4及び図5は、本発明の他の態様にかかる好ましい実施形態である。
【0054】
以下の実施形態では、後述する内容を除けば、図1ないし図3に記載された内容と類似しているため、これに関する詳細な説明は省略する。
【0055】
図4は、本発明の他の実施形態にかかる二次電池の分解斜視図である。図5は、図4の電極組立体を構成する第1及び第2極板と、これら極板の間に介在するセパレータを示す図である。
【0056】
本実施形態にかかる二次電池60は、基材に活物質が塗布された活物質部212及び第1無地部211とから構成された正極板210と、正極板210に積層され、基材に活物質が塗布された活物質部222及び第2無地部221とから構成された負極板220と、正極板210と負極板220との間に介在するセパレータ230と、を含み、第1無地部211は、負極板220に対応する部位にセラミック層51が備えられる電極組立体を含む。
【0057】
また、第1及び第2無地部211、221は、第1及び第2極板210、220で活物質が塗布されない部分であり、活物質部212、222から延設可能である。
【0058】
この時、電極組立体200の第1及び第2無地部211、221は、金型で打ち抜いて四角形の形態で、第1及び第2極板210、220の活物質部212、222から一側に延びるように形成できる。このように打ち抜かれた第1及び第2無地部211、221は、リードフィルム32、42が備えられている第1及び第2電極タブ30、40と溶接され、融着部31、41を形成することができる。例えば、第1及び第2無地部211、221は、第1及び第2極板210、220で第1及び第2タブ部として作用することができる。
【0059】
図4を参照すれば、本実施形態にかかる電極組立体200は、複数の正極板210及び負極板220を積層して形成されるもので、これら極板の間にセパレータ230を介在して形成できる。
【0060】
図5は、図4に示す電極組立体200を構成する一単位体であり、これら単位体を複数個積層することで、本実施形態にかかる電極組立体200を製作することができる。具体的には、一単位体は、1つの負極板220と、負極板220に積層された正極板210と、これら極板の間に介在したセパレータ230とからなる。これらの上にさらにセパレータ230を介在し、負極板220及び正極板210を積層することを繰り返すことで、本実施形態にかかる二次電池60を製作することができ、極板の積層順序は変更可能である。
【0061】
このように積層した構造では、第1無地部211は、負極板220に対応する部位で、短絡などに脆弱であり得る。したがって、これを防止するために、負極板220に対応する第1無地部211には、セラミック層51が具備できる。この時、第1無地部211で正極活物質コーティング部212に隣接する部分は、セパレータ230を挟んで負極活物質部222と対面するため、短絡に最も脆弱であり得る。したがって、第1無地部211に備えられるセラミック層51は、正極活物質部212に隣接するように備えられることが好ましい。
【0062】
セラミック層51は、負極板220との短絡を防止するために、負極板220とは異なる極性を有し、負極板220と対面する可能性が高い第1無地部211の全面を取り囲むように備えられることが好ましい。また、正極板210を積層して形成される複数の第1無地部211には、第1電極タブ30と溶接などによって結合される融着部31を含むことができる。融着部31は、レーザ溶接または抵抗溶接などによって形成できる。融着部31にセラミック層51が備えられると、第1無地部211と第1電極タブ30とを溶接する場合、セラミック層51が損傷することがある。あるいは、セラミック層51によって第1無地部211と第1電極タブ30との融着部を妨げることがある。したがって、セラミック層51は、第1無地部211の融着部31を除いた全面を取り囲むように備えられることが好ましい。
【0063】
本発明の属する技術分野における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ても他の具体的な形態で実施可能であることを理解することができる。そのため、以上で記述した実施形態は、すべての面で例示的なものであって、限定的ではないと理解しなければならない。本発明の範囲は、上記の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き出されるすべての変更または変形された形態が本発明の範囲に含まれると解釈されなければならない。
【符号の説明】
【0064】
10、60 二次電池
20 電池ケース
50、51 セラミック層
100、200 電極組立体
110、210 正極板
120、220 負極板

【特許請求の範囲】
【請求項1】
第1極板、第2極板、及び前記第1極板と前記第2極板との間に備えられたセパレータを備える電極組立体と、前記電極組立体を収納する電池ケースとを含み、
前記第1極板が活物質部と、前記活物質部から延びた無地部とを含み、
前記第2極板が活物質部と、前記活物質部から延びた無地部とを含み、
前記第1極板の前記無地部上には、セラミック層が備えられることを特徴とする二次電池。
