(57)【要約】【課題】巻取り型電極組立体及びこれを備えた二次電池を提供する。【解決手段】少なくとも第１電極活物質２３が塗布された第１電極集電体２２を含み、前記第１電極集電体２２の露出部に第１電極タブ２５が配置された第１電極板２１と、少なくとも第２電極活物質３３が塗布された第２電極集電体３２を含み、前記第２電極集電体３２の露出部に第２電極タブが配置され、前記第１電極板２１と共に巻き取られた第２電極板３１と、前記第１及び第２電極板２１，３１間に介在された極板間セパレータ４０とを有し、少なくとも前記第１電極板２１に前記第１電極タブ２５が配置された部分における前記第１電極板２１の一の側面には、前記極板間セパレータ４０から一体に延びた少なくとも一重の保護セパレータ４１ｂ，４２ｂがさらに介在される。本発明により、巻取り型電極組立体の電極タブが位置した部分で発生する電気的な短絡の危険性を取り除くことができる。【選択図】図２
2005063939.tif 000002
【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電極集電体を含み、前記第１電極集電体において前記第１電極活物質が塗布されておらず露出された露出部に第１電極タブが配置された第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電極集電体を含み、前記第２電極集電体において前記第２電極活物質が塗布されておらず露出された露出部に第２電極タブが配置され、前記第１電極板と共に巻き取られた第２電極板と、
前記第１及び第２電極板間に介在された極板間セパレータと、を有し、
少なくとも前記第１電極板に前記第１電極タブが配置された部分における前記第１電極板の一の側面には、前記極板間セパレータから一体に延びた少なくとも一重の保護セパレータがさらに介在されることを特徴とする電極組立体。
【請求項２】
前記第１電極タブは前記電極組立体の前記中心部の近傍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３】
前記第１電極板に前記第１電極タブが配置された部分における前記第１電極板の前記一の側面の反対側の側面には、前記極板間セパレータと前記保護セパレータとのうちの少なくとも１つのセパレータのみが位置し、電極活物質が位置しないことを特徴とする請求項２に記載の電極組立体。
【請求項４】
前記保護セパレータのうち少なくとも１つは、前記極板間セパレータの端部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５】
前記極板間セパレータの端部である前記保護セパレータは、二段に折り曲げられて前記第１及び第２電極板間に介在されることを特徴とする請求項４に記載の電極組立体。
【請求項６】
前記第１電極タブは、前記第１電極集電体において前記電極組立体の中心部を向いた内側面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７】
前記保護セパレータのうち少なくとも１つは、前記電極組立体の巻取り方向と反対方向に巻き取られつつ前記極板間セパレータから延びてい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】
前記電極組立体は、第１の極板間セパレータ、第１電極板、第２の極板間セパレータ、及び第２電極板が順に積層された後に巻き取られたものであり、前記保護セパレータは前記第１及び第２の極板間セパレータのうち少なくとも１つの極板間セパレータから延びてい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９】
少なくとも第１電極活物質が塗布される開始位置と第２電極活物質が塗布される開始位置とが同じ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１０】
前記第１電極板に前記第１電極タブが配置された部分における前記第１電極板の前記一の側面には、前記保護セパレータを介して、前記第２電極板が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１１】
前記第１電極タブが配置された部分における前記第１電極板の前記一の側面に介在する保護セパレータのうち少なくとも１つは、前記第１電極タブが配置された部分における第１及び第２電極板間に位置した極板間セパレータの外側面に接するように延びていることを特徴とする請求項１０に記載の電極組立体。
【請求項１２】
少なくとも第１電極活物質が塗布された第１電極集電体を含み、前記第１電極集電体において前記第１電極活物質が塗布されておらず露出された露出部に第１電極タブが配置された第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電極集電体を含み、前記第２電極集電体において前記第２電極活物質が塗布されておらず露出された露出部に第２電極タブが配置された第２電極板とを有し、
前記第１及び第２電極板が２つのセパレータ間及びそのいずれか１つの一面にそれぞれ介在されて積層されることによって積層体を形成しており、当該積層体は、巻芯に挿入されて巻き取られており、前記２つのセパレータのうち少なくとも１つは前記巻芯を通って当該巻芯から前記巻芯円周長さの半分の長さ以上にわたって引き出された後に巻き取られていることを特徴とする電極組立体。
【請求項１３】
前記セパレータが巻芯から引き出された部分は、前記第１電極板に第１電極タブが配置された部分における前記第１電極板の一の側面まで延びていることを特徴とする請求項１２に記載の電極組立体。
【請求項１４】
前記第１電極板に第１電極タブが配置された部分における前記第１電極板の前記一の側面には、前記セパレータが引き出された部分と他のセパレータの部分とを介して前記第２電極板が位置することを特徴とする請求項１３に記載の電極組立体。
【請求項１５】
前記第１電極板に前記第１電極タブが配置された部分における前記第１電極板の前記一の側面の反対側の側面には、セパレータのみが位置し、電極活物質が位置しないことを特徴とする請求項１３に記載の電極組立体。
【請求項１６】
前記セパレータが巻芯から引き出された部分の長さは、前記巻芯円周長さの半分の長さと前記巻芯から前記第１電極タブが配置された部分までの距離との和よりも長いことを特徴とする請求項に１２記載の電極組立体。
【請求項１７】
前記セパレータが巻芯から引き出された部分が前記巻芯に少なくとも半回転分巻き取られた後に、前記第１電極板が巻き取られていることを特徴とする請求項１２に記載の電極組立体。
【請求項１８】
前記第１電極タブは、前記第１電極集電体において前記巻芯側を向いた内側面に位置することを特徴とする請求項１２に記載の電極組立体。
【請求項１９】
前記セパレータが巻芯から引き出された部分は、前記電極組立体の巻取り方向と反対方向に巻き取られつつ延びていることを特徴とする請求項１２に記載の電極組立体。
【請求項２０】
少なくとも第１電極活物質が塗布された第１電極集電体を含み、前記第１電極集電体において前記第１電極活物質が塗布されておらず露出された露出部に第１電極タブが配置された第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電極集電体を含み、前記第２電極集電体において前記第２電極活物質が塗布されておらず露出された露出部に第２電極タブが配置され、前記第１電極板と共に巻き取られた第２電極板と、
前記第１及び第２電極板間に介在された極板間セパレータと、を有し、
少なくとも前記第１電極板に前記第１電極タブが配置された部分における前記第１電極板の一の側面には、前記極板間セパレータから一体に延びた少なくとも一重の保護セパレータと、前記第１電極集電体の露出部とがさらに介在されることを特徴とする電極組立体。
【請求項２１】
前記第１電極タブは前記電極組立体の中心部の近傍に位置することを特徴とする請求項２０に記載の電極組立体。
【請求項２２】
前記第１電極板に前記第１電極タブが配置された部分における前記第１電極板の前記一の側面の反対側の側面には、前記極板間セパレータ及び保護セパレータのうち少なくとも１つのセパレータのみが位置し、電極活物質が位置しないことを特徴とする請求項２１に記載の電極組立体。
【請求項２３】
