(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ａ）リチウムイオン電池のゼリーロール；
ｂ）電解液；および
ｃ）前記ゼリーロールおよび電解液を収容する角柱状容器の両端部のあいだに２段以上からなる１つ以上の陥没部を有する面を含む角柱状容器
よりなる角柱状リチウムイオン電池。
【請求項２】
前記角柱状容器の陥没部の段の高さの差がリチウムイオン電池の厚さの０．１〜３０％である請求項１記載の角柱状リチウムイオン電池。
【請求項３】
前記段の高さの差がリチウムイオン電池の厚さの０．５〜１０％である請求項２記載の角柱状リチウムイオン電池。
【請求項４】
前記角柱状容器の陥没部の段の数が３である請求項１記載の角柱状リチウムイオン電池。
【請求項５】
前記角柱状容器の陥没部の形状が、細長い切片状、円形状および正方形状からなる群から選択されたいずれかであり、この陥没部は、角柱状容器を型打ちまたは湾曲加工してなる請求項１記載の角柱状リチウムイオン電池。
【請求項６】
前記角柱状容器の陥没部の形状が正方形であり、この陥没部は、角柱状容器を型打ちまたは湾曲加工してなる請求項１記載の角柱状リチウムイオン電池。
【請求項７】
前記角柱状容器の材質が、ステンレス鋼、ニッケルメッキ鋼およびアルミニウム金属からなる群から選択された請求項１記載の角柱状リチウムイオン電池。 
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本願は、大韓民国特許庁に１９９８年１２月２４日付で出願された出願番号第９８−５８１７５号に基づくものであり、その出願の内容は、本明細書に引用参照される。
【０００２】
［発明の背景］
（ａ）発明の属する技術分野
本発明は角柱状のリチウムイオン電池に関し、より詳しくは、角柱状容器にリチウムイオン電池ゼリーロールを装着し、電解液を注入した角柱状リチウムイオン電池に関する。
【０００３】
（ｂ）従来の技術
従来の円筒形リチウムイオン電池が、より小さく薄い携帯用電子機器用に長方形に変わりつつあることに伴って、最近は携帯用電子機器に使用される電池がニッケル水素電池からリチウムイオン電池に変りつつある。
【０００４】
しかし、角柱状リチウムイオン電池は、円筒形リチウムイオン電池に比べて、電池容器自体だけでなく、それが使用される電子機器にも損傷を与えることとなる組立後の充放電サイクルの問題点がある。また、初期充放電のあいだに、これら角柱状電池は、ガスを発生して電池内部に圧力を生ずる。さらに、充放電を反復すると電極が膨脹し、電池の保護容器（can）の外面が変形し、膨脹量も大きくなり、電池の安全性も低下することとなる。
【０００５】
したがって、従来の角柱状容器は、充放電によりガス圧または電極膨脹を生ずることによる容器膨脹を抑制する方法が必要となる。
【０００６】
［発明の概要］
本発明の目的は、電池の内圧に耐え得る容器を使用することによって電池容器の安全性のみならず電池そのものの安全性を向上した角柱状リチウムイオン電池を提供することにある。このことは、容器表面の膨脹を抑制し、電極の膨脹および電池の内圧増加に基づく電池の容積変化を阻止するためになされる。
【０００７】
また、本発明の他の目的は連続的な充放電によるリチウムイオン電池のゼリーロールの膨脹および収縮によって生ずるゼリーロールの変形を緩和してリチウム金属がゼリーロールに均一で安定的に吸着および脱離することができるようにすることによって電池のサイクル寿命特性を向上させることにある。
【０００８】
［発明の詳細な説明］
以下の詳細な説明においては、本発明者が意図する本発明の最良の実施の形態を単に例示することによって、本発明の好ましい実施の形態のみを示し、かつ記載したにすぎないものである。本発明は様々の観点から変形することが可能であるが、それらはすべて本発明から離れるものでないことは、理解できるであろう。したがって、本記載は例示的なものであって限定的であると考えられるべきでない。
