(57)【要約】      （修正有）【課題】有機電解液の漏れを防止する２次電池を提供する。【解決手段】陽極板、陰極板及びセパレータの積層されている構造よりなり、形成された電流を外部に誘導するための電極タブ23、23'を有する電極組立体20と、上部ケース部30aと下部ケース部30bよりなり、電極タブ23、23'の一部を外部に露出させた状態で上部ケース部30aの縁部と下部ケース部30bの縁部が接合されて電極組立体20を密封するケース30と、電極タブ23、23'の所定領域に所定の幅にコーティングされており、接合部位の上部ケース部30aの縁部と前記下部ケース部30bの縁部との間に介在されて有機電解液の漏れを防止するシーリング材25、25'とを含む。電極タブ23、23'とケース30との間の密封特性が改善されることによって有機電解液の漏れを効率よく防止する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
陽極板、陰極板及びセパレータの積層されている構造よりなり、形成された電流を外部に誘導するための電極タブを有する電極組立体と、
上部ケース部と下部ケース部よりなり、前記電極タブの一部を外部に露出させた状態で前記上部ケース部の縁部と前記下部ケース部の縁部とが接合されて前記電極組立体を密封するケースと、
前記電極タブの所定領域に所定の幅にコーティングされており、前記接合部位の上部ケース部の縁部と前記下部ケース部の縁部との間に介在されて有機電解液の漏れを防止するシーリング材とを含むことを特徴とする２次電池。
【請求項２】
前記シーリング材は前記電極タブの両側に所定の長さだけ延長された翼部を有することを特徴とする請求項１に記載の２次電池。
【請求項３】
前記ケースはその内部表面にコーティングされた熱接着性物質層を有することを特徴とする請求項１に記載の２次電池。
【請求項４】
前記熱接着性物質層はイオノマーよりなることを特徴とする請求項３に記載の２次電池。
【請求項５】
前記シーリング材は前記ケースの内部表面にコーティングされた熱接着性物質層と同じ物質または前記ケースの内部表面にコーティングされた熱接着性物質層と熱と圧力によって接着されうる物質よりなることを特徴とする請求項１に記載の２次電池。
【請求項６】
前記シーリング材はイオノマー、エチレンとアクリル酸の共重合体、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエステル樹脂またはポリウレタン樹脂よりなることを特徴とする請求項１に記載の２次電池。
【請求項７】
前記イオノマーはエチレンとアクリル酸とを共重合したものにナトリウム、カリウム、マグネシウムまたは亜鉛で側鎖のカルボン酸を中和させたことを特徴とする請求項４または６に記載の２次電池。
【請求項８】
前記セパレータは固体型セパレータ、ゲル型セパレータまたはハイブリッド型セパレータであることを特徴とする請求項１に記載の２次電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は２次電池に係り、特に電池の端子の役割をする電極タブとケースの密封構造が改良されて電解液の漏れを防止しうる密封構造を有する２次電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
ビデオカメラ、携帯用電話、ノート型パソコンなどの携帯用無線機器の軽量化及び高機能化に応じて、その駆動用電源として用いられる２次電池に対して多くの研究が行われている。このような２次電池にはニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池、ニッケル亜鉛電池、Li２次電池等がある。この中でLi２次電池は長寿命、大容量という長所を有している。
【０００３】
前記Li２次電池は電解質の種類に応じて液体電解質を使用するLi金属電池とLiイオン電池、そして高分子固体電解質を使用するLiポリマー電池に区分しうる。
前記Liポリマー電池は高分子固体電解質の種類に応じて有機電解液が全然含まれていない完全固体型Liポリマー電池と、有機電解液を含有しているゲル型高分子電解質を使用するLiイオンポリマー電池とに分けられる。
【０００４】
ここで、前記完全固体型Liポリマー電池の場合には有機電解液の漏れの問題がないが、Liイオンポリマー電池のように液体電解質を使用する２次電池においては有機電解液の漏れの問題が深刻に発生することがある。
【０００５】
図６は従来の２次電池の一例を模式的に示す分離斜視図である。
【０００６】
図６を参照すれば、前記２次電池は陽極板、陰極板及びセパレータを具備する電極組立体14と、前記電極組立体14を被覆して密封するケース15を具備してなる。そして、前記電極組立体14と前記電極組立体14で形成された電流を外部に誘導するための電気的通路の役割をする電極タブ17、17'は各々陽極板及び陰極板に備えられた連結タブ16、16'によって連結され、この電極タブ17、17'はケース15の外部に所定長さだけ露出されるように設けられる。
