(57)【要約】【課題】本発明は電極タップを缶の短辺部側に位置させた角形二次電池を提供する。【解決手段】本発明は一端が開放された開口部を有し、短辺部、及び長辺部を有する角形缶と、陰極板、セパレーター、及び陽極板が積層されてジェリーロール(jellyroll)形態に巻き取られた後、一定方向に加圧されて缶に内蔵される電極組立体、及び電極組立体の極板に連結され、缶の短辺部側で電極組立体の外周部から缶の開口部に突出される少なくとも一つの電極タップを含むことを特徴とする角形二次電池。【選択図】  図２
2005071996.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端が開放された開口部を有し、短辺部、及び長辺部を有する角形缶と、
陰極板、セパレーター、及び陽極板が積層されて、ジェリーロール(jellyroll)形態に巻き取られた後、一定方向に加圧されて前記缶に内蔵される電極組立体、及び、
前記電極組立体の極板に結合され、前記缶の短辺部側で前記電極組立体の外周部から前記缶の開口部に突出される少なくとも一つの電極タップ、
を含むことを特徴とする角形二次電池。
【請求項２】
前記電極タップは、前記陰極板に結合され、前記電極組立体の中央部で前記缶の開口部に突出される陰極タップ、及び、
前記陽極板に結合され、前記缶の短辺部側で、前記電極組立体の外周部から前記缶の開口部に突出される陽極タップ、
を含むことを特徴とする請求項１に記載の角形二次電池。
【請求項３】
前記缶の短辺部側に位置する電極タップを、前記缶の短辺部の幅と重なる部分が最大になるように位置させることを特徴とする請求項１または２の何れか一項に記載の角形二次電池。
【請求項４】
前記缶の短辺部側に位置する電極タップの幅が、前記缶の短辺部の幅より小さいことを特徴とする請求項１または２の何れか一項に記載の角形二次電池。
【請求項５】
前記缶の短辺部側に位置する電極タップが、前記缶の短辺部の中央に位置することを特徴とする請求項４に記載の角形二次電池。
【請求項６】
前記缶の短辺部側に位置する陽極タップが、缶の開口部に伸びてキャッププレートに溶接されるか、または、外周側に曲げて前記缶に溶接されることを特徴とする請求項２に記載の角形二次電池。
【請求項７】
前記電極組立体がストリップ形態のアルミニウム集電体を含み、前記缶の短辺部側に位置する陽極タップが、前記電極組立体の外周側の活物質非塗布部分で、前記缶と接触するよう外面側に溶接されることを特徴とする請求項２に記載の角形二次電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は二次電池に関するものであり、より詳細には角形二次電池のジェリーロール(jellyroll)の外周部に位置する陽極タップと、ジェリーロールを収納する缶の相対的な位置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
二次電池は陽極板、陰極板、及びセパレーターからなる電極組立体を、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる缶に収納し、缶の内部に電解液を注入し密封することによって形成される。電池の上部には、缶と絶縁された電池の陽極または陰極をなす電極端子を備える。缶自体は、上述の電極端子が陽極である場合には陰極をなし、上述の電極端子が陰極である場合には陽極をなすようにする。
【０００３】
密封された電池にはPTC(Positive Temperature Coefficient)素子、サーマルヒューズ(thermal fuse)、保護回路基板(PCM : Protecting Circuit Module)などのような安全装置が連結される。これら安全装置は、電池の陽極と陰極にそれぞれ電気的に接続されて、電池の温度上昇や、過度な充放電などで電池の電圧が急上昇する場合に、電流を遮断して電池の破裂などの危険を防止する。このように安全装置が連結された状態の電池は、外装ケースに収納されて電池パックを形成する。
【０００４】
図１は缶の長辺部側に電極タップが位置する二次電池の一部斜視図である。図１には、一端に開口部１１aが形成された缶１１と、開口部１１aを通じて缶１１の内部に収納される電極組立体１２が図示されている。電極組立体１２は、陽極板、及び陰極板の間にセパレーター(separator)を介して積層させた後、ジェリーロール形態に巻き取られたものが使用される。電極組立体１２の上部には、陰極板、及び陽極板にそれぞれ電気的に接続された陰極タップ１３、及び陽極タップ１４が突出している。ここで、陰極タップ及び陽極タップの位置は反対に構成することができる。
【０００５】
