特許 6047583 活物質がパターンコーティングされたゼリーロール型電極組立体及びこれを備えた二次電池

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6047583

(24)【登録日】2016年11月25日

(45)【発行日】2016年12月21日

(54)【発明の名称】活物質がパターンコーティングされたゼリーロール型電極組立体及びこれを備えた二次電池

(51)【国際特許分類】

   H01M 10/04 20060101AFI20161212BHJP

   H01M 4/136 20100101ALI20161212BHJP

   H01M 4/58 20100101ALI20161212BHJP

【ＦＩ】

   H01M10/04 W

   H01M4/136

   H01M4/58

【請求項の数】6

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2014-548679(P2014-548679)

(86)(22)【出願日】2012年12月21日

(65)【公表番号】特表2015-505145(P2015-505145A)

(43)【公表日】2015年2月16日

(86)【国際出願番号】KR2012011294

(87)【国際公開番号】WO2013095057

(87)【国際公開日】20130627

【審査請求日】2014年7月11日

(31)【優先権主張番号】10-2011-0141401

(32)【優先日】2011年12月23日

(33)【優先権主張国】KR

(31)【優先権主張番号】10-2012-0150452

(32)【優先日】2012年12月21日

(33)【優先権主張国】KR

(73)【特許権者】

【識別番号】504111015

【氏名又は名称】エルジー ケム． エルティーディ．

(74)【代理人】

【識別番号】100083138

【弁理士】

【氏名又は名称】相田 伸二

(72)【発明者】

【氏名】キム ヒョンテ

(72)【発明者】

【氏名】アン スンホ

(72)【発明者】

【氏名】カン ギョンウォン

(72)【発明者】

【氏名】キム ギウン

【審査官】 赤樫 祐樹

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００７−０２６７８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２００９／０４４７４１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０１０−０８０４２７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｍ １０／０４−１０／０５８７