【０００９】
本発明は、角柱状リチウムイオン電池において、ゼリーロールを、陥没面を有する角柱状容器に装着し、電極膨脹および電池内圧上昇による電池の体積変化を抑制することによって、電池容器だけでなく、電池そのものの安全性を向上させた電池を提供する。
【００１０】
以下、本発明を詳細に説明する。
【００１１】
本発明は、角柱状リチウムイオン電池において、
ａ）リチウムイオン電池のゼリーロール；
ｂ）電解液；および
ｃ）前記ゼリーロールおよび電解液を収容する角柱状容器の両端部のあいだに１つ以上の陥没部を有する面を含む角柱状容器
よりなる角柱状リチウムイオン電池を提供する。
【００１２】
前記ｃ）の陥没部は両端部のあいだに１つ以上の段で形成され、段の高さの差は電池の厚さの０．１〜３０％であり、より好ましくは電池の厚さの０．５〜１０％である。
【００１３】
前記ｃ）の両端部のあいだに陥没部を有する面を含む角柱状容器は、金属板を、図５〜図１３に示した細長い切片状（strip shape）、円形状（round shape）、正方形状（square shape）および凹凸形状（uneven shape）よりなる群から選択された形状に型打ちまたは湾曲加工することによって、製造することができる。
【００１４】
前記角柱状容器の金属面の外面形状は、細長い切片状、円形状、正方形状および凹凸形状にのみ限定する必要はなく、電池内部から発生する圧力とゼリーロールの体積膨脹に耐えることができるいかなる形状の容器でも可能である。
【００１５】
前記ｃ）の角柱状容器の材質は、ステンレス鋼、ニッケルメッキ鋼およびアルミニウム合金鋼からなる群から選択される。
【００１６】
従来の角柱状容器の平らな面は電池の体積膨脹によって発生する垂直方向の力を支えきれずに面が曲がるようになる。これは、薄い金属板が、アルミニウム合金鋼、ステンレス鋼、ニッケルメッキ鋼などの材質からなるためである。しかし、本発明の陥没部を有する面を含む角柱状容器は、容器を形成する金属面が電池の内側方向に１つ以上の段を有し、その段は電池の内部体積膨脹による外部に向かった垂直方向の力に耐えて変形しないように加工した金属面で製造されるものである。また、装着されている電池の体積膨脹も抑制することができる。
【００１７】
また、本発明の陥没部を有する面を含む角柱状容器を使用すると、電池のゼリーロールの外側の大部分のアルミニウムホイール層は、容器内により一層しっかりと固定される。その結果、容器との接触が増大するので、電池の伝導度が向上して電池のインピーダンス値を低下させて、電池性能を向上させることができる。
【００１８】
また、陥没部を有する面を含む角柱状容器は、連続的な充放電によるリチウムイオン電池電極の膨脹収縮によってゼリーロールが変形されることを緩和して、電池のサイクル寿命特性を向上させる。したがって、リチウム金属がゼリーロールに均一で安定的に吸着および脱離することができる。
【００１９】
本発明を、以下の実施例および比較例によって、より具体的に説明する。これら実施例は、本発明を例示するためのものに過ぎず、本発明はこれらのみに限定されるものではない。
【００２０】
実施例
比較例
図２に示すように、変形していない平面のアルミニウム金属板で製作した幅３４ｍｍ、高さ４８ｍｍおよび厚さ１０ｍｍの角柱状容器に、リチウムコバルトオキサイドを活物質として使用した正極、カーボンを活物質として使用した負極およびオレフィン系電解質膜で分離して製造したゼリーロールを挿入し、エチレンカーボネート（ＥＣ）、ジエチレンカーボネート（ＤＥＣ）およびリチウム塩（ＬｉＰＦ6）の混合電解液を注入した。ついで、容器の端部と容器の蓋とのあいだの合わせ目をレーザー溶接して、角柱状リチウムイオン電池を製造した。
【００２１】
