KR102384021B1 - 전극 조립체 및 이를 포함하는 이차 전지 - Google Patents

Abstract

전극 조립체 및 이를 포함하는 이차 전지가 개시된다. 개시된 전극 조립체는, 다른 극성의 전극판과 함께 권취된 후 젤리롤로 형성되고, 서로 이격된 다수의 무지부를 포함하는 전극판; 및 상기 다수의 무지부에 각각 부착되는 다수의 탭;을 포함하되,　상기 다수의 무지부는, 소정의 폭을 갖는 제1 무지부, 및 상기 제1 무지부의 폭과 다른 폭을 갖는 제2 무지부를 포함한다. 본 발명에 따르면, 전지의 저항을 낮추기 위한 멀티탭 구조에 최적화된 전극 조립체를 제공할 수 있는 장점이 잇다. 또한, 본 발명에 따르면, 멀티탭의 정렬, 접합 및 CID(또는 캔)과의 용접의 용이성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다. 또한, 본 발명에 따르면, 전지의 저항을 낮춰 이차 전지의 출력을 높일 수 있는 장점이 있다.

Description

전극 조립체 및 이를 포함하는 이차 전지{ELECTRODE ASSEMBLY AND SECONDARY BATTERY HAVING THE SAME}

본 발명은 멀티탭 구조에 최적화된 전극 조립체 및 이를 포함하는 이차 전지에 관한 것이다.

이차 전지는 충전 및 방전이 가능하여 반복적으로 사용할 수 있는 전지로서, 휴대전자기기, 전동공구, 정원공구, 전기자동차(Electric Vehicle, EV) 및 전력저장시스템 등의 에너지원으로 사용되고 있으며, 더욱 다양한 적용분야로의 검토가 확대되고 있다.

최근 이차 전지를 사용하는 전동공구, 정원공구, 전기자동차, E-bike 등에서 보다 높은 출력의 셀이 요구되고 있다.

이러한 적용 분야에서는 일반적으로 원통형 이차 전지가 사용되는데, 원통형 이차 전지는 가용부피가 정해져 있기 때문에 용량 및 출력을 높이는 데에 많은 어려움이 있다.

출력을 높이기 위해서는 전지의 저항을 낮춰야 하며, 이를 위해, 제한된 부피 내에서는 전극판의 탭(tab)의 수를 증가시키는 것이 효과적이나, 탭의 수가 증가할 경우 탭을 전류차단장치(Current Interrupt Device, CID) 또는 캔(can)과 용접하는 공정에서 많은 제약이 발생한다.

본 발명에서는 멀티탭 구조에 최적화된 전극 조립체 및 이를 구비하는 이차 전지를 제안하고자 한다.

본 발명의 다른 목적들은 하기의 실시예를 통해 당업자에 의해 도출될 수 있을 것이다.

본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 다른 극성의 전극판과 함께 권취된 후 젤리롤로 형성되고, 서로 이격된 다수의 무지부를 포함하는 전극판; 및 상기 다수의 무지부에 각각 부착되는 다수의 탭;을 포함하되, 상기 다수의 무지부는, 소정의 폭을 갖는 제1 무지부, 및 상기 제1 무지부의 폭과 다른 폭을 갖는 제2 무지부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 조립체가 제공된다. 　

상기 전극판의 권취 후 상기 제1 및 제2 무지부는, 상기 젤리롤의 권취 중심과 상기 제2 무지부 사이에 상기 제1 무지부가 놓이도록 위치할 수 있다.

상기 제1 무지부와 제2 무지부는 상호간에, 상기 다수의 탭 중 어느 하나의 탭의 폭 이상의 중첩 구간을 가질 수 있다.

상기 제1 무지부와 제2 무지부는 상호간에, 상기 다수의 탭 중 작은 폭을 갖는 탭의 폭 이상의 중첩 구간을 가질 수 있다.

상기 중첩 구간은 상기 권취 중심과 상기 제1 무지부의 양단부를 각각 지나는 선들로 정의되는 각과, 상기 권취 중심과 상기 제2 무지부의 양단부를 각각 지나는 선들로 정의되는 각이 중첩되는 영역으로부터 정의될 수 있다.

상기 중첩되는 영역 내에서 상기 제2 무지부상 상기 다수의 탭 중 상기 어느 하나의 탭이 놓여지는 경우, 상기 제1 무지부와 제2 무지부는 상호간에 상기 중첩 구간을 가질 수 있다.

상기 중첩되는 영역 내에서 상기 제2 무지부상 상기 다수의 탭 중 상기 작은 폭을 갖는 탭이 놓여지는 경우, 상기 제1 무지부와 제2 무지부는 상호간에 상기 중첩 구간을 가질 수 있다.

상기 제2 무지부는 상기 제1 무지부보다 폭이 넓을 수 있다.

상기 제2 무지부는 상기 제1 무지부보다 폭이 넓고, 상기 다수의 탭은, 상기 제1 무지부에 부착되는 제1 탭, 및 상기 제2 무지부에 부착되는 제2 탭을 포함하며, 상기 제2 탭은 상기 제1 탭보다 폭이 좁을 수 있다.

