KR100918409B1

KR100918409B1 - 젤리 롤형 전극 조립체 및 이를 구비한 이차 전지

Info

Publication number: KR100918409B1
Application number: KR1020020071037A
Authority: KR
Inventors: 윤익성
Original assignee: 삼성에스디아이 주식회사
Priority date: 2002-11-15
Filing date: 2002-11-15
Publication date: 2009-09-24
Also published as: KR20040043039A

Abstract

본 발명은 권심부에서의 구조적 안전성과 함께 열적 안전성을 확보하여 전지 안전성의 신뢰도를 향상시킬 수 있도록 하기 위한 것으로, 이를 위해 제 1전극 집전체에 제 1전극 활물질을 포함한 제 1전극 합제가 형성된 제 1전극 코팅부와, 상기 제 1전극 집전체에 상기 제 1전극 합제가 형성되지 않은 제 1전극 무지부를 갖고, 내측면에 세퍼레이터가 개재되어 권취되며, 그 권심부에는 적어도 제 1전극 무지부가 권취되는 제 1전극판, 상기 권심부에서 권취된 제 1전극 무지부에 접합되어 돌출되는 제 1전극 탭 및 제 2전극 집전체에 제 2전극 활물질을 포함한 제 2전극 합제가 형성된 제 2전극 코팅부와, 상기 제 2전극 집전체에 상기 제 2전극 합제가 형성되지 않은 제 2전극 무지부를 갖고, 내측면에 세퍼레이터가 개재되어 상기 제 1전극판의 외측면의 소정 위치로부터 권취되는 것으로, 상기 제 2전극 코팅부가 상기 권심부에서 권취된 제 1전극 무지부 외측면의 적어도 제 1전극 탭이 접합된 위치로부터 권취되는 제 2전극판을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 젤리 롤형의 전극 조립체를 제공한다.

Description

젤리 롤형 전극 조립체 및 이를 구비한 이차 전지{Jelly-roll type electrode assembly and secondary cell therewith}

도 1은 종래 이차 전지의 젤리 롤형 전극 조립체의 구조를 나타내는 횡단면도.

도 2는 도 1의 권심부에 대한 부분 확대 단면도.

도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 젤리 롤형 전극 조립체를 구비한 원통형 전지의 횡단면도.

도 4는 도 3에 따른 젤리 롤형 전극 조립체의 전극판을 나타내는 부분 분해 사시도.

도 5는 도 3에 따른 원통형 전지의 종단면도.

도 6 및 도 7은 각각 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따라 제 2 전극 코팅부가 제 1 전극 탭을 지지하는 서로 다른 일 실시예를 나타내는 부분 확대 단면도.

도 8 및 도 9는 각각 본 발명의 바람직한 다른 일 실시예에 따라 제 1 전극 코팅부가 제 1 전극 탭을 지지하는 서로 다른 일 실시예를 나타내는 부분 확대 단면도.

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ※

20: 전극 조립체 30: 제 1 전극판

31: 제 1 전극 집전체 32: 제 1 전극합제

33: 제 1 전극 무지부 34: 제 1 전극 코팅부

35: 제 1 전극 탭 40: 제 2 전극판

41: 제 2 전극 집전체 42: 제 2 전극합제

43: 제 2 전극 무지부 44: 제 2 전극 코팅부

45: 제 2 전극 탭

본 발명은 양극, 세퍼레이터 및 음극이 함께 권취된 젤리 롤형 전극 조립체 및 이를 구비한 이차 전지에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전지의 구조적 및 열적 안정성을 강화시킨 젤리 롤형 전극 조립체와 이를 구비한 이차 전지에 관한 것이다.

이차 전지는 재충전이 가능하고 소형 및 대용량화가 가능한 것으로, 대표적으로 니켈수소(Ni-MH)전지, 리튬(Li)전지, 리튬이온(Li-ion)전지, 폴리머리튬(PLI)전지 가 사용되고 있다. 또한 이러한 이차 전지는 외관상 원통형 전지와 각형 전지, 전극 젤리 롤을 파우치에 수납하는 파우치형 전지로 구분된다.

이들 이차 전지는 기재에 활물질을 도포하고 이를 건조, 롤 프레스 및 절단하여 형성시킨 양극 및 음극과 그 사이에 세퍼레이터를 삽입하여 권취시킨 젤리 롤형 전극 조립체를 사용한다. 곧, 원통형 전지는 상기 전극 조립체를 원통형 캔에 수납하고 전해액을 주입 후, 밀봉하는 것이고, 각형 전지는 상기 전극 조립체를 압박하여 평평하게 한 다음 각형 캔에 수납하는 것이다.

