JP2015512131A

JP2015512131A - 正極と負極の溶接部位の形状が異なる電極組立体及びそれを含む二次電池

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Publication number: JP2015512131A
Application number: JP2014559843A
Authority: JP
Inventors: ソ・ヒュン・リム; ソン・ミン・イ; ミン・ヒ・イ; ジェ・ヒュン・イ; デホン・キム; テ・ジン・パク; ジヒュン・キム
Original assignee: LG Chem Ltd
Current assignee: LG Chem Ltd
Priority date: 2012-04-16
Filing date: 2013-04-16
Publication date: 2015-04-23
Anticipated expiration: 2033-04-16
Also published as: JP6058037B2; EP2804239A4; US20140356704A1; CN104137303A; KR20130116835A; EP2804239A1; EP2804239B1; KR101517054B1; WO2013157823A1; US10103385B2; CN104137303B

Abstract

本発明は、交互に配置された複数の正極板及び負極板と；前記正極板と負極板との間に介在する分離膜と；前記複数の正極板にそれぞれ形成された複数の正極タブと;前記複数の負極板にそれぞれ形成された複数の負極タブと；前記複数の正極タブに結合される正極リードと；前記複数の負極タブに結合される負極リードと；を含み、前記電極タブが電極リードに結合された溶接形状が正極と負極において互いに異なるか、または前記正極タブと負極タブの種類は同一であり前記正極リードと負極リードの種類は異なることを特徴とする電極組立体を提供する。

Description

本発明は、正極と負極の溶接部位の形状が異なる電極組立体及びそれを含む二次電池に係り、より詳細には、本発明は、交互に配置された複数の正極板及び負極板と；前記正極板と負極板との間に介在する分離膜と；前記複数の正極板にそれぞれ形成された複数の正極タブ(ｔａｂ)と;前記複数の負極板にそれぞれ形成された複数の負極タブと；前記複数の正極タブに結合される正極リードと；前記複数の負極タブに結合される負極リードと；を含み、前記電極タブが電極リードに結合された溶接形状が正極と負極において互いに異なるか、または前記正極タブと負極タブの種類は同一であり前記正極リードと負極リードの種類は異なることを特徴とする電極組立体に関する。

モバイル機器に対する技術開発及び需要が増加するに伴い、エネルギー源としての二次電池に対する需要が急増しており、そのような二次電池の中でも、高いエネルギー密度と作動電位を示し、サイクル寿命が長く、自己放電率の低いリチウム二次電池が商用化されて広く使用されている。

また、最近は、環境問題への関心が高まるにつれて、大気汚染の主要原因の一つであるガソリン車両、ディーゼル車両などの化石燃料を使用する車両を代替し得る電気自動車（ＥＶ）、ハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）などに対する研究が多く行われている。このような電気自動車（ＥＶ）、ハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）などの動力源としては、主にニッケル水素金属（Ｎｉ−ＭＨ）二次電池が使用されているが、高いエネルギー密度、高い放電電圧及び出力安定性のリチウム二次電池を使用する研究が活発に行われており、一部は商用化されている。

リチウム二次電池は、集電体上にそれぞれ活物質が塗布されている正極と負極との間に多孔性の分離膜が介在された電極組立体に、リチウム塩を含む非水系電解質が含浸されている構造となっている。正極活物質は、主にリチウムコバルト系酸化物、リチウムマンガン系酸化物、リチウムニッケル系酸化物、リチウム複合酸化物などからなっており、負極活物質は、主に炭素系物質からなっている。

しかし、負極活物質として炭素系物質を用いたリチウム二次電池では、最初の充放電時に炭素系物質の層状構造内に挿入された一部のリチウムイオンにおいて非可逆容量が発生して、放電容量の低下がもたらされる。炭素材料は、酸化／還元電位がＬｉ／Ｌｉ^＋の電位に対して０．１Ｖ程度として低いため、負極の表面において非水電解液の分解が起こり、リチウムと反応して炭素材料の表面を被覆する層（ｐａｓｓｉｖａｔｉｎｇｌａｙｅｒまたはｓｏｌｉｄｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅｉｎｔｅｒｆａｃｅ；ＳＥＩ膜）が形成される。このようなＳＥＩ膜は、使用する電解液システムに応じてその厚さと境界面の状態が変わり、充放電特性にも影響を及ぼす。さらに、パワーツールなどのように高出力特性が要求される分野に使用される二次電池では、このような薄い厚さのＳＥＩ膜であっても、これによって抵抗が大きくなり、ＲＤＳ（ｒａｔｅｄｅｔｅｒｍｉｎｉｎｇｓｔｅｐ）となり得る。また、負極の表面にリチウム化合物が生成されることによって、充放電の反復によってリチウムの可逆容量が次第に減少して、放電容量が減少し、サイクル（ｃｙｃｌｅ）劣化が発生するという問題がある。

一方、構造的に安定的且つサイクル特性が良好な負極材として、リチウムチタン酸化物（ＬｉｔｈｉｕｍＴｉｔａｎｉｕｍＯｘｉｄｅ：ＬＴＯ）が検討されている。このようなＬＴＯを負極活物質として含むリチウム二次電池は、負極の酸化／還元電位がＬｉ／Ｌｉ^＋の電位に対して１．５Ｖ程度として相対的に高いので、電解液の分解がほとんど発生せず、結晶構造の安定性によってサイクル特性に優れる。

