特表 2024-538841 電極組立体及びその製造方法

(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】2024-10-23

(54)【発明の名称】電極組立体及びその製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01M 10/04 20060101AFI20241016BHJP

   H01M 50/105 20210101ALI20241016BHJP

   H01M 50/528 20210101ALI20241016BHJP

   H01M 50/55 20210101ALI20241016BHJP

   H01M 10/052 20100101ALI20241016BHJP

   H01M 10/0585 20100101ALI20241016BHJP

   H01M 50/46 20210101ALI20241016BHJP

【ＦＩ】

H01M10/04 Z

H01M50/105

H01M50/528

H01M50/55 301

H01M10/052

H01M10/0585

H01M50/46

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2024530005

(86)(22)【出願日】2023-09-01

(85)【翻訳文提出日】2024-05-21

(86)【国際出願番号】 KR2023013108

(87)【国際公開番号】W WO2024063383

(87)【国際公開日】2024-03-28

(31)【優先権主張番号】10-2022-0119740

(32)【優先日】2022-09-22

(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】100188558

【弁理士】

【氏名又は名称】飯田 雅人

(74)【代理人】

【識別番号】100110364

【弁理士】

【氏名又は名称】実広 信哉

(72)【発明者】

【氏名】ドゥ・ヒュン・ベク

(72)【発明者】

【氏名】イン・ウ・カン

(72)【発明者】

【氏名】ウイ・ジン・ホン

(72)【発明者】

【氏名】ヒュン・ジュ・イ

(72)【発明者】

【氏名】スン・ス・チョ

【テーマコード（参考）】

5H011

5H021

5H028

5H029

5H043

【Ｆターム（参考）】

5H011AA09

5H011CC02

5H011CC06

5H011CC10

5H021AA06

5H021BB11

5H021HH10

5H028AA05

5H028BB05

5H028CC01

5H028CC05

5H029AJ14

5H029AK01

5H029AK02

5H029AK03

5H029AL02

5H029AL03

5H029AL07

5H029AL11

5H029AL12

5H029AL16

5H029BJ04

5H029BJ12

5H029CJ05

5H029DJ04

5H029DJ05

5H029HJ12

5H043AA19

5H043BA11

5H043BA19

5H043CA08

5H043DA08

5H043FA11

5H043FA22

5H043HA11D

5H043HA11E

5H043LA21D

5H043LA21E

5H043LA21F

(57)【要約】

本発明は電極組立体及びその製造方法に関し、具体的には、第１モノセルと、前記第１モノセルの上部に位置する第２モノセルと、前記第１モノセルと前記第２モノセルとの間に位置する第３分離膜と、を含み、前記第１モノセルは、下から、第１分離膜、第１負極、第１分離膜、及び第１正極の順に積層され、前記第２モノセルは、上から、第２分離膜、第２負極、第２分離膜、及び第２正極の順に積層され、前記第１正極の第１正極タブと前記第２負極の第２負極タブとが連結されて複合タブ束を形成し、前記第１負極の第１負極タブが連結されて、負極端子として機能する第１負極タブ束を形成するとともに、前記第２正極の第２正極タブが連結されて、正極端子として機能する第２正極タブ束を形成することを特徴とする電極組立体及びその製造方法に関する。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１モノセルと、
前記第１モノセルの上部に位置する第２モノセルと、
前記第１モノセルと前記第２モノセルとの間に位置する第３分離膜と、を含み、
前記第１モノセルは、下から、第１分離膜、第１負極、第１分離膜、及び第１正極の順に積層され、
前記第２モノセルは、上から、第２分離膜、第２負極、第２分離膜、及び第２正極の順に積層され、
前記第１正極の第１正極タブと前記第２負極の第２負極タブとが連結されて複合タブ束を形成し、
前記第１負極の第１負極タブが連結されて、負極端子として機能する第１負極タブ束を形成するとともに、前記第２正極の第２正極タブが連結されて、正極端子として機能する第２正極タブ束を形成する、電極組立体。

【請求項2】

前記第３分離膜は互いに密着した状態で位置する１枚以上からなる、請求項１に記載の電極組立体。

【請求項3】

前記第１モノセル及び前記第２モノセルは同じ個数からなる、請求項１に記載の電極組立体。

【請求項4】

前記第１正極の第１正極タブが連結されて第１正極タブ束を形成するとともに、前記第２負極の第２負極タブが連結されて第２負極タブ束を形成し、前記第１正極タブ束と前記第２負極タブ束とはタブ束連結部材によって電気的に連結されている、請求項１から３のいずれか一項に記載の電極組立体。

