KR20230112996A - 이차전지 - Google Patents

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KR20230112996A
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Abstract

본 발명의 일 실시 예에 따른 이차전지는 제1 방향으로 적층된 복수의 전극들을 포함하는 전극조립체;와, 상기 전극조립체가 수용되는 내부공간을 정의하고, 상기 전극조립체의 상부를 감싸는 제1 시트부재 및 상기 전극조립체의 하부를 감싸는 제2 시트부재를 포함하는 파우치 외장재;와, 상기 복수의 전극들에서 상기 제1 방향과 수직인 제2 방향으로 인출된 복수의 전극탭들; 및 상기 복수의 전극탭들과 결합되고, 상기 제1 방향에 수직하고 상기 제2 방향과 교차하는 방향으로 연장하고, 상기 파우치 외장재의 외부로 일부 노출되는 전극리드;를 포함하고, 상기 제1 시트부재와 상기 제2 시트부재는 상기 전극리드를 사이에 두고 서로 접합되어 상기 내부공간을 밀봉시키는 실링부를 형성할 수 있다.

Description

이차전지{rechargeable battery}
본 발명은 이차전지에 관한 기술이다. 보다 상세하게는 파우치형 이차전지에 관한 기술이다.
일반적으로, 이차전지의 종류로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 리튬 이온 전지 및 리튬 이온 폴리머 전지 등이 있다. 이러한 이차전지는 디지털 카메라, P-DVD, MP3P, 휴대폰, PDA, Portable Game Device, Power Tool 및 E-bike 등의 소형 제품 뿐 만 아니라, 전기 자동차나 하이브리드 자동차와 같은 고출력이 요구되는 대형제품과 잉여 발전 전력이나 신재생 에너지를 저장하는 전력 저장 장치와 백업용 전력 저장 장치에도 적용되어 사용되고 있다.
이차전지는 양극/분리막/음극 구조의 전극 조립체가 어떠한 구조로 이루어져 있는지에 따라 분류되기도 하는 바, 대표적으로는, 긴 시트형의 양극들과 음극들을 분리막이 개재된 상태에서 권취한 구조의 젤리-롤(권취형) 전극 조립체, 소정 크기의 단위로 절취한 다수의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 순차적으로 적층한 스택형(적층형) 전극 조립체, 소정 단위의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 적층한 바이 셀(Bicell) 또는 풀 셀(Full cell)들을 권취한 구조의 스택/폴딩형 전극 조립체 등을 들 수 있다.
최근에는, 스택형 또는 스택/폴딩형 전극 조립체를 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 전지케이스에 내장한 구조의 파우치형 전지가, 낮은 제조비, 작은 중량, 용이한 형태의 변형 등을 이유로, 많은 관심을 모으고 있고 또한 그것의 사용량이 점차적으로 증가하고 있다.
파우치형 이차전지는 분리막이 개재된 상태에서 양극판과 음극판이 순차적으로 적층되어 있는 전극조립체와, 전극조립체를 수용하는 파우치 외장재인 전지 케이스를 포함하여 이루어진다. 이 때, 전극조립체에는 복수개의 양극판으로부터 연장되어 있는 복수개의 양극 탭과, 복수개의 음극판으로부터 연장되어 있는 복수개의 음극 탭이 형성되어 있으며, 이러한 복수개의 양극 탭 및 복수개의 음극 탭은 각각 양극 리드 및 음극 리드와 초음파 용접기에 의해 용접 결합된다. 여기서, 복수개의 양극 탭과 복수개의 음극 탭이 전극 탭을 구성하고, 양극 리드와 음극 리드가 전극 리드를 구성하게 된다.
도 1은 종래의 파우치형 이차전지(10)의 단면도이다. 전극조립체(11)에서 연장된 전극탭들(13)이 모여서 전극리드(14)에 용접된다. 종래의 전극리드(14)는 비교적 얇은 판형을 가지며, 전극탭(13)이 연장하는 방향과 같은 방향으로 연장하여 파우치(12) 외부로 인출된다. 이경우 전극조립체(11)와 전극리드(14) 사이의 결합에 필요한 공간이 비교적 커질 수 있다. 예를 들어, 도 1에서 전극탭들(13)이 전극리드(14)로 연장하면서 모이는 길이, 전극탭들(13)과 전극리드(14)가 용접되는 데 필요한 길이, 용접부와 리드필름(15) 사이의 간섭을 피하기 위해 필요한 길이, 전극리드(14)와 파우치(12)의 실링을 위해 필요한 길이는 이차전지(10)의 용량에 기여하지 못함에도, 이차전지(10)의 전체 크기를 크게 하고, 이는 이차전지(10)의 에너지 밀도를 높이는데 장애가 된다.
