特表 2024-534033 ゼリーロール型電極組立体、およびこれを含む二次電池

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-09-18

(54)【発明の名称】ゼリーロール型電極組立体、およびこれを含む二次電池

(51)【国際特許分類】

   H01M 10/0587 20100101AFI20240910BHJP

   H01M 50/463 20210101ALI20240910BHJP

   H01M 10/052 20100101ALI20240910BHJP

   H01M 50/107 20210101ALI20240910BHJP

【ＦＩ】

H01M10/0587

H01M50/463 B

H01M10/052

H01M50/107

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2024508956

(86)(22)【出願日】2023-07-21

(85)【翻訳文提出日】2024-02-16

(86)【国際出願番号】 KR2023010624

(87)【国際公開番号】W WO2024019598

(87)【国際公開日】2024-01-25

(31)【優先権主張番号】10-2022-0090108

(32)【優先日】2022-07-21

(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】521065355

【氏名又は名称】エルジー エナジー ソリューション リミテッド

(74)【代理人】

【識別番号】110000877

【氏名又は名称】弁理士法人ＲＹＵＫＡ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】ジェオン、セヨウン

(72)【発明者】

【氏名】ジュ、ジェオンフン

【テーマコード（参考）】

5H011

5H021

5H029

【Ｆターム（参考）】

5H011AA01

5H011KK01

5H021CC17

5H021CC19

5H021HH03

5H021HH04

5H029AJ11

5H029AK03

5H029AL06

5H029AL11

5H029AM02

5H029AM03

5H029AM04

5H029AM07

5H029BJ02

5H029BJ14

5H029DJ04

5H029HJ04

5H029HJ07

(57)【要約】

本発明は、ゼリーロール型電極組立体、およびこれを含む二次電池に関する。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１電極、第１セパレータ、第２電極、および第２セパレータが順次積層されて巻取されたゼリーロール型電極組立体であって、
第１電極、第１セパレータ、第２電極、および第２セパレータは、それぞれ長さ方向に沿って巻取りが始まる第１端部、および巻取りが終わる第２端部を含み、
前記第１セパレータまたは第２セパレータの第２端部は、前記第２電極の第２端部よりも長く延伸し、前記第２電極の第２端部側に折曲またはローリングされた段差緩和部を含む、ゼリーロール型電極組立体。

【請求項2】

前記段差緩和部は、前記第１セパレータまたは第２セパレータの第２端部が、前記第２電極の第２端部側に３回以上１６回以下に折曲またはローリングされた、請求項１に記載のゼリーロール型電極組立体。

【請求項3】

前記ゼリーロール型電極組立体は、前記第１電極が前記第２電極の第２端部を覆っている領域に形成される空の空間である段差部を含み、
前記段差緩和部は、前記段差部内に備えられる、請求項１に記載のゼリーロール型電極組立体。

【請求項4】

前記段差部は、前記段差緩和部の厚さによって形成された第１段差；および
前記第２電極の厚さと前記段差緩和部の厚さとの差によって形成される第２段差；
を含む、請求項３に記載のゼリーロール型電極組立体。

【請求項5】

前記第１段差は、前記第２電極の第２端部厚さの２０％以上９５％以下である、請求項４に記載のゼリーロール型電極組立体。

【請求項6】

前記段差緩和部の体積は、前記段差部の体積の５％以上９５％以下である、請求項３に記載のゼリーロール型電極組立体。

【請求項7】

前記段差緩和部の厚さは、２０μｍ以上１５０μｍ以下である、請求項１に記載のゼリーロール型電極組立体。

【請求項8】

前記段差緩和部の長さ方向長さは、８ｍｍ以上３０ｍｍ以下である、請求項１に記載のゼリーロール型電極組立体。

【請求項9】

前記第１電極の第２端部は、前記第２電極の第２端部よりも長く延伸されて、前記ゼリーロール型電極組立体の外郭にさらに巻き取られる、請求項１に記載のゼリーロール型電極組立体。

【請求項10】

前記第１電極は負極であり、前記第２電極は正極である、請求項１に記載のゼリーロール型電極組立体。

【請求項11】

請求項１～１０のいずれか一項に記載のゼリーロール型電極組立体；および
前記ゼリーロール型電極組立体を収容するための電池ケース；
を含む、二次電池。

【請求項12】

前記電池ケースは、円筒状である、請求項１１に記載の二次電池。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ゼリーロール型電極組立体、およびこれを含む二次電池に関し、より具体的には、外周タブ構造のゼリーロール型電極組立体、およびこれを含む円筒状二次電池に関する。本出願は、２０２２年７月２１日付にて韓国特許庁に提出された韓国特許出願第１０－２０２２－００９０１０８号の出願日の利益を主張し、その内容のすべては本明細書に含まれる。

【背景技術】

【0002】

円筒状電池の場合、幅が決まっている長い電極をロール状に巻いてゼリーロール（Ｊｅｌｌｙ Ｒｏｌｌ）型の電極組立体を製造する。このようなゼリーロール型電極組立体を電池ケースに挿入して製造される円筒状電池は、充放電の時、電極の収縮／膨脹を繰り返すようになり、ゼリーロールの構造によって段差による応力が形成される。

【0003】

特に、負極最外郭構造のゼリーロール型電極組立体の場合、最外郭の負極が正極の末端を覆っており、正極フリーエッジ（ｆｒｅｅ ｅｄｇｅ）の隣の空間が正極の厚さにより空いている。このとき、正極厚さによる段差は負極に応力を形成するようになり、このような応力は、充放電時に正極と対向する面の反対面に集中されて負極外郭クラックを誘発する。

【0004】

このような負極外郭クラックの発生を防止するために、当該領域において負極応力の集中を改善することができる技術の開発が必要な実状である。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本発明は、ゼリーロール型電極組立体の設計を変更したゼリーロール型電極組立体、およびこれを含む二次電池を提供することを目的とする。

【0006】

ただ、本発明が解決しようとする課題は、前記言及した課題に制限されず、言及されなかったまた他の課題は、下記の記載から当業者に明確に理解され得るはずである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の一実施態様は、第１電極、第１セパレータ、第２電極、および第２セパレータが順次積層されて巻取されたゼリーロール型電極組立体であって、第１電極、第１セパレータ、第２電極、および第２セパレータは、それぞれ長さ方向に沿って巻取りが始まる第１端部、および巻取りが終わる第２端部を含み、前記第１セパレータまたは第２セパレータの第２端部は、前記第２電極の第２端部よりも長く延伸され、前記第２電極の第２端部側に折曲またはローリングされた段差緩和部を含む、ゼリーロール型電極組立体を提供する。

【0008】

本発明の他の実施態様は、前記ゼリーロール型電極組立体；および前記電極組立体を収容するための電池ケース；を含む、二次電池を提供する。

【発明の効果】

【0009】

本発明の一実施態様によるゼリーロール型電極組立体、およびこれを含む二次電池は、正極厚さによる段差を緩和することにより、最外郭負極に集中される応力の集中を改善して、電極組立体のクラックおよび変形を防止することができる。

