JP2015053266A - 電極組み立て体及びこれを備える二次電池 - Google Patents

電極組み立て体及びこれを備える二次電池 Download PDF

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Abstract

【課題】巻き取り型電極組み立て体及びこれを備える二次電池を提供する。【解決手段】第１電極板、第２電極板及び、第１電極板と第２電極板との間に介在された分離膜を共に巻き取って形成され、巻回軸に平行な外部表面及び巻回軸に垂直な２個の互いに対向する側面を備える電極ジェリーロールと、第１電極板と電気的に連結されて電極ジェリーロールの巻回軸方向に引き出される第１電極タブと、第２電極板と電気的に連結されて電極ジェリーロールの巻回軸方向に引き出される第２電極タブと、を備え、第１電極タブと第２電極タブのうち少なくとも一つの一端部は、引き出し方向から逆方向に折り曲げられて電極ジェリーロールの外部表面に対向して配置される電極組み立て体。【選択図】図１

Description

本発明は、電極組み立て体及びこれを備える二次電池に係り、さらに詳細には、エネルギー密度を向上させて電池の形状をさらに自由に構成できる電極組み立て体及びこれを備える二次電池に関する。
二次電池とは、充電不可能な一次電池とは異なって充放電可能な電池をいい、セルラーホン、ノート型パソコン、カムコーダなどの先端電子器機分野で広く使われている。
特に、リチウム二次電池は、ポータブル電子装備の電源として多く使われているニッケル−カドミウム電池や、ニッケル−水素電池より電圧が高く、単位重量当りエネルギー密度も高いという長所があって、その需要が増加しつつある。このようなリチウム二次電池は主に、正極活物質としてリチウム系酸化物、負極活物質としては炭素材を使っている。一般的には、電解質の種類によって液体電解質電池と高分子電解質電池とに分類され、液体電解質を使う電池をリチウムイオン電池といい、高分子電解質を使う電池をリチウムポリマー電池という。また、リチウム二次電池は様々な形状に製造されているが、代表的な形状としては、円筒状と、角形と、ポーチ型とを挙げられる。
通常、正極板と負極板との間に分離膜を挿入し、これらを共に螺旋状に巻き取ったジェリーロール状の巻き取り型電極組み立て体、または分離膜を介して複数の正極板と負極板とを積層して形成された積層型電極組み立て体をリチウム二次電池に多く使っている。例えば、円筒状電池は、巻き取り型電極組み立て体を円筒状カンに収納し、電解質を注入した後で密封するものであり、角形電池は、前記巻き取り型電極組み立て体や積層型電極組み立て体を押圧して扁平にした後、角形カンに収納したものである。また、ポーチ型電池は、前記巻き取り型電極組み立て体や積層型電極組み立て体を電解質と共にポーチ型外装材で包装したものである。このような巻き取り型電極組み立て体において、正極板及び負極板からそれぞれ正極タブ及び負極タブが電極組み立て体の外部に引き出され、二次電池の正極及び負極に連結される。
本発明の課題は、エネルギー密度を向上させて電池の形状をさらに自由に構成できる巻き取り型電極組み立て体及びこれを備える二次電池を提供することである。
本発明の一実施形態による電極組み立て体は、第１電極板、第２電極板及び、前記第１電極板と第２電極板との間に介在された分離膜を共に巻き取って形成され、巻回軸に平行な外部表面及び巻回軸に垂直な２個の互いに対向する側面を備える電極ジェリーロールと、前記第１電極板と電気的に連結され、前記電極ジェリーロールの巻回軸方向に引き出される第１電極タブと、前記第２電極板と電気的に連結され、前記電極ジェリーロールの巻回軸と平行な方向に引き出される第２電極タブと、を備え、前記第１電極タブと第２電極タブのうち少なくとも一つの一端部は、引き出し方向から逆方向に折り曲げられて前記電極ジェリーロールの外部表面に対向して配置される。
前記第１電極板は、第１電極集電体及び前記第１電極集電体に塗布された第１活物質を含み、前記第２電極板は、第２電極集電体及び前記第２電極集電体に塗布された第２活物質を含み、前記第１電極タブは、前記第１活物質が塗布されていない前記第１電極集電体の電極無地部に固定されており、前記第２電極タブは、前記第２活物質が塗布されていない前記第２電極集電体の電極無地部に固定されている。
前記第１電極板は、第１電極集電体及び前記第１電極集電体に塗布された第１活物質を含み、前記第２電極板は、第２電極集電体及び前記第２電極集電体に塗布された第２活物質を含み、前記第１電極タブは、前記第１電極集電体の長手方向に垂直に突設している前記第１電極集電体の電極無地部の一部であり、前記第２電極タブは、前記第２電極集電体の長手方向に垂直に突設している前記第２電極集電体の電極無地部の一部である。
前記第１電極タブ及び前記第２電極タブは、それぞれリードタブとして機能するように構成される。
前記電極ジェリーロールの巻回軸と平行な外部表面は、互いに対向する扁平な上部表面と下部表面とを備え、前記電極ジェリーロールは、前記上部表面と下部表面との間の２個の曲面をさらに備える。
前記第１電極タブ及び前記第２電極タブは、同じ一つの側面から引き出される。
前記第１電極タブ及び前記第２電極タブは、互いに反対の２個の側面からそれぞれ引き出される。
一実施形態において、前記第１電極タブを巻回軸方向に延ばした線と、前記第２電極タブを巻回軸方向に延ばした線とが互いに一致する。
他の実施形態において、前記第１電極タブを巻回軸方向に延ばした線と、前記第２電極タブを巻回軸方向に延ばした線とが互いに一致しない。
前記第１電極板と第１電極タブとが連結される部分の位置と、前記第２電極板と第２電極タブとが連結される部分の位置とが、前記電極ジェリーロールの高さ方向に互いに異なる。
前記第１電極タブは、前記上部表面と対向して折り曲げられ、前記第２電極タブは、前記下部表面と対向して折り曲げられる。
前記第１電極タブと前記第２電極タブのうち少なくとも一つは、前記電極ジェリーロールの内部に埋め込められた第１タブ部、前記側面のうち一つに対向する第２タブ部、及び前記上部表面または下部表面に対向する第３タブ部を備え、前記第１タブ部及び第３タブ部は、巻回軸方向に延びており、前記第２タブ部は、前記第１タブ部と第３タブ部とが互いに重畳しないように巻回軸に垂直な方向に延びている。
前記第１電極タブと前記第２電極タブのうち少なくとも一つは、前記第３タブ部から巻回軸に垂直な方向に延びている第４タブ部をさらに備える。
前記第１電極板は、第１電極集電体及び前記第１電極集電体に塗布された第１活物質を含み、前記第２電極板は、第２電極集電体及び前記第２電極集電体に塗布された第２活物質を含み、前記第１活物質が塗布されずに前記電極ジェリーロールの外部に露出されている前記第１電極集電体の電極無地部の端部が前記第１電極タブを形成し、前記第２活物質が塗布されずに前記電極ジェリーロールの外部に露出されている前記第２電極集電体の電極無地部の端部が前記第２電極タブを形成する。
前記電極ジェリーロールの外部に露出されている前記第１電極集電体の電極無地部の端部、及び前記電極ジェリーロールの外部に露出されている前記第２電極集電体の電極無地部の端部のうち少なくとも一つは巻回軸方向に引き出されるように折り畳まれている。
巻回軸方向に引き出されるように折り畳まれている前記第１電極集電体または第２電極集電体の電極無地部の端部の一部が、引き出し方向から逆方向に折り曲げられている。
前記第１電極板は、第１電極集電体及び前記第１電極集電体に塗布された第１活物質を含み、前記第２電極板は、第２電極集電体及び前記第２電極集電体に塗布された第２活物質を含み、前記第１活物質が塗布されていない前記第１電極集電体の電極無地部の端部が前記電極ジェリーロールの外部表面を形成する。
前記第２電極タブの一部は、前記電極ジェリーロールの内部に埋め込められて前記電極ジェリーロールの内部から引き出され、前記第１電極タブは、外部に露出されている前記第１電極集電体の電極無地部の端部上に配置されている。
一つの電極ジェリーロールに対して複数の第１電極タブ及び第２電極タブが配置されている。
前記電極ジェリーロールの外部表面に対向する前記第１電極タブと前記第２電極タブのうち少なくとも一端部は、巻回軸に平行な第１部分、及び巻回軸に垂直して前記電極ジェリーロールの外部表面に平行な方向に前記第１部分から延びている第２部分を備える。
前記電極ジェリーロールの外部表面に対向する前記第１電極タブと第２電極タブのうち少なくとも一つの一端部は、巻回軸に垂直し、かつ前記電極ジェリーロールの外部表面に垂直な方向に前記第２部分から延びている第３部分をさらに備える。
前記第１電極タブと第２電極タブとの長さが互いに異なる。
前記電極組み立て体は、前記第１電極タブと電気的に連結される第１導線、及び前記第２電極タブと電気的に連結される第２導線をさらに備える。
前記電極組み立て体は、前記第１導線と電気的に連結される第１リードタブ、及び前記第２導線と電気的に連結される第２リードタブをさらに備える。
前記第１導線及び前記第２導線はシート状に形成され、前記第１及び第２導線の幅は厚さの１０倍ないし１００００倍である。
前記第１導線及び前記第２導線は、アルミニウム、銅、ステンレススチール、ニッケルのうち少なくとも一つを含む。
前記電極組み立て体は、前記第１電極タブと電気的に連結される第１リードタブ、及び前記第２電極タブと電気的に連結される第２リードタブをさらに備える。
前記電極組み立て体は、複数の電極ジェリーロール及び前記複数の電極ジェリーロールにそれぞれ配置された複数の第１電極タブ及び第２電極タブを備え、前記複数の電極ジェリーロールが電気的に直列に連結されている。
前記電極ジェリーロールの巻回軸と平行な外部表面は、互いに対向する上部表面と下部表面とを備え、前記電極ジェリーロールは、前記上部表面と下部表面との間の２個の曲面をさらに備え、前記上部表面と下部表面との間隔が一定であり、前記上部表面及び下部表面が折り曲げられている。
前記電極ジェリーロールの外部表面に対向して配置された前記第１電極タブと第２電極タブのうち少なくとも一端部と、前記電極ジェリーロールの外部表面との間隔は１ｍｍ以内である。
前記電極ジェリーロールの外部表面に対向して配置された前記第１電極タブと第２電極タブのうち少なくとも一端部の折り曲げられた部分において、最小曲率半径は０．００６ないし５ｍｍの範囲にある。
また、他の実施形態による電極組み立て体は、第１電極板と第２電極板との間に分離膜が位置するように前記第１電極板、第２電極板及び分離膜を積層して形成され、積層方向に垂直な外部表面及び積層方向に平行であり、かつ互いに対向する２個の側面を備える電極積層体と、前記第１電極板と電気的に連結され、前記電極積層体の２個の側面のうちいずれか一つの側面に引き出される第１電極タブと、前記第２電極板と電気的に連結され、前記電極積層体の２個の側面のうちいずれか一つの側面に引き出される第２電極タブと、を備え、前記第１電極タブと第２電極タブのうち少なくとも一端部は、引き出し方向から逆方向に折り曲げられて前記電極積層体の外部表面に対向して配置される。