도 1은 이러한 이차 전지 중에서 원통형 이차 전지에 대해 그 젤리 롤형 전극 조립체의 권취된 상태를 나타내는 횡단면도이다.

양극 및 음극과 같은 전극은 전지의 종류에 따라 다소 차이가 있지만, 일반적으로 그림에 도시한 바와 같이 각각 집전체(3a,3b)의 양면에 양극 활물질(3b)과 음극 활물질(4b)을 포함하는 슬러리를 도포하고, 이를 건조 및 롤 프레스한 다음 소정의 크기로 절단하는 공정에 의해 제조된다. 이렇게 제조된 양극판(3) 및 음극판(4)을 그 사이에 세퍼레이터(5)를 개재시켜 상호간에 통전되지 않도록 한 후, 권취하여 롤상으로 제조한다.

이 전극 조립체(2)를 캔(1)의 내부로 수납하고, 캔(1)의 상부에 전극 조립체(2)의 양극(3)과 접속된 캡 조립체를 설치한 다음, 캔(1)에 전해액을 주입한 후 밀봉하여 원통형 전지를 만든다.

일반적으로, 이러한 원통형 전지에서 음극(4)은 전극 조립체(2)의 최외곽에서 음극 집전체(4a)가 전지의 캔(1) 내부 벽에 접속되거나, 이 음극 집전체(4a)에 용접된 음극 탭이 캡(1)의 저면에 접속되고, 양극(3)은 전극 조립체(2) 권심부의 양극 집전체(3a)로부터 탭이 연결되어 캡 조립체에 접속된다.

도 2는 상기와 같은 전극 조립체(2)에 있어서, 양극 탭이 접합된 권심부의 권취 구조를 보다 상세히 나타낸 부분 확대 단면도로, 도 1의 A 부분에 대한 확대 단면도이다.

도 2에서 볼 수 있는 바와 같이, 상기 전극 조립체(2)의 권심부에서는 최내곽으로 세퍼레이터(5)가 권취되고, 이를 따라 양극판(3) 중 집전체(3a)에 활물질(3b)이 도포되지 않은 양극 무지부(3c)가 권취된다. 이 때, 양극 집전체(3a)의 선단부 내측면에는 양극 탭(6)이 접합되어 있다. 이렇게 내측면으로 세퍼레이터(5)가 개재된 상태에서 상기 양극 무지부(3c)가 더 권취되고, 역시 내측면에 세퍼레이터(5)가 개재된 음극판(4)이 같이 권취된다. 권심부에서의 음극판(4)은 그 집전체(4a)에 활물질(4b)이 도포되지 않은 음극 무지부(4c)가 짧게 형성되어 있고, 곧바로 음극 활물질(4b)이 도포되어 있는 음극 코팅부(4d)가 권취되며, 아울러 이 부근에서 양극 코팅부(3d)도 같이 권취된다.

상기와 같은 구조의 전극 조립체를 갖는 이차전지는 소정의 안전성을 구비해야 하는 데, 이를 위해 최종 제품화하기 전에 전지의 안전성을 평가한다. 이러한 안전성 평가 중 열적 안전성 평가에서는 70 내지 80℃의 고온에서 장시간 방치하여 누액이나 가스변의 파열 여부, 발화 여부를 평가하는 고온 보전 시험, 고온과 상온 및 저온을 번갈아 가며 누액, 파열, 발화 여부를 평가하는 열충격 시험, 100℃ 이상의 고온에서 수십 분간 방치하여 파열, 발화 여부를 평가하는 열노출 시험 등을 행한다.

그런데, 도 1 및 도 2에서 볼 수 있는 바와 같은 이차전지의 전극 조립체는 상기와 같은 열적 안전성 시험을 행할 경우, 고온에서 그 권취된 젤리 롤 구조가 무너지며 단락이 발생할 위험이 있다. 즉, 상기와 같은 젤리 롤형 전극 조립체를 고온 방치시킬 경우에는 세퍼레이터가 수축하게 되고, 전극 활물질과 세퍼레이터는 반용융 상태로 되면서 서로간에 눌러 붙게 된다. 이에 따라 상기 전극 조립체의 젤리 롤 구조가 무너지게 되면서 양극판과 음극판의 단락 현상이 발생할 수 있는 것이다. 특히, 도 2에서 볼 수 있는 권심 부근에서의 무너짐 현상은 양극 탭으로 말미암아 더욱 문제가 된다.

