電極組立体及びこれを用いたリチウムイオン二次電池
【課題】電極組立体の内周部と外周部で，正極板と負極板の各無地部と活物質層の形成位置を最適化し電極組立体の幅方向の厚さが均一に巻き取り，外周部でのショートの発生を防止する二次電池の提供。
【解決手段】 正極集電体１３２と正極活物質層１３４とを備え両側に正極無地部１３３が形成された正極板１３０と負極集電体１４２と負極活物質層１４４を備え両側に負極無地部を形成した負極板及び正極板１３０と負極板１４０とを絶縁するセパレータ１５０を共に巻取り形成し，正極無地部１３３と負極無地部１４３とに各々固定する正極タップ１３６と負極タップ１４６とを含む電極組立体で，電極組立体の内周部から外周部に正極板１３０と負極板１４０とを巻取る際，電極組立体の幅方向を基準として電極組立体の内周部に位置する正極板１３０の正極無地部１３３領域内に電極組立体の外周部に位置する負極板１４０の活物質層１４４の終端部が位置するように巻取る。
【解決手段】 正極集電体１３２と正極活物質層１３４とを備え両側に正極無地部１３３が形成された正極板１３０と負極集電体１４２と負極活物質層１４４を備え両側に負極無地部を形成した負極板及び正極板１３０と負極板１４０とを絶縁するセパレータ１５０を共に巻取り形成し，正極無地部１３３と負極無地部１４３とに各々固定する正極タップ１３６と負極タップ１４６とを含む電極組立体で，電極組立体の内周部から外周部に正極板１３０と負極板１４０とを巻取る際，電極組立体の幅方向を基準として電極組立体の内周部に位置する正極板１３０の正極無地部１３３領域内に電極組立体の外周部に位置する負極板１４０の活物質層１４４の終端部が位置するように巻取る。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，電極組立体及びこれを用いたリチウムイオン二次電池に関し，より詳細には，電極組立体の内周部と外周部で正極板と負極板の無地部と活物質層の形成位置を最適化して電極組立体の幅方向の厚さが均一に巻取られ，外周部でのショート発生を防止できる電極組立体及びこれを用いたリチウムイオン二次電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
通常，二次電池（ｓｅｃｏｎｄａｒｙ ｂａｔｔｅｒｙ）は，充電が不可能な一次電池とは異なり，充電及び放電が可能な電池を言うものであって，携帯電話，ノートブックコンピュータ，キャムコーダ等の尖端電子機器分野で広く使われている。
【０００３】
特に，リチウム二次電池市場は，作動電圧が３．７Ｖであって，携帯用電子装備電源として大いに使われているニッケル−カドミウム電池や，ニッケル−水素電池より３倍も高く，単位重量当たりエネルギー密度が高いという点で急速に伸びている趨勢である。
【０００４】
このようなリチウムイオン二次電池は，一般的に，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とに分類され，液体電解質を使用する電池をリチウムイオン電池といい，高分子電解質を使用する電池をリチウムポリマー電池という。また，リチウム二次電池は色々な形状で製造されているが，代表的な形状としては円筒形，缶形及びパウチ形を挙げることができる。
【０００５】
缶形リチウムイオン二次電池は，図１及び図２に示すように，缶１０と，缶の内部に受容する電極組立体２０と，上記缶１０の上段開口部を封入するキャップ組立体７０とを含んで形成する。
【０００６】
上記缶１０は略直六面体の形状を有する金属材で形成することができ，それ自体が端子の役割を遂行することが可能である。上記缶１０はその一面が開口された上段開口部１０ａを含み，上段開口部１０ａを通じて電極組立体２０を受容する。
【０００７】
上記電極組立体２０は，図２のように，正極板３０，負極板４０及びセパレータ５０を含む。上記正極板３０と負極板４０とはセパレータ５０が間に介されて積層された後，ジェリー−ロール（ｊｅｌｌｙ−ｒｏｌｌ）形態で巻き取られる。
【０００８】
上記正極板３０は薄板のアルミニウム箔からなる正極集電体３２と上記正極集電体３２の両面にコーティングするリチウム系酸化物を主成分とする正極活物質層３４とを含んでいる。正極集電体３２上には正極活物質層３４がコーティングされていない領域の正極無地部（ｐｏｓｉｔｅｖｅ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ ｕｎｃｏａｔｅｄ ａｒｅａ）３２ａが正極板３０の両端部に各々形成する。上記正極無地部３２ａには正極タップ３６が超音波熔接されて固定され，上記正極タップ３６の端部は上記正極集電体３２の上段部上に突出するように固定する。正極タップ３６は，通常，ニッケルまたはニッケル合金で形成され，他の金属素材も使われることができる。
【０００９】
上記負極板４０は薄板の銅箔からなる負極集電体４２と上記負極集電体４２の両面にコーティングされた炭素材を主成分とする負極活物質層４４とを含んでいる。上記負極集電体４２にも負極活物質層４４がコーティングされていない領域である負極無地部（ｎｅｇａｔｉｖｅ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ ｕｎｃｏａｔｅｄ ａｒｅａ）４２ａが負極板４０の両端部に所定領域で形成する。上記負極無地部４２ａには負極タップ４６が超音波熔接されて固定され，上記負極タップ４６の端部も上記負極集電体４２の上段部上に突出するように固定する。負極タップ４６は，通常，ニッケルまたはニッケル合金で形成され，他の金属素材も使われることができる。
【００１０】
一方，上記セパレータ５０は各電極板３０，４０間の絶縁のために，上記正極板３０と負極板４０との間に配置されている。上記セパレータ５０はポリエチレン若しくはポリプロピレン，ポリエチレンとポリプロピレンの複合フィルムからなっている。上記セパレータ５０は，上記正極板３０と負極板４０より幅を広く形成することが極板３０，４０間の短絡の防止に一層有利である。
【００１１】
上記キャップ組立体７０は，キャッププレート７１，絶縁プレート７２，ターミナルプレート２３及び負極端子７４を含んで構成する。キャップ組立体７０は別途の絶縁ケース７９と結合して缶１０の上段開口部１０ａに結合して缶を封入することになる。
【００１２】
しかし，上記電極組立体２０は，図２のように，幅方向を基準として，正極タップ３６と正極板３０及び負極板４０の活物質コーティング層３４，４４が互いに重なるように形成されているので，電極組立体２０の幅方向には厚さが不均一になる。即ち，図３のように，電極組立体２０の幅方向に厚さのバラツキがひどく表れている。特に，中心を基準として左側の所定位置では他の部分に比べて厚さの増加がひどく表れているが，これは上記正極タップ３６と正極板３０及び負極板４０の活物質コーティング層３４，４４が同時に存在するためである。このような場合には電極組立体を均一で，かつ，コンパックに巻き取ることが困難になり，缶に挿入する電極組立体は最適の体積を有しなくなる。従って，二次電池のエネルギー密度の増加が難しくなる問題がある。
【００１３】
また，リチウムイオン二次電池のエネルギー密度が増加することにつれて，充放電時に発生する過充放電，または，電極のショート時に缶の内部から発熱現象が増加することになる。特に，缶の内部において負極板４２と正極板３２に各々正極タップ３６と負極タップ４６とが熔接する部位は異種金属が接合する部位であるので，内部抵抗（ｉｎｔｅｒｎａｌ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ；ＩＲ）が増加されて発熱が集中する。電極タップの周囲で発熱が集中すれば正極板と負極板を絶縁させるセパレータは溶融されて収縮する。特に，図２において，正極タップと接触されている部分では発熱がひどくなり，正極タップに位置したセパレータの末端で収縮がひどくなって負極板と正極板との間のセパレータがなくなる現象が発生する。従って，負極板と正極板との間で追加的なショートが生じるという問題がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明は，上記のような問題点の解決のためのものであって，電極組立体の内周部と外周部において，正極板及び負極板の無地部と活物質層の形成位置とを最適化して，電極組立体の幅方向の厚さが均一に巻き取られ，外周部でのショートの発生を防止できる電極組立体及びこれを用いたリチウムイオン二次電池を提供することをその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記のような課題を解決するための本発明の電極組立体は，正極集電体と正極活物質層とを備えて両側に正極無地部が形成された正極板と，負極集電体と負極活物質層とを備えて両側に負極無地部が形成された負極板及び正極板と負極板とを絶縁させるセパレータが共に巻取られて形成され，上記正極無地部と負極無地部に各々固定する正極タップと負極タップとを含む電極組立体において，上記電極組立体の内周部から外周部に上記正極板と負極板とが巻取られる際，上記電極組立体の幅方向を基準として上記電極組立体の内周部に位置する上記正極板の正極無地部領域内に上記電極組立体の外周部に位置する上記負極板の活物質層の終端部が位置するように巻取られることを特徴とする。
【００１６】
また，本発明において，上記電極組立体は，上記電極組立体の内周部に位置する上記正極板の正極無地部の終端部と上記電極組立体の外周部に位置する上記負極板の正極活物質層の終端部とが上記電極組立体の幅方向で同じ位置に形成してもよい。