また、既存の負極活物質はＣｕホイルにコーティングしていたが、ＬＴＯを負極活物質として使用する場合、Ａｌホイルを使用することができる。

しかし、これにより、Ａｌホイルにコーティングしていた正極とＬＴＯ負極を肉眼で区分しにくくなり、Ａｌリードの使用が可能になることによって、ＬＴＯ負極を正極と誤認して、モジュールの組立時または電気的接続のための配線時に正極と負極の位置を混同し得るという問題がある。

したがって、このような要求を根本的に解決できる技術に対する必要性が非常に高い実情にある。

本発明は、上記のような従来技術の問題点及び過去から要請されてきた技術的課題を解決することを目的とする。

本出願の発明者らは、鋭意研究と様々な実験を重ねた結果、後述するように、正極と負極の溶接形状を異ならせ、又は正極リードと負極リードの種類を異ならせる場合、所望の効果を達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。

したがって、本発明は、交互に配置された複数の正極板及び負極板と；前記正極板と負極板との間に介在する分離膜と；前記複数の正極板にそれぞれ形成された複数の正極タブと；前記複数の負極板にそれぞれ形成された複数の負極タブと；前記複数の正極タブに結合される正極リードと；前記複数の負極タブに結合される負極リードと；を含み、前記電極タブが電極リードに結合された溶接形状が、正極と負極において互いに異なることを特徴とする電極組立体を提供する。

多数の電極板を電気的に接続して電極組立体を構成する電池では、一般に、電極板から突出している多数の電極タブを一つの電極リードに結合する方式で電気的接続がなされている。本発明では、このような電極タブと電極リードとの溶接部位の形状を、正極と負極において互いに異ならせて構成することで、肉眼でも正極と負極の識別を可能にすることができる。

このような溶接部位の形状は、上記のような識別が可能な形状であれば特に制限されるものではなく、例えば、平面視で、電極板の上端に平行な一つ以上の直線、電極板の上端に対して垂直な一つ以上の直線、電極板の上端に対して所定の角度で傾斜した一つ以上の斜線、一つ以上の円形、一つ以上の多角形などを含むが、これらに限定されるものではない。

溶接部位の形状が、電極板の上端に対して所定の角度で傾斜した一つ以上の斜線からなる場合、前記斜線の角度は、０°超過〜９０°未満、詳細には、１０°以上〜８０°以下、より詳細には、３０°以上〜６０°以下であってもよい。

前記正極タブと負極タブ、及び正極リードと負極リードを構成する素材は異なっていてもよいが、詳細には、同じ素材からなってもよく、例えば、前記素材はＡｌであってもよい。

本発明はまた、交互に配置された複数の正極板及び負極板と；前記正極板と負極板との間に介在する分離膜と；前記複数の正極板にそれぞれ形成された複数の正極タブと；前記複数の負極板にそれぞれ形成された複数の負極タブと；前記複数の正極タブに結合される正極リードと；前記複数の負極タブに結合される負極リードと；を含み、前記正極タブと負極タブの種類は同一であり、前記正極リードと負極リードの種類は異なる電極組立体を提供する。

一つの具体的な例において、前記電極タブの種類は限定されないが、詳細には、Ａｌからなってもよく、前記正極リードまたは負極リードの種類も限定されないが、これらのいずれか一方はＮｉリードであり、他方はＡｌリードであってもよい。

前記正極タブ及び負極タブの位置は限定されず、例えば、電極組立体の製造時に、平面視で、電極組立体の一側方向の端部に共に位置したり、または両側対向端部上にそれぞれ位置したり、または互いに直角方向の端部上に位置するように形成してもよい。

一方、上記のように、溶接形状を異ならせ、又は正極リードと負極リードの種類を異ならせる場合、モジュールの組立時または電気的接続のための配線時に正極と負極の識別は可能であるが、正極リード及び負極リードを正極タブ及び負極タブに溶接する場合に、正極タブと負極タブの素材が同一であれば、これらを肉眼で区分しにくく、したがって、交差溶接の可能性が高まるという問題がある。

したがって、本発明は、上記問題点を解決するために、一つの具体的な例において、前記正極タブと負極タブの形状を異ならせ、正極タブと負極タブを電極面に対して非対称的に位置させることができる。

前記正極タブと負極タブの形状は、互いに識別が可能であれば限定されず、例えば、互いに異なる多角形であってもよく、いずれか一方が円弧状の一側端部を有する形状であってもよく、正極リードと負極リードが電極面に対して非対称的に位置するように、折れ曲がった形状であってもよい。さらに、溶接が容易なように、溶接部位の幅が広い台形状、上向きにテーパーされた漏斗状、扇形状または茸状などであってもよい。

一方、本発明において、２つの電極タブが電極面に対して非対称的に位置しているということは、電極組立体の中心、すなわち、電極面の中心点を上下方向に通る軸に対して非対称的に偏向して配置されていることを意味する。