Ｈ０１Ｍ ４／００− ４／６２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

分離膜と、前記分離膜の両面に配置される負極板と正極板が巻取り及び圧着されて製造されているゼリーロール型電極組立体の製造方法において、
前記負極板は、負極活物質がコーティングされた負極板平坦コーティング部と負極活物質がコーティングされていない負極板曲げ無地部が交互に形成され、
前記正極板は、正極活物質がコーティングされた正極板平坦コーティング部と正極活物質がコーティングされていない正極板曲げ無地部が交互に形成され、
前記正極板及び負極板の曲げ無地部の幅は前記電極組立体の屈曲部の幅より小さく形成され、前記電極組立体の屈曲部の変曲点が前記正極板及び負極板の曲げ無地部に含まれ、
最初の前記負極板曲げ無地部の曲率半径は、最初の前記正極板曲げ無地部の曲率半径よりも小さく形成するため、前記負極板曲げ無地部の内面と外面の幅がそれぞれ下記数式１及び数式２の値を有し、前記正極板曲げ無地部の内面と外面の幅がそれぞれ下記数式３及び数式４の値を有するよう、前記負極板曲げ無地部と正極板曲げ無地部の内面と外面の幅を決定する段階；及び、
最初の前記正極板曲げ無地部の曲率半径は、最初の前記負極板曲げ無地部の曲率半径よりも小さく形成するため、前記正極板曲げ無地部の内面と外面の幅がそれぞれ下記数式５及び数式６の値を有し、前記負極板曲げ無地部の内面と外面の幅がそれぞれ下記数式７及び数式８の値を有するよう、前記正極板曲げ無地部と負極板曲げ無地部の内面と外面の幅を決定する段階、
のいずれかを含むことを特徴とする、活物質がパターンコーティングされたゼリーロール型電極組立体の製造方法。：
[数式１]
Ｗ(Ｉ)ｎ＜π{(Ｔｓ/２)＋(ｎ-１)(Ｔｓ＋Ｔａ／２+Ｔｃ/２)}
前記数式１で、 Ｗ(Ｉ)ｎはｎ番目の負極板曲げ無地部の内面の幅を示し、Ｔｓは分離膜の厚さ、Ｔａは負極板の厚さ、Ｔｃは正極板の厚さを示し、ｎは整数である。
[数式２]
Ｗ(ＩＩ)ｎ＜π{(Ｔｓ/２＋Ｔａ)＋(ｎ-１)(Ｔｓ＋Ｔａ／２＋Ｔｃ/２)}
前記数式２で、Ｗ(ＩＩ)ｎはｎ番目の負極板曲げ無地部の外面の幅を示し、Ｔｓは分離膜の厚さ、Ｔａは負極板の厚さ、Ｔｃは正極板の厚さを示し、ｎは整数である。
[数式３]
Ｗ(ＩＩＩ)ｎ＜π{(３Ｔｓ/２＋Ｔａ)＋(ｎ-１)(Ｔｓ＋Ｔａ／２＋Ｔｃ/２)}
前記数式３で、Ｗ(ＩＩＩ)ｎはｎ番目の正極板曲げ無地部の内面の幅を示し、Ｔｓは分離膜の厚さ、Ｔａは負極板の厚さ、Ｔｃは正極板の厚さを示し、ｎは整数である。
[数式４]
Ｗ(ＩＶ)ｎ＜π{(３Ｔｓ/２＋Ｔａ＋Ｔｃ)+(ｎ-１)(Ｔｓ+Ｔａ/２+Ｔｃ/２)}
前記数式４で、Ｗ(ＩＶ)ｎはｎ番目の正極板曲げ無地部の外面の幅を示し、Ｔｓは分離膜の厚さ、Ｔａは負極板の厚さ、Ｔｃは正極板の厚さを示し、ｎは整数である。
[数式５]
Ｗ(Ｉ)ｎ＜π{(Ｔｓ/２)＋(ｎ-１)(Ｔｓ＋Ｔａ／２+Ｔｃ/２)}
前記数式５で、 Ｗ(Ｉ)ｎはｎ番目の正極板曲げ無地部の内面の幅を示し、Ｔｓは分離膜の厚さ、Ｔａは正極板の厚さ、Ｔｃは負極板の厚さを示し、ｎは整数である。
[数式６]
Ｗ(ＩＩ)ｎ＜π{(Ｔｓ/２＋Ｔａ)＋(ｎ-１)(Ｔｓ＋Ｔａ／２＋Ｔｃ/２)}
前記数式６で、Ｗ(ＩＩ)ｎはｎ番目の正極板曲げ無地部の外面の幅を示し、Ｔｓは分離膜の厚さ、Ｔａは正極板の厚さ、Ｔｃは負極板の厚さを示し、ｎは整数である。
[数式７]
Ｗ(ＩＩＩ)ｎ＜π{(３Ｔｓ/２＋Ｔａ)＋(ｎ-１)(Ｔｓ＋Ｔａ／２＋Ｔｃ/２)}
前記数式７で、Ｗ(ＩＩＩ)ｎはｎ番目の負極板曲げ無地部の内面の幅を示し、Ｔｓは分離膜の厚さ、Ｔａは正極板の厚さ、Ｔｃは負極板の厚さを示し、ｎは整数である。
[数式８]
Ｗ(ＩＶ)ｎ＜π{(３Ｔｓ/２＋Ｔａ＋Ｔｃ)+(ｎ-１)(Ｔｓ+Ｔａ/２+Ｔｃ/２)}
前記数式８で、Ｗ(ＩＶ)ｎはｎ番目の負極板曲げ無地部の外面の幅を示し、Ｔｓは分離膜の厚さ、Ｔａは正極板の厚さ、Ｔｃは負極板の厚さを示し、ｎは整数である。

【請求項2】

前記負極板平坦コーティング部または前記正極板平坦コーティング部は、その幅が全て同一であることを特徴とする請求項１に記載のゼリーロール型電極組立体の製造方法。

【請求項3】

前記負極板曲げ無地部は電極組立体を巻くコアに接する負極板の最初の先端から終端にいくほどその幅が段階的に大きくなることを特徴とする請求項１に記載のゼリーロール型電極組立体の製造方法。