【００１７】
また，本発明において，上記電極組立体は，上記電極組立体の幅方向を基準として上記電極組立体の外周部に位置する上記正極板の外面と内面とに形成された正極活物質層の終端部が上記電極組立体の内周部に位置する上記負極集電体の外面に形成する負極無地部の領域内に位置するように形成することができる。
【００１８】
また，本発明において，上記電極組立体は，上記電極組立体の幅方向を基準として上記電極組立体の内周部に位置する上記負極板の外面に形成する負極無地部の終端部と上記電極組立体の外周部に位置する上記正極板の外面に形成された正極活物質層の終端部とが同じ位置に位置するように形成することができる。
【００１９】
また，本発明において，上記電極組立体は，上記電極組立体の内周部に位置する上記負極集電体の外面に形成する負極無地部の終端部と上記電極組立体の外周部に位置する上記正極集電体の内面に形成された正極活物質層の終端部とが上記電極組立体の幅方向を基準として同じ位置に位置するように形成することができる。
【００２０】
また，本発明において，上記電極組立体は，上記電極組立体の内周部に位置する上記正極板の正極無地部の終端部は，上記電極組立体の内周部に位置する上記負極板の内面と外面の負極活物質コーティング層の領域内において上記負極板の内面と外面の負極無地部の終端部と上記電極組立体の幅方向に所定距離離隔して位置するように形成することができる。
【００２１】
また，本発明において，上記電極組立体は，上記正極板の正極無地部の終端部と上記負極板の内面と外面の負極無地部の終端部とは２ｍｍ〜４ｍｍ離隔して位置するように形成してもよい。
【００２２】
また，本発明において，上記電極組立体は，上記電極組立体の外周部に位置する上記負極板の負極活物質層の終端部は，上記電極組立体の外周部に位置する上記正極板の内面と外面の正極無地部の領域内において上記正極板の内面及び外面の正極活物質層の終端部と所定距離離隔して位置するように形成することができる。
【００２３】
また，本発明において，上記電極組立体は，上記負極板の負極活物質層の終端部と上記正極板の内面及び外面の正極活物質層の終端部とは２ｍｍ〜４ｍｍ離隔して位置するように形成してもよい。
【００２４】
また，本発明において，上記電極組立体は，上記正極タップは，上記電極組立体の外周部に位置する上記正極板の正極無地部に形成され，上記電極組立体の内周部に位置する上記正極板の正極無地部の終端部から上記正極板の正極活物質層方向に所定距離離隔して位置するように形成することができる。
【００２５】
また，本発明において，上記電極組立体は，上記正極タップは，上記正極無地部の内面または外面に形成することができる。
【００２６】
また，本発明において，上記電極組立体は，上記正極タップは，上記電極組立体の内周部に位置する上記正極板の正極無地部と上記電極組立体の幅方向を中心として反対側に形成してもよい。
【００２７】
また，本発明において，上記電極組立体は，上記電極組立体の外周部に位置する上記負極板の負極無地部は上記負極板の負極活物質層の終端部から所定幅で形成することができる。
【００２８】
また，本発明において，上記電極組立体は，上記負極無地部の終端部は，上記電極組立体の外周部が直線で形成する領域に位置するように形成することができる。
【００２９】
また，本発明において，上記電極組立体は，上記負極板の負極無地部は２ｍｍ〜４ｍｍで形成してもよい。
【００３０】
また，本発明のリチウムイオン二次電池は，負極板と正極板及び上記負極板と正極板とを絶縁させるセパレータが共に巻取られて形成する電極組立体と，上記電極組立体が受容する缶と，上記缶の上段開口部を封入するキャッププレートと上記キャッププレートに形成する端子通孔に絶縁されて挿入する電極端子とを備えるキャップ組立体を含むリチウムイオン二次電池において，上記電極組立体が上述した電極組立体のいずれかで形成することを特徴とする。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によると，二次電池に使われる電極組立体の内周部と外周部において，正極板と負極板の各無地部と活物質層の形成位置とを最適化することにより，電極組立体の幅方向の厚さが均一に，電極組立体を形成できる効果がある。
【００３２】
また，本発明によると，電極組立体の外周部に形成する負極板の負極無地部を最小限の長さで形成して正極タップ部位の発熱に係るセパレータの収縮時にも上記負極板と正極板とが短絡することを防止できるので，二次電池の安全性を向上させることができるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
以下に，添付した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発明特定事項については，同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００３４】
以下，添付の図面を参考しながら，本発明の好適な実施の形態についてより詳細に説明する。
【００３５】
図４は，本発明の第１の実施の形態に係る電極組立体の巻取り後の平面図を示す。図５は，本発明の第２の実施の形態に係る電極組立体の巻取り後の平面図を示す。図６は，図４の電極組立体において，電極組立体の幅方向への厚さの変化を測定したグラフを示す。
【００３６】
本発明に係るリチウムイオン二次電池は，図１と図４のように，缶１０と，缶１０の内部に受容する電極組立体１００と，上記缶１０の上段開口部を封入するキャップ組立体７０とを含んで形成する。従来の二次電池と同じ部分は図１の図面符号を使用して説明する。
【００３７】
上記缶１０は，図１のように，略直六面体の形状を有する金属材で形成することができ，それ自体が端子の役割を遂行することが可能である。上記缶１０はその一面が開口された上段開口部１０ａを含み，上段開口部１０ａを通じて電極組立体１００が受容する。
【００３８】
上記キャップ組立体７０は，キャッププレート７１，絶縁プレート７２，ターミナルプレート２３及び負極端子７４を含んで構成する。上記負極端子７４は，上記キャッププレート７１に形成する端子通孔に絶縁して固定する。上記キャップ組立体７０は別途の絶縁ケース７９と結合して缶１０の上段開口部１０ａに結合して缶１０を封入することになる。
【００３９】
上記電極組立体１００は，図４のように，正極板１３０と負極板１４０及びセパレータ１５０で構成され，正極板１３０と負極板１４０とを絶縁させるセパレータ１５０が介されて積層された後，ジェリー−ロール（ｊｅｌｌｙ−ｒｏｌｌ）形態で巻取られる。
【００４０】
以下の説明では，上記電極組立体の巻取り際，中心部分を内周部と表現し，電極組立体１００の外部側は外周部と表現する。従って，上記電極組立体の内周部は外周部に対応する概念である。
【００４１】
上記電極組立体１００の内周部には，上記負極板１４０の負極無地部に熔接され，上部に突出する負極タップ１４６が形成されており，外周部には上記正極板１３０の正極無地部に熔接されて上部に突出する正極タップ１３６が形成されている。上記負極タップ１４６と正極タップ１３６は，形成する位置が反対にすることができることは勿論である。
【００４２】
上記正極板１３０は，正極集電体１３２と正極活物質層１３４と正極タップ１３６とを含んで構成する。
【００４３】
上記正極集電体１３２は薄板のアルミニウム箔で形成され，１０〜３０μｍの厚さで形成する。上記正極集電体１３２の両面にはリチウム系酸化物を主成分とする正極活物質層１３４が形成する。また，正極集電体１３２の両端には正極活物質層１３４がコーティングされていない領域の正極無地部１３３ａ，１３３ｂ（以下，内周部に形成された無地部と外周部に形成された無地部とを区分する必要のない場合には，“１３３”と表示する）が所定領域で形成する。その際，電極組立体１００の外周部の所定領域では上記正極集電体１３２の一面のみに正極活物質層１３４が形成され，他面には正極無地部１３３ｂが形成する。上記正極活物質層１３４は上記正極集電体１３２の両面に各々厚さが６０〜１００μｍで形成する。
【００４４】
上記正極タップ１３６は，上記正極板１３０の一端に形成する正極無地部１３３にレーザー熔接または抵抗熔接によって固定する。上記正極タップ１３６はニッケル金属で形成され，上段部が正極集電体１３２の上段部上に突出するように固定する。上記正極タップ１３６は，８０〜１２０μｍの厚さで形成してもよい。
【００４５】
上記負極板１４０は，負極集電体１４２と負極活物質層１４４と負極タップ１４６と負極断熱板１４８とを含んで構成する。
【００４６】
上記負極集電体１４２は薄板の銅箔で形成され，１０〜３０μｍの厚さで形成してもよい。負極集電体１４２の両面には炭素材を主成分とする負極活物質層１４４が塗布する。また，負極集電体１４２の両端には負極活物質層１４４がコーティングされていない領域の負極無地部１４３ａ，１４３ｂ（以下，内周部に形成された無地部と外周部に形成された無地部とを区分する必要のない場合には“１４３”と表示する）が形成する。その際，電極組立体１００の内周部の所定領域では上記負極集電体１４２の一面には負極活物質層１４４が形成され，他面には負極無地部１４３ａが形成する。上記負極活物質層１４４は上記負極集電体１４２の両面に各々８０〜１００μｍの厚さで形成する。
【００４７】