【請求項2】
前記セラミック層が前記第2極板の前記活物質部と向き合って備えられることを特徴とする、請求項1に記載の二次電池。
【請求項3】
前記セラミック層が前記第1極板の前記活物質部に隣接して備えられることを特徴とする、請求項1に記載の二次電池。
【請求項4】
前記セラミック層が前記第1極板の前記活物質部と前記無地部との間の界面に隣接して備えられることを特徴とする、請求項1に記載の二次電池。
【請求項5】
前記セラミック層がAl、BaTiO、TiO及びSiOのうちのいずれか1つ以上であることを特徴とする、請求項1に記載の二次電池。
【請求項6】
前記セラミック層が、Al、BaTiO、TiO及びSiOのうちの2つの物質を7:3から1:1の割合で混合して形成され、前記7:3の割合で混合して形成する時、前記Al又はTiOのいずれか一方と、BaTiO又はSiOのいずれか一方とが7:3の割合で混合されることを特徴とする、請求項1に記載の二次電池。
【請求項7】
前記第1極板と前記第2極板とがそれぞれ正極板と負極板とであり、
前記第1極板の前記活物質部は、第1基材上に正極活物質が塗布され、
前記第2極板の前記活物質部は、第2基材上に負極活物質が塗布されることを特徴とする、請求項1に記載の二次電池。
【請求項8】
前記電極組立体の前記第1極板、前記第2極板、及び前記セパレータが巻き取られることを特徴とする、請求項1に記載の二次電池。
【請求項9】
前記第1極板が、第1基材上の第1表面及び反対側の第2表面の少なくとも1つ以上に第1活物質を塗布して形成され、
前記第1極板の前記活物質部が、前記第1基材に前記第1活物質が塗布された領域からなり、前記第1極板の前記無地部が、前記第1基材に前記第1活物質が塗布されない領域からなり、
前記セラミック層が、前記無地部上で前記第1基材の前記第1表面及び前記第2表面の少なくともいずれか1つ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。
【請求項10】
前記第1極板が前記第1基材の前記第1表面及び前記第2表面上に前記第1活物質を塗布して形成され、前記第1表面上の前記第1活物質と前記第2表面上の前記第1活物質との厚さが等しく形成され、
前記第1表面上または前記第2表面上の前記セラミック層の厚さが、30μmないし前記第1極板の厚さと前記第1基材の厚さとの差の0.5倍以下であることを特徴とする、請求項9に記載の二次電池。
【請求項11】
前記第1表面上または前記第2表面上の前記セラミック層の厚さが、30μmないし前記第1基材上の前記第1表面上または前記第2表面上の前記第1活物質の厚さ以下であることを特徴とする、請求項9に記載の二次電池。
【請求項12】
前記第1極板と前記第2極板とが、前記第1極板と前記第2極板との間に備えられた前記セパレータと共に交互に積層されることを特徴とする、請求項1に記載の二次電池。
【請求項13】
前記セラミック層が、前記第1極板上の前記無地部の第1表面又は反対側の第2表面の少なくともいずれか1つに備えられることを特徴とする、請求項12に記載の二次電池。
【請求項14】
前記第1極板、前記第2極板、及び前記第1極板と前記第2極板との間に備えられた前記セパレータが複数個形成されて交互に積層され、複数の前記第1極板及び前記第2極板上にはそれぞれ複数の前記無地部が備えられ、前記第1極板上の複数の前記無地部上には複数の前記セラミック層が形成されることを特徴とする、請求項12に記載の二次電池。
【請求項15】
前記第1極板の前記無地部が第1電極タブと第1溶接部上で溶接され、前記第2極板の前記無地部が第2電極タブと第2溶接部上で溶接され、
前記セラミック層が前記第1極板の前記無地部の第1端部に形成され、前記溶接部が前記第1極板の前記無地部の前記第1端部と反対側の第2端部上に形成されることを特徴とする、請求項14に記載の二次電池。
【請求項16】
第1極板、第2極板、及び前記第1極板と前記第2極板との間に備えられたセパレータを備える電極組立体を含み、
前記第1極板は、活物質部と、前記活物質部から延びた無地部とを含み、
前記第2極板は、活物質部と、前記活物質部から延びた無地部とを含み、
前記第1極板上には、セラミック層が備えられ、前記セラミック層が備えられた領域は前記第1極板と前記第2極板との間で絶縁がなされ、前記第1極板と前記第2極板との間で短絡を防止することを特徴とする二次電池。
【請求項17】
前記セラミック層が、前記セパレータが熱によって収縮する時、短絡を防止するように位置することを特徴とする、請求項16に記載の二次電池。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【公開番号】特開2013−20968(P2013−20968A)
【公開日】平成25年1月31日(2013.1.31)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2012−143875(P2012−143875)
【出願日】平成24年6月27日(2012.6.27)
【出願人】(590002817)三星エスディアイ株式会社 (2,784)
【Fターム(参考)】