【請求項4】

前記正極板曲げ無地部は電極組立体を巻くコアに接する正極板の最初の先端から終端にいくほど幅が段階的に大きくなることを特徴とする請求項１に記載のゼリーロール型電極組立体の製造方法。

【請求項5】

前記正極活物質は、下記化学式１の組成を有するオリビン結晶構造のリチウム鉄酸化物であることを特徴とする請求項１に記載のゼリーロール型電極組立体の製造方法。
[化学式１]
Ｌｉ１＋ａＦｅ１−ｘＭｘ(ＰＯ４−ｂ)Ｘｂ

ここで、ＭはＡｌ、Ｍｇ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｇａ、Ｃｕ、Ｖ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｃｅ、Ｉｎ、Ｚｎ及びＹから選ばれた１種以上であり、ＸはＦ、Ｓ、Ｎのうち選択された１種以上であり、
−０．５≦ａ≦＋０．５、０≦ｘ≦０．５、０≦ｂ≦０．１である。

【請求項6】

前記リチウム鉄酸化物はＬｉＦｅＰО_４であることを特徴とする請求項５に記載のゼリーロール型電極組立体の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、活物質がパターンコーティングされたゼリーロール型電極組立体及びこれを備えた二次電池に関するものである。

【背景技術】

【0002】

近年、エネルギー貯蔵技術に対する関心がますます高まっている。携帯電話、ビデオカメラ、ノートブックＰＣ、さらには電気自動車のエネルギーまで適用分野が拡大されながら、電気化学素子の研究開発への取り組みがますます具体化されている。電気化学素子は、この点で最も注目されている分野であり、その中でも充放電が可能な二次電池の開発は関心の焦点となっている。近年では、このような電池を開発するにあたり、容量密度及び比エネルギーを向上させるために新しい電極と電池の設計に対する研究開発が進められている。

【0003】

現在適用されている二次電池のうち、１９９０年代初期に開発されたリチウム二次電池は、水溶液電解液を使用するＮｉ−ＭＨ、Ｎｉ−Ｃｄ、硫酸−鉛電池等の従来の電池に比べて動作電圧が高く、エネルギー密度がはるかに大きいとの利点で脚光を浴びている。しかし、このようなリチウム二次電池は、有機電解液を使用することによる発火や爆発等の安全性の問題が存在し、製造し難いという短所がある。

【0004】

このような二次電池は、正極/分離膜/負極構造の充放電が可能な電極組立体を電池ケースに装着した構造からなされており、前記電極組立体の代表的な例としては、ゼリーロール型電極組立体を挙げることができる。
しかし、このようなゼリーロール型電極組立体の場合、巻取り及び圧着される過程において平坦部と屈曲部が存在することにより、屈曲部での折れ又はクラックが発生するようになるとの問題点があった。

【発明の開示】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本発明は、分離膜と、前記分離膜の両面に配置される負極板と正極板が巻取り及び圧着されて製造されているゼリーロール型電極組立体において、前記負極板は、負極活物質がコーティングされた負極板平坦コーティング部と負極活物質がコーティングされていない負極板曲げ無地部が交互に形成され、前記正極板は、正極活物質がコーティングされた正極板平坦コーティング部と正極活物質がコーティングされていない正極板曲げ無地部が交互に形成されたことを特徴とする、活物質がパターンコーティングされたゼリーロール型電極組立体等を提供しようとするものである。

【0006】

しかし、本発明がなそうとする課題は以上で言及した課題に制限されず、言及されていないもう一つの課題は、下記の記載から当業者に明確に理解されるであろう。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明は、分離膜と、前記分離膜の両面に配置される負極板と正極板が巻取り及び圧着され製造されるゼリーロール型電極組立体において、前記負極板は、負極活物質がコーティングされた負極板平坦コーティング部と、負極活物質がコーティングされていない負極板曲げ無地部が交互に形成され、前記正極板は、正極活物質がコーティングされた正極板平坦コーティング部と正極活物質がコーティングされていない正極板曲げ無地部が交互に形成されたことを特徴とする、活物質がパターンコーティングされたゼリーロール型電極組立体を提供する。

