(57)【要約】【課題】電池の貫通現象発生時に貫通の初期部分に対応する領域に制限的にセラミックス層が含まれる電極組立体及びそれを用いた二次電池に関する。【解決手段】本発明の二次電池の電極組立体は、陽極集電体に陽極活物質が塗布された陽極板、陰極集電体に陰極活物質が塗布された陰極板、上記陽極板と陰極板との間に介在されるセパレータを含み、上記陽極板と陰極板及びセパレータが巻回されてなる二次電池の電極組立体において、上記陽極板の全体長さを基準として、電極組立体の外角に位置する巻取末端から４０％以上の距離まで上記陽極板と陰極板との短絡を防止する位置に連続的に形成されるセラミックス層を含むが、上記セラミックス層は最大９０％以下の距離まで形成されることを特徴とする。【選択図】図２
2008293980.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
陽極集電体に陽極活物質が塗布された陽極板と、
陰極集電体に陰極活物質が塗布された陰極板と、
前記陽極板と陰極板との間に介在されるセパレータとを含み、
前記陽極板と陰極板及びセパレータが巻回されてなる二次電池の電極組立体において、
前記陽極板の全体長さを基準として、電極組立体の外郭に位置する巻取末端から４０％以上の距離まで前記陽極板と陰極板の短絡を防止する位置に連続的に形成されるセラミックス層を含むが、
前記セラミックス層は、最大９０％以下の距離まで形成されることを特徴とする二次電池の電極組立体。
【請求項２】
前記陽極板の全体長さを基準として、前記セラミックス層は、電極組立体の外郭に位置する巻取末端から最大７０％以下の距離まで連続的に形成されることを特徴とする請求項１に記載の二次電池の電極組立体。
【請求項３】
前記陽極板の全体長さを基準として、前記セラミックス層は、電極組立体の外郭に位置する巻取末端から最小４５％以上、最大７０％以下の長さに該当する範囲内に形成されることを特徴とする請求項１に記載の二次電池の電極組立体。
【請求項４】
前記セパレータは、高分子樹脂からなるフィルム形態であり、
前記セラミックス層は、前記フィルム形態であるセパレータの少なくとも一面に積層されることを特徴とする請求項１に記載の二次電池の電極組立体。
【請求項５】
前記セラミックス層は、前記陰極板の少なくとも一面に積層されることを特徴とする請求項１に記載の二次電池の電極組立体。
【請求項６】
前記陰極板は、前記陰極集電体に前記陰極活物質が塗布されない無地部を含み、
前記セラミックス層は、前記無地部まで延長して積層されることを特徴とする 請求項５に記載の二次電池の電極組立体。
【請求項７】
前記セラミックス層は、前記陰極板に塗布される前記陰極活物質層に積層されることを特徴とする請求項５に記載の二次電池の電極組立体。
【請求項８】
前記セラミックス層は、前記陽極板の少なくとも一面に積層されることを特徴とする請求項１に記載の二次電池の電極組立体。
【請求項９】
前記陽極板は、前記陽極集電体に前記陽極活物質が塗布されない無地部を含み、
前記セラミックス層は、前記無地部まで延長して積層されることを特徴とする請求項８に記載の二次電池の電極組立体。
【請求項１０】
前記セラミックス層は、前記陽極板に塗布される前記陽極活物質層に積層されることを特徴とする請求項８に記載の二次電池の電極組立体。
【請求項１１】
前記陰極板が前記陽極板に比べて外郭に位置した状態で巻回され、
前記陰極板の両面のうち前記陽極板に対向する一面に前記セラミックス層が積層されることを特徴とする請求項１に記載の二次電池の電極組立体。
【請求項１２】
前記陽極板が前記陰極板に比べて外郭に位置した状態で巻回され、
前記陽極板の両面のうち前記陰極板に対向する一面に前記セラミックス層が積層されることを特徴とする請求項１に記載の二次電池の電極組立体。
【請求項１３】
陽極集電体に陽極活物質が塗布された陽極板と、
陰極集電体に陰極活物質が塗布された陰極板と、
前記陽極板と陰極板との間に介在されるセパレータとを含み、
前記陽極板と陰極板及びセパレータが巻回してなる二次電池の電極組立体において、
前記陰極板の全体長さを基準として、電極組立体の外郭に位置する巻取末端から４０％以上の距離まで前記陽極板と陰極板の短絡を防止する位置に連続的に形成されるセラミックス層を含むが、
前記セラミックス層は最大９０％以下の距離まで形成されることを特徴とする二次電池の電極組立体。
【請求項１４】
