(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
カンと基材の両面に活物質を塗った正極、負極およびセパレーターをともに巻き取ってカンの内部に収納した電極ロールと、カンを通じて電池の内部に発生した熱を発散させる熱発散手段とからなり、前記熱発散手段が、電極ロールの最内郭部に配置される電極の基材が、その最内郭部を包みながら正極タブを通じてキャップアセンブリと接触していることである円筒形電池。
【請求項２】
前記熱発散手段が、さらに、セパレーターを介して内側と外側に巻き取られる二つの電極のうち、電極ロールの最外郭部に配置される電極の基材が、その最外郭部を包みながらカンと直接接触していることである請求項１記載の円筒形電池。
【請求項３】
前記熱発散手段が、さらに、電極ロール最外郭部の電極の外周に熱伝導率が高い薄膜の熱発散体を設けてカンと接触していることである請求項１記載の円筒形電池。
【請求項４】
前記外側電極は負極、内側電極は正極であることを特徴とする請求項１、２または３記載の円筒形電池。
【請求項５】
負極の基材はＣｕ、正極の基材はＡｌからなることを特徴とする請求項１、２または３記載の円筒形電池。
【請求項６】
前記外側電極とカンの間に薄膜の熱発散体をさらに設けたことを特徴とする請求項２記載の円筒形電池。
【請求項７】
薄膜の熱発散体がＮｉからなることを特徴とする請求項３記載の円筒形電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は正極、セパレーターおよび負極がともに巻き取られた螺旋形(spirally−wound)電極ロールを有する円筒形電池において、電池内部で発生する熱を効果的に発散して高容量の電池を実現し、安全性を確保することができる熱発散手段を有する円筒形電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
円筒形電池は一次、二次電池の一般的な構造としてよく知られており、その電池の種類としては、ニッケル水素（Ｎｉ−ＭＨ）電池とリチウム（Ｌｉ）およびリチウムイオン（Ｌｉ−ｉｏｎ）電池などがある。
【０００３】
図３はリチウム電池として使用されている円筒形電池を示している。図面のように円筒形リチウム電池は正極２とセパレーター４および負極６がともに巻き取られた電極ロール８を、前記負極６と接続したカン１０の内部にし、そのカン１０の上部に前記正極２と接続したキャップアセンブリ１２を設け、前記カン１０に電解液を注入した後、密封した構造からなる。ここで、正極２はタブ２ａを通じてキャップアセンブリ１２と電気的に連結され、負極６はタブ６ａを通じてカン１０と電気的に連結される。また、電極ロール８はその上面と下面に絶縁板１４を介してキャップアセンブリ１２およびカン１０と絶縁されている。
【０００４】
正極および負極のような電極は、電池の種類ごとに多少の差があるが、図４に示すように基板１６の両面に活物質１８を含むスラリーを塗布し、これを乾燥およびロールプレスした後、所定の大きさに切断する工程によって製造する。このように製造した電極２、６は各々セパレーター４を介してロール状に巻き取られてカン１０の内部に挿入、設置される。
【０００５】
このように設けられた円筒形電池は、高電流での充・放電ができるようにするために、薄くかつ長い電極を使用し、より硬く巻き取って多量の電極、すなわち、活物質を収納して高容量の電池を達成しようとする努力が行われている。
しかしながら、電極を硬く巻き取った場合、高電流での充・放電時、熱発散特性が低下し、結果的に内部の発熱により安全性が下がるという問題が発生する。
【０００６】
また、電池は熱発散が悪くなると、電池の内部ショートなどによる熱暴走（thermal−runaway）の恐れがあり、シャットダウン（shut−down）セパレーターなどを用いた安全設計に悪影響を及ぼすという問題点がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来技術の問題点を解決するための方案として、本発明は電池の内部で発生した熱がカンを通じて外部に早く伝達されるようにして高容量の電池を実現すると同時に、安全性を確保できる円筒形電池を提供することにその目的がある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明は、カンと基材の両面に活物質を塗った正極、負極およびセパレーターをともに巻き取ってカンの内部に収納した電極ロールと、カンを通じて電池の内部に発生した熱を発散させる熱発散手段とからなる円筒形電池に関する。
【０００９】
また、カンと軸の周りに多数回巻き取った電極ロールを含み、前記電極中の一段は活物質でコーティングされておらず、そのコーティングされていない一段の長さはカンの円周の長さとほぼ同一であることを特徴とする円筒形電池に関する。
【００１０】
さらに、円筒形カンとマンドレルの周りに多数回巻き取った電極ロールを含み、前記電極中の一段は裸の基材であって、前記裸の基材の長さはマンドレルの円周の長さとほぼ同一であることを特徴とする円筒形電池に関する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
前記の目的を実現するために本発明の円筒形電池は、カン、基材の両面に活物質を塗った正極、負極およびセパレーターをともに巻き取ってカンの内部に収納した電極ロールとカンを通じて電池内部に発生した熱を発散させる熱発散手段からなる。
【００１２】
本発明ではセパレーターを介して内側と外側に巻き取られた二つの電極のうち、電極ロールの最外郭部に配置した電極の基材がその最外郭部を包みながらカンと直接接触するようにして、電池の内部で発生した熱が早く外部に伝達および放熱されるようにする円筒形電池の熱発散手段を提供する。
【００１３】
