(57)【要約】【課題】  電極組立体の巻取り時に各電極板が相互ずれて巻取られること及び巻取り時に電極タブの位置変動を防止できる電極組立体及びこれを利用した二次電池を提供する。【解決手段】  本発明の電極組立体２０は、少なくとも第１電極活物質が塗布された第１電極集電体２２の少なくとも一側端部に第１電極無地部２３が形成された第１電極板２４と、少なくとも第２電極活物質が塗布された第２電極集電体２６の少なくとも一側端部に第２電極無地部２７が形成されて第１電極板２３と共に巻取られた第２電極板２８と、第１電極板２４と第２電極板２８間に介在されたセパレータ３０と、を具備し、第１電極板２４及び第２電極板２８のうち少なくとも一つの端部は同じ極に接するように折畳まれた折畳み部２７ａを具備してなる。本発明の２次電池１０は、上記電極組立体１０と、該電極組立体１０を収納して密閉し、前記電極組立体と電気的に連結された端子部を具備したケース１１と、を含んでなる。【選択図】            図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも第１電極活物質が塗布された第１電極集電体の少なくとも一側端部に第１電極無地部が形成された第１電極板と、
少なくとも第２電極活物質が塗布された第２電極集電体の少なくとも一側端部に第２電極無地部が形成されて前記第１電極板と共に巻取られた第２電極板と、前記第１電極板と第２電極板間に介在されたセパレータと、を具備し、
少なくとも第２電極活物質が塗布された第２電極集電体の少なくとも一側端部に第２電極無地部が形成されて前記第１電極板と共に巻取られた第２電極板と、
前記第１電極板と第２電極板間に介在されたセパレータと、
を具備し、
前記第１電極板及び第２電極板のうち少なくとも一つの端部は、同じ極に接するように折畳まれた折畳み部を具備してなることを特徴とする電極組立体。
【請求項２】
前記折畳み部は、前記各電極板の電極無地部に備えられたことを特徴とする請求項１に記載の電極組立体。
【請求項３】
前記折畳み部は、前記各電極板が巻取られ始める端部に位置することを特徴とする請求項１に記載の電極組立体。
【請求項４】
前記折畳み部は、各電極集電体の端部のバーが同じ極に接するように折畳まれたことを特徴とする請求項１に記載の電極組立体。
【請求項５】
少なくとも前記第１電極板の前記第１電極タブが配置された部分の一側面には、前記セパレータが介在された状態で前記第２電極板の折畳み部が位置するように備えられたことを特徴とする請求項１に記載の電極組立体。
【請求項６】
前記第１電極板の前記第１電極タブが配置された部分に対応する前記第２電極板の部分に絶縁テープがさらに付着されたことを特徴とする請求項５に記載の電極組立体。
【請求項７】
前記電極組立体の最内部に位置した第２電極無地部の長さは５ｍｍないし１５ｍｍであることを特徴とする請求項１に記載の電極組立体。
【請求項８】
少なくとも第１電極活物質が塗布された第１電極集電体の少なくとも一側端部に第１電極無地部が形成された第１電極板と、少なくとも第２電極活物質が塗布された第２電極集電体の少なくとも一側端部に第２電極無地部が形成されて前記第１電極板と共に巻取られた第２電極板と、前記第１電極板と第２電極板間に介在されたセパレータとを具備し、前記第１電極板及び第２電極板のうち少なくとも一つの端部は同じ極に接するように折畳まれた折畳み部とを具備してなる電極組立体と、
前記電極組立体を収納して密封し、前記電極組立体と電気的に連結された端子部を具備したケースと、
を含んでなることを特徴とする２次電池。
【請求項９】
前記折畳み部は、前記各電極板の電極無地部に備えられたことを特徴とする請求項８に記載の２次電池。
【請求項１０】
前記折畳み部は、前記各電極板が巻取られ始める端部に位置することを特徴とする請求項８に記載の２次電池。
【請求項１１】
前記折畳み部は、各電極集電体の端部のバーが同じ極に接するように折畳まれたことを特徴とする請求項８に記載の２次電池。
【請求項１２】