前記電極組み立て体は、前記第１電極タブと電気的に連結され、かつ前記電極積層体の外部表面に対向する第１導線、及び前記第２電極タブと電気的に連結され、かつ前記電極積層体の外部表面に対向する第２導線をさらに備える。
前記電極積層体は、複数の第１電極板及び複数の第２電極板を備え、前記複数の第１電極板にそれぞれ電気的に連結された複数の第１電極タブが、互いに接合されて前記電極積層体の外部表面に共に折り曲げられており、前記複数の第２電極板にそれぞれ電気的に連結された複数の第２電極タブが、互いに接合されて前記電極積層体の外部表面に共に折り曲げられている。
前記第１電極タブは、前記電極積層体のいずれか一つの側面に引き出された第１部分、及び前記電極積層体の外部表面及び前記いずれか一つの側面に同時に対向して略９０°折り畳まれている第２部分を備え、前記第１電極タブの第１部分と第２部分とが、前記電極積層体の前記いずれか一つの側面で互いに接合されている。
前記第１電極タブの第１部分は、前記第２部分の端部領域の対向する両表面を取り囲むように略１８０°折り畳まれている。
また、さらに他の実施形態による二次電池は、電極組み立て体と、前記電極組み立て体を包装する外装材と、前記外装材内で前記電極組み立て体と共に包装される電解質と、を備える。前記電極組み立て体は、第１電極板、第２電極板、及び前記第１電極板と第２電極板との間に介在された分離膜を共に巻き取って形成され、巻回軸に平行な外部表面及び巻回軸に垂直な２個の互いに対向する側面を備える電極ジェリーロールと、前記第１電極板と電気的に連結され、前記電極ジェリーロールの巻回軸方向に引き出される第１電極タブと、前記第２電極板と電気的に連結され、前記電極ジェリーロールの巻回軸方向に引き出される第２電極タブと、を備える。前記第１電極タブと第２電極タブのうち少なくとも一端部は、引き出し方向から逆方向に折り曲げられて前記電極ジェリーロールの外部表面に対向して配置される。
前記電極組み立て体の第１電極タブまたは第２電極タブの少なくとも一部、または前記第１電極タブまたは第２電極タブに連結された第１リードタブまたは第２リードタブの少なくとも一部が、前記外装材の外部に突設している。
さらに他の実施形態による電子機器は、二次電池を備える。前記二次電池は、電極組み立て体と、前記電極組み立て体を包装する外装材と、前記外装材内で前記電極組み立て体と共に包装される電解質と、を備え、前記電極組み立て体は、第１電極板、第２電極板、及び前記第１電極板と第２電極板との間に介在された分離膜を共に巻き取って形成され、巻回軸に平行な外部表面及び巻回軸に垂直な２個の互いに対向する側面を備える電極ジェリーロールと、前記第１電極板と電気的に連結され、前記電極ジェリーロールの巻回軸方向に引き出される第１電極タブと、前記第２電極板と電気的に連結され、前記電極ジェリーロールの巻回軸方向に引き出される第２電極タブと、を備え、前記第１電極タブと第２電極タブのうち少なくとも一端部は、引き出し方向から逆方向に折り曲げられて前記電極ジェリーロールの外部表面に対向して配置される。
一実施形態による電極組み立て体の構成を概略的に示す斜視図である。 図１に示された電極組み立て体で使われる正極板の一部を概略的に示す平面図である。 図１に示された電極組み立て体で使われる負極板の一部を概略的に示す平面図である。 多様な実施形態による電極組み立て体の構成を概略的に示す斜視図である。 多様な実施形態による電極組み立て体の構成を概略的に示す斜視図である。 多様な実施形態による電極組み立て体の構成を概略的に示す斜視図である。 多様な実施形態による電極組み立て体の構成を概略的に示す斜視図である。 多様な実施形態による電極組み立て体の構成を概略的に示す斜視図である。 多様な実施形態による電極組み立て体の構成を概略的に示す斜視図である。 多様な実施形態による電極組み立て体の構成を概略的に示す斜視図である。 多様な実施形態による電極組み立て体の構成を概略的に示す斜視図である。 多様な実施形態による電極組み立て体の構成を概略的に示す斜視図である。 多様な実施形態による電極組み立て体の構成を概略的に示す斜視図である。 多様な実施形態による電極組み立て体の構成を概略的に示す斜視図である。 多様な実施形態による電極組み立て体の構成を概略的に示す斜視図である。 多様な実施形態による電極組み立て体の構成を概略的に示す斜視図である。 多様な実施形態による電極組み立て体の構成を概略的に示す斜視図である。 図１７に示された電極組み立て体で使われる正極板及び負極板の一部をそれぞれ概略的に示す平面図である。 図１７に示された電極組み立て体で使われる正極板及び負極板の一部をそれぞれ概略的に示す平面図である。 図１７に示された電極組み立て体で使われる正極板及び負極板の一部をそれぞれ概略的に示す平面図である。 さらに他の多様な実施形態による電極組み立て体の構成を概略的に示す斜視図である。 さらに他の多様な実施形態による電極組み立て体の構成を概略的に示す斜視図である。 さらに他の多様な実施形態による電極組み立て体の構成を概略的に示す斜視図である。 さらに他の多様な実施形態による電極組み立て体の構成を概略的に示す斜視図である。 さらに他の多様な実施形態による電極組み立て体の構成を概略的に示す斜視図である。 複数の電極ジェリーロールを並列に連結した他の実施形態による電極組み立て体を概略的に示す斜視図である。 複数の電極ジェリーロールを並列に連結した他の実施形態による電極組み立て体を概略的に示す斜視図である。 複数の電極ジェリーロールを直列に連結した他の実施形態による電極組み立て体を概略的に示す斜視図である。 複数の電極ジェリーロールを積層した後、並列に連結した他の実施形態による電極組み立て体を概略的に示す斜視図である。 さらにた他の実施形態による電極組み立て体を概略的に示す斜視図である。 さらにた他の実施形態による電極組み立て体を概略的に示す斜視図である。 さらにた他の実施形態による電極組み立て体を概略的に示す斜視図である。 湾曲している電極ジェリーロールを持つさらに他の実施形態による電極組み立て体を概略的に示す斜視図である。 図３２に示された複数の湾曲している電極ジェリーロールを並列に連結した他の実施形態による電極組み立て体を概略的に示す斜視図である。 一実施形態による二次電池の構成を概略的に示す図面である。 比較例による二次電池の構成を概略的に示す図面である。 比較例による二次電池の構成を概略的に示す図面である。 さらに他の実施形態による電極組み立て体を概略的に示す斜視図である。 図３７に示された電極組み立て体の電極積層体を概略的に示す断面図である。 さらに他の実施形態による電極組み立て体を概略的に示す斜視図である。 複数の電極積層体を並列に連結した他の実施形態による電極組み立て体を概略的に示す斜視図である。 さらに他の実施形態による電極組み立て体を概略的に示す斜視図である。 さらに他の実施形態による電極組み立て体を概略的に示す斜視図である。
以下、添付した図面を参照して、電極組み立て体及びこれを備える二次電池について詳細に説明する。以下の図面で同じ参照符号は同じ構成要素を示し、図面上で各構成要素のサイズは説明の明瞭性及び便宜のため誇張されている。
図１は、一実施形態による電極組み立て体１００の構成を概略的に示す斜視図である。図１を参照すれば、本実施形態による電極組み立て体１００は、角形の電極ジェリーロール１０、及び前記電極ジェリーロール１０から引き出される第１及び第２電極タブ２１、２２を備える巻き取り型電極組み立て体でありうる。ここで、第１電極タブ２１と第２電極タブ２２のうち少なくとも一端部は、引き出し方向から逆方向に折り曲げられて電極ジェリーロール１０の外部表面に対向して配置される。図１には、例示的に第１電極タブ２１と第２電極タブ２２とがいずれも電極ジェリーロール１０の外部表面に対向すると図示されているが、図４に示したように、いずれか一つの電極タブ２１、２２のみ電極ジェリーロール１０の外部表面に対向してもよい。
電極ジェリーロール１０は、第１電極板、第２電極板、及び前記第１電極板と第２電極板との間に介在された分離膜を共に巻き取った後で押圧し、図１に示されたように、扁平な角形に作ったものである。ここで、前記巻き取られた電極ジェリーロール１０を押圧する前に、テープ１５などで巻き取られた電極ジェリーロール１０を仕上げて電極ジェリーロール１０が解けないようにする。このような電極ジェリーロール１０の外部表面は、巻回軸と平行な上部表面１０ａ及び下部表面１０ｅを備える。また、電極ジェリーロール１０は、巻回軸に垂直な２個の互いに対向する側面１０ｄ、１０ｆ、及び上部表面１０ａと下部表面１０ｅとの間の２個の曲面１０ｂ、１０ｃを持つ。上部表面１０ａ及び下部表面１０ｅは扁平な表面に形成され、上部表面１０ａと下部表面１０ｅとの間隔が一定になっている。
第１電極タブ２１は、第１電極板と電気的に連結され、第２電極タブ２２は、第２電極板と電気的に連結されている。また、図１に示されたように、第１及び第２電極タブ２１、２２は、電極ジェリーロール１０の両側面１０ｄ、１０ｆから電極ジェリーロール１０の巻回軸方向にそれぞれ引き出される。第１電極タブ２１は、巻回軸に垂直な第１側面１０ｄから引き出された後、端部が電極ジェリーロール１０の上部表面１０ａに対向するように略１８０°（すなわち、引き出し方向から逆方向に）折り畳まれる。また、第２電極タブ２２は、巻回軸に垂直な第２側面１０ｆから引き出された後、端部が電極ジェリーロール１０の上部表面１０ａに対向するように略１８０°折り畳まれる。
ここで、第１電極タブ２１及び第２電極タブ２２の折り曲げ部位において、最小曲率半径は約０．００６ｍｍないし５ｍｍの範囲にある。最小曲率半径がそれよりさらに小さい場合には、電極タブ２１、２２の破損する恐れが増加し、それよりさらに大きい場合には、電極タブ２１、２２が側面１０ｄ、１０ｆ方向に過度に突出して電池のエネルギー密度が低くなる。また、電極タブ２１、２２の端部は、前記電極ジェリーロール１０の上部表面１０ａに密着してもよく、少し間隔を置いて離れていてもよい。例えば、電極タブ２１、２２の端部と上部表面１０ａとの間隔が大き過ぎる場合には電池のエネルギー密度が低くなるという点を考慮すれば、電極タブ２１、２２の端部と上部表面１０ａとの間隔は１ｍｍ以内である。