前記陰極板の全体長さを基準として、前記セラミックス層は電極組立体の外郭に位置する巻取末端から最大７０％以下の距離まで連続的に形成されることを特徴とする請求項１３に記載の二次電池の電極組立体。
【請求項１５】
前記陰極板の全体長さを基準として、前記セラミックス層は電極組立体の外郭に位置する巻取末端から最小４５％以上、最大７０％以下の長さに該当する範囲内に形成されることを特徴とする請求項１３に記載の二次電池の電極組立体。
【請求項１６】
一側が開放された缶と、
陽極集電体に陽極活物質が塗布された陽極板と陰極集電体に陰極活物質が塗布された陰極板と前記陽極板と陰極板との間に介在されたセパレータの巻回型になり、巻回外郭の末端から前記陽極板の全体長さに対比して４０％以上の長さまで前記陽極板と陰極板の短絡を防止する位置に連続的に形成されるセラミックス層をさらに含み、前記セラミックス層は前記陽極板の全体長さに対比して最大９０％以下の距離まで形成され、前記缶の開放された一側を介して収容される電極組立体と、
前記缶の開放された一側を外部と遮断するキャッププレート及び前記キャッププレートに絶縁された状態で結合されて前記電極組立体のいずれか一極性と電気的に連結される電極端子を含むキャップ組立体とを含むことを特徴とする二次電池。
【請求項１７】
一側が開放された缶と、
陽極集電体に陽極活物質が塗布された陽極板と陰極集電体に陰極活物質が塗布された陰極板と、前記陽極板と陰極板との間に介在されたセパレータの巻回型になり、巻回外郭の末端から前記陰極板の全体長さに対比して４０％以上の長さまで前記陽極板と陰極板の短絡を防止する位置に連続的に形成されるセラミックス層をさらに含み、前記セラミックス層は前記陰極板の全体長さに対比して最大９０％以下の距離まで形成され、前記缶の開放された一側を介して収容される電極組立体と、
前記缶の開放された一側を外部と遮断するキャッププレート及び前記キャッププレートに絶縁された状態で結合されて前記電極組立体のいずれか一極性と電気的に連結される電極端子を含むキャップ組立体とを含むことを特徴とする二次電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電極組立体及びそれを用いた二次電池に関し、より詳しくは、内部短絡により電池が貫通される際、貫通初期部分に対応する領域に制限的にセラミックス層が含まれる電極組立体及びそれを用いた二次電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
二次電池（Ｓｅｃｏｎｄ Ｂａｔｔｅｒｙ)は、充電が不可能な一次電池と異なり、充電及び放電が可能な電池をいい、携帯電話、ＰＤＡ、ノートパソコンなどの小型先端電子機器分野で電源供給手段として広く用いられている。最近、このような二次電池に対して関心が高まり、多様な形態で開発されている主な理由は、二次電池が超軽量、高エネルギー密度、高出力電圧、低自己放電率、環境親和的電源手段及び長いサイクルを有するためである。
【０００３】
また、二次電池は、電極活物質によってニッケル水素(Ｎｉ-ＭＨ)電池とリチウムイオン(Ｌｉ−ｉｏｎ)電池などに分類され、特に、リチウムイオン二次電池は電解質の種類によって液体電解質を用いるものと、固体ポリマーやゲル状の電解質を用いるものに分類することができる。また、リチウムイオン二次電池は、外装材の材質や形態によって缶形とパウチ型に区分することができる。
【０００４】
このようなリチウムイオン二次電池は、作動電圧が３．６Ｖとして、電子装備電源として多く用いられているニッケル−カドミウム電池やニッケル−水素電池より３倍も高く、単位重量当たりエネルギー密度が高いということで、急速に広まっている。また、リチウムイオン二次電池は、カドミウム(Ｃｄ)や水銀(Ｈｇ)のような重金属を使用しないことで環境親和的であり、定常状態で１０００回以上の充放電ができるという長所がある。よって、このような長所に基づいて近来の情報通信技術の発展と共にその開発が急速に行われている。
【０００５】
また、このようなリチウムイオン二次電池(以下、二次電池と言う)の通常的な構成を簡単に説明すると、二次電池は缶と電極組立体及びキャップ組立体で構成される。缶は、一側が開放された中空構造であり、このような缶の開放された一側がキャップ組立体によって密封される。つまり、缶とキャップ組立体が二次電池の外部ケースを形成する。そして、缶の内側に電極組立体が収容されることで、このような電極組立体は充放電可能な形態に形成される。このように、缶の内側に電極組立体が収容された後、缶の開放側をキャップ組立体に密封し、キャップ組立体によって密封された缶の内側に電解液を注入した後に電解液の注入口を密封するようになる。