【０００７】
前記ケース15は金属ベース、普通アルミニウム薄膜上に熱接着性物質層が形成されている形態の絶縁性フィルムである。前記ケース15が電池を密封する方式は次の通りである。即ち、前記ケース15の外部に電極タブ17、17'の一部のみを露出させた状態で、電極組立体14を前記ケース15内に入れて半分を折った後、熱と圧力を加えて上部ケース15aの縁部と下部ケース15bの縁部の熱接着性物質同士に接着させて電池を密封している。
【０００８】
図７は図６に示した従来の２次電池におけるケース15及び電極タブ17、17'の密封状態を示す断面図である。
【０００９】
図７を参照すれば、２次電池の密封部分は電極タブ17、17'の上下面を上部ケース15a及び下部ケース15bが被覆する構造からなっている。この際、前記電極タブ17、17'の両側面に有機電解液が漏れ得る空間19が発生するという問題がある。このように電極タブ17、17'の両側面に空間19が発生して密封が不完全になる理由は次の通りである。
【００１０】
即ち、第１、電極タブ17、17'をなす金属と前記ケース15上に形成された熱接着性物質層との間の結合力が劣るからである。第２、電極タブ17、17'は所定の厚さを有しているので密封が完全になるためには前記ケース15の熱接着性物質層が熱と圧力により溶融されて電極タブ17、17'の両側面に流れて空間を充填すべきであるが、前記熱接着性物質層の流れ性が劣って電極タブ17、17'の両側面を良好に充填できないからである。
【００１１】
このように従来の２次電池は電極タブ17、17'の周囲の上下部ケース15a、15bの不完全な接合(密封)によって有機電解液が漏れる(leakage)という問題点がある。これにより、従来の２次電池は充放電特性及び寿命特性が不良である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明の目的は前記問題点を解決するために、電極組立体に連結された電極タブと上下部ケースとの密封状態を改善することによって有機電解液の漏れ問題を根本的に解決した２次電池を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
前記目的を達成するために、本発明は、陽極板、陰極板及びセパレータの積層されている構造よりなり、形成された電流を外部に誘導するための電極タブを有する電極組立体と、上部ケース部と下部ケース部よりなり、前記電極タブの一部を外部に露出させた状態で前記上部ケース部の縁部と前記下部ケース部の縁部が接合されて前記電極組立体を密封するケースと、前記電極タブの所定領域に所定の幅にコーティングされており、前記接合部位の上部ケース部の縁部と前記下部ケース部の縁部との間に介在されて有機電解液の漏れを防止するシーリング材とを含むことを特徴とする。
【００１４】
本発明に係る２次電池において、前記シーリング材は前記電極タブの両側に所定の長さだけ延長された翼部を有することが望ましい。
【００１５】
本発明に係る２次電池において、前記ケースはその内部表面にコーティングされた熱接着性物質層を有することが望ましい。
【００１６】
本発明に係る２次電池において、前記熱接着性物質層はイオノマーよりなることが望ましい。
【００１７】
本発明に係る２次電池において、前記シーリング材は前記ケースの内部表面にコーティングされた熱接着性物質層と同じ物質または前記ケースの内部表面にコーティングされた熱接着性物質層と熱と圧力によって接着されうる物質であることが望ましい。
【００１８】
本発明に係る２次電池において、前記シーリング材はイオノマー、エチレンとアクリル酸の共重合体、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエステル樹脂またはポリウレタン樹脂よりなることが望ましい。
【００１９】
本発明に係る２次電池において、前記イオノマーはエチレンとアクリル酸とを共重合したものにナトリウム、カリウム、マグネシウムまたは亜鉛等で側鎖のカルボン酸を中和させたものが望ましい。
【００２０】
本発明に係る２次電池において、前記セパレータは固体型セパレータ、ゲル型セパレータまたはハイブリッド型セパレータである。
【発明の効果】
【００２１】
前述したように、本発明に係る２次電池は電極タブとケースとの間の密封特性が改善されることによって有機電解液の漏れを効率よく防止しうる。よって、本発明に係る２次電池は充放電特性及び寿命特性が改善される。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明に係る２次電池構造の一例を模式的に示す分離斜視図である。
【図２】図１に示された本発明の一例に係る２次電池における上下部ケースと電極タブとの接合部位をさらに詳しく示す断面図である。