【請求項5】

請求項１に記載の電極組立体を含む、パウチ型二次電池。

【請求項6】

下から、第１分離膜、第１負極、第１分離膜、及び第１正極の順に積層された第１モノセルの上部に第３分離膜を位置させて二つ以上の変形形態の第１モノセルを準備する第１段階と、
前記変形形態の第１モノセルのうちのいずれか一つを１８０°回転させることにより、上から、第２分離膜、第２負極、第２分離膜、第２正極、及び第３分離膜の順に積層された変形形態の第２モノセルを準備する第２段階と、
前記変形形態の第１モノセルの上部に前記変形形態の第２モノセルを積層する第３段階と、
前記第１正極の第１正極タブと前記第２負極の第２負極タブとを連結して複合タブ束を形成するとともに、前記第１負極の第１負極タブを連結して、負極端子として機能する第１負極タブ束を形成し、前記第２正極の第２正極タブを連結して、正極端子として機能する第２正極タブ束を形成する第４段階と、を含む、電極組立体製造方法。

【請求項7】

前記第１分離膜、第２分離膜、及び第３分離膜は同じ素材からなる、請求項６に記載の電極組立体製造方法。

【請求項8】

前記第１段階は、下から、第１分離膜、第１負極、第１分離膜、及び第１正極の順に積層された第１モノセルを一つ以上準備し、前記第２段階は、前記第１モノセルを１８０°回転させて、上から、第２分離膜、第２負極、第２分離膜、及び第２正極の順に積層された第２モノセルを準備する段階をさらに含む、請求項６または７に記載の電極組立体製造方法。

【請求項9】

前記第３段階は、下から、一つ以上の第１モノセル、変形形態の第１モノセル、変形形態の第２モノセル、及び一つ以上の第２モノセルの順に積層する、請求項８に記載の電極組立体製造方法。

【請求項10】

前記第１モノセル及び第２モノセルのそれぞれは複数である、請求項９に記載の電極組立体製造方法。

【請求項11】

前記第４段階は、前記第１正極の第１正極タブを連結して第１正極タブ束を形成するとともに、前記第２負極の第２負極タブを連結して第２負極タブ束を形成し、タブ束連結部材を使用して前記第１正極タブ束と前記第２負極タブ束とを連結する、請求項１０に記載の電極組立体製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本出願は２０２２年９月２２日付け韓国特許出願第１０－２０２２－０１１９７４０号に基づく優先権の利益を主張し、当該韓国特許出願に開示されたすべての内容は本明細書の一部として含まれる。

【0002】

本発明は電極組立体及びその製造方法に関し、具体的には、一つの電池セル内で電圧を自由に調節することができ、さらに製造工程が比較的簡単である電極組立体及びその製造方法に関する。

【背景技術】

【0003】

近年、化石燃料の使用による大気汚染、エネルギー枯渇による代替エネルギーの開発によって生産された電気エネルギーを貯蔵することができる二次電池に対する需要が増加している。充放電の可能な二次電池は、モバイル機器、電気自動車、ハイブリッド電気自動車などの日常生活に密接に使用されている。

【0004】

現代社会で必要不可欠に使用されている各種の電子機器のエネルギー源として使用されている二次電池は、モバイル機器の使用量の増加及び複雑化、電気自動車などの開発によって所要容量が増加している。使用者の需要を満たすために、小型機器には多数の電池セルを配置しているが、自動車などには多数の電池セルを電気的に連結した電池モジュール又はこのような電池モジュールを多数備えた電池パックが使用される。

【0005】

一方、パウチ型二次電池は、ケース内に電極組立体が収容された後、シーリングされる。電極組立体は、長いシート状の負極及び正極の間に分離膜が介在された後、巻き取られる構造を有するゼリーロール型電極組立体、長方形の正極及び負極が分離膜を間に介在した状態で積層された構造の単位セルで構成されるスタック型電極組立体、単位セルが長い分離フィルムによって巻き取られるスタック－フォルディング型電極組立体、又は単位セルが分離膜を間に介在した状態で積層され、互いに付着されるラミネーション－スタック型電極組立体などのように多様である。

【0006】

図１は従来技術による電極組立体の断面図である。図１に示すように、一般的に知られている電極組立体は、下から、分離膜１、負極２、分離膜１、及び正極３の順に積層されたモノセル１０を積み上げた後、最上側には、一対の分離膜の間に負極が介在されているハーフセル２０が位置する。そして、すべての負極及び正極がそれぞれ並列に連結されて負極端子及び正極端子となる構造である。

【0007】

前記のような従来の電極組立体によれば、一つの電池セルで容量を増加させることができるが、負極及び正極が全部並列に連結されるので、電圧を高めることができないという欠点がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】韓国公開特許第１０－２０２１－００６５６５５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

