高出力リチウム単電池及び該高出力リチウム単電池を備えた高出力リチウム電池パック
【課題】高出力リチウム単電池及び該高出力リチウム単電池を備えた高出力リチウム電池パックの提供
【解決手段】開示されるのは、高出力リチウム単電池及び該高出力リチウム単電池を備えた高出力リチウム電池パックである。本発明は、リチウム電池の電極端子の幅を広げ、それにより電極端子の抵抗による発熱及び電位低下を低減させ、それ故発生した熱を効果的に除去する。
【解決手段】開示されるのは、高出力リチウム単電池及び該高出力リチウム単電池を備えた高出力リチウム電池パックである。本発明は、リチウム電池の電極端子の幅を広げ、それにより電極端子の抵抗による発熱及び電位低下を低減させ、それ故発生した熱を効果的に除去する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は概して、高出力リチウム単電池及び該高出力リチウム単電池を備えた高出力リチウム電池パックに、より詳細には、リチウム電池の電極端子の幅を広げることにより、電極端子の抵抗による発熱及び電位低下を低減させ、及び発生した熱を効果的に除去する高出力リチウム単電池及び該高出力リチウム単電池を備えた高出力リチウム電池パックに関する。
【背景技術】
【０００２】
二次電池（ｓｅｃｏｎｄａｒｙ ｂａｔｔｅｒｙ）は、再充電が不可能な一次電池とは異なり、再充電可能と呼ばれる。二次電池は、例えば携帯電話、ノートブック型コンピュータ、又はカムコーダーのような、ハイテク電子機器分野において広く用いられている。
【０００３】
特に、リチウム電池の作動電圧は３．６Ｖであり、及び電子機器の電源として広く用いられているニッケル−カドミウム電池又はニッケル−水素電池より３倍も高い。さらには、リチウム電池は、単位質量当たり高いエネルギー密度を有する。このような理由で、リチウム電池は急速に進歩している。
【０００４】
そのようなリチウム電池は、正極活物質としてリチウムベースの酸化物を、及び負極活物質として炭素材を使用している。一般に、リチウム電池は、液体電解質電池及び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をリチウムイオン電池といい、及び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。最近脚光を浴びているリチウムポリマー電池は、可撓性材料で作られているため、該電池の形状は種々変化し得る。さらには、リチウムポリマー電池は、安定性に優れ、及び軽量であるため、携帯用電子機器のスリム化及び軽量化に有利である。
【０００５】
一方、リチウム電池は、電極組立体を収容しているケースの形状に応じて種々に製造されている。リチウム電池は、円筒形、角形、ポーチ形等を有し得る。通常、円筒形リチウム電池は円筒形のアルミニウム容器を使用し、角形リチウム電池は角形のアルミニウム容器を使用し、及びポーチ形電池は薄板から作られたポーチ容器を使用する。
【０００６】
図１は、従来のリチウム単電池の斜視図であって、角形リチウム単電池の本体を概略的に示す。図２は、従来のリチウム単電池の過熱現象を示す写真であって、該リチウム電池がおよそ３０Ａの電流で放電した後のリチウム電池の写真である。
【０００７】
図１に示すように、従来のリチウム単電池の本体１１は、負極板１２、正極板１３、及びセパレータ１４を含んでいる。負極板１２は、負極活物質層によりコートされた負極集電体を含む。正極板１３は、正極活物質層によりコートされた正極集電体を含む。セパレータ１４は、負極板１２及び正極板１３の間に挿入されている。負極板１２、セパレータ１４及び正極板１３がその順序で配置された後、巻き取られ及び圧縮されることにより、従来のリチウム単電池が完成される。
【０００８】
この場合、負極板１２及び正極板１３は、負極端子１５及び正極端子１６にそれぞれ溶接されるので、負極端子１５及び正極端子１６は本体１１の外部にそれぞれ露出している。この場合、負極端子１５はニッケルから作られ、及び正極端子１６はアルミニウムから作られる。
【０００９】
この負極端子１５及び正極端子１６の双方は、本体１１から外部に露出した部分が損傷することを防止するための保護テープ１７により取り囲まれている。
【００１０】
その後、上述した本体１１は、角形のアルミニウム容器に挿入され、組み立てられることにより、リチウム単電池が得られる。
【００１１】
現在、リチウム単電池は、エネルギーの容量を高めてただ１回の充電操作により長期間使用されるように高いエネルギー容量を有する方向に開発されてきた。しかしながら、ハイブリッド車両は、電動車両よりもずっと小さく及びより軽く、及び高い瞬間出力を有するバッテリを必要とする。すなわち、ハイブリッド車両は、エネルギーが必要であれば、エンジンがエネルギーを提供し得るため、ハイブリッド車両は大容量のバッテリを必要としない。よって、ハイブリッド車両のバッテリは、蓄積されたエネルギーを数分又は数秒間で放出し、それにより車両に動力を供給し、及び短時間内に再充電されなければならない。
【００１２】
しかしながら、バッテリが高エネルギーを出力し、そしてその後再充電されるときには多量の熱が発生する。該熱が抑えられない場合には、バッテリの容量及び寿命が低減し、及びバッテリは破損又は損傷され得る。
【００１３】
従来のリチウム単電池よりも数倍速い速度で充電及び放電する、ハイブリッド車両用のバッテリのような高出力バッテリが使用されると、本体１１の外部に露出した負極端子１５と正極端子１６の間に多量の電流が流れる。
【００１４】
従って、図２に示すように、従来のリチウム電池１０は、狭い負極端子１５及び正極端子１６の抵抗により、負極端子１５と正極端子１６の周囲に熱発生が集中するため、電池はおよそ４５℃以上に過熱され、そして電位低下が起きるという問題点がある。
【００１５】
さらに、従来のリチウム電池１０は、負極端子１５と正極端子１６の近傍でリチウム電池１０の電気化学的反応が集中するので、局部的に発熱し、そのため局部的にリチウム電池１０が老化し、それによりリチウム電池１０の寿命を短縮させ、且つ電池を損傷させ、それにより火災又は爆発の可能性を引き起こすという問題点もある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
従って、本発明は、従来技術の上記問題点に鑑みてなされたもので、本発明の目的とするところは、電池の抵抗を低減し、それによりエネルギー損失、例えば高出力充電又は放電の際の発熱及び電位低下を減少させるところの、高出力リチウム単電池及び該高出力リチウム単電池を備えた高出力リチウム電池パックを提供することである。
【００１７】
本発明の他の目的は、充電又は放電が高速で行われるときに電気化学的反応がリチウム電池の負極端子及び正極端子の近傍に集中することを防止し、それにより電気化学的反応が負極及び正極の双方全体に均一に行われることを可能にするところの、高出力リチウム単電池及び該高出力リチウム単電池を備えた高出力リチウム電池パックを提供することにある。
【００１８】
本発明の別の目的は、電池が充電又は放電されるときの電池の体積膨張によるリチウム電池の損傷及び漏洩を防止するところの、高出力リチウム単電池及び該高出力リチウム単電池を備えた高出力リチウム電池パックを提供することにある。
【００１９】
本発明のさらに別の目的は、高出力の充電又は放電の際に発生する熱を効果的に分散冷
却させ、そして低温の電池を最適の温度領域まで効果的に加熱するところの、高出力リチウム単電池及び該高出力リチウム単電池を備えた高出力リチウム電池パックを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
上記目的を達成するために、本発明は、負極集電体を有する少なくとも一つの長方形の負極板であって、前記負極集電体の少なくとも一方の面が負極活物質によりコートされた負極板；正極集電体を有する少なくとも一つの長方形の正極板であって、前記正極集電体の少なくとも一方の面が正極活物質によりコートされた正極板；前記長方形の負極板と前記長方形の正極板との間に挿入され、及び電気的な絶縁を提供する少なくとも一つの分離膜；前記長方形の負極板の４辺のうち２長辺のどちらか一方から突出している負極板連結部に連結された負極端子；及び前記長方形の正極板の４辺のうち２長辺のどちらか一方から突出している正極板連結部に連結された正極端子を含む、高出力リチウム単電池を提供する。