これにより、例えば、電極タブの位置が非対称的に位置する場合、電極組立体を半分に折る仮想的な状況を想定するとき、電極タブは互いに重ならなくなる。

一つの例において、前記正極タブと負極タブは、電極組立体の製造時に、前記正極タブが負極タブに比べて電極面に対して長い面に位置するように形成されるか、または前記負極タブが正極タブに比べて電極面に対して長い面に位置するように形成されてもよい。

上記のような構成からも、本発明の目的を全て達成することはできるが、正極と負極の識別をさらに容易にするために、一つの具体的な例において、前記正極リードと負極リードの形状を互いに異ならせ、又は正極リードと負極リードを電極面に対して非対称的に位置させることができる。

前記正極リードと負極リードの形状は、限定されず、例えば、互いに異なる多角形であってもよく、いずれか一方が円弧状の一側端部を有する形状であってもよい。

前記正極リードと負極リードを電極面に対して非対称的に位置させる方法は、限定されないが、正極リードまたは負極リードを折れ曲がった形状にして達成することができ、上記で言及したように、２つの電極タブを非対称的に位置させて達成することもできる。

前記電極タブと電極リードは、溶接される部位において、その幅が互いに同一であってもよく、または、電極タブの幅が電極リードの幅よりも広いかまたは電極リードの幅が電極タブの幅よりも広いことで互いに異なっていてもよい。ただし、その幅が互いに異なる場合には、電池ケースとしてパウチを使用するとき、その破れが問題となり得る。この場合、エッジ部分に絶縁テープなどを巻いてこれを防止することができる。

以下では、前記電極組立体のその他の成分について説明する。

前記正極板は、正極集電体上に正極活物質、導電材及びバインダーの混合物を塗布した後、乾燥及びプレスして製造され、必要によっては、前記混合物に充填剤をさらに添加することもある。

前記正極集電体は、一般に３〜５００μｍの厚さに製造する。このような正極集電体は、当該電池に化学的変化を誘発せずに高い導電性を有するものであれば、特に制限されるものではなく、例えば、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、またはアルミニウやステンレススチールの表面にカーボン、ニッケル、チタン、銀などで表面処理したものなどを使用することができる。集電体は、その表面に微細な凹凸を形成して正極活物質の接着力を高めることもでき、フィルム、シート、ホイル、ネット、多孔質体、発泡体、不織布体などの様々な形態が可能である。

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；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、ＬｉＦｅ_３Ｏ_４、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またはＧａであり、ｘ＝０．０１〜０．３である。）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−ｘＭ_ｘＯ_２（ここで、Ｍ＝Ｃｏ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｒ、ＺｎまたはＴａであり、ｘ＝０．０１〜０．１である。）またはＬｉ_２Ｍｎ_３ＭＯ_８（ここで、Ｍ＝Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、ＣｕまたはＺｎである。）で表されるリチウムマンガン複合酸化物；ＬｉＮｉ_ｘＭｎ_２−ｘＯ_４で表されるスピネル構造の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金属イオンで置換された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、これらに限定されるものではない。

一つの具体的な例において、前記正極活物質は、化学式１で表される高電位酸化物であるスピネル構造のリチウムマンガン複合酸化物であってもよい。

［化１］
Ｌｉ_ｘＭ_ｙＭｎ_２−ｙＯ_４−ｚＡ_ｚ

上記式中、０．９≦ｘ≦１．２、０＜ｙ＜２、０≦ｚ＜０．２であり、Ｍは、Ａｌ、Ｍｇ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｖ、Ｔｉ、Ｃｕ、Ｂ、Ｃａ、Ｚｎ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｓｒ、Ｓｂ、Ｗ、Ｔｉ及びＢｉからなる群から選択される一つ以上の元素であり；Ａは、−１または−２価の一つ以上のアニオンである。

詳細には、前記リチウムマンガン複合酸化物は、下記化学式２で表されるリチウムニッケルマンガン複合酸化物であってもよく、より詳細には、ＬｉＮｉ_０．５Ｍｎ_１．５Ｏ_４またはＬｉＮｉ_０．４Ｍｎ_１．６Ｏ_４であってもよい。

［化２］
Ｌｉ_ｘＮｉ_ｙＭｎ_２−ｙＯ_４

上記式中、０．９≦ｘ≦１．２、０．４≦ｙ≦０．５である。

他の例において、前記正極活物質は、下記化学式３〜４から選択された１種以上の酸化物であってもよく、詳細には、ＬｉＮｉ_１／３Ｍｎ_１／３Ｃｏ_１／３Ｏ_２、ＬｉＮｉ_０．６Ｃｏ_０．２Ｍｎ_０．２Ｏ_２、ＬｉＮｉ_０．８Ｃｏ_０．１Ｍｎ_０．１Ｏ_２、ＬｉＭｎ_２Ｏ_４からなる群から選択される１種以上の酸化物であってもよい。