前記のような問題点を解決するために、本発明は、一つの電池セル内で電圧を自由に増減させることができる電極組立体を提供することを目的とする。

【0010】

また、本発明は、電圧を自由に調節することができる電極組立体の製造の際、製造工程を簡素化することができる電極組立体の製造方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0011】

前記のような目的を達成するために、本発明による電極組立体は、第１モノセル（２００）と、前記第１モノセル（２００）の上部に位置する第２モノセル（３００）と、前記第１モノセル（２００）と前記第２モノセル（３００）との間に位置する第３分離膜（４００）と、を含み、前記第１モノセル（２００）は、下から、第１分離膜（２１０）、第１負極（２２０）、第１分離膜（２１０）、及び第１正極（２３０）の順に積層され、前記第２モノセル（３００）は、上から、第２分離膜（３１０）、第２負極（３２０）、第２分離膜（３１０）、及び第２正極（３３０）の順に積層され、前記第１正極（２３０）の第１正極タブ（２３１）と前記第２負極（３２０）の第２負極タブ（３２１）とが連結されて複合タブ束（Ｃ）を形成し、前記第１負極（２２０）の第１負極タブ（２２１）が連結されて、負極端子として機能する第１負極タブ束（Ａ）を形成するともに、前記第２正極（３３０）の第２正極タブ（３３１）が連結されて、正極端子として機能する第２正極タブ束（Ｂ）を形成することを特徴とする。

【0012】

また、本発明の電極組立体において、前記第３分離膜（４００）は、互いに密着した状態で位置する１枚以上からなることを特徴とする。

【0013】

また、本発明の電極組立体において、前記第１モノセル（２００）及び前記第２モノセル（３００）は同じ個数でなることを特徴とする。

【0014】

また、本発明の電極組立体において、前記第１正極（２３０）の第１正極タブ（２３１）が連結されて第１正極タブ束（Ａ’）を形成するとともに、前記第２負極（３２０）の第２負極タブ（３２１）が連結されて第２負極タブ束（Ｂ’）を形成し、前記第１正極タブ束（Ａ’）と前記第２負極タブ束（Ｂ’）とはタブ束連結部材（Ｄ）によって電気的に連結されていることを特徴とする。

【0015】

また、本発明は、前述した電極組立体を含むパウチ型二次電池であることを特徴とする。

【0016】

また、本発明による電極組立体製造方法は、下から、第１分離膜、第１負極、第１分離膜、及び第１正極の順に積層された第１モノセルの上部に第３分離膜を位置させて二つ以上の変形形態の第１モノセルを準備する第１段階と、前記変形形態の第１モノセルのうちのいずれか一つを１８０°回転させることにより、上から、第２分離膜、第２負極、第２分離膜、第２正極、及び第３分離膜の順に積層された変形形態の第２モノセルを準備する第２段階と、前記変形形態の第１モノセルの上部に前記変形形態の第２モノセルを積層する第３段階と、前記第１正極の第１正極タブと前記第２負極の第２負極タブとを連結して複合タブ束を形成するとともに、前記第１負極の第１負極タブを連結して、負極端子として機能する第１負極タブ束を形成し、前記第２正極の第２正極タブを連結して、正極端子として機能する第２正極タブ束を形成する第４段階と、を含むことを特徴とする。

【0017】

また、本発明による電極組立体製造方法において、前記第１分離膜、第２分離膜、及び第３分離膜は同じ素材からなることを特徴とする。

【0018】

また、本発明による電極組立体製造方法において、前記第１段階は、下から、第１分離膜、第１負極、第１分離膜、及び第１正極の順に積層された第１モノセルを一つ以上準備し、前記第２段階は、前記第１モノセルを１８０°回転させて、上から、第２分離膜、第２負極、第２分離膜、及び第２正極の順に積層された第２モノセルを準備する段階をさらに含むことを特徴とする。

【0019】

また、本発明による電極組立体製造方法において、前記第３段階は、下から、一つ以上の第１モノセル、変形形態の第１モノセル、変形形態の第２モノセル、及び一つ以上の第２モノセルの順に積層することを特徴とする。

【0020】

また、本発明による電極組立体製造方法において、前記第１モノセル及び第２モノセルのそれぞれは複数であることを特徴とする。

【0021】

また、本発明による電極組立体製造方法において、前記第４段階は、前記第１正極の第１正極タブを連結して第１正極タブ束（Ａ’）を形成するとともに、前記第２負極の第２負極タブを連結して第２負極タブ束（Ｂ’）を形成し、タブ束連結部材（Ｄ）を使用して前記第１正極タブ束（Ａ’）と前記第２負極タブ束（Ｂ’）とを連結することを特徴とする。