【0010】

また、本発明の一実施態様によるゼリーロール型電極組立体、およびこれを含む二次電池は、ゼリーロール型電極組立体の設計を変更した段差緩和部を利用するので、経済的でありながらも、当該領域においてリチウム析出のような局所的な問題発生を防止することができる。

【0011】

本発明の効果は、前述した効果に限定されず、言及されなかった効果は、本願明細書および添付された図面から当業者に明確に理解され得るはずである。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明の一実施態様による第１セパレータがローリングされた段差緩和部を含むゼリーロール型電極組立体を示した図である。

【図2】本発明の一実施態様による第２セパレータがローリングされた段差緩和部を含むゼリーロール型電極組立体を示した図である。

【図3】本発明の一実施態様によるゼリーロール型電極組立体を具現したイメージである。

【図4】本発明の一実施態様によるゼリーロール型電極組立体の段差部を模式的に示した図である。

【図5】本発明の一実施態様によるゼリーロール型電極組立体の積層構造を模式的に示した図である。

【図6】実施例１による二次電池のクラック改善評価結果を示したＳＥＭイメージである。

【図7】実施例２による二次電池のクラック改善評価結果を示したＳＥＭイメージである。

【図8】比較例１による二次電池のクラック改善評価結果を示したＳＥＭイメージである。

【図9】実施例１による二次電池のクラック改善評価結果を示したシミュレーションイメージである。

【図10】実施例２による二次電池のクラック改善評価結果を示したシミュレーションイメージである。

【図11】比較例１による二次電池のクラック改善評価結果を示したシミュレーションイメージである。

【符号の説明】

【0013】

１０００ ・・・ゼリーロール型電極組立体
１００、１００' ・・・第１電極
１０１ ・・・第１電極集電体
１０２、１０３ ・・・第１電極活物質層
１１０ ・・・第１電極の第１端部
１２０ ・・・第１電極の第２端部
２０ ・・・第１セパレータ
２１ ・・・第１セパレータの第１端部
２２ ・・・第１セパレータの第２端部
３００ ・・・第２電極
３０１ ・・・第２電極集電体
３０２、３０３ ・・・第２電極活物質層
３１０ ・・・第２電極の第１端部
３２０ ・・・第２電極の第２端部
４０ ・・・第２セパレータ
４１ ・・・第２セパレータの第１端部
４２ ・・・第２セパレータの第２端部
５０ ・・・段差緩和部
６０ ・・・段差部
７０ ・・・断線防止テープ
Ｈ１ ・・・第１段差
Ｈ２ ・・・第２段差
Ｔ１、Ｔ１' ・・・段差緩和部の厚さ
Ｔ２ ・・・第２電極の第２端部厚さ
Ｌ１ ・・・段差緩和部の巻取軸方向長さ
Ｌ２ ・・・段差緩和部の長さ方向長さ

【発明を実施するための形態】

【0014】

本願明細書の全体において、ある部分がある構成要素を「含む」という場合、これは、特に反対される記載がない限り、他の構成要素を除くのではなく、他の構成要素をさらに含むことができることを意味する。

【0015】

本願明細書全体において、ある部材が他の部材「上に」位置しているという場合、これはある部材が他の部材に接している場合だけでなく、２つの部材の間にまた他の部材が存在する場合も含む。

【0016】

以下、図面を参照して本発明について詳しく説明する。しかしながら、図面は本発明を例示するためのものであり、本発明の範囲が図面によって限定されるものではない。

【0017】

本発明の一実施態様は、第１電極、第１セパレータ、第２電極、および第２セパレータが順次積層されて巻取されたゼリーロール型電極組立体であって、第１電極、第１セパレータ、第２電極、および第２セパレータは、それぞれ長さ方向に沿って巻取りが始まる第１端部、および巻取りが終わる第２端部を含み、前記第１セパレータまたは第２セパレータの第２端部は、前記第２電極の第２端部よりも長く延伸され、前記第２電極の第２端部側に折曲またはローリングされた段差緩和部を含む、ゼリーロール型電極組立体を提供する。本発明に係るゼリーロール型電極組立体は、前記段差緩和部の厚さによって所定段差を形成して、前記第２電極の第２端部厚さによって形成される段差を緩和することができ、第１電極の第２端部に対向する面の反対面に集中される応力集中を改善して、電極組立体の外郭に発生するクラックおよび変形を防止することができる。

【0018】

図１は、本発明の一実施態様による第１セパレータがローリングされた段差緩和部を含むゼリーロール型電極組立体を示し、図２は、本発明の一実施態様による第２セパレータがローリングされた段差緩和部を含むゼリーロール型電極組立体を示す。

【0019】

図１を参照すると、本発明の一実施態様によるゼリーロール型電極組立体は、第１電極１００、第１セパレータ２０、第２電極３００、および第２セパレータ４０は、それぞれ長さ方向に沿って巻取りが始まる第１端部、および巻取りが終わる第２端部を含み、前記第１セパレータ２０の第２端部２２は、前記第２電極３００の第２端部よりも長く延伸され、前記第２電極３００の第２端部３２０側に折曲またはローリングされた段差緩和部５０を含んでもよい。

【0020】

図２を参照すると、本発明の一実施態様によるゼリーロール型電極組立体は、第１電極１００、第１セパレータ２０、第２電極３００、および第２セパレータ４０は、それぞれ長さ方向に沿って巻取りが始まる第１端部、および巻取りが終わる第２端部を含み、前記第２セパレータ４０の第２端部４２は、前記第２電極３００の第２端部３２０よりも長く延伸され、前記第２電極３００の第２端部３２０側に折曲またはローリングされた段差緩和部５０を含んでもよい。

【0021】

ここで、前記折曲は、前記第１セパレータまたは第２セパレータの第２端部が段差緩和部の中心部に位置するように、第１セパレータまたは第２セパレータを所定間隔で２回以上折曲して、複数重のシート形態を形成することであってもよく、前記ローリングは、第２端部が段差緩和部の中心部に位置するように、第１セパレータまたは第２セパレータを所定間隔で２回以上巻き取って卵円形の断面を有するロール形態に形成することであってもよく、前記折曲またはローリング形態は、前記第１セパレータまたは第２セパレータの材料の柔軟性によって異なり得る。

【0022】

図３は、本発明の一実施態様によるゼリーロール型電極組立体を具現したイメージである。

【0023】

図３を参照すると、本発明の一具現例によるゼリーロール型電極組立体１０００において、前記第１セパレータ２０の第２端部は、前記第２電極３００の第２端部よりも長く延伸され、前記第２電極の第２端部側にローリングされて段差緩和部５０を形成するものであってもよく、所定厚さを有し、かつ卵円形の断面を有するロール形態を形成するものであってもよい。