［化３］
Ｌｉ_１＋ｘ’Ｎｉ_{１−ｙ’−ｚ’−ｔ}Ｍｎ_ｙ’Ｃｏ_ｚ’Ｍ’_ｔＯ_２−ｗＡ’_ｗ

上記式中、−０．２＜ｘ’＜０．２、０≦ｙ’≦０．４、０≦ｚ’≦０．４、０≦ｔ≦０．２、０≦ｗ≦０．０５、Ｍ’＝Ｆｅ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｖなどの第一遷移金属（ｆｉｒｓｔｒｏｗｔｒａｎｓｉｔｉｏｎｍｅｔａｌ）、Ａｌ、Ｍｇなど、Ａ’＝Ｓ、Ｓｅ、Ｆ、Ｃｌ、Ｉなどの６Ａ族及び７Ａ族元素である。

［化４］
Ｌｉ_{１＋ｘ’’}Ｍｎ_{２−ｙ’’}Ｍ’’_ｙ’’Ｏ_４−ｗ’Ａ’’_ｗ’

上記式中、−０．２＜ｘ’’＜０．２、０≦ｙ’’＜０．４、０≦ｗ’≦０．０５、Ｍ’’＝Ｎｉ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｖなどの第一遷移金属、Ａｌ、Ｍｇなど、Ａ’’＝Ｓ、Ｓｅ、Ｆ、Ｃｌ、Ｉなどの６Ａ族及び７Ａ族元素である。

前記導電材は、通常、正極活物質を含んだ混合物全体の重量を基準として１〜５０重量％で添加される。このような導電材は、当該電池に化学的変化を誘発せずに導電性を有するものであれば、特に制限されるものではなく、例えば、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；フッ化カーボン、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を使用することができる。

前記バインダーは、活物質と導電材などの結合及び集電体に対する結合を助ける成分であって、通常、正極活物質を含む混合物全体の重量を基準として１〜５０重量％で添加される。このようなバインダーの例としては、ポリフッ化ビニリデン、ポリビニルアルコール、カルボキシメチルセルローズ（ＣＭＣ）、澱粉、ヒドロキシプロピルセルローズ、再生セルローズ、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−ジエンターポリマー（ＥＰＤＭ）、スルホン化ＥＰＤＭ、スチレンブタジエンゴム、フッ素ゴム、様々な共重合体などを挙げることができる。

前記充填剤は、正極の膨張を抑制する成分として選択的に使用され、当該電池に化学的変化を誘発せずに繊維状材料であれば特に制限されるものではなく、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのオレフィン系重合体；ガラス繊維、炭素繊維などの繊維状物質が使用される。

前記負極板は、負極集電体上に負極活物質を塗布、乾燥及びプレスして製造され、必要に応じて、上述したような導電材、バインダー、充填剤などを選択的にさらに含むことができる。

前記負極集電体は、一般に３〜５００μｍの厚さに製造される。このような負極集電体は、当該電池に化学的変化を誘発せずに導電性を有するものであれば、特に制限されるものではなく、例えば、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、銅やステンレススチールの表面にカーボン、ニッケル、チタン、銀などで表面処理したもの、アルミニウム−カドミウム合金などを使用することができる。また、正極集電体と同様に、表面に微細な凹凸を形成して負極活物質の結合力を強化させることもでき、フィルム、シート、ホイル、ネット、多孔質体、発泡体、不織布体などの様々な形態で使用することができる。

前記負極活物質は、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、周期律表の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；錫系合金；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、及びＢｉ_２Ｏ_５などの金属酸化物；ポリアセチレンなどの導電性高分子；Ｌｉ−Ｃｏ−Ｎｉ系材料；チタン酸化物；リチウムチタン酸化物などを使用することができる。

一つの具体的な例において、前記負極活物質は、下記化学式５で表されるリチウムチタン酸化物（ＬＴＯ）であってもよく、具体的に、Ｌｉ_０．８Ｔｉ_２．２Ｏ_４、Ｌｉ_２．６７Ｔｉ_１．３３Ｏ_４、ＬｉＴｉ_２Ｏ_４、Ｌｉ_１．３３Ｔｉ_１．６７Ｏ_４、Ｌｉ_１．１４Ｔｉ_１．７１Ｏ_４などであってもよいが、リチウムイオンを吸蔵／放出できるものであればその組成及び種類において別途の制限はなく、より詳細には、充放電時に結晶構造の変化が少なく、可逆性に優れたスピネル構造のＬｉ_１．３３Ｔｉ_１．６７Ｏ_４またはＬｉＴｉ_２Ｏ_４であってもよい。

［化５］
Ｌｉ_ａＴｉ_ｂＯ_４

上記式中、０．５≦ａ≦３、１≦ｂ≦２．５である。

前記分離膜は、正極と負極との間に介在し、高いイオン透過度及び機械的強度を有する絶縁性の薄い薄膜が使用される。一般に、分離膜の気孔径は０．０１〜１０μｍで、厚さは５〜３００μｍ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；ガラス繊維またはポリエチレンなどで作られたシートや不織布などが使用される。電解質としてポリマーなどの固体電解質が使用される場合には、固体電解質が分離膜を兼ねることもできる。

また、本発明は前記電極組立体を含む二次電池を提供し、詳細には、前記電極組立体に電極リチウム塩含有電解液が含浸されている構造からなる二次電池を提供する。

前記リチウム塩含有電解液は電解液及びリチウム塩からなっており、前記電解液としては、非水系有機溶媒、有機固体電解質、無機固体電解質などが使用されるが、これらに限定されるものではない。