【0008】

本発明の一実施例として、前記ゼリーロール型電極組立体を備える二次電池を提供する。

【0009】

本発明の他の実施例として、前記二次電池の多数を電気的に連結して含むことを特徴とする中大型電池モジュールや電池パックを提供する。

【発明の効果】

【0010】

本発明は、活物質がパターンコーティングされたゼリーロール型電極組立体及びこれを備えた二次電池に関するものであって、本発明に係るゼリーロール型電極組立体屈曲部には、活物質をコーティングしないことにより、ゼリーロール型電極組立体が巻取り及び圧着される過程において、電極組立体屈曲部で発生する可能性のある折れやクラックの発生を効果的に防止することで、内部抵抗減少により、二次電池の充放電効率が増加し、急速充電特性の改善がされ、高容量の二次電池を実現しながらも、二次電池の不良率を改善することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】一般的なゼリーロール型電極組立体を示す断面図である。

【図2】本発明の一実施形態に係る活物質のパターンコーティングされたゼリーロール型電極組立体が巻取り及び圧着される前の状態を示す斜視図である。

【図3】本発明の一実施形態に係る活物質のパターンコーティングされたゼリーロール型電極組立体が巻取り及び圧着される前の状態を示す断面図である。

【発明を実施するための最良の形態】

【0012】

本発明者らは、ゼリーロール型電極組立体屈曲部には、活物質をコーティングしないことで、ゼリーロール型電極組立体が巻取り及び圧着される過程で、電極組立体屈曲部で発生する可能性のある折れやクラックの発生を効果的に防止することができることを確認して本発明を完成した。

【0013】

以下、図を参考にして本発明による実施例を詳細に説明する。

【0014】

本発明が幾つかの修正及び変形を許容しながらも、その特定の実施例が図面に例示して表され、以下において詳細に説明されるものである。しかし、本発明を開示された特別な形態で限定しようとの意図はなく、むしろ本発明は、請求項によって定義された本発明の思想と合致する全ての修正、均等及び代用を含む。

【0015】

具体的には、本発明は、分離膜と、前記分離膜の両面に配置される負極板と正極板が巻取り及び圧着されて製造されているゼリーロール型電極組立体において、前記負極板は、負極活物質がコーティングされた負極板平坦コーティング部と、負極活物質がコーティングされていない負極板曲げ無地部が交互に形成され、前記正極板は、正極活物質がコーティングされた正極板平坦コーティング部と正極活物質がコーティングされていない正極板曲げ無地部が交互に形成されたことを特徴とする、活物質がパターンコーティングされたゼリーロール型電極組立体を提供する。

【0016】

一般的なゼリーロール型電極組立体は、分離膜と、前記分離膜の両面に配置される負極板と正極板が巻取り及び圧着されて製造されることから、電極組立体平坦部と電極組立体屈曲部に区分される。

【0017】

このとき、本発明で用いられる用語「電極組立体平坦部」は、ゼリーロール型電極組立体の平坦な部分を意味するものであり、本発明で用いられる用語
「電極組立体屈曲部」は、ゼリーロール型電極組立体の両側面の曲げた部分を意味するものである。

【0018】

前記負極板平坦コーティング部又は前記正極板平坦コーティング部は電極組立体平坦部に対応する部分である。また、前記負極板平坦コーティング部又は前記正極板平坦コーティング部は、負極板又は正極板に活物質がコーティングされているが、負極板又は正極板の両面に全ての活物質がコーティングされることもあり、一面にのみ活物質がコーティングされることもある。しかし、二次電池の容量を考慮すると、両面に全ての活物質がコーティングされることがより好ましい。

【0019】

一方、前記負極板曲げ無地部電極組立体屈曲部に対応する部分のものとして、電極組立体を巻くコアに接する負極板の最初の先端から終端にいくほど幅が段階的に大きくなることを特徴とする。

【0020】

図１ａ及び図１ｂは、本発明の一実施例によるゼリーロール型電極組立体１０の巻取り形態を示すものである。すなわち、負極板１００/分離膜３００/正極２００から構成された電極組立体を巻取る際には、最初の巻取方向が図１ａで示すように負極１００方向であったり、図１ｂで示すように正極２００方向であったりする。