상기 제1 무지부는 상기 제2 무지부보다 폭이 넓을 수 있다.

상기 제1 무지부는 상기 제2 무지부보다 폭이 넓고, 상기 다수의 탭은, 상기 제1 무지부에 부착되는 제1 탭, 및 상기 제2 무지부에 부착되는 제2 탭을 포함하며, 상기 제1 탭은 상기 제2 탭보다 폭이 좁을 수 있다.

또한 본 발명의 바림직한 일 실시예에 따르면, 다른 극성의 전극판과 함께 권취된 후 젤리롤로 형성되고, 서로 이격된 다수의 무지부를 포함하는 전극판; 및 상기 다수의 무지부에 각각 부착되는 다수의 탭;을 포함하되, 상기 다수의 탭은, 소정의 폭을 갖는 제1 탭, 및 상기 제1 탭의 폭과 다른 폭을 갖는 제2 탭을 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 조립체가 제공된다.

상기 전극판의 권취 후 상기 젤리롤의 권취 중심과 상기 제2 탭 사이에 상기 제1 탭이 놓이도록 위치하며, 상기 제2 탭은 상기 제1 전극탭보다 폭이 좁을 수 있다.

또한 본 발명의 바림직한 일 실시예에 따르면, 상기 전극 조립체를 포함하는 이차 전지가 제공된다.

본 발명에 따르면, 전지의 저항을 낮추기 위한 멀티탭 구조에 최적화된 전극 조립체를 제공할 수 있는 장점이 잇다.

또한, 본 발명에 따르면, 멀티탭의 정렬, 접합 및 CID(또는 캔)과의 용접의 용이성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 전지의 저항을 낮춰 이차 전지의 출력을 높일 수 있는 장점이 있다.

도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극판의 권취 전 상태를 도시하는 도면이다.
도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따라, 도 1a의 전극판에 탭이 부착된 상태를 도시하는 도면이다.
도 1c는 본 발명의 일 실시예에 따라, 도 1b의 탭이 부착된 전극판이 다른 극성의 전극판 및 이들 사이에 개재되는 세퍼레이터와 함께 권취된 후 상태를 도시하는 도면이다.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따라, 도 1c의 젤리롤에 대한 수평 단면도를 도시하는 도면이다.
도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따라, 도 1c의 젤리롤에 대한 수평 단면도를 도시하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라, 도 1c의 젤리롤에 대한 수평 단면도를 도시하는 도면이다.
도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따라, 도 1c의 젤리롤에 대한 수평 단면도를 도시하는 도면이다.
도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따라, 도 1c의 젤리롤에 대한 수평 단면도를 도시하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라, 도 1c의 젤리롤에 대한 수평 단면도를 도시하는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체를 포함하는 이차전지의 외관의 사시도를 도시하는 도면이다.
도 7은 도 6에서 I-I'에 따른 분해사시도를 도시하는 도면이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.

이하에서, 본 발명에 따른 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극판(110)의 권취 전 상태를 도시하는 도면이다.

도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따라, 도 1a의 전극판(110)에 탭(122, 124)이 부착된 상태를 도시하는 도면이다.

그리고, 도 1c는 본 발명의 일 실시예에 따라, 도 1b의 탭(122, 124)이 부착된 전극판(110)이 다른 극성의 전극판 및 이들 사이에 개재되는 세퍼레이터와 함께 권취된 후 상태를 도시하는 도면이다.

먼저, 도 1a 내지 도 1b에 도시된 바와 같이, 전극판(110)은 서로 이격된 다수의 무지부(112, 114)를 포함한다.

무지부는 전극판에서 활물질이 도포되지 않은 부분으로서, 활물질이 도포된 코팅부와 구별된다.

본 발명에서는 설명의 편의를 위해, 다수의 무지부가 두 개인 것으로 가정하나, 이에 한정되는 것은 아니며 세 개 이상의 무지부가 존재할 수 있다.

다수의 무지부(112, 114)는 권취가 시작되는 쪽, 즉, 권취 중심(C)에 가까운 제1 무지부(112)와, 권취 후 제1 무지부(112)보다 외측에 위치하는 제2 무지부(114)를 포함할 수 있다.

이때, 제1 무지부와 제2 무지부는 전극판의 전체 길이의 양 단부가 아닌 상대적으로 가운데에서 서로 이격되어 위치할 수 있다.

제1 무지부(112)는 소정의 폭(a)을 갖고, 제2 무지부(114)는 제1 무지부의 폭과는 다른 폭(b)을 갖는다. 도 1a에는 b가 a보다 큰 것으로 도시되었으나, 이하에서 살펴보는 바와 같이, 그 반대의 경우일 수도 있다. 이는 탭간 정렬을 조절할 수 있도록 무지부간 중첩 구간(S)을 넓게 분포시키기 위한 것으로서, 이에 대해서는 도 2a 내지 도 5에 관한 설명에서 보다 상세하게 살펴보기로 한다.