도 2에서 볼 수 있듯이, 상기 젤리 롤형 전극 조립체의 권심부는 양극 무지부(3c)의 최내곽에 양극 탭(6)이 접합되어 있고, 이 양극 탭(6)이 접합된 양극 무지부(3c)의 외곽으로 세퍼레이터(5)와 함께 양극 무지부(3c)가 계속 권취되어 있으며, 이렇게 양극 무지부(3c)가 한두 바퀴, 혹은 두세 바퀴 더 권취된 후에 음극 무지부(4c) 및 음극 코팅부(4d)가 세퍼레이터(5)와 함께 권취된다. 따라서, 이러한 구조에서는 고온에서 극판들의 활물질과 세퍼레이터가 서로 들러 붙는 상황에서 상기 양극 탭(6)은 세퍼레이터(5) 외에는 양극 무지부(3c)에 의해 둘러쌓여 있기 때문에 안정적인 지지가 이루어지지 않으며, 이에 따라 양극 탭(6)이 접합된 부분에서 젤리 롤 구조는 더 쉽게 무너지게 되고, 돌출된 양극 탭(6)으로 말미암아 전극판 간의 단락은 더욱 손쉽게 발생하게 되는 문제가 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로서, 권심부에서의 구조적 안전성과 함께 열적 안전성을 확보하여, 전지 안전성의 신뢰도를 향상시킬 수 있는 젤리 롤형 전극 조립체 및 이를 구비한 이차전지를 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 제 1전극 집전체에 제 1전극 활물질을 포함한 제 1전극 합제가 형성된 제 1전극 코팅부와, 상기 제 1전극 집전체에 상기 제 1전극 합제가 형성되지 않은 제 1전극 무지부를 갖고, 내측면에 세퍼레이터가 개재되어 권취되며, 그 권심부에는 적어도 제 1전극 무지부가 권취되는 제 1전극판, 상기 권심부에서 권취된 제 1전극 무지부에 접합되어 돌출되는 제 1전극 탭 및 제 2전극 집전체에 제 2전극 활물질을 포함한 제 2전극 합제가 형성된 제 2전극 코팅부와, 상기 제 2전극 집전체에 상기 제 2전극 합제가 형성되지 않은 제 2전극 무지부를 갖고, 내측면에 세퍼레이터가 개재되어 상기 제 1전극판의 외측면의 소정 위치로부터 권취되는 것으로, 상기 제 2전극 코팅부가 상기 권심부에서 권취된 제 1전극 무지부 외측면의 적어도 제 1전극 탭이 접합된 위치로부터 권취되는 제 2전극판을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 젤리 롤형의 전극 조립체를 제공한다.

본 발명의 다른 특징에 의하면, 상기 권심부에서 권취되는 제 2 전극 코팅부는 상기 제 1전극 무지부 외측면 중 적어도 상기 제 1전극 탭을 덮는 위치로부터 권취되도록 할 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 권심부에서 권취되는 제 2 전극 코팅부는 상기 제 1전극 무지부 외측면 중 적어도 상기 제 1전극 탭의 중간 위치로부터 권취되도록 할 수 있다.

본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 제 1전극판과 제 2전극판이 서로 절연되도록 세퍼레이터를 개재하여 권취된 젤리 롤형의 전극 조립체에 있어 서, 상기 제 1전극판은 제 1전극 집전체에 제 1전극 활물질을 포함한 제 1전극 합제가 형성된 제 1전극 코팅부와, 상기 제 1전극 집전체에 상기 제 1전극 합제가 형성되지 않은 제 1전극 무지부를 갖고, 상기 전극 조립체의 권심부에는 제 1전극 탭이 접합된 상기 제 1전극 무지부가 권취되며, 상기 제 1전극 코팅부가 상기 권심부에서 권취된 제 1전극 무지부 외측면의 적어도 제 1전극 탭이 접합된 위치로부터 권취되는 것을 특징으로 하는 젤리 롤형의 전극 조립체를 제공한다.

이러한 본 발명의 다른 특징에 의하면, 상기 권심부에서 권취되는 제 1 전극 코팅부는 상기 제 1전극 무지부 외측면 중 적어도 상기 제 1전극 탭을 덮는 위치로부터 권취되도록 할 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 권심부에서 권취되는 제 1 전극 코팅부는 상기 제 1전극 무지부 외측면 중 적어도 상기 제 1전극 탭의 중간 위치로부터 권취되도록 할 수 있다.