前記保護セパレータのうち少なくとも１つは、前記極板間セパレータの端部であることを特徴とする請求項２０に記載の電極組立体。
【請求項２４】
前記極板間セパレータの端部である保護セパレータは、二段に折り曲げられて前記第１及び第２電極板間に介在されることを特徴とする請求項２３に記載の電極組立体。
【請求項２５】
前記第１電極板に前記第１電極タブが配置された部分における前記第１電極板の前記一の側面に延びた前記第１電極集電体の露出部は、前記第１電極集電体から延びていることを特徴とする請求項２０に記載の電極組立体。
【請求項２６】
前記第１電極板に前記第１電極タブが配置された部分における前記第１電極板の一の側面に延びた前記第１電極集電体の露出部は、二段に折り曲げられて前記第１及び第２電極板間に介在されることを特徴とする請求項２５に記載の電極組立体。
【請求項２７】
前記第１電極タブは、前記第１電極集電体において前記電極組立体の中心部を向いた内側面に位置することを特徴とする請求項２０に記載の電極組立体。
【請求項２８】
前記保護セパレータのうち少なくとも１つは、前記電極組立体の巻取り方向と反対方向に巻き取られつつ前記極板間セパレータから延びていることを特徴とする請求項２０に記載の電極組立体。
【請求項２９】
前記第１電極板に前記第１電極タブが配置された部分における前記第１電極板の一の側面に延びた前記第１電極集電体の露出部は、前記電極組立体の巻取り方向と反対方向に巻き取られつつ前記第１電極集電体から延びていることを特徴とする請求項２０に記載の電極組立体。
【請求項３０】
前記電極組立体は、第１の極板間セパレータ、第１電極板、第２の極板間セパレータ、及び第２電極板が順に積層された後に巻き取られたものであり、前記保護セパレータは前記第１及び第２の極板間セパレータのうち少なくとも１つの極板間セパレータから延びていることを特徴とする請求項２０に記載の電極組立体。
【請求項３１】
少なくとも第１電極活物質が塗布される開始位置と第２電極活物質が塗布される開始位置とが同じであることを特徴とする請求項２０に記載の電極組立体。
【請求項３２】
前記第１電極板に前記第１電極タブが配置された部分における前記第１電極板の前記一の側面には、前記保護セパレータと前記第１電極集電体の露出部とを介して、前記第２電極板が位置することを特徴とする請求項２０に記載の電極組立体。
【請求項３３】
少なくとも第１電極活物質が塗布された第１電極集電体を含み、前記第１電極集電体において前記第１電極活物質が塗布されておらず露出された露出部に第１電極タブが配置された第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電極集電体を含み、前記第２電極集電体において前記第１電極活物質が塗布されておらず露出された露出部に第２電極タブが配置された第２電極板とを含み、
前記第１及び第２電極板が２つのセパレータ間及びそのいずれか１つの一面にそれぞれ介在されて積層されることによって積層体を形成しており、当該積層体は、巻芯に挿入されて巻き取られており、前記２つのセパレータのうち少なくとも１つと前記第１電極集電体の露出部とは前記巻芯を通って当該巻芯から前記巻芯円周長さの半分の長さ以上にわたって引き出された後に巻き取られていることを特徴とする電極組立体。
【請求項３４】
前記セパレータが巻芯から引き出された部分は、前記第１電極板に第１電極タブが配置された部分における前記第１電極板の一の側面まで延びていることを特徴とする請求項３３に記載の電極組立体。
【請求項３５】
前記第１電極板に第１電極タブが配置された部分における前記第１電極板の前記一の側面には、前記セパレータが引き出された部分と少なくとも一つの他のセパレータ部分とを介して前記第２電極板が位置することを特徴とする請求項３４に記載の電極組立体。
【請求項３６】
前記第１電極集電体の露出部の引き出された部分は、前記第１電極板に前記第１電極タブが配置された部分における前記第１電極板の前記一の側面まで延びており、前記第１電極板に第１電極タブが配置された部分における前記第１電極集電体の前記一の側面まで延びた第１電極集電体の露出部の一の側面には、前記セパレータが引き出された部分を介して第２電極板が位置することを特徴とする請求項３５に記載の電極組立体。
【請求項３７】
前記第１電極集電体の露出部が巻芯から引き出された部分の長さは、前記巻芯円周長さの半分の長さと前記巻芯から前記第１電極タブが配置された部分までの距離との和より長く、前記セパレータが巻芯から引き出された部分の長さは、前記第１電極集電体の露出部が巻芯から引き出された部分の長さより長いことを特徴とする請求項３３に記載の電極組立体。
【請求項３８】
前記第１電極集電体が巻芯から引き出された部分が前記巻芯に少なくとも半回転分巻き取られた後に、前記第１電極板が巻き取られていることを特徴とする請求項３３に記載の電極組立体。
【請求項３９】
前記第１電極タブは、前記第１電極集電体において前記巻芯側を向いた内側面に位置することを特徴とする請求項３３に記載の電極組立体。
【請求項４０】
前記セパレータが巻芯から引き出された部分と前記第１電極集電体が巻芯から引き出された部分とは、電極組立体の巻取り方向と反対方向に巻き取られつつ延びていることを特徴とする請求項３３に記載の電極組立体。
【請求項４１】
前記極板間セパレータ、保護セパレータ、及びセパレータのうち少なくとも１つは、ポリエチレン、ポリプロピレン、及びこれらを重合した共重合体からなる群から選択された少なくとも１つで形成されることを特徴とする請求項１ないし４０のうちいずれか１項に記載の電極組立体。
【請求項４２】
前記極板間セパレータ、保護セパレータ、及びセパレータのうち少なくとも１つは多層構造であることを特徴とする請求項１ないし４０のうちいずれか１項に記載の電極組立体。
【請求項４３】
前記極板間セパレータ、保護セパレータ、及びセパレータのうち少なくとも１つは分子量が３５万以上であるポリオレフィン系ポリマーで形成されることを特徴とする請求項１ないし４０のうちいずれか１項に記載の電極組立体。
【請求項４４】
前記第１及び第２電極板のうち隣接する他の極性の電極板の活物質とセパレータを介在して出合わない電極板の部分には、活物質が塗布されていないことを特徴とする請求項１ないし４０のうちいずれか１項に記載の電極組立体。
【請求項４５】
前記第１電極活物質はリチウム系酸化物であり、第２電極活物質は炭素物質であることを特徴とする請求項１ないし４０のうちいずれか１項に記載の電極組立体。
【請求項４６】
前記第１電極集電体はアルミニウムまたはアルミニウム合金で形成されており、前記第２電極集電体は銅または銅合金で形成されていることを特徴とする請求項１ないし４０のうちいずれか１項に記載の電極組立体。
【請求項４７】
請求項１ないし４６のうちいずれか１項に記載の前記電極組立体を円筒形カン、角形カンまたはパウチケースに収容した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】
本発明は巻取り型電極組立体及びこれを備えた二次電池に係り、さらに詳細には電極タブが形成された部分での電極間ショート問題を改善した巻取り型電極組立体及びこれを備えた二次電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、二次電池は充電が不可能な一次電池とは異なり、充放電の可能な電池をいい、携帯電話、ノート型パソコン、カムコーダなどの先端電子機器分野で広く使われている。
【０００３】
特に、リチウム二次電池は作動電圧が３．６Ｖであり、携帯用電子装備電源に多用されているニッケル−カドミウム電池やニッケル−水素電池より３倍も高く、単位重量当たりのエネルギー密度が高いという側面を持つことから、近年、急速に広まっている。
【０００４】
このようなリチウム二次電池は主に正極活物質としてリチウム系酸化物、負極活物質としては炭素材を使用している。一般的には、リチウム二次電池は、電解液の種類によって、液体電解質電池と、高分子電解質電池とに分類される。液体電解質を使用するリチウム二次電池はリチウムイオン電池と呼ばれ、高分子電解質を使用するリチウム二次電池はリチウムポリマー電池と呼ばれる。また、リチウム二次電池はさまざまな形に製造されているが、代表的な形としては、円筒形、角形、及びパウチ型が挙げられる。
【０００５】
