(57)【要約】  本発明は、１つ以上の正極、１つ以上の負極、及び１つ以上の分離膜を含み、正極、負極及び分離膜は、正極と負極との間に分離膜が介在するように積層されており、正極及び負極のそれぞれの一端と他端は互いに交差せず、正極、負極及び分離膜の積層面は曲面（ｃｕｒｖｅｄ  ｓｕｒｆａｃｅ）を含んでおり、負極は、曲がった正極の扇形の弧の長さと同一又は長い長さを有し、分離膜は、曲がった正極の扇形の弧の長さよりも長い長さを有することを特徴とする電極積層体及びそれを含む電池パックに関する。
2016525768.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つ以上の正極、１つ以上の負極、及び１つ以上の分離膜を含み、正極、負極及び分離膜は、正極と負極との間に分離膜が介在するように積層されており、正極及び負極のそれぞれの一端と他端は互いに交差せず、正極、負極及び分離膜の積層面は曲面を含んでおり、負極は、曲がった正極の扇形の弧の長さと同一又は長い長さを有し、分離膜は、曲がった正極の扇形の弧の長さよりも長い長さを有することを特徴とする、電極積層体。
【請求項２】
前記負極は、正極の長さ対比１．１倍以上１．３倍以下の長さであることを特徴とする、請求項１に記載の電極積層体。
【請求項３】
前記分離膜は、正極の長さ対比１．１倍以上１．３倍以下の長さであることを特徴とする、請求項１に記載の電極積層体。
【請求項４】
前記電極積層体は、１つ以上の非曲面）を含むことを特徴とする、請求項１に記載の電極積層体。
【請求項５】
前記積層面に平行でない電極積層体の側面は、１つ以上の非曲面）を含むことを特徴とする、請求項１に記載の電極積層体。
【請求項６】
前記非曲面には電極タブが形成されていることを特徴とする、請求項５に記載の電極積層体。
【請求項７】
前記電極積層体の１つの非曲面には、正極タブと負極タブがいずれも形成されていることを特徴とする、請求項５に記載の電極積層体。
【請求項８】
前記電極積層体の１つの非曲面に正極タブが形成されており、他の１つの非曲面に負極タブが形成されていることを特徴とする、請求項５に記載の電極積層体。
【請求項９】
前記正極、負極及び分離膜のそれぞれの一端と他端は互いに交差しないことを特徴とする、請求項１に記載の電極積層体。
【請求項１０】
前記正極及び負極のうちの１つ以上は、片面又は両面に分離膜がラミネートされていることを特徴とする、請求項９に記載の電極積層体。
【請求項１１】
前記電極積層体は、１つ以上の正極、１つ以上の負極、及び１つ以上の分離膜を含み、正極と負極との間に分離膜が介在した状態で正極、分離膜及び負極が互いにラミネートされている電極群を含むことを特徴とする、請求項１０に記載の電極積層体。
【請求項１２】
前記電極群は、最外側電極の極性が互いに同一又は異なることを特徴とする、請求項１１に記載の電極積層体。
【請求項１３】
前記最外側電極のうちの１つ以上は、分離膜間に介在した状態で分離膜とラミネートされていることを特徴とする、請求項１２に記載の電極積層体。
【請求項１４】
前記電極積層体は、正極及び負極のいずれか１つと分離膜を含み、正極及び負極のいずれか１つと分離膜が互いにラミネートされている電極素子を含むことを特徴とする、請求項１０に記載の電極積層体。
【請求項１５】
前記電極素子は、正極及び負極のいずれか１つが分離膜間に介在し、正極及び負極のいずれか１つが分離膜とラミネートされていることを特徴とする、請求項１４に記載の電極積層体。
【請求項１６】
前記１つ以上の分離膜は第１分離膜及び第２分離膜からなっており、前記第２分離膜は、電極の電極端子非形成部位である側面を包んでいることを特徴とする、請求項１に記載の電極積層体。
【請求項１７】
前記第２分離膜は、一端と他端が互いに交差することを特徴とする、請求項１６に記載の電極積層体。
【請求項１８】
請求項１〜１７のいずれかに記載の電極積層体が電解質と共に電池ケースに内蔵されていることを特徴とする、電池セル。
【請求項１９】
前記電池ケースは、金属缶、又は、金属層と樹脂層を含むラミネートシートのパウチ型電池ケースであることを特徴とする、請求項１８に記載の電池セル。
【請求項２０】
前記電池セルは、リチウムイオンポリマー電池、リチウムイオン電池、またはリチウムポリマー電池であることを特徴とする、請求項１８に記載の電池セル。
