(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気化学セルの製造方法であって、
（ａ）電極タブを備えてなるスタック型又はスタック／折り畳み型電極組立体を準備し、  前記電極タブが、電極リードと前記電極タブとの離隔距離に比例して順次増加してなる、それぞれ異なる突出長を有してなり、
（ｂ）前記電極タブを前記電極リードに溶接し、前記電極タブと、前記電極リードとの結合部での各電極タブの長さを同一とし、
（ｃ）電池ケースに前記電極組立体を内蔵することを含んでなり、
前記電極リードが、前記電極タブが積層される方向において、最下段に位置する電極タブの下側面の端部に、配置されてなることを特徴とする、電気化学セルの製造方法。
【請求項２】
前記電極リードが、直線形態に形成されてなる、請求項１に記載の製造方法。
【請求項３】
前記電極リードが、金属プレートで形成されてなる、請求項１に記載の製造方法。
【請求項４】
前記金属プレートが、アルミニウムプレート、銅プレート、ニッケルプレート、ニッケルコートの銅プレート、及びＳＵＳプレートのいずれかである、請求項３に記載の製造方法。
【請求項５】
前記電池ケースが、金属層及び樹脂層を含むラミネートシートで形成されてなる、請求項１に記載の製造方法。
【請求項６】
前記電気化学セルが、二次電池又はキャパシタである、請求項１に記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の分野】
【０００１】
本発明は、結合部で電極タブの大きさが同一の電極組立体に関し、より詳細には、正極／分離膜／負極構造のスタック型またはスタック／折り畳み型電極組立体において、電極組立体を構成するそれぞれの電極板には、活物質の塗布されていないタブ（電極タブ）が突出しており、これら電極タブが積層している一側端部には、電極タブを電気的に連結するための電極リードが配置されており、これら電極タブの突出長は、電極リードからの離隔距離に比例して順次増加するように配列され、電極タブ−電極リード結合部での電極タブの長さが同一である、電極組立体及びその電極組立体を有する電気化学セルに関する。
【背景技術】
【０００２】
モバイル機器に対する技術開発と需要が増加するに伴い、エネルギー源としての電池の需要も急増しつつあり、これに伴う種々の要求に応えうる電池への多くの研究が行われてきている。
【０００３】
例えば、電池の形状面では、厚さの薄い、携帯電話などのような製品に適用可能な角形二次電池とパウチ形二次電池への需要が多く、材料面では、高いエネルギー密度、放電電圧及び出力安全性を有するリチウムイオン電池、リチウムイオンポリマー電池などのようなリチウム二次電池への需要が多い。
【０００４】
また、二次電池は、正極／分離膜／負極構造の電極組立体の構造によっても分類でき、例えば、長いシート型の正極と負極を分離膜が介在された状態で巻き取った構造のジェリーロール（巻き取り型）電極組立体、所定の大きさの単位に切り取った複数の正極と負極とを分離膜を介在した状態で順次に積層したスタック型（積層型）電極組立体、所定単位の正極と負極とを分離膜を介在した状態で積層したバイセル（Bi-cell）またはフールセル（Full cell）を巻き取った構造のスタック／折り畳み型電極組立体などに分類可能である。
【０００５】
図１は、従来の代表的なスタック型電極組立体の一般の構造を模式的に示す側面図である。
図１を参照すると、スタック型電極組立体１０は、正極集電体２１の両面に正極活物質２２が塗布されてなる正極２０と、負極集電体３１の両面に負極活物質３２が塗布されてなる負極３０とが、分離膜７０を介在した状態で順次に積層されて構成される。
【０００６】
正極集電体２１及び負極集電体３１の一側端部には、電池（図示せず）の電極端子を構成する正極リード６０及び負極リード（図示せず）にそれぞれ電気的に接続されるために、活物質の塗布されていない複数の正極タブ４１及び負極タブ５１が突出している。ここで、正極タブ４１と負極タブ５１は、密集した形態で結合されて正極リード６０と負極リードにそれぞれ連結される。この構造は、正極タブと正極リードとの結合部を部分的に拡大して模式的に示す図２からより容易に確認できる。図２では、説明の便宜のために正極タブと正極リードとの結合構造のみを示すが、このような構造は、負極タブと負極リードとの結合部でも同様に適用される。