본 발명은 또한 상술한 목적을 달성하기 위하여, 제 1전극판과 제 2전극판이 각각 전극 집전체에 전극 활물질을 포함하는 전극합제가 형성된 전극 코팅부와, 형성되지 않은 전극 무지부를 구비하여 서로 절연되도록 세퍼레이터를 개재하여 권취된 것으로, 그 권심부에는 적어도 제 1전극 무지부가 권취되고, 상기 제 1전극 코팅부 또는 제 2전극 코팅부가 상기 권심부에서 권취된 제 1전극 무지부 외측면의 적어도 제 1전극 탭이 접합된 위치로부터 권취되는 젤리 롤형의 전극 조립체 및 상기 전극 조립체가 수용되어 밀봉되는 것으로, 서로 절연되어 상기 제 1,2전극판에 각각 전기적으로 연결되는 제 1,2 전극 단자부를 구비한 전지 케이스를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 이차전지를 제공한다.

본 발명의 다른 특징에 의하면, 상기 전극 조립체의 권심부에서 권취되는 제 1 전극 코팅부 또는 제 2전극 코팅부는 상기 제 1전극 무지부 외측면 중 적어도 상기 제 1전극 탭을 덮는 위치로부터 권취되도록 할 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 전극 조립체의 권심부에서 권취되는 제 1 전극 코팅부 또는 제 2전극 코팅부는 상기 제 1전극 무지부 외측면 중 적어도 상기 제 1전극 탭의 중간 위치로부터 권취되도록 할 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참고로 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 보다 상세히 설명한다. 본 명세서에서는 본 발명의 바람직한 실시예로서 본 발명의 전극 젤리 롤을 구비한 원통형 전지에 대해 설명하나, 이것은 단지 원통형 전지에 국한될 것이 아니며, 본 실시예와 같은 전극 젤리 롤을 구비할 수 있는 전지는 어떠한 형태의 것도 적용 가능하다 할 것이다.

도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 젤리 롤형 전극 조립체를 구비한 원통형 전지의 횡단면도이고, 도 4는 도 3에 따른 젤리 롤형 전극 조립체의 전극판을 나타내는 부분 분해 사시도이며, 도 5는 도 3에 따른 원통형 전지의 종단면도이다.

먼저, 도 3에서 볼 수 있는 바와 같이, 원통형 캔(10)의 내부에 제 1전극판(30), 제 2전극판(40)이 서로 절연되도록 세퍼레이터(50)가 개재되어 권취된 젤리 롤형 전극 조립체(20)가 수납되어 있다. 상기 원통형 캔(10)은 금속제로 구비되어 그 자체가 제 1전극판 또는 제 2전극판의 단자 역할을 수행할 수 있는 것 으로, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 구비되어 제 2전극판에 전기적으로 연결되어 제 2 전극 단자를 형성하도록 할 수 있다.

상기 젤리 롤형 전극 조립체(20)은 도 4에서 볼 수 있듯이, 제 1세퍼레이터(51), 제 1전극판(30), 제 2세퍼레이터(52) 및 제 2전극판(40)을 순차로 적층한 후, 화살표 방향으로 권취시켜 롤상으로 만든 것이다. 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 상기 제 1전극판(30)은 양극판으로 구비될 수 있고, 상기 제 2전극판(40)은 음극판으로 구비될 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 그 극성을 반대로 하여도 무방하다. 이하에서는 상기 제 1전극판(30)이 양극판으로, 상기 제 2전극판(40)이 음극판으로 구비된 경우를 참고로 하여 설명토록 하겠다.

도 4에서 볼 수 있는 바와 같이, 각 전극판들(30)(40)은 전극 집전체(31)(41)에 전극 활물질을 포함한 전극 합제(32)(42)가 형성된 것으로, 이를 상세히 설명하면 다음과 같다.

상기 전극 조립체가 리튬 이차전지의 전극 조립체로서 사용될 경우, 상기 제 1전극판(30)은 양극판으로 사용될 수 있다. 이 때, 상기 제 1 전극 집전체(31)는 스트립 형상의 금속박판으로 구비되고, 바람직하게는 알루미늄 박판이 사용될 수 있다. 상기 제 1전극 집전체(31)의 적어도 일면에 형성되는 제 1전극합제(32)는 리튬계 산화물의 제 1전극 활물질에, 바인더, 가소제, 도전재 등이 함유된 혼합물로 이루어질 수 있다. 이러한 제 1전극판(30)은 상기 제 1전극 집전체(31)의 적어도 일면에 상기 제 1전극합제(32)가 형성된 제 1전극 코팅부(34)와, 상기 제 1전극 집전체(31)에 상기 제 1전극합제(32)가 형성되지 않은 제 1전극 무지부(33)로 구비된다.