【発明の効果】

【0022】

以上で説明したように、本発明による電極組立体は、正極と負極とを電気的に連結するとき、並列連結及び直列連結を混合することにより、一つの電池セル内で電圧を自由に調節することができるという利点がある。

【0023】

また、本発明による電極組立体製造方法は、モノセル又は分離膜が追加された変形モノセルの上部にこれらのモノセル又は変形モノセルを回転させて積層するので、製造工程が複雑になることを防止することができるという利点がある。

【0024】

さらに、本発明による電極組立体製造方法は、正極タブ束と負極タブ束とをそれぞれ連結した後、これらを電気的に連結するタブ束連結部材をさらに備えることができるので、容量を増加させる目的で多くの電極を備えてもスウェリングによるタブの損傷を最小化することができるという利点がある。

【図面の簡単な説明】

【0025】

【図1】従来技術による電極組立体の断面図である。

【図2】本発明による第１モノセル及び第２モノセルを説明するための図である。

【図3】本発明による変形形態の第１モノセル及び変形形態の第２モノセルを説明するための図である。

【図4】本発明の好適な第１実施例による電極組立体を説明するための図である。

【図5】本発明の好適な第２実施例による電極組立体を説明するための図である。

【図6】本発明の好適な第３実施例による電極組立体を説明するための図である。

【図7】本発明の好適な第４実施例による電極組立体を説明するための図である。

【図8】本発明による電極組立体を製造する方法を説明するためのフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0026】

以下、添付図面に基づき、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者が本発明を容易に実施することができる実施例を詳細に説明する。ただし、本発明の好適な実施例の動作原理を詳細に説明するにあたり、関連した公知の機能又は構成についての具体的な説明が本発明の要旨を不必要にあいまいにする可能性があると判断される場合にはその詳細な説明を省略する。

【0027】

また、図面全般にわたって類似の機能及び作用をする部分に対しては同じ図面符号を使う。明細書全般にわたって、ある部分が他の部分と連結されていると言うとき、これは直接的に連結されている場合だけでなく、その中間に他の素子を挟んで間接的に連結されている場合も含む。また、ある構成要素を含むというのは、特に反対の記載がない限り、他の構成要素を除くものではなく、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。

【0028】

以下、本発明による電極組立体及びその製造方法について添付図面を参照しながら説明する。

【0029】

図２は本発明による第１モノセル及び第２モノセルを説明するための図であり、図３は本発明による変形形態の第１モノセル及び変形形態の第２モノセルを説明するための図である。

【0030】

これらの図を参照しながら、本発明による第１モノセル、第２モノセル、変形形態の第１モノセル、及び変形形態の第２モノセルを説明する。

【0031】

まず、図２（ａ）を参照すると、第１モノセル２００は、２枚の分離膜、１個の負極、及び１個の正極からなる一般的に知られたモノセルと同じ構成を有する。すなわち、下から、第１分離膜２１０、第１負極２２０、第１分離膜２１０、及び第１正極２３０の順に積層されている。

【0032】

第２モノセル３００は、前述した第１モノセル２００が１８０°回転した状態であり、図２（ｂ）のように、上から、第２分離膜３１０、第２負極３２０、第２分離膜３１０、及び第２正極３３０の順に積層されている。

【0033】

そして、変形形態の第１モノセル２００’は、第１モノセル２００の最上部に位置する第１正極２３０上に第１分離膜２１０をさらに備えることにより、下から、第１分離膜２１０、第１負極２２０、第１分離膜２１０、第１正極２３０、及び第１分離膜２１０の順に積層された構造を有する（図３（ａ）参照）。

【0034】

また、変形形態の第２モノセル３００’は、第２モノセル３００の最下部に位置する第２正極３３０の下に第２分離膜３１０をさらに備えることにより、上から、第２分離膜３１０、第２負極３２０、第２分離膜３１０、第２正極３３０、及び第２分離膜３１０の順に積層された構造を有する（図３（ｂ）参照）。