これら二次電池は、基材に活物質を塗布してこれを乾燥し、ロールプレス及び切断して形成した正極および負極の間にセパレータを挿入して巻き取らせることによって構成したゼリーロール型電極組立体を使用する。そして、円筒形電池は前記電極組立体を円筒形カンに収納して電解液を注入後に密封することにより製造される。一方、角形電池は前記電極組立体を圧力を加えて平らにした後で角形カンに収納することによって製造される。
【０００６】
このような二次電池において、ゼリーロール型電極組立体は正極板及び負極板がセパレータを介在してゼリーロール型（渦巻状）に巻き取られたものをいう。このような電極組立体では各極板から正極タブ及び負極タブが外部に引き出されるが、このうち１つのタブは上方に引き出されてカンを密封するキャップ組立体に電気的に連結され、他のタブは下方に引き出されてカンの底部に形成された突起部に電気的に連結される。この時、角形二次電池の場合、２つの電極タブがいずれも上方に引き出されることもある。
【０００７】
上述したとおり、従来の円筒形電池は正極板と負極板とが１つのセパレータを介在して巻き取られていた。しかしながら、このような構成では、前記電極板のうち電極タブが溶接された部分によってセパレータが破損して、電気的な短絡を引き起こすおそれがあるといった問題がある。電極タブは、これを介して電池内から外部へ電荷が移動する部分であり、この電極タブが取り付けられている部分に電荷が集中して移動することによって発熱が生じる。これによりこの電極タブが取り付けられている部分の電極板も加熱され、この結果、セパレータの破損が生じるおそれがある。通常、電極タブが取り付けられている電極板はセパレータを介して他の他極電極板から分離されているが、セパレータに破損が生じることによって、加熱された電極板と他の他極電極板との間で電気的な短絡が引き起こされるおそれがある。
【０００８】
また、電極タブの場合、その端部に形成過程で、バー（ｂｕｒｒ：  かえり、ささくれ、ばり、段差等）が発生しうるが、このバーにより薄いセパレータが損傷され、この結果、損傷されたセパレータの部分を通じて電気的な短絡が生じるおそれがある。
【０００９】
このように電極タブ部分での電気的な短絡の危険性が高まることを防止するために、特許文献１には電極板のタブ溶接部をポリマー物質でコーティングしてタブのバー部分によるセパレータの損傷を防止する方法が提案されている。
【００１０】
しかし、このようにポリマー物質をコーティングする方法は既存の電池製造工程にポリマーコーティング工程を追加せねばならないので、工程が複雑になって製造コストが高まるといった問題がある。
【００１１】
特許文献２には、電極タブが、渦巻式電極組立体より内側に折り曲げられ、この折り曲げられた電極タブの部分が電極組立体の内径の中心部に存在するように設計する技術が開示されている。しかしながら、この場合にも電極タブを巻芯部分に位置させることが難しく、また、次の工程で電極タブをカンの下面に溶接する際に溶接棒の挿入を妨害する要素として作用するので、実際工程で使用し難いといった問題がある。
【００１２】
一方、特許文献３には巻芯部分に位置した電極タブの部分が、セパレータを挟んで同一極性の電極板と出合うようにするとともに、他方の電極板の電極タブを電極組立体の最外周に位置させる二次電池が開示されている。この場合、電極タブが位置した電極板の表裏面に同じ極性の電極板が位置するので、たとえセパレータに破損が発生するとしても電気的な短絡を防止できるようになる。
【００１３】
しかしこの場合、巻芯部分の電極タブが溶接された電極板が、両側面で同一極性の電極板で出合わねばならないためにその無地部（露出部）を長く形成せねばならない一方、他方の電極板はその巻き取られる開始点を遅らせなければならない。したがって、このような構造では、結果的に電極反応に参与しない極板の部分が多く生じるようになる。これは電池において、不要な部分を増やす結果になって製造コストを上昇させる問題を招き、特に、円周長さが長い角形二次電池に適用する場合に大きな問題となる。
【特許文献１】特開平１１−２７３６６０号公報
【特許文献２】特公平４−１０９５５１号公報
【特許文献３】米国特許第５，５０８，１２２号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明は前記のような問題点を解決するためのものであり、本発明の目的は、巻取り型電極組立体の電極タブが位置する部分から発生する電気的な短絡の危険性を下げることができる電極組立体及びこれを備えた二次電池を提供することである。
【００１５】
本発明の他の目的は、電極タブにバーなどの表面欠陥がある場合にも電気的な短絡を防止できる電極組立体及びこれを備えた二次電池を提供することである。
【００１６】
本発明のさらに他の目的は、既存の工程設備をそのまま採用しつつ極板間の電気的な短絡の危険性を下げることができる電極組立体及びこれを備えた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】
【００１７】
前記のような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電極集電体を含み、前記第１電極集電体において前記第１電極活物質が塗布されておらず露出された露出部に第１電極タブが配置された第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電極集電体を含み、前記第２電極集電体において前記第２電極活物質が塗布されておらず露出された露出部に第２電極タブが配置され、前記第１電極板と共に巻き取られた第２電極板と、前記第１及び第２電極板間に介在された極板間セパレータとを有し、少なくとも前記第１電極板に前記第１電極タブが配置された部分における前記第１電極板の一の側面には、前記極板間セパレータから一体に延びた少なくとも一重の保護セパレータがさらに介在されることを特徴とする電極組立体を提供する。
【００１８】
本発明の他の特徴によれば、前記第１電極タブは前記電極組立体の中心部（中心部の近傍）に位置でき、この時、前記第１電極板に前記第１電極タブが配置された部分における前記第１基板の前記一の側面の反対側の側面には、前記極板間セパレータと保護セパレータとのうちの少なくとも１つのセパレータのみが位置し、電極活物質が位置しない。
【００１９】
本発明のさらに他の特徴によれば、前記保護セパレータのうち少なくとも１つは前記極板間セパレータの端部でありうる。この時、前記極板間セパレータの端部である保護セパレータは、二段に折り曲げられて前記第１及び第２電極板間に介在されうる。
【００２０】
本発明のさらに他の特徴によれば、前記第１電極タブは、前記第１電極集電体において前記電極組立体の中心部を向いた内側面に位置できる。
【００２１】
本発明のさらに他の特徴によれば、前記保護セパレータのうち少なくとも１つは、前記電極組立体の巻取り方向と反対方向に巻き取られつつ前記極板間セパレータから延びうる。
【００２２】
この時、前記第１電極タブが配置された部分における前記第１電極集電体の少なくとも一の側面に配置された保護セパレータのうち少なくとも１つは、前記第１電極タブが配置された部分における第１及び第２電極板間に位置した極板間セパレータの外層面に接するように延びうる。
【００２３】
本発明のさらに他の特徴によれば、前記電極組立体は、１枚の極板間セパレータ（第１の極板間セパレータ）、第１電極板、他の１枚の極板間セパレータ（第２の極板間セパレータ）、及び第２電極板が順に積層された後で巻き取られたものであり、前記保護セパレータは前記第１及び第２の極板間セパレータのうち少なくとも１つの極板間セパレータから延びうる。
【００２４】
本発明のさらに他の特徴によれば、少なくとも第１電極活物質が塗布される開始位置と第２電極活物質が塗布される開始位置とが同じでありうる。
【００２５】
本発明のさらに他の特徴によれば、前記第１電極板に前記第１電極タブが配置された部分における前記第１電極板の一の側面には、前記保護セパレータを介して、前記第２電極板が位置しうる。
【００２６】
本発明のさらに他の特徴によれば、前記第１電極タブが配された部分における前記第１電極板の前記一の側面に配置された保護セパレータのうち少なくとも１つは、前記第１電極タブが配置された部分における第１及び第２電極板間に位置した極板間セパレータの外層面に接するように延びうる。
【００２７】
