KR100966604B1 - 전극 조립체 및 이를 구비하는 이차 전지 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전극 조립체 및 이를 구비하는 이차 전지에 관한 것으로, 세퍼레이터의 손상을 방지할 수 있으며, 젤리 롤의 형상을 균일하게 할 수 있는 전극 조립체 및 이를 구비하는 이차 전지에 관한 것이다.
본 발명은 양극 집전체, 상기 양극 집전체에 형성되는 양극 활물질층 및 양극 탭이 접합되는 양극 무지부를 구비하는 양극판, 음극 집전체, 상기 음극 집전체에 형성되는 음극 활물질층 및 음극 탭이 접합되는 음극 무지부를 구비하는 음극판 및 세퍼레이터를 포함하며, 상기 양극 활물질층 또는 음극 활물질층은 도포 시작부, 종단부 및 상기 도포 시작부와 종단부 사이의 균일 영역을 포함하고, 상기 종단부가 권취된 젤리 롤의 중심부에 위치하는 전극 조립체인 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 전극 조립체의 형상을 균일하게 할 수 있으며, 전극 조립체의 장경 및 부피가 커지는 것을 방지할 수 있다.
또한, 세퍼레이터의 손상을 방지하여 전지의 생산 수율 및 안전성을 향상시킬 수 있다.
Figure R1020070117738
전극 조립체, 활물질층, 시작부, 종단부, 불균일

Description

전극 조립체 및 이를 구비하는 이차 전지{Electrode assembly and secondary battery using the same}
본 발명은 전극 조립체 및 이를 구비하는 이차 전지에 관한 것으로, 세퍼레이터의 손상을 방지할 수 있으며, 젤리 롤의 형상을 균일하게 할 수 있는 전극 조립체 및 이를 구비하는 이차 전지에 관한 것이다.
최근에는 휴대폰, 노트북 컴퓨터, 캠코더 등의 콤팩트하고 경량화된 전기/전자기기들이 활발하게 개발 및 생산되고 있다.
이러한 휴대용 전기/전자기기들은 별도의 전원이 구비되지 않은 장소에서도 작동될 수 있도록 전지 팩을 내장하여 구동 전원으로 사용하고 있다.
내장된 전지 팩은 휴대용 전기/전자기기를 일정기간 동안 구동시키기 위해 일정 레벨의 전압을 출력시킬 수 있도록 내부에 적어도 하나의 전지를 구비하고 있다.
전지는 실용성 및 경제성 등을 고려하여 최근에는 재충전이 가능하고 소형 및 대용량화가 가능한 이차 전지가 많이 채용되어 사용되고 있다.
이차 전지 중 리튬 이차 전지는 작동전압이 3.6V로서, 휴대용 전자 장비 전원으로 많이 사용되고 있는 니켈-카드뮴(Ni-Cd) 전지, 니켈-수소(Ni-MH) 전지보다 3배나 높고, 단위 중량당 에너지 밀도가 높다는 측면에서 급속도로 신장되고 있는 추세이다.
리튬 이차 전지 중 리튬 이온 이차 전지는 양극판, 음극판 및 세퍼레이터로 이루어진 전극 조립체를 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어진 캔에 수납하고, 캔을 캡 조립체로 마감한 후, 캔의 내부에 전해액을 주입하고 밀봉함으로써 형성된 베어 셀을 포함한다.
세퍼레이터가 폴리머로 형성되는 리튬 폴리머 이차 전지의 경우, 세퍼레이터가 전해액의 역할을 함께 수행하거나, 세퍼레이터에 전해액 성분을 함침시켜 사용하므로 전해액 누액의 문제가 없거나 적어 캔 대신 파우치가 사용되기도 한다.
전극판은 대개 금속박으로 이루어진 전극 집전체의 표면에 전극 활물질을 포함하는 슬러리를 도포함으로써 이루어진다.
전극 조립체는 양극판, 음극판 및 세퍼레이터가 각각 한 장의 스트립으로 이루어지며, 양극판, 세퍼레이터, 음극판의 순으로 배치되어, 젤리-롤 형으로 권취된다.
전극 집전체는 하나의 전극을 형성하는데 필요한 길이 만큼의 슬러리가 도포되어 전극 활물질층을 형성하고, 전극 탭을 용접하는 등의 필요성에 의해 전극 활물질층이 도포되지 않는 무지부를 형성한다.
전극 집전체에 슬러리가 도포되기 시작하는 시작부에서는 전극 활물질층이 연속되는 부분에 비해 도포된 슬러리가 뭉쳐 다소 돌출되는 과도 현상으로 돌출부가 형성된다.