상기 다수의 무지부(112, 114)에는 각각 다수의 탭(122, 124)이 부착된다. 다수의 무지부가 세 개인 경우, 마찬가지로, 다수의 탭 또한 세 개이고, 각각 무지부에 부착될 수 있다.

다수의 탭(122, 124)은 출력을 높이기 위해 전지의 저항을 낮출 수 있는 멀티탭에 해당하는 것으로서, 제1 무지부(112)에는 제1 탭(122)이 부착되어 젤리롤(102)의 외측으로 돌출되고, 제2 무지부(114)에는 제2 탭(124)이 부착되어 젤리롤(102)의 외측으로 돌출된다.

제1 탭(122)은 소정의 폭(c)을 갖고, 제2 탭(124)은 제1 탭의 폭과는 다른 폭(d)을 갖는다. 도 1b에는 d가 c보다 작은 것으로 도시되었으나, 이하 설명하는 바와 같이, 동일할 수도 있고, 그 반대의 경우일 수도 있다. 이는 탭간 정렬을 조절할 수 있도록 무지부간 중첩 구간(S)을 넓게 분포시키기 위한 것으로서, 이에 대해서는 도 2a 내지 도 5에 관한 설명에서 보다 상세하게 살펴보기로 한다.

계속하여, 도 1c에 도시된 바와 같이, 제1 및 제2 탭(122, 124)의 돌출된 부분은 서로 일렬로 정렬될 수 있고, 최종적으로, 서로 접합되어 CID 또는 캔과 용접될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 멀티탭인 제1 및 제2 탭(122, 124)의 정렬이 용이하고, 이에 따라 멀티탭의 CID 또는 캔과의 용접 공정 또한 용이해질 수 있는 바, 이하, 도 2a 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체(100) 구조를 보다 상세히 살펴보기로 한다.

한편, 젤리롤(102)은 양극판, 음극판 및 이들 사이에 개재되는 세퍼레이터가 함께 젤리롤(Jelly Roll) 형태로 권취된 것으로서, 도 2a 내지 도 5에서는 설명의 편의를 위해, 양극의 전극판(110)과 함께 권취된 음극판 및 세퍼레이터에 대한 구체적인 도면부호는 생략하기로 한다. 다만, 본 발명의 일 실시예에 따른 전극판(110) 구조는 음극판에도 동일하게 적용 가능하다.

도 2a, 도 2b 및 도 3은 도 1c의 젤리롤(102)에 대한 수평 단면도를 도시하는 도면이다. 도 2a, 도 2b 및 도 3에서는 설명의 편의를 위해, 젤리롤(102)에서 음극판 및 세퍼레이터 부분을 제외하고 양극의 전극판(110)과 이에 부착된 탭(122, 124)만을 도시하기로 한다.

앞서 살펴본 바와 같이, 도 1b의 탭(122, 124)이 부착된 전극판(110)을 반대 극성의 전극판 및 이들 사이에 개재된 세퍼레이터와 함께 권취하여 도 1c에 도시된 젤리롤이 형성되게 된다.

이때, 전극판이나 세퍼레이터의 두께 편차 등에 따라, 권취시 탭(122, 124)의 위치 변동(즉, 탭이 부착되는 무지부(112, 114)의 위치 변동)이 발생할 수 있다.

일례로, 권취가 진행함에 따라 전극판 또는 세퍼레이터의 두께 편차가 누적되어 제1 무지부 및 제2 무지부의 위치 변동, 특히, 권취 중심(C)으로부터 보다 먼 위치에 존재하는 제2 무지부(114)의 위치 변동이 상대적으로 크게 발생할 수 있고, 이는 결국 제2 탭의 위치 변동으로 이어져 제1 탭과 제2 탭의 정렬이 흐트러진다.

이에, 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 및 제2 무지부(112, 114)는 서로 다른 폭을 가짐으로써 탭의 위치 변동에 용이하게 대응할 수 있도록 한다.

보다 상세하게, 제1 실시예로서, 도 2a에 도시된 바와 같이, 제2 무지부(114)는 제1 무지부(112)보다 폭이 넓게 형성되고(a<b), 전극판(110)상 제1 및 제2 무지부(112, 114) 각각의 위치 관계는 다음과 같이 설정된다. 즉, 제1 및 제2 무지부(112, 114)는 전극판(110)의 권취 후, 젤리롤의 권취 중심(C)과 제2 무지부(114) 사이에 제1 무지부(112)가 놓이도록(즉, 전극판의 권취 후 제1 무지부(112)는 젤리롤의 권취 중심에 제2 무지부(114)보다 가까이 배치되고, 제2 무지부(114)는 제1 무지부(112)의 외측에 배치되도록), 그리고, 상호간에 제1 탭(122) 및 제2 탭(124) 중 어느 하나의 탭의 폭 이상의 중첩 구간(S)을 갖도록 위치한다. 이때, 도 2a에 도시된 바와 같이, 제1 탭과 제2 탭(122, 124)은 서로 동일한 폭을 가질 수 있는 바, 중첩 구간(S)의 폭은 그 중 어느 하나인 제1 탭(122)의 폭 이상인 것으로 가정한다. 이 경우, 폭이 동일하므로, 제2 탭의 폭이어도 무방하다.