【請求項２１】
請求項１に記載の電極積層体、リチウム塩含有非水系電解質、互いに反対の極性を有する電極端子及び電池セルケースを含み、電池セルケースの内部に電極積層体及び電解質が内蔵されており、正極端子と負極端子がいずれも電池セルケースの第１面に形成されており、前記第１面は第１曲面を含んでいる電池セルと、
前記正極端子及び負極端子に接続されている保護回路モジュールであって、前記第１面に対面する保護回路モジュールの第２面が、前記第１曲面と一致または相似形である第２曲面を含んでいる保護回路モジュールと、
を含むことを特徴とする、電池パック。
【請求項２２】
前記第１曲面と第２曲面の相似比の範囲が、１：０．９０〜１：０．９９、または１：１．０１〜１：１．１０であることを特徴とする、請求項２１に記載の電池パック。
【請求項２３】
第１曲面の曲率半径（Ｒ１）と第２曲面の曲率半径（Ｒ２）は、３５ｍｍ以上９００ｍｍ以下の範囲内であることを特徴とする、請求項２１に記載の電池パック。
【請求項２４】
前記第１曲面の曲率半径（Ｒ１）と第２曲面の曲率半径（Ｒ２）は互いに同一であることを特徴とする、請求項２３に記載の電池パック。
【請求項２５】
前記保護回路モジュールは、過充電又は過放電を防止し、定格電流が流れ得るように構成された電気回路が印刷されている印刷回路基板構造であり、前記第２面は印刷回路基板の一面であり、前記一面には、安全素子及び接続端子が結合されており、他面は、所定の外部機器と接続される外部入出力端子を含んでいることを特徴とする、請求項２１に記載の電池パック。
【請求項２６】
請求項２１〜２５のいずれかに記載の電池パックを含むことを特徴とする、デバイス。
【請求項２７】
前記デバイスは、スマートフォン、携帯電話、ノートブック、タブレットＰＣ、時計、テレビ、または眼鏡であることを特徴とする、請求項２６に記載のデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リチウム二次電池を構成する電極積層体に係り、より詳細には、曲がった形状の電極積層体及びそれを含む電池パックに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＩＴ（Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）技術の目覚ましい発達に伴い、様々な携帯型情報通信機器の拡散により、２１世紀は、時間と場所にとらわれずに高品質の情報サービスが可能な「ユビキタス社会」に発展している。
【０００３】
このようなユビキタス社会への発展のベースには、リチウム二次電池が重要な位置を占めている。リチウム二次電池は、電池ケースの収納部に電極積層体と電解質を内蔵させ、当該収納部の外周面を熱融着することによって作製することができる。
【０００４】
このような電極積層体は、所定の大きさの正極板、分離膜板、負極板を、正極板と負極板との間に分離膜板が介在するように１つずつ順に繰り返して積層したスタック型（積層型）、所定の大きさの正極シート、分離膜シート、負極シートを、正極シートと負極シートとの間に分離膜シートが介在するように積層した後、分離膜シートを一方向に巻き取った巻き取り型（ジェリーロール型）、所定の数のスタック型電極積層体を分離膜シート上に配列した後、分離膜シートを一方向に巻き取って所定の数の電極積層体を積層させたスタックアンドフォールディング型（Ｓｔａｃｋ＆Ｆｏｌｄｉｎｇ）などに分類することができる。
【０００５】
図１には、正極１、分離膜２、負極３を含み、正極１と負極３との間に分離膜２が介在しており、正極１、負極３のそれぞれの一端と他端が互いに交差しない構造の電極積層体のベンディング（ｂｅｎｄｉｎｇ）前後の状態が模式的に示されている。図１を参照すると、図１は、説明の便宜のため、１つの正極１、１つの分離膜２、１つの負極３が積層された構造を示したが、電極積層体は、複数個の正極、複数個の分離膜、複数個の負極を含むことができる。電極積層体のベンディング前には、分離膜２及び負極３の長さが正極１に比べてより長いが（Ａ，Ａ’）、ベンディング後には、内側の正極１の両端がそれぞれ分離膜２及び負極３の両端を越えるようになる（Ａ，Ａ’）。これにより、充電時に、リチウムの析出が発生してしまい、曲がった電極積層体を含むリチウム二次電池の安全性が低下するという問題がある。これは、曲がっていない状態の電極積層体に使用されていた従来の正極、分離膜、負極を、曲がった電極積層体にそのまま適用したからである。