또한, 전극 집전체에 슬러리 도포가 종료되는 종단부에는 끌림 현상이 발생하여 전극 활물질층이 연속되는 부분에 비해 슬러리가 적게 도포된다.
상기와 같이 형성된 극판은 극판 사이에 세퍼레이터를 개재하여 멘드렐을 이용하여 감아서 젤리 롤 형태의 전극 조립체를 형성하게 된다.
상기와 같은 종래의 전극 조립체는 멘드렐을 이용하여 양극탭, 음극탭 및 세퍼레이터가 감겨져 형성되기 때문에 돌출부가 형성되는 부위가 일그러져 젤리 롤의 형상이 불균일해지는 문제점이 발생한다.
또한, 돌출부가 형성되는 부위에서는 돌출부만큼 장경이 커지게 되므로, 전극 조립체의 부피가 커지는 문제점이 발생한다.
또한, 전극 활물질층의 시작부에 형성되는 돌출부는 전극 조립체 권취시의 압력 등 공정 과정에서의 압력이나 기타 외부적인 압력이 가해지는 경우 양극판과 음극판을 전기적으로 절연시키는 세퍼레이터에 손상을 가할 수 있다.
손상된 세퍼레이터를 통해 이들 부분에서 양극판 및 음극판의 내부적인 단락이 발생하면 전지 생산 수율이 저하되고, 안전상의 사고까지 발생할 수 있으므로 문제가 된다.
상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 고안된 본 발명은 양극 집전체, 상기 양극 집전체에 형성되는 양극 활물질층 및 양극 탭이 접합되는 양극 무지부를 구비하는 양극판, 음극 집전체, 상기 음극 집전체에 형성되는 음극 활물질층 및 음극 탭이 접합되는 음극 무지부를 구비하는 음극판 및 세퍼레이터를 포함하며, 상기 양극 활물질층 또는 음극 활물질층은 도포 시작부, 종단부 및 상기 도포 시작부와 종단부 사이의 균일 영역을 포함하고, 상기 종단부가 권취된 젤리 롤의 중심부에 위치하는 전극 조립체인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 도포 시작부는 상기 균일 영역보다 두께가 두껍고, 상기 종단부는 상기 균일 영역보다 두께가 얇은 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 양극 활물질층 또는 음극 활물질층은 상기 양극 집전체 또는 음극 집전체의 대면하는 양면에 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 양극 활물질층 또는 음극 활물질층의 시작부와 종단부는 같은 방향으로 위치하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 양극판 및 음극판은 양극 탭이 접합되는 양극 무지부 및 음극 탭이 접합되는 음극 무지부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 양극판 및 음극판은 상기 도포 시작부 또는 상기 종단부를 커버하는 절연 부재를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 본 발명의 실시예에 따르면, 전극 조립체의 형상을 균일하게 할 수 있으며, 전극 조립체의 장경 및 부피가 커지는 것을 방지할 수 있다.
또한, 세퍼레이터의 손상을 방지하여 전지의 생산 수율 및 안전성을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 목적과 기술적 구성 및 그에 따른 작용 효과에 관한 자세한 사항 은 본 발명의 바람직한 실시예를 도시하고 있는 도면을 참조한 이하 상세한 설명에 의해 보다 명확하게 이해될 것이다.
또한, 도면들에 있어서, 층 및 영역의 두께, 길이 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수 있으며, 명세서 전반에 걸쳐 동일한 참조번호는 동일한 구성 요소를 나타낸다.
도1a 및 도1b는 본 발명의 실시예에 따른 전극 조립체의 분리 사시도 및 정면도를 나타낸 것이다.
도1a 및 도1b를 참조하면, 전극 조립체(10)는 제1 전극판(20)(이하, 양극판이라 한다), 제2 전극판(30)(이하, 음극판이라 한다) 및 세퍼레이터(40)를 포함한다.
전극 조립체(10)는 상기 양극판(20), 음극판(30) 및 세퍼레이터(40)가 적층되고, 권취되어 젤리롤 형태로 형성된다.
세퍼레이터(40)는 양극판(20)과 음극판(30) 사이에 위치하는 제1 세퍼레이터(40a) 및 두 전극판(20, 30) 아래쪽 혹은 위쪽에 위치하는 제2 세퍼레이터(40b)로 이루어질 수 있으며, 적층 및 권취되는 두 전극(20, 30)이 맞닿는 부분에 개재되어 두 전극판(20, 30) 간의 단락을 방지한다.