上記負極タップ１４６は，ニッケル金属で形成され，上記負極板１４０の両端中から上記電極組立体１００の内周部に位置する負極無地部１４３にレーザー熔接，または，抵抗熔接により固定する。上記負極タップ１４６は，その上段部が負極集電体１４０の上段部上に突出するように固定する。上記負極タップ１４６は，８０〜１２０μｍの厚さで形成してもよい。
【００４８】
上記セパレータ１５０は，図４のように，上記電極組立体１００で上記正極板１３０と負極板１４０とを絶縁させるために，上記正極板１３０と負極板１４０との間に介されて巻取られる。
【００４９】
以下，上記電極組立体１００を構成する上記正極板１３０と負極板１４０の無地部１３３，１４３と活物質層１３４，１４４の形成位置についてより詳細に説明する。本実施の形態に対する説明では，上記電極組立体１００の内周部から外周部方向に巻取られることを基準として説明する。
【００５０】
また，上記電極組立体１００の幅方向に垂直に設定する任意の基準線ａ，ｂを基準として説明する。即ち，本発明では上記電極組立体１００の巻取り時に上記電極組立体１００の内周部と外周部に各々形成する無地部及び活物質層の形成位置に対する相互関係を説明の便宜のために，所定位置に設定する基準線を使用して説明する。
【００５１】
また，上記電極組立体１００の中心を基準として上記正極板１３０と負極板１４０の両面中において，各々上記電極組立体１００の中心方向を対向する面は内面と表現して，上記内面の反対面は外面と表現する。
【００５２】
まず，上記電極組立体１００の内周部に位置する上記正極板１３０の正極無地部１３３ａと上記電極組立体の外周部に位置する上記負極板１４０の負極活物質層１４４の終端部の形成位置について説明する。
【００５３】
電極組立体１００の内周部に位置する上記正極板１３０は，上記負極板１４０ 間の所定位置から始まり，上記正極集電体１３２の両面に所定幅で正極無地部１３３ａが形成する。上記正極板１３０の正極無地部１３３ａは少なくともその幅が２ｍｍからなる。上記正極無地部１３３ａの無地部幅が２ｍｍより小さくなれば正極板１３０の正極活物質層１３４を形成する過程で正極集電体１３２から外れて活物質層が形成されて活物質が損失する問題が発生する。
【００５４】
上記電極組立体１００の外周部に位置する上記負極板１４０の負極活物質層１４４の終端部は，上記電極組立体１００の内周部から外周部に上記正極板１３０と負極板１４０とが巻取られる際，上記電極組立体１００の幅方向を基準として上記電極組立体１００の内周部に位置する上記正極板１３０の正極無地部１３３領域内に位置するように形成する。より詳細に説明すると，上記負極板１４０の負極活物質層１４４の終端部は，上記電極組立体１００の内周部に位置する上記正極板１３０の正極無地部１３３の終端部（基準線ａ）と上記正極板１３０の終端部との間に位置することになる。上記負極板１４０の負極活物質層１４４の終端部と上記正極板１３０の正極無地部の終端部は基準線ａに位置するように形成してもよい。このような位置に形成する場合に，上記電極組立体１００の厚さの変化を最小化しながら，上記正極活物質層１３４と負極活物質層１４４の面積を最大にすることができるという長所がある。
【００５５】
次に，上記電極組立体１００の内周部に位置する上記負極板１４０の負極無地部１４３ａの終端部と上記電極組立体の外周部に位置する上記正極板１３０の正極活物質層１３４の終端部の形成位置について説明する。
【００５６】
上記電極組立体１００の内周部に位置する上記負極板１４０は，上記電極組立体１００の内周部で所定位置から始まり，上記負極集電体１４２の両面で各々一定の間隔をおいて負極無地部１４３ａが形成する。上記負極無地部１４３ａには上記負極タップ１４６が設けられるので，上記負極無地部１４３ａは負極タップ１４３の形成に必要とする所定幅を有するように形成する。上記負極無地部１４３ａは上記負極板１４０の終端部から所定距離に亘って形成され，図４を参考すると，上記基準線ｂまでは上記負極集電体１４２の両面に全て負極無地部１４３ａが形成する。上記基準線ｂにおいて，上記負極集電体１４２の外面には上記負極無地部１４３ａの終端部が形成されながら負極活物質層１４４が形成され，内面には負極無地部１４３ａが維持する。上記負極板１４０は１回巻取られた後の上記基準線ｂから上記負極集電体１４２の内面にも上記負極無地部１４３ａが終了され，負極活物質層１４４が始まって，上記負極板１４０の両面で負極無地部１４３ａが完全に終了する。従って，上記負極板１４０の内面と外面で各負極無地部１４３ａの終端部は，上記電極集電体１００の幅方向を基準として同じ位置に形成され，上記基準線ｂに位置するように形成する。
【００５７】
上記電極組立体１００の外周部に位置する上記正極板１３０は，上記電極組立体の最外郭の直前に位置する上記正極集電体１４２の外面で，正極活物質層１３４の終端部は，上記電極組立体１００の幅方向に上記電極組立体１００の内周部に位置する上記負極板の外面に形成する負極無地部１３４ａの領域内に位置するように形成する。また，上記電極組立体１００の外周部に位置する上記正極板１３０は，上記電極組立体の最外郭に位置する上記正極集電体１４２の内面で，正極活物質層１３４の終端部は，上記電極組立体１００の幅方向に上記電極組立体１００の内周部に位置する上記負極板１４０の外面または内面に形成する負極無地部１３４ａの領域内に位置するように形成する。
【００５８】
従って，上記電極組立体１００の外周部に位置する上記正極板１３０の内面及び外面に形成する正極無地部１３３ｂの開始部，即ち，上記正極板１３０の正極活物質層１３４の終端部は，上記電極組立体１００の内周部に位置する上記負極板１４０の外面に形成する負極無地部１４３ａの領域内に位置するように形成する。上記電極組立体１００の外周部に位置する上記正極集電体１３２の外面に形成された正極活物質層１３４の終端部及び上記正極集電体１３２の内面に形成された正極活物質層１３４の終端部は，上記電極組立体１００の内周部に位置する上記負極板１４０の外面に形成する負極無地部１４３ａの終端部が形成する位置と上記電極組立体１００の幅方向を基準として同じ位置に位置するようにしてもよい。即ち，上記正極集電体１３２の外面に形成された正極活物質層１３４の終端部及び上記正極集電体１３２の内面に形成された正極活物質層１３４の終端部と上記電極組立体１００の内周部に位置する上記負極板１４０の外面に形成する負極無地部１４３ａの終端部は，上記基準線に位置するように形成する。このような位置に形成する場合に，上記電極組立体１００の厚さの変化を最小化しながら，上記正極活物質層１３４と負極活物質層１４４の面積を最大にすることができるという長所がある。
【００５９】
また，上記基準線ｂは上記基準線ａと所定距離離隔して設定する。従って，上記電極組立体１００の内周部に位置する上記正極板１３０の正極無地部１３３ａの終端部は，上記電極組立体１００の内周部に位置する上記負極集電体１４２の内面と外面に形成する負極無地部１４３の終端部と所定距離離隔して位置する。上記正極無地部１３３ａの終端部と上記負極無地部１４３ａの終端部は２〜４ｍｍに離隔して形成してもよい。上記正極無地部１３３ａの終端部と上記負極無地部１４３ａの終端部の距離が２ｍｍより小さくなれば，上記正極板１３０と負極板１４０の巻取り過程において，正極活物質層１３４が負極板１４０の負極無地部１４３ａと直接対向する場合が発生できる。また，上記正極無地部１３３ａの終端部と上記負極無地部１４３ａの終端部の距離が４ｍｍより大きくなれば，正極活物質層１３４が減少されて電池の容量を減少させることになる。
【００６０】
また，上記電極組立体１００の外周部に位置する上記負極板１４０の負極活物質層１４４の終端部は，上記電極組立体１００の外周部に位置する上記正極板１３０の内面と外面の正極無地部１３３ｂの領域内に位置し，上記正極板１３０の内面及び外面の正極活物質層１３４の終端部と所定距離離隔して位置するように形成する。上記負極板１４０の負極活物質層１４４の終端部と上記正極板１３０の正極活物質層１３４の終端部は２〜４ｍｍ離隔して位置するように形成してもよい。上記負極活物質層１４４の終端部と上記正極活物質層１３４の終端部の距離が２ｍｍより小さくなれば，上記正極板１３０と負極板１４０の巻取り過程で正極活物質層１３４が負極板１４０の負極無地部１４３ａと直接対向する場合が発生できる。また，上記負極活物質層１４４の終端部と上記正極活物質層１３４の終端部の距離が４ｍｍより大きくなれば，正極活物質層１３４が減少して電池の容量を減少させることになる。
【００６１】
上記正極板１３０の正極無地部１３３ｂは電極組立体１００をさらに半回転巻き取られて形成する。
【００６２】
上記正極タップ１３６は，上記電極組立体１００の外周部に位置する上記正極板１３０の正極無地部１３３ｂに形成され，上記電極組立体１００の内周部に位置する上記正極板１３０の正極無地部１３３ａの終端部から上記正極板１３０の正極活物質層１３４方向に所定距離離隔して位置するように形成する。その際，上記正極タップ１３６は上記正極無地部１３３ｂの内面または外面に形成することができる。また，上記正極タップ１３６は上記電極組立体１００の幅方向を中心として上記電極組立体１００の内周部に位置する上記正極板１３０の正極無地部１３３ａと反対側に形成してもよい。上記正極板１３０の正極無地部１３３ｂは電極組立体１００内部から生じる熱を外部に放出する役割を遂行するので所定距離以上で形成することが好ましい。
【００６３】
上記負極タップ１４６は，上記電極組立体１００の内周部に位置する上記負極板１４０の外面の負極無地部１４３ｂの領域内で上記負極無地部１４３ｂの内面または外面に形成する。
