(57)【要約】リチウム二次電池は、一側面から突出した少なくとも一つのタブを備えた電極組立体、前記タブの先端部を除いた部分及び前記電極組立体を取り囲んで密封する外装材、及び前記外装材及びタブが接触する部分に介在されて接着性を高める高分子フィルムを含む。前記タブが所定の厚さ以上に形成される場合、前記タブの断面は、上下面のいずれか一面とこれに隣接した側面が成す内角が鈍角になるように形成され、さらに、前記高分子フィルムがその内側面に凸部を形成することにより、前記タブと前記高分子フィルム間の接合性を向上させる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一側面から突出した少なくとも一つのタブを備えた電極組立体、前記タブの先端部を除いた部分及び前記電極組立体を取り囲んで密封する外装材、及び前記外装材及びタブが接触する部分に介在されて接着性を高める高分子フィルムを含むリチウム二次電池であって、
前記タブが所定の厚さ以上に形成される場合、前記タブの断面は、上下面のいずれか一面とこれに隣接した側面が成す内角が鈍角になるように形成されることにより、前記タブと前記高分子フィルム間の接合性を向上させたことを特徴とするリチウム二次電池。
【請求項２】
前記所定の厚さは、およそ２００μｍ以上であることを特徴とする請求項１に記載のリチウム二次電池。
【請求項３】
前記タブの断面は、前記断面の垂直軸線に関して左右対称であることを特徴とする請求項２に記載のリチウム二次電池。
【請求項４】
前記タブの断面は、前記タブの断面の中心に関して回転対称であることを特徴とする請求項２に記載のリチウム二次電池。
【請求項５】
前記タブの断面は、前記タブの断面の水平軸線に関して上下対称であることを特徴とする請求項２に記載のリチウム二次電池。
【請求項６】
前記タブの断面は、対応する上下面を連結する円弧形の側面を備えることを特徴とする請求項２に記載のリチウム二次電池。
【請求項７】
一側面から突出した少なくとも一つのタブを備えた電極組立体、前記タブの先端部を除いた部分及び前記電極組立体を取り囲んで密封する外装材、及び前記外装材及びタブが接触する部分に介在されて接着性を高め、前記タブの上下面を取り囲む一対の高分子フィルムを含むリチウム二次電池であって、
前記タブが所定の厚さ以上に形成される場合、前記一対の高分子フィルムは、その対向面に、それぞれ前記タブの幅より広い間隔で配置される突部が形成されることにより、前記タブと前記一対の高分子フィルムの接合性を向上させることを特徴とするリチウム二次電池。
【請求項８】
前記所定の厚さは、およそ２００μｍ以上であることを特徴とする請求項７に記載のリチウム二次電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リチウム二次電池に係り、より詳しくは厚肉のタブを使用する場合、タブの周囲で密封性能の低下が発生することを防止する構造のリチウム二次電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
通常、充電ができない一次電池とは異なり、充電可能である二次電池は、デジタルカメラ、セルラーフォン、ノート型パソコン、ハイブリッド自動車などの先端分野の開発につれて、活発な研究が進んでいる。二次電池としては、ニッケル−カドミウム電池、ニッケル−メタルハイドライド電池、ニッケル−水素電池、リチウム二次電池などを挙げることができる。このうち、リチウム二次電池は、作動電圧が３．６Ｖ以上であり、携帯用電子機器の電源として使用されるか、または複数個を直列で連結して高出力のハイブリッド自動車に使用される。リチウム二次電池は、ニッケル−カドミウム電池またはニッケル−メタルハイドライド電池に比べ、作動電圧が３倍高く、単位重量当たりエネルギー密度の特性にも優れ、世界中で広く使用されている。
【０００３】
図１は一般的なリチウム二次電池の一例を示す斜視図である。図１を参照してリチウム二次電池の一般的な構造を説明すれば、次のようである。
【０００４】