상기 양극판(20)은 화학반응에 의하여 발생한 전자를 모아서 외부 회로로 전달해 주는 양극 집전체(21), 상기 양극 집전체(21)의 일면 혹은 양면에 양극 활물질을 포함한 양극용 슬러리가 도포되는 양극 활물질층(22)으로 이루어진다.
양극 활물질층(22)은 양 끝단부의 불균일한 영역(22a, 22b)과 불균일한 영역 사이의 균일 영역(22c)로 이루어진다.
즉, 양극 집전체(21)에 슬러리가 도포되기 시작하는 시작부에서는 양극 활물질층이 연속되는 균일 영역(22c)에 비해 도포된 슬러리가 뭉쳐 다소 돌출되는 영역(22a)을 형성하게 된다.
또한, 양극 집전체(21)에 슬러리 도포가 종료되는 종단부에는 끌림 현상이 발생하여 양극 활물질층이 연속되는 균일 영역(22c)에 비해 슬러리가 적게 도포되는 영역(22b)이 발생한다.
즉, 양극 활물질층의 시작부(22a)는 균일 영역(22c)보다 두께가 두꺼우며, 양극 활물질층의 종단부(22b)는 균일 영역(22c)보다 두께가 얇게 형성된다.
이때, 양극 집전체(21)의 양면에 도포되는 양극 활물질층(22)은 양극 집전체(21)를 기준으로 대응하여 위치하며, 따라서, 각각의 양극 활물질층(22)의 시작부와 종단부는 같은 방향으로 위치하게 된다.
또한, 양극 집전체(21)의 양 말단 중 일측 또는 양측에는 양극 활물질을 포함한 양극용 슬러리가 도포되지 않아 양극 집전체(21)가 그대로 드러나 있는 양극 무지부(23)가 형성된다.
상기 양극 집전체(21)로는 스테인레스강, 니켈, 알루미늄, 티탄 또는 이들의 합금, 알루미늄 또는 스테인레스강의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은을 표면 처리시킨 것 등을 사용할 수 있고, 이들 중 알루미늄 또는 알루미늄 합금이 바람직하며, 본 발명에서 상기 양극 집전체(21)의 재질을 한정하는 것은 아니다.
양극 집전체(21)의 형태로는 호일, 필름, 시트, 펀칭된 것, 다공질체, 발포제 등일 수 있으며, 두께는 통상 1~50μm, 바람직하게는 1~30μm이며, 본 발명에서 형태 및 두께를 한정하는 것은 아니다.
양극 활물질층(22)은 양극 활물질에 카본 블랙(carbon black)이나 흑연 분말과 같은 도전재와 활물질의 고정을 위한 바인더 등이 혼합된 물질을 사용할 수 있다.
양극 활물질로는 코발트, 망간, 니켈에서 선택되는 최소한 1종 및 리튬과의 복합산화물 중 1종 이상의 것이 바람직하며, 본 발명에서 양극 활물질의 재질을 한정하는 것은 아니다.
상기 양극 무지부(23)에는 양극 집전체(21)에 모인 전자들을 외부 회로로 전달해 주며, 니켈 또는 알루미늄 재질의 박판으로 형성될 수 있는 양극 탭(24)이 접합된다.
상기 양극 탭(24)이 접합되는 부위에는 그 상면으로 보호 부재(25)가 구비될 수 있다.
상기 보호 부재(25)는 접합되는 부위를 보호하여 단락 등을 방지하기 위한 것으로서, 내열성을 가지는 소재, 예들 들면 폴리에스테르와 같은 고분자 수지가 바람직할 것이다.
아울러, 상기 보호 부재(25)는 양극 무지부(23)에 접합되는 양극 탭(24)을 완전히 감쌀 수 있을 정도의 폭과 길이를 갖는다.
또한, 양극판(20)은 양극 활물질층(22)의 양 끝단 중 적어도 일단을 커버하 도록 형성되는 절연 부재(26)를 포함할 수 있다.
절연 부재(26)는 절연 테이프로 형성될 수 있으며, 접착층과 접착층의 일면에 부착되는 절연 필름으로 이루어질 수 있으며, 본 발명에서 절연 부재(26)의 형상 및 재질을 한정하는 것은 아니다.
예를 들어, 접착층은 에틸렌(Ethylene)-아크릴산 에스테르(Acrylic ester) 공중합체, 고무계 점착재, 에틸렌 초산 비닐 공중합체 등으로 형성될 수 있으며, 절연 필름은 폴리 프로필렌(Poly propylene), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene terephthalate), 폴리에틸렌 나프탈레이트(Polyethylene naphthalate) 등으로 형성될 수 있다.