【０００６】
ここで、充放電可能な電極組立体について説明すれば、電極組立体は陽極板と陰極板がセパレータを介在した状態で積層した後に巻回されてなり、陽極板は導電性の優れた金属薄板、例えば、アルミニウム(Ａｌ)ホイル(ｆｏｉｌ)からなる陽極集電体と、該陽極集電体の両面にコーティングされた陽極活物質層を含んでいる。そして、このような陽極板の両端には、陽極活物質層が形成されない領域、すなわち、陽極無地部が形成される。陰極板は、伝導性金属薄板、例えば、銅(Ｃｕ)やニッケル(Ｎｉ)ホイルからなる陰極集電体と、該陰極集電体の両面にコーティングされた陰極活物質層とを含んでいる。このような陰極板の両端には、陰極活物質層が形成されない領域、すなわち、陰極無地部が形成される。また、陽極集電体の陽極無地部と陰極集電体の陰極無地部に電極タブがそれぞれ結合される。
【０００７】
そして、上述したように、セパレータの基本的な機能は陽極板と陰極板を分離させて２つの極板の間の短絡が防止されるようにし、また、このようなセパレータは電池反応に必要な電解液を吸入して高イオン伝導度を維持することが重要である。特に、リチウムイオン二次電池の場合には、電池反応を阻害する物質の移動を防止するか、異常の発生時に安全性を確保することができる付加的な機能が要求される。このようなセパレータの材質として、通常、ポリプロピレン、ポリエチレンなどのポリオレフィン系の微多孔性高分子膜または、これらの多重膜が用いられる。
【０００８】
しかし、このような既存のセパレータは、多孔膜層がシート(ｓｈｅｅｔ)またはフィルム(ｆｉｌｍ)状であることで、内部短絡や過充電による発熱によって多孔膜の気孔の詰まりと共にシート状のセパレータも収縮する欠点を有する。したがって、シート状のセパレータが電池の内部発熱によって収縮するようになったら、収縮部分から陽極板と陰極板の接触及びそれによる電池の内部短絡が発生し、その結果として電池の発火や破裂及び爆発につながる。
【０００９】
また、このようなフィルム状のセパレータは、短絡発熱時にポリプロピレンまたは、ポリエチレン樹脂が軟化して気孔が詰まってリチウムイオンの移動、すなわち、電流の流れを遮断するシャットダウン(ｓｈｕｔ ｄｏｗｎ)機能によって安全性を確保することができるが、内部短絡においては脆弱な構造である。例えば、内部短絡をはかる代用評価のネイルテスト(ｎａｉｌ ｔｅｓｔ)において、試験条件によっては内部短絡時の発熱温度が局所的に数百℃を超えるため、樹脂の軟化や消失による多孔膜層の変形に伴う現象として、ネイルが陽極と陰極を貫通することから異常過熱を起こす場合がある。したがって、樹脂のシャットダウン効果を利用する手段は、内部短絡に対する絶対的な安全手段にならない。
【００１０】
したがって、電極の間の内部短絡を高い温度でも安定的に防止することが要求されることで、セラミックス粒子がバインダーと結合してなる多孔膜を形成したセラミックス層を含むセパレータが提示される。また、該セパレータは、セラミックスセパレータといい、セラミックス層単独、或いはセラミックス層が既存樹脂セパレータと共に用いられることができる。
【００１１】
このようなセラミックスセパレータのセラミックス層は、内部短絡に対する安全性が高く、電極組立体の極板上にコーティング形成されることができ、電池の内部短絡時に収縮且つ溶解現象を発生させない。また、セラミックス粒子の間の空間による高孔隙率によって良好な高率充放電の特性を有し、電解液を早速に含湿することで、電解液の注液速度を向上させる。
【００１２】
しかし、セラミックス層形成によって材料費が増加し、既存樹脂セパレータにセラミックス層が追加されることで、全体体積、質量対比電池用量が減少する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
発明は、従来の問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、二次電池の安全性向上のためにセラミックス層を含み、それに伴う費用増加と容積、或いは質量対比電池用量減少を減らすことができる二次電池の電極組立体及びそれを用いた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】
