JP2023536291A - 二次電池および二次電池の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、二次電池および二次電池の製造方法に関する。
ゼリーロール型電極組立体を含む円筒型電池は、ゼリーロールの解けの防止および外部ダメージ(damage)からの保護のために、PET、PP材質の仕上げテープを用いている。
PET、PP材質の仕上げテープにより固定されたゼリーロールは、セルの内部に空いた空間が存在する場合、セルの内部で動くという問題がある。
この際、負極は、電極組立体の最外面に巻き取られ、電極組立体の巻きが解けると、電池ケースの内面と接触し、電池抵抗が顕著に減少することができる。
図1は、本発明の一実施形態に係る二次電池を示した分離斜視図であり、図2は、本発明の一実施形態に係る二次電池における電極組立体の巻きが解ける前の状態を例示的に示した断面図であり、図3は、本発明の一実施形態に係る二次電池における電極組立体の巻きが解けた状態を例示的に示した断面図である。ここで、図2、3においては、キャップは除いて示すことにする。
図1~図3を参照すると、電極組立体110は、充放電が可能な発電素子であり、電極113とセパレータ114、115が結集して交互に積層された構造を形成する。ここで、電極組立体110は、電極113およびセパレータ114、115が交互に結集して巻き取られた形態に形成されることができる。この際、電極組立体110は、中心軸Cを中心に巻き取られた円柱形状に巻き取られることができる。
正極活物質112bは、リチウムマンガン酸化物、リチウムコバルト酸化物、リチウムニッケル酸化物、リチウムリン酸鉄、またはこれらのうち1種以上が含まれた化合物および混合物などからなることができる。
負極活物質111bは、例えば、人造黒鉛、リチウム金属、リチウム合金、カーボン、石油コークス、活性化カーボン、グラファイト、シリコン化合物、スズ化合物、チタン化合物、またはこれらの合金からなることができる。この際、負極活物質111bは、例えば、非黒鉛系のSiO(silica、シリカ)またはSiC(silicon carbide、炭化ケイ素)などをさらに含んでなることができる。
また、セパレータ114、115は、例えば、微多孔性を有するポリエチレン、ポリプロピレン、またはこれらの組み合わせにより製造される多層フィルムや、ポリビニリデンフルオライド、ポリエチレンオキサイド、ポリアクリロニトリル、またはポリビニリデンフルオライドヘキサフルオロプロピレン共重合体のような固体高分子電解質用またはゲル型高分子電解質用の高分子フィルムであってもよい。
そして、電池ケース120は、電極組立体110の負極111と連結されて負極111を形成し、トップキャップ160は、電極組立体110の正極112と連結されて正極112を形成し、電池ケース120とトップキャップ160との間は絶縁されることができる。
電極タブ130は、正極112に付着された正極タブ131と、負極111に付着された負極タブ132と、を含むことができる。
塩(Salt)は、リチウム塩を含むことができる。この際、リチウム塩は、LiCl、LiBr、LiI、LiClO4、LiBF4、LiB10Cl10、LiPF6、LiCF3SO3、LiCF3CO2、LiAsF6、LiSbF6、LiAlCl4、CH3SO3Li、CF3SO3Li、(CF3SO2)2NLi、クロロボランリチウム、低級脂肪族カルボン酸リチウム、四フェニルホウ酸リチウム、イミド、LiTFSI、LiFSI、およびLiBOBのうち少なくともいずれか1つ以上を含むことができる。
固定テープ140は、電解液に含浸時に電極組立体110の巻きの解けを抑制する固定力が弱化し、電極組立体110の巻きが解け、電池ケース120と電極組立体110との間の空間が満たされることができる。この際、固定テープ140は、電解液と反応して溶解される反応物質を含み、電解液の収容時に反応物質が溶解され、巻きの解けを抑制する固定力が解除されることができる。これにより、電極組立体110の巻きが解け、電池ケース120と電極組立体110との間の空間Eが満たされ、電極組立体110の遊動が防止されることができる。この際、電極組立体110の巻き取り中心部Iと巻き取り外郭部Oとの間の間隔は、電極組立体110の巻きが解けるにつれてさらに広くなることができる。