【図３】本発明に係る２次電池構造の他の一例を模式的に示す分離斜視図である。
【図４】図３に示された本発明の他の一例に係る２次電池における上下部ケースと電極タブとの接合部位をさらに詳しく示す断面図である。
【図５】図３に示された本発明の他の一例に係る２次電池において電極タブに翼部を有するシーリング材をコーティングする方法を説明するための概念図である。
【図６】従来の２次電池の一例を模式的に示す分離斜視図である。
【図７】図６に示された従来の２次電池におけるケースと電極タブとの密封状態を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、添付した図面に基づき本発明をさらに具体的に説明する。図１は本発明に係る２次電池構造の一例を模式的に示す分離斜視図である。図１を参照すれば、この２次電池は陽極板(図示せず)、陰極板(図示せず)及びセパレータ(図示せず)を具備する電極組立体20と、この電極組立体20を被覆して密封するケース30を具備してなる。そして前記電極組立体20と前記電極組立体20で形成された電流を外部に誘導するための電気的通路の役割をする電極タブ23、23'は各々陽極板及び陰極板に備えられた連結タブ21、21'によって連結される。前記電極タブ23、23'の所定領域の表面は予めシーリング材25、25'でコーティングされている。
【００２４】
前記ケース30は金属ベース、通常アルミニウム薄膜の内部表面上に熱接着性物質層がコーティングされた形態のフィルムである。前記ケース30の熱接着性物質層としてはエチレンとアクリル酸とを共重合したものにナトリウム、カリウム、マグネシウムまたは亜鉛などを加えて側鎖のカルボン酸を中和させたイオノマー(例えば、デューポン社のSURLYN)が通常多用される。
【００２５】
前記ケース30を使用して２次電池を密封する方式は次の通りである。即ち、前記ケース30の外部に電極タブ23、23'の一部のみを露出させた状態で電極組立体20をケース30の内部に入れてケース30を半分折った後、熱と圧力を加えて上部ケース30aの縁部と下部ケース30bの縁部の熱接着性物質同士に接着させて電池を密封する。
【００２６】
前記電極タブ23、23'の所定領域の表面に予めコーティングされているシーリング材25、25'は上部ケース30aの縁部と前記下部ケース30bの縁部の間に介在され、この部分で上部ケース30aの熱接着性物質層及び下部ケース30bの熱接着性物質層と共に融着されて接着部位を緻密にすることによりケース30内部の電解液が電極タブ23、23'とケース30の接合部位の空間を通して漏れることを防止する役割をする。
【００２７】
前記電極タブ23、23'にコーティングされたシーリング材25、25'は前記ケース30の内部表面に形成されている熱接着性物質層と同じ物質のイオノマーよりなるのが強い接着性を発揮するので望ましい。その外、前記シーリング材25、25'は前記ケース30の内部表面に形成された熱接着性物質層と、熱と圧力によって接着可能な物質、例えばポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ナイロン系樹脂、ポリエステル樹脂またはポリウレタン樹脂としても形成されうる。
【００２８】
前記電極タブ23、23'にシーリング材25、25'をコーティングする方法のうち、１つの方法を説明すれば次の通りである。まず、前記電極タブ23、23'の表面を酸で数秒間蝕刻し、過酸化水素で洗浄して不純物を除去する。次いで、前記不純物の除去された電極タブ23、23'の表面に適当な接着液を塗布する。次いで、前記電極タブ23、23'の上下面に熱接着性物質よりなるフィルムを各々１枚ずつ２枚を覆って熱と圧力を加えた状態でプレスすることにより電極タブ23、23'にシーリング材25、25'をコーティングできる。
【００２９】
一方、このようなプレス方式による形成方法のほかにも射出成形(injection  moulding)による被服方法を使用することも出来る。前記電極タブ23、23'の厚さは通常10〜100μmであり、前記シーリング材25、25'の厚さは5〜50μmであることが望ましい。
【００３０】
図２は図１に示した本発明の一例に係る２次電池における上下部ケース30a、30bと電極タブ23、23'の接合部をさらに詳しく示した断面図である。
【００３１】
図２を参照すれば、前記ケース30の外部に電極タブ23、23'の一部のみが露出された状態で上部ケース30aと下部ケース30bが電極タブ23、23'の上下面を被覆する構造よりなっている。この際、電極タブ23、23'に予めコーティングされているシーリング材25、25'が上部ケース30aの縁部と下部ケース30bの縁部の間に介在されて電極タブ23、23'とケース30との接合を完全にする。これは電極タブ23、23'とケース30を接合時加えられる熱と圧力により、シーリング材25、25'が溶融されて電極タブ23、23'とケース30とを緻密に接合させるからである。