図２及び図３は、図１の電極ジェリーロール１０で使われる電極板１１、１２及び電極タブ２１、２２の構成を概略的に示している。先ず、図２を参照すれば、第１電極板１１は、例えば、正極板である。この場合、第１電極板１１は、一方向に長く延びた基板の役割を行う電極集電体１１ａと、その上に塗布された正極活物質１１ｂとを備える。正極活物質１１ｂにはまた、導電材及びバインダーがさらに混合されてもよい。第１電極タブ２１は、正極活物質１１ｂが塗布されていない電極集電体１１ａの一部領域（すなわち、正極無地部）に固定される。例えば、第１電極タブ２１は、電極集電体１１ａに溶接または半田付けされる。
また、図３を参照すれば、第２電極板１２は、例えば、負極板である。この場合、第２電極板１２は、電極集電体１２ａ及びその上に塗布された負極活物質１２ｂを備える。負極活物質１２ｂにも、バインダー及び導電材がさらに混合される。第２電極タブ２２は、負極活物質１２ｂが塗布されていない電極集電体１２ａの一部領域（すなわち、負極無地部）に固定される。例えば、第２電極タブ２２は、電極集電体１２ａに溶接または半田付けされる。
電極ジェリーロール１０は、図２及び図３に示された第１及び第２電極板１１、１２の間に分離膜（示されない）を介在させ、これらを第１及び第２電極タブ２１、２２が固定されている部分から巻き取って形成される。これにより、第１及び第２電極タブ２１、２２の一部は電極ジェリーロール１０の内部に埋め込められ、残りの一部は電極ジェリーロール１０の外部に露出される。前述したように、電極ジェリーロール１０を押圧して扁平な角形に作った後には、第１電極タブ２１または第２電極タブ２２の露出部分を折り曲げて、電極ジェリーロール１０の外部表面、すなわち、上部表面１０ａや下部表面１０ｅに対向させる。
このような本実施形態によれば、第１及び第２電極タブ２１、２２の電極組み立て体１００の側面方向への突出を制限することで、電極組み立て体１００を備える二次電池の形状をさらに自由に構成する。よって、開示された実施形態による二次電池を採用した電子装備は、さらに自由な形状を持つことができる。特に、形態的多様性の要求される移動用電子機器に好適な形態の外形を持つ二次電池を構成でき、二次電池のエネルギー密度がさらに向上する。
一方、図１には、第１及び第２電極タブ２１、２２が、電極ジェリーロール１０の両側面１０ｄ、１０ｆから電極ジェリーロール１０の巻回軸と完全に平行な方向に引き出されると示されているが、必ずしもこれに限定されるものではない。必要に応じて、第１及び第２電極タブ２１、２２のうち少なくとも一つは、電極ジェリーロール１０の巻回軸に対して傾いた方向に引き出されてもよい。電極ジェリーロール１０の両側面１０ｄ、１０ｆから引き出される第１及び第２電極タブ２１、２２の引き出し方向が巻回軸方向の成分を含むならば、第１及び第２電極タブ２１、２２は、いかなる角度でも引き出されうる。
図４ないし図１７及び図２１ないし図２５は、多様な変形された実施形態による電極組み立て体の構成を概略的に示す斜視図である。
先ず、図４を参照すれば、前述したように、第１電極タブ２１及び第２電極タブ２２とも電極ジェリーロール１０の外部表面に対向するものではなく、図４に示されたように、いずれか一つの電極タブ２１のみ電極ジェリーロール１０の外部表面に対向する。
また、図１には、第１電極タブ２１及び第２電極タブ２２が、互いに反対の２個の側面１０ｄ、１０ｆからそれぞれ引き出されると示されているが、図５に示されたように、第１電極タブ２１及び第２電極タブ２２が同じ一つの側面１０ｄから引き出されてもよい。ここで、電極ジェリーロール１０の外部表面上での第１電極タブ２１と第２電極タブ２２との長さが同一であっても、図６に示されたように、互いに異なってもよい。
また、図１には、第１電極タブ２１及び第２電極タブ２２とも電極ジェリーロール１０の上部表面１０ａと対向して折り曲げられているが、必ずしもこれに限定されるものではない。例えば、図７を参照すれば、第１電極タブ２１は、上部表面１０ａと対向して折り曲げられ、第２電極タブ２２は、電極ジェリーロール１０の下部表面１０ｅと対向して折り曲げられる。
第１電極タブ２１及び第２電極タブ２２が、電極ジェリーロール１０の互いに反対の２個の側面１０ｄ、１０ｆからそれぞれ引き出される場合、図１に示されたように、第１電極タブ２１と第２電極タブ２２とが交互に配置される。すなわち、第１電極タブ２１を巻回軸方向に延ばした線と、第２電極タブ２２を巻回軸方向に延ばした線とが互いに一致しない。しかし、図８に示されたように、第１電極タブ２１と第２電極タブ２２とが互いに対向して配置されてもよい。すなわち、第１電極タブ２１を巻回軸方向に延ばした線と、第２電極タブ２２を巻回軸方向に延ばした線とが互いに一致する。この場合、第１電極板１１と第１電極タブ２１とが連結される部分の位置と、第２電極板１２と第２電極タブ２２とが連結される部分の位置とが、電極ジェリーロール１０の高さ方向において互いに異なる。よって、図９に示されたように、電極ジェリーロール１０の上部表面１０ａに垂直な方向から見た時、電極ジェリーロール１０の内部に埋め込められた第１電極タブ２１と第２電極タブ２２との部分が互いに重なっていることもある。
また、図１０に示されたように、第１電極タブ２１及び第２電極タブ２２が同じ一つの側面１０ｄから引き出されつつ、第１電極板１１と第１電極タブ２１とが連結される部分の位置と、第２電極板１２と第２電極タブ２２とが連結される部分の位置とが、電極ジェリーロール１０の高さ方向において互いに異なる。すなわち、第１電極タブ２１が引き出される電極ジェリーロール１０の高さと、第２電極タブ２２が引き出される電極ジェリーロール１０の高さとが互いに異なる。
また、図１１を参照すれば、一つの電極ジェリーロール１０に対して複数の第１電極タブ２１及び第２電極タブ２２が配置される。図１１には、３個の第１電極タブ２１が電極ジェリーロール１０の第１側面１０ｄから引き出され、３個の第２電極タブ２２が電極ジェリーロール１０の第２側面１０ｆから引き出されると示されている。また、３個の第１電極タブ２１と第２電極タブ２２とが互いに対向して配置されるように示されている。しかし、前述したように、複数の第１及び第２電極タブ２１、２２が一つの側面から引き出されても、または反対の側面にそれぞれ引き出された複数の第１及び第２電極タブ２１、２２が交互に配置されてもよい。
これまでは、電極ジェリーロール１０の外部表面に対向している第１及び第２電極タブ２１、２２の端部が単純な一直線状であると説明したが、必要に応じて多様な形態で第１及び第２電極タブ２１、２２の端部を変形できる。
例えば、図１２を参照すれば、第１及び第２電極タブ２１、２２の端部は、電極ジェリーロール１０の一側曲面１０ｃに向かって１回折り曲げられる。すなわち、第１及び第２電極タブ２１、２２の端部は、巻回軸方向に延びる第１部分２３、２６、及び第１部分２３、２６から巻回軸に垂直な方向に延びる第２部分２４、２７をそれぞれ備える。ここで、第１部分２３、２６は、巻回軸に対して傾いて配置されてもよく、第２部分２４、２７は、巻回軸に垂直な方向に対して傾いて配置されてもよい。また、第１部分２３、２６及び第２部分２４、２７は、いずれも電極ジェリーロール１０の外部表面、例えば、上部表面１０ａに平行な方向に延びる。図１２に示されたように、第２部分２４、２７は、電極ジェリーロール１０の曲面１０ｃを超えて電極ジェリーロール１０の外方に突出する。
また、図１３に示されたように、第１及び第２電極タブ２１、２２の端部は、巻回軸に垂直、かつ電極ジェリーロール１０の上部表面１０ａに垂直な方向に第２部分２４、２７からそれぞれ延びた第３部分２５、２８をさらに備える。例えば、第３部分２５、２８は、上部表面１０ａに対して垂直に突出して立てられる。
たとえ図１２及び図１３には、第１及び第２電極タブ２１、２２の端部がいずれも第２部分２４、２７及び第３部分２５、２８を持つと示されていたとしても、第１及び第２電極タブ２１、２２のうちいずれか一つの端部のみ第２部分２４、２７または第３部分２５、２８を持ってもよい。また、図１２及び図１３には、第２部分２４、２７が同一方向に折り曲げられたように示されているが、互いに逆方向に折り曲げられてもよい。例えば、第１電極タブ２１の第２部分２４は、一側曲面１０ｃに向かって折り曲げられ、第２電極タブ２２の第２部分２７は、反対側曲面１０ｂに向かって折り曲げられてもよい。
また、図１４を参照すれば、第１及び第２電極タブ２１、２２において、電極ジェリーロール１０内に埋め込められた部分と、電極ジェリーロール１０の外部表面に対向する部分とが互いに重畳しないように構成されてもよい。例えば、第１及び第２電極タブ２１、２２は、電極ジェリーロール１０の内部に埋め込められた第１タブ部２１ａ、２２ａ、電極ジェリーロール１０の側面１０ｄに対向する第２タブ部２１ｂ、２２ｂ、及び電極ジェリーロール１０の外部表面に対向する第３タブ部２１ｃ、２２ｃを備える。ここで、第１タブ部２１ａ、２２ａ及び第３タブ部２１ｃ、２２ｃは、巻回軸方向に延びており、第２タブ部２１ｂ、２２ｂは、第１タブ部２１ａ、２２ａと第３タブ部２１ｃ、２２ｃとが互いに重畳しないように巻回軸に垂直な方向に延びている。このようにすることで、第１及び第２電極タブ２１、２２が配置された位置で電極組み立て体１００の厚さが過度に厚くなることを防止する。図１４には、２個の第２タブ部２１ｂ、２２ｂとも同じ側面１０ｄと対向すると示されているが、第１電極タブ２１が第１側面１０ｄに引き出され、かつ第２電極タブ２２が第２側面１０ｆに引き出される場合には、２個の第２タブ部２１ｂ、２２ｂが互いに反対の側面１０ｄ、１０ｆと対向してもよい。また、第３タブ部２１ｃ、２２ｃとも上部表面１０ａに配置される代りに、第１電極タブ２１の第３タブ部２１ｃは上部表面１０ａに配置され、第２電極タブ２２の第３タブ部２２ｃは下部表面１０ｅに配置されてもよい。
図１４に示された第１及び第２電極タブ２１、２２の全体的な形状は一直線状ではないが、一直線状の電極タブ２１、２２でも、図１４に示されたものと同じ効果を奏する。例えば、図１５に示されたように、一直線状の電極タブ２１、２２において側面１０ｄと対向する部分を連続して９０°ずつ折り畳んで、第１タブ部２１ａ、２２ａと第３タブ部２１ｃ、２２ｃとを互いに重畳させない。
また、図１６を参照すれば、第１及び第２電極タブ２１、２２は、巻回軸に垂直な方向に第３タブ部２１ｃ、２２ｃから延びる第４タブ部２１ｄ、２２ｄをさらに備える。第４タブ部２１ｄ、２２ｄは、電極ジェリーロール１０の外部表面、例えば、上部表面１０ａに平行な方向に延びる。このような第４タブ部２１ｄ、２２ｄは、電極ジェリーロール１０の曲面１０ｂを超えて電極ジェリーロール１０の外方に突出してもよい。
図１７は、第１及び第２電極タブ２１、２２が電極ジェリーロール１０で使われる電極板１１、１２と一体に形成された例を示している。図１８及び図１９は、図１７の電極ジェリーロール１０で使われる電極板１１、１２及び電極タブ２１、２２の構成を概略的に示している。