【０００７】
図２を参照すると、正極タブ群４０は、矢印方向に密着して正極リード６０に連結される。すなわち、正極タブ群４０は、最短折り曲げ長さで結合すべく、最下段の正極タブ４２に隣接する正極リード６０に密着される。したがって、正極リード６０を基準に、近距離に位置する最下段の正極タブ４２と遠距離に位置する最上段の正極タブ４１は、正極リード６０との距離差によって正極タブ群４０の結合部Ａで長さ差を有する。このような長さ差は、負極タブと負極リードとの結合部でも同様に発生する。
【０００８】
このような構造の電極組立体は、電極タブ−電極リードの結合部で各タブが電極リードに接触する面積が異なるため、余計に大きい電極リードを使用しなければならないという不具合があった。これは、電極リードに比べて厚さの極めて薄い電極タブを固定するには、接触面積の最も大きい電極タブを基準に電極リードの大きさが決定されるためである。なお、このような構造の電極組立体は、構造的に安定性に劣るという欠点もあった。
【０００９】
そこで、上記の問題点を解決するために、電極タブを一方向に密着して結合させた後にカッターなどで均一に切断する技術が採用されたが、この技術は、切断工程の追加、切断による電極タブの端部でのバリ（burr）の発生といったさらなる問題があった。
一方、結合部での電極タブの長さ差を低減すべく、電極リードの端部を所定の角度に変形し、近距離の電極タブを大きい度合に折り曲げ、遠距離の電極タブを小さい度合に折り曲げる構造も提案されたことがある。しかしながら、このような構造では、上記のような折り曲げによって電極タブ−電極リード結合部の大きさが増加するため、外部衝撃によって電極組立体が移動しつつ短絡が発生する可能性が高い。特に、中大型電池セルでは、電極リードの厚さが小型電池セルの約２倍もするため変形し難く、よって、この構造の適用はより困難となる。
【００１０】
したがって、電極タブの折り曲げを最小限にしながらも結合部で電極タブの長さを同一にできる改善した構造の電極組立体が切実に要求されている実情である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、上記の従来技術の問題点を解決するためのもので、その目的は、電極タブの折り曲げを最小化しながら、電極タブ−電極リードの結合部で電極タブの長さを同一にできる電極組立体を提供することにある。
【００１２】
本発明の他の目的は、小さい電極リードを使用しながらも、電極タブ−電極リード間の結合を安定的にすることができる電極組立体を提供することにある。
【００１３】
本発明のさらに他の目的は、上記の電極組立体を有する電気化学セルを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するための本発明に係る電極組立体は、正極／分離膜／負極構造のスタック型またはスタック／折り畳み型電極組立体であって、電極組立体を構成するそれぞれの電極板には、活物質の塗布されていないタブ（電極タブ）が突出しており、前記電極タブが積層している一側端部には、電極タブを電気的に連結するための電極リードが配置されており、前記電極タブの突出長は、電極リードからの離隔距離に比例して順次増加するように配列されている。したがって、この電極組立体では、電極タブ−電極リード結合部での各電極タブの長さを同一にすることができる。
本願発明の態様は、（１）正極／分離膜／負極構造のスタック型またはスタック／折り畳み型電極組立体であって、電極組立体を構成するそれぞれの電極板には、活物質の塗布されていないタブ（電極タブ）が突出しており、前記電極タブが積層している一側端部には、電極タブを電気的に連結するための電極リードが配置されており、前記電極タブの突出長は、電極リードからの離隔距離に比例して順次増加するように配列され、電極タブ−電極リード結合部での各電極タブの長さが同一であることを特徴とする、電極組立体及びその製造方法である。