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、テトラヒドロキシフラン（ｆｒａｎｃ）、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を使用することができる。

前記有機固体電解質としては、例えば、ポリエチレン誘導体、ポリエチレンオキシド誘導体、ポリプロピレンオキシド誘導体、リン酸エステルポリマー、ポリエジテーションリシン（ａｇｉｔａｔｉｏｎｌｙｓｉｎｅ）、ポリエステルスルフィド、ポリビニルアルコール、ポリフッ化ビニリデン、イオン性解離基を含む重合体などを使用することができる。

前記無機固体電解質としては、例えば、Ｌｉ_３Ｎ、ＬｉＩ、Ｌｉ_５ＮＩ_２、Ｌｉ_３Ｎ−ＬｉＩ−ＬｉＯＨ、ＬｉＳｉＯ_４、ＬｉＳｉＯ_４−ＬｉＩ−ＬｉＯＨ、Ｌｉ_２ＳｉＳ_３、Ｌｉ_４ＳｉＯ_４、Ｌｉ_４ＳｉＯ_４−ＬｉＩ−ＬｉＯＨ、Ｌｉ_３ＰＯ_４−Ｌｉ_２Ｓ−ＳｉＳ_２などのＬｉの窒化物、ハロゲン化物、硫酸塩などを使用することができる。

前記リチウム塩は、前記非水系電解質に溶解しやすい物質であって、例えば、ＬｉＣｌ、ＬｉＢｒ、ＬｉＩ、ＬｉＣｌＯ_４、ＬｉＢＦ_４、ＬｉＢ_１０Ｃｌ_１０、ＬｉＰＦ_６、ＬｉＣＦ_３ＳＯ_３、ＬｉＣＦ_３ＣＯ_２、ＬｉＡｓＦ_６、ＬｉＳｂＦ_６、ＬｉＡｌＣｌ_４、ＣＨ_３ＳＯ_３Ｌｉ、（ＣＦ_３ＳＯ_２）_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、４フェニルホウ酸リチウム、イミドなどを使用することができる。

また、電解液には、充放電特性、難燃性などの改善の目的で、例えば、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、三塩化アルミニウムなどが添加されてもよい。場合によっては、不燃性を付与するために、四塩化炭素、三フッ化エチレンなどのハロゲン含有溶媒をさらに含ませることもでき、高温保存特性を向上させるために二酸化炭酸ガスをさらに含ませることもでき、ＦＥＣ（Ｆｌｕｏｒｏ−Ｅｔｈｙｌｅｎｅｃａｒｂｏｎａｔｅ）、ＰＲＳ（Ｐｒｏｐｅｎｅｓｕｌｔｏｎｅ）などをさらに含ませることができる。

一つの具体的な例において、ＬｉＰＦ_６、ＬｉＣｌＯ_４、ＬｉＢＦ_４、ＬｉＮ（ＳＯ_２ＣＦ_３）_２などのリチウム塩を、高誘電性溶媒であるＥＣまたはＰＣの環状カーボネートと、低粘度溶媒であるＤＥＣ、ＤＭＣまたはＥＭＣの線状カーボネートとの混合溶媒に添加して、リチウム塩含有非水系電解質を製造することができる。

本発明の様々な実施例に係る溶接部位の形状を示すための電極組立体の一部の平面模式図である。本発明の一つの実施例に係る電極組立体の模式図である。本発明の他の実施例に係る電極組立体の模式図である。本発明の更なる他の実施例に係る電極組立体の模式図である。本発明の更なる他の実施例に係る電極組立体の模式図である。本発明の更なる他の実施例に係る電極組立体の模式図である。本発明の更なる他の実施例に係る電極組立体の模式図である。本発明の更なる他の実施例に係る電極組立体の模式図である。本発明の更なる他の実施例に係る電極組立体の模式図である。本発明の更なる他の実施例に係る電極組立体の模式図である。本発明の更なる他の実施例に係る電極組立体の模式図である。

以下では、本発明の実施例に係る図面を参照して説明するが、これは、本発明のより容易な理解のためのものであり、本発明の範疇がそれによって限定されるものではない。

図１には、本発明の様々な実施例に係る溶接部位の形状を示すための電極組立体の一部が平面模式図で示されている。

図１を参照すると、１番目の電極組立体の一部の模式図は、電極タブが電極リードに結合されている溶接部位が、平面視で電極板の上端に対して約４５度に傾斜した多数の斜線形状からなることを示している。

２番目の電極組立体の一部の模式図では、溶接部位が、電極板の上端に平行な多数の直線形状からなることを示し、３番目の電極組立体の一部の模式図では、溶接部位が、平面視で多数の円形形状からなることを示し、４番目の電極組立体の一部の模式図では、溶接部位が、平面視で多数の正方形状からなることを示す。

これら溶接部位の形状は肉眼でも識別することができ、例えば、正極板の溶接部位が１番目の形状からなり、負極板の溶接部位が２番目の形状ないし４番目の形状のいずれか一つからなる構造で電極組立体を作製する場合、電極板を容易に区別することができる。