少なくとも前記第１電極板の前記第１電極タブが配置された部分の一側面には、前記セパレータが介在された状態で前記第２電極板の折畳み部が位置するように備えられたことを特徴とする請求項８に記載の２次電池。
【請求項１３】
前記第１電極板の前記第１電極タブが配置された部分に対応する前記第２電極板の部分に絶縁テープがさらに付着されたことを特徴とする請求項１２に記載の２次電池。
【請求項１４】
前記電極組立体の最内部に位置した第２電極無地部の長さは５ｍｍないし１５ｍｍであることを特徴とする請求項８に記載の電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二次電池に係り、より詳細には正極板及び負極板がセパレータを介して巻かれた電極組立体及びこれを利用した二次電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話、カムコーダ、ノート型パソコンなどの軽量化及び無線化が急速に進むにつれて、その駆動電源としてエネルギー密度が高いリチウムイオン電池が活発に開発されている。このようなリチウム２次電池は、円形または非円形の螺旋状に巻かれた電極組立体が円形または角形の缶やパウチに収容されてなる。
【０００３】
前記のような二次電池において、電極組立体はストリップ状の正極集電体の両端部の一部（以下、正極無地部という）を除いて正極活物質がコーティングされてなる正極ストリップと、ストリップ状の負極集電体両端部の一部（以下、負極無地部という）を除いて負極活物質がコーティングされてなる負極ストリップとが、前記正極ストリップと負極ストリップとの間にセパレータが設置された状態で螺旋状に巻取られてなる。そして、前記正極及び負極無地部の少なくとも一側には各々リードが設置されている。
【０００４】
一方、正極および負極無地部は薄板状になっているので、初期巻取り時に前記負極と正極無地部相互間に摺動が発生して巻取りが円滑に行われなくなる。特に負極無地部にはリードが設置されているために、このリードの位置が設定された位置から移動する問題点がある。また巻取られる正極無地部及び負極無地部はセパレータにより相互絶縁されているので絶縁による信頼性が相対的に低い。
【０００５】
一方、特許文献１には非円形スパイラル電池の電極体が開示されている。開示された電極組立体は正極板と負極板及びこれら間に介在されたセパレータがスパイラルタイプに巻取られたものであって、正極と負極との巻取られ始めた位置が相互にずれており、最も中心に近い極板の折曲部には先巻取り極板だけ位置し、後巻取り極板が巻取られ始める位置は先巻取り極板の最初の折曲より後退して位置する。
【０００６】
そして先巻取り極板の最初の折曲部は外周に巻取られている先巻取り極板と対向して位置する。
【０００７】
特許文献２にはスパイラル電極ユニットを有する電池が開示されている。開示された電極組立体は、負電極ストリップの電極コア材質の露出された領域の両側にセパレータを通じて同じ極が位置する構成である。
【０００８】
そして特許文献３にはスパイラル電極体を有する電池が開示されている。電極組立体が巻取られる最内側には負極板が位置し、最外郭には銅箔の正極板が位置した構成が開示されている。
【０００９】
前述したように構成されたスパイラル型電極組立体は正極及び負極の露出領域、すなわち、無地部の領域を限定したものであって、巻取り時に発生する互いにずれて巻取られる問題を解決できない。
【特許文献１】特開平８−３９８１７号公報
【特許文献２】米国特許第５，５０８，１２２号公報
【特許文献３】特開平１１−１１１３２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は前記問題点を解決するために、電極組立体の巻取り時に各電極板がずれて巻取られることによる根本的な問題点を解決でき、巻取り時に電極タブの位置変動を防止できる二次電池の電極組立体及びこれを利用した二次電池を提供するところにその目的がある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記目的を達成するために本発明は、少なくとも第１電極活物質が塗布された第１電極集電体の少なくとも一側端部に第１電極無地部が形成された第１電極板と、少なくとも第２電極活物質が塗布された第２電極集電体の少なくとも一側端部に第２電極無地部が形成されて前記第１電極板と共に巻取られた第２電極板と、前記第１電極板と第２電極板間に介在されたセパレータと、を具備し、前記第１電極板及び第２電極板のうち少なくとも一つの端部は同じ極に接するように折畳まれた折畳み部を具備してなることを特徴とする電極組立体を提供する。