본발명은 파우치형 이차전지의 에너지 밀도를 높이는데 그 목적이 있다. 구체적으로 전극리드의 배치(arrangement), 또는 전극리드와 전극탭 사이의 결합방법을 개선하여 이차전지의 전체 크기에 대한 전극조립체의 크기의 비율을 높이는데 본발명의 목적이 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 이차전지는 제1 방향으로 적층된 복수의 전극들을 포함하는 전극조립체;와, 상기 전극조립체가 수용되는 내부공간을 정의하고, 상기 전극조립체의 상부를 감싸는 제1 시트부재 및 상기 전극조립체의 하부를 감싸는 제2 시트부재를 포함하는 파우치 외장재;와, 상기 복수의 전극들에서 상기 제1 방향과 수직인 제2 방향으로 인출된 복수의 전극탭들; 및 상기 복수의 전극탭들과 결합되고, 상기 제1 방향에 수직하고 상기 제2 방향과 교차하는 방향으로 연장하고, 상기 파우치 외장재의 외부로 일부 노출되는 전극리드;를 포함하고, 상기 제1 시트부재와 상기 제2 시트부재는 상기 전극리드를 사이에 두고 서로 접합되어 상기 내부공간을 밀봉시키는 실링부를 형성할 수 있다.
또한 일 실시 예에서 상기 복수의 전극탭들은 상기 전극조립체의 일변에 수직인 방향으로 연장하고, 상기 전극리드는 상기 일변에 나란하게 연장하고 연장방향으로 상기 파우치 외장재의 외부로 인출될 수 있다.
또한 일 실시 예에서 상기 실링부 중 상기 전극리드를 감싸는 테라스는 전극조립체로부터 상기 제2 방향과 수직인 방향에 위치될 수 있다.
또한 일 실시 예에서 상기 전극리드는 원형 로드 형태로 제공될 수 있다.
또한 일 실시 예에서 상기 전극리드와 상기 복수의 전극탭들 사이의 결합면은 상기 제1 방향과 교차하는 방향을 향할 수 있다.
또한 일 실시 예에서 상기 복수의 전극탭들은 서로 적층되어 상기 전극리드 상에 결합되는 결합부를 형성하고, 상기 결합부에서 상기 복수의 전극탭들은 상기 제1 방향과 교차하는 방향으로 적층될 수 있다.
또한 일 실시 예에서 상기 복수의 전극탭들은 상기 전극리드의 일부 외주면을 따라 일부 권취될 수 있다.
또한 일 실시 예에서 상기 전극리드는 양방향으로 연장하고, 양단이 상기 파우치 외장재의 외부로 인출될 수 있다.
또한 일 실시 예에서 상기 복수의 전극탭들의 적어도 하나는 제1 탭그룹을 형성하고, 상기 복수의 전극탭들 중 적어도 하나는 상기 제1 탭그룹과 구분되는 제2 탭그룹을 형성하고, 상기 전극리드는 상기 제1 탭그룹과 결합되는 제1 전극리드, 및 상기 제2 탭그룹과 결합되는 제2 전극리드를 포함할 수 있다.
또한 일 실시 예에서 상기 제1 전극리드와 상기 제2 전극리드는 서로 같은 방향으로 연장하여 상기 파우치 외장재로부터 같은 방향으로 인출될 수 있다.
또한 일 실시 예에서 상기 제1 전극리드와 상기 제2 전극리드는 서로 반대방향으로 연장하여 상기 파우치 외장재로부터 서로 반대방향으로 인출될 수 있다.
또한 일 실시 예에서 상기 제1 탭그룹과 상기 제2 탭그룹은 상기 전극조립체의 제1 측에서 인출되고, 상기 제1 전극리드와 상기 제2 전극리드는 상기 전극조립체의 상기 제1 측에 배치되고 서로 반대방향으로 연장하여 상기 파우치 외장재로부터 서로 반대방향으로 인출될 수 있다.
또한 일 실시 예에서 상기 복수의 전극탭들의 적어도 하나는 제3 탭그룹을 형성하고, 상기 복수의 전극탭들 중 적어도 하나는 상기 제3 탭그룹과 구분되는 제4 탭그룹을 형성하고, 상기 제3 탭그룹과 상기 제4 탭그룹은 상기 전극조립체의 제2 측에서 인출되고, 상기 제2 측은 상기 제1 측의 반대측이고, 상기 전극리드는 상기 전극조립체의 상기 제2 측에 배치된 제3 전극리드 및 제4 전극리드를 더 포함하고, 상기 제3 전극리드와 상기 제4 전극리드는 서로 반대방향으로 연장하여 상기 파우치 외장재로부터 서로 반대방향으로 인출될 수 있다.