図２乃至図１０には、本発明の実施例に係る電極組立体１００，２００，３００，４００，５００，６００，７００，８００，９００が模式的に示されている。

電極組立体１００，２００，３００，４００，５００，６００，７００，８００，９００は、正極タブ１４０，２４０，３４０，４４０，５４０，６４０，７４０，８４０，９４０が突出している正極板１１０，２１０，３１０，４１０，５１０，６１０，７１０，８１０，９１０、負極タブ１５０，２５０，３５０，４５０，５５０，６５０，７５０，８５０，９５０が突出している負極板１２０，２２０，３２０，４２０，５２０，６２０，７２０，８２０，９２０、及び前記正極板１１０，２１０，３１０，４１０，５１０，６１０，７１０，８１０，９１０と負極板１２０，２２０，３２０，４２０，５２０，６２０，７２０，８２０，９２０との間に介在する分離膜１３０，２３０，３３０，４３０，５３０，６３０，７３０，８３０，９３０の積層体と、正極タブ１４０，２４０，３４０，４４０，５４０，６４０，７４０，８４０，９４０と結合される正極リード１６０，２６０，３６０，４６０，５６０，６６０，７６０，８６０，９６０と、負極タブ１５０，２５０，３５０，４５０，５５０，６５０，７５０，８５０，９５０と結合される負極リード１７０，２７０，３７０，４７０，５７０，６７０，７７０，８７０，９７０と、で構成されており、前記正極タブ１４０，２４０，３４０，４４０，５４０，６４０，７４０，８４０，９４０が正極リード１６０，２６０，３６０，４６０，５６０，６６０，７６０，８６０，９６０に結合された溶接形状は、一つ以上の円形であり、負極タブ１５０，２５０，３５０，４５０，５５０，６５０，７５０，８５０，９５０が負極リード１７０，２７０，３７０，４７０，５７０，６７０，７７０，８７０，９７０に結合された溶接形状は、所定の角度で傾斜した一つ以上の斜線である。したがって、互いに異なる溶接形状により、モジュールの組立時または電気的接続のための配線時に正極リード１６０，２６０，３６０，４６０，５６０，６６０，７６０，８６０，９６０と負極リード１７０，２７０，３７０，４７０，５７０，６７０，７７０，８７０，９７０の区別が容易である。

具体的に、まず、図２を参照すると、正極タブ１４０と負極タブ１５０、正極リード１６０と負極リード１７０の形状は、平面視で矩形として同一であり、溶接形状にのみ差が存在する。したがって、溶接形状により正極リード１６０と負極リード１７０との区別が可能である。

図３を参照すると、正極タブ２４０は平面視で矩形からなっており、負極タブ２５０は平面視で台形状からなっている。図４を参照すると、正極タブ３４０と負極タブ３５０の形状が互いに同一であるが、非対称的（Ａ≠Ｂ）に位置している。したがって、正極タブ２４０，３４０と負極タブ２５０，３５０の区別もまた容易であるので、交差溶接を防止することができる。

図５を参照すると、正極リード４６０は、平面視で一側端部が円弧状である構造となっており、負極リード４７０は平面視で矩形構造となっている。図６を参照すると、正極リード５６０は平面視で折れ曲がった形状からなっており、負極リード５７０は平面視で矩形構造となっており、正極リード５６０の折れ曲がった形状により、正極リード５６０と負極リード５７０は、電極の中心を上下方向に通る軸から距離上の差を有するように非対称的（Ａ≠Ｂ）に位置している。したがって、溶接形状の差に加えて、正極リード４６０，５６０と負極リード４７０，５７０との区別がさらに容易である。

図７を参照すると、正極タブ６４０は平面視で上向きにテーパーされた漏斗状からなっており、負極タブ６５０は平面視で台形状からなっている。したがって、正極タブ６４０と負極タブ６５０との区別が容易であり、正極タブ６４０と負極タブ６５０は、リード６６０，６７０と対面する部位の平均幅が電極面に対面する部位の平均幅よりも広い形状を有するので、リード６６０，６７０との溶接もまた容易である。

また、正極リード６６０と負極リード６７０もまた、正極リード６６０は平面視で一側端部が円弧状である構造となっており、負極リード６７０は平面視で矩形構造となっているので、溶接形状の差に加えて、正極リード６６０と負極リード６７０との区別をさらに容易にする。

図８を参照すると、正極タブ７４０は平面視で折れ曲がった形状からなっており、負極タブ７５０は平面視で台形状からなっている。したがって、正極タブ７４０と負極タブ７５０との区別が容易であり、正極タブ７４０と負極タブ７５０は、リード７６０，７７０と対面する部位の平均幅が電極面に対面する部位の平均幅よりも広い形状を有するので、リード７６０，７７０との溶接もまた容易である。

このとき、正極リード７６０と負極リード７７０の形状は同一であるが、前記正極タブ７４０の形状により、正極リード７６０と負極リード７７０は、電極の中心を上下方向に通る軸から距離上の差を有するように非対称的（Ａ≠Ｂ）に位置している。したがって、溶接形状の差に加えて、正極リード７６０と負極リード７７０との区別もまた容易である。