상기 음극판(30)은 화학반응에 의하여 발생한 전자를 모아서 외부 회로로 전달해 주는 음극 집전체(31), 상기 음극 집전체(31)의 일면 혹은 양면에 음극 활물질이 포함된 음극용 슬러리가 도포되는 음극 활물질층(32)으로 이루어진다.
음극 활물질층(32)은 양 끝단부의 불균일한 영역(32a, 32b)과 불균일한 영역 사이의 균일 영역(32c)로 이루어진다.
즉, 음극 집전체(31)에 슬러리가 도포되기 시작하는 시작부에서는 음극 활물질층이 연속되는 균일 영역(32c)에 비해 도포된 슬러리가 뭉쳐 다소 돌출되는 영역(32a)를 형성하게 된다.
또한, 음극 집전체(21)에 슬러리 도포가 종료되는 종단부에는 끌림 현상이 발생하여 음극 활물질층이 연속되는 균일 영역(32c)에 비해 슬러리가 적게 도포되는 영역(32b)이 발생한다.
즉, 음극 활물질층의 시작부(32a)는 균일 영역(32c)보다 두께가 두꺼우며, 음극 활물질층의 종단부(32b)는 균일 영역(32c)보다 두께가 얇게 형성된다.
이때, 음극 집전체(31)의 양면에 도포되는 음극 활물질층(32)은 음극 집전체(31)를 기준으로 대응하여 위치하며, 따라서, 각각의 음극 활물질층(22)의 시작부와 종단부는 같은 방향으로 위치하게 된다.
또한, 음극 집전체(31)의 양 말단 중 일측 또는 양측에는 음극 활물질이 포함된 음극용 슬러리가 도포되지 않아 음극 집전체(31)가 그대로 드러나 있는 음극 무지부(33)가 형성된다.
상기 음극 집전체(31)로는 스테인레스강, 니켈, 구리, 티탄 또는 이들의 합금, 구리 또는 스테인레스강의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은을 표면 처리시킨 것 등을 사용할 수 있고, 이들 중 구리 또는 구리 합금이 바람직하며, 본 발명에서 상기 음극 집전체(31)의 재질을 한정하는 것은 아니다.
음극 집전체(31)의 형태로는 호일, 필름, 시트, 펀칭된 것, 다공질체, 발포제 등일 수 있으며, 두께는 통상 1~50μm, 바람직하게는 1~30μm이며, 본 발명에서 형태 및 두께를 한정하는 것은 아니다.
음극 활물질층(32)은 음극 활물질에 카본 블랙(carbon black)과 같은 도전재와 활물질의 고정을 위한 PVDF(Polyvinylidene fluoride), SBR(Styrene butadiene rubber), PTFE(Polytelrafluoro ethylene) 등의 바인더 등이 혼합된 물질을 사용할 수 있다.
음극 활물질로는 결정질 탄소, 비정질 탄소, 탄소 복합체, 탄소 섬유 등의 탄소 재료, 리튬 금속, 리튬 합금 등이 바람직하며, 본 발명에서 음극 활물질의 재질을 한정하는 것은 아니다.
상기 음극 무지부(33)에는 음극 집전체(31)에 모인 전자들을 외부 회로로 전달해 주며, 니켈 재질의 박판으로 형성될 수 있는 음극 탭(34)이 접합된다.
상기 음극 탭(34)이 접합되는 부위에는 그 상면으로 보호 부재(35)가 구비될 수 있다.
상기 보호 부재(35)는 접합되는 부위를 보호하여 단락 등을 방지하기 위한 것으로서, 내열성을 가지는 소재, 예들 들면 폴리에스테르와 같은 고분자 수지가 바람직할 것이다.
아울러, 상기 보호 부재(35)는 음극 무지부(33)에 접합되는 음극 탭(34)을 완전히 감쌀 수 있을 정도의 폭과 길이를 갖는다.
또한, 음극판(30)은 음극 활물질층(32)의 양 끝단 중 적어도 일단을 커버하도록 형성되는 절연 부재(36)를 포함할 수 있다.
절연 부재(36)는 절연 테이프로 형성될 수 있으며, 접착층과 접착층의 일면에 부착되는 절연 필름으로 이루어질 수 있으며, 본 발명에서 절연 부재(36)의 형상 및 재질을 한정하는 것은 아니다.
예를 들어, 접착층은 에틸렌(Ethylene)-아크릴산 에스테르(Acrylic ester) 공중합체, 고무계 점착재, 에틸렌 초산 비닐 공중합체 등으로 형성될 수 있으며, 절연 필름은 폴리 프로필렌(Poly propylene), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene terephthalate), 폴리에틸렌 나프탈레이트(Polyethylene naphthalate) 등으로 형성될 수 있다.