（２）前記電極リードは金属プレートである、（１）に記載の電極組立体である。（３）前記金属プレートは、アルミニウムプレート、銅プレート、ニッケルプレート、ニッケルコートの銅プレート、及びＳＵＳプレートのいずれかである、（２）に記載の電極組立体である。（４）前記電極リードは、垂直断面上、直線の形態を有し、溶接によって電極タブと結合される、（１）に記載の電極組立体である。（５）  （１）乃至（４）のいずれか一項に記載の電極組立体を有する、電気化学セルである。（６）前記電気化学セルは、二次電池またはキャパシタである、（５）に記載の電気化学セルである。（７）前記二次電池は、金属層及び樹脂層を含むラミネートシートからなる電池ケースに、前記電極組立体が密封状態で内蔵されてなる、（６）に記載の電気化学セルである。（８）前記二次電池は、高出力大容量の電池パックに使用される単位電池である、（７）に記載の電気化学セルである。
【００１５】
本発明において、前記電極リードは、特に限定されるものではなく、電極タブを電気的に接続可能な素材ならいずれも使用でき、好ましくは、金属プレートを使用すると良い。この金属プレートの例には、アルミニウムプレート、銅プレート、ニッケルプレート、ニッケルコートの銅プレート、及びＳＵＳプレートなどがある。
【００１６】
また、前記電極リードは、特に制限されず、電極タブと容易に連結される構造ならいずれも採用でき、例えば、垂直断面上、直線の形態を持つ構造とすれば良い。このような電極リードは、種々の方式で電極タブに連結されることができ、好ましくは、溶接でより安定的に連結されることができる。溶接の例には、超音波溶接、レーザー溶接、及び抵抗溶接などが挙げられる。
【００１７】
本発明で、前記電極リードが好ましく位置しうる一側端部は、前記電極タブの積層方向において最上段に位置する電極タブ（最上段の電極タブ）の上側面の端部、または最下段に位置する電極タブ（最下段の電極タブ）の下側面の端部を意味する。したがって、前記電極リードが位置する一側端部によって、前記各電極タブの突出長が増加する方向が異なってくる。例えば、前記電極リードが最上段の電極タブの上側面端部に位置する場合は、前記電極タブの突出長は、最上段の電極タブから最下段の電極タブへ行くほど増加することが好ましい。
【００１８】
さらに、本発明は、上記の電極組立体を有する電気化学セルを提供する。
【００１９】
前記電気化学セルは、電気化学反応を通じて電気を提供するもので、例えば、電気化学二次電池または電気化学キャパシタであり、特に、リチウム二次電池で好適に適用されることができる。
【００２０】
前記二次電池は、充放電が可能な電極組立体が内蔵されてなる二次電池で、好ましくは、金属層及び樹脂層を含むラミネートシートからなる電池ケースに、電極組立体が密封状態に内蔵されている構造でありうる。このような構造の二次電池を、パウチ形二次電池とも呼ぶ。
【００２１】
また、このような二次電池は、好ましくは、単位電池として複数個組み合わせられて、高出力大容量の電池パックの製造に用いられても良い。
【発明の効果】
【００２２】
本発明に係る電極組立体によれば、各電極タブの折り曲げを最小化しながら、電極タブ−電極リードの結合部で電極タブの長さを同一にできるため、小さい電極リードを使用しながらも、電極タブ−電極リード間結合を安定的にすることが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の好適な実施形態について、添付の図面を参照しつつ詳細に説明する。ただし、下記の内容は、本発明のより容易な理解を助けるためのもので、本発明の範ちゅうを限定するためのものではない。
【００２４】
図３は、本発明の一実施形態によるスタック型電極組立体の構造を模式的に示す側面図である。図３の電極組立体は、従来の電極組立体と略同様に構成されるため、重複する構成についての説明は省略するものとする。なお、図３には、説明の便宜上、突出している電極タブのうち、正極タブのみを示すが、このような構造は負極タブにも同一に適用されることは言うもでもない。
【００２５】