先ず、図１８を参照すれば、第１電極板１１は、例えば、正極板である。この場合、第１電極板１１は、一方向に長く延びた基板の役割を行う電極集電体１１ａと、その上に塗布された正極活物質１１ｂとを備える。正極活物質１１ｂにはまた、導電材及びバインダーがさらに混合されてもよい。図１８に示されたように、第１電極タブ２１は、第１電極集電体１１ａの長手方向に垂直に突設している第１電極集電体１１ａの一部である。このような第１電極タブ２１は、正極活物質１１ｂが塗布されていない第１電極集電体１１ａの端部（すなわち、正極無地部）から突設する。同様に、図１９に示されたように、第２電極タブ２２は、第２電極集電体１２ａの長手方向に垂直に突設している第２電極集電体１２ａの一部である。このような第２電極タブ２２は、負極活物質１２ｂが塗布されていない第２電極集電体１２ａの端部（すなわち、負極無地部）から突設する。
また、図２０に示されたように、第１電極集電体１１ａの正極無地部の一部を切開した後、第１電極集電体１１ａの長手方向に垂直な方向に突出するように前記切開された正極無地部の一部を折り曲げることで、第１電極タブ２１を形成することもできる。図示されてはいないが、第２電極集電体１２ａについても、図２０に示された方式で処理することで第２電極タブ２２を形成できる。すなわち、第２電極集電体１２ａの負極無地部の一部を切開し、第２電極集電体１２ａの長手方向に垂直な方向に突出するように、前記切開された負極無地部の一部を折り曲げることで第２電極タブ２２を形成できる。
一方、図２１を参照すれば、前述した実施形態による電極組み立て体は、第１電極タブ２１と電気的に連結され、かつ巻回軸に垂直な方向に延びている第１導線３１、及び第２電極タブ２２と電気的に連結され、かつ巻回軸に垂直な方向に延びている第２導線３２をさらに備える。第１及び第２導線３１、３２は、例えば、巻回軸に垂直な方向に延びるが、これに限定されるものではない。図２１には、第１及び第２導線３１、３２が右側の曲面１０ｃに突出していると示されているが、左側の曲面１０ｂに突出してもよい。また、図２１には、図１７に示された実施形態の電極組み立て体が示されているが、他の実施形態による電極組み立て体にも導線３１、３２が配置される。このような導線３１、３２は、短冊のシート状に形成される。例えば、導線３１、３２の幅は、厚さの１０倍以上、例えば、約５０倍ないし１００００倍ほどである。このようなシート状の導線３１、３２は、複数の電極ジェリーロール１０をフレキシブルに連結する時に有用である。また、導線３１、３２の材料は、例えば、アルミニウム、銅、ステンレススチール、ニッケルのうち少なくとも一つを含む。特に、正極に連結される導線３１の材料としては、アルミニウム、ステンレススチールなどを使え、負極に連結される導線３２の材料としては、銅、ステンレススチール、ニッケルなどを使える。このような導線３１、３２の材料は、電極タブ２１、２２の材料にも適用される。
また、図２２に示されたように、前述した実施形態による電極組み立て体は、導線３１、３２の代りにリードタブ４１、４２を備えてもよい。すなわち、電極組み立て体は第１電極タブ２１と電気的に連結され、かつ巻回軸に垂直な方向に延びている第１リードタブ４１、及び第２電極タブ２２と電気的に連結され、かつ巻回軸に垂直な方向に延びている第２リードタブ４２をさらに備える。例えば、第１及び第２リードタブ４１、４２は巻回軸に垂直な方向に延びるが、これに限定されるものではない。リードタブ４１、４２は、電極組み立て体をポーチのような外装材で包装して二次電池を形成する時、二次電池の電極端子を電極組み立て体の電極タブ２１、２２に連結する役割を行える。リードタブ４１、４２の中間部分には、外装材と共に結合して電極組み立て体を密封させるために、ポリプロピレン（ＰＰ）のような熱可塑性材料４３が付着する。しかし、別途のリードタブ４１、４２を使わず、第１及び第２電極タブ２１、２２がそれ自体でリードタブの役割を行えるようにしてもよい。例えば、第１及び第２電極タブ２１、２２の端部近くに熱可塑性材料４３を付着してリードタブとして使ってもよい。
また、図２３に示されたように、前述した実施形態による電極組み立て体は、導線３１、３２及びリードタブ４１、４２をいずれも備える。例えば、電極組み立て体は、第１電極タブ２１と電気的に連結される第１導線３１、第２電極タブ２２と電気的に連結される第２導線３２、第１導線３１と電気的に連結される第１リードタブ４１、及び第２導線３２と電気的に連結される第２リードタブ４２を備える。ここで、第１及び第２導線３１、３２と、前記第１及び第２リードタブ４１、４２とは、例えば、巻回軸に垂直な方向に延びるが、これに限定されるものではない。
一方、別途の電極タブ２１、２２を使わず、図２及び図３に示された電極板１１、１２のみで電極タブ２１、２２の機能を行えるようにすることができる。例えば、図２４を参照すれば、一実施形態による電極組み立て体は、第１電極板１１、第２電極板１２、及び前記第１電極板１１と第２電極板１２との間に介在された分離膜１３を共に巻き取って形成された角形の電極ジェリーロール１０を備える。ここで、正極活物質１１ｂが塗布されておらず、かつ電極ジェリーロール１０の外部に露出されている第１電極集電体１１ａの端部が第１電極タブ２１の役割を行える。同様に、負極活物質１２ｂが塗布されておらず、かつ電極ジェリーロール１０の外部に露出されている第２電極集電体１２ａの端部が第２電極タブ２２の役割を行える。
すなわち、図２４に示された実施形態で、第１電極タブ２１は、電極ジェリーロール１０の外部表面に対向して配置される第１電極集電体１１ａの電極無地部の露出された端部であり、第２電極タブ２２は、電極ジェリーロール１０の外部表面に対向して配置される第２電極集電体１２ａの電極無地部の露出された端部である。ここで、電極ジェリーロール１０の外部に露出されている第１電極集電体１１ａの端部及び第２電極集電体１２ａの端部がそれぞれ所定の形態に折り畳まれている。例えば、図２４に示されたように、第１電極集電体１１ａの端部及び第２電極集電体１２ａの端部が、電極ジェリーロール１０の巻回軸と平行な方向にそれぞれ略９０°折り畳まれているので、巻回軸と平行な方向に引き出される第１電極タブ２１及び第２電極タブ２２の役割を行える。また、図２４を参照すれば、電極ジェリーロール１０の巻回軸と平行な方向にそれぞれ折り畳まれた第１電極集電体１１ａの端部の一部及び第２電極集電体１２ａの端部の一部が、再び引き出し方向から逆方向に略１８０°折り畳まれているということが分かる。
また、図２５を参照すれば、角形電極ジェリーロール１０の外部表面が第１電極集電体１１ａで形成される。例えば、図２５に示された電極組み立て体１１０は、第１電極板１１、第２電極板１２、及び前記第１電極板１１と第２電極板１２との間に介在された分離膜を共に巻き取って形成された角形の電極ジェリーロール１０、前記第１電極板１１と電気的に連結され、かつ電極ジェリーロール１０の外部表面に配置された第１電極タブ２１、及び第２電極板１２と電気的に連結され、かつ電極ジェリーロール１０の巻回軸と平行な方向に引き出される第２電極タブ２２を備える。ここで、正極活物質１１ｂが塗布されておらず、かつ電極ジェリーロール１０の外部に露出されている第１電極集電体１１ａの電極無地部の端部が電極ジェリーロール１０の外部表面を取り囲んでいる。この場合、第２電極タブ２２の一部は、電極ジェリーロール１０の内部に埋め込められていて、電極ジェリーロール１０の内部から引き出される一方、第１電極タブ２１は、外部に露出されている第１電極集電体１１ａの電極無地部の端部上に形成される。図２５に示されたように、第１電極タブ２１及び第２電極タブ２２は、電極ジェリーロール１０の巻回軸と平行な方向に引き出される。図２５では、第１電極タブ２１のみ引き出し方向から逆方向に折り曲げられていると示されているが、第２電極タブ２２も引き出し方向から逆方向に折り曲げられる。
図２６Ａ及び図２６Ｂは、複数の電極ジェリーロール１０を並列に連結した他の実施形態による電極組み立て体１２０を概略的に示す斜視図である。図２６Ａを参照すれば、電極組み立て体１２０は、複数の電極ジェリーロール１０、及び前記複数の電極ジェリーロール１０にそれぞれ配置された複数の第１及び第２電極タブ２１、２２を備える。例えば、このような複数の電極ジェリーロール１０は、導線３１、３２を通じて電気的に並列に連結される。このために、巻回軸に垂直な方向に延びた一つの第１導線３１が複数の第１電極タブ２１と電気的に連結されており、巻回軸に垂直な方向に延びた一つの第２導線３２が複数の第２電極タブ２２と電気的に連結される。そして、第１導線３１及び第２導線３２には、それぞれ第１リードタブ４１及び第２リードタブ４２が連結されてもよい。
第１及び第２電極タブ２１、２２と第１及び第２導線３１、３２との連結は、図２６Ｂに示されたように、第１及び第２電極タブ２１、２２を電極ジェリーロール１０の外部表面上に折り曲げる前に行われる。例えば、電極ジェリーロール１０から巻回軸方向に引き出された第１及び第２電極タブ２１、２２に第１及び第２導線３１、３２を連結した後、第１及び第２導線３１、３２を電極ジェリーロール１０の外部表面上に付着することで第１及び第２電極タブ２１、２２が自然に折り曲げられるようにする。
また、複数の電極ジェリーロール１０は、複数の導線３１、３２を通じて電気的に直列に連結されてもよい。図２７を参照すれば、電極組み立て体１３０は、電気的に直列に連結された複数の電極ジェリーロール１０を備える。複数の電極ジェリーロール１０には、複数の第１及び第２電極タブ２１、２２がそれぞれ一対ずつ配置され、複数の導線３１、３２が、隣接している両電極ジェリーロール１０の間の電極タブ２１、２２を連結する。例えば、一つの第１導線３１は、隣接している両電極ジェリーロール１０の間の２個の第１電極タブ２１を電気的に連結する。そして、第２導線３２は、第１導線３１と行き違う方式で、隣接している両電極ジェリーロール１０の間の２個の第２電極タブ２２を電気的に連結する。
図２６Ａ及び図２７に示された実施形態によれば、複数の電極ジェリーロール１０間の電気的連結の信頼性が高いため、信頼性及び耐久性の高いフレキシブル電池の具現も可能である。このように構成したフレキシブル電池は、折り畳み可能であり、かつ高いエネルギー密度を持つ。また、複数の電極ジェリーロール１０間の電気的連結工程が簡便なため、大容量電池の生産工程を単純化してコストダウンできる。
また、図２１に示された電極組み立て体を、互いに重なるように積層してもよい。例えば、図２８を参照すれば、電極組み立て体１４０は、積層された複数の電極ジェリーロール１０、複数の電極ジェリーロール１０にそれぞれ配置された複数の第１及び第２電極タブ２１、２２、及び前記第１及び第２電極タブ２１、２２にそれぞれ電気的に連結された複数の第１及び第２導線３１、３２を備える。