粘着層142は、反応物質を含み、電極組立体110が収容された電池ケースの内部において電解液の収容時に溶解され、粘着力が消滅することができる。これにより、固定テープ140を介した電極組立体110の巻きの解けの抑制が解除されることができる。
以下、他の実施形態に係る二次電池について説明することにする。
図4は、本発明の他の実施形態に係る二次電池における電極組立体の巻きが解ける前の状態を例示的に示した断面図であり、図5は、本発明の他の実施形態に係る二次電池における電極組立体の巻きが解けた状態を例示的に示した断面図である。ここで、図4、5においては、キャップは除いて示すことにする。
負極集電体111aは、例えば、銅(Cu)材質の銅箔(Foil)からなることができる。
セパレータ114、115は、絶縁材質からなり、正極112と負極111との間を絶縁することができる。
電極タブ130は、正極112に付着された正極タブ131と、負極111に付着された負極タブ132と、を含むことができる。
固定テープ240は、電解液に含浸時に電極組立体110の巻きの解けを抑制する固定力が弱化し、電極組立体110の巻きが解け、電池ケース120と電極組立体110との間の空間が満たされることができる。この際、固定テープ240は、電解液と反応して溶解される反応物質を含み、電解液の収容時に反応物質が溶解され、巻きの解けを抑制する固定力が解除されることができる。これにより、電極組立体110の巻きが解け、電池ケース120と電極組立体110との間の空間Eが満たされ、電極組立体110の遊動が防止されることができる。
基材フィルム241は、反応物質を含み、電解液の収容時に溶解されることで、固定テープ240を介した電極組立体110の巻きの解けの抑制が解除されることができる。
一方、固定テープ240は、電極組立体110の外周面において上部および下部に粘着されることができる。
以下、また他の実施形態に係る二次電池について説明することにする。
図6は、本発明のまた他の実施形態に係る二次電池を示した斜視図であり、図7は、本発明のまた他の実施形態に係る二次電池における電極組立体の巻きが解ける前の状態を例示的に示した断面図である。
負極集電体111aは、例えば、銅(Cu)材質の銅箔(Foil)からなることができる。
電極タブ130は、正極112に付着された正極タブ131と、負極111に付着された負極タブ132と、を含むことができる。
固定テープ340は、電解液に含浸時に電極組立体110の巻きの解けを抑制する固定力が弱化し、電極組立体110の巻きが解け、電池ケース120と電極組立体110との間の空間が満たされ、電極組立体110の遊動が防止されることができる。
また、固定テープ340の粘着層342は、低粘着粘着剤を用いて粘着力を低くすることができる。これにより、電解液に含浸時に粘着力がさらによく減少し、電極組立体110の巻きの解けを抑制する固定力の解除がさらに容易である。
以下、本発明の一実施形態に係る二次電池の製造方法について説明することにする。
したがって、本発明の一実施形態に係る二次電池の製造方法に対する実施形態は、前述した本発明の一実施形態に係る二次電池と重複する内容は省略するかまたは簡略に記述し、相違点を中心に記述することにする。
ここで、電極113は、正極112および負極111を含む。この際、負極111は、負極集電体111aと、負極集電体111aの一面に備えられた負極活物質111bと、を含むことができる。
テープ粘着過程において、電解液に含浸時に電極組立体110の巻きの解けを抑制する固定力が弱化する固定テープ140を用いることができる。この際、テープ粘着過程において、電解液と反応して溶解される反応物質を含む固定テープ140を用いることができる。
テープ粘着過程は、固定テープ140を電極組立体110の外周面において上部および下部に粘着させることができる。
収容過程で電解液の収容時に反応物質が溶解され、巻きの解けを抑制する固定テープ140の固定力が解除されることで、電極組立体110の巻きが解け、電池ケース120と電極組立体110との間の空間が満たされることができる。
以下、本発明の他の実施形態に係る二次電池の製造方法について説明することにする。
ここで、電極113は、正極112および負極111を含む。この際、負極111は、負極集電体111aと、負極集電体111aの一面に備えられた負極活物質111bと、を含むことができる。