【０００６】
図２には、曲がった形状のジェリーロール型電極積層体２０の模式図が示されている。図２を参照すると、ジェリーロール型電極積層体２０の場合、平面視で、電極端子の突出方向に垂直な仮想の線分（Ｘ’−Ｘ”）に沿ってジェリーロール型電極積層体２０を曲げる場合、折れ曲がった両端（Ａ’，Ａ”）は、応力（ｓｔｒｅｓｓ）が集中して電極が壊れるという問題がある。
【０００７】
一方、最近は、電子デバイスのデザイン自体が需要者の製品選択において非常に重要な要素として作用し、消費者の趣向によって、電子デバイスがますます小型化、薄型化している趨勢である。これによって、電子デバイスの内部空間の不必要な浪費を最小化するために、リチウム二次電池も、小型化、薄型化が要求され、リチウム二次電池の形状も、電子デバイスの形状に応じて多様に具現される必要がある。
【０００８】
これに関連して、特開１９９９−３０７１３０号公報（特許文献１）は、可塑剤を含んだ電解液が含浸された正極と、可塑剤を含んだ電解液が含浸された負極と、可塑剤を含んだ電解液が含浸されたゲル状電解質層とを互いに径の異なる２つのロールで熱圧着させることによって、湾曲した形状の電池を作製する方法を開示している。
【０００９】
図３には、特許文献１に具体的に開示されている湾曲した形状の電極積層体が示されている。図３を参照すると、正極層４及び正極集電体５を含み、湾曲した形状を有する正極１、負極層６及び負極集電体７を含み、湾曲した形状を有する負極２、及び湾曲した形状のゲル状電解質層３からなっており、正極端子８が正極集電体５に接続されており、負極端子９が負極集電体７に接続されている構造の電極積層体が示されている。正極端子８及び負極端子９は、電極積層体の非湾曲部位に形成されている。
【００１０】
このような特許文献１は、湾曲した形状の電極積層体が元の形状に戻るという従来技術の問題点を解決するための技術を開示しており、今まで公知となった保護回路モジュールは、曲面を有していない平面構造であり、曲がった形状の保護回路モジュールに対する先行技術が存在しない点を考慮すると、特許文献１には、曲がった形状の保護回路モジュールが装着された電池パックに対する開示又は認識がないものと理解される。
【００１１】
さらに、曲がった形状の保護回路基板を適用する場合、非常に複雑な製造工程が必要である。例えば、曲がった形状の保護回路基板の湾曲した面にＩＣなどの部品を溶接する場合、複雑な溶接工程を行わなければならず、所定の結合力を発揮しにくく、曲がった形状の保護回路基板を湾曲した形状の電池セルに付着するためのジグ（ｊｉｇ）の作製などを難しくするため、多数の電池セルを含み、大量生産を要する電池パックにこれを適用するには多くの限界があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開１９９９−３０７１３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は、曲がった状態でも、正極の両端が分離膜と負極で囲まれるように設計された電極積層体を提供することによって、上述の従来技術の問題点を解決し、安全性が向上した電池セルを提供しようとする。
【００１４】
また、本発明は、電子デバイスの内部空間の不必要な浪費を最小化し、向上した体積エネルギー密度特性を発揮することができる曲がった形状の保護回路モジュールを含む電池パックを提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の非制限的な例に係る電極積層体は、１つ以上の正極、１つ以上の負極、及び１つ以上の分離膜を含み、正極、負極及び分離膜は、正極と負極との間に分離膜が介在するように積層されており、正極及び負極のそれぞれの一端と他端は互いに交差せず、正極、負極及び分離膜の積層面は曲面（ｃｕｒｖｅｄ  ｓｕｒｆａｃｅ）を含んでおり、負極は、曲がった正極の扇形の弧の長さと同一又は長い長さを有し、分離膜は、曲がった正極の扇形の弧の長さよりも長い長さを有することを特徴とする。
【００１６】