図２６Ａの実施形態では、第１及び第２電極タブ２１、２２が電極ジェリーロール１０の互いに反対の側面１０ｄ、１０ｆに引き出された場合を示している。しかし、第１及び第２電極タブ２１、２２が電極ジェリーロール１０の同一側面１０ｄに引き出される場合にも、複数の電極ジェリーロール１０を連結できる。図２９を参照すれば、電極組み立て体１５０は、複数の電極ジェリーロール１０、長さの互いに異なる複数の第１電極タブ２１と第２電極タブ２２、及び複数の第１電極タブ２１の一部を覆うように形成された絶縁性フィルム１６を備える。例えば、第２電極タブ２２は、第１電極タブ２１より長く形成される。絶縁性フィルム１６は、第２電極タブ２２の端部を除いた残りの部分を覆う。第１電極タブ２１は、絶縁性フィルム１６上に配置される。次いで、第１導線３１を第１電極タブ２１及び絶縁性フィルム１６上に配置し、第２導線３２を第２電極タブ２２の端部上に配置する。よって、正極と負極との短絡なしに第１導線３１を第１電極タブ２１に連結でき、第２導線３２を第２電極タブ２２に連結できる。
また、図３０を参照すれば、電極組み立て体は、複数の電極ジェリーロール１０、電極ジェリーロール１０の同一側面１０ｄに引き出され、長さの互いに異なる複数の第１電極タブ２１と第２電極タブ２２、第１電極タブ２１に連結される第１導線３１、第２電極タブ２２に連結される第２導線３２、及び第２電極タブ２２と第１導線３１との間にそれぞれ配置される複数の絶縁性フィルム１６を備える。図３０に示されたように、複数の電極ジェリーロール１０上に第１導線３１及び第２導線３２が先ず配置される。そして、長さの長い第２電極タブ２２は、第１導線３１上を通って第２導線３２と連結され、長さの短い第１電極タブ２１は、第１導線３１に連結される。この時、第２電極タブ２２と第１導線３１との電気的短絡を防止するために、第２電極タブ２２と第１導線３１との間には絶縁性フィルム１６がそれぞれ配置される。また、第１導線３１の長さは第２導線３２の長さより短い。よって、図３０で最左側に配置されている電極ジェリーロール１０上で、第１導線は第１電極タブ２１のみに接触し、第２電極タブ２２とは重畳しないので、最左側に配置されている電極ジェリーロール１０には絶縁性フィルム１６が要らない。一方、図３０では、第２導線３２が第２電極タブ２２の下側に配置されていると示されているが、第２電極タブ２２を先に配置し、第２導線３２を後で配置して第２導線３２が第２電極タブ２２の上側に配置されてもよい。また、第１導線３１の下方に第１電極タブ２１が配置されてもよい。
また、図３１に示された電極組み立て体１７０は、複数の電極ジェリーロール１０、複数の第１電極タブ２１と第２電極タブ２２、及び複数の第１電極タブ２１を覆うように形成された絶縁性フィルム１６を備える。本実施形態で、絶縁性フィルム１６は、複数の第１電極タブ２１、及び前記複数の第１電極タブ２１に連結された第１導線３１の全体を覆うように形成される。絶縁性フィルム１６上には、複数の第２電極タブ２２及び前記複数の第２電極タブ２２に連結された第２導線３２が配置される。この場合、第１電極タブ２１及び第２電極タブ２２の長さは、互いに同じか、または異なる。また、第１導線３１及び第２導線３２の幅は電極ジェリーロール１０の幅とほぼ同一である。絶縁性フィルム１６の幅は、第１導線３１及び第２導線３２の幅より若干大きい。
図３２は、湾曲している電極ジェリーロール１０’を持つさらに他の実施形態による電極組み立て体１８０を概略的に示す斜視図である。図３２を参照すれば、電極ジェリーロール１０’は、巻回軸と平行な上部表面１０ａと下部表面１０ｅ、巻回軸に垂直な２個の互いに対向する側面１０ｄ、１０ｆ、及び上部表面１０ａと下部表面１０ｅとの間の２個の曲面１０ｂ、１０ｃを備える。そして、前記上部表面１０ａと下部表面１０ｅとの間隔はほぼ一定であり、上部表面１０ａ及び下部表面１０ｅが湾曲する。図３２に示されたように、上部表面１０ａ及び下部表面１０ｅを湾曲させる軸は、電極ジェリーロール１０’の巻回軸と平行している。よって、電極タブ２１、２２と電極板１１、１２とが連結される部分のストレスは制限的である。このような電極ジェリーロール１０’は、第１電極板、第２電極板及び前記第１電極板と第２電極板との間に介在された分離膜を共に巻き取った後、曲面状の器具で押圧して湾曲形状を持つように形成される。
図３３は、図３２に示された複数の湾曲している電極ジェリーロール１０’を並列に連結した実施形態による電極組み立て体１９０を概略的に示す斜視図である。図３３には湾曲している電極ジェリーロール１０’のみ示されているが、必要に応じて扁平な電極ジェリーロール１０と湾曲している電極ジェリーロール１０’とを混合して連結してもよい。図３３に示された電極組み立て体１９０を用いれば、複合的な曲面を持つ電池の具現が可能であり、このような電池は、身体に着用できる装置（ｗｅａｒａｂｌｅ ｄｅｖｉｃｅ）の電源として用いられる。例えば、曲面を持ち、かつ折り曲げることができて手首などにはめられる形態の電池を具現できる。
これまで、多様な例による電極組み立て体１００、１１０、１２０、１３０、１４０、１５０、１６０、１７０、１８０の構成について説明した。開示された電極組み立て体１００、１１０、１２０、１３０、１４０、１５０、１６０、１７０、１８０は、モバイル器機（例えば、携帯電話、スマートフォン、タブレットパソコン、ノート型パソコン、電子本端末機、遠隔調整器など）のように形態的要素が重要な電子機器の電源、柔軟さの要求される電子機器（例えば、フレキシブルスマートフォン、壊れないスマートフォン、フレキシブルタブレットパソコン、電子本端末機、着用可能な装置など）の電源、またはバッテリー関連システムの空間を効率的に活用せねばならない自動車用電池や電力保存装置で有用に適用される。以下、前述した説明に基づいた電極組み立て体１００、１１０、１２０、１３０、１４０、１５０、１６０、１７０、１８０を実際に具現した実施例について簡単に説明する。
正極活物質としてＬｉＣｏＯ２、バインダーとしてポリビニリデンフルオライド（ＰＶＤＦ）、導電材としてカーボンを使い、順次にそれぞれ９２：４：４の重量比で混合し、Ｎ−メチル−２−ピロリドンに分散させて正極活物質層組成物を製造した。前記正極活物質層組成物を厚さ１３．５μｍのアルミニウムホイルに両面コーティングし、乾燥及び圧延して正極を製造した。
負極活物質としては黒煙、第１バインダーとしてはスチレン−ブタジエンラバー（ＳＢＲ）、第２バインダーとしてはカルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）を使い、順次にそれぞれ９８：１：１の重量比で混合し、水に分散させて負極活物質層組成物を製造した。前記負極活物質層組成物を厚さ８μｍの銅ホイルに両面コーティングし、乾燥及び圧延して負極を製造した。
前記のように製造した正極と負極との間にポリエチレン分離膜を介在して電極ジェリーロール１０を製作した。電極ジェリーロール１０の巻回開始部である中心部で、正極と負極との金属ホイル集電体及び電極タブを溶接して巻回軸方向に平行に配置し、電極ジェリーロール１０を巻き取った後、テープを用いて電極ジェリーロール１０の最外部エッジを固定させた。そして、互いに反対の側面に突出した正極及び負極の電極タブをそれぞれ１８０゜ほど折り曲げて外部表面に密着させた。また、正極及び負極の電極タブをもう一回折り曲げて電極タブのエッジを曲面側に突出させた。ここで、電極ジェリーロール１０の両曲面部間の最長の長さが約４０ｍｍ、両方の対向する両側面間の長さが約２０ｍｍになるように電極組み立て体を製作した。
一方、エチレンカーボネート（ＥＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）の混合体積比が３：７の混合溶液に１．３Ｍ濃度のＬｉＰＦ６を溶解して電解質を製造した。前述した電極組み立て体をポーチ（ＤＮＰ社製のＤ−ＥＬ３５Ｈ、以下、すべての実施例及び比較例で同じポーチを使う）で取り囲んで前記電解質を充填した後、真空シーリングしてラミネート電池を製造した。外部に突出したタップ部分を除いて測定した時、完成された電池の長さは４９．５ｍｍ、幅は２４．０ｍｍ、最大厚さは２．７８ｍｍであり、測定された放電エネルギーは約８２２ｍＷｈであり、エネルギー密度は約２４９Ｗｈ／ｌであった（直方体基準）。
実施例１の電池を、内部曲率半径５０ｍｍの湾曲形状を持つように折り曲げた。この時に測定された放電エネルギーは、約８３５ｍＷｈであった。
［比較例１］
実施例１と同様に負極及び正極を製造した。前記正極と負極との間にポリエチレン分離膜を介在し、電極ジェリーロールを製作した。電極ジェリーロールの巻回開始部である中心部で、正極と負極との金属ホイル集電体及び電極タブをそれぞれ溶接し、巻回軸方向と平行に配置し、電極ジェリーロールを巻き取った後、テープを用いて電極ジェリーロールの最外部エッジを固定させた。電極タブが電極ジェリーロールの側面に引き出された状態そのままで電極組み立て体を完成した。電極ジェリーロールの両曲面部間の最長の長さが約４０ｍｍ、両側の対向する両側面部間の長さが約２０ｍｍであった。
前記のような電極組み立て体をポーチで取り囲み、実施例１に使ったものと同じ電解質を充填した後、真空シーリングしてラミネート電池を製造した。外部に突出したタップ部分を除いて測定した時、完成された電池の長さは４４．５ｍｍ、幅は３０．０ｍｍ、最大の厚さは２．７６ｍｍであった。測定された放電エネルギーは、約８３３ｍＷｈであり、エネルギー密度は、約２２６Ｗｈ／ｌであった（直方体基準）。
［比較例２］
比較例１の電池を、内部曲率半径５０ｍｍの湾曲形状を持つように折り曲げた。この時、測定された放電エネルギーは、約８２３ｍＷｈであった。
以上で調べたように、実施例１の場合、電極ジェリーロール形状において、電極タブと導線との連結方向を変更することで、比較例１に比べてエネルギー密度が向上した。実施例２のように湾曲型電池で構成した場合、リードタブ引き出し方向によって有用な電池形状が得られる。実施例２の形状が直方体ではなく、比較例２と直接エネルギー密度を比較はしていないが、それぞれ実施例１及び比較例１の電池を湾曲させて形成したほど、エネルギー密度の側面でも向上したと判断できる。特に、電池リードタブの引き出し方向を考慮すれば、電池が電子機器内で持つ空間活用の有用性の差はさらに大きいといえる。
実施例１と同様に正極及び負極を製造した。前記正極と負極との間にポリエチレン分離膜を介在して電極ジェリーロールを製作した。電極ジェリーロールの巻回開始部である中心部で、正極と負極との金属ホイル集電体及び電極タブをそれぞれ溶接して巻回軸方向と平行に配置し、電極ジェリーロールを巻き取った後、テープを用いて電極ジェリーロールの最外部エッジを固定させた。正極タブ（３ｍｍ幅のアルミニウム）と負極タブ（３ｍｍ幅のニッケル）とは、電極ジェリーロールの互いに反対の側面に引き出した。正極板の幅は１９ｍｍ、負極板の幅は２１ｍｍ、分離膜の幅は２３ｍｍであり、完成後の電極ジェリーロールの長さ（すなわち、両側の対向する両側面間の距離）は２３ｍｍ、幅（すなわち、両曲面部間の距離）は８ｍｍ、厚さ（すなわち、上部表面と下部表面との間）は３．７ｍｍであった。