【0024】

本発明の一実施態様によれば、前記段差緩和部の巻取軸方向長さＬ１は、前記第１電極の巻取軸方向長さ１００％を基準として、５０％以上１００％以下であってもよい。具体的には、前記段差緩和部の巻取軸方向長さは、前記第１電極の巻取軸方向長さ１００％を基準として、５５％以上、６０％以上または６５％以上であってもよく、前記段差緩和部の巻取軸方向長さは、前記第１電極の巻取軸方向長さ１００％を基準として、９５％以下、９０％以下または８５％以下であってもよい。前記範囲の段差緩和部の巻取軸方向長さ範囲を満たす場合、前記第２電極の第２端部によって形成される段差によって第１電極の前記第２段差に対向する面の反対面に集中される応力が効果的に分散されることができ、これによるクラック発生などの問題点を効果的に低減して、電池の安定性を確保することができる。

【0025】

本発明の一実施態様によれば、前記段差緩和部は、前記第１セパレータまたは第２セパレータの第２端部が前記第２電極の第２端部側に３回以上１６回以下に折曲またはローリングされたものであってもよい。具体的には、前記段差緩和部は、前記第１セパレータまたは第２セパレータの第２端部が前記第２電極の第２端部側に４回以上、６回以上または８回以上に折曲またはローリングされたものであってもよく、前記段差緩和部は、前記第１セパレータまたは第２セパレータの第２端部が前記第２電極の第２端部側に１４回以下、１２回以下または１０回以下に折曲またはローリングされたものであってもよい。例えば、前記第２電極の厚さによる段差が１７０μｍである場合、１３μｍの厚さを有する第１セパレータまたは第２セパレータを４回以上１０回以下に折曲またはローリングして、５５μｍ以上１３０μｍ以下の厚さ範囲の段差緩和部を形成してもよく、前記第２電極の厚さによる段差が１３０μｍである場合、１２．５μｍの厚さを有する第１セパレータまたは第２セパレータを４回以上１０回以下に折曲またはローリングして、５０μｍ以上１００μｍ以下の厚さ範囲の段差緩和部を形成することにより、所定比率に厚さ範囲を調節してもよい。前記範囲の折曲またはローリング回数を満たす場合、前記段差緩和部の厚さが前記第２電極の第２端部厚さに対して所定比率を満たすことによって、段差緩和効果が優れるようになり、過度な折曲またはローリングによって発生し得る追加段差形成問題および工程上非経済性問題を防止することができる。

【0026】

図４は、本発明の一実施態様によるゼリーロール型電極組立体の段差部を模式的に示した図である。

【0027】

図４を参照すると、本発明の一実施態様によるゼリーロール型電極組立体は、前記第１電極１００が前記第２電極３００の第２端部３２０を覆っている領域に形成される空の空間である段差部６０を含み、前記段差緩和部５０は、前記段差部６０内に備えられたものであってもよい。具体的には、本発明の一実施態様による電極組立体は、最外郭に位置した第１電極１００が前記第２電極３００の第２端部３２０よりも長く延伸されて、前記電極組立体の外郭に追加巻取されるものであってもよく、前記第２電極３００の第２端部３２０の隣には、第２電極の厚さによる段差が形成されてもよい。すなわち、本発明の一実施態様によるゼリーロール型電極組立体は、巻取された状態で第１電極／第１セパレータ／第２電極／第２セパレータ／第１電極の積層構造を形成してもよいが、第２電極の長さが残り層より短くてもよく、最外郭で第１電極／第１セパレータ／空いた空間／第２セパレータ／第１電極の積層構造を形成する領域が存在してもよい。言い換えれば、前記第１電極１００または第１電極の内周面に接する第１セパレータ（図示せず）／第２電極３００の第２端部３２０／第１電極１００'または第２セパレータ（図示せず）で囲まれた空の空間である段差部６０が形成されてもよい。具体的には、前記段差緩和部５０は、前記段差部６０内に備えられてもよく、電極組立体の内側に位置した第１電極１００'の巻取軸に対向する面の反対面上に備えられてもよい。また、前記段差緩和部は、最外郭に位置した第１電極１００の内周面と追加的に接する領域を形成することにより、前記第２電極３００の第２端部３２０が第１電極１００の内周面に接する領域に集中される応力を分散させることができる。

【0028】

本発明の一実施態様によれば、前記段差緩和部は、前記第２電極の第２端部と直接接触または離隔して備えられてもよい。具体的には、前記段差緩和部が第２電極の第２端部と離隔して備えられる場合、前記段差緩和部と第２電極の第２端部との離隔距離は、１ｍｍ以上２ｍｍ以下であってもよい。より具体的には、前記段差緩和部と第２電極の第２端部との離隔距離は、１ｍｍ以上１．５ｍｍ以下または１．５ｍｍ以上２ｍｍ以下であってもよく、前記範囲の離隔距離を満たす場合、前記第１電極と第２電極の第２端部が接する領域に集中される応力を効果的に分散させるために、第１セパレータまたは第２セパレータを折曲またはローリングして、適正厚さの段差緩和部を形成する工程が容易になり、不必要な材料の損失を防止して、経済性を確保することができる。

【0029】

本発明の一実施態様によれば、前記段差部は、前記段差緩和部の厚さによって形成される第１段差；および前記第２電極の厚さおよび前記段差緩和部の厚さの差によって形成される第２段差；を含んでもよい。

【0030】

図４を参照すると、前記第１段差Ｈ１は、段差緩和部の厚さＴ１と同じであってもよく、前記第２段差Ｈ２は、第２電極の厚さＴ２と段差緩和部の厚さＴ１との差と同じであってもよい。具体的には、第１段差Ｈ１は、段差緩和部と第１電極の内周面が接する位置で測定される段差緩和部の厚さＴ１と同じであってもよく、第２段差Ｈ２は、第２電極の第２端部と第１電極の内周面が接する位置で測定される第２電極の厚さＴ２と段差緩和部と第１電極の内周面が接する位置で測定される段差緩和部の厚さＴ１との差と同じであってもよい。

【0031】

より具体的には、図１を参照すると、前記段差緩和部は、第１セパレータ２０が折曲またはローリングされて形成されてもよく、前記第１段差Ｈ１は、段差緩和部５０と第１電極１００の内周面が接する位置で巻取軸に向かって垂直な方向で測定した第１電極１００と第２セパレータ４０との間の直線距離である段差緩和部の厚さＴ１を意味してもよい。一方、図２を参照すると、前記段差緩和部５０は、第２セパレータ４０が折曲またはローリングされて形成されてもよく、前記第１段差Ｈ１は、段差緩和部と第１電極の内周面に接する第１セパレータが接する位置で巻取軸に向かって垂直な方向で測定した第１セパレータと第１電極との間の直線距離である段差緩和部の厚さＴ１'を意味してもよい。ただ、段差緩和部および第１電極を形成する材料の柔軟性、折曲またはローリング形態差によって前記第１電極の内周面に接する位置が異なることがあり、前記段差緩和部の厚さＴ１、Ｔ１'は、段差緩和部の中心部の厚さから第１セパレータまたは第２セパレータの一層の厚さを引いた値に近似されることができる。