【0021】

より具体的には、本発明の一実施例による電極組立体１０は、図１ａで示されたように、最初の巻取方向が負極方向であり得る。この場合、電極組立体の最初の屈曲部での負極板１００の曲率半径が正極板２００の曲率半径よりも小さくなる。すなわち、最初の前記負極板１００の曲げ無地部の曲率半径は、最初の前記正極板２００曲げ無地部の曲率半径よりも小さくなる。

【0022】

一方、前記ゼリーロール型電極組立体１０は、分離膜３００と、前記分離膜３００の両面に配置される負極板１００と正極板２００が巻取り及び圧着されて製造されるものであって、電極組立体平坦部１１と電極組立体屈曲部１２に区分されて形成される。

【0023】

一方、前記負極板の曲げ無地部の幅は、等差数列をつくることによって、電極組立体を巻くコアに接する負極板の最初の先端から終端にいくほどその幅が段階的に大きくなるが、このとき、連続される負極板曲げ無地部の幅との差(公差)は、分離膜の厚さ、負極板の厚さの１/２、及び正極板の厚さの１/２を全て合計した値で一定であることが好ましい。但し、前記負極板の曲げ無地部の幅を電極組立体屈曲部の幅よりも小さく形成したとしても、電極組立体の屈曲部の変曲点が前記負極板の曲げ無地部に含まれてさえいれば、本発明の目的を達成するのに無理がない。何故なら、負極集電体にコーティングされた負極活物質のクラックは、前記電極組立体の屈曲部の変曲点で最も深刻に発生するため、少なくともこの部分を無地部で形成すれば負極活物質のクラック発生を効果的に防止することができるからである。ここで、電極組立体の屈曲部の変曲点は、電極組立体が巻取られることによって、その方向が反対に折れる頂点をいう。

【0024】

一方、本発明で用いられる用語「内面」は中心部方向に向かう面を意味し、「外面」は、外側の部位の方向に向かう面を意味する。また、本発明で用いられる用語「中心部の方向」は、電極組立体を巻くコアに接する最初の先端部の方向を意味し、「外側の部位の方向」は、電極組立体の巻取が終了した先端部の方向を意味する。

【0025】

具体的には、前記負極板曲げ無地部の内面の幅は、下記数式１であることを特徴とするゼリーロール型電極組立体である場合もある。

【数1】

前記数式１で、 Ｗ(Ｉ)ｎはｎ番目の負極板曲げ無地部の内面の幅を示し、Ｔｓは分離膜の厚さ、Ｔａは負極板の厚さ、Ｔｃは正極板の厚さを示し、ｎは整数である。

【0026】

また、前記負極板曲げ無地部の外面の幅は下記数式２であることを特徴とするゼリーロール型電極組立体であり得る。

【数2】

前記数式２で、Ｗ(ＩＩ)ｎはｎ番目の負極板曲げ無地部の外面の幅を示し、Ｔｓは分離膜の厚さ、Ｔａは負極板の厚さ、Ｔｃは正極板の厚さを示し、ｎは整数である。

【0027】

一方、前記正極板曲げ無地部は電極組立体屈曲部に対応する部分のものであって、電極組立体を巻くコアに接する正極板の最初の先端から終端にいくほど幅が段階的に大きくなることを特徴とする。

【0028】

前記正極板曲げ無地部の幅は、等差数列をつくることによって、電極組立体を巻くコアに接する正極板の最初の先端から終端にいくほど幅が段階的に大きくなるが、このとき、連続される正極板曲げ無地部の幅との差(公差)は、分離膜の厚さ、負極板の厚さの１/２、及び正極板の厚さの１/２を合計した値で一定であることが好ましい。

【0029】

但し、前記負極板と同様に、正極板の曲げ無地部の幅を電極組立体屈曲部の幅よりも小さく形成したとしても、電極組立体の屈曲部の変曲点が前記正極板の曲げ無地部に含まれてさえいれば、本発明の目的を達成することに無理がない。すなわち、正極集電体にコーティングされた正極活物質のクラックは、前記電極組立体の屈曲部の変曲点で最も深刻に発生するため、少なくともこの部分を無地部で形成すれば正極活物質のクラック発生を効果的に防止することができるからである。