【0035】

ここで、第１負極２２０と第２負極３２０、第１正極２３０と第２正極３３０、及び第１分離膜２１０と第２分離膜３１０は同じ構成を有する。

【0036】

第１負極２２０及び第２負極３２０は、負極集電体に負極活物質及びバインダーが混合されたスラリーを塗布することで製造する。

【0037】

ここで、負極活物質としては、例えば、難黒鉛化炭素、黒鉛系炭素などの炭素；Ｌｉ_ｘＦｅ_２Ｏ_３（０≦ｘ≦１）、Ｌｉ_ｘＷＯ_２（０≦ｘ≦１）、Ｓｎ_ｘＭｅ_１－ｘＭｅ’_ｙＯ_ｚ（Ｍｅ：Ｍｎ、Ｆｅ、Ｐｂ、Ｇｅ；Ｍｅ’：Ａｌ、Ｂ、Ｐ、Ｓｉ、周期表の１族、２族、３族元素、ハロゲン；０＜ｘ≦１；１≦ｙ≦３；１≦ｚ≦８）などの金属複合酸化物；リチウム金属；リチウム合金；ケイ素系合金；スズ系合金；ＳｎＯ、ＳｎＯ_２、ＰｂＯ、ＰｂＯ_２、Ｐｂ_２Ｏ_３、Ｐｂ_３Ｏ_４、Ｓｂ_２Ｏ_３、Ｓｂ_２Ｏ_４、Ｓｂ_２Ｏ_５、ＧｅＯ、ＧｅＯ_２、Ｂｉ_２Ｏ_３、Ｂｉ_２Ｏ_４、Ｂｉ_２Ｏ_５などの金属酸化物；ポリアセンチレンなどの導電性高分子；Ｌｉ－Ｃｏ－Ｎｉ系材料；Ｓｉ、ＳｉＯ、ＳｉＯ_２の単独又はこれらの混合物であるＳｉ系材料などを使うことができるが、これらにのみ限定されるものではない。

【0038】

また、第１正極２３０及び第２正極３３０は、正極集電体に正極活物質及びバインダーが混合されたスラリーを塗布することで製造する。

【0039】

ここで、正極活物質としては、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）などの層状化合物又は１種又はそれ以上の遷移金属に置換された化合物；化学式Ｌｉ_１＋ｘＭｎ_２－ｘＯ_４（ここで、ｘは０～０．３３である）、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－ｘＭ_ｘＯ_２（ここで、Ｍ＝Ｃｏ、Ｍｎ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｍｇ、Ｂ又はＧａであり、ｘ＝０．０１～０．３である）で表現されるＮｉサイト型リチウムニッケル酸化物；化学式ＬｉＭｎ_２－ｘＭ_ｘＯ_２（ここで、Ｍ＝Ｃｏ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｚｎ又はＴａであり、ｘ＝０．０１～０．１である）又はＬｉ_２Ｍｎ_３ＭＯ_８（ここで、Ｍ＝Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ又はＺｎである）で表現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に置換されたＬｉＭｎ_２Ｏ_４；ジスルフィド化合物；Ｆｅ_２（ＭｏＯ_４）_３などを挙げることができるが、これらにのみ限定されるものではない。

【0040】

一方、負極集電体及び正極集電体には、活物質が混合されたスラリーが塗布された部分とスラリーが塗布されていない無地部とを含み、無地部を裁断して形成された電極タブ、より詳細には、第１負極タブ２２１、第２負極タブ３２１、第１正極タブ２３１、及び第２正極タブ３３１を備えている。

【0041】

また、正極と負極との間などに介在される第１分離膜２１０及び第２分離膜３１０としては、高いイオン透過度及び機械的強度を有する絶縁性の薄膜を使用する。分離膜の気孔の直径は一般的に０．０１μｍ～１０μｍであり、厚さは一般的に５μｍ～３００μｍである。このような分離膜としては、例えば、耐化学性及び疎水性のポリプロピレンなどのオレフィン系ポリマー、ガラスファイバー又はポリエチレンなどから製造されたシートや不織布などを使用することができるが、これに限定されない。

【0042】

図４は本発明の好適な第１実施例による電極組立体を説明するための図である。図４に示すように、第１実施例による電極組立体は、２個の第１モノセル２００の上部に２個の第２モノセル３００が位置し、また第１モノセル２００と第２モノセル３００との間には２枚の第３分離膜４００が介在されている構造を有する。

【0043】

具体的には、下から、第１分離膜２１０、第１負極２２０、第１分離膜２１０、及び第１正極２３０の順になる第１モノセル２００の２個が上方に順次積層される一方で、上から、第２分離膜３１０、第２負極３２０、第２分離膜３１０、及び第２正極３３０の順になる第２モノセル３００の２個は下方に順次積層される。

【0044】

ここで、第１モノセル２００と第２モノセル３００とが交わる部分には、１枚以上、より好ましくは２枚の第３分離膜４００が介在されることが好ましい。これは、第１モノセル２００の正極と第２モノセル３００の正極との間の短絡を確実に防止することができ、さらに分離膜製造の際、分離膜、負極、分離膜、正極、及び分離膜の順に積層してスタックを作ることが工程上有利であるからである。