【0032】

本発明の一実施態様によれば、前記第１段差は、前記第２電極の第２端部厚さの２０％以上９５％以下であってもよい。具体的には、図４を参照すると、前記第１段差Ｈ１は、前記第２電極の第２端部厚さＴ２の２５％以上、３０％以上、３５％以上または４０％以上であってもよく、前記第１段差Ｈ１は、前記第２電極の第２端部厚さＴ２の９０％以下、８５％以下、８０％以下または７５％以下であってもよい。前記範囲の数値範囲を満たす場合、段階的な２段の段差形成が可能であり、第１段差および第２段差によって第１電極の第２段差に対向する面の反対面に集中される応力が効果的に分散されることができ、これによるクラック発生などの問題点を効果的に低減して、電池の安定性を確保することができる。

【0033】

本発明の一実施態様によれば、前記段差緩和部の体積は、前記段差部の体積の５％以上９５％以下であってもよい。具体的には、前記段差緩和部の体積は、前記段差部の体積の１０％以上、１５％以上、２０％以上、２５％以上または３０％以上であってもよく、前記段差緩和部の体積は、前記段差部の９０％以下、８５％以下、８０％以下または７５％以下であってもよい。図３および図４を参照すると、前記段差緩和部は、前記第１セパレータまたは第２セパレータの第２端部が前記第２電極の第２端部側に折曲またはローリングされる場合、直方体に近似する形態であるので、前記段差緩和部の体積は、直方体体積公式によって近似的に計算されてもよい。具体的には、段差緩和部の巻取軸方向長さＬ１、段差緩和部の長さ方向長さＬ２および段差緩和部の厚さＴ１を利用して近似的に計算されてもよい。また、前記段差部は、セルの製造過程で、製造装置の張力、充放電状態、ゼリーロールの外径などによって体積が異なることがあるので、前記段差部の体積は三角関数を通じて近似的に計算されてもよい。具体的には、前記第２電極の第２端部厚さＴ２を高さにし、前記段差部を囲む第１電極または第２セパレータの長さを底辺にする仮想の三角形を作図して、近似的に計算されてもよい。場合によって、前記段差部の体積は、断層撮影（Ｃｏｍｐｕｔｅｄ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ、ＣＴ）技法によって確認されてもよい。前記範囲の段差緩和部の体積範囲を満たす場合、第１段差によって第１電極の第２段差に対向する面の反対面に集中される応力が効果的に分散されることができ、電極組立体の電解液含浸時にも前記段差緩和部の体積が前記段差部の体積を超えないので、二次電池の充放電サイクルによる電極組立体の体積変化時に追加的に発生し得る電極組立体の損傷問題を防止することができる。

【0034】

本発明の一実施態様によれば、前記段差緩和部の厚さは、２０μｍ以上１５０μｍ以下であってもよい。具体的には、前記段差緩和部の厚さは３０μｍ以上、４０μｍ以上、５０μｍ以上または６０μｍ以上であってもよく、前記段差緩和部の厚さは、１４０μｍ以下、１３０μｍ以下、１２０μｍ以下、１１０μｍ以下または１００μｍ以下であってもよい。前記段差緩和部の厚さは、前記第１セパレータまたは第２セパレータの第２端部が位置する段差緩和部の中心部で最も大きい値を有してもよく、前記第１セパレータまたは第２セパレータが折曲またはローリングされる段差緩和部の端部で最も小さい値を有してもよい。前記範囲の段差緩和部の厚さ範囲を満たす場合、前記第２電極の厚さによる段差を効果的に緩和することができ、これによって集中される応力を効果的に分散させることができる。例えば、前記第２電極の厚さによる段差が１７０μｍである場合、５５μｍ以上１３０μｍ以下の厚さ範囲の段差緩和部を形成してもよく、前記第２電極の厚さによる段差が１３０μｍである場合、５０μｍ以上１００μｍ以下の厚さ範囲の段差緩和部を形成することによって、所定比率の第１段差および第２段差を備えて前記第２電極の厚さによる段差を緩和するように、段差緩和部の厚さ範囲を調節してもよい。

【0035】

図３を参照すると、本発明の一実施態様によるゼリーロール型電極組立体に含まれる前記段差緩和部の長さ方向長さＬ２は、８ｍｍ以上３０ｍｍ以下であってもよい。具体的には、前記段差緩和部の長さ方向長さＬ２は、１０ｍｍ以上、１２ｍｍ以上、１４ｍｍ以上または１６ｍｍ以上であってもよく、前記段差緩和部の長さ方向長さＬ２は、２８ｍｍ以下、２６ｍｍ以下、２４ｍｍ以下、２２ｍｍ以下または２０ｍｍ以下であってもよい。前記段差緩和部の長さ方向長さは、前記第１セパレータまたは第２セパレータが折曲またはローリングされる段差緩和部の一端部から他端部まで測定される長さを意味してもよい。前記範囲の段差緩和部の長さ範囲を満たす場合、前記第２電極の厚さによる段差を効果的に緩和することができ、巻取されたゼリーロール型電極組立体の最外郭に位置して、前記段差部を囲む第１電極が適切な傾斜度および屈曲を有するようになって、第２電極の第２端部と接する領域の損傷または空の空間の反対面に作用する圧力による損傷を最小化することができる。

【0036】

本発明の一実施態様によれば、前記第１電極の第２端部は、前記第２電極の第２端部よりも長く延伸されて、前記電極組立体の外郭に追加巻取されてもよい。また、本発明の一実施態様によれば、前記第１電極は負極であり、前記第２電極は正極であってもよい。具体的には、電極組立体の最外郭層である第１電極が負極であってもよく、前記電極組立体は、負極／セパレータ／正極／セパレータが巻取される負極最外郭構造であってもよい。言い換えれば、ゼリーロール型電極組立体の最外郭に負極を露出させる外周タブ構造を有してもよい。

【0037】

本発明の一実施態様によれば、前記負極は、負極集電体、および前記負極集電体上に備えられた負極活物質層を含んでもよい。具体的には、前記負極は、負極集電体、および前記負極集電体の一面または両面に形成され、負極活物質を含む負極活物質層を含んでもよい。言い換えれば、前記負極活物質層は、前記負極集電体の負極活物質部に形成され、前記負極活物質層が備えられていない面は、負極無地部に表現されてもよい。

【0038】

本発明の一実施態様によれば、前記負極集電体は、負極活物質層が形成される負極活物質部、負極活物質層が形成されていない負極無地部を含んでもよく、負極無地部上にタブを含んでもよい。具体的には、前記負極集電体は、負極無地部を含んでもよく、前記負極無地部に形成された負極タブを含んでもよい。これにより、製造される電極組立体は、負極タブを１個以上含んでもよい。