また、本発明では電極ロールの最内郭部に配置された電極の基材がその最内郭部を包みながらマンドレルと直接接触するようにして、マンドレルの中孔を通じて熱発散ができるようにしたり、マンドレルを使用しない場合は正極タブを通じるキャップアセンブリへの熱発散手段を提供する。
【００１４】
また、本発明の特徴である熱発散手段は電極ロール最外郭部の電極の外周りに、熱伝導率が大きい熱発散体（heat dissipator）を設けてカンと接触されるようにできる。
【００１５】
このような手段により、本発明は電極ロールとカンおよびマンドレルまたは正極タブとキャップアセンブリの間で熱の伝達が早くなるので、放熱特性が向上し、電池の安全性が確保されるものである。その結果、電極ロールの巻き取りを硬く巻き取って、多量の電極を収納して安全した電池を実現することができる。
【００１６】
以下、本発明の望ましい実施の態様を、添付図面に基づいてより詳細に説明する。参考に本発明を説明するために、従来の技術で引用した図面で参照された部分と同一の構成に対しては、説明の重複を防止するために同一符号を付与する。
【００１７】
図１は本発明に関する円筒形電池を示したもので、円筒形電池の一つの例として、リチウム電池に用いられる正極２０および６０に関して詳しく示している。
【００１８】
図面のように正極２０と負極６０は、基材２２、６２の両面にリチウム金属酸化物もしくは炭素および炭素複合体からなる活物質２４、６４を形成する。このように形成された正極２０と負極６０は、両電極の間にセパレーター４を介してロール状に巻き取られるものであり、内側には正極２０が外側には負極６０が配置された状態に巻き取って電極ロール８０を形成した後、カン１０の内部に設置し、その中心にマンドレル３０を挿入することもできる。
【００１９】
ここで、本発明の特徴である熱発散手段は、電極ロール８０とカン１０の間に熱伝導率が大きい材質を設けて熱伝達および発散が早く達成されるようにしたものであり、このために活物質が塗布されていない最外郭部の負極６０の基材６２が、電極ロール８０の外部を包みながらカン１０の内周面と直接接触させるようにする。この場合、前記負極６０は管壁接触によりカン１０と直接電機的に連結されるので、別途タブを連結する必要がない。
【００２０】
また、本発明では電極ロール８０の中心部の空間を通じて熱伝導および放熱ができるようにするため、活物質が塗布されていない内側断部の正極２０の基材２２が最内郭部を少なくとも一回包むようにすることもできる。また、他の例として負極６０の最内郭部の基材６２を少なくとも一回さらに巻き取ることができる。
【００２１】
この場合、正極２０もしくは負極６０の内側断部の基材６２はマンドレル３０の外周りに直接接触させる。ここで、負極６０の基材６２は熱伝導率が大きいＣｕからなっており、正極２０の基材２２は熱伝導率が大きいＡｌからなるので、カン１０およびマンドレル３０との直接接触または正極タブを通じたキャップアセンブリとの接触を通じて熱伝導および放熱を早く達成することができる。
【００２２】
一方、図２は熱発散手段の他の例を示している。図面のように本発明は電極ロール８０とカン１０の間に熱伝導率が大きい材質として薄膜の熱発散体３２を設けて熱伝導および放熱が早く達成されるようにする。
【００２３】
薄膜の熱発散体３２は本発明の効果をより高めるために、熱伝導率が大きい材質であるＮｉで形成することが望ましく、図１に示したような電極ロール８０の最外郭部を取り巻く負極６０の基材６２、および電極ロール８０の最内郭部を取り巻く正極２０および負極６０の基材２２、６２、そしてマンドレル３０をともに併用する場合にその効果を倍加することができる。
【００２４】
これに従って、本発明の熱発散手段はカン１０の内部の限定された空間で放熱および熱発散効果を高めることができるものであり、その程、電極ロール８０をさらに硬く包んだ多量の電極、すなわち、活物質をすることができるものである。
【００２５】
このように電極ロール８０が設置されたカン１０は、開口にガスケットを介してキャップアセンブリを設置し、電解液を注入した後、クリンピングして密封することによって、円筒形二次電池を作製する。
【００２６】
【発明の効果】
以上のように、本発明による円筒形電池は従来技術の問題点を実質的に解消することができる。
【００２７】
すなわち、本発明によると、充・放電時、電池の内部で発生する熱をカンおよびマンドレルと直接接触また正極タブを通じてキャップアセンブリで直接接触させた基材、または薄膜の熱発散体を通じて早く伝導および放熱するので、電極ロールの巻き取りの数を増やして硬く取り巻くことができるものであり、電池の安全性を確保することができる。
【００２８】
本発明によると、電極ロールの巻き取りの数が増やしてその程、活物質の量が増大するものであり、高容量の電池を実現することができる。
【００２９】
また、本発明は負極の基材がカンに直接接触して電気的に連結されるので、別途のタブが不必要であって、構成の簡単化および製造工程の短縮を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による円筒形電池の平断面図である。
【図２】本発明による他の態様における円筒形電池の平断面図である。
【図３】公知である円筒形電池の全体構成を示す縦断面図である。
【図４】公知である円筒形電池を示す平断面図である。
【符号の説明】
２  正極２ａ  正極タブ４  セパレーター６  負極６ａ  負極タブ８  電極ロール１０  カン１２  キャップアセンブリ１４  絶縁板１６  基板１８  活物質２０  正極２２  基材（サブストレート）２４  活物質３０  マンドレル３２  熱発散体６０  負極６２  基材（サブストレート）６４  活物質８０  電極ロール
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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