【００２１】
好ましい態様に従うと、負極端子及び正極端子は、反対の方向に突出している。
【００２２】
他の好ましい態様に従うと、負極端子及び正極端子は、同一の方向に突出している。
【００２３】
さらに、本発明は、順番に積層された、少なくとも一つの長方形の負極板、分離膜、及び長方形の正極板；前記長方形の負極板の４辺のうち２長辺のどちらか一方から外部に伸びている負極端子、及び前記長方形の正極板の４辺のうち２長辺のどちらか一方から外部に伸びている正極端子を含む少なくとも一つの高出力リチウム単電池；前記高出力リチウム単電池の両面にそれぞれ積層されている少なくとも２つのガスケット；及び少なくとも最外郭のガスケットにそれぞれ積層されている一対の支持板を含む、高出力リチウム電池パックを提供する。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】図１は従来のリチウム単電池の斜視図である。
【図２】図２は従来のリチウム単電池の過熱状態を示す写真である。
【図３】図３は本発明の第１の態様に従う高出力リチウム単電池の分解斜視図である。
【図４】図４は本発明の第１の態様に従う高出力リチウム単電池の斜視図である。
【図５】図５は本発明の第２の態様に従う高出力リチウム単電池を備えた高出力リチウム電池パックの分解斜視図である。
【図６】図６は本発明の第２の態様に従う高出力リチウム単電池を備えた高出力リチウム電池パックの斜視図である。
【図７】図７は本発明の第２の態様に従う高出力リチウム単電池を備えた高出力リチウム電池パックの冷却方法を示す斜視図である。
【図８】図８は本発明の第３の態様に従う高出力リチウム単電池の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明に従う高出力リチウム単電池及び該高出力リチウム単電池を備えた高出力リチウム電池パックを詳細に説明する。
【００２６】
図３は本発明の第１の態様に従う高出力リチウム単電池の分解斜視図であり、及び図４は本発明の第１の態様に従う高出力リチウム単電池の斜視図である。
【００２７】
図３及び図４を参照すると、本発明の第１の態様に従う高出力リチウム単電池１００は、負極板１１０−１，．．．，１１０−Ａ、正極板１２０−１，．．．，１２０−Ｂ、分離膜１３０−１，．．．，１３０−Ｃ、負極板連結部１１１−１，．．．，１１１−Ａ、
正極板連結部１２１−１，．．．，１２１−Ｂ、負極端子１４０及び正極端子１５０を含んでなる。本発明の第１の態様に従う高出力リチウム単電池１００において、負極板連結部１１１−１，．．．，１１１−Ａ及び正極板連結部１２１−１，．．．，１２１−Ｂがそれぞれ負極端子１４０及び正極端子１５０に直接連結されている。負極端子１４０及び正極端子１５０は外部に露出し、そして所定の包装材により取り囲まれている。
【００２８】
負極板１１０−１，．．．，１１０−Ａの各々は、長方形の金属薄板からなる負極集電体を備える。負極集電体はアルミニウム薄板から作られ得る。負極集電体の少なくとも一方の面は負極活物質によりコートされている。負極活物質は、主成分であるリチウム系酸化物、バインダ、可塑剤、導電材等からなる混合物を含み得る。
【００２９】
正極板１２０−１，．．．，１２０−Ｂの各々は、長方形の金属薄板からなる正極集電体を備える。正極集電体は銅薄板から作られ得る。正極集電体の少なくとも一方の面は正極活物質によりコートされている。正極活物質は、主成分である炭素材、バインダ、可塑剤、導電材等からなる混合物を含み得る。
【００３０】
分離膜１３０−１，．．．，１３０−Ｃは、負極板１１０−１，．．．，１１０−Ａ及び正極板１２０−１，．．．，１２０−Ｂの間に挿入され、それにより負極板及び正極板を互いに電気的に絶縁させる役割を果たす。
【００３１】
負極板連結部１１１−１，．．．，１１１−Ａ及び正極板連結部１２１−１，．．．，１２１−Ｂの各々は、負極板１１０−１，．．．，１１０−Ａ及び正極板１２０−１，．．．，１２０−Ｂのそれぞれの４辺のうち長辺から外部にそれぞれ伸びている。この場合、負極板連結部１１１−１，．．．，１１１−Ａ及び正極板連結部１２１−１，．．．，１２１−Ｂの各々は、長方形の負極板１１０−１，．．．，１１０−Ａ及び長方形の正極板１２０−１，．．．，１２０−Ｂの長辺の長さのおよそ１／５ないし１倍に相当する幅を有する。
【００３２】
負極端子１４０は、外部に露出した負極板連結部１１１−１，．．．，１１１−Ａに接合され、それにより一つの電極を形成する。
【００３３】
同様に、正極端子１５０も、正極板連結部１２１−１，．．．，１２１−Ｂに接合され、それにより一つの電極を形成する。
【００３４】
好ましい態様に従うと、負極板連結部１１１−１，．．．，１１１−Ａ及び正極板連結部１２１−１，．．．，１２１−Ｂは、負極板連結部１１１−１，．．．，１１１−Ａを負極端子１４０に溶接し、及び正極板連結部１２１−１，．．．，１２１−Ｂを正極端子１５０に溶接することにより、負極端子１４０及び正極端子１５０にそれぞれ連結され得る。
【００３５】
他の好ましい態様に従うと、負極板連結部１１１−１，．．．，１１１−Ａ及び正極板連結部１２１−１，．．．，１２１−Ｂは、高導電性材料を負極板連結部１１１−１，．．．，１１１−Ａ及び正極板連結部１２１−１，．．．，１２１−Ｂに塗布し、そしてその後、負極端子１４０及び正極端子１５０に対して、高導電性材料によりコートされた負極板連結部及び正極板連結部をそれぞれ圧着することにより、負極端子１４０及び正極端子１５０にそれぞれ連結され得る。さらに、それらは、高導電性材料を含む接着剤を用いて互いに連結され得る。この場合、コート又は接着のための高導電性材料は、金、炭素ナノチューブ等からなる群より選択され得る。
【００３６】
一方、高出力リチウム単電池１００の負極端子１４０及び正極端子１５０を含む電極端
子のような導電体は、以下の式１及び式２に従い計算される抵抗及び発熱量を有する。
【００３７】
【数１】
【数２】
【００３８】
式１及び式２に示されるように、本発明に従う高出力リチウム単電池１００は、長方形の２長辺にそれぞれ負極板連結部１１１−１，．．．，１１１−Ａ及び正極板連結部１２１−１，．．．，１２１−Ｂを有している。そのため、図１に示した従来のリチウム単電池１０と比較して、電極端子１４０及び１５０、負極板連結部１１１−１，．．．，１１１−Ａ及び正極板連結部１２１−１，．．．，１２１−Ｂの断面積は大きくなり、電極端子１４０及び１５０の長さは短縮される。これにより、充電又は放電の際に同量の電流が流れる場合に、発生した熱量が大幅に低減される。
【００３９】
それ故、本発明に従う高出力リチウム単電池１００が、ハイブリッド車両用バッテリのような高出力バッテリにおいて使用される場合に、図１の従来のリチウム単電池１０と比較して発熱量が少なく、及び電位低下のようなエネルギー損失が減少される。
【００４０】
さらに、本発明に従う高出力リチウム単電池１００は、負極板連結部１１１−１，．．．，１１１−Ａ及び正極板連結部１２１−１，．．．，１２１−Ｂが負極端子１４０及び正極端子１５０にそれぞれ連結されるように構成されている。このため、本発明の高出力リチウム単電池が高速で再充電又は放電される場合に、図１の従来のリチウム単電池１０と比較して、局部的な電気化学的反応が減少する。それにより、電気化学的反応が電池の各層及び部位において均一に行われる。
【００４１】
本発明の好ましい態様に従うと、高出力リチウム電池は、分離膜１３０−１、負極板１１０−１、分離膜１３０−２、正極板１２０−１、及び分離膜１３０−３が積層状態に配置されることにより得られる簡素な構造であり得る。好ましくは、高出力リチウム電池は、幾つかの負極板、正極板、及び分離膜が順次積層されることにより得られる多層構造を有し得る。
【００４２】
さらに、負極板１１０−１，．．．，１１０−Ａ、正極板１２０−１，．．．，１２０−Ｂ、及び分離膜１３０−１，．．．，１３０−Ｃは、一つのフィルム状、すなわち、ワインディング形態又はジェリーロール形態で互いに連結され得る。さらには、それらは、スタッキング形態で互いに分離され得る。