【0039】

本発明の一実施態様によれば、前記負極活物質層は、シリコン系物質および炭素系物質からなる群より選択される１以上を含む負極活物質を含んでもよい。具体的には、前記負極活物質層は、シリコン系物質を０％超過２０％以下の含量で含んでもよい。また、前記負極活物質層は、負極導電材および負極バインダーをさらに含んでもよく、前記負極活物質；負極導電材；および負極バインダーは、当業界で用いられる物質が制限なしに使用可能である。

【0040】

本発明の一実施態様によれば、前記負極集電体は、当該電池に化学的変化を誘発せず、かつ、高い導電性を有するものであれば、特に制限されない。例えば、前記負極集電体としては、銅、ステンレススチール、アルミニウム、ニッケル、チタン、焼成炭素、またはアルミニウムやステンレススチールの表面に炭素、ニッケル、チタン、銀などで表面処理したものなどが用いられてもよい。具体的には、銅、ニッケルのような炭素をよく吸着する遷移金属を負極集電体として用いてもよい。

【0041】

前記負極集電体の厚さは、７０μｍ以上１８０μｍ以下であってもよいが、前記負極集電体の厚さがこれに制限されるものではない。

【0042】

本発明の一実施態様によれば、前記負極バインダーは、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コポリマー（ＰＶＤＦ－ｃｏ－ＨＦＰ）、ポリビニリデンフルオライド（ｐｏｌｙｖｉｎｙｌｉｄｅｎｅｆｌｕｏｒｉｄｅ）、ポリアクリロニトリル（ｐｏｌｙａｃｒｙｌｏｎｉｔｒｉｌｅ）、ポリメチルメタクリレート（ｐｏｌｙｍｅｔｈｙｌｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ）、ポリビニルアルコール、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、デンプン、ヒドロキシプロピルセルロース、再生セルロース、ポリビニルピロリドン、テトラフルオロエチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアクリル酸、エチレン－プロピレン－ジエンモノマー（ＥＰＤＭ）、スルホン化ＥＰＤＭ、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、フッ素ゴム、ポリアクリル酸（ｐｏｌｙ ａｃｒｙｌｉｃ ａｃｉｄ）、およびこれらの水素がＬｉ、Ｎａ、またはＣａなどで置換された物質からなる群より選択される少なくともいずれか一つを含んでもよく、また、これらの多様な共重合体を含んでもよい。

【0043】

本発明の一実施態様によれば、前記負極導電材は、当該電池に化学的変化を誘発せず、かつ、導電性を有するものであれば、特に制限されず、例えば、天然黒鉛や人造黒鉛などの黒鉛；アセチレンブラック、ケッチェンブラック、チャンネルブラック、ファーネスブラック、ランプブラック、サーマルブラックなどのカーボンブラック、炭素繊維や金属繊維などの導電性繊維；炭素ナノチューブなどの導電性チューブ；フルオロカーボン、アルミニウム、ニッケル粉末などの金属粉末；酸化亜鉛、チタン酸カリウムなどの導電性ウィスカー；酸化チタンなどの導電性金属酸化物；ポリフェニレン誘導体などの導電性素材などが用いられてもよい。

【0044】

本発明の一実施態様によれば、前記正極は、正極集電体、および前記正極集電体上に備えられた正極活物質層を含んでもよい。具体的には、前記正極は、正極集電体、および前記正極集電体の一面または両面に形成され、正極活物質を含む正極活物質層を含んでもよい。言い換えれば、前記正極活物質層は、前記正極集電体の正極活物質部に形成され、前記正極活物質層を備えられていない面は、正極無地部に表現されてもよい。

【0045】

本発明の一実施態様によれば、前記正極集電体は、正極活物質が形成される正極活物質部および正極活物質が形成されていない正極無地部を含んでもよく、正極無地部上にタブを含んでもよい。具体的には、前記正極集電体は、正極無地部を含んでもよく、前記正極無地部に形成された正極タブを含んでもよい。これによって、製造される電極組立体は、正極タブを１個以上含んでもよい。

【0046】

本発明の一実施態様によれば、前記正極集電体は、電池に化学的変化を誘発せず、かつ、導電性を有するものであれば、特に制限されず、具体的には、前記正極集電体としては、ステンレススチール、アルミニウム、ニッケル、チタン、焼成炭素、またはアルミニウムやステンレススチールの表面に炭素、ニッケル、チタン、銀などで表面処理したものが用いられてもよい。

【0047】

また、前記正極集電体は、通常、８０～１９０μｍの厚さを有してもよく、前記集電体の表面上に微細な凹凸を形成して正極活物質の接着力を高めてもよい。例えば、フィルム、シート、箔、網、多孔質体、発泡体、不織布体など多様な形態で用いられてもよい。

【0048】

本発明の一実施態様によれば、前記正極活物質は、通常用いられる正極活物質であってもよい。具体的には、前記正極活物質は、リチウムコバルト酸化物（ＬｉＣｏＯ_２）、リチウムニッケル酸化物（ＬｉＮｉＯ_２）などの層状化合物や１またはそれ以上の遷移金属で置換された化合物；ＬｉＦｅ_３Ｏ_４などのリチウム鉄酸化物；化学式Ｌｉ_１＋ｘＭｎ_２－ｘＯ_４（０≦ｘ≦０．３３）、ＬｉＭｎＯ_３、ＬｉＭｎ_２Ｏ_３、ＬｉＭｎＯ_２などのリチウムマンガン酸化物；リチウム銅酸化物（Ｌｉ_２ＣｕＯ_２）；ＬｉＶ_３Ｏ_８、Ｖ_２Ｏ_５、Ｃｕ_２Ｖ_２Ｏ_７などのバナジウム酸化物；化学式ＬｉＮｉ_１－ｙＭ_ｙＯ_２（ここで、Ｍは、Ｃｏ、Ｍｎ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｍｇ、Ｂ、およびＧａからなる群より選択された少なくともいずれか一つであり、０．０１≦ｙ≦０．３を満たす）で表されるＮｉサイト型リチウムニッケル酸化物；化学式ＬｉＭｎ_２－ｚＭ_ｚＯ_２（ここで、Ｍは、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｚｎ、およびＴａからなる群より選択された少なくともいずれか一つであり、０．０１≦ｚ≦０．１を満たす）、またはＬｉ_２Ｍｎ_３ＭＯ_８（ここで、Ｍは、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、およびＺｎからなる群より選択された少なくともいずれか一つである）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ＬｉＭｎ_２Ｏ_４などが挙げられるが、これに限定されない。前記正極は、Ｌｉ－ｍｅｔａｌであってもよい。

【0049】

本発明の一実施態様によれば、前記正極活物質層は、正極導電材および正極バインダーをさらに含んでもよい。前記正極導電材は、電極に導電性を付与するために用いられるもので、構成される電池において、化学的変化を誘発せず、かつ、電子導電性を有するものであれば、特に制限なく使用可能である。具体的には、前記正極導電材は、天然黒鉛や人造黒鉛などの黒鉛；カーボンブラック、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、チャンネルブラック、ファーネスブラック、ランプブラック、サーマルブラック、炭素繊維などの炭素系物質；銅、ニッケル、アルミニウム、銀などの金属粉末または金属繊維；酸化亜鉛、チタン酸カリウムなどの導電性ウィスカー；酸化チタンなどの導電性金属酸化物；またはポリフェニレン誘導体などの導電性高分子などが挙げられ、これらの１種単独または２種以上の混合物が用いられてもよい。