本発明はまた、前記のような目的を達成するために、少なくとも第１電極活物質が塗布された第１電極集電体を含み、前記第１電極集電体において前記第１電極活物質が塗布されておらず露出された露出部に第１電極タブが配置された第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電極集電体を含み、前記第２電極集電体において前記第２電極活物質が塗布されておらず露出された露出部に第２電極タブが配置された第２電極板とを有し、前記第１及び第２電極板が２つのセパレータ間及びそのいずれか１つの一面にそれぞれ介在されて積層されることによって積層体を形成しており、この積層体は、巻芯に挿入されて巻き取られており、前記２つのセパレータのうち少なくとも１つは前記巻芯を通って前記巻芯円周長さの半分の長さ以上にわたって引き出された後に巻き取られていることを特徴とする電極組立体を提供する。
【００２８】
本発明の他の特徴によれば、前記セパレータが巻芯から引き出された部分は、前記第１電極板に第１電極タブが配置された部分における前記第１電極板の一の側面まで延びうる。
【００２９】
本発明のさらに他の特徴によれば、前記第１電極板に第１電極タブが配置された部分における前記第１電極板の前記一の側面には、前記セパレータが引き出された部分と前記電極板間のセパレータとを介して第２電極板が位置できる。
【００３０】
本発明のさらに他の特徴によれば、前記第１電極板に前記第１電極タブが配置された部分における前記第１電極板の前記一の側面と反対側の側面には、セパレータのみが位置し、電極活物質が位置しないようにできる。
【００３１】
本発明のさらに他の特徴によれば、前記セパレータが巻芯から引き出された部分の長さは、前記巻芯円周長さの半分の長さと前記巻芯から前記第１電極タブが配置された部分までの距離との和よりも長くすることが望ましい。
【００３２】
本発明のさらに他の特徴によれば、前記セパレータが巻芯から引き出された部分が前記巻芯に少なくとも半回転分巻き取られた後に、前記第１電極板が巻き取られうる。
【００３３】
本発明のさらに他の特徴によれば、前記第１電極タブは、前記第１電極集電体において前記巻芯側を向いた内側面に位置できる。
【００３４】
本発明のさらに他の特徴によれば、前記セパレータが巻芯から引き出された部分は、電極組立体の巻取り方向と反対方向に巻き取られつつ延びうる。
【００３５】
本発明は前述の目的を達成するために、少なくとも第１電極活物質が塗布された第１電極集電体を含み、前記第１電極集電体において前記第１電極活物質が塗布されておらず露出された露出部に第１電極タブが配置された第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電極集電体を含み、前記第２電極集電体において前記第２電極活物質が塗布されておらず露出された露出部に第２電極タブが配置され、前記第１電極板と共に巻き取られた第２電極板と、前記第１及び第２電極板間に介在された極板間セパレータとを有し、少なくとも前記第１電極板に前記第１電極タブが配置された部分における前記第１電極板の一の側面には、前記極板間セパレータから一体に延びた少なくとも一重の保護セパレータと、前記第１電極集電体の露出部とがさらに介在されたことを特徴とする電極組立体を提供する。
【００３６】
このような本発明の他の特徴によれば、前記第１電極タブは前記電極組立体の中心部の近傍に位置できる。この時、前記第１電極板に前記第１電極タブが配置された部分における前記第１電極板の前記一の側面の反対側の側面には、前記極板間セパレータ及び保護セパレータのうち少なくとも１つのセパレータのみが位置し、電極活物質が位置しない。
【００３７】
本発明のさらに他の特徴によれば、前記保護セパレータのうち少なくとも１つは、前記極板間セパレータの端部であり、前記極板間セパレータの端部である保護セパレータは二段に折り曲げられて前記第１及び第２電極板間に介在されたものでありうる。
【００３８】
本発明のさらに他の特徴によれば、前記第１電極板に前記第１電極タブが配置された部分における前記第１電極板の前記一の側面に延びた前記第１電極集電体の露出部は、前記第１電極集電体から延びたものであり、前記第１電極板に前記第１電極タブが配置された部分における前記第１電極板の一側面に延びた前記第１電極集電体の露出部は、二段に折り曲げられて前記第１及び第２電極板間に介在されたものでありうる。
【００３９】
本発明のさらに他の特徴によれば、前記第１電極タブは、前記第１電極集電体において前記第１電極集電体の中心部を向いた内側面に位置できる。
【００４０】
本発明のさらに他の特徴によれば、前記保護セパレータのうち少なくとも１つは、前記電極組立体の巻取り方向と反対方向に巻き取られつつ前記極板間セパレータから延びうる。
【００４１】
本発明のさらに他の特徴によれば、前記第１電極板に前記第１電極タブが配置された部分における前記第１電極板の前記一の側面に延びた前記第１電極集電体の露出部は、前記電極組立体の巻取り方向と反対方向に巻き取られつつ前記第１電極集電体から延びうる。
【００４２】
本発明のさらに他の特徴によれば、前記電極組立体は、第１の極板間セパレータ、第１電極板、第２の１枚の極板間セパレータ、及び第２電極板が順に積層された後で巻き取られたものであり、前記保護セパレータは前記第１及び第２の極板間セパレータのうち少なくとも１つの極板間セパレータから延びうる。
【００４３】
本発明のさらに他の特徴によれば、少なくとも第１電極活物質が塗布される開始位置と第２電極活物質が塗布される開始位置とが同じでありうる。
【００４４】
本発明のさらに他の特徴によれば、前記第１電極板に前記第１電極タブが配置された部分における前記第１電極板の一側面には、前記保護セパレータと、前記第１電極集電体の露出部とを介して、前記第２電極板が位置する。
【００４５】
本発明は前述のような目的を達成するために、少なくとも第１電極活物質が塗布された第１電極集電体を含み、前記第１電極集電体において前記第１電極活物質が塗布されておらず露出された露出部に第１電極タブが配置された第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電極集電体を含み、前記第２電極集電体において前記第２電極活物質が塗布されておらず露出された露出部に第２電極タブが配置された第２電極板とを有し、前記第１及び第２電極板が２つのセパレータ間及びそのいずれか１つの一面にそれぞれ介在されて積層されることによって積層体を形成しており、この積層体は、巻芯に挿入させて巻き取られており、前記２つのセパレータのうち少なくとも１つと前記第１電極集電体の露出部とは前記巻芯を通って当該巻芯から前記巻芯円周長さの半分の長さ以上にわたって引き出された後に巻き取られていることを特徴とする電極組立体を提供する。
【００４６】
本発明の他の特徴によれば、前記セパレータが巻芯から引き出された部分は、前記第１電極板に第１電極タブが配置された部分における前記第1電極板の一の側面まで延びうる。
【００４７】
本発明のさらに他の特徴によれば、前記第１電極板に第１電極タブが配置された部分における前記第１電極板の前記一の側面には、前記セパレータが引き出された部分と前記電極板間のセパレータとを介して第２電極板が位置できる。
【００４８】
この時、前記第１電極集電体の露出部の引き出された部分は、前記第１電極板に第１電極タブが配置された部分における前記第１電極板の前記一の側面まで延びており、前記第１電極板に第１電極タブが配置された部分における前記第１電極集電体の前記一の側面まで延びた第１集電体の露出部の一の側面には、前記セパレータが引き出された部分を介して第２電極板が位置できる。
【００４９】
本発明のさらに他の特徴によれば、前記第１電極集電体の露出部が巻芯から引き出された部分の長さは、前記巻芯円周長さの半分の長さと前記巻芯から前記第１電極タブが配置された部分までの距離との和より長く、前記セパレータが巻芯から引き出された部分の長さは、前記第１電極集電体の露出部が巻芯から引き出された部分の長さより長くありうる。
【００５０】
本発明のさらに他の特徴によれば、前記第１電極集電体が巻芯から引き出された部分が前記巻芯に少なくとも半回転分巻き取られた後に、前記第１電極板が巻き取られたものでありうる。
【００５１】
本発明のさらに他の特徴によれば、前記第１電極タブは、前記第１電極集電体の前記巻芯側を向いた内側面に位置できる。