【００４３】
図５は本発明の第２の態様に従う高出力リチウム単電池を備えた高出力リチウム電池パックの分解斜視図であり、図６は本発明の第２の態様に従う高出力リチウム単電池を備えた高出力リチウム電池パックの斜視図であり、図７は本発明の第２の態様に従う高出力リチウム単電池を備えた高出力リチウム電池パックの冷却方法を示す斜視図である。
【００４４】
図５及び図６を参照すると、本発明の第２の態様に従う高出力リチウム単電池を備えた高出力リチウム電池パック１０００は、高出力リチウム単電池１００−１，．．．，１００−Ｄ、ガスケット２００−１，．．．，２００−Ｅ、及び支持板３００−１，．．．，
３００−Ｆを含む。
【００４５】
高出力リチウム単電池１００−１，．．．，１００−Ｄは、図３及び図４に示されるように、負極板、正極板、分離膜、負極板連結部、正極板連結部、負極端子１４０−１，．．．，１４０−Ｄ、及び正極端子１５０−１，．．，１５０−Ｄを含む。
【００４６】
好ましい態様に従うと、高出力リチウム単電池１００−１，．．．，１００−Ｄは、一つの単電池の負極端子を隣接の単電池の正極端子に連結することにより、或いは一つの単電池の正極端子を隣接の単電池の負極端子に連結することにより、互いに直列に連結される。そのような直列連結は、ハイブリッド車両等の高電圧高出力バッテリに適用され得る。
【００４７】
ガスケット２００−１，．．．，２００−Ｅは、高出力リチウム単電池１００−１，．．．，１００−Ｄの間に設置されるように、各々の高出力リチウム単電池１００−１，．．．，１００−Ｄの両面に積層される。ガスケット２００−１，．．．，２００−Ｅは、充電又は放電の際に高出力リチウム単電池１００−１，．．．，１００−Ｄを強固に維持し、これにより振動及び衝撃を吸収し、及び体積膨張による漏洩を防止する。
【００４８】
通常、高出力リチウム単電池１００−１，．．．，１００−Ｄの外部に露出した負極端子１４０−１，．．．，１４０−Ｄ及び正極端子１５０−１，．．．，１５０−Ｄが幅広の場合、電極端子１４０−１，．．．，１４０−Ｄ及び１５０−１，．．．，１５０−Ｄと包装材との間の接触面積が広くなる。そのため、体積膨張による漏洩の可能性が増加し、そして水分浸透が起き得る。
【００４９】
しかしながら、本発明に従う高出力リチウム電池パック１０００は、ガスケット２００−１，．．．，２００−Ｅを用いて脆弱部位の気密性を強固に保持し、そのため漏洩及び水分浸透を防止し得る。
【００５０】
さらには、本発明に従う高出力リチウム電池パック１０００が使用される場合、ガスケット２００−１，．．．，２００−Ｅは、車両部品の役割を果たし、衝撃及び振動を吸収して、それにより耐久性及び耐振動性を改良し得、それ故、車両の振動条件と同様の振動条件下で高出力リチウム単電池１００−１，．．．，１００−Ｄの寿命及び耐久性を向上させ得る。
【００５１】
支持板３００−１，．．．，３００−Ｆは、高出力リチウム単電池１００−１，．．．，１００−Ｄのうち１つの両面に取り付けられるか、又は積層された高出力リチウム単電池１００−１，．．．，１００−Ｄの間に取り付けられる。さらには、隣接した高出力リチウム単電池１００−１，．．．，１００−Ｄの両面に配置されたガスケット２００−１，．．．，２００−Ｅの間に挿入され得る。支持板３００−１，．．．，３００−Ｆは、高出力リチウム単電池１００−１，．．．，１００−Ｄの冷却効果を高める役割、及び高出力リチウム単電池１００−１，．．．，１００−Ｄ及びガスケット２００−１，．．．，２００−Ｅが変形しないように支持する役割を果たす。
【００５２】
好ましくは、支持板３００−１，．．．，３００−Ｆは、高出力リチウム単電池１００−１，．．．，１００−Ｄにより発生する熱を外部に放出するために、導電性材料から作られている。さらには、支持板３００−１，．．．，３００−Ｆは、電極端子１４０−１，．．．，１４０−Ｄ及び１５０−１，．．．，１５０−Ｄのように、同様の冷却効果を与えるためにガスケット２００−１，．．．，２００−Ｅから外方に突出し得る。
【００５３】
図７に示されるように、本発明に従う高出力リチウム単電池を備えた高出力リチウム電
池パック１０００において発生した熱は、ガスケット２００−１，．．．，２００−Ｅから外方に突出した負極端子１４０−１，．．．，１４０−Ｄ及び正極端子１５０−１，．．．，１５０−Ｄの間に設けられた空間に冷却空気を通過させることにより、全ての高出力リチウム単電池１００−１，．．．，１００−Ｄにおいて均一に冷却される。
【００５４】
これとは反対に、本発明に従う高出力リチウム単電池を備えた高出力リチウム電池パック１０００の温度が著しく低く、及び高出力リチウム電池パックの性能がこのため低下する場合、負極端子１４０−１，．．．，１４０−Ｄ及び正極端子１５０−１，．．．，１５０−Ｄの間に設けられた空間に加熱空気を通過させる。それにより、全ての高出力リチウム単電池１００−１，．．．，１００−Ｄが適切な温度まで加熱され得る。
【００５５】
一方、ガスケット２００−１，．．．，２００−Ｅの外部に突出した支持板３００−１，．．．，３００−Ｆが設けられる場合、負極端子１４０−１，．．．，１４０−Ｄ、正極端子１５０−１，．．．，１５０−Ｄ、及び支持板３００−１，．．．，３００−Ｆの突出部分が冷却又は加熱され得る。
【００５６】
したがって、本発明に従う高出力リチウム単電池を備えた高出力リチウム電池パック１０００は、幅広の負極端子１４０−１，．．．，１４０−Ｄ及び正極端子１５０−１，．．．，１５０−Ｄを備えるため、従来技術と比較して熱伝達速度がより速く、そのため高い熱除去効果を達成する。
【００５７】
上述したように、本発明に従う高出力リチウム単電池を備えた高出力リチウム電池パック１０００は、負極端子１４０−１，．．．，１４０−Ｄ、正極端子１５０−１，．．．，１５０−Ｄ、及び支持板３００−１，．．．，３００−Ｆの突出部分を冷却又は加熱し、それにより高出力リチウム単電池１００−１，．．．，１００−Ｄの温度を−２０℃ないし５０℃、及び好ましくは０℃ないし４０℃に維持する。
【００５８】
図８は本発明の第３の態様に従う高出力リチウム単電池の斜視図である。
【００５９】
図８に示されるように、本発明の第３の態様に従う高出力リチウム単電池は、第１の態様と同様、負極板４１０−１，．．．，４１０−Ｆ、正極板４２０−１，．．．，４２０−Ｇ、分離膜４３０−１，．．．，４３０−Ｈ、負極板連結部４１１−１，．．．，４１１−Ｆ、正極板連結部４２１−１，．．．，４２１−Ｇ、負極端子４４０、及び正極端子４５０を含む。
【００６０】
図３及び図４に示された第１の態様に従う高出力リチウム単電池１００と、図８に示された第３の態様に従う高出力リチウム単電池４００とを比較すると、第１の態様に従う高出力リチウム単電池１００は、負極端子１４０及び正極端子１５０が長方形の４辺のうち２長辺から反対方向に伸びるように構成されている。しかしながら、第３の態様に従う高出力リチウム単電池４００は、負極端子４４０及び正極端子４５０が長方形の４辺のうち２長辺のどちらか一方から２つが互いに離れて外部に伸びるように構成されている。この場合、高出力リチウム単電池４００の負極端子４４０及び正極端子４５０の各々は、長方形の長辺の長さのおよそ１／８ないし１／２の幅を有する。
【００６１】
このように、本発明の第３の態様に従う高出力リチウム単電池４００は、長方形の長辺から負極端子４４０及び正極端子４５０が外部に伸びるように構成されているので、図１の従来のリチウム単電池１０よりも各々の電極端子４４０，４５０の断面積がより大きくなる。
【００６２】
本発明の好ましい態様を図示の目的のために開示したが、本願請求項に係る発明の範囲
及び精神から逸脱しない範囲内において、種々の変化及び変形が可能なのは、当業者には明らかなことである。
本発明はまた、
［１］負極集電体を有する少なくとも一つの長方形の負極板であって、前記負極集電体の少なくとも一方の面が負極活物質によりコートされた負極板；
正極集電体を有する少なくとも一つの長方形の正極板であって、前記正極集電体の少なくとも一方の面が正極活物質によりコートされた正極板；