図３を参照すると、電極組立体１００は、突出長さがそれぞれ異なる正極タブ群３００を有する正極板群２００を備え、それぞれの正極タブは、正極集電体２１０から、正極活物質２２０の塗布されていない状態で突出している。
【００２６】
正極板群２００は、突出長の最も小さい正極タブ３０２を有する正極板２０２を最下段に配置し、突出長の最も大きい正極タブ３０１を有する正極板２０１を最上段に配置し、最下段から最上段へ行くにつれて正極タブ群３００の突出長が順次増加する構造に積層構成されている。ここで、正極タブ群３００と結合する正極リード４００は、最下段に位置する正極板２０２から突出した正極タブ３０２の下面に隣接するように配置される。したがって、正極タブ群３００は、最短の折り曲げ長さで結合するために、正極リード４００の位置している方向に密着して結合される。このような結合構造は、正極タブ群と正極リードの結合部を部分的に拡大して模式的に示す図４から、より容易に確認できる。
【００２７】
図４を参照すると、正極タブ群３００は矢印方向に密着して正極リード４００に結合される。ここで、最下段に位置する正極タブ３０２はほとんど折り曲げられず、最上段に位置する正極タブ３０１へ行くほど折り曲げ度合が大きくなる。したがって、相異なる突出長を持つ各正極タブは、上記のような折り曲げ度合の差によって、結合部Ｂでいずれも同じ結合長または突出長Ｌ３を有することになる。
【００２８】
この突出長Ｌ３は、ほとんど折り曲げられない最下段の正極タブ３０２の長さに相応するので、図１のように、結合部Ａで最も長い長さで存在する最下段の正極タブ４２によって決定された突出長Ｌ１よりも非常に小さくなる。これにより、正極タブ群３００の突出長Ｌ３に応じて決定される正極リード４００の長さＬ４もまた、図１におけるそれの長さＬ２よりも小さくなる。
【００２９】
一方、正極タブ群３００は、ほとんど折り曲げられない最下段の正極タブ３０２を基準に折り曲げられるため、最短の折り曲げ長Ｌ５を持つことができる。
【実施例】
【００３０】
以下、実施例に挙げて本発明をより詳細に説明する。ただし、下記の実施例は、本発明を例示するためのもので、本発明の範ちゅうを限定するためのものではない。
【００３１】
実施例１
アルミニウム箔と銅箔の両面に、含リチウム正極活物質と含黒鉛負極活物質をそれぞれ塗布した後、アルミニウム箔と銅箔を、活物質の塗布されていないタブ部分が順次増加する長さを有するように切断し、分離膜を挟んで図３のような構造に積層した。その後、アルミニウム箔と銅箔の積層方向に、タブ部分を図４のように密着して電極リードにそれぞれ結合させることで、電極組立体を製造した。
【００３２】
比較例１
アルミニウム箔と銅箔を、活物質の塗布されていないタブ部分が同じ長さを持つように切断した以外は、上記実施例１と同様にして電極組立体を製造した。
【００３３】
実施例１及び比較例１においてそれぞれ製造された電極組立体のタブ端部を、顕微鏡で観察し表面状態などを確認した。その結果、電極タブ部分を同じ長さに切断した比較例１の電極組立体では、切断端部でバリ（burr）が観察された。上にも述べたように、バリは、電池の組立過程または使用中に、対応する電池ケースの部位を損傷させ、短絡または電解液の漏れなどを招く恐れがある。
【００３４】
以上の内容に基づいて本発明の範ちゅう内で種々の応用及び変形が可能であることは、本発明の属する技術分野における通常の知識を持つ者にとっては明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】従来のスタック型電極組立体の一般の構造に示す模式図である。
【図２】図１の電極組立体において、正極タブが密集した形態で結合されて正極リードに連結されている部分を示す拡大図である。
【図３】本発明の一実施例によるスタック型電極組立体の構造を示す模式図である。
【図４】図１の電極組立体において、正極タブが密集した形態で結合されて正極リードに連結されている部分を示す拡大図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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