【0045】

前記のような構造を有する第１モノセル２００と第２モノセル３００とは、同じ容量を維持しながらも高電圧を出すことができるように、直列連結及び並列連結が混合される。

【0046】

詳細には、第１モノセル２００の第１正極２３０を構成する２個の第１正極タブ２３１と第２モノセル３００の第２負極３２０を構成する２個の第２負極タブ３２１とが連結されて複合タブ束Ｃを形成することにより、第１正極２３０及び第２負極３２０のそれぞれは並列に連結されるとともに、これらは再び直列に連結される構造を有する。

【0047】

そして、第１モノセル２００の２個の第１負極タブ２２１が連結されて第１負極タブ束Ａを形成して負極端子として機能し、第２モノセル３００の２個の第２正極タブ３３１が連結されて第２正極タブ束Ｂを形成して正極端子として作用する。

【0048】

前述したような連結構造を有する電極組立体は、電極リード５００と連結された後、収容空間を備えたケース１００に収容及びシーリングされることによってパウチ型二次電池を構成する。

【0049】

すなわち、第１負極タブ束Ａは負極リード５１０と、そして第２正極タブ束Ｂは正極リード５２０とそれぞれ電気的に連結された後、ケース１００の外部に露出される。

【0050】

ここで、これらのタブ束と電極リード５００とは、溶接、より詳細には超音波溶接によってそれぞれ電気的に連結することができる。このような超音波溶接による結合は、略２０ｋＨｚの高い超音波によって発生した高周波振動を印加することで、電極タブ束と電極リードとの間の境界面でホーン（Ｈｏｒｎ）及びアンビル（Ａｎｖｉｌ）の作動によって振動エネルギーが摩擦によって熱エネルギーに変換されながら急速に溶接する原理で実施することができる。

【0051】

一方、ケース１００は上部ケース及び下部ケースで構成され、電極組立体を収容することができるようにポケット状の収容空間が形成されている。

【0052】

このようなケース１００は、外部樹脂層、金属層及び内部樹脂層からなるラミネートシートを使用して収容部を形成する。

【0053】

外部樹脂層はケース１００の外郭に位置し、このような外部樹脂層は電極組立体を保護しながら耐熱性及び耐化学性を確保するように、引張強度、透湿防止性及び空気透過防止性に優れた耐熱性ポリマーを使用することができ、一例としてナイロン又はポリエチレンテレフタレートを使用することができるが、これに限定されない。

【0054】

外部樹脂層と接する金属層は外部から水分や各種のガスが電池の内部に浸透することを防止するバリア層に相当し、このような金属層の好適な材料としては、軽いながらも成形性に優れたアルミニウム薄膜を使用することができる。

【0055】

そして、内部樹脂層は電極組立体と直接的に接触するので、絶縁性及び耐電解性を有しなければならず、また外部に対する密閉のために、シーリング性、すなわち内部層同士熱接着されたシーリング部は優れた熱接着強度を有しなければならない。このような内部樹脂層の材料としては、耐化学性に優れながらもシーリング性が良いポリプロピレン（Ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ）、ポリエチレン（Ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ）、ポリエチレンアクリル酸（Ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ Ａｃｒｙｌｉｃ Ａｃｉｄ）、ポリブチレン（Ｐｏｌｙｂｕｔｙｌｅｎｅ）などのポリオレフィン系樹脂、ポリウレタン樹脂、及びポリイミド樹脂から選択され得るが、これに限定されず、引張強度、剛性、表面硬度、耐衝撃強度などの機械的物性及び耐化学性に優れたポリプロピレンが最も好ましい。

【0056】

熱融着するケース１００のシーリング部のうち電極リード５００と重畳する部分には、電極組立体で生成された電気が電極リード５００を通してケース１００に流れることを防止するとともにケース１００のシーリングを維持することができるように、リードフィルムが介在されることが一般的である。

【0057】

このようなフィルムは電気が通じ難い非伝導性材質であることが好ましく、一般的に電極リード５００に付着しやすく、厚さが比較的薄い絶縁テープを多く使用しているが、これに限定されない。

【0058】

具体的には、フィルムは、ポリイミド（ＰＩ：ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ）、ポリプロピレン（ＰＰ：ｐｏｌｙｐｒｏｐｈｙｌｅｎｅ）、ポリエチレン（ＰＥ：ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ：Ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ Ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ）、及びポリビニルクロライド（ＰＶＣ：ｐｏｌｙｖｉｎｙｌ ｃｈｌｏｒｉｄｅ）、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ：ｈｉｇｈ ｄｅｎｓｉｔｙ ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ）、及びエポキシ樹脂からなる群から選択されるいずれか１種又は２種以上の物質であり得、熱及び圧力によってパウチケースの内部樹脂層と熱融着して接着される。