前記長方形の負極板と前記長方形の正極板との間に挿入され、及び電気的な絶縁を提供する少なくとも一つの分離膜；
前記長方形の負極板の４辺のうち２長辺のどちらか一方から突出している負極板連結部に連結された負極端子；及び
前記長方形の正極板の４辺のうち２長辺のどちらか一方から突出している正極板連結部に連結された正極端子
を含み、
前記負極端子及び前記正極端子は、同一の方向に突出していることを特徴とする、高出力リチウム単電池、
［２］前記負極端子は前記負極板の長辺の長さのおよそ１／８ないし１／２に相当する幅を有し、及び前記正極端子は前記正極板の長辺の長さのおよそ１／８ないし１／２に相当する幅を有することを特徴とする、前記［１］に記載の高出力リチウム単電池、
［３］負極集電体を有する少なくとも一つの長方形の負極板であって、前記負極集電体の少なくとも一方の面が負極活物質によりコートされた負極板；
正極集電体を有する少なくとも一つの長方形の正極板であって、前記正極集電体の少なくとも一方の面が正極活物質によりコートされた正極板；
前記長方形の負極板と前記長方形の正極板との間に挿入され、及び電気的な絶縁を提供する少なくとも一つの分離膜；
前記長方形の負極板の４辺のうち２長辺のどちらか一方から突出している負極板連結部に連結された負極端子；及び
前記長方形の正極板の４辺のうち２長辺のどちらか一方から突出している正極板連結部に連結された正極端子
を含み、
前記負極板連結部及び前記正極板連結部は、溶接によって、前記負極端子及び前記正極端子にそれぞれ連結されていることを特徴とする、高出力リチウム単電池、
［４］負極集電体を有する少なくとも一つの長方形の負極板であって、前記負極集電体の少なくとも一方の面が負極活物質によりコートされた負極板；
正極集電体を有する少なくとも一つの長方形の正極板であって、前記正極集電体の少なくとも一方の面が正極活物質によりコートされた正極板；
前記長方形の負極板と前記長方形の正極板との間に挿入され、及び電気的な絶縁を提供する少なくとも一つの分離膜；
前記長方形の負極板の４辺のうち２長辺のどちらか一方から突出している負極板連結部に連結された負極端子；及び
前記長方形の正極板の４辺のうち２長辺のどちらか一方から突出している正極板連結部に連結された正極端子
を含み、
前記負極板連結部及び前記正極板連結部は、高導電性材料によりコートされ、及び前記負極端子及び前記正極端子に対して圧着されて、前記負極端子及び前記正極端子にそれぞれ連結されていることを特徴とする、高出力リチウム単電池、
［５］負極集電体を有する少なくとも一つの長方形の負極板であって、前記負極集電体の少なくとも一方の面が負極活物質によりコートされた負極板；
正極集電体を有する少なくとも一つの長方形の正極板であって、前記正極集電体の少なくとも一方の面が正極活物質によりコートされた正極板；
前記長方形の負極板と前記長方形の正極板との間に挿入され、及び電気的な絶縁を提供する少なくとも一つの分離膜；
前記長方形の負極板の４辺のうち２長辺のどちらか一方から突出している負極板連結部に連結された負極端子；及び
前記長方形の正極板の４辺のうち２長辺のどちらか一方から突出している正極板連結部に連結された正極端子
を含み、
前記負極板連結部及び前記正極板連結部は、高導電性材料を含む接着剤を用いて、前記負極端子及び前記正極端子にそれぞれ連結されていることを特徴とする、高出力リチウム単電池、
［６］順番に積層された、少なくとも一つの長方形の負極板、分離膜、及び長方形の正極板；前記長方形の負極板の４辺のうち２長辺のどちらか一方から外部に伸びている負極端子；及び前記長方形の正極板の４辺のうち２長辺のどちらか一方から外部に伸びている正極端子を含む少なくとも一つの高出力リチウム単電池；
前記高出力リチウム単電池の両面にそれぞれ積層されている少なくとも２つのガスケット；及び
少なくとも最外郭のガスケットにそれぞれ積層されている一対の支持板
を含むことを特徴とする、高出力リチウム電池パック、
［７］前記支持板の各々は、熱放出のための導電性物質からなることを特徴とする、前記［６］に記載の高出力リチウム電池パック、
［８］前記負極端子、前記正極端子及び前記支持板の間に設けられた空間を空気が流れることにより、前記高出力リチウム単電池の温度を維持することを特徴とする、前記［６］に記載の高出力リチウム電池パック、
［９］前記高出力リチウム単電池は−２０℃ないし５０℃の温度範囲を維持することを特徴とする、前記［８］に記載の高出力リチウム電池パック、
［１０］前記高出力リチウム単電池は０℃ないし４０℃の温度範囲を維持することを特徴とする、前記［８］に記載の高出力リチウム電池パック、
にも関する。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
上述したように、本発明は、電極端子が長方形の単電池の長辺に設けられるように構成され、そのため電極端子の幅が広がり、それにより高出力充電又は放電の際に電極端子の抵抗による発熱及び電位低下を低減させる高出力リチウム単電池及び高出力リチウム単電池を備えた高出力リチウム電池パックを提供する。それ故、電池の寿命が延長され、さらにエネルギー損失が低減される。
【００６４】
さらには、本発明は、電極端子が電極層に直接に連結されるように構成されており、それにより抵抗が低減し、及びそれにより発熱量が低減する高出力リチウム単電池及び高出力リチウム単電池を備えた高出力リチウム電池パックを提供する。それ故、従来の電池電極端子の近傍で起きる局部的な電気化学的反応が低減され、及びそのためそれぞれの電極層を均一に使用することができる。
【００６５】
さらには、本発明は、幅広の電極端子を使用するので、電極端子において発生した熱を短時間に外部へ放出し、及び電池の温度が低い場合には短時間内で適切な温度まで加熱され得る高出力リチウム単電池及び高出力リチウム単電池を備えた高出力リチウム電池パックを提供する。
【００６６】
本発明は、ガスケットが単電池の両面に積層されるように構成されていることにより、充電及び放電の際の体積膨張による電極端子及び包装材との接合部分における漏洩又は水分浸透が防止され、及び衝撃及び振動が吸収され、それにより耐久性及び寿命が向上され
た高出力リチウム単電池及び高出力リチウム単電池を備えた高出力リチウム電池パック提供する。
【００６７】
本発明は、ガスケットから外方に突出した負極端子及び正極端子が広い熱伝達面積を有するように構成されており、それにより、電池の最適な性能を確実にするために適切な温度を維持するのに必要とされる冷却及び加熱が非常に短時間内に制御され得る高出力リチウム単電池及び高出力リチウム単電池を備えた高出力リチウム電池パックを提供する。
【技術分野】
【０００１】
本発明は概して、高出力リチウム単電池及び該高出力リチウム単電池を備えた高出力リチウム電池パックに、より詳細には、リチウム電池の電極端子の幅を広げることにより、電極端子の抵抗による発熱及び電位低下を低減させ、及び発生した熱を効果的に除去する高出力リチウム単電池及び該高出力リチウム単電池を備えた高出力リチウム電池パックに関する。
【背景技術】
【０００２】
二次電池（ｓｅｃｏｎｄａｒｙ ｂａｔｔｅｒｙ）は、再充電が不可能な一次電池とは異なり、再充電可能と呼ばれる。二次電池は、例えば携帯電話、ノートブック型コンピュータ、又はカムコーダーのような、ハイテク電子機器分野において広く用いられている。
【０００３】
特に、リチウム電池の作動電圧は３．６Ｖであり、及び電子機器の電源として広く用いられているニッケル−カドミウム電池又はニッケル−水素電池より３倍も高い。さらには、リチウム電池は、単位質量当たり高いエネルギー密度を有する。このような理由で、リチウム電池は急速に進歩している。
【０００４】
そのようなリチウム電池は、正極活物質としてリチウムベースの酸化物を、及び負極活物質として炭素材を使用している。一般に、リチウム電池は、液体電解質電池及び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をリチウムイオン電池といい、及び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。最近脚光を浴びているリチウムポリマー電池は、可撓性材料で作られているため、該電池の形状は種々変化し得る。さらには、リチウムポリマー電池は、安定性に優れ、及び軽量であるため、携帯用電子機器のスリム化及び軽量化に有利である。