하기 표1은 양극 및 음극 활물질층의 시작부, 균일 영역, 종단부를 측정한 두께를 나타낸 것이다.
[표 1]

 양극 활물질층(μm) 음극 활물질층(μm)
시작부 균일 영역 종단부 시작부 균일 영역 종단부
1 72 70 69 73 72 64
2 73 70 69 73 72 65
3 72 70 69 72 71 65
4 72 70 68 73 72 65
5 73 71 68 72 71 64
상기 표1은 양극 활물질층 및 음극 활물질층 각각의 시작부, 균일 영역, 종단부의 두께를 5회 측정한 결과를 나타낸 데이터이다.
양극 활물질층 및 음극 활물질층 모두 시작부, 균일 영역, 종단부 순으로 두께가 두껍게 형성되는 것을 알 수 있다.
상기 세퍼레이터(40)는 통상적으로 폴리 에틸렌(Polyethylene), 폴리 프로필렌(Poly propylene) 등의 열가소성 수지로 형성되며, 그 표면은 다공막 구조로 되어 있다.
이러한 다공막 구조는 전지 내부의 온도 상승으로 상기 열가소성 수지의 융점 근처가 되면 세퍼레이터(40)가 용융하여 막힘으로써 절연 필름이 된다.
이렇게 절연 필름으로 바뀜으로써 양극판(20)과 음극판(30) 간의 리튬 이온의 이동이 차단되고, 더 이상의 전류가 흐르지 못하게 됨으로써 전지 내부의 온도 상승이 중단된다.
도2를 참조하여 전극판이 형성되는 방법을 설명하면, 권출기(110)에 감겨있 는 전극 집전체(120)는 제1 이동 롤러(130)에 의해 이송된다.
제1 이송 롤러(130)에 의해 이송되는 전극 집전체(120)는 활물질을 포함하는 슬러리를 도포하기 위한 제1 슬릿다이(130)가 위치한 지점을 지나게 되며, 이때, 전극 집전체(120)의 상부 방향에 위치한 제1면에 슬러리가 도포되어 제1 활물질층(140)이 형성된다.
제1 활물질층(140)은 슬러리가 도포되기 시작하는 시작부(141)에는 슬러리가 과도포되어 돌출부가 형성되며, 슬러리의 도포가 종료되는 종단부(145)는 끌림 형상에 의해 슬러리가 적게 도포된다.
시작부(141)와 종단부(145) 사이에는 슬러리가 비교적 균일하게 도포되는 영역(143)이 형성된다.
제1 활물질층(140)이 형성된 전극 집전체(120)는 제2 이송 롤러(150)를 따라 이송되면서 제1면과 대면되는 제2면이 상부 방향에 위치하게 된다.
제2 이송 롤러(150)에 의해 이송되는 전극 집전체(120)는 활물질을 포함하는 슬러리를 도포하기 위한 제2 슬릿다이(160)가 위치한 지점을 지나게 되며, 이때, 전극 집전체(120)의 상부 방향에 위치한 제2면에 슬러리가 도포되어 제2 활물질층(170)이 형성된다.
제2 활물질층(170)은 슬러리가 도포되기 시작하는 시작부(171)에는 슬러리가 과도포되어 돌출부가 형성되며, 슬러리의 도포가 종료하는 종단부(175)는 끌림 현상에 의해 슬러리가 적게 도포된다.
시작부(171)와 종단부(175) 사이에는 슬러리가 비교적 균일하게 도포되는 영 역(173)이 형성된다.
제1 및 제2 활물질층(140, 170)이 형성된 전극 집전체(120)는 제3 이송 롤러(180)에 의해 이송되며, 건조기(미도시)를 통과한 전극 집전체(120)는 권취기(190)에 권취된다.
따라서, 전극 집전체(120)에 형성되는 제1 및 제2 활물질층(140, 170)은 전극 집전체(120)를 기준으로 동일한 방향으로 도포가 시작되며, 따라서, 제1 및 제2 활물질층(140, 170)의 시작부(141, 171)와 종단부(145, 175)는 같은 방향으로 위치하게 된다.
물론, 전극판을 형성하는 방법은 상기 도2를 참조한 본 발명의 실시예에 한정되지 않으며, 당업자에 의해 다양한 방법으로 전극판을 형성할 수 있다.
도3은 본 발명에 따른 전극 조립체를 형성하기 위한 권취 시작 부분을 도시한 평면도를 나타낸 것이다.