【0050】

また、前記正極バインダーは、正極活物質粒子間の付着および正極活物質と正極集電体との接着力を向上させる役割をする。具体例としては、ポリビニリデンフルオライド（ＰＶＤＦ）、ビニリデンフルオライド－ヘキサフルオロプロピレンコポリマー（ＰＶＤＦ－ｃｏ－ＨＦＰ）、ポリビニルアルコール、ポリアクリロニトリル（ｐｏｌｙａｃｒｙｌｏｎｉｔｒｉｌｅ）、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、デンプン、ヒドロキシプロピルセルロース、再生セルロース、ポリビニルピロリドン、テトラフルオロエチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン－プロピレン－ジエンポリマー（ＥＰＤＭ）、スルホン化－ＥＰＤＭ、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、フッ素ゴム、またはこれらの多様な共重合体などが挙げられ、この中の１種の単独または２種以上の混合物が用いられてもよい。

【0051】

本発明の一実施態様によれば、前記第２電極の第２端部はフリーエッジ（ｆｒｅｅ ｅｄｇｅ）形態であってもよい。ここで、フリーエッジ形態は、電極第２電極活物質層の端部と電極集電体の端部とが一致する形態を意味してもよい。すなわち、本発明の一実施態様によるゼリーロール型電極組立体は、フリーエッジ形態である前記第２電極の第２端部を最外郭層である第１電極が覆っている構造を有してもよく、前記第１電極が前記第２電極の第２端部を覆っている領域に形成される空の空間である段差部を含んでもよく、前記段差部内にフリーエッジ形態の前記第２電極の第２端部の一側に直接接触または離隔して備えられる段差緩和部を含んでもよい。

【0052】

図５は、本発明の一実施態様によるゼリーロール型電極組立体の積層構造を模式的に示す。

【0053】

図５を参照すると、前記第１電極１００，１００'で、前記電極組立体１０００の最外郭には第１電極１００が存在し、前記第１電極１００は、第１電極集電体１０１の両面にそれぞれ第１電極活物質層１０２、１０３を備え、無地部（ｎｏｎ－ｃｏａｔｉｎｇ ａｒｅａ）を含んでもよい。一方、前記電極組立体１０００の最外郭には第２電極３００が存在し、前記第２電極３００は、第２電極集電体３０１の両面にそれぞれ正極活物質層３０２，３０３を備えるが、無地部（ｎｏｎ－ｃｏａｔｉｎｇ ａｒｅａ）を含まなくてもよい。言い換えれば、第２電極集電体と第２電極活物質層の末端が一致するフリーエッジ（ｆｒｅｅ ｅｄｇｅ）形態であってもよい。すなわち、前記第２電極３００の第２端部３２０は、長さ方向に同じ長さを有する第２電極活物質層３０２，３０３の端部と第２電極集電体３０１の端部を含んでもよく、前記第２電極３００の第２端部３２０は、前記第２電極活物質層３０２、３０３の端部と第２電極集電体３０１の端部とが一致してもよい。一方、本発明の一実施態様によれば、前記第１電極１００の前記第２電極３００の第２端部３２０の端部に対向する面の反対面上に存在する無地部は、当該領域の応力集中による短絡またはクラックの発生可能性を減らすために付着された断線防止テープ７０をさらに含んでもよい。

【0054】

本発明の一実施態様によれば、前記ゼリーロール型電極組立体は、複数のセパレータをさらに含んでもよい。例えば、前記ゼリーロール型電極組立体は、第１電極／第１セパレータ／第２電極／第２セパレータを順に積層した構造であってもよい。前記セパレータは、第１電極と第２電極とを分離し、リチウムイオンの移動通路を提供するもので、通常、二次電池でセパレータとして用いられるものであれば、特に制限なしに使用可能であり、特に、電解質のイオン移動に対して低抵抗でありながら、電解質含湿能力が優れているものが好ましい。具体的には、多孔性高分子フィルム、例えば、エチレン単独重合体、プロピレン単独重合体、エチレン／ブテン共重合体、エチレン／ヘキセン共重合体およびエチレン／メタクリルレート共重合体などのようなポリオレフィン系高分子で製造した多孔性高分子フィルムまたはこれらの２層以上の積層構造体が用いられてもよい。また、通常の多孔性不織布、例えば、高融点のガラス纎維、ポリエチレンテレフタルレート纎維などからなる不織布が用いられてもよい。また、前記セパレータは、通常、１０μｍ以上２０μｍ以下の厚さを有してもよく、耐熱性または機械的強度を確保するために、セラミックス成分または高分子物質が含まれたコーティングされたセパレータが用いられてもよく、選択的に、単層または多層構造で用いられてもよい。

【0055】

本発明の一実施態様は、前記ゼリーロール型電極組立体；および前記電極組立体を収容するための電池ケース；を含む、二次電池を提供し、前記ゼリーロール型電極組立体に含まれる内容は前述と同じである。

【0056】

本発明の一実施態様によれば、前記二次電池は、前記電池ケースの開口部に結合されるキャップアセンブリを含んでもよく、前記キャップアセンブリは、トップキャップ、安全ベントおよび電流遮断素子などを含んでもよい。

【0057】

本発明の一実施態様によれば、前記第１電極は、電池ケースの内面と直接接触して、前記電池ケースが第１電極端子の役割を果たすものであってもよい。

【0058】

本発明の一実施態様によれば、前記電池ケースの内部は電解質を含んでもよい。具体的には、前記電解質は、リチウム二次電池の製造時に使用可能な有機系液体電解質、無機系液体電解質、固体高分子電解質、ゲル型高分子電解質、固体無機電解質または溶融型無機電解質などが挙げられ、これらに限定されるものではない。具体的には、前記電解質は、非水系有機溶媒と金属塩を含んでもよい。

【0059】

本発明の一実施態様によれば、前記非水系有機溶媒としては、例えば、Ｎ－メチル－２－ピロリジノン、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、γ－ブチロラクトン、１，２－ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン、２－メチルテトラヒドロフラン、ジメチルスルホキシド、１，３－ジオキソラン、ホルムアミド、ジメチルホルムアミド、ジオキソラン、アセトニトリル、ニトロメタン、ギ酸メチル、酢酸メチル、リン酸トリエステル、トリメトキシメタン、ジオキソラン誘導体、スルホラン、メチルスルホラン、１，３－ジメチル－２－イミダゾリジノン、プロピレンカーボネート誘導体、テトラヒドロフラン誘導体、エーテル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチルなどの非プロトン性有機溶媒が用いられてもよい。