【００５２】
本発明のさらに他の特徴によれば、前記セパレータが巻芯から引き出された部分と前記第１電極集電体が巻芯から引き出された部分とは、電極組立体の巻取り方向と反対方向に巻き取られつつ延びたものでありうる。
【００５３】
このような本発明において、前記極板間セパレータ、保護セパレータ、及びセパレータのうち少なくとも１つは、ポリエチレン、ポリプロピレン、及びこれらを重合した共重合体からなる群から選択された少なくとも１つで形成されており、これはまた多層構造で形成されるか、分子量が３５万以上のポリオレフィン系ポリマーで形成されうる。
【００５４】
本発明において、また、前記第１及び第２電極板のうち隣接する他の極性の電極板の活物質とセパレータを介在して出合わない電極板の部分には、活物質が塗布されていないものでありうる。
【００５５】
それだけでなく、前記第１電極活物質はリチウム系酸化物であり、第２電極活物質は炭素物質であり、前記第１電極集電体はアルミニウムまたはアルミニウム合金で形成され、前記第２電極集電体は銅または銅合金で形成されうる。
【００５６】
本発明において、前記電極組立体は円筒形カン、角形カンまたはパウチケースに収容されて二次電池として組み立てられる。
【００５７】
本発明は前記目的を達成するために、前述のような電極組立体をカンに収容したことを特徴とする二次電池を提供する。
【発明の効果】
【００５８】
本発明の二次電池によれば次のような効果を得られる。
第一に、電極タブが位置した部分で発熱によってセパレータが破損されて電極間の電気的な短絡が発生することを防止できる。
【００５９】
第二に、電極タブにバーなどの表面欠陥が存在し、このバーなどの表面欠陥によりセパレータが損傷される場合にも電極間の電気的な短絡を防止できる。
【００６０】
第三に、電池の安全性がさらに向上される。
【００６１】
第四に、電極タブが位置した部分の電気的な短絡の防止を既存の設備をそのまま利用して行える。
【００６２】
第五に、第１及び第２電極板の電極合剤の開始位置を同一にして電極組立体の体積の不要な増大を防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６３】
以下、添付された図面を参照しつつ本発明の望ましい実施例についてさらに詳細に説明する。本明細書では本発明の望ましい実施例として本発明の電極組立体（電極ゼリーロール）を備えた円筒形電池について説明するが、このことは、本発明の電極組立体が単に円筒形電池に限定されることを意図したものではなく、本実施例のような電極ゼリーロールが備えられる電池としては、いかなる形態のものでも適用可能である。また、本発明は二次電池以外にも、一次電池にも適用できる。
【００６４】
図１は、本発明の望ましい一実施例による巻取り型電極組立体を備えた円筒形二次電池の横断面図である。図１に示されるとおり、円筒形カン１の内部には、巻取り型電極組立体２０が収容されており、この巻取り型電極組立体２０は、第１電極板２１と第２電極板３１とが互いに絶縁されるように第１電極板２１と第２電極板３１との間にセパレータ４０を介在させて巻き取られたものである。前記円筒形カン１は金属で構成されており、それ自体が第１電極板または第２電極板の端子の役割を担うことができる。本発明の望ましい一実施例によれば、円筒形カン１は、アルミニウムまたはアルミニウム合金で構成されており、第２電極板３１に電気的に連結されて第２電極端子を形成する。
【００６５】
前記電極組立体２０は、第１電極板２１及び第２電極板３１からそれぞれ外部に引き出された第１電極タブ２５及び第２電極タブ３５を有する。前記第１電極タブ２５は、巻取り型電極組立体２０の中心部分（巻芯部分）の近傍から引き出されており、前記第２電極タブ３５は前記電極組立体２０の外郭部から引き出されている。前記第１電極タブ２５は上方に引き出されてカン１を密封するキャップ組立体２に電気的に連結され、前記第２電極タブ３５は下方に引き出されてカン１の底部３に電気的に連結される。従って、前記第１電極タブ２５が連結されたキャップ組立体２は第１電極端子部として機能し、前記第２電極タブ３５が連結されたカン１は全体が第２電極端子部として機能する。
【００６６】
一方、本発明の望ましい一実施例による前記電極組立体２０を図２に示す。電極組立体２０は、図２に示されるような第１電極板２１及び第２電極板３１を有する。本発明の望ましい一実施例によれば、前記第１電極板２１は正極板になり、前記第２電極板３１は負極板になりうるが、必ずしもこれに限定されず、その極性が反対であってもよい。以下では、前記第１電極板２１が正極板、前記第２電極板３１が負極板である場合を例にとって説明する。
【００６７】
図２に示されるように、第１電極板２１は、第１電極集電体２２と、電極活物質を含んだ電極合剤２３とを有し、第２電極板３１は、第２電極集電体３２と、電極活物質を含んだ電極合剤３３とを有する。図２は本発明の望ましい一実施例による電極組立体２０の巻芯部の付近を示したものであり、図３は図２による電極組立体を巻き取る方法を示したものである。図２及び図３を参照して本発明の電極組立体２０をさらに詳細に説明すれば次の通りである。
【００６８】
前記電極組立体がリチウム二次電池の電極組立体として使われる場合、前記第１電極板２１は正極板として使われうる。この時、前記第１電極集電体２２はストリップ状の金属薄板を用いて形成されており、望ましくはアルミニウム薄板を用いて形成される。前記第１電極集電体２２の少なくとも一つの面に形成される第１電極合剤２３は、たとえば、リチウム系酸化物の第１電極活物質、バインダ、可塑剤、及び導電剤などが含まれる混合物からなる。このような第１電極板２１には、前記第１電極集電体２２の少なくとも一つの面に前記第１電極合剤２３が塗布されたコーティング部が形成されており、前記第１電極集電体２２の先端（電極組立体の中心に近い側の端部）にはこの第１電極合剤２３が塗布されておらず露出されている第１電極露出部２４を備える。
【００６９】
一方、負極板として使われる第２電極板３１では、たとえば、第２電極集電体３２として銅薄板が使われ、前記第２電極集電体３２の少なくとも一面に形成される第２電極合剤３３は、たとえば、炭素材の第２電極活物質、バインダ、可塑剤、及び導電剤などが含まれる混合物からなる。このような第２電極板３１は、前記第２電極集電体３２の少なくとも一つの面に前記第２電極合剤３３が塗布されたコーティング部が形成されており、前記電極組立体２０の最外郭部（図示せず）には、第２電極合剤３３が塗布されておらず、第２電極集電体３２が露出された第２電極露出部を備える。この最外郭の第２電極露出部には、図１に示されるように第２電極タブ３５が溶接されうる。一方、図２に示されるとおり、第２電極集電体３２は、その先端部分においても、第２電極露出部３４を備えている。すなわち、電極組立体２０の中心部にも第２電極露出部３４が若干残っているようにして、巻取り時に巻芯が容易に挿入されて、この巻芯により巻取りが容易になされることを可能としている。
【００７０】
前記第１電極露出部２４に溶接される第１電極タブ２５は、たとえば、アルミニウムからなり、前記電極組立体の最外郭部に溶接される第２電極タブ３５は、たとえば、ニッケルからなる。
【００７１】
このような第１及び第２電極板２１，３１は、その間にセパレータ４０が介在されて互いに絶縁されるように積層された後に巻き取られて電極組立体２０を形成する。前記セパレータ４０は第１及び第２電極板２１，３１間を相互に絶縁する一方、各極板の間で活物質イオンの交換をできるようにして電池反応を行えるようにする。前記セパレータ４０は電極組立体２０の各電極板が収縮及び膨脹されても電極板間を完全に絶縁できるように十分な長さとすることが望ましい。
【００７２】
前記セパレータ４０としては、リチウム二次電池に適用可能な全てのセパレータが使われうるが、ポリエチレン、ポリプロピレン、及びそれらを重合したコポリマー（共重合体）からなる群から選択された少なくとも１つで形成され得る。あるいは、セパレータ４０は、分子量が３５万以上のポリオレフィン系ポリマー、または多層構造のポリマーから形成されてもよい。
【００７３】