도3을 참조하면, 비원형의 멘드렐(mandrel, 50)에 제1 및 제2 세퍼레이터(40a, 40b)가 소정 길이만큼 먼저 권취된다.
권취된 제1 및 제2 세퍼레이터(40a, 40b) 사이에 양극 무지부(23)를 선단으로 하는 양극판(20)이 배치되며, 음극 무지부(33)를 선단으로 하는 음극판(30)이 제1 세퍼레이터(40a)의 외측에 배치되어, 제1 및 제2 세퍼레이터(40a, 40b)와 함께 권취된다.
이때, 양극판(20) 및 음극판(30)은 양극 활물질층(22) 및 음극 활물질층(32)의 종단부(22b, 32b)가 형성된 측의 양극 무지부(22) 및 음극 무지부(32)를 선단으 로 하여 권취된다.
따라서, 양극 활물질층(22) 및 음극 활물질층(32)의 종단부(22b, 32b)는 권취된 전극 조립체의 중심부에 위치하게 된다.
물론, 전극 조립체를 형성하는 방법은 본 발명의 실시예에 한정되지 않으며, 당업자에 의해 다양한 방법을 적용하여 전극 조립체를 형성할 수 있다.
도4는 본 발명에 따른 전극 조립체가 권취된 평면도를 나타낸 것으로, 전극 조립체(10)는 음극판(30), 세퍼레이터(40a), 양극판(20), 세퍼레이터(40b) 순으로 적층되어 권취됨으로써 형성된다.
전극 조립체(10)의 중심부에는 음극판(30)의 음극 무지부(33)와 양극판(20)의 양극 무지부(23)가 위치하고 있으며, 상기 음극 무지부(33)와 양극 무지부(23) 사이에는 세퍼레이터(40a)가 개재되어 이들을 절연시키고 있다.
또한, 세퍼레이터(40)는 권취된 양극판(20) 및 음극판(30) 사이의 절연을 위하여 충분한 길이를 가지고 있다.
상기 양극 무지부(23)에는 양극 탭(24)이 접합되며, 상기 음극 무지부(33)에는 음극 탭(34)이 접합된다.
본 실시예에서는 양극 탭(24)이 양극 무지부(23)의 최외곽에 접합되며, 음극 탭(34)이 음극 무지부(33)의 최내각에 접합되는 것으로 도시하고 있으나, 양극 탭(24) 및 음극 탭(34)이 부착되는 위치가 본 실시예에 한정되는 것은 아니다.
이 때, 전극 조립체(10)는 양극 활물질층(22) 또는 음극 활물질층(32)의 종단부(22b, 32b)가 형성된 단부측부터 권취되어 형성되므로, 권취된 전극 조립 체(10)의 중심부에는 양극 활물질층(22) 또는 음극 활물질층(32)의 종단부(22b, 32b)가 위치하게 된다.
따라서, 양극 활물질층(22) 또는 음극 활물질층(32)의 시작부(22a, 32a)는 권취된 전극 조립체(10)의 외측에 위치하게 되므로, 돌출되는 시작부(22a, 32a)에 의해 전극 조립체가 일그러져 형상이 불균일해지는 것을 방지할 수 있다.
따라서, 돌출되는 시작부로 인해 전극 조립체의 장경이 커지는 것을 방지할 수 있으며, 전극 조립체의 부피가 증가하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 돌출되는 시작부에 의해 세퍼레이터가 손상되는 것을 방지할 수 있으므로, 극판간의 단락을 방지하여 전기적 안정성을 향상시킬 수 있다.
본 실시예에서는 양극판(20)의 양면에 형성되는 양극 활물질층(22) 및 음극판(30)의 양면에 형성되는 음극 활물질층(32)의 종단부(22b, 32b)의 위치가 본 발명을 설명하기 위한 도면에 한정되는 것은 아니다.
또한, 양극판(20), 음극판(30) 및 세퍼레이터(40)의 권취된 끝단 역시 본 실시예에 한정되는 것은 아니며, 전극 조립체의 형성 과정에서 다양한 위치 관계를 가지며 형성될 수 있다.
도5 및 도6은 본 발명의 실시예에 따른 전극 조립체를 구비하는 이차 전지를 설명하기 위한 분해 사시도를 나타낸 것이다.
도5를 참조하면, 이차 전지(200)는 상부 외장재(211) 및 하부 외장재(212)로 이루어지는 파우치형의 외장재(210) 및 상기 외장재(210)에 수용되는 전극 조립체(220)를 포함하여 이루어진다.
