(57)【要約】【課題】ポーチ型リチウム二次電池を提供する。【解決手段】本発明は、電極リード及び電極タップが備えられたクルドセルと、前記クルドセルを密封する外装材とからなるポーチ型リチウム二次電池において、前記電極リード及び電極タップが位置する前記外装材の内面に絶縁材が備えられる。これにより、アルミニウム系の外装材とリチウム二次電池用電解液との反応によるスウェリング現象を防止し、クルドセルの収納時に発生する外装材の損傷を防止することにより、リチウム二次電池を長期間安定して用いることができる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極リード及び電極タップが備えられたクルドセルと、前記クルドセルを密封する外装材とからなるポーチ型リチウム二次電池において、
前記電極リード及び電極タップが位置する前記外装材の内面に絶縁材が備えられることを特徴とするポーチ型リチウム二次電池。
【請求項２】
前記外装材は、前記クルドセルが収納される第１収納部と、前記電極リードが収納される第２収納部とからなり、
前記第２収納部の内面に絶縁材が備えられることを特徴とする請求項１に記載のポーチ型リチウム二次電池。
【請求項３】
前記絶縁材は、絶縁テープまたは絶縁樹脂であることを特徴とする請求項１または２に記載のポーチ型リチウム二次電池。
【請求項４】
前記絶縁テープは、耐熱性及び耐化学性を有するポリエチレン、エポキシフィルム、ポリイミドフィルム、テプロン、ポリ塩化ビニル、ポリエステル、アセテートフィルム 、フィラメントフィルム、石綿フィルム、紙フィルム及びポリプロピレンよりなる群から選ばれるいずれか一つのフィルム形状の絶縁テープを、アクリル系、シリコン系及びゴム系から選ばれるいずれか一つの接着剤で接着してなるものであることを特徴とする請求項３に記載の前記ポーチ型リチウム二次電池。
【請求項５】
前記絶縁樹脂は、シリコン、セラミックス、アルミナ、エポキシ、ポリイミド、ポリ塩化ビニル、ポリエステル、アセテート及びポリプロピレンよりなる群から選ばれるいずれか一つの硬化性樹脂であることを特徴とする請求項３に記載のポーチ型リチウム二次電池。
【請求項６】
前記絶縁樹脂の厚さは０.００１〜５ｍｍであることを特徴とする請求項３に記載のポーチ型リチウム二次電池。
【請求項７】
前記絶縁材は、前記第２収納部の内周面または覆体部に位置することを特徴とする請求項２に記載のポーチ型リチウム二次電池。
【請求項８】
電極リード及び電極タップが備えられたクルドセルと、前記クルドセルを密封する外装材とからなるポーチ型リチウム二次電池の製造方法において、
前記外装材は、前記クルドセルが収納される第１収納部と、前記電極リードが収納される第２収納部とからなり、前記第２収納部の内面に絶縁材を処理した後、前記クルドセルを前記外装材に挿入してそれを密封することを特徴とするポーチ型リチウム二次電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポーチ型リチウム二次電池に係り、より詳細に、クルドセルの電極リード及び電極タップが位置するポーチ型二次電池の外装材の内面に絶縁材を備えて電解液と外装材間の酸化反応を抑制し、クルドセルの収納時に発生する外装材の損傷を防止することができるポーチ型リチウム二次電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、情報通信産業が成長・発展し多様化していくにつれて、リチウム二次電池に対する需要が急増している。このため、多様な要求に対応することができるリチウム二次電池についての研究が進められている。このようなリチウム二次電池が補完すべき主な課題の一つが、電池の長期的安全性である。特に、アルミニウム系の外装材を用いるポーチ型リチウム二次電池の場合、数ヶ月以上使用すると、 外装材の内部酸化による電池膨張現象のスウェリング現象と漏液現象が発生することがある。
【０００３】
図１は、一般的な外装材を用いる通常のポーチ型リチウム二次電池の模式図である。従来のポーチ型リチウム二次電池１０は、正極電極と負極電極をワインディング方式という工程を介して分離膜で巻いて一体化する方式、または分離膜、正極、負極の順に一定の面積を維持しながら積層するスタッキング方式が用いられる。これら方式は、共通的に単位セルの集合体であるクルドセル２０を製作した後、前記クルドセル２０を収納する外装材３０の収納部３１にクルドセル２０を収納し、外装材の覆体３２で覆う。このとき、クルドセル２０の正極電極及び負極電極は電極リード４０に連結され、前記電極リードは電極タップ５０と連結されて外部に突出される。