【００１２】
本発明の他の特徴によれば、前記折畳み部は、前記各電極板の電極無地部に備えられる。
【００１３】
本発明のさらに他の特徴によれば、前記折畳み部は、前記各電極板が巻取られ始める端部に位置する。
【００１４】
本発明のさらに他の特徴によれば、前記折畳み部は、各電極集電体の端部のバーが同じ極に接するように折畳まれる。
【００１５】
本発明のさらに他の特徴によれば、少なくとも前記第１電極板の前記第１電極タブが配置された部分の一側面には、前記セパレータが介在された状態で前記第２電極板の折畳み部が位置するように備えられ、この時、前記第１電極板の前記第１電極タブが配置された部分に対応する前記第２電極板の部分に絶縁テープがさらに付着される。
【００１６】
本発明のさらに他の特徴によれば、前記電極組立体の最内部に位置した第２電極無地部の長さは５ｍｍないし１５ｍｍである。
【００１７】
前記目的を達成するために本発明はまた、少なくとも第１電極活物質が塗布された第１電極集電体の少なくとも一側端部に第１電極無地部が形成された第１電極板と、少なくとも第２電極活物質が塗布された第２電極集電体の少なくとも一側端部に第２電極無地部が形成されて前記第１電極板と共に巻取られた第２電極板と、前記第１電極板と第２電極板間に介在されたセパレータとを具備し、前記第１電極板及び第２電極板のうち少なくとも一つの端部は同じ極に接するように折畳まれた折畳み部とを具備してなる電極組立体と、前記電極組立体を収納して密封し、前記電極組立体と電気的に連結された端子部を具備したケースと、を含んでなることを特徴とする２次電池を提供する。
【００１８】
本発明の他の特徴によれば、前記折畳み部は、前記各電極板の電極無地部に備えられる。
【００１９】
本発明のさらに他の特徴によれば、前記折畳み部は、前記各電極板が巻取られ始める端部に位置する。
【００２０】
本発明のさらに他の特徴によれば、前記折畳み部は、各電極集電体の端部のバーが同じ極に接するように折畳まれる。
【００２１】
本発明のさらに他の特徴によれば、少なくとも前記第１電極板の前記第１電極タブが配置された部分の一側面には、前記セパレータが介在された状態で前記第２電極板の折畳み部が位置するように備えられ、この時、前記第１電極板の前記第１電極タブが配置された部分に対応する前記第２電極板の部分に絶縁テープがさらに付着される。
【００２２】
本発明のさらに他の特徴によれば、前記電極組立体の最内部に位置した第２電極無地部の長さは５ｍｍないし１５ｍｍである。
【発明の効果】
【００２３】
本発明による電池は、ケースに内蔵される電極組立体の内角に位置する第１電極無地部または第２電極無地部の少なくとも一側に折畳み部が形成されているので、電極組立体の巻取り時に第１電極および／または第２電極無地部がずれて巻取られるか、または緩く巻取られることが防止できる。特に電極組立体の巻取りのための巻取り用マンドレルが第１電極および／または第２電極無地部の把持をかたくしてその巻取り速度を速めることができ、これにより生産性の向上を図れる。また、これらに絶縁テープが付着されているので正極無地部及び負極無地部の絶縁による信頼性を向上させうる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下添付した図面を参照して本発明による望ましい実施例を詳細に説明すれば次の通りである。
【００２５】
図１は本発明による二次電池の分離斜視図、図２は本発明による二次電池の電極組立体が巻取られる状態を示した断面図、図３は図２に図示された折畳み部をより詳細に示した側断面図である。