상부 외장재(211) 및 하부 외장재(212)는 일 가장자리면이 접합되어 있으며, 나머지 면들은 개방되어 상기 전극 조립체(220)가 수용될 수 있도록 형성된다.
상기 상부 외장재(211) 또는 하부 외장재(212) 중 어느 한 외장재에는 상기 전극 조립체(220)를 수용할 수 있는 공간이 형성되며, 본 실시예에서는 하부 외장재(212)에 공간이 형성되어 있는 것으로 도시하고 있다.
상기 상부 외장재(211) 및 하부 외장재(212)의 가장자리에는 열융착 등의 방법으로 밀봉되는 상부 실링부(211a) 및 하부 실링부(212a)가 형성된다.
상기 외장재(210)는 열융착성을 가져 실링재 역할을 하는 열융착층(210a), 기계적 강도를 유지하며, 수분과 산소의 배리어층의 역할을 하며, 금속재로 이루어지는 금속층(210b) 및 절연막(210c)으로 이루어지는 다층 구조로 형성될 수 있다.
상기 전극 조립체(220)는 제1 전극 탭(221)이 연결된 제1 전극판(222), 제2 전극 탭(223)이 연결된 제2 전극판(224) 및 상기 두 전극판(222, 224) 사이에 개재되는 세퍼레이터(225)가 권취된 형태로 이루어진다.
상기 전극 조립체(220)는 상기 도1a 내지 도4를 참조하여 설명한 구성을 갖으며, 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
또한, 제1 전극 탭(221) 및 제2 전극 탭(223)의 실링부(211a, 212a)와 겹치는 위치에는 밀봉을 돕는 접착성 탭 테이프(226, 227)가 구비될 수 있다.
도6을 참조하면, 이차 전지(300)는 외장재(310), 외장재(310)의 내부에 수용되는 젤리-롤형의 전극 조립체(320) 및 외장재(310)의 일측에 결합되는 캡 조립체(330)을 포함한다.
상기 외장재(310)는 일측이 개구된 형상을 갖는 금속재로 이루어질 수 있으며, 원통형, 각기둥형이나 모서리에 곡면을 형성한 기둥형 등의 형상을 갖는다.
상기 전극 조립체(320)는 제1 전극 탭(321)이 연결된 제1 전극판(322), 제2 전극 탭(323)이 연결된 제2 전극판(322) 및 상기 두 전극판(322, 324) 사이에 개재되는 세퍼레이터(325)가 권취된 형태로 이루어진다.
전극 조립체(320)는 상기 도1a 내지 도4를 참조하여 설명한 구성을 갖으며, 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
상기 캡 조립체(330)는 개구부를 밀봉하는 캡 플레이트(331)에 전극 단자(332)가 가스켓(333)이 개재된 형태로 결합되며, 상기 전극 단자(332)는 캡 플레이트(331)의 하부에 위치하는 터미널 플레이트(335)와 전기적으로 연결된다.
캡 플레이트(331)와 터미널 플레이트(335) 사이에는 절연 플레이트(334)가 위치하여, 캡 플레이트(331)와 터미널 플레이트(335)를 절연시킨다.
캡 플레이트(331)의 일측에는 전해액을 주입하기 위한 전해액 주입구(331a)가 형성되어 있으며, 전해액 주입구(331a)에는 전해액 주입구 마개(331b)가 결합되어 밀폐된다.
또한, 외장재(310)에 수용된 전극 조립체(320)의 상면에는 전극 조립체(320)와 캡 조립체(330)를 전기적으로 절연시키며, 전극 조립체(320)의 유동을 방지할 수 있는 절연 케이스(336)가 구비된다.
캡 플레이트(331)의 하면에는 제1 전극판(322)과 전기적으로 연결된 제1 전극 탭(321)이 용접되고, 터미널 플레이트(335)의 하면에는 제2 전극판(324)과 전기 적으로 연결된 제2 전극 탭(323)이 용접된다.
상기 도5 및 도6을 참조하여 설명한 이차 전지는 일측에 과전류, 과방전, 과충전 등의 안전상의 문제를 해결하기 위한 보호 소자를 실장한 보호회로기판을 더 구비할 수도 있다.
또한, 이차 전지의 외관을 보호하기 위하여 이차 전지의 외측에 튜빙 또는 라벨링이 더 실시될 수도 있다.
또는, 별도의 외부 케이스를 구비하여, 이차 전지의 외측에 결합시킬 수도 있다.
본 발명은 이상에서 살펴본 바와 같이 바람직한 실시예를 도시하고 있으나, 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.