본 문서의 다양한 실시 예들에 따르면, 에너지 밀도가 높은 파우치형 이차전지가 제공될 수 있다.
도 1은 종래의 파우치형 이차전지의 단면도이다.
도 2는 일 실시 예에 따른 이차전지의 사시도이다.
도 3은 일 실시 예에 따른 이차전지의 분해사시도이다.
도 4는 일 실시에서 도 1의 I-I'단면도를 도시한 것이다.
도 5 및 도 6은 각각 일 실시 예에서 전극탭과 전극리드 사이의 구체적인 결합구조를 도시한 것이다.
도 7은 일 실시 예에서 하나의 전극리드가 이차전지의 양방향으로 인출된 것을 도시한 것이다.
도 8은 일 실시 예에서 두개의 전극리드들이 서로 다른 방향으로 인출된 이차전지를 도시한 것이다.
도 9는 일 실시 예에서 두개의 전극리드들이 전극조립체의 일측에 모두 배치된 것을 도시한 것이다.
도 10은 일 실시 예에서 4개의 전극리드들을 포함하는 이차전지를 도시한 것이다.
본 문서에서 사용되는 용어는 본 발명의 다양한 실시 예들에서의 기능을 고려하여 일반적인 용어들을 선택하였다. 하지만, 이러한 용어들은 당 분야에 종사하는 기술자의 의도나 법률적 또는 기술적 해석 및 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 일부 용어는 출원인이 임의로 선정한 용어일 수 있다. 이러한 용어에 대해서는 본 문서에서 정의된 의미로 해석될 수 있으며, 구체적인 용어 정의가 없으면 본 문서의 전반적인 내용 및 당해 기술 분야의 통상적인 기술 상식을 토대로 해석될 수도 있다.
또한, 본 문서에 첨부된 각 도면에 기재된 동일한 참조 번호 또는 부호는 실질적으로 동일한 기능을 수행하는 부품 또는 구성요소를 나타낸다. 설명 및 이해의 편의를 위해서 서로 다른 실시 예들에서도 동일한 참조번호 또는 부호를 사용하여 설명하도록 한다. 즉, 복수의 도면에서 동일한 참조 번호를 가지는 구성 요소를 모두 도시하고 있다고 하더라도, 복수의 도면들이 하나의 실시 예를 의미하는 것은 아니다.
또한, 본 문서에서는 구성요소들 간의 구별을 위하여 "제1","제2" 등과 같이 서수를 포함하는 용어가 사용될 수 있다. 이러한 서수는 동일 또는 유사한 구성 요소들을 서로 구별하기 위하여 사용하는 것이며, 이러한 서수 사용으로 인하여 용어의 의미가 한정 해석되어서는 안될 것이다. 일 예로, 이러한 서수와 결합된 구성 요소는 그 숫자에 의해 사용 순서나 배치 순서 등이 제한 해석되어서는 안된다. 필요에 따라서는, 각 서수들은 서로 교체되어 사용될 수도 있다. 예를 들어, 본 문서에서 제1 부재로 설명된 구성요소는 제2 부재라는 용어로 지칭되고. 제2 부재로 설명된 구성요소는 제1 부재로 지칭될 수 있다.
본 문서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다름을 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 즉, 본 문서에서 어떤 구성요소가 단수로 표현되더라도, 다른 설명이 없는 한, 해당 구성요서가 복수개로 마련되는 것을 배제하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 예를 들어, 어떤 실시 예에서 제1 부재가 프레임 상에 배치된다고 상정할 때, 다른 설명이 없는 한, 해당 실시 예가 프레임 상에 1개의 제1 부재만 배치된 것으로 한정되지는 않고, 2개 이상의 제1 부재들이 프레임에 배치되는 것도 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 문서에서, "포함하다" 또는 "구성하다" 등의 용어는 본 문서에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 문서에서, X 방향, Y 방향, 및 Z 방향은 각각 도면에 도시된 X축과 나란한 방향, Y축과 나란한 방향, 및 Z축과 나란한 방향을 의미한다. 또, 다른 설명이 없는 한, X 방향이라고 하면 +X축 방향 및 -X축 방향을 모두 포함하는 개념이며, 이는 Y 방향이나 Z 방향에도 마찬가지로 적용된다.