【００１４】
上述の目的を達成するために本発明の二次電池の電極組立体は、陽極集電体に陽極活物質が塗布された陽極板、陰極集電体に陰極活物質が塗布された陰極板、上記陽極板と陰極板との間に介在されるセパレータとを含み、上記陽極板と陰極板及びセパレータが巻回されてなる二次電池の電極組立体において、上記陽極板の全体長さを基準として、電極組立体の外郭に位置する巻取末端から４０％以上の距離まで上記陽極板と陰極板の短絡を防止する位置に連続的に形成されるセラミックス層を含むが、上記セラミックス層は最大９０％以下の距離まで形成されることを特徴とする。
【００１５】
また、上記陽極板の全体長さを基準として、上記セラミックス層は電極組立体の外郭に位置する巻取末端から最大７０％以下の距離まで連続的に形成されることを特徴とする。
【００１６】
また、上記陽極板の全体長さを基準として、上記セラミックス層は電極組立体の外郭に位置する巻取末端から最小４５％以上、最大７０％以下の長さに該当する範囲内に形成されることを特徴とする。
【００１７】
上記セパレータは、高分子樹脂からなるフィルム形態であり、上記セラミックス層は上記フィルム形態であるセパレータの少なくとも一面に積層されることを特徴とする。
【００１８】
上記セラミックス層は、上記陰極板の少なくとも一面に積層され、ここで上記陰極板は上記陰極集電体に上記陰極活物質が塗布されない無地部を含み、上記セラミックス層は上記無地部まで延長して積層されることを特徴とする。また、上記セラミックス層は、上記陰極板に塗布される上記陰極活物質層に積層されることを特徴とする。
【００１９】
上記セラミックス層は、上記陽極板の少なくとも一面に積層され、ここで上記陽極板は上記陽極集電体に上記陽極活物質が塗布されない無地部を含み、上記セラミックス層は上記無地部まで延長して積層されることを特徴とする。また、上記セラミックス層は、上記陽極板に塗布される上記陽極活物質層に積層されることを特徴とする。
【００２０】
上記陰極板が上記陽極板に比べて外郭に位置する状態で巻回され、上記陰極板の両面のうち上記陽極板と対向する一面に上記セラミックス層が積層されることを特徴とする。
【００２１】
上記陽極板が上記陰極板に比べて外郭に位置する状態で巻回され、上記陽極板の両面のうち上記陰極板と対向する一面に上記セラミックス層が積層されることを特徴とする。
【００２２】
また、本発明の二次電池の電極組立体は、陽極集電体に陽極活物質が塗布された陽極板、陰極集電体に陰極活物質が塗布された陰極板、上記陽極板と陰極板との間に介在されるセパレータとを含み、上記陽極板と陰極板及びセパレータが巻回されてなる二次電池の電極組立体において、上記陰極板の全体長さを基準として、電極組立体の外角に位置する巻取末端から４０％以上の距離まで上記陽極板と陰極板の短絡を防止する位置に連続的に形成されるセラミックス層を含むが、上記セラミックス層は最大９０％以下の距離まで形成されることを特徴とする。
【００２３】
また、本発明の二次電池は、一側が開放された缶、陽極集電体に陽極活物質が塗布された陽極板と、陰極集電体に陰極活物質が塗布された陰極板と、上記陽極板と陰極板との間に介在されたセパレータの巻回型であるが、巻取外角の末端から上記陽極板の全体長さに対比４０％以上の長さまで上記陽極板と陰極板の短絡を防止する位置に連続的に形成されるセラミックス層をさらに含み、上記セラミックス層は上記陽極板の全体長さに対比して最大９０％以下の距離まで形成され、上記缶の開放された一側を通じて収容される電極組立体、上記缶の開放された一側を外部と遮断するキャッププレート及び上記キャッププレートに絶縁された状態で結合されて上記電極組立体のいずれか一極性と電気的に連結される電極端子を含むキャップ組立体とを含むことを特徴とする。 
【発明の効果】
【００２４】
本発明による電極組立体及びそれを用いた二次電池によって、充放電時の膨脹と収縮による変形ないし鋭い外部物体による破損などから保護されるためのセラミックス層を電極組立体の全体領域のうち最小限の領域に制限的に取り付けることであり、セラミックス層を有する電極組立体によって電池の安全性は向上されることから電極組立体にセラミックス層を不必要に含ませることに伴う二次電池の製作費用増加を最小化する効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の好ましい実施形態について図面に基づいて説明する。