テープ粘着過程において、電解液に含浸時に電極組立体110の巻きの解けを抑制する固定力が弱化する固定テープ240を用いることができる。
テープ粘着過程は、固定テープ240を電極組立体110の外周面において上部および下部に粘着させることができる。
収容過程で電解液の収容時に反応物質が溶解され、巻きの解けを抑制する固定テープ240の固定力が解除されることで、電極組立体110の巻きが解け、電池ケース120と電極組立体110との間の空間が満たされることができる。
以下、本発明のまた他の実施形態に係る二次電池の製造方法について説明することにする。
ここで、電極113は、正極112および負極111を含む。この際、負極111は、負極集電体111aと、負極集電体111aの一面に備えられた負極活物質111bと、を含むことができる。
テープ粘着過程において、電解液に含浸時に電極組立体110の巻きの解けを抑制する固定力が弱化する固定テープ340を用いることができる。
テープ粘着過程は、固定テープ340を電極組立体110の外周面において上部および下部に粘着させることができる。
収容過程で電解液の収容時に巻きの解けを抑制する固定テープ340の固定力が弱化することで、電極組立体110の巻きが解け、電池ケース120と電極組立体110との間の空間が満たされることができる。
図8は、本発明の二次電池における固定テープが電解液と反応する前の状態を示した写真であり、図9は、本発明の二次電池における固定テープが電解液と反応して溶解された状態を示した写真である。ここで、図8は、電解液に固定テープを含浸させた直後を示した写真であり、図9は、電解液に固定テープの含浸後1時間経過したときを示した写真である。
ここで、電解液の溶媒としては、DMC(ジメチルカーボネート)、EMC(エチルメチルカーボネート)、およびEC(エチレンカーボネート)を用いた。
そして、固定テープTとしては、TPU(Thermo Plastic Polyurethane、熱可塑性ポリウレタン)テープを用いた。
また、発明の具体的な保護範囲は、添付された特許請求の範囲により明らかになるであろう。
110:電極組立体
111:負極
111a:負極集電体
111b:負極活物質
112:正極
112a:正極集電体
112b:正極活物質
113:電極
114、115:セパレータ
120:電池ケース
121a:収容部
130:電極タブ
131:正極タブ
132:負極タブ
140、240、340:固定テープ
141、241、341:基材フィルム
142、242、342:粘着層
160:トップキャップ
C:中心軸
I:巻き取り中心部
O:巻き取り外郭部
E:空間
Claims (20)
- 電極およびセパレータが交互に積層されて巻き取られる電極組立体と、
前記電極組立体および電解液が収容される電池ケースと、
前記電極組立体の外面に粘着されて巻きの解けを防止する固定テープと、
を含み、
前記固定テープが前記電解液に含浸される時に、前記固定テープの前記巻きの解けを抑制する固定力が弱化することで、前記電極組立体の巻きが解け、前記電池ケースと前記電極組立体との間の空間が満たされる、二次電池。 - 前記固定テープは、
基材フィルムと、
前記基材フィルムの一面に備えられた粘着層と、を含む、請求項1に記載の二次電池。 - 前記粘着層は、前記電解液と反応して溶解される反応物質を含み、前記電解液の収容時に溶解されて粘着力が消滅する、請求項2に記載の二次電池。
- 前記基材フィルムは、前記電解液と反応して溶解される反応物質を含み、前記電解液の収容時に溶解されることで、前記固定テープを介した前記電極組立体の巻きの解けの抑制が解除される、請求項2に記載の二次電池。
- 前記反応物質は、前記電解液と反応して溶解されるOPS(oriented polystyrene、延伸ポリスチレン)、TPU(Thermo Plastic Polyurethane、熱可塑性ポリウレタン)、またはGPPS(General Purpose Polystyrene、汎用ポリスチレン)のうち少なくともいずれか1つからなる、請求項3または4に記載の二次電池。
- 前記粘着層は、低粘着粘着剤であるアクリル系粘着剤を含み、
前記電解液に含浸時に粘着力が減少し、前記電極組立体の巻きが解ける、請求項2に記載の二次電池。 - 前記粘着層は、粘着力が低くなるように硬化剤をさらに含む、請求項2または6に記載の二次電池。