【０００５】
一方、リチウム電池は、電極組立体を収容しているケースの形状に応じて種々に製造されている。リチウム電池は、円筒形、角形、ポーチ形等を有し得る。通常、円筒形リチウム電池は円筒形のアルミニウム容器を使用し、角形リチウム電池は角形のアルミニウム容器を使用し、及びポーチ形電池は薄板から作られたポーチ容器を使用する。
【０００６】
図１は、従来のリチウム単電池の斜視図であって、角形リチウム単電池の本体を概略的に示す。図２は、従来のリチウム単電池の過熱現象を示す写真であって、該リチウム電池がおよそ３０Ａの電流で放電した後のリチウム電池の写真である。
【０００７】
図１に示すように、従来のリチウム単電池の本体１１は、負極板１２、正極板１３、及びセパレータ１４を含んでいる。負極板１２は、負極活物質層によりコートされた負極集電体を含む。正極板１３は、正極活物質層によりコートされた正極集電体を含む。セパレータ１４は、負極板１２及び正極板１３の間に挿入されている。負極板１２、セパレータ１４及び正極板１３がその順序で配置された後、巻き取られ及び圧縮されることにより、従来のリチウム単電池が完成される。
【０００８】
この場合、負極板１２及び正極板１３は、負極端子１５及び正極端子１６にそれぞれ溶接されるので、負極端子１５及び正極端子１６は本体１１の外部にそれぞれ露出している。この場合、負極端子１５はニッケルから作られ、及び正極端子１６はアルミニウムから作られる。
【０００９】
この負極端子１５及び正極端子１６の双方は、本体１１から外部に露出した部分が損傷することを防止するための保護テープ１７により取り囲まれている。
【００１０】
その後、上述した本体１１は、角形のアルミニウム容器に挿入され、組み立てられることにより、リチウム単電池が得られる。
【００１１】
現在、リチウム単電池は、エネルギーの容量を高めてただ１回の充電操作により長期間使用されるように高いエネルギー容量を有する方向に開発されてきた。しかしながら、ハイブリッド車両は、電動車両よりもずっと小さく及びより軽く、及び高い瞬間出力を有するバッテリを必要とする。すなわち、ハイブリッド車両は、エネルギーが必要であれば、エンジンがエネルギーを提供し得るため、ハイブリッド車両は大容量のバッテリを必要としない。よって、ハイブリッド車両のバッテリは、蓄積されたエネルギーを数分又は数秒間で放出し、それにより車両に動力を供給し、及び短時間内に再充電されなければならない。
【００１２】
しかしながら、バッテリが高エネルギーを出力し、そしてその後再充電されるときには多量の熱が発生する。該熱が抑えられない場合には、バッテリの容量及び寿命が低減し、及びバッテリは破損又は損傷され得る。
【００１３】
従来のリチウム単電池よりも数倍速い速度で充電及び放電する、ハイブリッド車両用のバッテリのような高出力バッテリが使用されると、本体１１の外部に露出した負極端子１５と正極端子１６の間に多量の電流が流れる。
【００１４】
従って、図２に示すように、従来のリチウム電池１０は、狭い負極端子１５及び正極端子１６の抵抗により、負極端子１５と正極端子１６の周囲に熱発生が集中するため、電池はおよそ４５℃以上に過熱され、そして電位低下が起きるという問題点がある。
【００１５】
さらに、従来のリチウム電池１０は、負極端子１５と正極端子１６の近傍でリチウム電池１０の電気化学的反応が集中するので、局部的に発熱し、そのため局部的にリチウム電池１０が老化し、それによりリチウム電池１０の寿命を短縮させ、且つ電池を損傷させ、それにより火災又は爆発の可能性を引き起こすという問題点もある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
従って、本発明は、従来技術の上記問題点に鑑みてなされたもので、本発明の目的とするところは、電池の抵抗を低減し、それによりエネルギー損失、例えば高出力充電又は放電の際の発熱及び電位低下を減少させるところの、高出力リチウム単電池及び該高出力リチウム単電池を備えた高出力リチウム電池パックを提供することである。
【００１７】
本発明の他の目的は、充電又は放電が高速で行われるときに電気化学的反応がリチウム電池の負極端子及び正極端子の近傍に集中することを防止し、それにより電気化学的反応が負極及び正極の双方全体に均一に行われることを可能にするところの、高出力リチウム単電池及び該高出力リチウム単電池を備えた高出力リチウム電池パックを提供することにある。
【００１８】
本発明の別の目的は、電池が充電又は放電されるときの電池の体積膨張によるリチウム電池の損傷及び漏洩を防止するところの、高出力リチウム単電池及び該高出力リチウム単電池を備えた高出力リチウム電池パックを提供することにある。
【００１９】
本発明のさらに別の目的は、高出力の充電又は放電の際に発生する熱を効果的に分散冷
却させ、そして低温の電池を最適の温度領域まで効果的に加熱するところの、高出力リチウム単電池及び該高出力リチウム単電池を備えた高出力リチウム電池パックを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
上記目的を達成するために、本発明は、負極集電体を有する少なくとも一つの長方形の負極板であって、前記負極集電体の少なくとも一方の面が負極活物質によりコートされた負極板；正極集電体を有する少なくとも一つの長方形の正極板であって、前記正極集電体の少なくとも一方の面が正極活物質によりコートされた正極板；前記長方形の負極板と前記長方形の正極板との間に挿入され、及び電気的な絶縁を提供する少なくとも一つの分離膜；前記長方形の負極板の４辺のうち２長辺のどちらか一方から突出している負極板連結部に連結された負極端子；及び前記長方形の正極板の４辺のうち２長辺のどちらか一方から突出している正極板連結部に連結された正極端子を含む、高出力リチウム単電池を提供する。
【００２１】
好ましい態様に従うと、負極端子及び正極端子は、反対の方向に突出している。
【００２２】
他の好ましい態様に従うと、負極端子及び正極端子は、同一の方向に突出している。
【００２３】
さらに、本発明は、順番に積層された、少なくとも一つの長方形の負極板、分離膜、及び長方形の正極板；前記長方形の負極板の４辺のうち２長辺のどちらか一方から外部に伸びている負極端子、及び前記長方形の正極板の４辺のうち２長辺のどちらか一方から外部に伸びている正極端子を含む少なくとも一つの高出力リチウム単電池；前記高出力リチウム単電池の両面にそれぞれ積層されている少なくとも２つのガスケット；及び少なくとも最外郭のガスケットにそれぞれ積層されている一対の支持板を含む、高出力リチウム電池パックを提供する。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】図１は従来のリチウム単電池の斜視図である。
【図２】図２は従来のリチウム単電池の過熱状態を示す写真である。
【図３】図３は本発明の第１の態様に従う高出力リチウム単電池の分解斜視図である。
【図４】図４は本発明の第１の態様に従う高出力リチウム単電池の斜視図である。
【図５】図５は本発明の第２の態様に従う高出力リチウム単電池を備えた高出力リチウム電池パックの分解斜視図である。
【図６】図６は本発明の第２の態様に従う高出力リチウム単電池を備えた高出力リチウム電池パックの斜視図である。
【図７】図７は本発明の第２の態様に従う高出力リチウム単電池を備えた高出力リチウム電池パックの冷却方法を示す斜視図である。
【図８】図８は本発明の第３の態様に従う高出力リチウム単電池の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明に従う高出力リチウム単電池及び該高出力リチウム単電池を備えた高出力リチウム電池パックを詳細に説明する。
【００２６】
図３は本発明の第１の態様に従う高出力リチウム単電池の分解斜視図であり、及び図４は本発明の第１の態様に従う高出力リチウム単電池の斜視図である。
【００２７】
図３及び図４を参照すると、本発明の第１の態様に従う高出力リチウム単電池１００は、負極板１１０−１，．．．，１１０−Ａ、正極板１２０−１，．．．，１２０−Ｂ、分離膜１３０−１，．．．，１３０−Ｃ、負極板連結部１１１−１，．．．，１１１−Ａ、