図１のリチウム二次電池１０は、ポーチ（pouch）型リチウム二次電池であって、電極組立体（電池本体ともいう。）２０の一側面に金属性タブ３０が突出し、電極組立体２０及びタブ３０の一部がポーチと呼ばれる外装材５０で取り囲まれて密封される構造を特徴とする。外装材５０は、電極組立体を収容する空間を有する下部５２とそれに対応する上部５４とから構成され、タブ３０の先端部が露出した状態で、電極組立体２０及びタブの残り部分を囲んで密封する。さらに、タブと外装材との間には高分子フィルム４０が介在されることにより、タブと外装材を接着して密封する。
【０００５】
このような構造のリチウム二次電池において、外装材の密封は、非常に重要な要素である。リチウム二次電池に外部から水分などの異物が浸透すれば、電極組立体、タブ、外装材の腐食を促進するか、あるいは正極／負極の活物質にも損傷を及ぼすなど、性能低下をもたらす。一般に、タブ３０の厚さは、主に５０〜２００μｍに形成され、この場合、水分浸透または電解液漏洩などは観察されなかった。
一方、このようなリチウム二次電池において、電池の出力が大きくなるに従って、タブの抵抗及び発熱量が増加する。これは次の数式によって確認可能である。
【０００６】
（数式１）
Ｒ＝ｒ＊ｌ／ｓ
Ｑ＝ｉ2＊Ｒ
ここで、Ｒはタブ３０の抵抗、ｒは比抵抗、ｌはタブ３０の長さ、ｓはタブ３０の断面積、Ｑはタブ３０の発熱量、ｉは電流である。
【０００７】
したがって、電池の出力を増加させながらもタブ３０の発熱量を減らすために、タブ３０の断面積を増やす方案が考慮されたが、これはタブ３０の厚さ増加をもたらし、結果として外装材５０とタブ３０間の密封性低下という問題を引き起こすことになった。
【０００８】
図２は従来例によるタブ３０'と高分子フィルム４０の結合状態を示す斜視図、図３は図２のII−II線についての断面図である。
【０００９】
図２、図３に示すように、タブ３０'の厚さｄが所定の値、例えば２００μｍ以上に大きくなる場合、タブ３０'を取り囲む高分子フィルム４０がタブ３０'の側面と密着することができなくて、ギャップＡを生成させることができ、結果として、外装材５０とタブ３０'が確かに密封できなくなり、このギャップＡを通じて外部から水分が浸透するか、あるいは内部から電解液などが漏洩する問題をもたらすことがある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
したがって、本発明は、上記のような従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、タブの発熱量を減少させるために、タブの厚さを増加させた構造のリチウム二次電池を提供することである。
【００１１】
本発明の他の目的は、タブの厚さを増加させる場合にも、タブの周辺部の密封性能を維持することができる構造のリチウム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】
【００１２】
このような目的を達成するために、本発明の一面によれば、一側面から突出した少なくとも一つのタブを備えた電極組立体、前記タブの先端部を除いた部分及び前記電極組立体を取り囲んで密封する外装材、及び前記外装材及びタブが接触する部分に介在されて接着性を高める高分子フィルムを含むリチウム二次電池であって、前記タブが所定の厚さ以上に形成される場合、前記タブの断面は、上下面のいずれか一面とこれに隣接した側面が成す内角が鈍角になるように形成されることにより、前記タブと前記高分子フィルム間の接合性を向上させたリチウム二次電池が提供される。
【００１３】
本発明の他の面によれば、前記所定の厚さは、およそ２００μｍ以上である。
本発明の他の面によれば、前記タブの断面は、この断面の垂直軸線に関して左右対称、前記タブの断面の中心に関して回転対称、または前記タブの断面の水平軸線に関して上下対称である。
本発明の他の面によれば、前記タブの断面は、対応する上下面を連結する円弧形の側面を備える。
【００１４】