이러한 중첩 구간(S)에서 도 1c에 도시된 바와 같이 제1 탭과 제2 탭은 일렬로 정렬될 수 있고 최종적으로 제1 탭과 제2 탭의 젤리롤 외측으로의 돌출 부분들이 서로 완전하게 겹친 상태로 접합되어 CID(또는 캔)에 용접될 수 있다.

여기서, 제2 탭(124)의 위치 변동이 발생한 경우(즉, 제2 무지부(114)의 위치 변동이 발생한 경우), 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제2 탭은 상기 제2 무지부의 소정의 폭(b) 범위 내에서 새로운 위치로 이동되어 부착됨으로써, 제2 탭의 위치 변동에 용이하게 대응할 수 있다. 제2 무지부의 폭(b)이 넓게 형성된 만큼, 제2 탭의 위치 변동이 발생하더라도 여전히 제2 무지부는 제2 탭의 부착을 위한 여유 폭을 갖고 있기 때문이다. 다시 말해, 제2 탭의 위치 변동 후에도 여전히 제1 무지부와 제2 무지부는 제1 및 제2 탭의 정렬을 위한 상기 제1 탭 폭 이상의 중첩 구간(S)을 보유하고 있다.

제2 탭의 위치 변동이 발생한 경우가 도 2b에서 보다 상세하게 도시된다.

예를 들어, 앞서 설명한 도 2a에서 제2 탭(124)의 위치 변동(즉, 제2 무지부(114)의 위치 변동)이 시계 방향으로 발생한 경우, 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 구조에서는 여전히 도 2b에 도시된 바와 같은 제1 및 제2 무지부간 상기 제1 탭 폭 이상의 중첩 구간(S)이 존재하므로, 상기 위치 변동에 대응하여 제2 탭(124)은 반시계 방향으로 이동하여 제2 무지부(114)상 새로운 위치에 부착될 수 있다. 이에 따라, 제1 탭과 제2 탭은 다시 일렬로 정렬될 수 있고 도 1c에 도시된 바와 같이 그 돌출 부분들이 서로 완전하게 겹친 상태로 접합되어 CID(또는 캔)에 용이하게 용접될 수 있다.

나아가, 제2 탭(124)의 위치 변동이 시계 방향으로 더욱 크게 발생한 경우를 도 3를 참조하여 설명한다. 도 3에서는 앞서 설명한 도 2a 및 도 2b의 경우와 제2 탭(124)의 폭(d)이 제1 탭(122)의 폭(c)보다 좁게 구성된 것을 제외하고는 동일하다(a<b 및 c>d).

도 3를 참조하면, 도 2b 대비 제2 탭(124)의 위치 변동이 더욱 크게 발생하였고, 제1 및 제2 무지부(112, 114)는 상호간 중첩 구간(S)을 보유하고 있기는 하나, 상기 중첩 구간(S)이 상기 제1 탭 폭 미만이어서 도 2a 및 도 2b의 경우와 같은 제1 탭과 동일한 폭을 갖는 제2 탭으로는 이 정도의 위치 변동에 대응할 수 없다. 이에, 도 3에서는 제2 탭(124)의 폭(d)을 제1 탭(122)의 폭(c)보다 좁게 구성함으로써, 제1 탭과 제2 탭이 서로 일렬로 정렬될 수 있도록 하는 중첩 구간(S) 내에 제2 탭(124)이 존재할 수 있도록 한다. 즉, 제1 및 제2 무지부(112, 114)는 상호간에 제1 탭(122) 및 제2 탭(124) 중 작은 폭을 갖는 제2 탭(114)의 폭 이상의 중첩 구간(S)을 갖게 된다.

이에 따라, 제2 탭(124)의 위치 변동(즉, 제2 무지부(114)의 위치 변동)이 시계 방향으로 상당히 크게 발생한 경우에도, 여전히 도 3에 도시된 바와 같은 제1 및 제2 무지부간 중첩 구간(S)이 존재하므로, 상기 위치 변동에 대응하여 제2 탭(124)은 반시계 방향으로 이동하여 제2 무지부(114)상 새로운 위치에 부착될 수 있으며, 제1 탭과 제2 탭은 다시 일렬로 정렬될 수 있고 이에 따라, 도 1c에 도시된 바와 같이 그 돌출 부분들은 서로 완전하게 겹친 상태로 접합되어 CID(또는 캔)에 용이하게 용접될 수 있다.