【0060】

本発明の一実施態様によれば、前記金属塩は、リチウム塩であってもよく、前記リチウム塩は、前記非水電解液に溶解しやすい物質であり、例えば、前記リチウム塩のアニオンとしては、Ｆ^－、Ｃｌ^－、Ｉ^－、ＮＯ_３ ^－、Ｎ（ＣＮ）^２－、ＢＦ_４ ^－、ＣｌＯ_４ ^－、ＰＦ_６ ^－、（ＣＦ_３）_２ＰＦ_４ ^－、（ＣＦ_３）_３ＰＦ_３ ^－、（ＣＦ_３）_４ＰＦ_２ ^－、（ＣＦ_３）_５ＰＦ^－、（ＣＦ_３）_６Ｐ^－、ＣＦ_３ＳＯ_３ ^－、ＣＦ_３ＣＦ_２ＳＯ_３ ^－、（ＣＦ_３ＳＯ_２）_２Ｎ^－、（ＦＳＯ_２）_２Ｎ^－、ＣＦ_３ＣＦ_２（ＣＦ_３）_２ＣＯ^－、（ＣＦ_３ＳＯ_２）_２ＣＨ^－、（ＳＦ_５）_３Ｃ^－、（ＣＦ_３ＳＯ_２）_３Ｃ^－、ＣＦ_３（ＣＦ_２）_７ＳＯ_３ ^－、ＣＦ_３ＣＯ_２ ^－、ＣＨ_３ＣＯ_２ ^－、ＳＣＮ^－および（ＣＦ_３ＣＦ_２ＳＯ_２）_２Ｎ^－からなる群より選択される１種以上を用いてもよい。

【0061】

本発明の一実施態様によれば、前記電解質には、前記電解質の構成成分以外にも、電池の寿命特性の向上、電池容量減少抑制、電池の放電容量の向上などを目的に、例えば、ジフルオロエチレンカーボネートなどのようなハロアルキレンカーボネート系化合物、ピリジン、トリエチルホスファイト、トリエタノールアミン、環状エーテル、エチレンジアミン、ｎ－グリム（ｇｌｙｍｅ）、ヘキサリン酸トリアミド、ニトロベンゼン誘導体、硫黄、キノンイミン染料、Ｎ－置換オキサゾリジノン、Ｎ，Ｎ－置換イミダゾリジン、エチレングリコールジアルキルエーテル、アンモニウム塩、ピロール、２－メトキシエタノール、または三塩化アルミニウムなどの添加剤が１種以上さらに含まれてもよい。

【0062】

本発明の一実施態様によれば、前記電池ケースは円筒状であってもよい。すなわち、本発明に係るゼリーロール型電極組立体は、円筒状電池ケースに収容されることができ、正極、負極、セパレータを含む組立体；キャップアセンブリ；および電解質が含まれている電池ケースが円筒状を有するので、製造される二次電池自体の形態が円筒状であってもよい。

【0063】

以下、本発明を具体的に説明するために実施例を挙げて詳しく説明する。しかしながら、本発明に係る実施例は、様々な形態に変形されてもよく、本発明の範囲が以下で記述する実施例に限定されることに解釈されない。本明細書の実施例は当業界で平均的な知識を有する者に本発明をより完全に説明するために提供される。

【0064】

実施例
実施例１
電極組立体の製造
正極集電体としてＡｌ箔を用意し、正極集電体上に正極活物質スラリーを塗布および乾燥することによって正極活物質層を形成して、第２電極として正極を製造した。

【0065】

次に、負極集電体として厚さ８μｍの純銅（Ｐｕｒｅ Ｃｕ）箔を用意し、前記負極集電体上に負極活物質スラリーを塗布および乾燥することによって負極活物質層を形成して、第１電極として負極を製造した。

【0066】

一方、第１セパレータおよび第２セパレータとしてシート状のポリエチレン基材層の一面上にコーティング層が形成されたセパレータ２枚をそれぞれ用意した。

【0067】

その後、第１セパレータおよび第２セパレータの長さ方向一端部から巻き取り始めて、前記第１電極および第２電極を順次投入して、ゼリーロール型電極組立体を製造した。

【0068】

この時、前記ゼリーロール型電極組立体の最外郭部で、第２電極の第２端部よりも第１セパレータが長く延伸されるように設け、前記第１セパレータの第２端部を前記第２電極の第２端部側に１５回ローリングすることによって、前記第１電極が前記第２電極の第２端部を覆っている領域に形成される空の空間である段差部内に段差緩和部を設けて、図１による構造を有するようにした。この時、前記第２電極の第２端部の厚さは１３０μｍ、前記段差緩和部の厚さは１１７μｍ、前記段差緩和部の長さ方向長さは１１ｍｍであり、前記段差緩和部は、前記第２電極の第２端部から１ｍｍ離隔して備えた。

【0069】

二次電池の製造
前記ゼリーロール型電極組立体を円筒状電池ケースに挿入した後、電解液を注液し、円筒状電池缶を密封して二次電池を製造した。

【0070】

実施例２
前記第１セパレータの第２端部を前記第２電極の第２端部側に７回ローリングすることによって、前記段差緩和部の厚さは１１７μｍ、前記段差緩和部の長さ方向長さは１０ｍｍに備えることを除いては、前記実施例１と同様の方法でゼリーロール型電極組立体および二次電池を製造した。

【0071】

比較例１
段差緩和部を設けないことを除いては、前記実施例１と同様の方法でゼリーロール型電極組立体および二次電池を製造した。

【0072】

実験例
実験例１－電極クラック改善評価（ＳＥＭ）
実施例１、実施例２、および比較例１による二次電池を用意した。その後、２３℃の条件、ＳＯＣ ０％～１００％範囲で、充放電を５０サイクル（Ｃｙｃｌｅ）行った。

【0073】

サイクル以後に、前記実施例１、実施例２、および比較例１による二次電池をそれぞれ分解し、前記第２電極の第２端部に対応する位置の第１電極をＡｒイオンビームでイオンミリング（Ｉｏｎ Ｍｉｌｌｉｎｇ）し、走査型電子顕微鏡（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ、ＳＥＭ）を利用して、サイクル後の前記第１電極の厚さを測定した。

【0074】

その後、下記式１による前記段差緩和部の厚さ比率および下記式２による前記第１電極の変形率を比較することによって、電極クラック改善度を評価した。この時、評価条件および評価結果を下記表１および図６～図８に示した。

【0075】

［式１］
段差緩和部の厚さ比率（％）＝｛段差緩和部の厚さ（Ｔ１、μｍ）／第２電極第２端部の厚さ（Ｔ２、μｍ）｝×１００

【0076】

［式２］
第１電極の変形率（％）＝｛５０サイクル後の第１電極の厚さ（μｍ）／第１電極の厚さ（μｍ）｝×１００

【0077】

【表1】

【0078】

図６は、実施例１による二次電池のクラック改善評価結果を示したＳＥＭイメージであり、図７は、実施例２による二次電池のクラック改善評価結果を示したＳＥＭイメージであり、図８は、比較例１による二次電池のクラック改善評価結果を示したＳＥＭイメージである。前記表１および図６～図８を参照すると、実施例１および実施例２による二次電池は、比較例１による二次電池に比べて、第１電極の変形率が８．１２％～１４．７５％減少したことを確認した。特に、段差緩和部の厚さ比率が９０％である実施例１による二次電池の第１電極変形率が０．７５％と最も低いことを確認した。