【０００４】
その後、外装材の収納部３１と覆体３２を密封する。 その後、ここに電解液を入れてリチウム二次電池を作る。このとき、電極タップ５０と外装材３０が連結される箇所には、ポーチとの密封性を確保するためにレジン層５１がある。
【０００５】
一方、汎用される外装材を図２を参照して説明すると、アルミニウム系の外装材７０は多層よりなり、中心層にはポーチの形状を維持させる薄型のアルミニウム層７１があり、最外角には外部空気及び刺激に対してアルミニウム層を保護するフィルム７２がある。電池内部であるアルミニウム層の内側には、電解液とアルミニウムとの反応を防止するポリプロピレン系のレジン層７３と、ポーチの密封のために熱により溶着するシーラント層７４とが順次に配置される。ポーチ型リチウム二次電池の製作時、アルミニウム系の外装材は軟包装材からなるので、クルドセルを収納しやすくするために凹んだ空間を形成し、この空間はそれに対応する形状の金型により成形する。このように成形された外装材にクルドセルを収納した後に覆体で覆い、外装材の外部に熱を加えてシーラント層を溶かして密封する。
【０００６】
一方、従来のポーチ型リチウム二次電池の製作時、外部衝撃やクルドセル２０の収納時に電極リード４０と電極タップ５０の突出部位が電池内部で外装材３０に損傷を与えてアルミニウム層を露出させる問題点を有する。また、ポーチの密封時に用いる熱の影響によりレジン層に微細な穴のピンホールが発生し、さらにポーチ損傷などが原因でアルミニウム層が露出してしまう。完成されたポーチ型リチウム二次電池の場合にも、落下、衝撃、圧力及び圧着などの影響により、電極リード４０の移動による外装材損傷が発生する。この場合、アルミニウム層を形成するアルミニウムがリチウム二次電池用電解液と反応し、電池内部にガスが発生して電池を膨張させるスウェリング現象が発生する。特に、外装材の密封時、電極リード４０に対応して位置する（当接する）収納部の上端部分３４は、ポーチ型リチウム二次電池の密封のために電極リード４０に取り付けられたレジン５１を溶かすため、電極リード４０に対応せずに覆体と当接するシーリング部３３に一層強い熱と圧力を加えて密封する。この場合、シーラント層７４はもとよりアルミニウム層を保護するレジン層７３が溶けることがあり、アルミニウム層を形成するアルミニウムがリチウム二次電池用電解液と反応し、電池内部にガスが発生して電池を膨張させるスウェリング現象が発生する。また、外部衝撃またはクルドセルの安着時、電極リード４０と電極タップ５０の突出部位が電池内部で外装材に損傷を与えてアルミニウム層を露出させる不具合がある。そこで、アルミニウム系の外装材を用いるポーチ型リチウム二次電池の外装材を保護することができる技術が切望されているのが現状である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上述の従来の問題点を解決するために案出されたもので、その目的は、クルドセルの電極リード及び電極タップと対応するポーチ型二次電池の外装材の内面に絶縁材を備えて電解液と外装材間の酸化反応を抑制し、クルドセルの収納時に発生する外装材の損傷を防止することができるポーチ型リチウム二次電池を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明のポーチ型リチウム二次電池は、電極リード及び電極タップが備えられたクルドセルと、前記クルドセルを密封する外装材とからなるポーチ型リチウム二次電池において、前記電極リード及び電極タップと対応する前記外装材の内面に絶縁材を備えることを特徴とする。
【０００９】
前記外装材は、好ましくは、前記クルドセルが収納される第１収納部と、前記電極リードが収納される第２収納部とからなり、前記第２収納部の内面に絶縁材が備えられる。
【００１０】
前記絶縁材は、好ましくは、絶縁テープまたは絶縁樹脂であり、前記絶縁テープは、耐熱性及び耐化学性を有するポリエチレン、エポキシフィルム、ポリイミドフィルム、テプロン、ポリ塩化ビニル、ポリエステル、アセテートフィルム、フィラメントフィルム、石綿フィルム、紙フィルム及びポリプロピレンよりなる群から選ばれるいずれか一つのフィルム形状の絶縁テープを、アクリル系、シリコン系及びゴム系から選ばれるいずれか一つの接着剤で接着してなるものであり、前記絶縁樹脂は、シリコン、セラミックス、アルミナ、エポキシ、ポリイミド、ポリ塩化ビニル、ポリエステル、アセテート及びポリプロピレンよりなる群から選ばれるいずれか一つの硬化性樹脂である。