도1a는 본 발명의 실시예에 따른 전극 조립체의 분리 사시도를 나타낸 것이다.
도1b는 도1a의 전극 조립체의 정면도를 나타낸 것이다.
도2는 본 발명의 실시예에 따른 전극판을 형성하는 방법을 설명하기 위한 평면도를 나타낸 것이다.
도3은 본 발명의 실시예에 따른 전극 조립체를 형성하기 위한 권취 시작 부분을 도시한 평면도를 나타낸 것이다.
도4는 본 발명의 실시예 따른 전극 조립체가 권취된 평면도를 나타낸 것이다.
도5 및 도6은 본 발명의 실시예에 따른 전극 조립체를 구비하는 이차 전지를 설명하기 위한 분해 사시도를 나타낸 것이다.
[도면의 주요부호에 대한 설명]
10 : 전극 조립체 20 : 양극판
21 : 양극 집전체 22 : 양극 활물질층
22a, 32a : 시작부 22b, 32b : 종단부
22c, 32c : 균일 영역 23 : 양극 무지부
24 : 양극 탭 25, 35 : 보호 부재
26, 36 : 절연 부재 30 : 음극판
31 : 음극 집전체 32 : 음극 활물질층
33 : 음극 무지부 34 : 음극 탭
40 : 세퍼레이터 40a : 제1 세퍼레이터
40b : 제2 세퍼레이터

Claims (20)

  1. 양극 집전체, 상기 양극 집전체에 형성되는 양극 활물질층 및 양극 탭이 접합되는 양극 무지부를 구비하는 양극판;
    음극 집전체, 상기 음극 집전체에 형성되는 음극 활물질층 및 음극 탭이 접합되는 음극 무지부를 구비하는 음극판; 및
    세퍼레이터를 포함하며,
    상기 양극 활물질층 또는 음극 활물질층은 도포 시작부, 종단부 및 상기 도포 시작부와 종단부 사이의 균일 영역을 포함하고,
    상기 종단부가 권취된 젤리 롤의 중심부에 위치하는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 도포 시작부는 상기 균일 영역보다 두께가 두꺼운 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 종단부는 상기 균일 영역보다 두께가 얇은 것을 특징으로 하는 전극 조 립체.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 도포 시작부는 상기 권취된 젤리 롤의 외측에 형성되는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 양극 활물질층 또는 음극 활물질층은 상기 양극 집전체 또는 음극 집전체의 대면하는 양면에 형성되는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 양극 활물질층 또는 음극 활물질층의 도포 시작부와 종단부는 같은 방향으로 위치하는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  7. 삭제
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 양극판 및 음극판은 상기 도포 시작부 또는 상기 종단부를 커버하는 절연 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  9. 외장재;
    상기 외장재에 수용되며, 양극 집전체, 상기 양극 집전체에 형성되는 양극 활물질층 및 양극 탭이 접합되는 양극 무지부를 구비하는 양극판, 음극 집전체, 상기 음극 집전체에 형성되는 음극 활물질층 및 음극 탭이 접합되는 음극 무지부를 구비하는 음극판을 포함하며,
    상기 양극 활물질층 또는 상기 음극 활물질층은 도포 시작부, 종단부 및 상기 도포 시작부와 종단부 사이의 균일 영역을 포함하고,
    상기 종단부가 권취된 젤리 롤의 중심부에 위치하는 전극 조립체를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 외장재는 원통형, 각기둥형 또는 모서리에 곡면이 형성된 기둥형 중 어 느 하나로 형성되는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 외장재는 일측에 개구부가 형성되는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 외장재는 상기 개구부 상에 캡 조립체를 구비하는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  13. 제 9 항에 있어서,
    상기 외장재는 파우치형인 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  14. 제 9 항에 있어서,
    상기 도포 시작부는 상기 균일 영역보다 두께가 두꺼운 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  15. 제 9 항에 있어서,
    상기 종단부는 상기 균일 영역보다 두께가 얇은 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  16. 제 9 항에 있어서,
    상기 도포 시작부는 상기 권취된 젤리 롤의 외측에 형성되는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  17. 제 9 항에 있어서,
    상기 양극 활물질층 또는 음극 활물질층은 상기 양극 집전체 또는 음극 집전체의 대면하는 양면에 형성되는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 양극 활물질층 또는 음극 활물질층의 시작부와 종단부는 같은 방향으로 위치하는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  19. 삭제
  20. 제 9 항에 있어서,
    상기 양극판 및 음극판은 상기 도포 시작부 또는 상기 종단부를 커버하는 절연 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
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