このようなセパレータ４０としては、たとえば、ゲル状のシートをニ軸延伸させて脱溶媒して形成される。ここで、ゲル状のシートは、たとえば、平均分子量２００〜２５０万のＵＨＭＷＰＥ（超高分子量ポリエチレン）１８重量％と平均分子量４０〜５０万のＨＤＰＥ（高密度ポリエチレン）８２重量％からなる組成物（溶液）を用いて形成される。また、セパレータ４０は、それぞれ細孔の直径が０．０１〜０．０５μｍであるポリプロピレン、ポリエチレン、及びポリプロピレンの３層構造であってもよい。さらにセパレータ４０は、ポリエチレン２枚を合わせて熱を加えて融着させて形成されてもよく、、ポリエチレン単層で形成されてもよい。
【００７４】
そして、このような電極組立体２０は前記カン１に収納され、このカン１には電解液が充填される。電解液としては、リチウム塩にカーボネート系有機溶媒が混合された液を使用できる。また、電解液には、フロロベンゼンのようなハロゲン化された芳香族化合物などを添加できる。
【００７５】
本実施の形態において、前記のようなセパレータ４０には、第１及び第２セパレータ４１，４２という２つのセパレータが含まれる。前記第１及び第２電極板２１，３１は、前記２つの第１セパレータ４１と第２セパレータ４２との間、および第１セパレータ４１又は第２セパレータ４２の一の側面上にそれぞれ介在されて巻き取られる。すなわち、図２に示されるように、第１セパレータ４１は、第１及び第２電極板２１，３１間に挟まれており、第２セパレータ４２は、巻き取られる方向の外側である第１電極板２１の一の側面に形成される。このように２つのセパレータを利用して巻き取らせることにより電極組立体２０の各電極板間は絶縁されうる。しかしながら、このようなセパレータの配置は必ずしもこれに限定されず、巻き取られた第１及び第２電極板２１，３１を互いに絶縁させる構造ならばいかなる構造でも適用可能である。たとえば、１つのセパレータを使用してこれを第１及び第２電極板２１，３１間及びいずれか１つの電極板の一側面に配置して巻き取らせることもできる。
【００７６】
また、前記第１セパレータ４１は、第１極板間セパレータ４１ａと、当該第１極板間セパレータ４１ａから延びた第１保護セパレータ４１ｂとを含む。同様に、第２セパレータ４２は、第２極板間セパレータ４２ａと、当該第２極板間セパレータ４２ａから延びた第２保護セパレータ４２ｂとを含む。前記第１及び第２極板間のセパレータ４１ａ，４２ａは、それぞれ第１及び第２電極板２１，３１の第１及び第２電極合剤２３，３３がコーティングされている部分間で各極板間の活物質イオンを交換させることによって電池の隔離膜として使われる部分をいう。一方、前記第１及び第２保護セパレータ４１ｂ，４２ｂは、図２に見られるように、前記第１及び第２極板間のセパレータ４１ａ，４２ａから延びたものであり、第１及び第２保護セパレータ４１ｂ，４２ｂのうちの少なくとも１つが、前記第１電極板２１に第１電極タブ２５が配置された部分において前記第１電極板２１の一の側面にさらに介在しており極板間での電気的な短絡を防止するようにした部分をいう。
【００７７】
本発明の望ましい一実施例によれば、前記第１及び第２保護セパレータ４１ｂ，４２ｂは、それぞれ前記第１及び第２極板間のセパレータ４１ａ，４２ａの端部であり、それら第１及び第２保護セパレータ４１ｂ，４２ｂは、第１電極板２１に第１電極タブ２５が配置された部分における第１電極板２１の一の側面（外側面）にさらに介在させている。この時、図２に見られるように、前記第１電極タブが位置する部分の第１電極板２１の外側面には、極板間のセパレータと第１及び第２保護セパレータ４１ｂ，４２ｂとを介して第２電極板３１を配置することができる。このように、第１電極板２１に第１電極タブ２５が配置された部分において、第１及び第２保護セパレータ４１ｂ，４２ｂを第１及び第２電極板２１，３１間にさらに介在させるのは、前述のように、第１電極タブ２５が位置した部分では電荷の集中による発熱によって薄いセパレータが破損されやすく、これによって極板間の電気的な短絡が発生する恐れがあるためである。
【００７８】
すなわち、図２のように、この第１電極タブ２５が配置された部分において、前記第１及び第２極板間のセパレータ４１ａ，４２ａの端部である第１及び第２保護セパレータ４１ｂ，４２ｂが第１及び第２電極板２１，３１間にさらに介在することにより、第１電極タブ２５が配置された部分での第１及び第２電極板２１，３１間の絶縁効果をさらに増大させることができる。従って、この部分での極板間セパレータが発熱により破損されるにしても上記の通りに保護セパレータがあることにより極板間の電気的な短絡は防止される。
【００７９】
このような効果は、上記の通りに発熱によるセパレータの破損の場合に限られない。第１電極タブ２５にバーなどの表面欠陥が発生するなど表面粗度のよくない時、このような表面欠陥などによりセパレータが破損されて極板間の電気的な短絡が発生する危険についても、同様に、防止できる。この時、前記第１電極板２１に前記第１電極タブ２５が配置された部分における前記一の側面の反対側の側面（他側面）には、図２に見られるように、セパレータのみが位置し、電極活物質が位置しないようにする。この結果、第１電極タブ２５が配された部分での電気的な短絡の危険性を徹底的に防止している。
【００８０】
このようにセパレータの破損による極板間の電気的な短絡現象を防止するための保護セパレータは、図２に見られるように、第１及び第２保護セパレータ４１ｂ，４２ｂの両方ともを、前記第１電極タブ２５が位置する部分に挿入させるように構成してもよく、それら保護セパレータ４１ｂ，４２ｂのうちいずれか１つのの保護セパレータ４１ｂ，４２ｂだけを、前記第１電極タブ２５が位置する部分に挿入させることにように構成してもよい。
【００８１】
一方、前記のような保護セパレータ４１ｂ，４２ｂは、図２に見られるように、前記第１及び第２極板間のセパレータ４１ａ，４２ａから二段に折り曲げられて延び、このように二段に折り曲げられた後には前記電極組立体２０の巻取り方向と反対方向に巻き取られつつ延び、前記第１及び第２電極板２１，３１間に介在された第１極板間セパレータ４１ａの外側面に挿入される。なお、図示していないが、もし保護セパレータとして、第２保護セパレータ４２ｂだけが延びて前述の位置に挿入されてもよい。この場合には、図面には示されていないが、前記第２保護セパレータ４２ｂが、第１極板間セパレータ４１ａと第１電極板２１間に挿入され、前記第１電極タブ２５が配置された部分まで延びるようにできることはもちろんである。
【００８２】
また、たとえ図面に図示されていないが、前記第１電極集電体２２に前記第１電極タブ２５が配置された部分における第１電極集電体２２の外側には、２つのセパレータである第１及び第２極板間セパレータ４１ａ，４２ａが配置されてもよい。それだけではなく、前記第１電極集電体２２に前記第１電極タブ２５が配置された部分の外側には、このように２つ以上のセパレータが介在された状態で第１電極集電体２２の露出部が介在されてもよい。
【００８３】
一方、このような保護セパレータ４１ｂ，４２ｂの挿入は現在使われている電極組立体の巻取り設備によって簡単になされうる。
【００８４】
すなわち、図３に示されるとおり、マンドレルのような巻芯５０を利用して電極組立体を巻き取る場合、２つのセパレータ、すなわち第１及び第２セパレータ４１，４２を巻芯５０に挟み、この第１及び第２セパレータ４１，４２間に第１電極板２１を介在させ、第１セパレータ４１の他の一面には第２電極板３１を位置させた後、図３の矢印方向に前記巻芯５０を回転させることによって電極組立体を形成する。
【００８５】
この時、前記第１及び第２セパレータ４１，４２のみを巻芯５０を通して巻芯５０の端部から十分な長さＬ１ほど延びるように引き出した後、巻芯５０を回転させる。それにより、巻芯５０から引き出された長さＬ１ほどの第１及び第２セパレータの部分が、図３の矢印方向で示されるように、巻芯５０の回転方向と反対方向に回転するようになり、このように反対方向に巻き取られたセパレータの部分が第１電極タブ２５が配置された第１電極板２１の部分まで延びて、図３に示されるように、第１セパレータ４１の面上を覆うようになり、その状態で巻き取られ続けて図３でのように第１及び第２保護セパレータ４１ｂ，４２ｂになる。
【００８６】