【００６４】
上記のように，電極集電体１００では，上記正極板１３０及び負極板１４０の無地部１３３，１４３が始まる位置と上記正極板１３０及び負極板１４０の活物質層１３４，１４４が終了する位置が一致するように形成して，上記電極組立体１００の厚さが均一に形成することができる。
【００６５】
図４に係る実施の形態では，上記基準線ａと基準線ｂは，上記電極組立体の中央に位置することを基準としたが，上記基準線ａと基準線ｂは中央で左側または右側に一定距離移動して設定できることは勿論である。その時にも，上記正極板１３０及び負極板１４０の無地部１３３，１４３及び上記正極板１３０及び負極板１４０の活物質層１３４，１４４が形成する位置に対する相互関係は図４での説明と同様である。
【００６６】
図５は，本発明に係る別の実施の形態を示す。本実施の形態に対する説明では図４に係る実施の形態と差がある点についてのみ説明する。
【００６７】
本発明の第２の実施の形態に係る電極組立体は，図５のように，電極組立体１００’の外周部に形成する負極板１４０’の負極無地部１４３ｂ’が短く形成する。上記負極板１４０’の負極無地部１４３ｂ’の幅は，上記負極板の負極活物質層が終了する位置から２〜４ｍｍで形成してもよい。上記負極無地部１４３ｂ’の無地部の幅が２ｍｍより小さくなれば，負極活物質層１４４’を形成する過程で上記負極活物質層１４４’が上記負極集電体１４２’から外れてコーティングする問題が発生できる。また，上記負極無地部１４３ｂ’の無地部の幅が４ｍｍより大きく形成されれば負極無地部１４３ｂ’の長さが必要以上に長くなることになるという問題がある。
【００６８】
上記セパレータ１５０’は，上記電極組立体１００’の外周部から上記正極板１３０’が終了する位置まで延びて形成する。
【００６９】
従って，上記実施の形態によると，上記電極組立体１００’で上記正極タップ１３６’による電極組立体１００’の厚さの増加を最小化できることになる。また，上記セパレータ１５０’が二次電池の内部の発熱により収縮されても上記負極板１４０’の負極無地部１４３ｂ’が露出する問題は発生しなくなる。
【００７０】
次に，本発明の実施の形態による作用について説明する。
【００７１】
図６のように，本発明に係る電極組立体１００では従来の電極組立体（図３参照）とは異なり，電極組立体１００の厚さが大いに増加する部分がなくなる。即ち，電極組立体１００の幅方向に厚さの変化が非常に少なく表れていることが分かる。
【００７２】
また，上記電極組立体１００を用いるリチウムイオン二次電池は，幅方向に厚さの変化が少なく形成することができ，外観，特に，厚さの管理が容易になる。
【００７３】
以上，説明したように，本発明は，前述の特定の好ましい実施の形態に限るのではなく，特許請求範囲で請求する本発明の要旨を外れない範囲で当該発明が属する技術分野で通常の知識を有する者であれば誰でも多様な変形の実施が可能なことは勿論で，そのような変更は特許請求範囲の記載の範囲内にあることになる。すなわち，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説明したが，本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば，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，そ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する。
【００７４】
また，本明細書では本発明の好適な実施の形態として本発明の電極組立体をゼリーロール形状で形成した後，一定に圧着した，缶型二次電池に対して説明したが，これは単に角形二次電池に限るのではなく，本実施の形態のような電極ゼリーロールが使われるパウチ形電池にも適用できることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】従来のリチウムイオン二次電池の説明図である。
【図２】従来の電極組立体の巻取り後の平面図である。
【図３】図２の電極組立体の幅方向への厚さの変化を測定したグラフである。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係る電極組立体の巻取り後の平面図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態に係る電極組立体の巻取り後の平面図である。
【図６】図４の電極組立体の幅方向への厚さの変化を測定したグラフである。
【符号の説明】
【００７６】
１３０ 正極板
１３２ 正極集電体
１３３，１３３ａ，１３３ｂ 正極無地部
１３４ 正極活物質層
１３６ 正極タップ
１４０ 負極板
１４２ 負極集電体
１４３，１４３ａ，１４３ｂ 陰極無地部
１４４ 負極活物質層
１４６ 負極タップ
１５０ セパレータ
【技術分野】
【０００１】
本発明は，電極組立体及びこれを用いたリチウムイオン二次電池に関し，より詳細には，電極組立体の内周部と外周部で正極板と負極板の無地部と活物質層の形成位置を最適化して電極組立体の幅方向の厚さが均一に巻取られ，外周部でのショート発生を防止できる電極組立体及びこれを用いたリチウムイオン二次電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
通常，二次電池（ｓｅｃｏｎｄａｒｙ ｂａｔｔｅｒｙ）は，充電が不可能な一次電池とは異なり，充電及び放電が可能な電池を言うものであって，携帯電話，ノートブックコンピュータ，キャムコーダ等の尖端電子機器分野で広く使われている。
【０００３】
特に，リチウム二次電池市場は，作動電圧が３．７Ｖであって，携帯用電子装備電源として大いに使われているニッケル−カドミウム電池や，ニッケル−水素電池より３倍も高く，単位重量当たりエネルギー密度が高いという点で急速に伸びている趨勢である。
【０００４】
このようなリチウムイオン二次電池は，一般的に，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とに分類され，液体電解質を使用する電池をリチウムイオン電池といい，高分子電解質を使用する電池をリチウムポリマー電池という。また，リチウム二次電池は色々な形状で製造されているが，代表的な形状としては円筒形，缶形及びパウチ形を挙げることができる。
【０００５】
缶形リチウムイオン二次電池は，図１及び図２に示すように，缶１０と，缶の内部に受容する電極組立体２０と，上記缶１０の上段開口部を封入するキャップ組立体７０とを含んで形成する。
【０００６】
上記缶１０は略直六面体の形状を有する金属材で形成することができ，それ自体が端子の役割を遂行することが可能である。上記缶１０はその一面が開口された上段開口部１０ａを含み，上段開口部１０ａを通じて電極組立体２０を受容する。
【０００７】
上記電極組立体２０は，図２のように，正極板３０，負極板４０及びセパレータ５０を含む。上記正極板３０と負極板４０とはセパレータ５０が間に介されて積層された後，ジェリー−ロール（ｊｅｌｌｙ−ｒｏｌｌ）形態で巻き取られる。
【０００８】
上記正極板３０は薄板のアルミニウム箔からなる正極集電体３２と上記正極集電体３２の両面にコーティングするリチウム系酸化物を主成分とする正極活物質層３４とを含んでいる。正極集電体３２上には正極活物質層３４がコーティングされていない領域の正極無地部（ｐｏｓｉｔｅｖｅ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ ｕｎｃｏａｔｅｄ ａｒｅａ）３２ａが正極板３０の両端部に各々形成する。上記正極無地部３２ａには正極タップ３６が超音波熔接されて固定され，上記正極タップ３６の端部は上記正極集電体３２の上段部上に突出するように固定する。正極タップ３６は，通常，ニッケルまたはニッケル合金で形成され，他の金属素材も使われることができる。
【０００９】
上記負極板４０は薄板の銅箔からなる負極集電体４２と上記負極集電体４２の両面にコーティングされた炭素材を主成分とする負極活物質層４４とを含んでいる。上記負極集電体４２にも負極活物質層４４がコーティングされていない領域である負極無地部（ｎｅｇａｔｉｖｅ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ ｕｎｃｏａｔｅｄ ａｒｅａ）４２ａが負極板４０の両端部に所定領域で形成する。上記負極無地部４２ａには負極タップ４６が超音波熔接されて固定され，上記負極タップ４６の端部も上記負極集電体４２の上段部上に突出するように固定する。負極タップ４６は，通常，ニッケルまたはニッケル合金で形成され，他の金属素材も使われることができる。
【００１０】
一方，上記セパレータ５０は各電極板３０，４０間の絶縁のために，上記正極板３０と負極板４０との間に配置されている。上記セパレータ５０はポリエチレン若しくはポリプロピレン，ポリエチレンとポリプロピレンの複合フィルムからなっている。上記セパレータ５０は，上記正極板３０と負極板４０より幅を広く形成することが極板３０，４０間の短絡の防止に一層有利である。
【００１１】
上記キャップ組立体７０は，キャッププレート７１，絶縁プレート７２，ターミナルプレート２３及び負極端子７４を含んで構成する。キャップ組立体７０は別途の絶縁ケース７９と結合して缶１０の上段開口部１０ａに結合して缶を封入することになる。
【００１２】