正極板連結部１２１−１，．．．，１２１−Ｂ、負極端子１４０及び正極端子１５０を含んでなる。本発明の第１の態様に従う高出力リチウム単電池１００において、負極板連結部１１１−１，．．．，１１１−Ａ及び正極板連結部１２１−１，．．．，１２１−Ｂがそれぞれ負極端子１４０及び正極端子１５０に直接連結されている。負極端子１４０及び正極端子１５０は外部に露出し、そして所定の包装材により取り囲まれている。
【００２８】
負極板１１０−１，．．．，１１０−Ａの各々は、長方形の金属薄板からなる負極集電体を備える。負極集電体はアルミニウム薄板から作られ得る。負極集電体の少なくとも一方の面は負極活物質によりコートされている。負極活物質は、主成分であるリチウム系酸化物、バインダ、可塑剤、導電材等からなる混合物を含み得る。
【００２９】
正極板１２０−１，．．．，１２０−Ｂの各々は、長方形の金属薄板からなる正極集電体を備える。正極集電体は銅薄板から作られ得る。正極集電体の少なくとも一方の面は正極活物質によりコートされている。正極活物質は、主成分である炭素材、バインダ、可塑剤、導電材等からなる混合物を含み得る。
【００３０】
分離膜１３０−１，．．．，１３０−Ｃは、負極板１１０−１，．．．，１１０−Ａ及び正極板１２０−１，．．．，１２０−Ｂの間に挿入され、それにより負極板及び正極板を互いに電気的に絶縁させる役割を果たす。
【００３１】
負極板連結部１１１−１，．．．，１１１−Ａ及び正極板連結部１２１−１，．．．，１２１−Ｂの各々は、負極板１１０−１，．．．，１１０−Ａ及び正極板１２０−１，．．．，１２０−Ｂのそれぞれの４辺のうち長辺から外部にそれぞれ伸びている。この場合、負極板連結部１１１−１，．．．，１１１−Ａ及び正極板連結部１２１−１，．．．，１２１−Ｂの各々は、長方形の負極板１１０−１，．．．，１１０−Ａ及び長方形の正極板１２０−１，．．．，１２０−Ｂの長辺の長さのおよそ１／５ないし１倍に相当する幅を有する。
【００３２】
負極端子１４０は、外部に露出した負極板連結部１１１−１，．．．，１１１−Ａに接合され、それにより一つの電極を形成する。
【００３３】
同様に、正極端子１５０も、正極板連結部１２１−１，．．．，１２１−Ｂに接合され、それにより一つの電極を形成する。
【００３４】
好ましい態様に従うと、負極板連結部１１１−１，．．．，１１１−Ａ及び正極板連結部１２１−１，．．．，１２１−Ｂは、負極板連結部１１１−１，．．．，１１１−Ａを負極端子１４０に溶接し、及び正極板連結部１２１−１，．．．，１２１−Ｂを正極端子１５０に溶接することにより、負極端子１４０及び正極端子１５０にそれぞれ連結され得る。
【００３５】
他の好ましい態様に従うと、負極板連結部１１１−１，．．．，１１１−Ａ及び正極板連結部１２１−１，．．．，１２１−Ｂは、高導電性材料を負極板連結部１１１−１，．．．，１１１−Ａ及び正極板連結部１２１−１，．．．，１２１−Ｂに塗布し、そしてその後、負極端子１４０及び正極端子１５０に対して、高導電性材料によりコートされた負極板連結部及び正極板連結部をそれぞれ圧着することにより、負極端子１４０及び正極端子１５０にそれぞれ連結され得る。さらに、それらは、高導電性材料を含む接着剤を用いて互いに連結され得る。この場合、コート又は接着のための高導電性材料は、金、炭素ナノチューブ等からなる群より選択され得る。
【００３６】
一方、高出力リチウム単電池１００の負極端子１４０及び正極端子１５０を含む電極端
子のような導電体は、以下の式１及び式２に従い計算される抵抗及び発熱量を有する。
【００３７】
【数１】
【数２】
【００３８】
式１及び式２に示されるように、本発明に従う高出力リチウム単電池１００は、長方形の２長辺にそれぞれ負極板連結部１１１−１，．．．，１１１−Ａ及び正極板連結部１２１−１，．．．，１２１−Ｂを有している。そのため、図１に示した従来のリチウム単電池１０と比較して、電極端子１４０及び１５０、負極板連結部１１１−１，．．．，１１１−Ａ及び正極板連結部１２１−１，．．．，１２１−Ｂの断面積は大きくなり、電極端子１４０及び１５０の長さは短縮される。これにより、充電又は放電の際に同量の電流が流れる場合に、発生した熱量が大幅に低減される。
【００３９】
それ故、本発明に従う高出力リチウム単電池１００が、ハイブリッド車両用バッテリのような高出力バッテリにおいて使用される場合に、図１の従来のリチウム単電池１０と比較して発熱量が少なく、及び電位低下のようなエネルギー損失が減少される。
【００４０】
さらに、本発明に従う高出力リチウム単電池１００は、負極板連結部１１１−１，．．．，１１１−Ａ及び正極板連結部１２１−１，．．．，１２１−Ｂが負極端子１４０及び正極端子１５０にそれぞれ連結されるように構成されている。このため、本発明の高出力リチウム単電池が高速で再充電又は放電される場合に、図１の従来のリチウム単電池１０と比較して、局部的な電気化学的反応が減少する。それにより、電気化学的反応が電池の各層及び部位において均一に行われる。
【００４１】
本発明の好ましい態様に従うと、高出力リチウム電池は、分離膜１３０−１、負極板１１０−１、分離膜１３０−２、正極板１２０−１、及び分離膜１３０−３が積層状態に配置されることにより得られる簡素な構造であり得る。好ましくは、高出力リチウム電池は、幾つかの負極板、正極板、及び分離膜が順次積層されることにより得られる多層構造を有し得る。
【００４２】
さらに、負極板１１０−１，．．．，１１０−Ａ、正極板１２０−１，．．．，１２０−Ｂ、及び分離膜１３０−１，．．．，１３０−Ｃは、一つのフィルム状、すなわち、ワインディング形態又はジェリーロール形態で互いに連結され得る。さらには、それらは、スタッキング形態で互いに分離され得る。
【００４３】
図５は本発明の第２の態様に従う高出力リチウム単電池を備えた高出力リチウム電池パックの分解斜視図であり、図６は本発明の第２の態様に従う高出力リチウム単電池を備えた高出力リチウム電池パックの斜視図であり、図７は本発明の第２の態様に従う高出力リチウム単電池を備えた高出力リチウム電池パックの冷却方法を示す斜視図である。
【００４４】
図５及び図６を参照すると、本発明の第２の態様に従う高出力リチウム単電池を備えた高出力リチウム電池パック１０００は、高出力リチウム単電池１００−１，．．．，１００−Ｄ、ガスケット２００−１，．．．，２００−Ｅ、及び支持板３００−１，．．．，
３００−Ｆを含む。
【００４５】
高出力リチウム単電池１００−１，．．．，１００−Ｄは、図３及び図４に示されるように、負極板、正極板、分離膜、負極板連結部、正極板連結部、負極端子１４０−１，．．．，１４０−Ｄ、及び正極端子１５０−１，．．，１５０−Ｄを含む。
【００４６】
好ましい態様に従うと、高出力リチウム単電池１００−１，．．．，１００−Ｄは、一つの単電池の負極端子を隣接の単電池の正極端子に連結することにより、或いは一つの単電池の正極端子を隣接の単電池の負極端子に連結することにより、互いに直列に連結される。そのような直列連結は、ハイブリッド車両等の高電圧高出力バッテリに適用され得る。
【００４７】
ガスケット２００−１，．．．，２００−Ｅは、高出力リチウム単電池１００−１，．．．，１００−Ｄの間に設置されるように、各々の高出力リチウム単電池１００−１，．．．，１００−Ｄの両面に積層される。ガスケット２００−１，．．．，２００−Ｅは、充電又は放電の際に高出力リチウム単電池１００−１，．．．，１００−Ｄを強固に維持し、これにより振動及び衝撃を吸収し、及び体積膨張による漏洩を防止する。
【００４８】
通常、高出力リチウム単電池１００−１，．．．，１００−Ｄの外部に露出した負極端子１４０−１，．．．，１４０−Ｄ及び正極端子１５０−１，．．．，１５０−Ｄが幅広の場合、電極端子１４０−１，．．．，１４０−Ｄ及び１５０−１，．．．，１５０−Ｄと包装材との間の接触面積が広くなる。そのため、体積膨張による漏洩の可能性が増加し、そして水分浸透が起き得る。
【００４９】
しかしながら、本発明に従う高出力リチウム電池パック１０００は、ガスケット２００−１，．．．，２００−Ｅを用いて脆弱部位の気密性を強固に保持し、そのため漏洩及び水分浸透を防止し得る。