本発明の非制限的な例によれば、正極シート及び負極シートが積層された状態で巻き取られて、正極シート及び負極シートのそれぞれの一端と他端が互いに交差するジェリーロール型電極積層体とは異なり、正極及び負極のそれぞれの一端と他端が互いに交差しない。
【００１７】
前記負極は、曲がった正極の扇形の弧の長さと同一又は長い長さを有することができる。具体的には、前記負極は、正極の長さ対比１．１倍以上１．３倍以下の長さを有することができる。曲がった負極の両端は、曲がった正極の両端と分離膜を挟んで対面し得る。曲がった負極の両端が、曲がった正極の両端と分離膜を挟んで対面しない場合には、正極と負極が互いに短絡（ｓｈｏｒｔ  ｃｉｒｃｕｉｔ）を発生させることがあり、充電時にリチウムが析出してしまい、性能及び安全性において問題となり得る。本明細書において、前記正極は、正極タブを除外した部分に正極材がコーティングされた構造であってもよく、前記負極は、負極タブを除外した部分に負極材がコーティングされた構造であってもよい。
【００１８】
前記正極材は、リチウム二次電池の正極活物質として公知となったリチウム金属酸化物などを含んでいてもよく、前記リチウム金属酸化物は、例えば、リチウムコバルト酸化物（ＬｉＣｏＯ２）、リチウムニッケル酸化物（ＬｉＮｉＯ２）などの層状化合物や、１つまたはそれ以上の遷移金属で置換された化合物；化学式Ｌｉ１＋ｙＭｎ２−ｙＯ４（ここで、ｙは０〜０．３３である）、ＬｉＭｎＯ３、ＬｉＭｎ２Ｏ３、ＬｉＭｎＯ２などのリチウムマンガン酸化物；リチウム銅酸化物（Ｌｉ２ＣｕＯ２）；ＬｉＶ３Ｏ８、ＬｉＦｅ３Ｏ４、Ｖ２Ｏ５、Ｃｕ２Ｖ２Ｏ７などのバナジウム酸化物；化学式ＬｉＮｉ１−ｙＭｙＯ２（ここで、Ｍ＝Ｃｏ、Ｍｎ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｍｇ、ＢまたはＧａであり、ｙ＝０．０１〜０．３である）で表されるＮｉサイト型リチウムニッケル酸化物；化学式ＬｉＭｎ２−ｙＭｙＯ２（ここで、Ｍ＝Ｃｏ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｒ、ＺｎまたはＴａであり、ｙ＝０．０１〜０．１である）またはＬｉ２Ｍｎ３ＭＯ８（ここで、Ｍ＝Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、ＣｕまたはＺｎである）で表されるリチウムマンガン複合酸化物；化学式のＬｉの一部がアルカリ土類金属イオンで置換されたＬｉＭｎ２Ｏ４；ジスルフィド化合物；Ｆｅ２（ＭｏＯ４）３などであってもよい。
【００１９】
前記負極材は、負極活物質として、天然黒鉛、人造黒鉛、難黒鉛化炭素、易黒鉛化炭素などの炭素系物質を含んでいてもよい。前記炭素系物質は、酸化／還元電位がＬｉ／Ｌｉ＋の電位に対して０．１Ｖ程度で低いため、充電時にリチウムの析出が発生し得る。したがって、負極のローディング量を高めて正極と負極のバランス（ｂａｌａｎｃｅ）を確保したり、又は、ベンディング（ｂｅｎｄｉｎｇ）時の正極のスリップ（ｓｌｉｐ）計算値を基準として負極の長さを設計することができる。
【００２０】
すなわち、曲がった形状の電極積層体を設計する場合、本発明のように、負極が、曲がった正極の扇形の弧の長さと同一又は長い長さを有し、分離膜が、曲がった正極の扇形の弧の長さよりも長い長さを有するように設計することができる。前記分離膜は、正極と負極の短絡を防止するために、負極の長さよりも長い長さを有し、正極の長さ対比１．１倍以上１．３倍以下の長さを有することができる。
【００２１】
前記電極積層体は、正極、負極及び分離膜の積層面が曲面を含んでいる。具体的には、前記曲面は、３５ｍｍ以上〜９００ｍｍ以下の範囲の曲率半径（Ｒ）を有することができる。
【００２２】
本発明の非制限的な例において、前記正極、負極及び分離膜のそれぞれの一端と他端は互いに交差しなくてもよい。このとき、前記電極積層体は、スタック型（積層型）電極積層体であってもよい。
【００２３】
一方、前記電極積層体は、片面又は両面に分離膜がラミネート（ｌａｍｉｎａｔｅ）されている改良された電極を１つ以上含んでいてもよい。前記改良された電極は、例えば、分離膜が正極又は負極の片面にラミネートされている構造で具現されてもよい。また、分離膜が正極の両面又は負極の両面にラミネートされている構造で具現されてもよい。また、正極と負極との間に分離膜が介在した状態で正極、分離膜及び負極が互いにラミネートされている構造で具現されてもよい。本明細書において、正極と負極との間に分離膜が介在した状態で正極、分離膜及び負極が互いにラミネートされている具現例を電極群として定義することができる。