前記のような同じ電極ジェリーロールを総３個製作して、図３４に示されたような構造のラミネート電池を製造した。すなわち、隣接する電極ジェリーロールの曲面部間の最短間隔が２．５ｍｍになるように３個の電極ジェリーロールを一列に配置し、負極の導線として幅１０ｍｍ、厚さ１５μｍの２枚の銅ホイルを重ねて３個の負極タブとそれぞれ溶接し、正極の導線として幅１０ｍｍ、厚さ１５μｍの２枚のアルミニウムホイルを重ねて３個の正極タブとそれぞれ溶接した。電極ジェリーロールの側面近くで各タブを約１８０゜ほど折り曲げ、導線がそれぞれの電極ジェリーロールの外部表面にほぼ隣接するように配置した。正極及び負極導線のエッジに再び正極リードタブ４１と負極リードタブ４２とをそれぞれ溶接して連結することで、３個の電極ジェリーロールが並列に連結された電極組み立て体を完成した。
前記電極組み立て体を上部及び下部の２枚のポーチフィルムで取り囲み、実施例１の電解質を充填した後で真空シーリングしてラミネート電池を製造した。シーリング部の幅は、約５ｍｍを確保した。ポーチ５０の包装外部への電極リードタブ突出部を除いて完成された電池の長さ（電極ジェリーロールの配列方向）は４３ｍｍ、幅（電極ジェリーロールの巻回軸方向）は３３ｍｍ、厚さは４．２ｍｍであった。この時、測定された放電エネルギーは、約１０２２ｍＷｈであり、エネルギー密度は、約１７１Ｗｈ／ｌであった。
［比較例３］
実施例３と同様に電極ジェリーロールを製造し、正極タブ（３ｍｍ幅のアルミニウム）と負極タブ（３ｍｍ幅のニッケル）とを電極ジェリーロールの互いに反対の側面で引き出した。同じ電極ジェリーロールを総３個製作し、隣接する電極ジェリーロールの曲面部間の最短間隔が２．５ｍｍになるように、３個の電極ジェリーロールを一列に配置した。但し、実施例３とは異なって３個の電極ジェリーロールを並列に連結せず、図３５に示されたように、それぞれの電極タブ２１、２２を折り曲げず、いずれもポーチ５０の外部に引き出した。
上部及び下部の２枚のポーチフィルムで電極ジェリーロールを取り囲み、実施例１の電解質を充填した後、真空シーリングしてラミネート電池を製造した。シーリング部の幅は約５ｍｍを確保した。外部に引き出された３個の正極タブ２１は、被覆外径の約１ｍｍの電線に溶接して連結し、外部に引き出された３個の負極タブ２２は、被覆外径の約１ｍｍの電線に半田付けして連結した。ポーチ５０の包装外部への電線連結部まで含んで完成された電池の長さ（電極ジェリーロールの配列方向）は４１ｍｍ、幅（電極ジェリーロールの巻回軸方向）は４２ｍｍ、厚さは４．０ｍｍであった。この時、測定された放電エネルギーは約１００７ｍＷｈであり、エネルギー密度は約１４６Ｗｈ／ｌであった。
［比較例４］
実施例３と同様に電極ジェリーロールを製造し、正極タブ（３ｍｍ幅のアルミニウム）と負極タブ（３ｍｍ幅のニッケル）とを、電極ジェリーロールの互いに反対の側面に引き出した。同じ電極ジェリーロールを総３個製作し、隣接する電極ジェリーロールの曲面部間の最短間隔が２．５ｍｍになるように３個の電極ジェリーロールを一列に配置した。但し、実施例３とは異なって電極タブを折り曲げず、図３６に示されたように、リードタブ４１、４２を各極性の電極タブと溶接することで３個の電極ジェリーロールを並列に連結した。
このように製造した電極組み立て体を上部及び下部の２枚のポーチフィルムで取り囲み、実施例１の電解質を充填した後、真空シーリングしてラミネート電池を製造した。シーリング部の幅は約５ｍｍを確保した。ポーチ５０の包装外部への電極リードタブ突出部を除いて完成された電池の長さ（電極ジェリーロールの配列方向）は４２ｍｍ、幅（電極ジェリーロールの巻回軸方向）は４２ｍｍ、厚さは４．０ｍｍであった。この時、測定された放電エネルギーは約１０１４ｍＷｈであり、エネルギー密度は約１４４Ｗｈ／ｌであった。
実施例１と同様に正極及び負極を製造した。前記正極と負極との間にポリエチレン分離膜を介在して電極ジェリーロールを製作した。電極ジェリーロールの巻回開始部である中心部で、正極と負極との金属ホイル集電体及び電極タブをそれぞれ溶接して巻回軸方向と平行に配置し、電極ジェリーロールを巻き取った後、テープを用いて電極ジェリーロールの最外部エッジを固定させた。正極タブ（３ｍｍ幅のアルミニウム）と負極タブ（３ｍｍ幅のニッケル）とは、電極ジェリーロールの互いに反対の側面に引き出した。正極板の幅は１９ｍｍ、負極板の幅は２１ｍｍ、分離膜の幅は２３ｍｍであり、完成後の電極ジェリーロールの長さ（すなわち、両方の対向する両側面間の距離）は２３ｍｍ、幅（すなわち、両曲面部間の距離）は８ｍｍ、厚さ（すなわち、上部表面と下部表面との間）は３．３ｍｍであった。
前記のような同じ電極ジェリーロールを総３個製作して図３４に示されたような構造のラミネート電池を製造した。すなわち、隣接する電極ジェリーロールの曲面部間の最短間隔が２．５ｍｍになるように、３個の電極ジェリーロールを一列に配置し、負極の導線として幅１０ｍｍ、厚さ１５μｍの２枚の銅ホイルを重ねて３個の負極タブとそれぞれ溶接し、正極の導線として幅１０ｍｍ、厚さ１５μｍの２枚のアルミニウムホイルを重ねて３個の正極タブとそれぞれ溶接した。電極ジェリーロールの側面近くで各タブを約１８０゜ほど折り曲げ、導線がそれぞれの電極ジェリーロールの外部表面にほぼ隣接するように配置した。正極及び負極導線のエッジに再び正極リードタブ４１及び負極リードタブ４２をそれぞれ溶接して連結することで、３個の電極ジェリーロールが並列に連結された電極組み立て体を完成した。
前記電極組み立て体を上部及び下部の２枚のポーチフィルムで取り囲み、実施例１の電解質を充填した後、真空シーリングしてラミネート電池を製造した。シーリング部の幅は約５ｍｍを確保した。ポーチ５０の包装外部への電極リードタブ突出部を除いて完成された電池の長さ（電極ジェリーロールの配列方向）は４３ｍｍ、幅（電極ジェリーロールの巻回軸方向）は３３ｍｍ、厚さは３．８ｍｍであった。この時、電池を扁平に広げた状態で測定された放電エネルギーは９１５ｍＷｈであり、曲率半径１０ｍｍに折り曲げて状態で測定した放電エネルギーは９２２ｍＷｈであった。曲率半径１０ｍｍで１０００回折り曲げてから広げる動作を繰り返した後で測定した放電エネルギーは、９２０ｍＷｈであった。
前記のような実施形態で、放電容量はＴＯＹＯ ＳＹＳＴＥＭ社製のＴＯＳＣＡＴ−３０００システムで測定した。２５℃の条件で充電及び放電を進行し、カットオフ電圧は３．０ないし４．３５Ｖであった。実施例１、実施例２、比較例１、比較例２は、２４．４ｍＡで初期充放電を行った後、１２１．８ｍＡで放電エネルギーを測定した。また、実施形態３、比較例３、比較例４は、３０．７ｍＡで初期充放電を行った後、１５３．３ｍＡで放電エネルギーを測定した。実施形態４は、２５．０ｍＡで初期充放電を行った後、１２５．０ｍＡの電流で放電して放電エネルギーを測定した。
これまでは、角形のジェリーロールを含む巻き取り型電極組み立て体について説明したが、電極積層体を備える積層型電極組み立て体にも前述した構成が同様に適用される。例えば、図３７は、さらに他の実施形態による電極組み立て体２００を概略的に示す斜視図である。図３７を参照すれば、電極積層体７０、及び前記電極積層体７０から引き出される第１及び第２電極タブ６１、６２を備える。ここで、第１電極タブ６１と第２電極タブ６２のうち少なくとも一端部は、引き出し方向から逆方向に折り曲げられて電極積層体７０の外部表面に対向して配置される。図３７には、例示的に、第１電極タブ６１と第２電極タブ６２とがいずれも電極積層体７０の外部表面に対向すると示されているが、いずれか一つの電極タブ６１、６２のみが電極積層体７０の外部表面に対向してもよい。
図３８は、図３７に示された電極組み立て体２００の電極積層体７０を概略的に示す断面図である。図３８を参照すれば、電極積層体７０は、複数の第１電極板７２、７３、複数の第２電極板７５、７６、及び複数の第１電極板７２、７３と複数の第２電極板７５、７６との間にそれぞれ介在された複数の絶縁性分離膜７４を備える。図３８に示されたように、第１電極板７２、７３と第２電極板７５、７６との間に分離膜７４が位置するように、前記複数の第１電極板７２、７３、複数の分離膜７４及び複数の第２電極板７５、７６を積層することで電極積層体７０を形成する。図３８には、電極積層体７０の最下部及び最上部に第１電極板７２、７３が位置していると示されているが、必ずしもこれに限定されるものではない。また、それぞれの第１電極板７２、７３、第２電極板７５、７６、及び分離膜７４は平板状であるが、必ずしもこれに限定されるものではない。例えば、電極積層体７０を製作した後、これを折り曲げてもよい。また、電極積層体７０が、ただ一つの第１電極板７２、７３、分離膜７４及び第２電極板７５、７６のみを備えてもよい。第１電極板７２、７３、第２電極板７５、７６、分離膜７４のうち少なくとも一つの要素は、折り畳む方式で電極積層体７０を構成してもよい。例えば、分離膜７４を折り畳む方式で積層することで、複数の第１電極板７２、７３と複数の第２電極板７５、７６との間に、一つの湾曲して連結された分離膜７４が配置されて電極積層体７０を構成する。
また、電極積層体７０のそれぞれの第１電極板７２、７３は、第１電極集電体７２と、前記第１電極集電体７２に塗布された第１活物質層７３と、を備える。同様に、それぞれの第２電極板７５、７６は、第２電極集電体７５と、前記第２電極集電体７５に塗布された第２活物質層７６と、を備える。例えば、第１電極板７２、７３は、正極板であり、第１活物質層７３は、正極活物質と導電材及びバインダーが混合して形成される。そして、第２電極板７５、７６は、負極板であり、第２活物質層７６は、陰極活物質と導電材及びバインダーが混合して形成される。図３８には、電極積層体７０が、複数の分離された第１電極集電体７２と複数の分離された第２電極集電体７５とを備えると示されているが、ただ一つの第１電極集電体７２及び第２電極集電体７５のみを持つこともできる。
再び図３７を参照すれば、このような電極積層体７０の外部表面は、電極積層体７０の積層方向に垂直し、かつ互いに対向する上部表面７０ａ及び下部表面７０ｅを備える。また、電極積層体７０は、電極積層体７０の積層方向に平行であり、かつ互いに対向する第１側面７０ｄ及び第２側面７０ｆ、並びに電極積層体７０の積層方向に平行であり、かつ互いに対向する正面７０ｂ及び背面７０ｃを備える。上部表面７０ａ及び下部表面７０ｅは滑らかな表面で形成され、上部表面７０ａと下部表面７０ｅとの間隔が一定である。例えば、上部表面７０ａ及び下部表面７０ｅは、第１電極集電体７２と第２電極集電体７５のうちいずれか一つで構成される。第１側面７０ｄと第２側面７０ｆ、及び正面７０ｂと背面７０ｃには、第１電極板７２、７３、分離膜７４、及び第２電極板７５、７６のエッジが部分的に露出される。よって、第１側面７０ｄと第２側面７０ｆ及び正面７０ｂと背面７０ｃは、滑らかに連結された一つの表面ではなく、第１電極板７２、７３、分離膜７４、及び第２電極板７５、７６のエッジを連結した仮想の表面であるといえる。