한편, 중첩 구간(S)은, 도 2a 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 권취 중심(C)과 제1 무지부(112)의 양단부를 각각 지나는 가상의 선들(L1, L2)로 정의되는 각(α)과, 권취 중심(C)과 제2 무지부(114)의 양단부를 각각 지나는 가상의 선들(L3, L4)로 정의되는 각(β)이 중첩되는 영역으로부터 정의될 수 있다. 즉, 각(α)와 각(β)이 중첩되는 영역 내에서 제2 무지부(114)상 제1 및 제2 탭 중 어느 하나의 탭이 놓여지는 경우, 제1 및 제2 무지부는 상호간에 탭간 정렬을 위한 중첩 구간을 갖는 것으로 볼 수 있다. 그리고, 제1 탭과 제2 탭의 폭이 다른 경우에는, 제1 탭과 제2 탭 중 작은 폭을 갖는 탭이 제2 무지부상에 놓여지는 경우, 제1 및 제2 무지부는 상호간에 탭간 정렬을 위한 중첩 구간을 갖는 것으로 볼 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따르면 제1 무지부와 제2 무지부간 중첩 구간(S)을 넓게 분포시킴으로써, 탭의 위치 변동이 발생하더라도 탭을 자유롭게 이동시켜 탭간 정렬을 용이하게 달성할 수 있으며, 이에 따라 젤리롤 외측으로의 탭 돌출 부분들도 서로 일렬로 정렬시킴으로써, 상기 탭 돌출 부분들이 서로 완전하게 겹친 상태로 접합될 수 있도록 하고, 결과적으로, 탭 돌출 부분들의 CID(또는 캔)과의 용접 작업을 용이하게 한다.

이하, 도 4a, 4b 및 도 5를 참조하여 본 발명의 제2 실시예에 대해 살펴본다.

제2 실시예는 제1 무지부(112')가 제2 무지부(114')보다 폭이 넓게 형성되고(a>b), 제1 탭(122')이 제2 탭(124')보다 폭이 좁을 수 있다는 점을 제외하고는 앞서 설명한 제1 실시예의 경우와 동일하다.

도 4a에 도시된 바와 같이, 제1 무지부(112')는 제2 무지부(114')보다 폭이 넓게 형성되고(a>b), 전극판(110')상 제1 및 제2 무지부(112', 114') 각각의 위치 관계는 다음과 같이 설정된다. 즉, 제1 및 제2 무지부(112', 114')는 전극판(110')의 권취 후, 젤리롤의 권취 중심(C)과 제2 무지부(114') 사이에 제1 무지부(112')가 놓이도록, 그리고, 상호간에 제1 탭(122') 및 제2 탭(124') 중 어느 하나의 탭의 폭 이상의 중첩 구간(S)을 갖도록 위치한다. 이때, 도 4a에 도시된 바와 같이, 제1 탭과 제2 탭(122', 124')은 서로 동일한 폭을 가질 수 있는 바, 중첩 구간(S)의 폭은 그 중 어느 하나인 제1 탭(122')의 폭 이상인 것으로 가정한다. 이 경우, 폭이 동일하므로, 제2 탭의 폭이어도 무방하다.

이러한 중첩 구간(S)에서 제1 탭과 제2 탭은 일렬로 정렬될 수 있고 이에 따라 제1 탭과 제2 탭의 젤리롤 외측으로의 돌출 부분들이 서로 완전하게 겹친 상태로 접합되어 CID(또는 캔)에 용이하게 용접될 수 있다.

여기서, 제2 탭(124')의 위치 변동이 발생한 경우(즉, 제2 무지부(114')의 위치 변동이 발생한 경우), 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1 탭은 상기 제1 무지부의 소정의 폭(a) 범위 내에서 새로운 위치로 이동되어 부착됨으로써, 제2 탭의 위치 변동에 용이하게 대응할 수 있다. 제1 무지부의 폭(a)이 넓게 형성된 만큼, 제2 탭의 위치 변동이 발생하더라도 여전히 제1 무지부는 제2 탭과의 정렬을 위한 제1 탭의 부착 여유 폭을 갖고 있기 때문이다. 다시 말해, 제2 탭의 위치 변동 후에도 여전히 제1 무지부와 제2 무지부는 제1 및 제2 탭의 정렬을 위한 상기 제1 탭 폭 이상의 중첩 구간(S)을 보유하고 있다.

제2 탭의 위치 변동이 발생한 경우가 도 4b에서 보다 상세하게 도시된다.

예를 들어, 앞서 설명한 도 4a에서 제2 탭(124')의 위치 변동(즉, 제2 무지부(114')의 위치 변동)이 시계 방향으로 발생한 경우, 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 구조에서는 여전히 도 4b에 도시된 바와 같은 제1 및 제2 무지부간 상기 제1 탭 폭 이상의 중첩 구간(S)이 존재하므로, 상기 위치 변동에 대응하여 제1 탭(122')도 시계 방향으로 이동하여 제1 무지부(112')상 새로운 위치에 부착될 수 있다. 이에 따라, 제1 탭과 제2 탭은 다시 일렬로 정렬될 수 있고 그 돌출 부분들이 서로 완전하게 겹친 상태로 접합되어 CID(또는 캔)에 용이하게 용접될 수 있다.