図９を参照すると、正極タブ８４０と負極タブ８５０の形状が互いに同一であるが、非対称的（Ａ≠Ｂ）に位置している。したがって、正極タブ８４０と負極タブ８５０との区別が容易であり、正極タブ８４０と負極タブ８５０は、リード８６０，８７０と対面する部位の平均幅が電極面に対面する部位の平均幅よりも広い形状を有するので、リード８６０，８７０との溶接もまた容易である。

このとき、正極リード８６０は、平面視で一側端部が円弧状である構造とし、負極リード８７０は平面視で矩形構造とすることで、溶接形状の差に加えて、正極リード８６０と負極リード８７０との区別をさらに容易にすることができる。

一方、図１０を参照すると、正極タブ９４０と負極タブ９５０は、電極組立体９００の製造時に両側対向端部上にそれぞれ位置するように形成されている。この場合もまた、図２と同様に、前記正極タブ９４０が正極リード９６０に結合された溶接形状を、一つ以上の円形とし、負極タブ９５０が負極リード９７０に結合された溶接形状を、所定の角度で傾斜した一つ以上の斜線とすることで、区別を容易にすることができる。

図１１には、本発明の更なる他の実施例に係る電極組立体１０が模式的に示されている。

図１１を参照すると、電極組立体１０は、正極タブ４が突出している正極板１、負極タブ５が突出している負極板２、及び前記正極板１と負極板２との間に介在する分離膜３の積層体と、正極タブ４と結合される正極リード６と、負極タブ５と結合される負極リード７とで構成されている。このとき、前記正極リード６と負極リード７の種類が互いに異なるので、モジュールの組立時または電気的接続のための配線時に正極リード６と負極リード７との区別が容易である。

このように、正極リードと負極リードの種類が互いに異なる場合にも、上記で言及したような構成、すなわち、正極タブと負極タブの形状、位置が互いに異なる場合や、正極リードと負極リードの形状、位置が互いに異なる場合を適用させることができることは勿論である。

本発明の属する分野における通常の知識を有する者であれば、上記内容に基づいて本発明の範疇内で様々な応用及び変形を行うことが可能であろう。

以上説明したように、本発明に係る電極組立体は、正極タブと負極タブの溶接形状を異ならせ、又は正極リードと負極リードの種類を異ならせることによって、モジュールの組立時または電気的接続のための配線時に正極と負極の位置を混同し得る問題を事前に防止して、モジュールの組立時に正極と負極を同時に誤って接続して発生し得るショートや、正極と負極の電圧を反対に印加して発生し得る過放電または過充電を未然に防止することができるという効果がある。

また、さらに、正極タブと負極タブの形状や位置を異ならせる場合には、交差溶接もまた防止することができるという効果がある。

１００，２００，３００，４００，５００，６００，７００，８００，９００電極組立体
１４０，２４０，３４０，４４０，５４０，６４０，７４０，８４０，９４０正極タブ
１１０，２１０，３１０，４１０，５１０，６１０，７１０，８１０，９１０正極板
１５０，２５０，３５０，４５０，５５０，６５０，７５０，８５０，９５０負極タブ
１２０，２２０，３２０，４２０，５２０，６２０，７２０，８２０，９２０負極板
１３０，２３０，３３０，４３０，５３０，６３０，７３０，８３０，９３０分離膜
１６０，２６０，３６０，４６０，５６０，６６０，７６０，８６０，９６０正極リード
１７０，２７０，３７０，４７０，５７０，６７０，７７０，８７０，９７０負極リード