第１電極タブ６１は、第１電極板７２、７３と電気的に連結され、第２電極タブ６２は、第２電極板７５、７６と電気的に連結される。図３７に示されたように、第１電極タブ６１は、電極積層体７０の第１側面７０ｄから第１側面７０ｄに垂直な方向に引き出される。そして、第１電極タブ６１は、その端部が電極積層体７０の上部表面７０ａに対向するように略１８０°（すなわち、引き出し方向から逆方向に）折り畳まれる。また、第２電極タブ６２は、電極積層体７０の第２側面７０ｆから第２側面７０ｆに垂直な方向に引き出される。次いで、第２電極タブ６２は、その端部が電極積層体７０の上部表面７０ａに対向するように略１８０°折り畳まれる。一方、図３７には、第１電極タブ６１及び第２電極タブ６２が、互いに反対側である第１側面７０ｄ及び第２側面７０ｆから引き出されると示されているが、第１電極タブ６１と第２電極タブ６２とがいずれも第１側面７０ｄから引き出されても、またはいずれも第２側面７０ｆに引き出されてもよい。
ここで、第１及び第２電極タブ６１、６２の端部は、電極積層体７０の上部表面７０ａに完全に密着されてもよく、若干の間隔を置いて離れていてもよい。第１及び第２電極タブ６１、６２の端部と上部表面７０ａとの間隔が大き過ぎる場合には、電池のエネルギー密度が低くなるという点を考慮する時、第１及び第２電極タブ７１、７２の端部と上部表面７０ａとの間隔は、例えば、１ｍｍ以内である。第１及び第２電極タブ６１、６２の端部が電極積層体７０の上部表面７０ａに接触する時の電気的短絡の発生を回避するために、電極積層体７０の上部表面７０ａには絶縁膜６５が配置されてもよい。
また、図３７に示されたように、電極積層体７０が複数の第１電極板７２、７３及び複数の第２電極板７５、７６を持つ場合、電極積層体７０の第１側面７０ｄから複数の第１電極タブ６１が引き出され、第２側面７０ｆから複数の第２電極タブ６２が引き出される。複数の第１電極タブ６１は、互いに接合されて電極積層体７０の上部表面７０ａに共に折り曲げられる。同様に、複数の第２電極タブ６２も、互いに接合されて電極積層体７０の上部表面７０ａに共に折り曲げられる。このような複数の第１電極タブ６１は、複数の第１電極板７２、７３とそれぞれ電気的に連結され、複数の第２電極タブ６２は、複数の第２電極板７５、７６とそれぞれ電気的に連結される。例えば、複数の第１電極タブ６１は、複数の第１電極集電体７２の電極無地部にそれぞれ接合されているか、または複数の第１電極集電体７２の電極無地部からそれぞれ一体型に延びたものでありうる。また、複数の第２電極タブ６２は、複数の第２電極集電体２５の電極無地部にそれぞれ接合されているか、または複数の第２電極集電体２５の電極無地部からそれぞれ一体型に延びたものでありうる。
一方、図３９を参照すれば、図３７に示された電極組み立て体２００は、第１電極タブ６１に電気的に連結される第１導線３１、及び第２電極タブ２２に電気的に連結される第２導線３２をさらに備える。図３９に示されたように、第１導線３１及び第２導線３２は、第１電極タブ６１及び第２電極タブ２２の引き出し方向に垂直な方向に延びる。図３９には、第１及び第２導線３１、３２が電極組み立て体２００の背面７０ｃから突出することが示されているが、正面７０ｂから突出してもよい。第１及び第２導線３１、３２は、短冊のシート状に形成される。例えば、第１及び第２導線３１、３２の幅は、厚さの１０倍以上、例えば、略５０倍ないし１００００倍である。これらのシート状の第１及び第２導線３１、３２は、複数の電極積層体７０をフレキシブルに連結する時に有用できる。また、図３９には、第１及び第２導線３１、３２がそれぞれ第１及び第２電極タブ６１、６２の下側に配置されると示されているが、第１及び第２電極タブ６１、６２の上側に配置されてもよい。
図４０は、複数の電極積層体７０を並列に連結した他の実施形態による電極組み立て体２１０を概略的に示す斜視図である。図４０を参照すれば、電極組み立て体２１０は、複数の電極積層体７０、及び前記複数の電極積層体７０にそれぞれ配置された複数の第１及び第２電極タブ６１、６２を備える。複数の電極積層体７０は、第１及び第２導線３１、３２を通じて電気的に並列に連結される。このために、第１電極タブ６１の引き出し方向に垂直な方向に延びた一つの第１導線３１が複数の第１電極タブ２１と電気的に連結されており、第２電極タブ６２の引き出し方向に垂直な方向に延びた一つの第２導線３２が複数の第２電極タブ２２と電気的に連結される。図４０には示されていないが、図２３に示された第１及び第２リードタブ４１、４２が第１及び第２導線３１、３２にそれぞれ連結される。図４０に示された電極組み立て体２１０を用いれば、信頼性及び耐久性の高いフレキシブル電池を具現でき、フレキシブル電池のエネルギー密度を高められる。
図４１は、さらに他の実施形態による電極組み立て体２２０を概略的に示す斜視図である。図４１に示された実施形態で、第１電極タブ６１と第２電極タブ６２とは、それぞれ２個の部分を備える。例えば、第１電極タブ６１は、電極積層体７０の第１側面７０ｄに引き出されて互いに接合されている複数の第１部分６１ａ、及び電極積層体７０の上部表面７０ａ及び第１側面７０ｄに同時に対向するように略９０°折り畳まれている第２部分６１ｂを備える。第１電極タブ６１の第１部分６１ａと第２部分６１ｂとは、電極積層体７０の第１側面７０ｄ上で互いに接合される。例えば、第１部分６１ａは、複数の第１電極集電体７２の電極無地部が電極積層体７０の第１側面７０ｄに突設されたものである。前記第１部分６１ａは、第２部分６１ｂの対向する２つの外部表面を取り囲むように略１８０°折り畳まれ、第２部分６１ｂは、第１部分６１ａが略１８０°折り畳まれて形成された溝内に挟み込まれる。
同様に、第２電極タブ６２は、電極積層体７０の第２側面７０ｆに引き出されて互いに接合されている複数の第１部分６２ａ、及び電極積層体７０の上部表面７０ａと第２側面７０ｆとに同時に対向するように略９０°折り畳まれている第２部分６２ｂを備える。第２電極タブ６２の第１部分６２ａと第２部分６２ｂとは、電極積層体７０の第２側面７０ｆ上で互いに接合される。例えば、第２電極タブ６２の第１部分６２ａは、複数の第２電極集電体７５の電極無地部が電極積層体７０の第２側面７０ｆに突設されたものである。第２電極タブ６２の第１部分６２ａは、第２部分６２ｂの端部領域の対向する両表面を取り囲むように略１８０°折り畳まれ、第２電極タブ６２の第２部分６２ｂは、第１部分６２ａが略１８０°折り畳まれて形成された溝内に挟み込まれる。
図４２に示されたように、図４１に示された電極組み立て体２２０も、第１電極タブ６１に電気的に連結される第１導線３１、及び第２電極タブ２２に電気的に連結される第２導線３２をさらに備える。例えば、第１導線３１は、電極積層体７０の上部表面７０ａで第１電極タブ６１の第２部分６１ｂに接合され、第２導線３２は、電極積層体７０の上部表面７０ａで第２電極タブ６２の第２部分６２ｂに接合される。また、第１導線３１及び第２導線３２を用いて、図４０に示された実施形態のように、図４１に示された複数の電極積層体７０を並列に連結する。これまで、本発明の理解を助けるために電極組み立て体及びこれを備える二次電池についての例示的な実施形態が説明され、添付された図面に示された。しかし、このような実施形態は単に本発明を例示するためのものであり、これを制限しないという点が理解されねばならない。そして、本発明は、図示されて説明された説明に限定されないという点が理解されねばならない。これは、多様な他の変形が当業者によりなされ得るからである。
本発明は、巻き取り型電極組み立て体及びこれを備える二次電池関連の技術分野に好適に用いられる。
１０、１０’ 電極ジェリーロール
１１、１２ 電極板
１３ 分離膜
１６ 絶縁性フィルム
２１、２２ 第１及び第２電極タブ
３１、３２ 導線
４１、４２ リードタブ
４３ 熱可塑性材料
５０ ポーチ
１００、１１０、１２０，１３０、１４０、１５０、１６０、１７０、１８０ 電極組み立て体

Claims (39)

  1. 第１電極板、第２電極板及び、前記第１電極板と第２電極板との間に介在された分離膜を共に巻き取って形成され、巻回軸に平行な外部表面及び巻回軸に垂直な２個の互いに対向する側面を備える電極ジェリーロールと、
    前記第１電極板と電気的に連結され、前記電極ジェリーロールの巻回軸方向に引き出される第１電極タブと、
    前記第２電極板と電気的に連結され、前記電極ジェリーロールの巻回軸方向に引き出される第２電極タブと、を備え、
    前記第１電極タブと第２電極タブのうち少なくとも一つの一端部は、引き出し方向から逆方向に折り曲げられて前記電極ジェリーロールの外部表面に対向して配置される電極組み立て体。
  2. 前記第１電極板は、第１電極集電体及び前記第１電極集電体に塗布された第１活物質を含み、前記第２電極板は、第２電極集電体及び前記第２電極集電体に塗布された第２活物質を含み、
    前記第１電極タブは、前記第１活物質が塗布されていない前記第１電極集電体の電極無地部に固定されており、前記第２電極タブは、前記第２活物質が塗布されていない前記第２電極集電体の電極無地部に固定されている請求項１に記載の電極組み立て体。
  3. 前記第１電極板は、第１電極集電体及び前記第１電極集電体に塗布された第１活物質を含み、前記第２電極板は、第２電極集電体及び前記第２電極集電体に塗布された第２活物質を含み、
    前記第１電極タブは、前記第１電極集電体の長手方向に垂直に突設している前記第１電極集電体の電極無地部の一部であり、前記第２電極タブは、前記第２電極集電体の長手方向に垂直に突設している前記第２電極集電体の電極無地部の一部である請求項１に記載の電極組み立て体。
  4. 前記第１電極タブ及び前記第２電極タブは、それぞれリードタブとして機能するように構成された請求項１に記載の電極組み立て体。
  5. 前記電極ジェリーロールの巻回軸と平行な外部表面は、互いに対向する扁平な上部表面と下部表面とを備え、前記電極ジェリーロールは、前記上部表面と下部表面との間の２個の曲面をさらに備える請求項１に記載の電極組み立て体。
  6. 前記第１電極タブ及び前記第２電極タブは、同じ一つの側面から引き出される請求項５に記載の電極組み立て体。
  7. 前記第１電極タブ及び前記第２電極タブは、互いに反対の２個の側面からそれぞれ引き出される請求項５に記載の電極組み立て体。