나아가, 제2 탭(124')의 위치 변동이 반시계 방향으로 크게 발생한 경우를 도 5를 참조하여 설명한다. 도 5에서는 앞서 설명한 도 4a 및 도 4b의 경우와 제1 탭(122')의 폭(c)이 제2 탭(124')의 폭(d)보다 좁게 구성된 것을 제외하고는 동일하다(a>b 및 c<d).

도 5를 참조하면, 도 4b 대비 제2 탭(124')의 위치 변동이 상대적으로 크게 발생하였고, 제1 및 제2 무지부(112', 114')는 상호간 중첩 구간(S)을 보유하고 있기는 하나, 상기 중첩 구간(S)이 상기 제1 탭 폭 미만이어서 도 4a 및 도 4b의 경우와 같은 제2 탭과 동일한 폭을 갖는 제1 탭으로는 이 정도의 위치 변동에 대응할 수 없다. 이에, 도 5에서는 제1 탭(122')의 폭(c)을 제2 탭(124')의 폭(d)보다 좁게 구성함으로써, 제1 탭과 제2 탭이 서로 일렬로 정렬될 수 있도록 하는 중첩 구간(S) 내에 제1 탭(122')이 존재할 수 있도록 한다. 즉, 제1 및 제2 무지부(112', 114')는 상호간에 제1 탭(122') 및 제2 탭(124') 중 작은 폭을 갖는 제1 탭(122')의 폭 이상의 중첩 구간(S)을 갖게 된다.

이에 따라, 제2 탭(124')의 위치 변동(즉, 제2 무지부(114')의 위치 변동)이 반시계 방향으로 상당히 크게 발생한 경우에도, 여전히 도 5에 도시된 바와 같은 제1 및 제2 무지부간 중첩 구간(S)이 존재하므로, 상기 위치 변동에 대응하여 제1 탭(122')도 반시계 방향으로 이동하여 제1 무지부(112')상 새로운 위치에 부착될 수 있으며, 제1 탭과 제2 탭은 다시 일렬로 정렬될 수 있고 이에 따라, 도 1c에 도시된 바와 같이 그 돌출 부분들은 서로 완전하게 겹친 상태로 접합되어 CID(또는 캔)에 용이하게 용접될 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체(100)는 제1 무지부와 제2 무지부가 서로 다른 폭을 가짐으로써, 젤리롤 형성시 전극판이나 세퍼레이터의 두께 편차 등에 의해 발생할 수 있는 탭 위치 변동에 효율적으로 대응할 수 있는 장점을 갖는다.

제1 무지부는 권취 중심에 제2 무지부보다 가깝게 위치하고, 제2 무지부는 권취 후 제1 무지부의 외측에 놓이도록 위치하며, 서로 폭이 다른 제1 및 제2 무지부는 상호간에 탭의 폭 이상의 중첩 구간을 넓은 분포로 가짐으로써, 탭의 위치 변동을 상쇄시키기 위한 여유 폭을 가질 수 있기 때문이다.

또한, 제1 및 제2 무지부 중 폭이 넓은 무지부에 부착되는 탭의 폭을 다른 탭의 폭보다 좁게 함으로써 상기 중첩 구간을 더욱 크게 가질 수 있다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체를 포함하는 이차전지의 외관의 사시도를 도시한다.

그리고, 도 7은 도 6에서 I-I'에 따른 분해사시도를 도시하는 도면이다.

도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지(10)는 앞서 설명한 전극 조립체(100)를 포함하고, 또한, 복수의 절연판(230, 240), 센터 핀(250), 상기 전극 조립체를 수용하는 캔(200), 상기 캔의 개구를 밀봉하는 가스켓(260)과 캡 조립체(270)를 포함할 수 있다.

상기 전극 조립체(100)는 양극 및 음극 전극판(110, 130)과 세퍼레이터(150)를 포함하고, 상기 세퍼레이터(150)는 상기 양극 및 음극 전극판 사이에 개재됨은 앞서 살펴본 바와 같다. 상기 양극 전극판(110), 상기 세퍼레이터(150) 및 상기 음극 전극판(130)은 차례로 적층된 후 젤리롤 형태로 권취된다.

상기 전극 조립체(100)는 상기 양극 전극판(110)에 전기적으로 연결되는 다수의 탭(120) 및 상기 음극 전극판(130)에 전기적으로 연결되는 하나의 탭(140)을 포함할 수 있다. 상기 탭들(120, 140)에 의해 상기 전극 조립체(100)에서 발생한 에너지가 외부로 전달된다. 상기 탭들은 각각 도전성 물질을 포함하며, 예를 들어 니켈(Ni) 또는 니켈 합금을 포함할 수 있다.

상기 캔(200)은 일단이 개구되고 상기 전극 조립체(100)를 수용하는 공간이 형성된 원통이다. 상기 캔(200)의 바닥면에는 상기 음극 전극판의 탭(140)이 용접되어 상기 캔이 전극 단자로 기능할 수 있다. 상기 캔(200)은 스테인리스 스틸, 알루미늄 또는 이의 등가물로 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.