【００２４】
前記電極群は、最外側電極の極性が互いに同一または異なっていてもよく、最外側電極の極性が同一である場合、Ｓ型電極群と呼ぶことができ、最外側電極群の極性が互いに異なる場合、Ｄ型電極群と呼ぶことができる。前記最外側電極のうちの１つ以上は、分離膜間に介在した状態で分離膜とラミネートされていてもよい。
【００２５】
また、前記改良された電極は、正極及び負極のいずれか１つと分離膜を含み、正極及び負極のいずれか１つと分離膜とが互いにラミネートされている構造で具現され得る。これを電極素子として定義することができる。前記電極素子は、正極及び負極のいずれか１つが分離膜間に介在し、正極及び負極のいずれか１つが分離膜とラミネートされていてもよい。
【００２６】
前記電極、改良された電極、分離膜、電極群、電極素子などが組み合わされて、正極と負極との間に分離膜が介在している構造の電極積層体は、本発明の範囲に含まれる。
【００２７】
前記電極積層体は、１つ以上の非曲面（ｎｏｎ−ｃｕｒｖｅｄ  ｓｕｒｆａｃｅ）を含むことができる。前記非曲面は、積層面、または前記積層面に平行でない電極積層体の側面に存在し得る。前記側面は、積層面に垂直であり得る。前記非曲面には、電極タブが形成されていてもよく、正極タブと負極タブがいずれも１つの非曲面に形成されてもよく、１つの非曲面に正極タブが形成され、他の１つの非曲面に負極タブが形成されていてもよい。前記電極タブは電極リードと接続され、電極タブと電極リードが接続された構造の電極端子は、保護回路モジュール（ＰＣＭ）に接続され得る。
【００２８】
本発明の非制限的な例において、前記非曲面は、前記積層面に平行でない電極積層体の側面に形成されてもよく、前記側面は、１つ以上の非曲面を含んでいてもよい。前記側面のうちの１つには、正極タブと負極タブがいずれも形成されていてもよい。
【００２９】
前記１つ以上の分離膜は、第１分離膜と第２分離膜からなっていてもよい。前記第１分離膜は、一端と他端が互いに交差していない状態で、正極と負極との間に介在しており、前記第２分離膜は、正極と負極との間に介在すると共に、電極の電極端子非形成部位である側面を包んでいてもよい。前記第２分離膜は、一端と他端が互いに交差することが第１分離膜と異なる。
【００３０】
前記電極積層体は、所定の数のスタック型電極積層体を分離膜シート上に配列した後、分離膜シートを一方向に巻き取ったり折り曲げたりして所定の数の電極積層体を積層させたスタックアンドフォールディング型（Ｓｔａｃｋ＆Ｆｏｌｄｉｎｇ）電極積層体であってもよい。
【００３１】
前記電極積層体は、所定の大きさの正極シート、分離膜シート、負極シートを、正極シートと負極シートとの間に分離膜シートが介在するように積層した後、分離膜シートを一方向に巻き取った巻き取り型（ジェリーロール型）電極積層体であってもよい。
【００３２】
本発明はまた、前記電極積層体が電解質と共に電池ケースに内蔵されている電池セルを提供することができる。前記電池ケースは、金属缶、又は、金属層と樹脂層を含むラミネートシートのパウチ型電池ケースであってもよく、前記電池ケースは、電極積層体の曲がった形状に対応する形状を有することができる。前記電池セルは、リチウムイオンポリマー電池、リチウムイオン電池、またはリチウムポリマー電池であってもよい。リチウムイオン電池、リチウムイオンポリマー電池、リチウムポリマー電池の公知の構造及び構成要素は本明細書に組み込まれる。
【００３３】
本発明はまた、前記電極積層体、リチウム塩含有非水系電解質、互いに反対の極性を有する電極端子及び電池セルケースを含み、電池セルケースの内部に電極積層体と電解質が内蔵されており、正極端子と負極端子がいずれも電池セルケースの第１面に形成されており、前記第１面は第１曲面（ｃｕｒｖｅｄ  ｓｕｒｆａｃｅ）を含んでいる電池セル；及び
前記正極端子及び負極端子に接続されている保護回路モジュール（Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ  Ｃｉｒｃｕｉｔ  Ｍｏｄｕｌｅ）であって、前記第１面に対面する保護回路モジュールの第２面が、前記第１曲面と一致または相似形である第２曲面を含んでいる保護回路モジュール；