【００１１】
前記絶縁樹脂の厚さは、好ましくは０．００１〜５ｍｍである。
【００１２】
前記絶縁材は、好ましくは前記第２収納部の覆体部及び／または内周面に位置することができる。
【００１３】
本発明は、電極リード及び電極タップが備えられたクルドセルと、前記クルドセルを密封する外装材とからなるポーチ型リチウム二次電池の製造方法において、前記外装材は、前記クルドセルが収納される第１収納部と、前記電極リードが収納される第２収納部とからなるが、前記第２収納部の内面に絶縁材を処理した後、前記クルドセルを前記外装材に挿入してそれを密封することを特徴とするポーチ型リチウム二次電池の製造方法を提供する。
【発明の効果】
【００１４】
以上説明したように、本発明のアルミニウム系の外装材とリチウム二次電池用電解液との反応によるスウェリング現象を防止し、クルドセルの収納時に発生する外装材の損傷を防止することにより、リチウム二次電池を長期間安定して用いることができる。また、リチウム二次電池の使用時、落下、圧着、衝撃などの外部要因によって発生する電極タップの移動による外装材の損傷を防止してリチウム二次電池の安全性を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、添付図面を参照して本発明をより詳しく説明する。
【００１６】
図３は、本発明の第１実施例によるポーチ型リチウム二次電池の断面図である。
【００１７】
図３を参照すると、本発明の好適な実施例によるポーチ型リチウム二次電池１００は、正極板／セパレーター／負極板の構造を有し、電極リード及び電極タップを有するクルドセル１１０と、このクルドセル１１０が収納されて密封できる外装材１２０とを備える。前記クルドセル１１０は、理論的にリチウム二次イオン電池またはリチウム二次ポリマー電池であり得る。また、クルドセル１１０は、単位セル(unit cell)そのものまたはバイセル(Bi-cell)そのものを問わず、このような単位セルまたはバイセルが多層に積層されたものであり得る。そして、それぞれの電極板（正極板または負極板）は、極板ボディと極板ボディから突出されたグリドとからなる。
【００１８】
前記グリドは正極リードと負極リードとに区別され、正極リードと負極リードはクルドセル１１０の長手方向に対して互いに反対方向に配置されることもできるが、本実施例では、正極リードと負極リードはクルドセルの長手方向に対して互いに同じ方向に位置されると仮定し、前記正極リードと負極リードを包括して電極リード１１１という。前記電極リード１１１は電極タップ１１２と連結され、前記電極タップ１１２はレジン層１１３により保護され、このような構造は通常のクルドセルの構造と同一である。
【００１９】
前記クルドセル１１０を収納する外装材１２０は、実際クルドセル１１を収納する収納部１２１とこれを覆う蓋体部１２２とに区分される。前記収納部は、クルドセル１１０のボディ部分を収納する第１収納部、すなわちクルドセル１１０が占める空間と、電極リード１１１及び電極リード１１１と連結される電極タップ１１２の一部を収容する第２収納部１３０と、レジン層１１３に対応するシーリング部１２３とを備える。
【００２０】
一方、本発明は、前記電極リード及び電極タップと対応する前記外装材の内面を絶縁材で処理するものであり、より詳細には、前記第２収納部１３０の内面、すなわち第２収納部１３０の内側面を絶縁材１４０、１４０’で処理することを特徴とする。具体的に、前記第２収納部１３０の内面の全体または一部を絶縁材で処理する場合、電極リードと外装材が反応して発生するスウェリング現象を防止することができる。
【００２１】
一方、絶縁材で処理される箇所は、図４（ａ）〜（ｅ）に示すように、第２収納部の全体または一部であり、より具体的に、図４（ａ）のように第２収納部１３０の内周面を‘フ’字状に処理するか、図４（ｂ）のように第２収納部の内周面のうち前記正極／負極電極リードと対応する部分のみを絶縁材で処理することができる。また、図４（ｃ）のように収納部全体を絶縁材で処理することができ、図４（ｄ）のように第２収納部の覆体部分を絶縁材で処理することができ、図４（ｅ）のように第２収納部の内周面及び覆体部分を絶縁材で処理することができる。
【００２２】
一方、レジン層１１３と当接するシーリング部１２３は絶縁材で処理しないことが好ましい。特に、シーリング部１２３を絶縁テープで処理する場合、絶縁材が溶けたりシーリングがまともにできない可能性が高い。
【００２３】