前記角柱状リチウムイオン電池３個について、充放電試験器で、充放電条件を１／２Ｃにして、それぞれ１回、５０回、１００回および１５０回充放電を実施した。そして、電池外形寸法を測定して表１に記載し、インピーダンスを測定してサイクル数あたりの放電容量を図１４に示した。
【００２２】
また、充放電試験後、ＵＬ−１６４２規格による衝撃試験を実施して電池の安全性を確認した。
【００２３】
衝撃試験は高さ６０ｃｍの位置から重量９ｋｇの重量物を電池の中央部に落下させることによって衝撃を加えて内部短絡を発生させる方法によって行なった。
【００２４】
その結果、電池のガスベント（vent）が自動的に１分以内に作動した。
【００２５】
実施例１
図５に示すように、０．１ｍｍ、０．１ｍｍおよび０．０５ｍｍの深さで３段階型打ち加工して変形したアルミニウム金属板で製造した陥没部を有する面を含む幅３４ｍｍ、高さ４８ｍｍおよび厚さ１０ｍｍの角柱状容器に、比較例と同様のゼリーロールを挿入した。ゼリーロールに電解液を注入したのち、容器の端部と容器の蓋とのあいだの合わせ目をレーザー溶接して、角柱状リチウムイオン電池を製造した。
【００２６】
比較例と同様に、製造した角柱状リチウムイオン電池３個を、充放電試験し、電池外形寸法を測定して表１に記載し、インピーダンスを測定してサイクル数あたりの放電容量を図１４に示した。
【００２７】
実施例１の電池の外形寸法の変化は、従来の容器を使用した比較例の角柱状リチウムイオン電池に比べて低く、サイクル数がさらに進行しても同一の様相を示した。
【００２８】
インピーダンス測定結果は、変形していない従来の容器を使用した比較例の角柱状リチウムイオン電池に比べて、実施例１の電池の電池抵抗が低くて、電気伝導度が優れていることを示した。
【００２９】
また、実施例１の電池のサイクル毎の放電容量は、従来の容器を使用した比較例の角柱状リチウムイオン電池に比べて、図１４に示すように、容量の減少が、さらに少ないことが分かった。
【００３０】
また、比較例で行なったのと同様な衝撃試験ののち、ガスベントの作動時間が、１分以上、遅延したかまたは作動しなかった。これは外部衝撃による内部短絡から発生するガス量が、比較例の従来の角柱状容器を使用した電池に比べて大きく減少することを意味すると思われる。
【００３１】
【表１】
0003652606.tif 000002
【００３２】
実施例２
図８に示すように、０．３ｍｍ深さの凹凸形状に型打ち加工して変形したアルミニウム金属板で製造した陥没部を有する面を含む幅３４ｍｍ、高さ４８ｍｍおよび厚さ１０ｍｍの角柱状容器に、比較例と同様にゼリーロールを挿入し、電解液を注入した。ついで、容器の端部と容器の蓋とのあいだの合わせ目をレーザー溶接して、角柱状リチウムイオン電池を製造した。
【００３３】
比較例と同様に、製造した角柱状リチウムイオン電池を充放電試験し、電池外形寸法を測定した。実施例２の電池は、従来の容器を使用した比較例の角柱状リチウムイオン電池に比べて、実施例１と同様に外形寸法変化が低く、サイクル数がさらに進行しても同一な様相を示した。
【００３４】
インピーダンス測定の結果は、実施例２の電池が、従来の角柱状容器を使用した比較例の角柱状リチウムイオン電池に比べて、電池抵抗が低く、電気伝導度が優れていることを示した。
【００３５】
また、比較例で行なったのと同様な衝撃試験ののち、ガスベントの作動時間が、１分以上、遅延したかまたは作動しなかった。これは外部衝撃による内部短絡から発生するガス発生量が比較例の従来の角柱状容器を使用した電池に比べて大きく減少することを意味する。
【００３６】
実施例３
図１１に示すように、０．３ｍｍ深さの細長い切片形状に型打ち加工して変形したアルミニウム金属板で製造した陥没部を有する面を含む幅３４ｍｍ、高さ４８ｍｍおよび厚さ１０ｍｍの角柱状容器に、比較例と同様にゼリーロールを挿入した。ついで、電解液を注入したのち、容器の端部と容器の蓋とのあいだの合わせ目をレーザー溶接して、角柱状リチウムイオン電池を製造した。