従って上記の通り、巻芯５０を通過したセパレータの長さＬ１は少なくとも前記巻芯５０の円周長さの半分以上ではある必要がある。このように巻芯５０を通過したセパレータの長さＬ１が前記巻芯５０の円周長さの半分程度の場合は、図３に示されるように、第１電極タブ２５が第１電極露出部２４の最先端に溶接されており、このような第１電極板２１の先端を巻芯５０の入口に隣接させた状態で巻き取った時である。したがって、厳密には、セパレータが前記巻芯５０と通して引き出された部分の長さＬ１は前記巻芯５０の円周長さの半分の長さと前記巻芯５０から前記第１電極タブ２５が配置された部分までの距離との和よりは長い必要がある。このように、、セパレータが巻芯５０を通して引き出された部分の巻芯５０の端部からの長さＬ１が設定されることによって、この余分のセパレータが第１電極タブ２５が配された部分の上側面を覆ってこの部分を保護できる。
【００８７】
このような余分のセパレータの長さＬ１が長すぎる場合には、電極組立体の厚さを不要に厚くさせるためにあまり長くしないことが望ましい。図３に示されるとおり、前記巻芯５０を通過した第１及び第２セパレータ４１，４２の保護セパレータ４１ｂ，４２ｂ部分が巻芯５０を半周分回って第２電極板３１が始まる部分まで延びる程の長さ、すなわち巻芯５０の円周長さの半分の長さと前記巻芯５０から前記第２電極板３１が始まる部分までの距離との和以下とするのが望ましい。
【００８８】
このように巻き取られた電極組立体は、巻き取られた後に図３に見られる巻芯５０を除去して図２のような状態とすることもでき、この巻芯５０をそのまま保持してもよい。
【００８９】
一方、前記のような極板間の電気的な短絡現象を防止する効果は、図２に示されるとおり、前記第１電極タブ２５が、前記第１電極集電体２２において巻芯部側に向かう内側面に溶接されることによってその効果をさらに増大させることができる。
【００９０】
すなわち、図２に見られるように、第１電極タブ２５が第１電極集電体２２の巻芯部側に向かう内側面、すなわち前記電極組立体２０の中心部側に向かう面に溶接される場合には、第１電極タブ２５が電極組立体２０の中心部に向かい、この第１電極タブ２５と直接的に出合う（対面する）ものは、セパレータだけであり、電極活物質は位置しないので、第１電極タブ２５に万が一バーがあったとしてもこのバーによって電気的な短絡現象が発生する余地をなくすことができる。
【００９１】
また、第１電極タブ２５のバーが電極組立体の外側に向けて突出されているとしても、このバーにより電気的な短絡が発生するためには第１電極集電体２２と保護セパレータなどのセパレータを同時に損傷させねばならないために、電気的な短絡の可能性はさらに低くなる。
【００９２】
そして、第１電極タブ２５が位置した部分での発熱によるセパレータの破損によって極板間の電気的な短絡が発生する現象は、第１電極集電体２２に第１電極タブ２５が設けられた部分における第１電極集電体２２のする外側面に存在する第１及び第２保護セパレータ４１ｂ，４２ｂによって十分に防止されうる。
【００９３】
以上説明したのは図２に見られるように、第１電極タブ２５が第１電極集電体２２の巻芯部側に向かう内側面に溶接されている場合であったが、本発明はそれ以外にも図４に見られるように、前記第１電極タブ２５を第１電極集電体２２の外側面、すなわち前記電極組立体２０の外側に向いた面に溶接することもできる。この場合にも前述のように、保護セパレータにより電気的な短絡形状を防止する効果を得られる。
【００９４】
一方、上記の通りに、保護セパレータを使用して、第１電極タブ２５が配置された部分を保護するようにすれば、図２ないし図４に示されるように、各電極板２１，３１の電極合剤２３，３３が始まる点を同一にできる。従って、巻取り量を増やすことなく、電池反応領域を広げることができて容量を増大することができる。また、図面には示されていないが、例えば、第１電極板２１の第１電極合剤２３が始まる点を第１電極タブ２５に隣接させることによって、電池反応に参与できる領域を広げることができる。
【００９５】
また、前記第１及び第２電極板２１，３１のうち隣接する他の極性の電極板の活物質とセパレータを介在して対面していない電極板の部分は活物質が塗布されていないものであってもよい。すなわち図５に見られるように、巻き取られる巻取り中心部において、セパレータを介して第１電極板２１と出合う（対面する）第２電極板３１の先端部では、第２電極集電体３２を中心にして内側に位置する活物質層３３ａと外側に位置する活物質層３３ｂの開始部の位置を異ならせて電池反応に関与できない面には電極合剤を塗布しないようにする。これにより、不要に電極組立体の体積を増大させないようにできる。このように非対称的な活物質の塗布は第１及び第２電極板２１，３１にそれぞれ適用でき、電池の最外郭部にも同様に適用できる。
【００９６】
このような電極組立体の巻取り設計、すなわち各電極板において、電極合剤が塗布され始める部分、または電極合剤が塗布されていない極板露出部の開始点は設計条件によって多様に変形されうることはもちろんである。
【００９７】
本発明によれば、上記の通りに、第１電極板２１に第１電極タブ２５が配置された部分において電気的な短絡現象をさらに防止できるようにするために、前述したような保護セパレータの付加に加え、図６に示されるとおり、第１電極板２１に第１電極タブ２５が配置された部分における第１電極板２１の一の側面に、第１電極集電体の第１電極露出部をさらに介在させうる。
【００９８】
すなわち図６に示されるとおり、第１電極板２１の第１電極タブ２５が配置された部分における第１電極板２１の一の側面、すなわち、第１極板間セパレータ４１ａと反対側に配に第１及び第２保護セパレータ４１ｂ，４２ｂを位置させた状態で、この第１及び第２保護セパレータ４１ｂ，４２ｂ間に第１電極露出部２４の延びた部分２４ａを介在させる。これにより、たとえ第１電極タブ２５が配置された部分でセパレータの破損が発生するとしても、その外側面に同じ極性の第１電極露出部２４の延長部２４ａが位置するので、極板間の電気的な短絡をさらに確実に防止できるようになる。
【００９９】
このように図６の電極組立体の製造方法は、図７に示されるが、これは前述した図３による製造方法とほぼ同一である。前述のように、巻芯５０を通過するように第１及び第２保護セパレータ４１ｂ，４２ｂを長さＬ１だけ延長すると同時に、第１及び第２セパレータ４１，４２間に配された第１電極板２１から第１電極露出部２４を巻芯５０を通過して所定の長さＬ２ほど延ばした後、巻芯５０を図７の矢印方向に回転させて巻き取らせる。この時、巻芯５０を通過した第１電極露出部２４の延長部２４ａの長さＬ２は前述のように、少なくとも巻芯５０の円周長さの半分以上ではなければならず、さらに厳密には巻芯５０の円周長さの半分の長さと巻芯５０から第１電極タブ２５までの距離との和よりは長くなければならない。ただし、この時、巻芯５０を通過した第１電極露出部２４の延長部２４ａの長さＬ２は巻芯５０を通過した第１及び第２保護セパレータ４１ｂ，４２ｂの長さＬ１よりは短くなければならない。前記Ｌ２がＬ１より長くなれば、巻き取りによって再び巻かれた時、延長部２４ａが第２電極板３１と接触する心配があるためである。
【０１００】
前記のような方法により巻き取られた第１電極露出部２４の延長部２４ａは第１及び第２保護セパレータ４１ｂ，４２ｂと同様に前記巻芯５０により二段に折り曲げられて第１電極タブ２５が配された外側に置かれるようになり、結果的に電極組立体の巻取り方向と反対方向に巻き取られつつ第１電極板２１の第１電極タブ２５が配された部分の一側面に延びるようになる。
【０１０１】
以上説明したのは第１電極タブ２５が第１電極集電体２２の巻芯部に向かう内側面に溶接された場合であり、これは、図８に示されるように、第１電極タブ２５が第１電極集電体２２の外側面に溶接された場合にも適用されうることは前述したとおりである。
【０１０２】
一方、上記の通りに、第１電極露出部２４の延長部２４ａを第１及び第２保護セパレータ４１ｂ，４２ｂ間に位置させる代わりに、図９に示されるように、第１保護セパレータ４１ａのみが、第１電極板２１の第１電極タブ２５が配置された部分の一側面に延びるようにもできる。この場合にも第１電極タブ２５が配された部分の外側には第１電極露出部２４の延長部２４ａが保護機能を行うので、前記のような効果を十分に発揮することができる。
【０１０３】