【0059】

一方、第３分離膜４００は前述した第１分離膜２１０及び第２分離膜３１０と構成が同一であるので、重複説明は省略する。

【0060】

例えば、図４は正極タブと負極タブとが互いに反対方向に突出するものとして示しているが、これは一例示に過ぎず、同じ方向に位置する一方向電極組立体でもあり得る。

【0061】

また、２枚の第３分離膜４００の代わりに、図３に示すような第１分離膜２１０及び第２分離膜３１０がそれぞれ追加された変形形態の第１モノセル２００’及び変形形態の第２モノセル３００’に代替され得る。言い換えれば、下から、第１モノセル２００、変形形態の第１モノセル２００’、変形形態の第２モノセル３００’、及び第２モノセル３００の順になっても問題ない。

【0062】

さらに、モノセルがそれぞれ１個、すなわち１個の第１モノセル２００の上部に１個の第２モノセル３００が位置し、第１モノセル２００と第２モノセル３００との間には２枚の第３分離膜４００が介在された構造を有し得る。この場合、下から、変形形態の第１モノセル２００’及び変形形態の第２モノセル３００’が積層された構造に代替され得る。

【0063】

図５は本発明の好適な第２実施例による電極組立体を説明するための図である。図５に示すように、第２実施例による電極組立体は、第３分離膜４００が１枚からなることを除き、残りは第１実施例と同様である。

【0064】

すなわち、２個の第１モノセル２００の上部に２個の第２モノセル３００が位置するが、これらの第１モノセル２００と第２モノセル３００との間には１枚の第３分離膜４００が介在されている構造である。

【0065】

したがって、下から、第１モノセル２００、変形形態の第１モノセル２００’、第２モノセル３００、及び第２モノセル３００の順に積層されるか、又は第１モノセル２００、第１モノセル２００、変形形態の第２モノセル３００’、及び第２モノセル３００の順に積層されても関係ない。

【0066】

図６は本発明の好適な第３実施例による電極組立体を説明するための図である。図６に示すように、第３実施例による電極組立体は、第１モノセル２００及び第２モノセル３００がそれぞれ３個以上でありながら同じ個数であることを除き、残りは第１実施例と同様である。

【0067】

詳細には、密着した状態で位置する３個以上の第１モノセル２００の上部に２枚の第３分離膜４００が介在され、第３分離膜４００上には３個以上の第２モノセル３００が積層された構造である。もちろん、第３分離膜４００を省略し、変形形態の第１モノセル２００’又は変形形態の第２モノセル３００’を適宜配置することにより、同じ構造の電極組立体を具現することができるというのは自明である。

【0068】

図７は本発明の好適な第４実施例による電極組立体を説明するための図である。二次電池が適用されるデバイスの種類によっては、高容量及び高電圧を同時に必要とする場合がある。この場合、第１モノセル２００及び第２モノセル３００は多数が積層される必要がある。

【0069】

しかし、使用中に持続的に繰り返される充放電過程で発生するガスによってスウェリングが発生する。この際、多数のモノセルが積層された二次電池では、電極タブ又はタブ束が切れるなどの問題点が発生する可能性が高い。

【0070】

第４実施例は、前述した問題点に対応するために、第１実施例の複合タブ束Ｃの代わりに、第１正極タブ束Ａ’、第２負極タブ束Ｂ’、及びこれらを電気的に連結するためのタブ束連結部材Ｄを備えている。

【0071】

具体的には、第１正極２３０の第１正極タブ２３１を連結した第１正極タブ束Ａ’とともに、第２負極３２０の第２負極タブ３２１を連結した第２負極タブ束Ｂ’を備えている。また、これらの第１正極タブ束Ａ’及び第２負極タブ束Ｂ’はタブ束連結部材Ｄによって電気的に連結される。

【0072】

もちろん、図７は第１正極タブ束Ａ’、第２負極タブ束Ｂ’、及びタブ束連結部材Ｄがそれぞれ１個であるものとして示しているが、積層されるモノセルの個数を考慮して、第１正極タブ束Ａ’、第２負極タブ束Ｂ’、及びタブ束連結部材Ｄの個数はいくらでも変更可能である。

【0073】

また、図７では、第１負極タブ束Ａ及び第２正極タブ束Ｂがそれぞれ１個ずつであるものとして示しているが、それぞれ２個以上であり得る。ここで、第１負極タブ束Ａ及び第２正極タブ束Ｂのそれぞれを互いに連結することができる別途の連結部材を備えることにより、負極端子又は正極端子として機能することができるというのは自明である。

【0074】

残りは前述した第１実施例と同様であるので、重複説明は省略する。

【0075】

次に、本発明による電極組立体を製造する方法について説明する。図８は本発明による電極組立体を製造する方法を説明するためのフローチャートである。

【0076】

図８に示すように、本発明の電極組立体製造方法は、変形形態の第１モノセルを準備する第１段階と、変形形態の第２モノセルを準備する第２段階と、変形形態の第１モノセルの上部に前記変形形態の第２モノセルを積層する第３段階と、タブを連結する第４段階と、を含むことができる。