한편, 음극판으로 사용되는 제 2전극판(40)은 제 2 전극 집전체(41)로 구리 박판이 사용될 수 있으며, 상기 제 2전극 집전체(41)의 적어도 일면에 형성되는 제 2전극합제(42)는 탄소재의 제 2전극 활물질에, 바인더, 가소제, 도전재 등이 함유된 혼합물로 이루어질 수 있다. 이러한 제 2전극판(40)은 상기 제 2전극 집전체(41)의 적어도 일면에 상기 제 2전극합제(42)가 형성된 제 2전극 코팅부(44)와, 상기 제 2전극 집전체(41)에 상기 제 2전극합제(42)가 형성되지 않은 제 2전극 무지부(43)로 구비된다.

그리고, 제 1 및 제 2세퍼레이터(51)(52)는 각각 제 1전극판(30)의 내측면과 제 1,2전극판(30)(40)의 사이에 설치되는 것으로, 제 1전극판(30)과 제 2전극판(40) 사이를 상호 절연하는 한편, 각 전극판들(30)(40)간에 활물질 이온이 교환될 수 있게 한다. 상기 제 1,2세퍼레이터(51)(52)는 전극 조립체가 수축 및 팽창되더라도 전극판들(30)(40) 사이를 완전히 절연할 수 있도록 충분한 길이로 이루어지는 것이 바람직하다.

한편, 상기와 같이 형성되는 전극 조립체로는 도 5에서 볼 수 있는 바와 같이, 제 1 전극탭(35) 및 제 2 전극탭(45)이 외부로 인출되어 있다. 상기 제 1 전극 탭(35) 및 제 2 전극 탭(45)은 각각 상기 전극 조립체(20)의 권심부의 제 1전극판(30) 및 외곽부의 제 2전극판(40)으로부터 인출되는 것으로, 상기 제 1전극 탭(35)은 상방으로 인출되어 캔(10)을 밀봉하는 캡 조립체(12)에 전기적으로 연결되고, 상기 제 2전극 탭(45)은 하방으로 인출되어 캔(10)의 바닥부에 형성된 돌기부(18)에 전기적으로 연결된다. 따라서, 상기 제 1전극 탭(35)이 연결된 캡 조립체(12)는 제 1전극 단자부로서 기능을 하게 되고, 상기 제 2 전극 탭(45)이 연결된 캔(10)은 전체가 제 2전극 단자부로서 기능하게 된다. 도 5에서 설명되지 않은 참조부호 14는 전극 조립체(20)의 고정을 위한 절연판(14)이다. 이러한 전극 탭들(35)(45)의 접합 구조는 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 상기 제 2전극 탭(45)을 별도로 인출하지 않고, 상기 전극 조립체(20)의 최외곽을 제 2전극판(40)이 둘러싸도록 한 다음, 이 제 2전극판(40)을 캔(10)의 내벽에 접합시키는 구조로도 적용될 수 있다.

한편, 상기 제 1전극 탭(35)은 도 4에서 볼 수 있듯이, 제 1전극 무지부(33)에 접합되어 인출되는 데, 상기 제 1전극 무지부(33)의 대략 선단부 내측면에 용접되고, 그 외면에 절연 테이프가 접착된 구조를 갖는다.

이러한 구조의 전극 조립체에 있어서, 그 권취 중앙부, 즉, 권심부의 구조를 보다 설명하면 다음과 같다.

먼저, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 권취된 전극 조립체의 권심부에서 제 2전극 코팅부가 제 1전극 무지부 외측면의 적어도 제 1전극 탭이 접합된 위치로부터 권취되도록 할 수 있다. 이 때, 상기 제 2전극 코팅부(44)는 도 6에서 볼 수 있듯이, 상기 제 1 전극 무지부(33) 외측면의 적어도 제 1전극 탭(35)을 덮는 위치로부터 권취되도록 할 수 있다. 즉, 도 6에서 볼 수 있듯이, 권심부에서 권 취되는 상기 제 2 전극 코팅부(44)의 선단(44a)이 상기 제 1 전극 탭(35)의 권취 방향에 대한 선단(35a)과 권심(O)을 연결하는 직선(L1)보다 권취방향으로 보다 앞쪽에 배치되도록 하는 것이다. 물론, 상기 제 2전극 코팅부(44)와 제 1전극 탭(35)이 접합된 제 1전극 무지부(33)의 사이에는 제 2세퍼레이터(52)가 개재되어 제 1 전극과 제 2 전극이 단락되지 않도록 한다.