本発明のさらに他の面によれば、一側面から突出した少なくとも一つのタブを備えた電極組立体、前記タブの先端部を除いた部分及び前記電極組立体を取り囲んで密封する外装材、及び前記外装材及びタブが接触する部分に介在されて接着性を高め、前記タブの上下面を取り囲む一対の高分子フィルムを含むリチウム二次電池であって、前記タブが所定の厚さ以上に形成される場合、前記一対の高分子フィルムは、その対向面に、それぞれ前記タブの幅より広い間隔で形成される突部が形成されることにより、前記タブと前記一対の高分子フィルムの接合性を向上させるリチウム二次電池が提供される。
本発明のさらに他の面によれば、前記所定の厚さは、およそ２００μｍ以上である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、添付図面に基づき、本発明の好ましい実施形態を説明する。
可能な限り、図面及び詳細な説明の全般にわたり、同一符号は同一部分を指すのに用いる。
【００１６】
図４は本発明の第１実施形態によるタブと高分子フィルムの結合状態を示す斜視図、図５は図４のIII−III線に沿ってみた断面図である。
【００１７】
図４及び図５を参照すれば、本発明のリチウム二次電池は、タブ３２の厚さｄが約２００μｍ以上に厚くなって発熱量を減らすとともに、リチウム二次電池が断面平行四辺形のタブを備えたことを特徴とする。これによって、タブ３２と高分子フィルム４０が密着して接着され、結果として、外装材５０とタブ３２が密着することにより、密封性能が改善された構造を有する。すなわち、タブの断面を基準として見れば、対角線方向に対向する、上下面と側面が成す内角θが鈍角を形成し、タブ断面の中心に関して回転対称の構造を成す。
【００１８】
より具体的に説明すれば、本発明のリチウム二次電池は、タブ３２の発熱量を減らすために、タブ３２の厚さがおよそ２００μｍ〜５００μｍの範囲に形成され、タブの断面が平行四辺形に形成されることにより、タブ３２と高分子フィルム４０間の密着性を向上させることができる。結果として、高分子フィルム４０の外側に接着される外装材５０とタブ３２の接合性が向上する。しかし、高分子フィルム４０の左右高さがタブ３２の厚さｄの分だけの差があるので、リチウム二次電池において、熱圧着のような接合工程で変形または漏洩が生じる。それにもかかわらず、本発明によるリチウム二次電池は、タブ３２と高分子フィルム４０を密着させるという点で、従来のギャップＡ（図２参照）が形成されることを防止できる。
【００１９】
参考のため、外装材５０は、ヒートシール層、バリアー層及び基材層の積層体から構成される。特に、ヒートシール層は、ポリオレフィン樹脂を使用し、金属性タブとの接合のために、熱接着の可能な高分子フィルムを使用することが一般的である。また、高分子フィルムは、ポリオレフィン層／接着性ＴＰＸ層／酸変性型ポリオレフィン層から構成することができ、ポリオレフィン層は外装材のヒートシール層の側面に、かつ酸変性型ポリオレフィン層は金属性タブの側面に向かって配置されることにより、外装材５０とタブ３２の接合に役立つ。
【００２０】
また、本発明が適用されるリチウム二次電池１０（図１参照）として、直方体状の電極組立体を取り囲む形態の外装材５０を開示しているが、これは実施形態として提供したものである。したがって、当業者であれば、形態及び大きさにかかわらず、外装材から金属性タブが突出するすべての構造のリチウム二次電池に本発明の特徴が適用できることが分かる。
【００２１】
次に、図６は、本発明の第１実施形態の第１変形例によるタブと高分子フィルムの結合状態を示す斜視図、図７は図６のIV−IV線についての断面図である。
【００２２】
図６及び図７を参照すれば、本発明のリチウム二次電池は、タブ３４の厚さｄが約２００μｍ以上に厚くなって発熱量を減らすとともに、リチウム二次電池が断面台形のタブ３４を備えたことを特徴とする。これによって、タブ３４と高分子フィルム４０が密着して接着され、結果として、外装材５０とタブ３４が密着することにより、密封性能が改善された構造を有する。すなわち、タブ３４の断面を基準として見れば、上面の両側で上面と側面が成す内角θが鈍角を形成するとともに、タブ断面の垂直軸線に関して左右対称の構造を成す。また、図４では、上面が下面より短い形状の断面台形を開示しているが、これとは異なり、上面が下面より長い形状の断面台形を形成することもできるという点は明らかである。