を含むことを特徴とする電池パックを提供することができる。
【００３４】
前記第１曲面と第２曲面の相似比の範囲は、１：０．９０〜１：０．９９、または１：１．０１〜１：１．１０であってもよい。前記第１曲面と第２曲面との比が１：１である場合は、前記第１曲面と第２曲面が一致するものと理解することができる。
【００３５】
また、前記第１曲面の曲率半径（Ｒ１）と第２曲面の曲率半径（Ｒ２）は、３５ｍｍ以上９００ｍｍ以下の範囲内であってもよい。曲率半径が９００ｍｍを超える場合、分離膜と電極のスリップ（ｓｌｉｐ）によって内部短絡が発生する恐れがあるため好ましくない。
【００３６】
前記第１曲面の曲率半径（Ｒ１）と第２曲面の曲率半径（Ｒ２）は互いに同一であってもよく、異なっていてもよい。非制限的な例において、前記第１曲面の曲率半径（Ｒ１）と第２曲面の曲率半径（Ｒ２）は互いに同一であってもよい。
【００３７】
非制限的な例において、前記保護回路モジュールは、過充電又は過放電を防止し、定格電流が流れ得るように構成された電気回路が印刷されている印刷回路基板（Ｐｒｉｎｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ  Ｂｏａｒｄ）構造であってもよく、前記第２面は、印刷回路基板の一面であり得、前記一面には、安全素子及び接続端子が結合されており、他面は、所定の外部機器と接続される外部入出力端子を含むことができる。このとき、前記印刷回路基板は、一般的な保護回路モジュールに比べて柔軟性（ｆｌｅｘｉｂｉｌｉｔｙ）に優れた素材を使用することができ、前記印刷回路基板に付着される部品は、曲面に密接に接することができるように１つの曲面を有することができる。
【００３８】
本発明はまた、前記電池パックを含むことを特徴とするデバイスを提供する。詳細には、前記の電池パックは、曲がった形状のスマートフォン、曲がった形状の携帯電話、曲がった形状のノートブック、曲がった形状のタブレットＰＣ、曲がった形状の時計、曲がった形状のテレビ、曲がった形状の眼鏡などの電源として使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】スタック型電極積層体のベンディング（ｂｅｎｄｉｎｇ）前後の状態を模式的に示す図である。
【図２】曲がった形状のジェリーロール型電極積層体を模式的に示す図である。
【図３】従来の湾曲した形状の電極積層体の斜視図である。
【図４】本発明の非制限的な実施例に従って、正極、負極及び分離膜がいずれも曲がった状態で、正極の扇形の弧の長さに比べて長い長さの分離膜及び負極を含んでいる電極積層体を模式的に示す図である。
【図５】図４の電極積層体の構造の様々な具現例を模式的に示す図である。
【図６】図４の電極積層体の構造の様々な具現例を模式的に示す図である。
【図７】本発明の非制限的な一実施例に従って曲がった形状の保護回路モジュールを含む電池パックの斜視図である。
【図８】図７の電池パックに内蔵されている電極積層体の様々な具現例を模式的に示す図である。
【図９】図７の電池パックに内蔵されている電極積層体の様々な具現例を模式的に示す図である。
【図１０】図５の電極積層体を構成する改良された電極の様々な具現例を模式的に示す図である。
【図１１】図５の電極積層体を構成する改良された電極の様々な具現例を模式的に示す図である。
【図１２】図５の電極積層体を構成する改良された電極の様々な具現例を模式的に示す図である。
【図１３】図５の電極積層体を構成する改良された電極の様々な具現例を模式的に示す図である。
【図１４】図５の電極積層体を構成する改良された電極の様々な具現例を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
以下、本発明の非制限的な実施例に係る図面を参照して本発明をさらに詳述するが、本発明の範疇がそれによって限定されるものではない。
【００４１】