【００３７】
比較例におけるのと同様に製造した角柱状リチウムイオン電池を充放電試験し、電池外形寸法を測定した。実施例３の電池は、従来の角柱状容器を使用した比較例の角柱状リチウムイオン電池に比べて、実施例１と同様に外形の寸法変化が低く、サイクル数がさらに進行しても同一な様相を示した。
【００３８】
インピーダンス測定の結果は、実施例３の電池が、従来の角柱状容器を使用した比較例の角柱状リチウムイオン電池に比べて、電池抵抗が低く、電気伝導度が優れていることを示した。
【００３９】
また、比較例で行なったのと同様な衝撃試験ののち、ガスベントの作動時間が、１分以上、遅延したかまたは作動しなかった。これは外部衝撃による内部短絡から発生するガス発生量が、比較例の従来の角柱状容器を使用した電池に比べて、大きく減少することを意味すると思われる。
【００４０】
本発明の角柱状リチウムイオン電池は、電池の内圧および電極膨脹による電池の体積変化を抑制して電池自体だけでなく電池容器の安全性を改善する。これは陥没部を有する面を含む角柱状容器にゼリーロールを装着することによって達成される。
【００４１】
また、本発明の角柱状リチウムイオン電池は、連続的な充放電によるリチウムイオン電池のゼリーロールの膨脹収縮でゼリーロールが変形することを緩和してリチウム金属がゼリーロールに均一で安定的に吸着および脱離するようにして電池のサイクル寿命特性を向上させる。
【００４２】
本発明について、好ましい実施例を通じて詳しく説明したが、当業者はここに添付した特許請求の範囲に記載の本発明の範囲および精神を離れないで、本発明を多様に変形し、置換することができるであろう。
【００４３】
本明細書の一部として取り込まれ、かつ構成している添付の図面は、本発明の実施の形態を図示し、かつ、その記載をもって本発明の本質を説明するためのものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  比較例の従来の角柱状容器を使用したリチウムイオン電池の構造を示した概略図である。
【図２】  比較例の従来の角柱状容器の正面図である。
【図３】  図２のＡ−Ａ’線断面図である。
【図４】  図２のＢ−Ｂ’線断面図である。
【図５】  実施例１の角柱状容器の正面図である。
【図６】  図５のＣ−Ｃ’線断面図である。
【図７】  図５のＤ−Ｄ’線断面図である。
【図８】  実施例２の角柱状容器の正面図である。
【図９】  図８のＥ−Ｅ’線断面図である。
【図１０】  図８のＦ−Ｆ’線断面図である。
【図１１】  実施例３の角柱状容器の正面図である。
【図１２】  図１１のＧ−Ｇ’線断面図である。
【図１３】  図１１のＨ−Ｈ’線断面図である。
【図１４】  比較例の従来の角柱状容器を使用したリチウムイオン電池と本発明の実施例１の角柱状容器を使用したリチウムイオン電池の充放電サイクルによる放電容量を示すグラフである。
【符号の説明】
１  角柱状容器の蓋
２  正極端子
３  ゼリーロール
４  角柱状容器
【図１】
0003652606.tif 000003
【図２】
0003652606.tif 000004
【図３】
0003652606.tif 000005
【図４】
0003652606.tif 000006
【図５】
0003652606.tif 000007
【図６】
0003652606.tif 000008
【図７】
0003652606.tif 000009
【図８】
0003652606.tif 000010
【図９】
0003652606.tif 000011
【図１０】
0003652606.tif 000012
【図１１】
0003652606.tif 000013
【図１２】
0003652606.tif 000014
【図１３】
0003652606.tif 000015
【図１４】
0003652606.tif 000016