【0079】

実施例１および実施例２と比較例１を比較すると、サイクルを行う時、電極の収縮／膨脹が繰り返される場合、第２電極の第２端部によって、第１電極に応力が集中されて、クラックの発生および変形が発生する可能性があるが、第２電極の第２端部の隣に形成される空の空間である段差部内に段差緩和部を備えて、第２電極の厚さによる段差を緩和することによって、第１電極の応力集中を改善して、クラック発生可能性を低減することができることが分かる。

【0080】

また、段差緩和部の厚さＴ１（μｍ）および段差緩和部の厚さ比率（Ｔ１／Ｔ２、％を）特定の範囲に調節する場合、第２電極の第２端部による第１電極のクラック発生可能性の低減効果がより優れていることが分かる。

【0081】

すなわち、本発明の一実施態様によるゼリーロール型電極組立体、およびこれを含む二次電池は、正極厚さによる段差を緩和することによって、最外郭負極に集中される応力集中を改善して、電極組立体のクラックおよび変形を防止することができることが分かる。

【0082】

実験例２－電極クラック改善評価（シミュレーション）
実施例１、実施例２および比較例１による二次電池に対して、第２電極の第２端部に対面する第１電極での電極クラック改善度をシミュレーション評価した。具体的には、段差部内に備えられる段差緩和部の体積変化シミュレーションによって、ゼリーロール型電極組立体の膨脹時に第１電極の最大変形率を測定し、その結果を下記図９～図１１にそれぞれ示した。この時、第２電極は、第２電極集電体と第２電極活物質層が同じ位置で長さ方向端部を有するフリーエッジ（ｆｒｅｅ ｅｄｇｅ）を有し、第１電極は、銅箔（Ｃｕ Ｆｏｉｌ）と同じ条件に設定した。

【0083】

図９は、実施例１による二次電池のクラック改善評価結果を示したシミュレーションイメージであり、図１０は、実施例２による二次電池のクラック改善評価結果を示したシミュレーションイメージであり、図１１は、比較例１による二次電池のクラック改善評価結果を示したシミュレーションイメージである。

【0084】

図１０および図１１を参照すると、第２電極の第２端部の厚さに対比して４５％厚さを有する段差緩和部を含む実施例２の場合、第１電極の第２電極の第２端部と対面する一面の反対面で最大変形率が発生することを確認した。

【0085】

具体的には、比較例１による二次電池の第１電極の最大変形率は０．０６５１、実施例２による二次電池の第１電極の最大変形率は０．０４６８で、実施例２は比較例１に比べて最外郭第１電極の最大変形率が２８．１％減少したことを確認した。

【0086】

これによって、段差部内に段差緩和部を備える場合、第２電極の第２端部で第１電極の折曲が緩和されて最大変形率が減少することによって、第１電極のクラック発生可能性が減少することが分かる。

【0087】

図９および図１１を参照すると、実施例１による二次電池は、第２電極の第２端部で第１電極の折曲がほとんど発生しない一方、段差緩和部の長さ方向端部で第１電極の折曲が発生し、これにより第１電極の最大変形率が測定されることを確認した。実施例１による二次電池の第１電極の最大変形率は０．０２５９であり、これは比較例１による二次電池の第１電極の最大変形率に対比して６０．２％減少したことを確認した。

【0088】

これによって、段差部内に段差緩和部を備える場合、第２電極の第２端部での第１電極の折曲を緩和し、第１電極の最大変形率が減少することによって第１電極クラック発生可能性が減少し、第２電極の第２端部と類似の厚さで段差緩和部を備える場合、すなわち実施例１の場合、第１電極のクラック発生可能性が最も低いことが分かる。

【0089】

すなわち、本発明の一実施態様によるゼリーロール型電極組立体、およびこれを含む二次電池は、正極厚さによる段差を緩和することによって、最外郭負極に集中される応力の集中を改善して、電極組立体のクラックおよび変形を防止することができることが分かる。

【0090】

また、本発明の一実施態様によるゼリーロール型電極組立体、およびこれを含む二次電池は、ゼリーロール型電極組立体の設計を変更した段差緩和部を利用するので、経済的でありながらも、当該領域のリチウム析出のような局所的な問題の発生を防止することができることが分かる。

【0091】

以上、本発明の理解を助けるために好ましい実施状態を提示したが、前記実施状態は本記載を例示するだけであって、本記載の範疇および技術的思想範囲内で多様な変更および修正が可能であることは当業者にとって自明であり、このような変形および修正が特許請求範囲に属することは当然である。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【手続補正書】

【提出日】2024-02-16

【手続補正1】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１３

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0013】

１０００ ・・・ゼリーロール型電極組立体
１００、１００' ・・・第１電極
１０１ ・・・第１電極集電体
１０２、１０３ ・・・第１電極活物質層
１２０ ・・・第１電極の第２端部
２０ ・・・第１セパレータ
２１ ・・・第１セパレータの第１端部
２２ ・・・第１セパレータの第２端部
３００ ・・・第２電極
３０１ ・・・第２電極集電体
３０２、３０３ ・・・第２電極活物質層
３２０ ・・・第２電極の第２端部
４０ ・・・第２セパレータ
４１ ・・・第２セパレータの第１端部
４２ ・・・第２セパレータの第２端部
５０ ・・・段差緩和部
６０ ・・・段差部
７０ ・・・断線防止テープ
Ｈ１ ・・・第１段差
Ｈ２ ・・・第２段差
Ｔ１、Ｔ１' ・・・段差緩和部の厚さ
Ｔ２ ・・・第２電極の第２端部厚さ
Ｌ１ ・・・段差緩和部の巻取軸方向長さ
Ｌ２ ・・・段差緩和部の長さ方向長さ

【手続補正2】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００７０

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0070】

実施例２
前記第１セパレータの第２端部を前記第２電極の第２端部側に７回ローリングすることによって、前記段差緩和部の厚さは５８．５μｍ、前記段差緩和部の長さ方向長さは１０ｍｍに備えることを除いては、前記実施例１と同様の方法でゼリーロール型電極組立体および二次電池を製造した。

【手続補正3】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００７６

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0076】

［式２］
第１電極の変形率（％）＝｛（第１電極の厚さ（μｍ）－５０サイクル後の第１電極の厚さ（μｍ））／第１電極の厚さ（μｍ）｝×１００

【手続補正4】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００７７

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0077】

【表1】

【手続補正5】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図２

【補正方法】変更

【補正の内容】

【図2】

【国際調査報告】