【0030】

具体的には、前記正極板曲げ無地部の内面の幅は、下記数式３であることを特徴とするゼリーロール型電極組立体であり得る。

【数3】

前記数式３で、Ｗ(ＩＩＩ)ｎはｎ番目の正極板曲げ無地部の内面の幅を示し、Ｔｓは分離膜の厚さ、Ｔａは負極板の厚さ、Ｔｃは正極板の厚さを示し、ｎは整数である。

【0031】

また、前記正極板曲げ無地部の外面の幅は、下記数式４であることを特徴とするゼリーロール型電極組立体であり得る。

【数4】

前記数式４で、Ｗ(ＩＶ)ｎはｎ番目の正極板曲げ無地部の外面の幅を示し、Ｔｓは分離膜の厚さ、Ｔａは負極板の厚さ、Ｔｃは正極板の厚さを示し、ｎは整数である。

【0032】

また、本発明の一実施例による電極組立体２０は、図１ｂに示すように、最初の巻取方向が正極方向であることができる。この場合、電極組立体の最初の屈曲部での正極板の曲率半径が負極板の曲率半径よりも小さくなる。図１ｂを参照すると、電極組立体２０は、分離膜３００と、前記分離膜３００の両面に配置される負極板１００と正極板２００が巻取り及び圧着されて製造されるものであって、電極組立体平坦部２１と電極組立体屈曲部２２に区分されて形成される。

【0033】

ここで、前記正極板の曲げ無地部の幅と負極板の曲げ無地部の幅は、前述した最初の巻取方向が負極方向である場合と類似に算出することができる。

【0034】

具体的には、前記正極板の曲げ無地部の幅は、等差数列をつくることによって、電極組立体を巻くコアに接する正極板の最初の先端から終端にいくほど幅が段階的に大きくなるが、このとき、連続される正極板曲げ無地部の幅との差(公差)は、分離膜の厚さ、正極板の厚さの１/２、及び負極板の厚さの１/２を合計した値で一定であることが好ましい。但し、前記正極板の曲げ無地部の幅を電極組立体屈曲部の幅よりも小さく形成したとしても、電極組立体の屈曲部の変曲点が前記正極板の曲げ無地部に含まれていてもよい。

【0035】

より具体的には、前記正極板曲げ無地部の内面の幅は下記数式１であることを特徴とするゼリーロール型電極組立体であり得る。

【数1】

前記数式１で、 Ｗ(Ｉ)ｎはｎ番目の正極板曲げ無地部の内面の幅を示し、Ｔｓは分離膜の厚さ、Ｔａは正極板の厚さ、Ｔｃは負極板の厚さを示し、ｎは整数である。

【0036】

また、前記正極板曲げ無地部の外面の幅は下記数式２であることを特徴とするゼリーロール型電極組立体であり得る。

【数2】

前記数式２で、Ｗ(ＩＩ)ｎはｎ番目の正極板曲げ無地部の外面の幅を示し、Ｔｓは分離膜の厚さ、Ｔａは正極板の厚さ、Ｔｃは負極板の厚さを示し、ｎは整数である。

【0037】

一方、前記負極板曲げ無地部は電極組立体屈曲部に対応する部分であるものであって、電極組立体を巻くコアに接する負極板の最初の先端から終端にいくほど幅が段階的に大きくなることを特徴とする。

【0038】

前記負極板曲げ無地部の幅は、等差数列をつくることによって、電極組立体を巻くコアに接する負極板の最初の先端から終端にいくほど幅が段階的に大きくなるが、このとき、連続される負極板曲げ無地部の幅との差(公差)は、分離膜の厚さ、正極板の厚さの１/２、及び負極板の厚さの１/２を全て合計した値で一定であることが好ましい。

【0039】

但し、前記の正極板と同様に、負極板の曲げ無地部の幅を電極組立体屈曲部の幅よりも小さく形成するとともに、電極組立体の屈曲部の変曲点を前記負極板の曲げ無地部に含めることができる。