【００５０】
さらには、本発明に従う高出力リチウム電池パック１０００が使用される場合、ガスケット２００−１，．．．，２００−Ｅは、車両部品の役割を果たし、衝撃及び振動を吸収して、それにより耐久性及び耐振動性を改良し得、それ故、車両の振動条件と同様の振動条件下で高出力リチウム単電池１００−１，．．．，１００−Ｄの寿命及び耐久性を向上させ得る。
【００５１】
支持板３００−１，．．．，３００−Ｆは、高出力リチウム単電池１００−１，．．．，１００−Ｄのうち１つの両面に取り付けられるか、又は積層された高出力リチウム単電池１００−１，．．．，１００−Ｄの間に取り付けられる。さらには、隣接した高出力リチウム単電池１００−１，．．．，１００−Ｄの両面に配置されたガスケット２００−１，．．．，２００−Ｅの間に挿入され得る。支持板３００−１，．．．，３００−Ｆは、高出力リチウム単電池１００−１，．．．，１００−Ｄの冷却効果を高める役割、及び高出力リチウム単電池１００−１，．．．，１００−Ｄ及びガスケット２００−１，．．．，２００−Ｅが変形しないように支持する役割を果たす。
【００５２】
好ましくは、支持板３００−１，．．．，３００−Ｆは、高出力リチウム単電池１００−１，．．．，１００−Ｄにより発生する熱を外部に放出するために、導電性材料から作られている。さらには、支持板３００−１，．．．，３００−Ｆは、電極端子１４０−１，．．．，１４０−Ｄ及び１５０−１，．．．，１５０−Ｄのように、同様の冷却効果を与えるためにガスケット２００−１，．．．，２００−Ｅから外方に突出し得る。
【００５３】
図７に示されるように、本発明に従う高出力リチウム単電池を備えた高出力リチウム電
池パック１０００において発生した熱は、ガスケット２００−１，．．．，２００−Ｅから外方に突出した負極端子１４０−１，．．．，１４０−Ｄ及び正極端子１５０−１，．．．，１５０−Ｄの間に設けられた空間に冷却空気を通過させることにより、全ての高出力リチウム単電池１００−１，．．．，１００−Ｄにおいて均一に冷却される。
【００５４】
これとは反対に、本発明に従う高出力リチウム単電池を備えた高出力リチウム電池パック１０００の温度が著しく低く、及び高出力リチウム電池パックの性能がこのため低下する場合、負極端子１４０−１，．．．，１４０−Ｄ及び正極端子１５０−１，．．．，１５０−Ｄの間に設けられた空間に加熱空気を通過させる。それにより、全ての高出力リチウム単電池１００−１，．．．，１００−Ｄが適切な温度まで加熱され得る。
【００５５】
一方、ガスケット２００−１，．．．，２００−Ｅの外部に突出した支持板３００−１，．．．，３００−Ｆが設けられる場合、負極端子１４０−１，．．．，１４０−Ｄ、正極端子１５０−１，．．．，１５０−Ｄ、及び支持板３００−１，．．．，３００−Ｆの突出部分が冷却又は加熱され得る。
【００５６】
したがって、本発明に従う高出力リチウム単電池を備えた高出力リチウム電池パック１０００は、幅広の負極端子１４０−１，．．．，１４０−Ｄ及び正極端子１５０−１，．．．，１５０−Ｄを備えるため、従来技術と比較して熱伝達速度がより速く、そのため高い熱除去効果を達成する。
【００５７】
上述したように、本発明に従う高出力リチウム単電池を備えた高出力リチウム電池パック１０００は、負極端子１４０−１，．．．，１４０−Ｄ、正極端子１５０−１，．．．，１５０−Ｄ、及び支持板３００−１，．．．，３００−Ｆの突出部分を冷却又は加熱し、それにより高出力リチウム単電池１００−１，．．．，１００−Ｄの温度を−２０℃ないし５０℃、及び好ましくは０℃ないし４０℃に維持する。
【００５８】
図８は本発明の第３の態様に従う高出力リチウム単電池の斜視図である。
【００５９】
図８に示されるように、本発明の第３の態様に従う高出力リチウム単電池は、第１の態様と同様、負極板４１０−１，．．．，４１０−Ｆ、正極板４２０−１，．．．，４２０−Ｇ、分離膜４３０−１，．．．，４３０−Ｈ、負極板連結部４１１−１，．．．，４１１−Ｆ、正極板連結部４２１−１，．．．，４２１−Ｇ、負極端子４４０、及び正極端子４５０を含む。
【００６０】
図３及び図４に示された第１の態様に従う高出力リチウム単電池１００と、図８に示された第３の態様に従う高出力リチウム単電池４００とを比較すると、第１の態様に従う高出力リチウム単電池１００は、負極端子１４０及び正極端子１５０が長方形の４辺のうち２長辺から反対方向に伸びるように構成されている。しかしながら、第３の態様に従う高出力リチウム単電池４００は、負極端子４４０及び正極端子４５０が長方形の４辺のうち２長辺のどちらか一方から２つが互いに離れて外部に伸びるように構成されている。この場合、高出力リチウム単電池４００の負極端子４４０及び正極端子４５０の各々は、長方形の長辺の長さのおよそ１／８ないし１／２の幅を有する。
【００６１】
このように、本発明の第３の態様に従う高出力リチウム単電池４００は、長方形の長辺から負極端子４４０及び正極端子４５０が外部に伸びるように構成されているので、図１の従来のリチウム単電池１０よりも各々の電極端子４４０，４５０の断面積がより大きくなる。
【００６２】
本発明の好ましい態様を図示の目的のために開示したが、本願請求項に係る発明の範囲
及び精神から逸脱しない範囲内において、種々の変化及び変形が可能なのは、当業者には明らかなことである。
本発明はまた、
［１］負極集電体を有する少なくとも一つの長方形の負極板であって、前記負極集電体の少なくとも一方の面が負極活物質によりコートされた負極板；
正極集電体を有する少なくとも一つの長方形の正極板であって、前記正極集電体の少なくとも一方の面が正極活物質によりコートされた正極板；
前記長方形の負極板と前記長方形の正極板との間に挿入され、及び電気的な絶縁を提供する少なくとも一つの分離膜；
前記長方形の負極板の４辺のうち２長辺のどちらか一方から突出している負極板連結部に連結された負極端子；及び
前記長方形の正極板の４辺のうち２長辺のどちらか一方から突出している正極板連結部に連結された正極端子
を含み、
前記負極端子及び前記正極端子は、同一の方向に突出していることを特徴とする、高出力リチウム単電池、
［２］前記負極端子は前記負極板の長辺の長さのおよそ１／８ないし１／２に相当する幅を有し、及び前記正極端子は前記正極板の長辺の長さのおよそ１／８ないし１／２に相当する幅を有することを特徴とする、前記［１］に記載の高出力リチウム単電池、
［３］負極集電体を有する少なくとも一つの長方形の負極板であって、前記負極集電体の少なくとも一方の面が負極活物質によりコートされた負極板；
正極集電体を有する少なくとも一つの長方形の正極板であって、前記正極集電体の少なくとも一方の面が正極活物質によりコートされた正極板；
前記長方形の負極板と前記長方形の正極板との間に挿入され、及び電気的な絶縁を提供する少なくとも一つの分離膜；
前記長方形の負極板の４辺のうち２長辺のどちらか一方から突出している負極板連結部に連結された負極端子；及び
前記長方形の正極板の４辺のうち２長辺のどちらか一方から突出している正極板連結部に連結された正極端子
を含み、
前記負極板連結部及び前記正極板連結部は、溶接によって、前記負極端子及び前記正極端子にそれぞれ連結されていることを特徴とする、高出力リチウム単電池、
［４］負極集電体を有する少なくとも一つの長方形の負極板であって、前記負極集電体の少なくとも一方の面が負極活物質によりコートされた負極板；
正極集電体を有する少なくとも一つの長方形の正極板であって、前記正極集電体の少なくとも一方の面が正極活物質によりコートされた正極板；
前記長方形の負極板と前記長方形の正極板との間に挿入され、及び電気的な絶縁を提供する少なくとも一つの分離膜；
前記長方形の負極板の４辺のうち２長辺のどちらか一方から突出している負極板連結部に連結された負極端子；及び
前記長方形の正極板の４辺のうち２長辺のどちらか一方から突出している正極板連結部に連結された正極端子
を含み、
前記負極板連結部及び前記正極板連結部は、高導電性材料によりコートされ、及び前記負極端子及び前記正極端子に対して圧着されて、前記負極端子及び前記正極端子にそれぞれ連結されていることを特徴とする、高出力リチウム単電池、