しかし，上記電極組立体２０は，図２のように，幅方向を基準として，正極タップ３６と正極板３０及び負極板４０の活物質コーティング層３４，４４が互いに重なるように形成されているので，電極組立体２０の幅方向には厚さが不均一になる。即ち，図３のように，電極組立体２０の幅方向に厚さのバラツキがひどく表れている。特に，中心を基準として左側の所定位置では他の部分に比べて厚さの増加がひどく表れているが，これは上記正極タップ３６と正極板３０及び負極板４０の活物質コーティング層３４，４４が同時に存在するためである。このような場合には電極組立体を均一で，かつ，コンパックに巻き取ることが困難になり，缶に挿入する電極組立体は最適の体積を有しなくなる。従って，二次電池のエネルギー密度の増加が難しくなる問題がある。
【００１３】
また，リチウムイオン二次電池のエネルギー密度が増加することにつれて，充放電時に発生する過充放電，または，電極のショート時に缶の内部から発熱現象が増加することになる。特に，缶の内部において負極板４２と正極板３２に各々正極タップ３６と負極タップ４６とが熔接する部位は異種金属が接合する部位であるので，内部抵抗（ｉｎｔｅｒｎａｌ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ；ＩＲ）が増加されて発熱が集中する。電極タップの周囲で発熱が集中すれば正極板と負極板を絶縁させるセパレータは溶融されて収縮する。特に，図２において，正極タップと接触されている部分では発熱がひどくなり，正極タップに位置したセパレータの末端で収縮がひどくなって負極板と正極板との間のセパレータがなくなる現象が発生する。従って，負極板と正極板との間で追加的なショートが生じるという問題がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明は，上記のような問題点の解決のためのものであって，電極組立体の内周部と外周部において，正極板及び負極板の無地部と活物質層の形成位置とを最適化して，電極組立体の幅方向の厚さが均一に巻き取られ，外周部でのショートの発生を防止できる電極組立体及びこれを用いたリチウムイオン二次電池を提供することをその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記のような課題を解決するための本発明の電極組立体は，正極集電体と正極活物質層とを備えて両側に正極無地部が形成された正極板と，負極集電体と負極活物質層とを備えて両側に負極無地部が形成された負極板及び正極板と負極板とを絶縁させるセパレータが共に巻取られて形成され，上記正極無地部と負極無地部に各々固定する正極タップと負極タップとを含む電極組立体において，上記電極組立体の内周部から外周部に上記正極板と負極板とが巻取られる際，上記電極組立体の幅方向を基準として上記電極組立体の内周部に位置する上記正極板の正極無地部領域内に上記電極組立体の外周部に位置する上記負極板の活物質層の終端部が位置するように巻取られることを特徴とする。
【００１６】
また，本発明において，上記電極組立体は，上記電極組立体の内周部に位置する上記正極板の正極無地部の終端部と上記電極組立体の外周部に位置する上記負極板の正極活物質層の終端部とが上記電極組立体の幅方向で同じ位置に形成してもよい。
【００１７】
また，本発明において，上記電極組立体は，上記電極組立体の幅方向を基準として上記電極組立体の外周部に位置する上記正極板の外面と内面とに形成された正極活物質層の終端部が上記電極組立体の内周部に位置する上記負極集電体の外面に形成する負極無地部の領域内に位置するように形成することができる。
【００１８】
また，本発明において，上記電極組立体は，上記電極組立体の幅方向を基準として上記電極組立体の内周部に位置する上記負極板の外面に形成する負極無地部の終端部と上記電極組立体の外周部に位置する上記正極板の外面に形成された正極活物質層の終端部とが同じ位置に位置するように形成することができる。
【００１９】
また，本発明において，上記電極組立体は，上記電極組立体の内周部に位置する上記負極集電体の外面に形成する負極無地部の終端部と上記電極組立体の外周部に位置する上記正極集電体の内面に形成された正極活物質層の終端部とが上記電極組立体の幅方向を基準として同じ位置に位置するように形成することができる。
【００２０】
また，本発明において，上記電極組立体は，上記電極組立体の内周部に位置する上記正極板の正極無地部の終端部は，上記電極組立体の内周部に位置する上記負極板の内面と外面の負極活物質コーティング層の領域内において上記負極板の内面と外面の負極無地部の終端部と上記電極組立体の幅方向に所定距離離隔して位置するように形成することができる。
【００２１】
また，本発明において，上記電極組立体は，上記正極板の正極無地部の終端部と上記負極板の内面と外面の負極無地部の終端部とは２ｍｍ〜４ｍｍ離隔して位置するように形成してもよい。
【００２２】
また，本発明において，上記電極組立体は，上記電極組立体の外周部に位置する上記負極板の負極活物質層の終端部は，上記電極組立体の外周部に位置する上記正極板の内面と外面の正極無地部の領域内において上記正極板の内面及び外面の正極活物質層の終端部と所定距離離隔して位置するように形成することができる。
【００２３】
また，本発明において，上記電極組立体は，上記負極板の負極活物質層の終端部と上記正極板の内面及び外面の正極活物質層の終端部とは２ｍｍ〜４ｍｍ離隔して位置するように形成してもよい。
【００２４】
また，本発明において，上記電極組立体は，上記正極タップは，上記電極組立体の外周部に位置する上記正極板の正極無地部に形成され，上記電極組立体の内周部に位置する上記正極板の正極無地部の終端部から上記正極板の正極活物質層方向に所定距離離隔して位置するように形成することができる。
【００２５】
また，本発明において，上記電極組立体は，上記正極タップは，上記正極無地部の内面または外面に形成することができる。
【００２６】
また，本発明において，上記電極組立体は，上記正極タップは，上記電極組立体の内周部に位置する上記正極板の正極無地部と上記電極組立体の幅方向を中心として反対側に形成してもよい。
【００２７】
また，本発明において，上記電極組立体は，上記電極組立体の外周部に位置する上記負極板の負極無地部は上記負極板の負極活物質層の終端部から所定幅で形成することができる。
【００２８】
また，本発明において，上記電極組立体は，上記負極無地部の終端部は，上記電極組立体の外周部が直線で形成する領域に位置するように形成することができる。
【００２９】
また，本発明において，上記電極組立体は，上記負極板の負極無地部は２ｍｍ〜４ｍｍで形成してもよい。
【００３０】
また，本発明のリチウムイオン二次電池は，負極板と正極板及び上記負極板と正極板とを絶縁させるセパレータが共に巻取られて形成する電極組立体と，上記電極組立体が受容する缶と，上記缶の上段開口部を封入するキャッププレートと上記キャッププレートに形成する端子通孔に絶縁されて挿入する電極端子とを備えるキャップ組立体を含むリチウムイオン二次電池において，上記電極組立体が上述した電極組立体のいずれかで形成することを特徴とする。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によると，二次電池に使われる電極組立体の内周部と外周部において，正極板と負極板の各無地部と活物質層の形成位置とを最適化することにより，電極組立体の幅方向の厚さが均一に，電極組立体を形成できる効果がある。
【００３２】
また，本発明によると，電極組立体の外周部に形成する負極板の負極無地部を最小限の長さで形成して正極タップ部位の発熱に係るセパレータの収縮時にも上記負極板と正極板とが短絡することを防止できるので，二次電池の安全性を向上させることができるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
以下に，添付した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発明特定事項については，同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００３４】
以下，添付の図面を参考しながら，本発明の好適な実施の形態についてより詳細に説明する。
【００３５】
図４は，本発明の第１の実施の形態に係る電極組立体の巻取り後の平面図を示す。図５は，本発明の第２の実施の形態に係る電極組立体の巻取り後の平面図を示す。図６は，図４の電極組立体において，電極組立体の幅方向への厚さの変化を測定したグラフを示す。
【００３６】
本発明に係るリチウムイオン二次電池は，図１と図４のように，缶１０と，缶１０の内部に受容する電極組立体１００と，上記缶１０の上段開口部を封入するキャップ組立体７０とを含んで形成する。従来の二次電池と同じ部分は図１の図面符号を使用して説明する。
【００３７】
上記缶１０は，図１のように，略直六面体の形状を有する金属材で形成することができ，それ自体が端子の役割を遂行することが可能である。上記缶１０はその一面が開口された上段開口部１０ａを含み，上段開口部１０ａを通じて電極組立体１００が受容する。
【００３８】
上記キャップ組立体７０は，キャッププレート７１，絶縁プレート７２，ターミナルプレート２３及び負極端子７４を含んで構成する。上記負極端子７４は，上記キャッププレート７１に形成する端子通孔に絶縁して固定する。上記キャップ組立体７０は別途の絶縁ケース７９と結合して缶１０の上段開口部１０ａに結合して缶１０を封入することになる。
【００３９】