【0040】

より具体的には、前記正極板曲げ無地部の内面の幅は、下記数式３であることを特徴とするゼリーロール型電極組立体であるといえる。

【数3】

前記数式３で、Ｗ(ＩＩＩ)ｎはｎ番目の負極板曲げ無地部の内面の幅を示し、Ｔｓは分離膜の厚さ、Ｔａは正極板の厚さ、Ｔｃは負極板の厚さを示し、ｎは整数である。

【0041】

また、前記負極板曲げ無地部の外面の幅は、下記数式４であることを特徴とするゼリーロール型電極組立体であり得る。

【数4】

前記数式４で、Ｗ(ＩＶ)ｎはｎ番目の負極板曲げ無地部の外面の幅を示し、Ｔｓは分離膜の厚さ、Ｔａは正極板の厚さ、Ｔｃは負極板の厚さを示し、ｎは整数である。

【0042】

さらに、本発明の一実施例による電極組立体において、正極活物質は、下記化学式１の組成を有するオリビン結晶構造のリチウム鉄酸化物であり得る。
特に、前記のリチウム鉄酸化物はＬｉＦｅＰО_４であり得る。

【化1】

(前記式において、ＭはＡｌ、Ｍｇ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｇａ、Ｃｕ、Ｖ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｃｅ、Ｉｎ、Ｚｎ及びＹから選ばれた１種以上であり、ＸはＦ、Ｓ、Ｎのうち選択された１種以上であり、

である。)

【0043】

前記リチウム鉄酸化物は、高温安定性に優れ、特にＦｅは低コストであるため、経済的にも有利な点がある。しかし、ゼリーロール型電極組立体において、前記リチウム鉄酸化物が集電体に塗布/圧延されコーティングされて巻き取られる場合、前述した電極組立体の屈曲部にクラックが発生しやすい。したがって、電極組立体の屈曲部からのクラックを防止しようとする本発明の電極組立体の構造は、正極活物質が、リチウム鉄酸化物である場合に特に適しているといえる。

【0044】

また、本発明は、前記ゼリーロール型電極組立体を備える二次電池を提供する。
前記ゼリーロール型電極組立体は、円筒形二次電池、角型二次電池、パウチ型二次電池の両方に使用することができる。本発明の一実施例では、ゼリーロール型電極組立体は、巻取り及び圧着されて製造されているところ、角型二次電池に使用されることがより好ましい。

【0045】

具体的には、前記ゼリーロール型電極組立体を備えている角型二次電池は、ゼリーロール型電極組立体が角型の金属製のケースに内蔵されており、ケースの開放上段に突出型電極端子が形成されているトップキャップを結合している構造からなっている。ゼリーロール型電極組立体の負極板は、負極タブを介してトップキャップ上の負極端子の下段に電気的に連結され、このような負極端子は絶縁部材によりトップキャップから絶縁されている。一方、ゼリーロール型電極組立体の正極板は、その正極タブがアルミニウム、ステンレス鋼などの導電性素材でできているトップキャップに電気的に連結され、それ自体として両極端子を形成する。また、電極タブを除いて、ゼリーロール型電極組立体とトップキャップの電気的絶縁状態を保障するために、ケースとゼリーロール型電極組立体の間にシート型絶縁部材を挿入した後、トップキャップを装着して、トップキャップとケースの接触面に沿って溶接でこれらを結合する。そのようにした後、電解液注入口を介して電解液を注入した後、金属ボール溶接して密封し、エポキシなどで溶接部位を塗布することにより、ゼリーロール型電極組立体を備えている角型二次電池が製造される。

【0046】

また、本発明は、前記二次電池の多数を電気的に連結して含んでいることを特徴とする中大型電池モジュールや電池パックを提供する。前記中大型電池モジュール又は電池パックはパワーツール(Ｐｏｗｅｒ Ｔｏｏｌ);電気車(Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ、ＥＶ)、ハイブリッド電気車(Ｈｙｂｒｉｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ、ＨＥＶ)、及びプラグインハイブリッド電気車(Ｐｌｕｇ-ｉｎ Ｈｙｂｒｉｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ、ＰＨＥＶ)を含む電気車、電気トラック、電気商用車、又は電力貯蔵用システムのいずれか一つ以上の中大型デバイスの電源として使用されることを特徴とする。