- 前記固定テープは、
前記電極組立体の外周面において上部および下部に粘着される、請求項1から7のいずれか一項に記載の二次電池。 - 前記固定テープは、
前記電極組立体の外周面において上部および下部にわたって粘着され、前記電極組立体の巻き取り端部および前記巻き取り端部の周辺部にわたって粘着される、請求項1から7のいずれか一項に記載の二次電池。 - 前記電極は、正極および負極を含み、
前記負極は、前記電極組立体の最外面に巻き取られ、
前記電極組立体の巻きが解けると、前記電池ケースの内面と接触する、請求項1から9のいずれか一項に記載の二次電池。 - 前記負極は、負極集電体と、前記負極集電体の一面に備えられた活物質と、を含み、
前記負極集電体は、前記電極組立体の巻き取り時に最外面に位置し、巻きが解ける際に前記電池ケースの内面と接触し、
前記電池ケースの内面は、金属材質を含む、請求項10に記載の二次電池。 - 電極およびセパレータを交互に積層させて巻き取って電極組立体を形成させる巻き取り過程と、
前記電極組立体の外面に巻きの解けが防止されるように固定テープを粘着するテープ粘着過程と、
前記電極組立体および電解液を電池ケースの内部に収容する収容過程と、
を含み、
前記テープ粘着過程で、前記電解液に含浸時に巻きの解けを抑制する固定力が弱化する前記固定テープを用いて、
前記収容過程で前記電解液の収容時に前記固定テープの固定力が弱化することで、前記電極組立体の巻きが解け、前記電池ケースと前記電極組立体との間の空間が満たされる、二次電池の製造方法。 - 前記テープ粘着過程は、
前記固定テープを前記電極組立体の外周面において上部および下部に粘着させる、請求項12に記載の二次電池の製造方法。 - 前記テープ粘着過程は、
前記固定テープを前記電極組立体の外周面において上部および下部にわたって粘着させ、前記電極組立体の巻き取り端部および前記巻き取り端部の周辺部にわたって粘着させる、請求項12に記載の二次電池の製造方法。 - 前記電極は、正極および負極を含み、
前記巻き取り過程は、前記負極が前記電極組立体の最外面に位置するように巻き取り、
前記収容過程で前記電極組立体の巻きが解けると、前記電池ケースの内面と前記負極が接触する、請求項12から14のいずれか一項に記載の二次電池の製造方法。 - 前記負極は、負極集電体と、前記負極集電体の一面に備えられた活物質と、を含み、
前記巻き取り過程は、前記負極集電体が前記電極組立体の最外面に位置するように巻き取り、
前記収容過程で前記電極組立体の巻きが解けると、金属材質を含む前記電池ケースの内面と前記負極集電体が接触する、請求項15に記載の二次電池の製造方法。 - 前記テープ粘着過程は、基材フィルムと、前記電解液と反応して溶解される反応物質を含んで前記基材フィルムの一面に備えられた粘着層と、を含む前記固定テープを用いて、前記電極組立体に粘着し、
前記収容過程で前記電解液の収容時に前記粘着層が溶解されることで粘着力が消滅し、前記電極組立体の巻きが解ける、請求項12から16のいずれか一項に記載の二次電池の製造方法。 - 前記テープ粘着過程は、前記電解液と反応して溶解される反応物質が含まれた基材フィルムと、前記基材フィルムの一面に備えられた粘着層と、を含む前記固定テープを用いて、前記電極組立体に粘着し、
前記収容過程で前記電解液の収容時に前記基材フィルムが溶解されることで、前記電極組立体の巻きが解ける、請求項12から16のいずれか一項に記載の二次電池の製造方法。 - 前記テープ粘着過程は、基材フィルムと、低粘着粘着剤であるアクリル系粘着剤を含んで前記基材フィルムの一面に備えられる粘着層と、を含む前記固定テープを用いて、前記電極組立体に粘着し、
前記収容過程で前記電解液に含浸時に前記粘着層の粘着力が減少することで、前記電極組立体の巻きが解ける、請求項12から16のいずれか一項に記載の二次電池の製造方法。 - 前記テープ粘着過程は、基材フィルムと、粘着力が低くなるように硬化剤を含んで前記基材フィルムの一面に備えられる粘着層と、を含む前記固定テープを用いて、前記電極組立体に粘着し、
前記収容過程で前記電解液に含浸時に前記粘着層の粘着力が減少することで、前記電極組立体の巻きが解ける、請求項12から16のいずれか一項に記載の二次電池の製造方法。
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