上記電極組立体１００は，図４のように，正極板１３０と負極板１４０及びセパレータ１５０で構成され，正極板１３０と負極板１４０とを絶縁させるセパレータ１５０が介されて積層された後，ジェリー−ロール（ｊｅｌｌｙ−ｒｏｌｌ）形態で巻取られる。
【００４０】
以下の説明では，上記電極組立体の巻取り際，中心部分を内周部と表現し，電極組立体１００の外部側は外周部と表現する。従って，上記電極組立体の内周部は外周部に対応する概念である。
【００４１】
上記電極組立体１００の内周部には，上記負極板１４０の負極無地部に熔接され，上部に突出する負極タップ１４６が形成されており，外周部には上記正極板１３０の正極無地部に熔接されて上部に突出する正極タップ１３６が形成されている。上記負極タップ１４６と正極タップ１３６は，形成する位置が反対にすることができることは勿論である。
【００４２】
上記正極板１３０は，正極集電体１３２と正極活物質層１３４と正極タップ１３６とを含んで構成する。
【００４３】
上記正極集電体１３２は薄板のアルミニウム箔で形成され，１０〜３０μｍの厚さで形成する。上記正極集電体１３２の両面にはリチウム系酸化物を主成分とする正極活物質層１３４が形成する。また，正極集電体１３２の両端には正極活物質層１３４がコーティングされていない領域の正極無地部１３３ａ，１３３ｂ（以下，内周部に形成された無地部と外周部に形成された無地部とを区分する必要のない場合には，“１３３”と表示する）が所定領域で形成する。その際，電極組立体１００の外周部の所定領域では上記正極集電体１３２の一面のみに正極活物質層１３４が形成され，他面には正極無地部１３３ｂが形成する。上記正極活物質層１３４は上記正極集電体１３２の両面に各々厚さが６０〜１００μｍで形成する。
【００４４】
上記正極タップ１３６は，上記正極板１３０の一端に形成する正極無地部１３３にレーザー熔接または抵抗熔接によって固定する。上記正極タップ１３６はニッケル金属で形成され，上段部が正極集電体１３２の上段部上に突出するように固定する。上記正極タップ１３６は，８０〜１２０μｍの厚さで形成してもよい。
【００４５】
上記負極板１４０は，負極集電体１４２と負極活物質層１４４と負極タップ１４６と負極断熱板１４８とを含んで構成する。
【００４６】
上記負極集電体１４２は薄板の銅箔で形成され，１０〜３０μｍの厚さで形成してもよい。負極集電体１４２の両面には炭素材を主成分とする負極活物質層１４４が塗布する。また，負極集電体１４２の両端には負極活物質層１４４がコーティングされていない領域の負極無地部１４３ａ，１４３ｂ（以下，内周部に形成された無地部と外周部に形成された無地部とを区分する必要のない場合には“１４３”と表示する）が形成する。その際，電極組立体１００の内周部の所定領域では上記負極集電体１４２の一面には負極活物質層１４４が形成され，他面には負極無地部１４３ａが形成する。上記負極活物質層１４４は上記負極集電体１４２の両面に各々８０〜１００μｍの厚さで形成する。
【００４７】
上記負極タップ１４６は，ニッケル金属で形成され，上記負極板１４０の両端中から上記電極組立体１００の内周部に位置する負極無地部１４３にレーザー熔接，または，抵抗熔接により固定する。上記負極タップ１４６は，その上段部が負極集電体１４０の上段部上に突出するように固定する。上記負極タップ１４６は，８０〜１２０μｍの厚さで形成してもよい。
【００４８】
上記セパレータ１５０は，図４のように，上記電極組立体１００で上記正極板１３０と負極板１４０とを絶縁させるために，上記正極板１３０と負極板１４０との間に介されて巻取られる。
【００４９】
以下，上記電極組立体１００を構成する上記正極板１３０と負極板１４０の無地部１３３，１４３と活物質層１３４，１４４の形成位置についてより詳細に説明する。本実施の形態に対する説明では，上記電極組立体１００の内周部から外周部方向に巻取られることを基準として説明する。
【００５０】
また，上記電極組立体１００の幅方向に垂直に設定する任意の基準線ａ，ｂを基準として説明する。即ち，本発明では上記電極組立体１００の巻取り時に上記電極組立体１００の内周部と外周部に各々形成する無地部及び活物質層の形成位置に対する相互関係を説明の便宜のために，所定位置に設定する基準線を使用して説明する。
【００５１】
また，上記電極組立体１００の中心を基準として上記正極板１３０と負極板１４０の両面中において，各々上記電極組立体１００の中心方向を対向する面は内面と表現して，上記内面の反対面は外面と表現する。
【００５２】
まず，上記電極組立体１００の内周部に位置する上記正極板１３０の正極無地部１３３ａと上記電極組立体の外周部に位置する上記負極板１４０の負極活物質層１４４の終端部の形成位置について説明する。
【００５３】
電極組立体１００の内周部に位置する上記正極板１３０は，上記負極板１４０ 間の所定位置から始まり，上記正極集電体１３２の両面に所定幅で正極無地部１３３ａが形成する。上記正極板１３０の正極無地部１３３ａは少なくともその幅が２ｍｍからなる。上記正極無地部１３３ａの無地部幅が２ｍｍより小さくなれば正極板１３０の正極活物質層１３４を形成する過程で正極集電体１３２から外れて活物質層が形成されて活物質が損失する問題が発生する。
【００５４】
上記電極組立体１００の外周部に位置する上記負極板１４０の負極活物質層１４４の終端部は，上記電極組立体１００の内周部から外周部に上記正極板１３０と負極板１４０とが巻取られる際，上記電極組立体１００の幅方向を基準として上記電極組立体１００の内周部に位置する上記正極板１３０の正極無地部１３３領域内に位置するように形成する。より詳細に説明すると，上記負極板１４０の負極活物質層１４４の終端部は，上記電極組立体１００の内周部に位置する上記正極板１３０の正極無地部１３３の終端部（基準線ａ）と上記正極板１３０の終端部との間に位置することになる。上記負極板１４０の負極活物質層１４４の終端部と上記正極板１３０の正極無地部の終端部は基準線ａに位置するように形成してもよい。このような位置に形成する場合に，上記電極組立体１００の厚さの変化を最小化しながら，上記正極活物質層１３４と負極活物質層１４４の面積を最大にすることができるという長所がある。
【００５５】
次に，上記電極組立体１００の内周部に位置する上記負極板１４０の負極無地部１４３ａの終端部と上記電極組立体の外周部に位置する上記正極板１３０の正極活物質層１３４の終端部の形成位置について説明する。
【００５６】
上記電極組立体１００の内周部に位置する上記負極板１４０は，上記電極組立体１００の内周部で所定位置から始まり，上記負極集電体１４２の両面で各々一定の間隔をおいて負極無地部１４３ａが形成する。上記負極無地部１４３ａには上記負極タップ１４６が設けられるので，上記負極無地部１４３ａは負極タップ１４３の形成に必要とする所定幅を有するように形成する。上記負極無地部１４３ａは上記負極板１４０の終端部から所定距離に亘って形成され，図４を参考すると，上記基準線ｂまでは上記負極集電体１４２の両面に全て負極無地部１４３ａが形成する。上記基準線ｂにおいて，上記負極集電体１４２の外面には上記負極無地部１４３ａの終端部が形成されながら負極活物質層１４４が形成され，内面には負極無地部１４３ａが維持する。上記負極板１４０は１回巻取られた後の上記基準線ｂから上記負極集電体１４２の内面にも上記負極無地部１４３ａが終了され，負極活物質層１４４が始まって，上記負極板１４０の両面で負極無地部１４３ａが完全に終了する。従って，上記負極板１４０の内面と外面で各負極無地部１４３ａの終端部は，上記電極集電体１００の幅方向を基準として同じ位置に形成され，上記基準線ｂに位置するように形成する。
【００５７】
上記電極組立体１００の外周部に位置する上記正極板１３０は，上記電極組立体の最外郭の直前に位置する上記正極集電体１４２の外面で，正極活物質層１３４の終端部は，上記電極組立体１００の幅方向に上記電極組立体１００の内周部に位置する上記負極板の外面に形成する負極無地部１３４ａの領域内に位置するように形成する。また，上記電極組立体１００の外周部に位置する上記正極板１３０は，上記電極組立体の最外郭に位置する上記正極集電体１４２の内面で，正極活物質層１３４の終端部は，上記電極組立体１００の幅方向に上記電極組立体１００の内周部に位置する上記負極板１４０の外面または内面に形成する負極無地部１３４ａの領域内に位置するように形成する。
【００５８】
従って，上記電極組立体１００の外周部に位置する上記正極板１３０の内面及び外面に形成する正極無地部１３３ｂの開始部，即ち，上記正極板１３０の正極活物質層１３４の終端部は，上記電極組立体１００の内周部に位置する上記負極板１４０の外面に形成する負極無地部１４３ａの領域内に位置するように形成する。上記電極組立体１００の外周部に位置する上記正極集電体１３２の外面に形成された正極活物質層１３４の終端部及び上記正極集電体１３２の内面に形成された正極活物質層１３４の終端部は，上記電極組立体１００の内周部に位置する上記負極板１４０の外面に形成する負極無地部１４３ａの終端部が形成する位置と上記電極組立体１００の幅方向を基準として同じ位置に位置するようにしてもよい。即ち，上記正極集電体１３２の外面に形成された正極活物質層１３４の終端部及び上記正極集電体１３２の内面に形成された正極活物質層１３４の終端部と上記電極組立体１００の内周部に位置する上記負極板１４０の外面に形成する負極無地部１４３ａの終端部は，上記基準線に位置するように形成する。このような位置に形成する場合に，上記電極組立体１００の厚さの変化を最小化しながら，上記正極活物質層１３４と負極活物質層１４４の面積を最大にすることができるという長所がある。