［５］負極集電体を有する少なくとも一つの長方形の負極板であって、前記負極集電体の少なくとも一方の面が負極活物質によりコートされた負極板；
正極集電体を有する少なくとも一つの長方形の正極板であって、前記正極集電体の少なくとも一方の面が正極活物質によりコートされた正極板；
前記長方形の負極板と前記長方形の正極板との間に挿入され、及び電気的な絶縁を提供する少なくとも一つの分離膜；
前記長方形の負極板の４辺のうち２長辺のどちらか一方から突出している負極板連結部に連結された負極端子；及び
前記長方形の正極板の４辺のうち２長辺のどちらか一方から突出している正極板連結部に連結された正極端子
を含み、
前記負極板連結部及び前記正極板連結部は、高導電性材料を含む接着剤を用いて、前記負極端子及び前記正極端子にそれぞれ連結されていることを特徴とする、高出力リチウム単電池、
［６］順番に積層された、少なくとも一つの長方形の負極板、分離膜、及び長方形の正極板；前記長方形の負極板の４辺のうち２長辺のどちらか一方から外部に伸びている負極端子；及び前記長方形の正極板の４辺のうち２長辺のどちらか一方から外部に伸びている正極端子を含む少なくとも一つの高出力リチウム単電池；
前記高出力リチウム単電池の両面にそれぞれ積層されている少なくとも２つのガスケット；及び
少なくとも最外郭のガスケットにそれぞれ積層されている一対の支持板
を含むことを特徴とする、高出力リチウム電池パック、
［７］前記支持板の各々は、熱放出のための導電性物質からなることを特徴とする、前記［６］に記載の高出力リチウム電池パック、
［８］前記負極端子、前記正極端子及び前記支持板の間に設けられた空間を空気が流れることにより、前記高出力リチウム単電池の温度を維持することを特徴とする、前記［６］に記載の高出力リチウム電池パック、
［９］前記高出力リチウム単電池は−２０℃ないし５０℃の温度範囲を維持することを特徴とする、前記［８］に記載の高出力リチウム電池パック、
［１０］前記高出力リチウム単電池は０℃ないし４０℃の温度範囲を維持することを特徴とする、前記［８］に記載の高出力リチウム電池パック、
にも関する。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
上述したように、本発明は、電極端子が長方形の単電池の長辺に設けられるように構成され、そのため電極端子の幅が広がり、それにより高出力充電又は放電の際に電極端子の抵抗による発熱及び電位低下を低減させる高出力リチウム単電池及び高出力リチウム単電池を備えた高出力リチウム電池パックを提供する。それ故、電池の寿命が延長され、さらにエネルギー損失が低減される。
【００６４】
さらには、本発明は、電極端子が電極層に直接に連結されるように構成されており、それにより抵抗が低減し、及びそれにより発熱量が低減する高出力リチウム単電池及び高出力リチウム単電池を備えた高出力リチウム電池パックを提供する。それ故、従来の電池電極端子の近傍で起きる局部的な電気化学的反応が低減され、及びそのためそれぞれの電極層を均一に使用することができる。
【００６５】
さらには、本発明は、幅広の電極端子を使用するので、電極端子において発生した熱を短時間に外部へ放出し、及び電池の温度が低い場合には短時間内で適切な温度まで加熱され得る高出力リチウム単電池及び高出力リチウム単電池を備えた高出力リチウム電池パックを提供する。
【００６６】
本発明は、ガスケットが単電池の両面に積層されるように構成されていることにより、充電及び放電の際の体積膨張による電極端子及び包装材との接合部分における漏洩又は水分浸透が防止され、及び衝撃及び振動が吸収され、それにより耐久性及び寿命が向上され
た高出力リチウム単電池及び高出力リチウム単電池を備えた高出力リチウム電池パック提供する。
【００６７】
本発明は、ガスケットから外方に突出した負極端子及び正極端子が広い熱伝達面積を有するように構成されており、それにより、電池の最適な性能を確実にするために適切な温度を維持するのに必要とされる冷却及び加熱が非常に短時間内に制御され得る高出力リチウム単電池及び高出力リチウム単電池を備えた高出力リチウム電池パックを提供する。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
順番に積層された、少なくとも一つの長方形の負極板、分離膜、及び長方形の正極板；前記長方形の負極板の４辺のうち２長辺のどちらか一方から外部に伸びている負極端子；及び前記長方形の正極板の４辺のうち２長辺のどちらか一方から外部に伸びている正極端子を含む少なくとも一つの高出力リチウム単電池；
前記高出力リチウム単電池の両面にそれぞれ積層されている少なくとも２つのガスケット；及び
少なくとも最外郭のガスケットにそれぞれ積層されている一対の支持板
を含むことを特徴とする、高出力リチウム電池パック。
【請求項２】
前記支持板の各々は、熱放出のための導電性物質からなることを特徴とする、請求項１に記載の高出力リチウム電池パック。
【請求項３】
前記負極端子、前記正極端子及び前記支持板の間に設けられた空間を空気が流れることにより、前記高出力リチウム単電池の温度を維持することを特徴とする、請求項１に記載の高出力リチウム電池パック。
【請求項４】
前記高出力リチウム単電池は−２０℃ないし５０℃の温度範囲を維持することを特徴とする、請求項３に記載の高出力リチウム電池パック。
【請求項５】
前記高出力リチウム単電池は０℃ないし４０℃の温度範囲を維持することを特徴とする、請求項３に記載の高出力リチウム電池パック。
【請求項１】
順番に積層された、少なくとも一つの長方形の負極板、分離膜、及び長方形の正極板；前記長方形の負極板の４辺のうち２長辺のどちらか一方から外部に伸びている負極端子；及び前記長方形の正極板の４辺のうち２長辺のどちらか一方から外部に伸びている正極端子を含む少なくとも一つの高出力リチウム単電池；
前記高出力リチウム単電池の両面にそれぞれ積層されている少なくとも２つのガスケット；及び
少なくとも最外郭のガスケットにそれぞれ積層されている一対の支持板
を含むことを特徴とする、高出力リチウム電池パック。
【請求項２】
前記支持板の各々は、熱放出のための導電性物質からなることを特徴とする、請求項１に記載の高出力リチウム電池パック。
【請求項３】
前記負極端子、前記正極端子及び前記支持板の間に設けられた空間を空気が流れることにより、前記高出力リチウム単電池の温度を維持することを特徴とする、請求項１に記載の高出力リチウム電池パック。
【請求項４】
前記高出力リチウム単電池は−２０℃ないし５０℃の温度範囲を維持することを特徴とする、請求項３に記載の高出力リチウム電池パック。
【請求項５】
前記高出力リチウム単電池は０℃ないし４０℃の温度範囲を維持することを特徴とする、請求項３に記載の高出力リチウム電池パック。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１３−６５５６８（Ｐ２０１３−６５５６８Ａ）
【公開日】平成２５年４月１１日（２０１３．４．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−２５７９１９（Ｐ２０１２−２５７９１９）
【出願日】平成２４年１１月２６日（２０１２．１１．２６）
【分割の表示】特願２００７−５４８０７８（Ｐ２００７−５４８０７８）の分割
【原出願日】平成１７年１２月２２日（２００５．１２．２２）
【出願人】（５０７２６８３４１）エスケー イノベーション カンパニー リミテッド (57)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月１１日（２０１３．４．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年１１月２６日（２０１２．１１．２６）
【分割の表示】特願２００７−５４８０７８（Ｐ２００７−５４８０７８）の分割
【原出願日】平成１７年１２月２２日（２００５．１２．２２）
【出願人】（５０７２６８３４１）エスケー イノベーション カンパニー リミテッド (57)
【Ｆターム（参考）】
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