前記のような電極組立体は、また前述のように、前記第１及び第２電極板２１，３１のうち隣接する他の極性の電極板の活物質とセパレータを介して出合わない電極板の部分に活物質を塗布させないようにもできる。すなわち図１０に見られるように、巻き取られる巻取り中心部において、第１電極板２１とセパレータを介して出合う第２電極板３１の先端部では、第２電極集電体３２を中心として内側に位置した活物質層３３ａと外側に位置した活物質層３３ｂの開始部の位置を異ならせて電池反応に関与できない面には電極合剤を塗布しないようにする。これにより、電極組立体の体積を不要に増大させないようにできる。このように非対称的な活物質の塗布は第１及び第２電極板２１，３１にそれぞれ適用でき、電池の最外郭部にも同様に適用できる。
【０１０４】
これ以外にも前述のような技術的思想は前述したような多様な電極組立体の設計にそのまま採用できるだけではなく、図１ないし図１０に示されたような円筒形電池のみならず、角形電池及びパウチ型電池にもそのまま採用されうる。これは前述の通りに製造された電極組立体を加圧して扁平にした後で角形カン及びパウチケースに収納できるからである。
【０１０５】
また、以上の説明では、第１電極タブが配された部分での保護機能を説明したが、これは第２電極タブが配された部分でも同様に適用されうるのはもちろんである。
【０１０６】
下記の表１は前記図２に示される実施例による二次電池と、従来のように電極タブが位置する部分に一重のセパレータのみが介在された二次電池との安全性を評価した結果を示したものである。表１による試験では、本発明による実施例と比較例の二次電池について、それぞれ５個ずつ用いて試験した。
【０１０７】
実施例と比較例の二次電池は同類のセパレータを使用し、比較例の場合、巻取り中心部で電極タブが位置した部分に一重のセパレータが介在されており、実施例の場合、巻取り中心部で電極タブが位置した部分に３つのセパレータが介在されている。
【０１０８】
下の試験で、過充電試験では、実施例と比較例の二次電池を定格容量の２５０％まで充電させた後で電池外観を観察する。
【０１０９】
貫通試験では、実施例と比較例の二次電池を標準充電させ、その後、１０分以上７２時間以内休止させた後、それら電池を平らな面に置いてくぎやノミのような導電性素材で貫通させ、その後、電池表面の温度が４０℃以下になるまで保持し、その後貫通した素材を取り除いて１０分間電池の表面温度と外観とを観察する。
【０１１０】
衝突試験では、実施例と比較例の二次電池を標準充電させた後、１０分以上７２時間以内休止させた後、それら電池を平らな面に置いて電池の長手方向に垂直に直径１５．８Φの棒を載せて置き、６１ｃｍ高さから９．１ｋｇの重さを落とす。そして、電池表面の温度が４０℃以下になるまで保持した後、ジグを取り除けて１０分間電池表面の温度と外観とを観察する。
【０１１１】
圧壊試験では、実施例と比較例の二次電池を標準充電させ、その後、１０分以上７２時間以内休止させた後、それら電池を２枚の鉄板に挟んで１３ＫＮの力を加えて圧縮するか、初期厚さの２／３まで圧縮する。その後、電池表面の温度が４０℃以下になるまで保持した後、ジグをとって１０分間電池表面の温度及び外観を観察する。
【０１１２】
落下試験は、実施例と比較例の二次電池を１．９ｍ及び１０ｍから落下させた時、電池の外観を観察するものである。
【０１１３】
熱露出試験では、実施例と比較例の二次電池を標準充電させ、その後、１０分以上７２時間以内休止させた後、それらをチャンバ内に置き、１分当たり５℃ずつ温度を上昇させ、１５０℃に到達した時から１時間保持させつつその表面温度及び外観を観察する。
【０１１４】
下の表１で、Ｌ０は外観上変化がない場合を示し、漏れ液がなく閃光がない場合、または電池の密閉性を保持しつつ試験中の衝撃によって変形した場合を含む。
【０１１５】
Ｌ１は電解液のような内部構成物の一部が損失されて初期電池重さの０．１％以上減少した場合、またはベント（Ｖｅｎｔ）など電池の設計上破壊されうる部分が破壊された場合、または目視時に電池の外観に電解液などが噴出された痕跡がある場合をいう。漏れ液があるか否かを確認するためには、必ず該当試験後に重さを測定して初期重さと比較せねばならないが、安全性試験項目の場合にはこれを省略できる。Ｌ１は、発煙、ガス噴出、発火を伴わずに試験中の衝撃により電池の機構物が破壊されて内部の電解液が漏れた場合を含む。
【０１１６】
Ｌ２は熱の異常発生を伴わない煙の発生があって電池表面の温度が２００℃を超えない状態をいい、電池内部からの蒸気発生などが起きた場合をいう。
【０１１７】
Ｌ３は熱の異常発生を伴う煙の発生があって電池表面の温度が２００℃を超えて激烈にガスが放出される状態、あるいは外観上煙発生の痕跡が観察されなくとも熱の異常発生により電池表面の温度が２００℃を超える状態をいう。
【０１１８】
Ｌ４は電池の内容物が自己発火して炎が出て燃える状態で激烈に炎が発生して持続される状態、または外装材に燃えた痕跡が残って発火と推定される状態をいう。
【０１１９】
Ｌ５は電池内部からの圧力により内部構造物が放出されて電池ケースが電池の設計上破壊されうる部分以外の部分が破壊されて破片が放出される状態をいう。
【０１２０】
次の熱露出試験では、電池がチャンバの温度が１５０℃になった時点からＬ５に達した時間を示している。
【０１２１】
【表１】
2005063939.tif 000003
【０１２２】
上の表１に見られるように、過充電、貫通及び落下試験では本発明による実施例と比較例とがいずれも同じ結果を示した。
【０１２３】
しかし、圧壊試験では本発明による実施例では５つ全てから漏れ液（Ｌ１）だけ発生した。一方、比較例の場合には圧壊試験で２つは漏れ液（Ｌ１）が発生し、３つには閃光（Ｌ２）が発生した。そして、衝突試験では本発明による実施例では５ついずれにいかなる異常もなかったが、従来技術による比較例の場合には２つが発火して炎が生じる結果が発生した。
【０１２４】
一方、熱露出試験では本発明による実施例では１３分以上が過ぎて破損するのに反し、比較例の場合には１０分が過ぎて破損した。
【０１２５】
前記の結果からも分かるように、本発明による電極組立体を採用すれば、異常な条件下にいおても、安全性がよくなるのが分かる。特に熱露出試験において、少なくとも３分以上の差を示すことが分かる。
【０１２６】
以上のとおり、本発明は図面に図示された実施例を参照しつ説明されたが、それは例示的なものに過ぎず、当分野で当業者によって多様な変形及び均等な他実施例が可能であることは明らかである。従って、本発明の真の保護範囲は、実施例に限定されることなく、特許請求の範囲によって定められる。
【産業上の利用可能性】
【０１２７】
本発明の巻取り型電極組立体及びこれを備えた二次電池は、安全性の必要とされる携帯電話、ノート型パソコン、カムコーダなどの先端電子機器分野で広く適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１２８】
【図１】本発明の電極組立体を収容する円筒形二次電池の一実施例を図示した断面図である。
【図２】本発明の望ましい一実施例による電極組立体の中心部を図示した断面図である。
【図３】図２の電極組立体の巻取り方法を示す図面である。
【図４】図２による電極組立体の他の一実施例を示す断面図である。
【図５】図２による電極組立体の他の一実施例を示す断面図である。
【図６】本発明の望ましいさらに他の一実施例による電極組立体の中心部を図示した断面図である。
【図７】図６の電極組立体の巻取り方法を示す図面である。
【図８】図６による電極組立体の他の一実施例を示す断面図である。
【図９】図６による電極組立体のさらに他の一実施例を示す断面図である。
【図１０】図６による電極組立体のさらに他の一実施例を示す断面図である。
【符号の説明】
【０１２９】
１    円筒型カン、
２    組立体、
３    底部、
２０    電極組立体、
２１，３１    第１及び第２電極板、
２５，３５    第１及び第２電極タブ。
【図１】
2005063939.tif 000004
【図２】
2005063939.tif 000005
【図３】
2005063939.tif 000006
【図４】
2005063939.tif 000007
【図５】
2005063939.tif 000008
【図６】
2005063939.tif 000009
【図７】
2005063939.tif 000010
【図８】
2005063939.tif 000011
【図９】
2005063939.tif 000012
【図１０】
2005063939.tif 000013