상기 복수의 절연판(230, 240)은, 상기 전극 조립체(100)가 상기 캔(200)의 개구를 향하고 있는 쪽에 구비되는 제1 절연판(240) 및 상기 전극 조립체(100)가 상기 캔(200)의 개구의 반대면, 즉 바닥면을 향하는 쪽에 구비된 제2 절연판(230)을 포함한다. 상기 제1 및 제2 절연판(240, 230)에 의해 상기 전극 조립체(100)와 상기 캔(200) 사이의 불필요한 전기적 쇼트가 방지될 수 있다.

상기 제1 절연판(240)은, 전해액이 상기 전극 조립체(100)로 잘 스며들도록 복수의 구멍이 구비될 수 있다. 그리고 상기 제1 절연판(240)은 상기 전극 조립체(100)에서 인출되는 양극 전극판의 탭(120)이 관통하는 구멍이 구비될 수 있다. 상기 제2 절연판(230)은 복수의 구멍이 구비되어 상기 제2 절연판에 의해 감소되는 공간을 최소화함으로서 주입되는 전해액의 감소를 최소화할 수 있다.

상기 전극 조립체의 중앙에는 센터핀(250)이 구비되어 상기 전극 조립체(100)가 풀리지 않도록 지탱한다. 상기 센터핀(250)은 중공이 형성된 원형 막대일 수 있으며, 일단은 음극 전극판의 탭(140)을 눌러 캔(200)에 밀착시킬 수 있다.

상기 센터핀(250)에 중공이 형성되는 경우 전극 조립체(100)로부터 발생한 가스의 이동 통로가 될 수 있다. 상기 제1 절연판(240)과 상기 제2 절연판(230) 각각에는 상기 센터 핀(250)과 대응되는 중심부에 구멍이 구비되어 가스가 배기된다.

상기 센터핀(250)은 전해액의 함침을 용이하게 하고 상기 전극 조립체(100)로부터 발생하는 가스를 원활하게 배출하도록 측면에 복수의 구멍을 구비할 수 있다.

상기 캔(200)의 개구 테두리에는 내측으로 굽혀진 클림핑부(213)가 형성된다. 상기 클림핑부(213)는 상기 캡 조립체(270)를 압박하여 체결력을 향상시킨다. 상기 캔(200)은 개구와 상기 전극 조립체(100) 사이에 내측으로 볼록하게 형성된 비드(210)를 구비한다. 상기 비드(210)의 내경이 상기 전극 조립체(100)의 외경보다 작게 형성되어 상기 전극 조립체는 상기 캔(200)에서 움직이지 않도록 고정된다.

상기 캡 조립체(270)는 전극 단자 기능을 하는 캡 업(217) 및 상기 캡 업(217)과 상기 전극 조립체(100) 사이에 구비되는 안전 부품들, 일례로, CID를 포함할 수 있다. 상기 안전 부품들은, 차례로 적층되는 양성온도소자(Positive Temperature Coefficient)(272), 벤트(273), 절연재(276), 캡 다운(277) 및 플레이트(271)를 포함한다.

상기 양성온도소자(272)는 과전류가 흐를 때 전류를 차단한다. 상기 벤트(273)는 중심에 구비된 돌출부(275)를 포함한다. 상기 돌출부(275)는 상기 캡 다운(277)의 중앙에 구비된 구멍을 향해 돌출된다. 상기 돌출부(275)는 상기 캡 다운(277)의 중앙에 구비된 구멍을 거의 통과할 정도로 돌출되어 플레이트(271)와 만날 수 있다.

상기 캡 다운(277)은 이차 전지 내의 압력이 증가하는 경우 압력이 벤트(273)에 작용할 수 있도록 통로가 되는 구멍을 구비한다. 상기 플레이트(271)는 상기 캡 다운(277)의 중앙에 구비된 구멍을 막도록 상기 전극 조립체(100)와 상기 캡 다운(277) 사이에서 상기 캡 다운(277)에 밀착된다. 상기 플레이트(271)는 상기 벤트(273)의 돌출부(275)에 용접 등의 방법으로 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 벤트(273)와 상기 캡 다운(277) 사이에 구비된 상기 절연재(276)에 의해 상기 벤트(273)와 상기 캡 다운(277)은 절연된다.

상기 벤트(273)는 상기 돌출부(275)의 주위에 원형 및 십자형의 홈(274)이 구비된다. 상기 벤트(273)는 이차 전지의 내부에 가스가 발생하여 압력이 증가하게 되면 돌출부(275)가 상기 캡 업(217)을 향해 이동한다. 이렇게 상기 벤트(273)가 변형되면서 상기 플레이트(271)와 상기 돌출부(275)의 연결부가 떨어지거나 플레이트(271)의 부분이 끊어지면서 전기적 흐름이 차단된다. 전지의 압력이 계속 증가하게 되면 홈(274)이 파단되면서 가스가 외부로 방출된다.