【００２３】
より具体的に説明すれば、本発明のリチウム二次電池は、タブ３４の断面が台形に形成されることにより、タブ３４と高分子フィルム４０間の密着性を向上させることができ、結果として、高分子フィルム４０の外側に接着される外装材５０とタブ３４の接合性が向上することができる。しかし、タブ３４の上下面の長さが違うので、タブ３４に付着される高分子フィルム４０の消耗量が変わり、これによって、高分子フィルム４０の加工に困難が発生することもできる。それにもかかわらず、本発明によるリチウム二次電池は、タブ３４と高分子フィルム４０を密着させることにより、従来のギャップＡ（図２参照）が形成されることを防止することができる。
【００２４】
次に、図８は本発明の第１実施形態の第２変形例によるタブと高分子フィルムの結合状態を示す斜視図、図９は図８のV−V線についての断面図である。
【００２５】
図８及び図９を参照すれば、本発明のリチウム二次電池は、タブ３６の厚さｄが約２００μｍ以上に厚くなって発熱量を減らすとともに、リチウム二次電池が長く伸びた断面六角形のタブ３６を備えたことを特徴とし、これによって、タブ３６と高分子フィルム４０が密着して接着され、結果として、外装材５０とタブ３６が密着することにより、密封性能が改善された構造を有する。すなわち、タブの断面を基準として見れば、上下面とこれに隣接した側面が成す四つの内角θがいずれも鈍角を形成する。また、タブ断面の垂直軸線に関して左右対称の構造を、水平軸線に関して上下対称の構造を、断面中心に関して回転対称の構造を成す。
【００２６】
より具体的に説明すれば、本発明のリチウム二次電池は、タブ３６の断面が長く伸びた六角形に形成されることにより、タブ３６と高分子フィルム４０間の密着性を向上させることができ、結果として、高分子フィルム４０の外側に接着される外装材５０とタブ３６の接合性が向上できる。特に、前述した実施形態とは異なり、高分子フィルム４０の左右高さが同一であるとともに、タブ３６の上下面に付着される高分子フィルム４０の消耗量が同一になるので、最適化が可能である。さらに、本発明によるリチウム二次電池は、タブ３６と高分子フィルム４０を密着させることにより、従来のギャップＡ（図２参照）が形成されることを防止できる。
【００２７】
次に、図１０は本発明の第１実施形態の第３変形例によるタブと高分子フィルムの結合状態を示す斜視図、図１１は図１０のVI−VI線についての断面図である。
【００２８】
図１０及び図１１を参照すれば、本発明のリチウム二次電池は、タブ３８の両側面がふくらんでいる円弧形に形成された点を特徴とし、これによって、タブ３８と高分子フィルム４０が密着して接着され、結果として、外装材５０とタブ３８が密着することにより、密封性能が改善された構造を有する。すなわち、タブ３８の断面において、両側面がふくらんでいる円弧を形成することにより、従来の垂直した側面に比べ、タブ３８と高分子フィルム４０を密着させることができる。
【００２９】
次に、図１２は本発明の第２実施形態によるタブと高分子フィルムの結合状態を示す斜視図、図１３はタブと高分子フィルムの分解図、図１４は図１２のVII−VII線についての断面図である。
【００３０】
図１２〜図１４によれば、本発明のリチウム二次電池は、タブ３０'の厚さｄが約２００μｍ以上に厚くなって発熱量を減らすとともに、高分子フィルム４２にタブの幅より広い間隔で形成された突部４４ａ及び４４ｂを互いに対向するように形成したことを特徴とする。これによって、タブ３０'と高分子フィルム４２が密着して接着され、結果として、外装材５０とタブ３０'が密着することにより、密封性能が改善された構造を有する。すなわち、上部フィルム４２ａと下部フィルム４２ｂがタブ３０'を介して互いに接着されるとき、向かい合う面上に形成された突部４４ａ、４４ｂが互いに接触して結合することにより、ギャップＡ（図２参照）に対応する領域４４が満たされて密封される構造である。