【0047】

一方、図２は、本発明の一実施形態に係る活物質のパターンコーティングされたゼリーロール型電極組立体が巻取り及び圧着される前の状態を示す斜視図である。

【0048】

図２に示すように、本発明の一実施形態に係る活物質がパターンコーティングされたゼリーロール型電極組立体が巻取り及び圧着される前に、分離膜３００と、前記分離膜３００の両面に負極板１００と正極板２００が配置される。このとき、前記負極板１００は、負極活物質がコーティングされた負極板平坦コーティング部１１０と負極活物質がコーティングされていない負極板曲げ無地部１２０が交互に形成されるが、負極板平坦コーティング部１１０は、その幅が全て同一であるが、負極板曲げ無地部１２０は、電極組立体を巻くコアに接する負極板の最初の先端から終端にいくほどその幅が段階的に大きくなるように形成される。また、前記正極板２００は、正極活物質がコーティングされた正極板平坦コーティング部２１０と正極活物質がコーティングされていない正極板曲げ無地部２２０が交互に形成されるが、正極板平坦コーティング部２１０は、その幅が全て同一であるが、正極板曲げ無地部２２０は、電極組立体を巻くコアに接する正極板の最初の先端から終端にいくほどその幅が段階的に大きくなるように形成される。

【0049】

一方、図３は、本発明の一実施形態に係る活物質がパターンコーティングされたゼリーロール型電極組立体が巻取り及び圧着される前において、正極３１０、分離膜３００及び負極３２０の断面を示す断面図である。

【0050】

図３を参照すると、前記正極３１０は、正極集電体３１７及び前記正極集電体３１７上に正極活物質がコーティングされた正極板平坦コーティング部３１１、３１３、３１４、３１６を含み得る。前記正極板平坦コーティング部３１１、３１３、３１４、３１６から外部に向かう正極板平坦コーティング部３１１、３１３は、内部に向かう正極板平坦コーティング部３１４、３１６に比べて、その幅が小さくなり得る。しかし、巻取した後のコーティングされたゼリーロール型電極組立体においては、前記正極板平坦コーティング部は、その幅が全て同一であり得る。同様に、前記負極は、負極集電体３２７上に負極活物質がコーティングされた負極板平坦コーティング部３２１、３２３、３２４、３２６を含むことができ、巻取した後のゼリーロール型電極組立体での負極板平坦コーティング部の幅が同一であり得る。

【0051】

一方、前記正極板平坦コーティング部のそれぞれの間には、正極活物質がコーティングされていない正極板曲げ無地部３１２、３１５が形成され得る。前記正極板曲げ無地部は正極３１０の最初の先端から終端にいくほどその幅が段階的に大きくなり得る。さらに、電極組立体の巻取りを考慮して、前述したように、内部に形成された正極板曲げ無地部３１５は、その対応される位置の外側に形成された正極板曲げ無地部３１２よりもその幅が大きくなり得る。

【0052】

同様に、前記負極板平坦コーティング部のそれぞれの間には、負極活物質がコーティングされていない負極板曲げ無地部３２２、３２５が形成され得る。前記負極板曲げ無地部は負極３２０の最初の先端から終端にいくほどその幅が段階的に大きくなり得る。さらに、電極組立体の巻取りを考慮して、前述したように、内部に形成された負極板曲げ無地部３２５は、その対応される位置の外側に形成された負極板曲げ無地部３２２よりもその幅が大きくなり得る。

【0053】

前述した本発明の説明は例示のためのものであり、本発明が属する技術分野の通常の知識を有する者は、本発明の技術的思想や必須的特徴を変更せずに他の具体的な形に容易に変形が可能であることを理解することができるであろう。したがって、以上において記述した実施例は、全ての面において例示的なものであり、限定的ではないことを理解しなければならない。

【図1a】

【図1b】

【図2】

【図3】