【００２６】
図１は、本発明の一実施例による電極組立体の斜視図を示す。図２は、図１の実施例による電極組立体の平面図を示す。図３は、図１の実施例による電極組立体のセラミックス層の形成範囲を例示した図面を示す。図４は、既存セラミックスセパレータが適用された電極組立体の貫通実験(ネイルテスト)時のＣＴ撮影された状態を例示した断面図を示す。
【００２７】
本発明の一実施例による電極組立体１０は、陽極板１１、陰極板１２、セパレータ１３、１４、１５、セラミックス層１６、一双の電極タブ１７、１８とを含んでなる。
【００２８】
上記陽極板１１は、導電性の優れた金属薄板、例えば、アルミニウム(Ａｌ)ホイル(ｆｏｉｌ)からなる陽極集電体１１ａと、このような陽極家全体１１ａの一面に塗布された陽極活物質１１ｂを含んで形成される。上記陽極活物質１１ｂとしては、カルコゲナイド(ｃｈａｌｃｏｇｅｎｉｄｅ)化合物が用いられる。例えば、ＬｉＣｏＯ２、ＬｉＭｎＯ４、ＬｉＮｉＯ２、ＬｉＭｎＯ２などの複合金属酸化物が用いられるが、本実施例でその物質が限定されるものではない。また、陽極集電体１１ａの両端には、陽極活物質１１ｂが塗布されない領域、すなわち、陽極無地部が形成される。
【００２９】
上記陰極板１２は、導電性金属薄板、例えば、銅(Ｃｕ)やニッケル(Ｎｉ)ホイルからなる陰極集電体１２ａと、該陰極集電体１２ａの両面に塗布された陰極活物質１２ｂとを含んで形成される。ここで、陰極活物質１２ｂとしては、炭素(Ｃ)系列物質、Ｓｉ、Ｓｎ、スズ、オキサイド、スズ合金複合体(ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｔｉｎ ａｌｌｏｙｓ)、遷移金属酸化物、リチウム金属ナイトライドまたはリチウム金属酸化物などが用いられるが、本実施例でその物質が限定されるものではない。また、陰極集電体１２ａの両端には、陰極活物質１２ｂが形成されない領域、すなわち、陰極無地部が形成される。
【００３０】
上記セパレータ１３、１４、１５は、高分子樹脂からなるフィルム状であり、 このようなセパレータ１３、１４、１５のうち１つのセパレータ１４は陽極板１１と陰極板１２との間に介在されて２つの極板の短絡を防止する。
【００３１】
上記セラミックス層１６は、電極組立体１０の外郭領域に含まれる。本実施例で、セラミックス層１６は上記陽極板１１と陰極板１２との間に介在されるセパレータ１４の全体領域のうち電極組立体１０の外郭領域に位置する一部に積層される。すなわち、陽極板１１の全体長さを基準として、セラミックス層１６は電極組立体１０の外郭に位置する巻取末端から４０％以上の距離まで連続的に形成される。ここで、セラミックス層１６は、電極組立体１０の外郭に位置する巻取末端から最大９０％以下の長さに位置する区間に形成可能である。
【００３２】
図面を参照すれば、図３は、電極組立体１０の陽極板１１を基準としてセラミックス層１６の積層領域を例示した図面である。図示されたように、セラミックス層１６は陽極板１１の全体長さを基準として、陽極板１１の巻取末端から４０％の長さまで連続的に積層された形態を示した図面である。すなわち、Ｌ１は、陽極板１１の長さを示し、Ｌ２はセラミックス層１６の長さを示したものとして、Ｌ１とＬ２の割合は５:２である。これによって、図２に示すように、電極組立体１０の外郭領域にセラミックス層１６が位置する。
【００３３】
そして、図３の"Ａ"で表示した線は、セラミックス層１６の最大に積層できる距離を表示したものとして、すなわち、陽極板１１の全体長さを基準として、陽極板１１の巻取末端から９０％の長さである地点が"Ａ"で表示された線に該当する。また、"Ｂ"で表示した線は陽極板１１の巻取末端から７０％の長さになる地点を表示した線であり、セラミックス層１６は陽極板１１の巻取末端から上記"Ｂ"で表示された地点までを積層可能な最大距離にするとこができる。つまり、セラミックス層１６は、陽極板１１の巻取末端から最小４０％の距離までは必ず積層され、該セラミックス層１６が上記４０％の距離と陽極板１１の巻取末端から９０％の距離の間に位置する区間内で必要な長さだけ選択的に積層されることができる。
【００３４】
上記において、陽極板１１の全体長さを基準として、陽極板１１の巻取末端から４０％の長さということは、電極組立体１０にそれを貫通する外力の作用の際、電極組立体１０が発火ないし爆発する現象を誘発しない最小ないしそれに近いセラミックス層１６の設置範囲を意味する。