이렇게 제 1 전극 무지부(33) 외측면 중 제 1전극 탭(35)을 덮는 위치로부터 제 2 전극 코팅부(44)가 권취되도록 함에 따라 열노출 시험 등과 같은 열적 안전성 평가에서 젤리 롤형 전극 조립체의 제 1 전극 탭이 접합된 부분에서 젤리 롤 구조가 무너져 단락이 일어나는 것을 방지할 수 있게 된다. 즉, 권심부에서 권취된 제 1 전극 무지부(33) 중 제 1 전극 탭(35)이 접합된 위치의 외측면으로 배치된 제 2 세퍼레이터(52) 외측으로 도 6에서 볼 수 있듯이, 제 2 전극판의 제 2 전극 코팅부(44)가 위치하게 되면, 전극 조립체의 온도가 상승해 세퍼레이터와 전극 활물질을 포함한 전극합제들 간에 서로 늘러 붙는 현상이 발생할 경우, 상기 제 1 전극 탭(35)이 접합된 제 1 전극 무지부(33)의 부분과, 그 외측면의 제 2 세퍼레이터(52)의 부분과, 다시 그 외측면의 제 2 전극 코팅부(44)가 서로 늘러붙는 현상이 발생되어 이 제 2 전극 코팅부(44)의 부분이 상기 제 1 전극 탭(35)이 접합된 제 1 전극 무지부(33)의 부분을 붙잡는 역할을 하게 된다. 따라서, 고온에 따라 전극 조립체의 젤리 롤 구조가 무너질 경우에도 귄심부에서 상기 제 1 전극 탭(35)이 접합된 제 1 전극 무지부(33)의 부분이 무너지는 것을 방지하게 되고, 이에 따라 단락에 따른 불량률을 저감할 수 있게 된다. 그러므로, 도 6에서 볼 수 있 는 바와 같이

이처럼 권심부에서 상기 제 2 전극 코팅부(44)의 부분이 상기 제 1 전극 탭(35)이 접합된 제 1 전극 무지부(33)의 부분을 붙잡는 역할을 하도록 하기 위해서는 도 7에서 볼 수 있는 바와 같이, 상기 권심부에서 상기 제 2 전극 코팅부(44)가 상기 제 1 전극 무지부(33) 외측면 중 적어도 상기 제 1 전극 탭(35)의 중간 위치로부터 권취되도록 하여야 한다. 즉, 도 7에서 볼 수 있듯이, 권심부에서 권취되는 상기 제 2 전극 코팅부(44)의 선단(44a)이 상기 제 1 전극 탭(35)의 중간 부분과 권심(O)을 연결하는 직선(L2)보다 권취방향으로 보다 앞쪽에 배치되도록 하는 것이다. 이는 상기 제 2 전극 코팅부(44)와 상기 제 1 전극 탭(35)이 접합된 제 1 전극 무지부(33)의 부분이 고온에서의 접합력을 유지하도록 하기 위해서는 적어도 상기 제 1 전극 탭(35)의 중간 위치로부터는 권취되어야 하기 때문이다.

이러한 효과는 도 8에서 볼 수 있는 바와 같은 본 발명의 바람직한 다른 일 실시예에 의해서도 실현될 수 있다.

즉, 도 8에서 볼 수 있듯이, 권취된 전극 조립체의 권심부에서 제 1전극 코팅부(34)가 제 1전극 무지부(33) 외측면의 적어도 제 1전극 탭(35)이 접합된 위치로부터 권취되도록 하는 것이다. 이 때, 상기 제 1전극 코팅부(34)는 도 8에서 볼 수 있듯이, 상기 제 1 전극 무지부(33)의 적어도 제 1전극 탭(35)을 덮는 위치로부터 권취되도록 할 수 있으며, 권심부에서 권취되는 상기 제 1 전극 코팅부(34)의 선단(34a)이 상기 제 1 전극 탭(35)의 권취 방향에 대한 선단(35a)과 권심(O)을 연결하는 직선(L1)보다 권취방향으로 보다 앞쪽에 배치되도록 할 수 있다.