【００３２】
実際に、前記シーリング材25、25'がSURLYNよりなる電極タブ23、23'と熱接着性物質層がSURLYNよりなる前記ケース30との接着力は略98.2gf/mmであって、シーリング材を具備しない電極タブと熱接着性物質層がSURLYNよりなるケースとの間の接着力(略3.4gf/mm)より30倍程度高いことが示された。
【００３３】
また、有機電解液の漏れ防止効果を見ると、有機電解液3gを含む図７の構造のLiイオンポリマー電池を0.2気圧、90℃の条件下に放置した結果、20分が経過した後有機電解液の漏れが発生したが、本発明の一実施の形態による図２の構造のLiイオンポリマー電池は同じ条件で16時間が経過した後に有機電解液の漏れが発生した。
【００３４】
図３は本発明に係る２次電池構造の他の一例を模式的に示す分離斜視図である。
【００３５】
図３を参照すれば、この２次電池は陽極板(図示せず)、陰極板(図示せず)及びセパレータ(図示せず)を具備する電極組立体50と、この電極組立体50を被覆して密封するケース70を具備してなる。そして、前記電極組立体50と前記電極組立体50で形成された電流を外部に誘導するための電気的通路の役割をする電極タブ53、53'は各々陽極板及び陰極板に備えられた連結タブ51、51'によって連結される。前記電極タブ53、53'の所定領域の表面は予め両側に所定の長さだけ延長される翼部を有するシーリング材55、55'を具備している。
【００３６】
前記ケース70を使用して２次電池を密封する方式は図１で説明したようである。即ち、前記ケース70の外部に電極タブ53、53'の一部のみを露出させた状態で電極組立体50をケース70の内部に入れてケース70を半分折った後、熱と圧力を加えて上部ケース70aの縁部と下部ケース70bの縁部の熱接着性物質同士に接着させて電池を密封している。前記電極タブ53、53'の所定領域の表面に予めコーティングされており、両側面に所定の長さだけ延長された翼部を有するシーリング材55、55'は上部ケース70aの縁部と前記下部ケース部70bの縁部との間に介在され、この部分で上部ケース70aの熱接着性物質層及び下部ケース70bの熱接着性物質層と共に融着されて接着部位を緻密にすることによりケース70内部の電解液が電極タブ53、53'とケース70の接合部位を通して漏れることを防止する役割をする。
【００３７】
前記電極タブ53、53'にコーティングされた翼部を有するシーリング材55、55'は前記ケース70の内部表面に形成されている熱接着性物質層と同じ物質のイオノマーよりなるものが強い接着性を有するので望ましい。その外、前記翼部を有するシーリング材55、55'は前記ケース70の内部表面に形成された熱接着性物質層と熱と圧力によって接着しうる物質、例えばポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ナイロン系樹脂、ポリエステル樹脂またはポリウレタン樹脂としても形成しうる。
【００３８】
図４は図３に示された本発明の他の一例に係る２次電池における上下部ケース70a、70bと電極タブ53、53'の接合部位をさらに詳しく示した断面図である。
【００３９】
図４を参照すれば、前記ケース70の外部に電極タブ53、53'の一部のみが露出された状態で上部ケース70aと下部ケース70bが電極タブ53、53'の上下面を被覆する構造からなっている。この際、電極タブ53、53'に予めコーティングされている翼部を有するシーリング材55、55'が上部ケース70aの縁部と下部ケース70bの縁部との間に介在されて電極タブ53、53'とケース70との接合を完全にする。これは電極タブ53、53'とケース70の接合時加えられる熱と圧力により、前記翼部を有するシーリング材55、55'が溶融されて電極タブ53、53'とケース70とを緻密に接合させるからである。
【００４０】
図５は図３に示された本発明の他の一例に係る２次電池における電極タブ53に翼部を有するシーリング材55をコーティングする方法を説明するための概念図である。
【００４１】
即ち、前記シーリング材55の翼部と同一な大きさの溝80を具備した枠81に図５に示されたような方式で電極タブ53を置き、イオノマーをイソプロピルアルコールに溶かした溶液を充填した後、70℃に略６時間エージングさせると電極タブ53、53'に翼部が形成される。
【符号の説明】
【００４２】
20  電極組立体
21、21'  連結タブ
23、23'  電極タブ
25、25'  シーリング材
30  ケース
【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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