【００３５】
このとき、より好ましくは、セラミックス層１６は陽極板１１の全体長さを基準として陽極板１１の巻取末端から４０％ないし７０％以下の区間内に位置するように形成される。セラミックス層１６が上記陽極板１１の全体長さに対して７０％以下の距離に形成される場合、電極組立体の全体的な体積をより効果的に減少させることができることに起因する。
【００３６】
また、より好ましくは、セラミックス層１６は陽極板１１の全体長さを基準として陽極板１１の巻取末端から４５％ないし７０％以上の区間内に位置するように形成される。これは、セラミックス層１６が陽極板１１の全体長さに対して４５％以上の距離まで形成時に電極組立体１０の発火ないし爆発からさらに保護されることができることに起因する。そして、セラミックス層１６は、バンドギャップを有するセラミックス物質の１次粒子が一部焼結されるか、溶解再結されてなる２次粒子がバインダーによって結合されてなる多孔膜の形態である。ここで、上記２次粒子は、房状(ぶどう模様)或いは層状の粒子群からなることができる。
【００３７】
ここで、上記セラミックス物質として、シリカ(ＳｉＯ２)、アルミナ(Ａｌ２Ｏ３)、ジルコニウム酸化物(ＺｒＯ２)、チタン酸化物(ＴｉＯ２)のうち少なくともいずれか１つが用いられる。また、上記セラミックス物質の他の例として、シリコーン(Ｓｉ)、アルミニウム(Ａｌ)、ジルコニウム(Ｚｒ)、チタン(Ｔｉ)それぞれの絶縁性の窒化物、水酸化物、アルコキシ化物、ケトン化物のうち少なくとも１つを用いることができる。そして、上記バインダーは、高分子樹脂からなることができ、該高分子樹脂としてアクリレイトやメタアクリレイトの重合体、或いはこれらの共重合体のうち１つからなることができる。
【００３８】
また、上記多孔膜のセラミックス層１６は、電極組立体１０の陽極板１１或いは陰極板１２、またはフィルムセパレータ１４を上記セラミックス物質の２次粒子が分散された溶媒及びバインダー混合溶液につける方法(ｄｉｐｐｉｎｇ)、上記溶液でスプレーする方法、上記溶液で全面印刷する方法などを介して形成されることができる。ここで、上記全面印刷する方法で通常にグラビア(ｇｒａｖｕｒｅ)ローラーが用いられる。
【００３９】
上記電極タブ１７、１８は、陽極板１１の陽極無地部と陰極板１２の陰極無地部にそれぞれ取り付けられる。
【００４０】
上記構成によって、電極組立体１０のセラミックス層１６が二次電池の安全性が確保される最小限の領域に取り付けられることによって、電極組立体１０ないし二次電池の生産費用を節減することができる同時に二次電池の内部短絡に対する安全性は確保されることができる。
【００４１】
図４を参照すれば、図４は、既存セラミックスセパレータが適用された電極組立体の貫通実験(ネイルテスト)時をＣＴ撮影した状態を例示したものである。図示されるように、電極組立体の外郭領域から発熱や吸熱及び活物質の消失が主に発生することを確認することができる。
【００４２】
つまり、図４の矢印方向に貫通が進行したことであり、このとき、電極組立体の貫通が始まる部分で熱による毀損部分が黒く現れる。そして、該毀損部分が電極組立体の初期貫通部分に集中されるのみ、ある程度の貫通が進行された後には現れないことが分かる。これは、電極組立体の熱による短絡発生をセラミックスセパレータが抑制する作用をすることを確認させてくれる。また、セラミックスセパレータが電極組立体の横断面状を基準として外郭部分に制限的に取り付けられても、電極組立体の初期貫通時の熱による短絡発生を抑制し、その結果として二次電池の安全性が確保される可能性があることを確認させてくれる。
【００４３】
以下の表１を参照して説明すると、電極組立体１０にセラミックス層１６が全然適用されなかったか、またはセラミックス層１６が陽極板１１の全体長さを基準として４０％以下の長さで適用された場合、ネイルテストで実験されるすべての電極組立体１０が爆発につながり、また電池内部の温度が２００℃或いはそれを非常に上回る温度まで上昇することを確認することができた。
【００４４】
これに対して、本発明を適用してセラミックス層１６が陽極板１１の全体長さを基準として４０％以上、５０％前後の距離まで形成されることで、ネイルテストで実験されるすべての電極組立体１０が爆発につながらなく、また電池内部の温度が１００℃を超えない範囲内で上昇することを確認することができた。
【００４５】
【表１】
2008293980.tif 000003