本発明における絶縁材は、電極リードと外装材間の接触及び反応を遮断するものであれば、種類に関係なく使用可能であるが、好ましくは絶縁テープまたは絶縁樹脂を使用する。
【００２４】
具体的に、前記絶縁テープとしては、耐熱性及び耐化学性を有するポリエチレン、エポキシフィルム、ポリイミドフィルム、テプロン、ポリ塩化ビニル、ポリエステル、アセテートフィルム 、フィラメントフィルム、石綿フィルム、紙フィルム及びポリプロピレンよりなる群から選ばれるいずれか一つのフィルム形状の絶縁テープを、アクリル系、シリコン系及びゴム系から選ばれるいずれか一つの接着剤で接着させたものを用いることができる。
【００２５】
前記絶縁樹脂としては、シリコン、セラミックス、アルミナ、エポキシ、ポリイミド、ポリ塩化ビニル、ポリエステル、アセテート及びポリプロピレンよりなる群から選ばれるいずれか一つの硬化性樹脂を用いることができ、希釈濃度及び溶媒の種類などは通常の絶縁樹脂の希釈濃度及び溶媒の種類と同様にする。前記絶縁樹脂の厚さは前記絶縁テープの厚さと同様にし、好ましくは０．００１〜５ｍｍである。一方、前記絶縁樹脂は、通常の方法で塗布することができ、十分な乾燥過程を経た後に密封して使用する。
【００２６】
以下、実施例により本発明を更に詳細に説明するが、これらは本発明を例示するものに過ぎず、本発明を限定するものではない。
【００２７】
（実施例１）
図４ａのように,第２収納部の内周面にポリエステル製の絶縁テープを貼り付けた外装材に通常のクルドセル(セハンエナテック)を収納した後、それを密封してポーチ型リチウム二次電池を製造した。
【００２８】
（実施例２）
絶縁テープの代わりにシリコン樹脂を塗布した以外は、実施例 １と同様にして行い、ポーチ型リチウム二次電池を製造した。
【００２９】
（比較例１）
絶縁テープを貼り付けない以外は、実施例１と同様にして行い、ポーチ型リチウム二次電池を製造した。
【００３０】
（実験例）
前記実施例１〜２及び比較例１のポーチ型リチウム二次電池をそれぞれ３０個ずつ製作した後、これに対する酸化加速実験を行い、その結果を表１に示す。より具体的に、ポーチ型リチウム二次電池のアルミニウム系の外装材とリチウム二次電池用電解液電解質との反応による酸化は、電池内部で外装材の微細なピンホール及び損傷部分でおこり、ガスが発生して電池が膨張するスウェリング現象が発生する。このため、電池が膨張する前までは肉眼上及びその他測定装備を用いて測定することが容易でなく、長い時間がかかる。したがって、外装材に流れる電子の量を増やして酸化を加速化すると、その結果を迅速に確認することができる。そこで、図５のように４.２Ｖまで充電されたポーチ型リチウム二次電池の負極リード部分と外装材のアルミニウム層とを連結し、外装材に高い電位を流して酸化を加速化して実験を行った。総３０個の電池を製作し、経時によるスウェリングの発生有無を表１に示す。
【００３１】
【表１】
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【００３２】
前記表１に示すように、本発明の実施例１〜２の電池ではスウェリング現象がほとんど発生しないが、比較例１の場合、３日目からスウェリング現象が発生し、１０日目には約半分の電池でスウェリング現象が発生した。
【００３３】
以上、本発明について具体的な実施の形態を挙げて詳述したが、本発明の技術思想の範囲内において各種の変形及び修正が可能であることは、当業者にとって自明であり、このような変形及び修正が特許請求の範囲に属するということは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】従来のポーチ型リチウム二次電池の概路図である。
【図２】従来のアルミニウム外装材の断面図である。
【図３】本発明の第１実施例によるポーチ型リチウム二次電池の断面図である。
【図４】（ａ）〜（ｅ）は、本発明の好適な実施例によるポーチ型リチウム二次電池の概路図である。
【図５】本発明のポーチ型リチウム二次電池に対する酸化加速実験を説明するための概路図である。
【符号の説明】
【００３５】
１１０    クルドセル
１１１    電極リード
１１２    電極タップ
１２０    収納部
１２３    シーリング部
１３０    第２収納部
１４０、１４０’    絶縁材
【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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