缶１１は、おおよそ直方体の形態を有した金属製であり、それ自体が端子の役割を果たすことが可能である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、ジェリーロール形態に巻き取った電極組立体を作製する際、電極組立体の幅の半分以上で結合される陽極タップ(または陰極タップ)が、図１のように外周部に位置すると次のような問題が発生する。電池の使用前であっても、電極組立体１２と缶１１が密着するため、陽極タップ１４が形成された部分の圧力が高くなり、電極組立体の性能が低下してしまう。また、電池使用時には、電池が膨脹、収縮を繰り返すため、陽極タップ１４が缶１１と極板(陽極板、陰極板またはセパレーター)の間で繰り返し圧力を加えられるため、極板が陽極タップ１４の形状に変形してしまう。さらに、電池を連続して使用すると、このような極板の変形部は加圧されることによって反応しなくなり、さらには変形部やその周りにリチウムイオンなどが析出し、厚さが増加するなどの問題が発生する。このような問題は、特に角形の高容量電池で発生しやすい。
【０００７】
本発明はこのような問題を解決するためのものであり、缶に隣接する陽極タップや陰極タップによって、電極組立体の極板が圧力を受けないようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
このような目的を達成するため、本発明は、ジェリーロール形態に作製された電極組立体を角形の缶に挿入する際、電極組立体の外周部に位置する陽極タップを缶の短辺部側に位置させたタップ−電極組立体の結合構造を提供する。
【０００９】
この時、陽極タップは、ベアセル状態の電池で陽極の役割をする缶本体や、電極組立体が缶に挿入された後に缶の開口部を仕上げるキャッププレートに、溶接または接触させて電気的に接続させることができる。電気的に接続させるためには、陽極タップは外周側に曲がるか、または直上方向に伸びる形態とすることができる。
【００１０】
また、陽極タップは、ストリップ形態のアルミニウム集電体を巻き取った電極組立体の、外周部側の活物質非塗布部分に溶接することができる。この場合、陽極タップは電極組立体の内面側、あるいは外面側のいずれであっても溶接することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明は、電極組立体に結合されて外周部に位置する陽極タップを、電極組立体と缶との間の差が大きい缶の短辺部側に位置させることにより、陽極タップが電極組立体の極板に及ぼす圧力を著しく減少させることができる。従って、陽極タップが位置する電極組立体の極板の変形が防止され、リチウムイオン析出などによる厚さの増加、これによる電池の容量低下を著しく減少させることができる。
【００１２】
以上のような本発明の目的と別の特徴及び長所などは、本発明の好適な実施例に対する以下の説明から明確になるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、添付図面を参照して本発明を詳しく説明する。図２は、缶の短辺部側に電極タップが位置する電極組立体を示す二次電池の一部斜視図である。本発明による電極組立体とタップの結合構造を有する二次電池は、缶１１、缶開口部１１a、電極組立体１２、陰極タップ１３、陽極タップ２４などを含む。
【００１４】
缶１１は、おおよそ直方体の金属製で、短辺部と長辺部を有し、缶１１自体が端子の役割を果たすことができる。缶１１の材質は、通常軽量の導電性金属であるアルミニウムまたはアルミニウム合金である。缶１１の一端には、開口部１１aが形成されており、電極組立体１２が開口部１１aを通じて缶１１の内部に収納される。
【００１５】
電極組立体１２は、陰極板と陽極板との間にセパレーター(separator)を介し、積層させた後、巻き取ってジェリーロール形態とする。
【００１６】
陰極板は、ストリップ形態の金属薄板からなる陰極集電体を使用する。陰極集電体としては銅薄板が使用される。陰極集電体の少なくとも一方の面には、陰極活物質を含んだ陰極合剤が塗布された陰極活物質塗布部が形成される。陰極活物質としは炭素を使用し、これにバインダー、可塑剤、導電材などを加えて陰極合剤とする。陰極板の一端には、一定幅の陰極タップ１３が、一端に突出するように結合される。
【００１７】
図２では、陰極タップ１３が、巻き取られてジェリーロール形態をなす電極組立体の中央部に、上部に突出するように結合されている。通常、陰極タップの材質はニッケルである。陰極タップをジェリーロールの中央部に位置させる場合、陰極タップは、ジェリーロールの巻き取り始めの陰極活物質が塗布されていない部分に溶接される。
【００１８】