【００４６】
一方、図５は、陽極板１１の全体長さを基準として、セラミックス層１６'が陽極板１１の巻取末端から６０％の長さまで連続的に積層された形態を示した他の実施例の図面である。すなわち、陽極板１１の全体長さであるＬ１と、セラミックス層１６'の長さであるＬ２の割合が５:３の形態である。そして、"Ａ"で表示した線と"Ｂ"で表示した線は図３の"Ａ"及び"Ｂ"線と同一であるため、詳しい説明は省略する。
【００４７】
次は、本発明のまた他の実施例による電極組立体について説明する。
【００４８】
図６は、本発明のまた他の実施例による電極組立体の斜視図であり、図７は図６の実施例による電極組立体の平面図である。
【００４９】
本発明のまた他の実施例による電極組立体１１０は、陽極板１１１、陰極板１１２、セパレータ１１３、１１４、１１５、セラミックス層１１６、一双の電極タブ１１７、１１８とを含んで形成される。
【００５０】
図５と図６に示すように、本発明のまた他の実施例による電極組立体１１０は、電極組立体１１０の外郭領域に形成されるセラミックス層１１６の構成がトラック型電極組立体に適用された形態である。
【００５１】
つまり、図１ないし図３の実施例は、円筒形電極組立体１０の外郭領域にセラミックス層１６が適用される形態であり、上記電極組立体１１０はトラック型の外形を有することが異なるが、基本構成は同一である。したがって、本実施例では、簡略に記載し、説明の不足な部分は図１ないし図３の実施例による円筒形電極組立体を参照すれば良い。
【００５２】
すなわち、電極組立体１１０は、陽極集電体１１１ａに陽極活物質１１１ｂが塗布された陽極板１１１と、陰極集電体１１２ａに陰極活物質１１２ｂが塗布された陰極板１１２と、上記陽極板１１１と陰極板１１２にそれぞれ取り付けられる一双の電極タブ１１７、１１８と、フィルム状セパレータ１１３、１１４、１１５、セラミックス層１１６とを含んでなる。ここで、陽極板１１１と陰極板１１２は、上述した図１ないし図３の実施例による円筒形電極組立体１の陽極板１１及び陰極板１２と同一構成である。そして、セラミックス層１１６が一面に積層されたフィルム状セパレータ１１４が陽極板１１１と陰極板１１２との間に介在される。
【００５３】
次は、本発明のまた他の実施例による電極組立体について説明する。
【００５４】
図８は、本発明のまた他の実施例による電極組立体の凹部を示した図面である。
【００５５】
図示されたように、本発明のまた他の実施例による電極組立体は、陰極板３１２の少なくとも一面にセラミックス層３１６が積層される。ここで、セラミックス層３１６は、陰極板３１２の陰極活物質３１２ｂが塗布された区間に積層されるか、または陰極活物質３１２ｂが塗布された区間及び陰極活物質３１２ｂが塗布されない陰極集電体３１２ａの区間、つまり、無地部の区間まで積層される。
【００５６】
次は、本発明のまた他の実施例による電極組立体について説明する。
【００５７】
図９は、本発明のまた他の実施例による電極組立体の凹部を示した図面である。
【００５８】
図示されたように、本発明のまた他の実施例による電極組立体は、陽極板４１１の少なくとも一面にセラミックス層４１６が積層される。ここで、セラミックス層４１６は、陽極板４１１の陽極活物質４１１ｂが塗布された区間に積層されるか、または陽極活物質４１１ｂが塗布された区間及び陽極活物質４１１ｂが塗布されない電極集電体４１１ａの区間、つまり、無地部の区間まで積層される。
【００５９】
一方、上記図１ないし図９の実施例では、セラミックス層１６、１１６、３１６、４１６の形成される長さを陽極板１１、１１１、３１１、４１１の全体長さを基準として説明したが、電極組立体で陽極板と陰極板の長さは通常に同一であるか、その差は大きくない。よって、陰極板１２、１１２、３１２、４１２の全体長さを基準として上記図１ないし図９の実施例によるセラミックス層１６、１１６、３１６、４１６の構成を適用しても同じ作用を得ることができる。
【００６０】
次は、本発明の一実施例による二次電池について説明する。
【００６１】
図１０は、図５及び図６の実施例による電極組立体が適用された二次電池の一実施例を示した分解斜視図である。
【００６２】
本発明の一実施例による二次電池１は、電極組立体１１０、缶２０、キャップ組立体３０とを含んで形成される。
【００６３】
上記電極組立体１１０は、上述した図５及び図６の実施例で説明したため、本実施例で具体的な説明は省略する。