【００２６】
図１には本発明による充放電が可能な二次電池の一例を示した。
【００２７】
図面を参照すれば、二次電池１０は、内部に密閉された空間部が形成されたケース１１と、前記ケース１１の空間部に挿入される電極組立体２０と、前記電極組立体２０が挿入された空間部を密閉するキャッププレート１３と、を含む。
【００２８】
一方、前記ケース１１は、図１に図示されたような本発明の望ましい一実施例においてほぼ直方体の金属材よりなり、これによりその自体が端子の役割を行える。本発明によれば、前記ケース１１は軽量の伝導性金属であるＡｌまたはＡｌ合金で形成される。また、前記ケース１１はその一面が開口されており、この開口部から前記電極組立体２０がケース１１の内部に収納される。前記ケース１１は図１に図示されたように、その側面の角部が角形に形成されることもあり、図示しないが、その角部がラウンド処理されて形成されてもよい。
【００２９】
上記のようなケース１１はキャップ組立体１３により密封される。前記キャップ組立体１３は、前記開口部に直接溶接されて密封されるキャッププレート１３ａを具備する。前記ケース１１及びキャッププレート１３ａはその溶接の容易性のために同じ金属材で備えられる。
【００３０】
前記キャップ組立体１３には、前記キャッププレート１３ａにガスケット（図示せず）を通じて絶縁されるように貫通形成された端子ピン１２が形成される。この端子ピン１２の下部には絶縁プレート及び端子プレート（図示せず）がさらに形成されて前記端子ピン１２をキャッププレート１３ａと絶縁させる。この端子ピン１２の下部に電極組立体２０の第１電極板から引出された第１電極タブ２４ａが溶接されて第１電極端子部として機能を行う。
【００３１】
一方、第２電極板から引出された第２電極タブ２８ａは前記キャッププレート１３ａの底面や、ケース１１の内面に直接電気的に連結されて前記端子ピン１２を除外した電池外部全体が第２電極端子部としての機能を行う。しかし、このような第１及び第２電極端子の構造は必ずこれに限定されることではなく、前記第２電極端子部の構造も前記第１電極端子部の構造のように別途の端子ピンを通じて形成でき、その外にも他のいかなる構造も適用できる。
【００３２】
前記電極組立体２０は図２に図示されたように、第１電極板２４及び第２電極板２８がセパレータ３０を介在して形成されたものであって、本発明の望ましい一実施例によれば、第１及び第２電極板２４、２８がセパレータ３０を介在して積層された後、巻取られたジェリーロール型の電極組立体２０が使われる。
【００３３】
本発明の望ましい一実施例において、前記第１電極板２４は負極板として使われうる。このように負極板として使われる第１電極板２４はストリップ形状の金属薄板よりなる第１電極集電体２２を具備し、前記第１電極集電体２２としては銅箔板が使われうる。前記第１電極集電体２２の少なくとも一面には第１電極活物質を含む第１電極合剤がコーティングされた第１電極コーティング部２１が形成され、前記第１電極活物質として炭素材を使用し、これにバインダー、可塑剤、導電材などを含めて第１電極合剤をなすことができる。
【００３４】
また、正極板として使われうる前記第２電極板２８はストリップ状の金属薄板よりなる第２電極集電体２６を具備し、前記第２電極集電体２６としてアルミニウム薄板が使われうる。前記第２電極集電体２６の少なくとも一面には第２正極活物質を含む第２電極合剤がコーティングされる第２電極コーティング部２５が形成される。前記第２電極活物質としてはリチウム系酸化物を使用し、これにバインダー、可塑剤、導電材などを含めて第２電極合剤をなすことができる。
【００３５】
図２にはこのような第１及び第２電極板２４、２８の巻取り中心部を示したが、この巻取り中心部には前記第１電極集電体２２及び第２電極集電体２６から延長された第１電極無地部２３及び第２電極無地部２７が形成されている。そして、このように巻取り中心部に位置した第１電極無地部２３には第１電極タブ２４ａが溶接されている。この第１電極タブ２４ａとしてはニッケル薄膜が使われうる。そして、第２電極タブ２８ａはアルミニウム薄膜が使われ、図１で図示されたように、電極組立体２０の最外郭部分に位置する。もちろん、第２電極タブ２８ａも第１電極タブ２４ａと同じく、巻取り中心部の第１電極無地部に位置することもできる。