【００５９】
また，上記基準線ｂは上記基準線ａと所定距離離隔して設定する。従って，上記電極組立体１００の内周部に位置する上記正極板１３０の正極無地部１３３ａの終端部は，上記電極組立体１００の内周部に位置する上記負極集電体１４２の内面と外面に形成する負極無地部１４３の終端部と所定距離離隔して位置する。上記正極無地部１３３ａの終端部と上記負極無地部１４３ａの終端部は２〜４ｍｍに離隔して形成してもよい。上記正極無地部１３３ａの終端部と上記負極無地部１４３ａの終端部の距離が２ｍｍより小さくなれば，上記正極板１３０と負極板１４０の巻取り過程において，正極活物質層１３４が負極板１４０の負極無地部１４３ａと直接対向する場合が発生できる。また，上記正極無地部１３３ａの終端部と上記負極無地部１４３ａの終端部の距離が４ｍｍより大きくなれば，正極活物質層１３４が減少されて電池の容量を減少させることになる。
【００６０】
また，上記電極組立体１００の外周部に位置する上記負極板１４０の負極活物質層１４４の終端部は，上記電極組立体１００の外周部に位置する上記正極板１３０の内面と外面の正極無地部１３３ｂの領域内に位置し，上記正極板１３０の内面及び外面の正極活物質層１３４の終端部と所定距離離隔して位置するように形成する。上記負極板１４０の負極活物質層１４４の終端部と上記正極板１３０の正極活物質層１３４の終端部は２〜４ｍｍ離隔して位置するように形成してもよい。上記負極活物質層１４４の終端部と上記正極活物質層１３４の終端部の距離が２ｍｍより小さくなれば，上記正極板１３０と負極板１４０の巻取り過程で正極活物質層１３４が負極板１４０の負極無地部１４３ａと直接対向する場合が発生できる。また，上記負極活物質層１４４の終端部と上記正極活物質層１３４の終端部の距離が４ｍｍより大きくなれば，正極活物質層１３４が減少して電池の容量を減少させることになる。
【００６１】
上記正極板１３０の正極無地部１３３ｂは電極組立体１００をさらに半回転巻き取られて形成する。
【００６２】
上記正極タップ１３６は，上記電極組立体１００の外周部に位置する上記正極板１３０の正極無地部１３３ｂに形成され，上記電極組立体１００の内周部に位置する上記正極板１３０の正極無地部１３３ａの終端部から上記正極板１３０の正極活物質層１３４方向に所定距離離隔して位置するように形成する。その際，上記正極タップ１３６は上記正極無地部１３３ｂの内面または外面に形成することができる。また，上記正極タップ１３６は上記電極組立体１００の幅方向を中心として上記電極組立体１００の内周部に位置する上記正極板１３０の正極無地部１３３ａと反対側に形成してもよい。上記正極板１３０の正極無地部１３３ｂは電極組立体１００内部から生じる熱を外部に放出する役割を遂行するので所定距離以上で形成することが好ましい。
【００６３】
上記負極タップ１４６は，上記電極組立体１００の内周部に位置する上記負極板１４０の外面の負極無地部１４３ｂの領域内で上記負極無地部１４３ｂの内面または外面に形成する。
【００６４】
上記のように，電極集電体１００では，上記正極板１３０及び負極板１４０の無地部１３３，１４３が始まる位置と上記正極板１３０及び負極板１４０の活物質層１３４，１４４が終了する位置が一致するように形成して，上記電極組立体１００の厚さが均一に形成することができる。
【００６５】
図４に係る実施の形態では，上記基準線ａと基準線ｂは，上記電極組立体の中央に位置することを基準としたが，上記基準線ａと基準線ｂは中央で左側または右側に一定距離移動して設定できることは勿論である。その時にも，上記正極板１３０及び負極板１４０の無地部１３３，１４３及び上記正極板１３０及び負極板１４０の活物質層１３４，１４４が形成する位置に対する相互関係は図４での説明と同様である。
【００６６】
図５は，本発明に係る別の実施の形態を示す。本実施の形態に対する説明では図４に係る実施の形態と差がある点についてのみ説明する。
【００６７】
本発明の第２の実施の形態に係る電極組立体は，図５のように，電極組立体１００’の外周部に形成する負極板１４０’の負極無地部１４３ｂ’が短く形成する。上記負極板１４０’の負極無地部１４３ｂ’の幅は，上記負極板の負極活物質層が終了する位置から２〜４ｍｍで形成してもよい。上記負極無地部１４３ｂ’の無地部の幅が２ｍｍより小さくなれば，負極活物質層１４４’を形成する過程で上記負極活物質層１４４’が上記負極集電体１４２’から外れてコーティングする問題が発生できる。また，上記負極無地部１４３ｂ’の無地部の幅が４ｍｍより大きく形成されれば負極無地部１４３ｂ’の長さが必要以上に長くなることになるという問題がある。
【００６８】
上記セパレータ１５０’は，上記電極組立体１００’の外周部から上記正極板１３０’が終了する位置まで延びて形成する。
【００６９】
従って，上記実施の形態によると，上記電極組立体１００’で上記正極タップ１３６’による電極組立体１００’の厚さの増加を最小化できることになる。また，上記セパレータ１５０’が二次電池の内部の発熱により収縮されても上記負極板１４０’の負極無地部１４３ｂ’が露出する問題は発生しなくなる。
【００７０】
次に，本発明の実施の形態による作用について説明する。
【００７１】
図６のように，本発明に係る電極組立体１００では従来の電極組立体（図３参照）とは異なり，電極組立体１００の厚さが大いに増加する部分がなくなる。即ち，電極組立体１００の幅方向に厚さの変化が非常に少なく表れていることが分かる。
【００７２】
また，上記電極組立体１００を用いるリチウムイオン二次電池は，幅方向に厚さの変化が少なく形成することができ，外観，特に，厚さの管理が容易になる。
【００７３】
以上，説明したように，本発明は，前述の特定の好ましい実施の形態に限るのではなく，特許請求範囲で請求する本発明の要旨を外れない範囲で当該発明が属する技術分野で通常の知識を有する者であれば誰でも多様な変形の実施が可能なことは勿論で，そのような変更は特許請求範囲の記載の範囲内にあることになる。すなわち，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説明したが，本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば，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，そ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する。
【００７４】
また，本明細書では本発明の好適な実施の形態として本発明の電極組立体をゼリーロール形状で形成した後，一定に圧着した，缶型二次電池に対して説明したが，これは単に角形二次電池に限るのではなく，本実施の形態のような電極ゼリーロールが使われるパウチ形電池にも適用できることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】従来のリチウムイオン二次電池の説明図である。
【図２】従来の電極組立体の巻取り後の平面図である。
【図３】図２の電極組立体の幅方向への厚さの変化を測定したグラフである。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係る電極組立体の巻取り後の平面図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態に係る電極組立体の巻取り後の平面図である。
【図６】図４の電極組立体の幅方向への厚さの変化を測定したグラフである。
【符号の説明】
【００７６】
１３０ 正極板
１３２ 正極集電体
１３３，１３３ａ，１３３ｂ 正極無地部
１３４ 正極活物質層
１３６ 正極タップ
１４０ 負極板
１４２ 負極集電体
１４３，１４３ａ，１４３ｂ 陰極無地部
１４４ 負極活物質層
１４６ 負極タップ
１５０ セパレータ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極集電体と正極活物質層とを備えて両側に正極無地部が形成された正極板と，負極集電体と負極活物質層とを備えて両側に負極無地部が形成された負極板及び正極板と負極板とを絶縁させるセパレータが共に巻取られて形成され，前記正極無地部と負極無地部とに各々固定する正極タップと負極タップとを含む電極組立体において，
前記電極組立体の内周部から外周部に前記正極板と負極板とが巻取られる際，前記電極組立体の幅方向を基準として前記電極組立体の内周部に位置する前記正極板の正極無地部領域内に前記電極組立体の外周部に位置する前記負極板の活物質層の終端部が位置するように巻取られることを特徴とする電極組立体。
【請求項２】
前記電極組立体の内周部に位置する前記正極板の正極無地部の終端部と前記電極組立体の外周部に位置する前記負極板の正極活物質層の終端部とが前記電極組立体の幅方向で同じ位置に形成することを特徴とする請求項１記載の電極組立体。
【請求項３】
前記電極組立体の幅方向を基準として前記電極組立体の外周部に位置する前記正極板の外面と内面とに形成された正極活物質層の終端部が，前記電極組立体の内周部に位置する前記負極集電体の外面に形成する負極無地部の領域内に位置するように形成することを特徴とする請求項１記載の電極組立体。
【請求項４】