【００３１】
より具体的に説明すれば、本発明のリチウム二次電池は、所定の厚さ、例えば約２００μｍ以上の厚さを有するタブ３０'に対し、タブ３０'の幅より広い間隔で突部４４ａ、４４ｂが形成された上部／下部フィルム４２ａ、４２ｂでなる一対の高分子フィルム４２を提供することにより、タブ３０'と高分子フィルム４２間の密着性を向上させることができ、結果として、高分子フィルム４２の外側に接着される外装材５０とタブ３０'の接合性が向上することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
以上説明したように、本発明は、タブの発熱量を減らすために、約２００μｍ以上の厚さのタブを備えたリチウム二次電池に関するものである。このリチウム二次電池は、タブと外装材（高分子フィルム）との間にギャップが生じることを防止するために、タブの断面を、例えば、台形、平行四辺形または円弧形などに形成することにより、タブと高分子フィルムの接合性を向上させることができる。さらに、タブと外装材高分子フィルムを密着させるために、一対の高分子フィルムの内側に所定の突部を形成することにより、タブと高分子フィルム間の接合性を向上させることができる。
【００３３】
したがって、本発明によるリチウム二次電池は、タブの断面形状を変化させるかまたはタブに付着される高分子フィルムに突部を形成することにより、タブの厚さが厚くなる場合にも、タブと高分子フィルム（すなわち、タブと外装材）間の密封性能を向上させ、それによって、リチウム二次電池の外部から水分などの異物が浸透するか、あるいは電池内部から電解液などが漏洩することを防止することができる。
【００３４】
以上、本発明の好ましい実施形態を例示の目的で説明したが、当業者であれば、添付する特許請求の範囲に開示する本発明の範囲及び精神から逸脱することなしに、多様な修正、付加及び代替が可能であるのが明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】図１は、リチウム二次電池を示す斜視図である。
【図２】図２は、従来例によるタブと高分子フィルムの結合状態を示す斜視図である。
【図３】図３は、図２のII−II線についての断面図である。
【図４】図４は、本発明の第１実施形態によるタブと高分子フィルムの結合状態を示す斜視図である。
【図５】図５は、図４のIII−III線についての断面図である。
【図６】図６は、本発明の第１実施形態の第１変形例によるタブと高分子フィルムの結合状態を示す斜視図である。
【図７】図７は、図６のIV−IV線についての断面図である。
【図８】図８は、本発明の第１実施形態の第２変形例によるタブと高分子フィルムの結合状態を示す斜視図である。
【図９】図９は、図８のV−V線についての断面図である。
【図１０】図１０は、本発明の第１実施形態の第３変形例によるタブと高分子フィルムの結合状態を示す斜視図である。
【図１１】図１１は、図１０のVI−VI線についての断面図である。
【図１２】図１２は、本発明の第２実施形態によるタブと高分子フィルムの結合状態を示す斜視図である。
【図１３】図１３は、図１２のVII−VII線についての断面図である。
【図１４】図１４は、図１２のVII−VII線についての断面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
2008541373.tif 000013
【図１２】
2008541373.tif 000014
【図１３】
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【図１４】
2008541373.tif 000016
【国際調査報告】
2008541373.tif 000017
2008541373.tif 000018