【００３６】
ここで前記電極組立体２０の最内側に位置して螺旋状に巻取られる第１電極無地部２３または第２電極無地部２７の少なくとも一つは、同一極が対向するように折畳まれてなる折畳み部２７ａを具備する。本発明の望ましい一実施例によれば、前記折畳み部２７ａは図２に図示されたように、正極の第２電極無地部２７に形成することが望ましい。
【００３７】
前記折畳み部２７ａにより、前記第２電極板２８が巻取り用マンドレルにさらに効果的に挿入される。通常前述したような巻取り型電極組立体は高速で回転する巻取り用マンドレルを利用して巻取るが、このような巻取り用マンドレルに一般的な電極板を挿入する場合には電極板がマンドレルに効果的に挿入されなくて巻取り不良が発生しやすい。したがって、前述したような折畳み部２７ａを設けることによって電極板の巻取り先端部がマンドレルにさらに容易に挿入されうる。
【００３８】
また、このような折畳み部２７ａは、電極板のバーにより極板間短絡が発生することを防止できる。すなわち、通常の方法により成形された第２電極集電体２７の端部には図３に示されたように、バー２７ｂが形成されている。このバー２７ｂをそのまま放置する場合にはこのバー２７ｂが隣接したセパレータを裂き、他極性の電極板に接続されて電池内部短絡現象が発生する。本発明ではこのような電池内部短絡現象を防止するために、前記バー２７ｂが第２電極集電体２７の面に向うように折畳み部２７ａを構成する。すなわち、バーを集電体の外側方向に向わせない。
【００３９】
前記のような折畳み部２７ａの外側には絶縁テープ３１がさらに付着されうる。
【００４０】
一方、前記第１電極板２４及び第２電極板２８の巻取り時に第２電極無地部２７に形成された折畳み部２７ａは、図２に図示されたように、その端部を、セパレータ３０を介在して前記第１電極板２４の第１電極タブ２４ａが位置した部分と重畳させることができる。このために、前記第２電極無地部２７の長さＬは５ないし１５ｍｍにすることができる。そして、この時、前記重畳された部分での第１電極板及び第２電極板の絶縁は前記折畳み部２７ａの外側に付着された絶縁テープ３１により行われる。
【００４１】
以上説明したような折畳み部は、それ以外にも第１電極板の第１電極無地部にも備えられうることはもちろんである。
【００４２】
本発明は添付した図面に図示された実施例を参考として説明されたが、これは例示的なものに過ぎず、当該技術分野における当業者はこれより多様な変形及び均等な他の実施例を容易に具現できる。したがって、本発明の真の範囲は特許請求の範囲のみにより限定されねばならない。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明は携帯電話、カムコーダ、ノート型パソコンの駆動電源であるリチウム２次電池に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明による二次電池の分離斜視図である。
【図２】本発明による二次電池の電極組立体が巻取られる状態を示した断面図である。
【図３】図２に図示された折畳み部をより詳細に示した側断面図である。
【符号の説明】
【００４５】
１０  ２次電池、
１１  ケース、
２０  電極組立体、
２１  第１電極コーティング部、
２２  第１電極集電体、
２３  第１電極無地部、
２４  第１電極板、
２４ａ  第１電極タブ、
２５  第２電極コーティング部、
２６  第２電極集電体、
２７  第２電極無地部、
２７ａ  折畳み部、
２８  第２電極板、
３０  セパレータ、
３１  絶縁テープ。
【図１】
2004214174.tif 000003
【図２】
2004214174.tif 000004
【図３】
2004214174.tif 000005