Claims

交互に配置された複数の正極板及び負極板と、
前記正極板と負極板との間に介在する分離膜と、
前記複数の正極板にそれぞれ形成された複数の正極タブ(ｔａｂ)と、
前記複数の負極板にそれぞれ形成された複数の負極タブと、
前記複数の正極タブに結合される正極リードと、
前記複数の負極タブに結合される負極リードと、を含み、
前記電極タブが電極リードに結合された溶接形状が、正極と負極において互いに異なることを特徴とする、電極組立体。
前記正極タブと負極タブの溶接形状は、平面視で電極板の上端に平行な一つ以上の直線であることを特徴とする、請求項１に記載の電極組立体。
前記正極タブと負極タブの溶接形状は、平面視で電極板の上端に対して垂直な一つ以上の直線であることを特徴とする、請求項１に記載の電極組立体。
前記正極タブと負極タブの溶接形状は、平面視で一つ以上の円形であることを特徴とする、請求項１に記載の電極組立体。
前記正極タブと負極タブの溶接形状は、電極板の上端に対して所定の角度で傾斜した一つ以上の斜線であることを特徴とする、請求項１に記載の電極組立体。
前記正極タブと負極タブの溶接形状は、平面視で一つ以上の多角形であることを特徴とする、請求項１に記載の電極組立体。
前記正極タブと負極タブをなす素材が同一であることを特徴とする、請求項１に記載の電極組立体。
前記正極リードと負極リードをなす素材が同一であることを特徴とする、請求項１に記載の電極組立体。
交互に配置された複数の正極板及び負極板と、
前記正極板と負極板との間に介在する分離膜と、
前記複数の正極板にそれぞれ形成された複数の正極タブと、
前記複数の負極板にそれぞれ形成された複数の負極タブと、
前記複数の正極タブに結合される正極リードと、
前記複数の負極タブに結合される負極リードと、を含み、
前記正極タブと負極タブの種類は同一であり、前記正極リードと負極リードの種類は互いに異なることを特徴とする、電極組立体。
前記正極タブと負極タブは、形状が互いに異なるか、または電極面に対して非対称的に位置していることを特徴とする、請求項１又は９に記載の電極組立体。
前記正極リードと負極リードは、形状が互いに異なるか、または電極面に対して非対称的に位置していることを特徴とする、請求項１又は９に記載の電極組立体。
前記正極タブと負極タブは、形状が互いに異なるか、または電極面に対して非対称的に位置しており、
前記正極リードと負極リードは、形状が互いに異なるか、または電極面に対して非対称的に位置していることを特徴とする、請求項１又は９に記載の電極組立体。
前記正極板は、下記化学式１で表されるスピネル構造のリチウムマンガン複合酸化物を活物質として含むことを特徴とする、請求項１又は９に記載の電極組立体。
［化１］
Ｌｉ_ｘＭ_ｙＭｎ_２−ｙＯ_４−ｚＡ_ｚ
（上記式中、０．９≦ｘ≦１．２、０＜ｙ＜２、０≦ｚ＜０．２であり、
Ｍは、Ａｌ、Ｍｇ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｖ、Ｔｉ、Ｃｕ、Ｂ、Ｃａ、Ｚｎ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｓｒ、Ｓｂ、Ｗ、Ｔｉ及びＢｉからなる群から選択される一つ以上の元素であり、
Ａは、−１または−２価の一つ以上のアニオンである。）
前記化学式１のリチウムマンガン複合酸化物は、下記化学式２で表されるリチウムニッケルマンガン複合酸化物（ＬｉｔｈｉｕｍＮｉｃｋｅｌＭａｎｇａｎｅｓｅｃｏｍｐｌｅｘＯｘｉｄｅ：ＬＮＭＯ）であることを特徴とする、請求項１３に記載の電極組立体。
［化２］
Ｌｉ_ｘＮｉ_ｙＭｎ_２−ｙＯ_４
（上記式中、０．９≦ｘ≦１．２、０．４≦ｙ≦０．５である。）
前記化学式２のリチウムニッケルマンガン複合酸化物は、ＬｉＮｉ_０．５Ｍｎ_１．５Ｏ_４またはＬｉＮｉ_０．４Ｍｎ_１．６Ｏ_４であることを特徴とする、請求項１４に記載の電極組立体。
前記正極板は、下記化学式３及び４から選択された１種以上の酸化物を正極活物質として含むことを特徴とする、請求項１又は９に記載の電極組立体。
［化３］
Ｌｉ_１＋ｘ’Ｎｉ_{１−ｙ’−ｚ’−ｔ}Ｍｎ_ｙ’Ｃｏ_ｚ’Ｍ’_ｔＯ_２−ｗＡ’_ｗ
（上記式中、−０．２＜ｘ’＜０．２、０≦ｙ’≦０．４、０≦ｚ’≦０．４、０≦ｔ≦０．２、０≦ｗ≦０．０５、Ｍ’＝Ｆｅ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｖなどの第一遷移金属、Ａｌ、Ｍｇなど、Ａ’＝Ｓ、Ｓｅ、Ｆ、Ｃｌ、Ｉなどの６Ａ族及び７Ａ族元素である。）
［化４］
Ｌｉ_{１＋ｘ’’}Ｍｎ_{２−ｙ’’}Ｍ’’_ｙ’’Ｏ_４−ｗ’Ａ’’_ｗ’
（上記式中、−０．２＜ｘ’’＜０．２、０≦ｙ’’＜０．４、０≦ｗ’≦０．０５、Ｍ’’＝Ｎｉ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｖなどの第一遷移金属、Ａｌ、Ｍｇなど、Ａ’’＝Ｓ、Ｓｅ、Ｆ、Ｃｌ、Ｉなどの６Ａ族及び７Ａ族元素である。）
前記正極活物質は、ＬｉＮｉ_１／３Ｍｎ_１／３Ｃｏ_１／３Ｏ_２、ＬｉＮｉ_０．６Ｃｏ_０．２Ｍｎ_０．２Ｏ_２、ＬｉＮｉ_０．８Ｃｏ_０．１Ｍｎ_０．１Ｏ_２、ＬｉＭｎ_２Ｏ_４からなる群から選択される１種以上の酸化物であることを特徴とする、請求項１６に記載の電極組立体。
前記負極板は、下記化学式５で表されるリチウムチタン酸化物（ＬｉｔｈｉｕｍＴｉｔａｎｉｕｍＯｘｉｄｅ：ＬＴＯ）を活物質として含むことを特徴とする、請求項１又は９に記載の電極組立体：
［化５］
Ｌｉ_ａＴｉ_ｂＯ_４
（上記式中、０．５≦ａ≦３、１≦ｂ≦２．５である。）
前記リチウムチタン酸化物は、Ｌｉ_１．３３Ｔｉ_１．６７Ｏ_４またはＬｉＴｉ_２Ｏ_４であることを特徴とする、請求項１８に記載の電極組立体。
請求項１乃至１９のいずれか１項に記載の電極組立体を含んでいる二次電池。