従って、活物質が塗布されていない部分を利用することにより、陰極タップによる活物質への圧迫を低減させることができる。また、陰極タップは、キャッププレートの中央でキャッププレートの他の部分や、缶と絶縁された電気端子と連結されなければならない。従って、陰極タップは、ジェリーロールの中央部に位置させた方が、溶接などによって容易に電気端子と電気的に接続させることができ好ましい。陰極タップとキャッププレートの中に位置する電気端子の連結距離が短くなり直線状となると、内部の他の極性部分、たとえば、陽極タップやキャッププレートと好ましくない接触をする可能性が減少し、内部短絡による不良を減少させることができる。
【００１９】
一方、陰極タップ１３がジェリーロールの外周部に位置する場合、陰極タップ１３は、電極組立体１２を缶１１に内蔵した時に、陰極タップ１３が缶１１の短辺部側に位置するように陰極板に結合する。そして、陰極タップ１３の幅が缶１１の短辺部の幅より小さくなるように、缶の短辺部、及び陰極タップの幅を決める。しかし、缶が小さく、缶の短辺部の幅が陽極タップの幅より大きくなる場合であっても、陰極タップと缶の短辺部の重なる部分が最大になるようにする。
【００２０】
陽極板は、ストリップ形態の金属板からなる陽極集電体を使用する。陽極集電体としては、アルミニウム薄板やアルミニウムメッシュ(mesh)を使用する。陽極集電体の少なくとも一方の面には、陽極活物質を含んだ陽極合剤が塗布された陽極活物質塗布部が形成される。陽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、導電材などを加えて陽極合剤とする。陽極板の一端には、一定幅の陽極タップ２４が結合される。陽極タップ２４は、通常アルミニウムからなり陽極板と超音波溶接などによって結合される。この時、陽極タップ２４は、陽極活物質塗布部が存在しないアルミニウム薄板に直接結合される。図２では、巻き取られてジェリーロール形態をなす電極組立体の外周部に陽極タップ２４が位置している。
【００２１】
ここで、陽極タップ２４は、電極組立体１２を缶１１に内蔵した時に、陽極タップ２４が缶１１の短辺部側に位置するように陽極板に結合する。そして、陽極タップ２４の幅が缶１１の短辺部の幅より小さくなるように、缶の短辺部及び陽極タップの幅を決める。しかし、缶が小さく、缶の短辺部の幅が陽極タップの幅より小さくなる場合であっても、陽極タップと缶の短辺部の重なる部分が最大になるようにする。たとえば、缶の短辺部の一端から陽極タップが重なるようにするか、または缶の短辺部の他の端で陽極タップの重なりが終わるようにする。望ましくは、ずれを考慮して缶の短辺部の中央に陽極タップの中央部が位置するようにする。本発明の效果が得られるためには、陽極タップの幅の少なくとも半分以上が缶の短辺部に重なるようにする。
【００２２】
セパレーターはポリエチレン、ポリプロピレン、またはポリエチレンとポリプロピレンの共重合体からなり、幅は陽極板や陰極板より大きくなるように形成する。
【００２３】
電極組立体１２は、陰極板、陽極板、セパレーターをジェリーロール形態に巻き取った後、一定方向に加圧して角形に成形し、内蔵しやすいように下部にテープを付けて缶１１に内蔵する。
【００２４】
上記では、陰極タップが電極組立体の中央部に位置し、陽極タップが電極組立体の外周部に位置する場合、または陰極タップが電極組立体の一方の外周に位置し、陽極タップが電極組立体の他方の外周部に位置する場合について説明した。しかし、陰極タップと陽極タップと両方を、缶の同一の短辺部に隣接するように位置させても良い。
【００２５】
ここで、電極組立体を缶に内蔵した場合の長辺部、及び短辺部の余裕度を検討する。電極組立体と缶の長辺部との幅の差は0.35±0.１であり、電極組立体と缶の短辺部との幅の差は0.5±0.１であった。
【００２６】
すなわち、電極組立体に結合されて外周部に位置する陽極タップを、電極組立体と缶との間の差が大きい缶の短辺部側に位置させることにより、陽極タップが電極組立体の極板に及ぼす圧力を著しく減少させることができる。従って、陽極タップが位置する電極組立体の極板の変形が防止され、リチウムイオン析出などによる厚さの増加、これによる電池の容量低下を著しく減少させることができる。
【００２７】
以上では本発明を実施例によって詳細に説明したが、本発明は実施例によって何ら限定されるものではない。本発明が属する技術分野において通常の知識を有するものであれば、本発明の思想と精神を逸脱することなく、本発明を修正または変更できるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】缶の長辺部側に電極タップが位置する二次電池の一部斜視図である。
【図２】缶の短辺部側に電極タップが位置する電極組立体を示す二次電池の一部斜視図である。
【符号の説明】
【００２９】
１１    缶
１１ａ  開口部
１２    電極組立体
１３    陰極タップ
１４    長辺部陽極タップ
１５    短辺部陽極タップ
【図１】
2005071996.tif 000003
【図２】
2005071996.tif 000004