【0077】

まず、第１段階では、下から、第１分離膜、第１負極、第１分離膜、及び第１正極の順に積層された第１モノセルの上部に第３分離膜を位置させることにより、変形形態の第１モノセルを複数準備する段階である。

【0078】

ここで、前記のように積層した後には、所定の熱及び圧力をかけることにより、これらの第１分離膜、第１負極、第１分離膜、第１正極、及び第３分離膜を一体化させる。

【0079】

一方、大容量の二次電池が必要なときには、第３分離膜が積層されない状態の多数の第１モノセルをさらに準備することが好ましい。

【0080】

第２段階は、第１段階で準備した変形形態の第１モノセルの一部を１８０°回転させることにより、上から、第２分離膜、第２負極、第２分離膜、第２正極、及び第３分離膜の順に積層された変形形態の第２モノセルを準備する段階である。

【0081】

また、大容量の二次電池が必要なときには、第１段階でさらに準備した第１モノセル一部を１８０°回転させて第２モノセルを一緒に準備することができる。

【0082】

第３段階は、第１段階で得た変形形態の第１モノセルの上部に、第２段階で変形形態の第２モノセルを積層する段階である。

【0083】

もちろん、変形形態の第１モノセル及び変形形態の第２モノセルのそれぞれが一つからなる場合を含めて、一つの第１モノセル、一つの変形形態の第１モノセル、一つの変形形態の第２モノセル、及び一つの第２モノセルの順に積層された構造であり得る。

【0084】

また、一つの第１モノセル、一つの変形形態の第１モノセル、一つの変形形態の第２モノセル、及び二つ以上の第２モノセルの順に積層された構造、又は二つ以上の第１モノセル、一つの変形形態の第１モノセル、一つの変形形態の第２モノセル、及び二つ以上の第２モノセルの順に積層された構造など、第１モノセル及び第２モノセルの個数が互いに同じか異なる場合など、必要によって多様に変更可能である。

【0085】

第４段階では、第１正極の第１正極タブと第２負極の第２負極タブとを連結して複合タブ束を形成するとともに、第１負極の第１負極タブを連結することにより、負極端子として機能する第１負極タブ束を形成し、第２正極の第２正極タブを連結することにより、正極端子として機能する第２正極タブ束を形成する。

【0086】

また、第１モノセル及び第２モノセルの個数が多いときには、第１正極の第１正極タブを連結して第１正極タブ束を形成し、第２負極の第２負極タブを連結して第２負極タブ束を形成し、その後、タブ束連結部材Ｄを使用してこれらの第１正極タブ束及び第２負極タブ束を連結する過程を実施することができる。

【0087】

一方、前述した第１段階で、変形形態の第１モノセルの代わりに、第１分離膜、第１負極、第１分離膜、及び第１正極の順に積層された第１モノセル及び第３分離膜をそれぞれ多数準備し、第２段階では、第１モノセルを１８０°回転させて第２モノセルを準備した後、第１モノセルと第２モノセルとの間に第３分離膜を介在する第３段階を実施することも可能である。

【0088】

しかし、この場合、第１モノセルと第２モノセルとの間に第３分離膜を整列して介在する工程がさらに必要であるので、第１段階では、第３分離膜を予め一体化させた変形形態の第１モノセルを準備することがより好ましい。

【0089】

本発明は前述した電極組立体を収容するパウチ型二次電池であり、また前記の二次電池を含む電池モジュール又は電池パックであり得る。

【0090】

本発明が属する分野で通常の知識を有する者であれば前記内容に基づいて本発明の範疇内で多様な応用及び変形をなすことが可能であろう。

【符号の説明】

【0091】

１００ ケース
２００ 第１モノセル
２００’ 変形形態の第１モノセル
２１０ 第１分離膜
２２０ 第１負極
２２１ 第１負極タブ
２３０ 第１正極
２３１ 第１正極タブ
３００ 第２モノセル
３００’ 変形形態の第２モノセル
３１０ 第２分離膜
３２０ 第２負極
３２１ 第２負極タブ
３３０ 第２正極
３３１ 第２正極タブ
４００ 第３分離膜
５００ 電極リード
５１０ 負極リード
５２０ 正極リード
Ａ 第１負極タブ束
Ａ’ 第１正極タブ束
Ｂ 第２正極タブ束
Ｂ’ 第２負極タブ束
Ｃ 複合タブ束
Ｄ タブ束連結部材

【図1】

【図2(a)】

【図2(b)】

【図3(a)】

【図3(b)】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【国際調査報告】