이렇게 제 1 전극 무지부(33) 외측면 중 제 1전극 탭(35)을 덮는 위치로부터 제 1 전극 코팅부(34)가 권취되도록 함에 따라 전술한 바와 같이, 열노출 시험 등과 같은 열적 안전성 평가에서 젤리 롤형 전극 조립체의 제 1 전극 탭이 접합된 부분을 제 2 전극 코팅부가 지탱해 주는 역할을 상기 제 1 전극 코팅부가 하게 되는 것이다. 즉, 권심부에서 권취된 제 1 전극 무지부(33) 중 제 1 전극 탭(35)이 접합된 위치의 외측면의 제 1 세퍼레이터(51) 외측으로 도 8에서 볼 수 있듯이, 제 1 전극 코팅부(34)가 위치하게 되면, 전극 조립체의 온도가 상승해 세퍼레이터와 전극 활물질을 포함한 전극합제들 간에 서로 늘러 붙는 현상이 발생할 경우, 상기 제 1 전극 탭(35)이 접합된 제 1 전극 무지부(33)의 부분과, 그 외측면의 제 1 세퍼레이터(51)의 부분과, 다시 그 외측면의 제 1 전극 코팅부(34)가 서로 늘러붙는 현상이 발생되어 이 제 1 전극 코팅부(34)의 부분이 상기 제 1 전극 탭(35)이 접합된 제 1 전극 무지부(33)의 부분을 붙잡는 역할을 하게 된다. 따라서, 고온에 따라 전극 조립체의 젤리 롤 구조가 무너질 경우에도 귄심부에서 상기 제 1 전극 탭(35)이 접합된 제 1 전극 무지부(33)의 부분이 무너지는 것을 방지하게 되고, 이에 따라 단락에 따른 불량률을 저감할 수 있게 된다.

이처럼 권심부에서 상기 제 1 전극 코팅부(44)의 부분이 상기 제 1 전극 탭(35)이 접합된 제 1 전극 무지부(33)의 부분을 붙잡는 역할을 하도록 하기 위해서는 도 9에서 볼 수 있는 바와 같이, 권심부에서 상기 제 1 전극 코팅부(34)가 상기 제 1 전극 무지부(33) 중 적어도 상기 제 1 전극 탭(35)의 중간 위치로부터 권취되도록 하여야 한다. 즉, 도 9에서 볼 수 있듯이, 권심부에서 권취되는 상기 제 1 전극 코팅부(34)의 선단(34a)이 상기 제 1 전극 탭(35)의 중간 부분과 권심(O)을 연결하는 직선(L2)보다 권취방향으로 보다 앞쪽에 배치되도록 하는 것이다. 이는 전술한 도 7에 따른 실시예에서와 같이, 상기 제 1 전극 코팅부(34)와 상기 제 1 전극 탭(35)이 접합된 제 1 전극 무지부(33)의 부분이 고온에서의 접합력을 유지하도록 하기 위해서는 적어도 상기 제 1 전극 탭(35)의 중간 위치로부터는 권취되어야 하기 때문이다.

이상 설명한 바와 같이, 제 1 전극판과 제 2 전극판이 세퍼레이터를 개재해 권취된 젤리 롤형 전극 조립체에 있어서, 그 권심부에서 제 1 전극 탭이 접합된 제 1 전극 무지부의 부분을 세퍼레이터를 개재한 제 2 전극 코팅부 또는 제 1 전극 코팅부가 지지해 줌에 따라 열적 안전성 평가에서 상기 제 1 전극 탭이 접합된 부분이 무너져 전지의 단락을 초래하는 문제를 방지할 수 있다. 이러한 효과는 또한, 상기와 같은 열적 안전성 평가 뿐만 아니라, 과충방전 시험 등과 같이 전지 내부의 온도가 상승해 전극 조립체의 활물질들과 세퍼레이터가 늘러 붙고, 젤리 롤 구조가 무너질 수 있는 시험에서는 동일하게 얻을 수 있다.

상기와 같은 구성을 가진 본 발명에 의하면 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.

첫째, 젤리 롤형 전극 조립체의 권심부에서 제 1 전극 탭이 접합된 제 1 전극 무지부의 부분을 세퍼레이터를 개재한 제 2 전극 코팅부 또는 제 1 전극 코팅부가 지지해 줌에 따라 제 1 전극 탭이 접합된 부분이 무너져 전지의 단락을 초래하 는 문제를 방지할 수 있으며, 전지의 안전성에 보다 신뢰감을 줄 수 있다.

둘째, 젤리 롤형 전극 조립체의 권심부에서의 구조적인 안전성을 도모하여, 과충방전이나, 고온 또는 저온 등 가혹한 환경하에서 전지의 안전성을 보장할 수 있다.

본 명세서에서는 본 발명을 한정된 실시예를 중심으로 설명하였으나, 본 발명의 사상적 범위내에서 다양한 실시예가 가능하다. 또한 설명되지는 않았으나, 균등한 수단도 또한 본 발명에 그대로 결합되는 것이라 할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 정해져야 할 것이다.