【００６４】
上記缶２０は、直方体ないし直方体に近い形態に形成され、このような缶２０は一側が開放されて開放された一側を通じて上記電極組立体１１０が収容される。そして、缶２０は、アルミニウム(Ａｌ)、ニッケル(Ｎｉ)メッキされたアルミニウム、スチール(Ｆｅ)、ステンレススチール(ＳＵＳ)、銅(Ｃｕ)、銅合金(Ｃｕ ａｌｌｏｙ)またはその等価物の中から選択されたいずれか１つによって形成される。
【００６５】
上記キャップ組立体３０は、キャッププレート３１、電極端子３２、絶縁ガスキット３３、絶縁プレート３４、端子プレート３５、安全ベント３６、栓３７とを含んでなる。
【００６６】
上記キャッププレート３１は、缶２０の開放された一側に結合されて缶２０の内部を密封する。上記キャッププレート３１は、缶２０の開放側に溶接される。 ここで、缶２０の開放側の回りに沿って段差２２が形成され、キャッププレート３１が缶２０の段差２２にかけられる状態で溶接を介して結合される形態である。 そして、キャッププレート３１に端子ホール３１ａと電解液注入口３１ｂ及び安全ベント３６が形成される。
【００６７】
上記電極端子３２は、上記キャッププレート３１の上部から端子ホール３１ａを通じて挿入され、ここで電極端子３２はキャッププレート３１と絶縁されるために上記絶縁ガスキット３３を回りに介在した状態で端子ホール３１ａに挿入して結合される。
【００６８】
上記絶縁プレート３４と端子プレート３５は、キャッププレート３１の下部に順次に配置される。上記絶縁プレート３４と端子プレート３５は、上記端子ホール３１ａに挿入された電極端子３２と結合される。ここで、端子プレート３５は、電極組立体１１０のいずれか一極性と電気的に連結され、これによって電極端子３２と電極組立体１１０のいずれか一極性が電気的に連結される。電極組立体１１０の陰極が通常電極端子３２に電気的に連結される。そして、絶縁プレート３４は、端子プレート３５とキャッププレート３１の下面間の電気的短絡を防止する。
【００６９】
以上、本発明は、上述した特定の好適な実施例に限定されるものではなく、特許請求範囲から請求する本発明の基本概念に基づき、当該技術分野における通常の知識を有する者であれば、様々な実施変形が可能であり、そのような変形は本発明の特許請求範囲に属するものである。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明の一実施例による電極組立体の斜視図。
【図２】図１の実施例による電極組立体の平面図。
【図３】図１の実施例による電極組立体のセラミックス層の形成範囲を例示した図面。
【図４】既存セラミックスセパレータが適用された電極組立体の貫通実験(ネイルテスト)時のＣＴ撮影された状態を例示した断面図。
【図５】本発明の他の実施例による電極組立体のセラミックス層の形成範囲を例示した図面。
【図６】本発明のまた他の実施例による電極組立体の斜視図。
【図７】図６の実施例による電極組立体の平面図。
【図８】本発明のまた他の実施例による電極組立体の凹部を示した図面。
【図９】本発明のまた他の実施例による電極組立体の凹部を示した図面。
【図１０】図５及び図６の実施例による電極組立体が適用された二次電池の一実施例を示した分解斜眼図。
【符号の説明】
【００７１】
１０、１１０…電極組立体 
１１、１１１、３１１、４１１…陽極板
１２、１１２、３１２、４１２…陰極板 
１１a、１１１a、３１１a、４１１a…陽極集電体
１１b、１１１b、３１１b、４１１…陽極活物質層 
１２a、１１２a、３１２a、４１２a…陰極集電体
１２b、１１２b、３１２b、４１２b…陰極活物質層
１３、１４、１５、１１３、１１４、１１５、３１４、４１４…セパレータ
１６、１１６、３１６、４１６…セラミックス層 
１７、１８、１１７、１１８…電極タブ
【図１】
2008293980.tif 000004
【図２】
2008293980.tif 000005
【図３】
2008293980.tif 000006
【図４】
2008293980.tif 000007
【図５】
2008293980.tif 000008
【図６】
2008293980.tif 000009
【図７】
2008293980.tif 000010
【図８】
2008293980.tif 000011
【図９】
2008293980.tif 000012
【図１０】
2008293980.tif 000013