  8. 前記第１電極タブを巻回軸方向に延ばした線と、前記第２電極タブを巻回軸方向に延ばした線とが互いに一致する請求項７に記載の電極組み立て体。
  9. 前記第１電極タブを巻回軸方向に延ばした線と、前記第２電極タブを巻回軸方向に延ばした線とが互いに一致しない請求項７に記載の電極組み立て体。
  10. 前記第１電極板と前記第１電極タブとが連結される部分の位置と、前記第２電極板と前記第２電極タブとが連結される部分の位置とが、前記電極ジェリーロールの高さ方向に互いに異なる請求項５から９のいずれか一項に記載の電極組み立て体。
  11. 前記第１電極タブは、前記上部表面と対向して折り曲げられ、前記第２電極タブは、前記下部表面と対向して折り曲げられる請求項５から１０のいずれか一項に記載の電極組み立て体。
  12. 前記第１電極タブと前記第２電極タブのうち少なくとも一つは、前記電極ジェリーロールの内部に埋め込められた第１タブ部、前記側面のうち一つに対向する第２タブ部、及び前記上部表面または下部表面に対向する第３タブ部を備え、前記第１タブ部及び第３タブ部は、巻回軸方向に延びており、前記第２タブ部は、前記第１タブ部と第３タブ部とが互いに重畳しないように巻回軸に垂直な方向に延びている請求項５から１１のいずれか一項に記載の電極組み立て体。
  13. 前記第１電極タブと前記第２電極タブのうち少なくとも一つは、前記第３タブ部から巻回軸に垂直な方向に延びている第４タブ部をさらに備える請求項１２に記載の電極組み立て体。
  14. 前記第１電極板は、第１電極集電体及び前記第１電極集電体に塗布された第１活物質を含み、前記第２電極板は、第２電極集電体及び前記第２電極集電体に塗布された第２活物質を含み、
    前記第１活物質が塗布されずに前記電極ジェリーロールの外部に露出されている前記第１電極集電体の電極無地部の端部が前記第１電極タブを形成し、前記第２活物質が塗布されずに前記電極ジェリーロールの外部に露出されている前記第２電極集電体の電極無地部の端部が前記第２電極タブを形成する請求項１に記載の電極組み立て体。
  15. 前記電極ジェリーロールの外部に露出されている前記第１電極集電体の電極無地部の端部、及び前記電極ジェリーロールの外部に露出されている前記第２電極集電体の電極無地部の端部のうち少なくとも一つは巻回軸方向に引き出されるように折り畳まれている請求項１４に記載の電極組み立て体。
  16. 巻回軸方向に引き出されるように折り畳まれている前記第１電極集電体または第２電極集電体の電極無地部の端部の一部が、引き出し方向から逆方向に折り曲げられている請求項１５に記載の電極組み立て体。
  17. 前記第１電極板は、第１電極集電体及び前記第１電極集電体に塗布された第１活物質を含み、前記第２電極板は、第２電極集電体及び前記第２電極集電体に塗布された第２活物質を含み、
    前記第１活物質が塗布されていない前記第１電極集電体の電極無地部の端部が前記電極ジェリーロールの外部表面を形成する請求項１に記載の電極組み立て体。
  18. 前記第２電極タブの一部は、前記電極ジェリーロールの内部に埋め込められて前記電極ジェリーロールの内部から引き出され、前記第１電極タブは、外部に露出されている前記第１電極集電体の電極無地部の端部上に配置されている請求項１７に記載の電極組み立て体。
  19. 一つの電極ジェリーロールに対して複数の第１電極タブ及び第２電極タブが配置されている請求項１から１８のいずれか一項に記載の電極組み立て体。
  20. 前記電極ジェリーロールの外部表面に対向する前記第１電極タブと前記第２電極タブのうち少なくとも一つの一端部は、巻回軸に平行な第１部分、及び巻回軸に垂直して前記電極ジェリーロールの外部表面に平行な方向に前記第１部分から延びている第２部分を備える請求項１から１９のいずれか一項に記載の電極組み立て体。
  21. 前記電極ジェリーロールの外部表面に対向する前記第１電極タブと第２電極タブのうち少なくとも一つの一端部は、巻回軸に垂直し、かつ前記電極ジェリーロールの外部表面に垂直な方向に前記第２部分から延びている第３部分をさらに備える請求項２０に記載の電極組み立て体。
  22. 前記第１電極タブと第２電極タブとの長さが互いに異なる請求項１から２１のいずれか一項に記載の電極組み立て体。
  23. 前記第１電極タブと電気的に連結される第１導線、及び前記第２電極タブと電気的に連結される第２導線をさらに備える請求項１から２２のいずれか一項に記載の電極組み立て体。
  24. 前記第１導線と電気的に連結される第１リードタブ、及び前記第２導線と電気的に連結される第２リードタブをさらに備える請求項２３に記載の電極組み立て体。
  25. 前記第１導線及び前記第２導線はシート状に形成され、前記第１及び第２導線の幅は厚さの１０倍ないし１００００倍である請求項２３または２４に記載の電極組み立て体。
  26. 前記第１導線及び前記第２導線は、アルミニウム、銅、ステンレススチール、ニッケルのうち少なくとも一つを含む請求項２３から２５のいずれか一項に記載の電極組み立て体。
  27. 前記第１電極タブと電気的に連結される第１リードタブ、及び前記第２電極タブと電気的に連結される第２リードタブをさらに備える請求項１から２２のいずれか一項に記載の電極組み立て体。
  28. 複数の電極ジェリーロール及び前記複数の電極ジェリーロールにそれぞれ配置された複数の第１電極タブ及び第２電極タブを備え、前記複数の電極ジェリーロールが電気的に直列に連結されている請求項１から２７のいずれか一項に記載の電極組み立て体。
  29. 前記電極ジェリーロールの巻回軸と平行な外部表面は、互いに対向する上部表面と下部表面とを備え、前記電極ジェリーロールは、前記上部表面と下部表面との間の２個の曲面をさらに備え、前記上部表面と下部表面との間隔が一定であり、前記上部表面及び下部表面が折り曲げられている請求項１に記載の電極組み立て体。
  30. 前記電極ジェリーロールの外部表面に対向して配置された前記第１電極タブと第２電極タブのうち少なくとも一端部と、前記電極ジェリーロールの外部表面との間隔は１ｍｍ以内である請求項１から２９のいずれか一項に記載の電極組み立て体。
  31. 前記電極ジェリーロールの外部表面に対向して配置された前記第１電極タブと第２電極タブのうち少なくとも一端部の折り曲げられた部分において、最小曲率半径は０．００６ないし５ｍｍの範囲にある請求項１から３０のいずれか一項に記載の電極組み立て体。
  32. 第１電極板と第２電極板との間に分離膜が位置するように前記第１電極板、第２電極板及び分離膜を積層して形成され、積層方向に垂直な外部表面及び積層方向に平行であり、かつ互いに対向する２個の側面を備える電極積層体と、
    前記第１電極板と電気的に連結され、前記電極積層体の２個の側面のうちいずれか一つの側面に引き出される第１電極タブと、
    前記第２電極板と電気的に連結され、前記電極積層体の２個の側面のうちいずれか一つの側面に引き出される第２電極タブと、を備え、
    前記第１電極タブと第２電極タブのうち少なくとも一端部は、引き出し方向から逆方向に折り曲げられて前記電極積層体の外部表面に対向して配置される電極組み立て体。
  33. 前記第１電極タブと電気的に連結され、かつ前記電極積層体の外部表面に対向する第１導線、及び前記第２電極タブと電気的に連結され、かつ前記電極積層体の外部表面に対向する第２導線をさらに備える請求項３２に記載の電極組み立て体。
  34. 前記電極積層体は、複数の第１電極板及び複数の第２電極板を備え、前記複数の第１電極板にそれぞれ電気的に連結された複数の第１電極タブが、互いに接合されて前記電極積層体の外部表面に共に折り曲げられており、前記複数の第２電極板にそれぞれ電気的に連結された複数の第２電極タブが、互いに接合されて前記電極積層体の外部表面に共に折り曲げられている請求項３２または３３に記載の電極組み立て体。
  35. 前記第１電極タブは、前記電極積層体のいずれか一つの側面に引き出された第１部分、及び前記電極積層体の外部表面及び前記いずれか一つの側面に同時に対向して略９０°折り畳まれている第２部分を備え、前記第１電極タブの第１部分と第２部分とが、前記電極積層体の前記いずれか一つの側面で互いに接合されている請求項３２から３４のいずれか一項に記載の電極組み立て体。
  36. 前記第１電極タブの第１部分は、前記第２部分の端部領域の対向する両表面を取り囲むように略１８０°折り畳まれている請求項３５に記載の電極組み立て体。
  37. 電極組み立て体と、
    前記電極組み立て体を包装する外装材と、
    前記外装材内で前記電極組み立て体と共に包装される電解質と、を備え、
    前記電極組み立て体は、
    第１電極板、第２電極板、及び前記第１電極板と第２電極板との間に介在された分離膜を共に巻き取って形成され、巻回軸に平行な外部表面及び巻回軸に垂直な２個の互いに対向する側面を備える電極ジェリーロールと、
    前記第１電極板と電気的に連結され、前記電極ジェリーロールの巻回軸方向に引き出される第１電極タブと、
    前記第２電極板と電気的に連結され、前記電極ジェリーロールの巻回軸方向に引き出される第２電極タブと、を備え、
    前記第１電極タブと第２電極タブのうち少なくとも一端部は、引き出し方向から逆方向に折り曲げられて前記電極ジェリーロールの外部表面に対向して配置される二次電池。
  38. 前記電極組み立て体の第１電極タブまたは第２電極タブの少なくとも一部、または前記第１電極タブまたは第２電極タブに連結された第１リードタブまたは第２リードタブの少なくとも一部が、前記外装材の外部に突設している請求項３７に記載の二次電池。
  39. 二次電池を備える電子機器であり、
    前記二次電池は、
    電極組み立て体と、
    前記電極組み立て体を包装する外装材と、
    前記外装材内で前記電極組み立て体と共に包装される電解質と、を備え、
    前記電極組み立て体は、
    第１電極板、第２電極板、及び前記第１電極板と第２電極板との間に介在された分離膜を共に巻き取って形成され、巻回軸に平行な外部表面及び巻回軸に垂直な２個の互いに対向する側面を備える電極ジェリーロールと、
    前記第１電極板と電気的に連結され、前記電極ジェリーロールの巻回軸方向に引き出される第１電極タブと、
    前記第２電極板と電気的に連結され、前記電極ジェリーロールの巻回軸方向に引き出される第２電極タブと、を備え、
    前記第１電極タブと第２電極タブのうち少なくとも一端部は、引き出し方向から逆方向に折り曲げられて前記電極ジェリーロールの外部表面に対向して配置される電子機器。
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