図４には、本発明の非制限的な実施例に従って、正極１０１、分離膜１０２、負極１０３を含み、正極１０１と負極１０３との間に分離膜１０２が介在している電極積層体が示されている。図４には、説明の便宜のため、１つの正極１０１、１つの分離膜１０２、１つの負極１０３が積層された構造を示したが、電極積層体は、複数個の正極、複数個の分離膜、複数個の負極を含むことができる。図４を参照すると、正極１０１、分離膜１０２、負極１０３がいずれも曲がった状態で、分離膜１０２及び負極１０３の両端が正極１０１の両端を囲んでいることを確認することができる。
【００４２】
図５及び図６には、図４の電極積層体の構造が具現された例が示されている。図５には、正極１０１、分離膜１０２及び負極１０３を含み、正極１０１と負極１０３との間には分離膜１０２が介在しており、正極１０１には、正極材が塗布されていない正極タブ１０５が形成されており、負極１０３には、負極材が塗布されていない負極タブ１０４が形成されている電極積層体１００が示されている。正極１０１、分離膜１０２及び負極１０３のそれぞれの一端と他端は互いに交差しない。
【００４３】
電極積層体１００は、正極１０１、分離膜１０２、負極１０３の積層面に曲面が形成されており、積層面に平行でない２つの側面には、非曲面が形成されている。２つの側面のうちの一方には、正極タブ１０５及び負極タブ１０４が形成されており、正極タブ１０５及び負極タブ１０４は、それぞれ正極リード（図示せず）、負極リード（図示せず）と結合されて正極端子、負極端子を形成する。
【００４４】
図４と図５を共に参照すると、図５の電極積層体１００を正極タブ１０５及び負極タブ１０４の突出方向に垂直な仮想の線分（Ｘ’−Ｘ”）に沿って曲げるとき、図４のように、分離膜１０２及び負極１０３の両端は、正極１０１の両端を囲むことができる。すなわち、図４のように、分離膜１０２及び負極１０３は、曲がった正極１０１の扇形の弧の長さに比べて長い長さを有している。
【００４５】
図６は、正極１０１、分離膜１０２及び負極１０３を含み、正極１０１と負極１０３との間に分離膜１０２が介在している図５の電極積層体１００を分離膜シート１０７上に配列し、分離膜シート１０７を一方向に巻き取って、分離膜シート１０７が電極タブ１０４，１０５の非形成部位である電極の側面を包んでいる構造の電極積層体２００が示されている。このとき、分離膜シート１０７の一端と他端は互いに交差する。
【００４６】
図４と図６を共に参照すると、図６の電極積層体２００を正極タブ１０５及び負極タブ１０４の突出方向に垂直な仮想の線分（Ｘ’−Ｘ”）に沿って曲げるとき、図４のように、分離膜１０２及び負極１０３の両端は、正極１０１の両端を囲むことができる。分離膜１０２は、前述した第１分離膜として理解することができ、分離膜シート１０７は、前述した第２分離膜として理解することができる。
【００４７】
図５において、電極積層体１００は、スタック型電極積層体であってもよい。一方、電極積層体１００は、電極１０１，１０３の片面又は両面が分離膜１０２とラミネートされている構造の改良された電極を１つ以上含んでいてもよい。
【００４８】
図７には、本発明の非制限的な一実施例に従って曲がった形状の保護回路モジュールを含む電池パックが模式的に示されている。図７を参照すると、電池パック５００は、電池セルケース３３０の第１面３３１に形成されている正極端子３１０及び負極端子３２０を含む電池セル３００と、保護回路モジュール４００とを含むことができる。第１面３３１は、正極端子３１０と負極端子３２０との間を横切る仮想の線分（Ｙ−Ｙ’）を基準として扇形の形状に曲がり得る。
【００４９】
保護回路モジュール４００は、印刷回路基板構造であり、第１面３３１に対面する印刷回路基板の一面は、第１面と一致または相似形の第２曲面からなっていてもよい。印刷回路基板の一面には、安全素子（図示せず）及び接続端子（図示せず）が結合されており、他面は、所定の外部機器と接続される外部入出力端子４１０を含むことができる。
【００５０】
図８には、図７の電池セル３００を構成するスタック型電極積層体２００Ａが示されている。図８には、説明の便宜のため、１つの正極１０１、１つの分離膜１０２、１つの負極１０３が積層された構造を示したが、電極積層体２００Ａは、複数個の正極、複数個の分離膜、複数個の負極を含むことができる。
【００５１】