상기 가스켓(260)은 상기 캔(200)의 개구와 상기 캡 조립체(270) 사이에 구비되어 밀봉한다. 상기 가스켓(260)은 상기 캡 조립체(270)의 외주연을 둘러싸 상기 캡 업(217) 등과 상기 캔(200) 사이를 절연한다. 상기 가스켓(260)은 절연성 및 탄성이 있는 물질로 구성된다.

상기 양극 전극판의 다수의 탭(120)은 서로 전기적으로 연결된다. 그리고 상기 양극 전극판의 다수의 탭(120)은 어느 하나가 플레이트(271) 또는 캡 다운(277)에 용접 등의 방식으로 전기적으로 연결된다.

이때, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 다수의 탭(120), 즉, 앞서 도 1a 내지 도 5에서 살펴본 멀티탭인 제1 및 제2 탭(122, 124)의 정렬이 용이하고, 이에 따라 멀티탭의 CID 또는 캔과의 용접 공정 또한 용이해질 수 있다.

이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

10 : 이차 전지 100 : 전극 조립체
110 : 전극판 120 : 탭
200 : 캔

Claims (16)

1. 다른 극성의 전극판과 함께 권취된 후 젤리롤로 형성되고, 서로 이격된 다수의 무지부를 포함하는 전극판; 및
   상기 다수의 무지부에 각각 부착되는 다수의 탭;을 포함하되,　
   상기 다수의 무지부는, 소정의 폭을 갖는 제1 무지부, 및 상기 제1 무지부의 폭과 다른 폭을 갖는 제2 무지부를 포함하고,
   상기 제1 무지부는, 전극 조립체의 권취 중심으로부터 이격되고, 권취 중심과 제2 무지부 사이이고,
   상기 제2 무지부는, 상기 권취 중심과 반대되는 전극판의 단부로부터 이격되고, 상기 권취 중심과 반대되는 전극판의 단부와 제1 무지부 사이인 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서, 　
   상기 제1 무지부와 제2 무지부는 상호간에, 상기 다수의 탭 중 어느 하나의 탭의 폭 이상의 중첩 구간을 갖는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
4. 제1항에 있어서, 　
   상기 제1 무지부와 제2 무지부는 상호간에, 상기 다수의 탭 중 작은 폭을 갖는 탭의 폭 이상의 중첩 구간을 갖는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
5. 제3항에 있어서,
   상기 중첩 구간은 상기 권취 중심과 상기 제1 무지부의 양단부를 각각 지나는 선들로 정의되는 각과, 상기 권취 중심과 상기 제2 무지부의 양단부를 각각 지나는 선들로 정의되는 각이 중첩되는 영역으로부터 정의되는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
6. 제5항에 있어서,
   상기 중첩되는 영역 내에서 상기 제2 무지부상 상기 다수의 탭 중 상기 어느 하나의 탭이 놓여지는 경우, 상기 제1 무지부와 제2 무지부는 상호간에 상기 중첩 구간을 갖는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
7. 제4항에 있어서,
   상기 중첩 구간은 상기 권취 중심과 상기 제1 무지부의 양단부를 각각 지나는 선들로 정의되는 각과, 상기 권취 중심과 상기 제2 무지부의 양단부를 각각 지나는 선들로 정의되는 각이 중첩되는 영역으로부터 정의되는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
8. 제7항에 있어서,
   상기 중첩되는 영역 내에서 상기 제2 무지부상 상기 다수의 탭 중 상기 작은 폭을 갖는 탭이 놓여지는 경우, 상기 제1 무지부와 제2 무지부는 상호간에 상기 중첩 구간을 갖는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
9. 제3항에 있어서,
   상기 제2 무지부는 상기 제1 무지부보다 폭이 넓은 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
10. 제4항에 있어서,
    상기 제2 무지부는 상기 제1 무지부보다 폭이 넓고,
    상기 다수의 탭은, 상기 제1 무지부에 부착되는 제1 탭, 및 상기 제2 무지부에 부착되는 제2 탭을 포함하며,
    상기 제2 탭은 상기 제1 탭보다 폭이 좁은 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
11. 제3항에 있어서,
    상기 제1 무지부는 상기 제2 무지부보다 폭이 넓은 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
12. 제4항에 있어서,
    상기 제1 무지부는 상기 제2 무지부보다 폭이 넓고,
    상기 다수의 탭은, 상기 제1 무지부에 부착되는 제1 탭, 및 상기 제2 무지부에 부착되는 제2 탭을 포함하며,
    상기 제1 탭은 상기 제2 탭보다 폭이 좁은 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
13. 삭제
14. 삭제
15. 제1항, 제3항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 전극 조립체를 구비하는 이차 전지.
16. 제1항에 있어서,
    제1 무지부의 중심은, 전극 조립체의 반경 방향을 따라 제2 무지부의 중심으로부터 오프셋(offset)되는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.

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