前記電極組立体の幅方向を基準として前記電極組立体の内周部に位置する前記負極板の外面とに形成する負極無地部の終端部と前記電極組立体の外周部に位置する前記正極板の外面に形成された正極活物質層の終端部とが同じ位置に位置するように形成することを特徴とする請求項３記載の電極組立体。
【請求項５】
前記電極組立体の内周部に位置する前記負極集電体の外面に形成する負極無地部の終端部と前記電極組立体の外周部に位置する前記正極集電体の内面に形成された正極活物質層の終端部とが前記電極組立体の幅方向を基準として同じ位置に位置するように形成することを特徴とする請求項４記載の電極組立体。
【請求項６】
前記電極組立体の内周部に位置する前記正極板の正極無地部の終端部は，前記電極組立体の内周部に位置する前記負極板の内面と外面の負極活物質コーティング層の領域内において前記負極板の内面と外面の負極無地部の終端部と前記電極組立体の幅方向に所定距離離隔して位置するように形成することを特徴とする請求項１記載の電極組立体。
【請求項７】
前記正極板の正極無地部の終端部と前記負極板の内面と外面の負極無地部の終端部とは２ｍｍ〜４ｍｍ離隔して位置するように形成することを特徴とする請求項６記載の電極組立体。
【請求項８】
前記電極組立体の外周部に位置する前記負極板の負極活物質層の終端部は，前記電極組立体の外周部に位置する前記正極板の内面と外面の正極無地部の領域内において前記正極板の内面及び外面の正極活物質層の終端部と所定距離離隔して位置するように形成することを特徴とする請求項６記載の電極組立体。
【請求項９】
前記負極板の負極活物質層の終端部と前記正極板の内面及び外面の正極活物質層の終端部とは２ｍｍ〜４ｍｍ離隔して位置するように形成することを特徴とする請求項８記載の電極組立体。
【請求項１０】
前記正極タップは，前記電極組立体の外周部に位置する前記正極板の正極無地部に形成され，前記電極組立体の内周部に位置する前記正極板の正極無地部の終端部から前記正極板の正極活物質層方向に所定距離離隔して位置するように形成することを特徴とする請求項１記載の電極組立体。
【請求項１１】
前記正極タップは，前記正極無地部の内面または外面に形成することを特徴とする請求項１０記載の電極組立体。
【請求項１２】
前記正極タップは，前記電極組立体の内周部に位置する前記正極板の正極無地部と前記電極組立体の幅方向を中心として反対側に形成することを特徴とする請求項１１記載の電極組立体。
【請求項１３】
前記負極タップは，前記電極組立体の内周部に位置する前記負極板の外面の負極無地部の領域内において前記負極無地部の内面または外面に形成することを特徴とする請求項１０記載の電極組立体。
【請求項１４】
前記電極組立体の外周部に位置する前記負極板の負極無地部は前記負極板の 負極活物質層の終端部から所定幅で形成することを特徴とする請求項３記載の電極組立体。
【請求項１５】
前記負極無地部の終端部は，前記電極組立体の外周部が直線で形成する領域に位置するように形成することを特徴とする請求項１４記載の電極組立体。
【請求項１６】
前記負極板の負極無地部は２ｍｍ〜４ｍｍで形成することを特徴とする請求項１５記載の電極組立体。
【請求項１７】
負極板と正極板及び前記負極板と正極板とを絶縁させるセパレータが共に巻取られて形成する電極組立体と，前記電極組立体が受容する缶と，前記缶の上段開口部を封入するキャッププレートと，前記キャッププレートに形成する端子通孔に絶縁されて挿入する電極端子とを備えるキャップ組立体を含むリチウムイオン二次電池において，
前記電極組立体は，請求項１〜１６のいずれかに記載の電極組立体で形成することを特徴とするリチウムイオン二次電池。
【請求項１】
正極集電体と正極活物質層とを備えて両側に正極無地部が形成された正極板と，負極集電体と負極活物質層とを備えて両側に負極無地部が形成された負極板及び正極板と負極板とを絶縁させるセパレータが共に巻取られて形成され，前記正極無地部と負極無地部とに各々固定する正極タップと負極タップとを含む電極組立体において，
前記電極組立体の内周部から外周部に前記正極板と負極板とが巻取られる際，前記電極組立体の幅方向を基準として前記電極組立体の内周部に位置する前記正極板の正極無地部領域内に前記電極組立体の外周部に位置する前記負極板の活物質層の終端部が位置するように巻取られることを特徴とする電極組立体。
【請求項２】
前記電極組立体の内周部に位置する前記正極板の正極無地部の終端部と前記電極組立体の外周部に位置する前記負極板の正極活物質層の終端部とが前記電極組立体の幅方向で同じ位置に形成することを特徴とする請求項１記載の電極組立体。
【請求項３】
前記電極組立体の幅方向を基準として前記電極組立体の外周部に位置する前記正極板の外面と内面とに形成された正極活物質層の終端部が，前記電極組立体の内周部に位置する前記負極集電体の外面に形成する負極無地部の領域内に位置するように形成することを特徴とする請求項１記載の電極組立体。
【請求項４】
前記電極組立体の幅方向を基準として前記電極組立体の内周部に位置する前記負極板の外面とに形成する負極無地部の終端部と前記電極組立体の外周部に位置する前記正極板の外面に形成された正極活物質層の終端部とが同じ位置に位置するように形成することを特徴とする請求項３記載の電極組立体。
【請求項５】
前記電極組立体の内周部に位置する前記負極集電体の外面に形成する負極無地部の終端部と前記電極組立体の外周部に位置する前記正極集電体の内面に形成された正極活物質層の終端部とが前記電極組立体の幅方向を基準として同じ位置に位置するように形成することを特徴とする請求項４記載の電極組立体。
【請求項６】
前記電極組立体の内周部に位置する前記正極板の正極無地部の終端部は，前記電極組立体の内周部に位置する前記負極板の内面と外面の負極活物質コーティング層の領域内において前記負極板の内面と外面の負極無地部の終端部と前記電極組立体の幅方向に所定距離離隔して位置するように形成することを特徴とする請求項１記載の電極組立体。
【請求項７】
前記正極板の正極無地部の終端部と前記負極板の内面と外面の負極無地部の終端部とは２ｍｍ〜４ｍｍ離隔して位置するように形成することを特徴とする請求項６記載の電極組立体。
【請求項８】
前記電極組立体の外周部に位置する前記負極板の負極活物質層の終端部は，前記電極組立体の外周部に位置する前記正極板の内面と外面の正極無地部の領域内において前記正極板の内面及び外面の正極活物質層の終端部と所定距離離隔して位置するように形成することを特徴とする請求項６記載の電極組立体。
【請求項９】
前記負極板の負極活物質層の終端部と前記正極板の内面及び外面の正極活物質層の終端部とは２ｍｍ〜４ｍｍ離隔して位置するように形成することを特徴とする請求項８記載の電極組立体。
【請求項１０】
前記正極タップは，前記電極組立体の外周部に位置する前記正極板の正極無地部に形成され，前記電極組立体の内周部に位置する前記正極板の正極無地部の終端部から前記正極板の正極活物質層方向に所定距離離隔して位置するように形成することを特徴とする請求項１記載の電極組立体。
【請求項１１】
前記正極タップは，前記正極無地部の内面または外面に形成することを特徴とする請求項１０記載の電極組立体。
【請求項１２】
前記正極タップは，前記電極組立体の内周部に位置する前記正極板の正極無地部と前記電極組立体の幅方向を中心として反対側に形成することを特徴とする請求項１１記載の電極組立体。
【請求項１３】
前記負極タップは，前記電極組立体の内周部に位置する前記負極板の外面の負極無地部の領域内において前記負極無地部の内面または外面に形成することを特徴とする請求項１０記載の電極組立体。
【請求項１４】
前記電極組立体の外周部に位置する前記負極板の負極無地部は前記負極板の 負極活物質層の終端部から所定幅で形成することを特徴とする請求項３記載の電極組立体。
【請求項１５】
前記負極無地部の終端部は，前記電極組立体の外周部が直線で形成する領域に位置するように形成することを特徴とする請求項１４記載の電極組立体。
【請求項１６】
前記負極板の負極無地部は２ｍｍ〜４ｍｍで形成することを特徴とする請求項１５記載の電極組立体。
【請求項１７】
負極板と正極板及び前記負極板と正極板とを絶縁させるセパレータが共に巻取られて形成する電極組立体と，前記電極組立体が受容する缶と，前記缶の上段開口部を封入するキャッププレートと，前記キャッププレートに形成する端子通孔に絶縁されて挿入する電極端子とを備えるキャップ組立体を含むリチウムイオン二次電池において，
前記電極組立体は，請求項１〜１６のいずれかに記載の電極組立体で形成することを特徴とするリチウムイオン二次電池。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００６−１２８１３（Ｐ２００６−１２８１３Ａ）
【公開日】平成１８年１月１２日（２００６．１．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１７９６３３（Ｐ２００５−１７９６３３）
【出願日】平成１７年６月２０日（２００５．６．２０）
【出願人】（５９０００２８１７）三星エスディアイ株式会社 (2,784)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１月１２日（２００６．１．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年６月２０日（２００５．６．２０）
【出願人】（５９０００２８１７）三星エスディアイ株式会社 (2,784)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]