図８において、スタック型電極積層体２００Ａは、正極１０１、分離膜１０２及び負極１０３を含み、正極１０１と負極１０３との間には分離膜１０２が介在しており、正極１０１には、正極材が塗布されていない正極タブ１０１Ａが形成されており、負極１０３には、負極材が塗布されていない負極タブ１０３Ａが形成されている電極積層体２００Ａが示されている。正極１０１、分離膜１０２及び負極１０３のそれぞれの一端と他端は互いに交差しない。電極積層体２００Ａの一面２３０Ａは、正極タブ１０１Ａと負極タブ１０３Ａとの間を通る仮想の線分（Ｗ−Ｗ’）を基準として扇形の形状に曲がっている。
【００５２】
正極端子３１０は、正極タブ１０１Ａが正極リード（図示せず）と結合した構造であってもよく、負極端子３２０は、負極タブ１０３Ａが負極リード（図示せず）と結合した構造であってもよい。
【００５３】
図９には、図７の電池セル３００を構成するジェリーロール型電極積層体２００Ｂが示されている。図９のジェリーロール型電極積層体２００Ｂは、正極タブ１０１Ｂ及び負極タブ１０３Ｂが電極積層体２００Ｂの一面２３０Ｂに形成されており、一面２３０Ｂは、正極タブ１０１Ｂと負極タブ１０３Ｂとの間を通る仮想の線分（Ｚ−Ｚ’）を基準として扇形の形状に曲がっている。
【００５４】
図８のスタック型電極積層体２００Ａは、電極１０１，１０３の片面又は両面が分離膜１０２とラミネートされている構造の改良された電極を１つ以上含んでいてもよい。このような複数の電極のうちの１つ以上の電極の片面又は両面が分離膜とラミネートされている構造の改良された電極は、図１０〜図１４のように様々な形態で具現することができる。ただし、図１０〜図１４に示した構造のみに限定されるものではない。
【００５５】
図１０には、正極１０１の片面に分離膜１０２がラミネートされている構造の第１の具現例１１０が模式的に示されている。図１１には、正極１０１の両面に分離膜１０２がラミネートされている構造の第２の具現例１２０が模式的に示されている。図１２には、正極１０１と負極１０３との間に分離膜１０２が介在した状態で、正極１０１、分離膜１０２、負極１０３がラミネートされている構造の第３の具現例１３０が模式的に示されている。図１３には、図１２の第３の具現例１３０の最外側電極１０１，１０３のうちの１つの電極１０１が分離膜１０２の間に介在した状態で分離膜１０２とラミネートされている構造の第４の具現例１４０が模式的に示されている。図１４には、図１２の第３の具現例１３０の最外側電極１０１，１０３が分離膜１０２の間に介在した状態で分離膜１０２とラミネートされている構造の第５の具現例１５０が模式的に示されている。このとき、第２の具現例１２０は電極素子で代替して呼ぶこともでき、第３の具現例１３０は電極群で代替して呼ぶこともできる。
【００５６】
電極積層体１００は、複数の正極１０１、複数の分離膜１０２、複数の負極１０３と、第１の具現例１１０、第２の具現例１２０、第３の具現例１３０、第４の具現例１４０、第５の具現例１５０からなる群から選択された１つ以上の具現例の組み合わせを含むことができる。
【００５７】
本発明の属する分野における通常の知識を有する者であれば、上記内容に基づいて本発明の範疇内で様々な応用及び変形を行うことが可能であろう。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
本発明に係る電池セルは、正極、負極及び分離膜がいずれも曲がった状態で、正極の扇形の弧の長さと同一又は長い長さを有する負極、及び正極の扇形の弧の長さよりも長い長さを有する分離膜を含んでいる電極積層体を含んでいるので、向上した安全性を発揮することができる。
【００５９】
また、本発明に係る電池パックは、電子デバイスの内部空間の不必要な浪費を最小化し、向上した体積エネルギー密度特性を発揮できる曲がった形状の保護回路モジュールを含む電池パックを提供することができる。
【符号の説明】
【００６０】
１、１０１  正極
２、１０２  分離膜
３、１０３  負極
１００、２００  電極積層体
１０４  負極タブ
１０５  正極タブ
１０７  分離膜シート
３００  電池セル
３１０  正極端子
３２０  負極端子
３３０  電池セルケース
４００  保護回路モジュール
４１０  外部入出力端子
５００  電池パック
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【国際調査報告】
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