Claims

제 1전극 집전체에 제 1전극 활물질을 포함한 제 1전극 합제가 형성된 제 1전극 코팅부와, 상기 제 1전극 집전체에 상기 제 1전극 합제가 형성되지 않은 제 1전극 무지부를 갖고, 내측면에 세퍼레이터가 개재되어 권취되며, 그 권심부에는 적어도 제 1전극 무지부가 권취되는 제 1전극판;

상기 권심부에서 권취된 제 1전극 무지부에 접합되어 돌출되는 제 1전극 탭; 및

제 2전극 집전체에 제 2전극 활물질을 포함한 제 2전극 합제가 형성된 제 2전극 코팅부와, 상기 제 2전극 집전체에 상기 제 2전극 합제가 형성되지 않은 제 2전극 무지부를 갖고, 내측면에 세퍼레이터가 개재되어 상기 제 1전극판의 외측면의 소정 위치로부터 권취되는 것으로, 상기 소정 위치는 상기 제 2전극 코팅부가 상기 권심부에서 권취된 제 1전극 무지부 외측면의 적어도 제 1전극 탭이 접합된 위치인 제 2전극판;을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 젤리 롤형의 전극 조립체.
제 1항에 있어서,

상기 권심부에서 권취되는 제 2 전극 코팅부는 상기 제 1전극 무지부 외측면 중 적어도 상기 제 1전극 탭을 덮는 위치로부터 권취되는 것을 특징으로 하는 젤리 롤형의 전극 조립체.
제 1항에 있어서,

상기 권심부에서 권취되는 제 2 전극 코팅부는 상기 제 1전극 무지부 외측면 중 적어도 상기 제 1전극 탭의 중간 위치로부터 권취되는 것을 특징으로 하는 젤리 롤형의 전극 조립체.
제 1전극판과 제 2전극판이 서로 절연되도록 세퍼레이터를 개재하여 권취된 젤리 롤형의 전극 조립체에 있어서,

상기 제 1전극판은 제 1전극 집전체에 제 1전극 활물질을 포함한 제 1전극 합제가 형성된 제 1전극 코팅부와, 상기 제 1전극 집전체에 상기 제 1전극 합제가 형성되지 않은 제 1전극 무지부를 갖고, 상기 전극 조립체의 권심부에는 제 1전극 탭이 접합된 상기 제 1전극 무지부가 권취되며, 상기 제 1전극 코팅부가 상기 권심부에서 권취된 제 1전극 무지부 외측면의 적어도 제 1전극 탭이 접합된 위치로부터 권취되는 것을 특징으로 하는 젤리 롤형의 전극 조립체.
제 4항에 있어서,

상기 권심부에서 권취되는 제 1 전극 코팅부는 상기 제 1전극 무지부 외측면 중 적어도 상기 제 1전극 탭을 덮는 위치로부터 권취되는 것을 특징으로 하는 젤리 롤형의 전극 조립체.
제 4항에 있어서,

상기 권심부에서 권취되는 제 1 전극 코팅부는 상기 제 1전극 무지부 외측면 중 적어도 상기 제 1전극 탭의 중간 위치로부터 권취되는 것을 특징으로 하는 젤리 롤형의 전극 조립체.
제 1전극판과 제 2전극판이 각각 전극 집전체에 전극 활물질을 포함하는 전극합제가 형성된 전극 코팅부와, 형성되지 않은 전극 무지부를 구비하여 서로 절연되도록 세퍼레이터를 개재하여 권취된 것으로, 그 권심부에는 적어도 제 1전극 무지부가 권취되고, 상기 제 1전극 코팅부 또는 제 2전극 코팅부가 상기 권심부에서 권취된 제 1전극 무지부 외측면의 적어도 제 1전극 탭이 접합된 위치로부터 권취되는 젤리 롤형의 전극 조립체; 및

상기 전극 조립체가 수용되어 밀봉되는 것으로, 서로 절연되어 상기 제 1,2전극판에 각각 전기적으로 연결되는 제 1,2 전극 단자부를 구비한 전지 케이스;를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 이차전지.
제 7항에 있어서,

상기 전극 조립체의 권심부에서 권취되는 제 1 전극 코팅부 또는 제 2전극 코팅부는 상기 제 1전극 무지부 외측면 중 적어도 상기 제 1전극 탭을 덮는 위치로부터 권취되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
제 7항에 있어서,

상기 전극 조립체의 권심부에서 권취되는 제 1 전극 코팅부 또는 제 2전극 코팅부는 상기 제 1전극 무지부 외측면 중 적어도 상기 제 1전극 탭의 중간 위치로부터 권취되는 것을 특징으로 하는 이차전지.