본 문서에서 두개의 방향들(또는 축들)이 서로 평행하다거나 서로 수직하다는 것은, 두개 방향들(또는 축들)이 대체로 평행하거나 대체로 나란한 경우도 포함한다. 예를 들어, 제1 축과 제2 축이 상호 수직하다는 것은 제1 축과 제2 축이 90도 또는 90도에 가까운 각도를 이루는 것을 의미한다.
본 문서에서 "일 실시 예에서"로 시작하는 단락들이 반드시 같은 실시 예들을 의미하는 것은 아니다. 특정 특징들, 구조들, 또는 특성들은 본 문서와 일치하는 어떠한 적절한 방식으로 결합될 수 있다.
본 문서에서 "~하도록 구성된다(configured to)"라는 것은 어떤 컴포넌트가 어떤 기능이 구현되는데 필요한 구조를 포함하는 것을 의미한다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명의 사상은 제시되는 실시 예에 제한되지 아니한다. 예를 들어, 본 발명의 사상을 이해하는 통상의 기술자는 구성요소의 추가, 변경 또는 삭제 등을 통하여 본 발명의 사상의 범위 내에 포함되는 다른 실시 예를 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상의 범위 내에 포함된다고 할 것이다.
도 2는 일 실시 예에 따른 이차전지(100)의 사시도이다. 도 3은 일 실시 예에 따른 이차전지(100)의 분해사시도이다. 도 4는 도 1의 I-I’단면도를 도시한 것이다.
도 2 및 도 3을 참고하면, 이차전지(100)는 전극조립체(110) 및 전극조립체(110)를 감싸는 파우치 외장재(120)를 포함한다. 파우치 외장재(120)는 전극조립체(110)의 상측을 덮는 제1 시트부재(121)와 전극조립체(110)의 하측을 감싸는 제2 시트부재(122)를 포함할 수 있다. 도시된 실시 예에서 제1 시트부재(121)와 제2 시트부재(122)는 서로 구분되나, 이는 예시에 지나지 않고, 제1 시트부재(121)와 제2 시트부재(122)는 각각 하나의 시트부재의 일부일 수 있다. 예를 들어, 한장의 시트부재가 접혀서 전극조립체(110)의 양면을 감쌀 수 있으며, 이때 한장의 시트부재 중 전극조립체(110)의 상부를 감싸는 부분이 제1 시트부재(121), 전극조립체(110)의 하부를 감싸는 부분이 제2 시트부재(122)로 이해될 수 있다.
복수의 전극들은 적층되어 전극조립체(110)를 형성할 수 있다. 복수의 전극들 사이에는 분리막이 배치되어, 전극들 사이의 단락을 방지할 수 있다. 전극은 극성에 따라 음극과 양극으로 구분되며, 전극조립체(110)는 음극과 양극이 교번 적층됨으로써 형성될 수 있다. 전극은 집전체 및 집전체의 표면에 배치된 전극합제층을 포함할 수 있다. 예를 들어, 양극은 양극집전체 및 양극집전체의 표면에 배치된 양극합제층을 포함할 수 있다. 음극은 음극집전체 및 음극집전체의 표면에 배치된 음극합제층을 포함할 수 있다. 전극합제층은 전극활물질, 도전재, 바인더, 또는 용매 중 일부 또는 전부가 섞인 슬러리가 집전체의 표면에 도포됨으로써 형성될 수 있다. 본문서의 도면들에서 전극조립체(110)를 구성하는 전극들의 수는 예시에 지나지 않고, 더 적거나 많은 수의 전극들이 전극조립체(110)를 구성할 수 있다.
이차전지(100)는 파우치 외장재(120) 외부로 인출된 전극리드(140)를 포함한다. 이차전지(100)는 전극리드(140)를 통해 다른 이차전지(100) 또는 다른 전자부품에 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 서로 이웃하는 이차전지들의 전극리드들은 버스바와 같은 커넥터를 통해 서로 연결될 수 있다. 전극리드(140)는 연결된 전극의 극성에 따라 양극리드와 음극리드로 구분될 수 있다.
전극과 전극리드(140)는 전극탭(130)(tab)을 통해 연결된다. 전극탭(130)은 전극의 집전체에서 전극탭(130)을 향해 인출된다. 복수의 전극들에서 연장된 복수의 전극탭들(130)은 전극리드(140)에 결합된다. 예를 들어, 초음파 용접에 의해 전극탭들(130)과 전극리드(140)가 서로 결합될 수 있다. 전극탭(130)은 연결된 전극의 극성에 따라 양극탭과 음극탭으로 구분된다. 음극들에서 인출된 음극탭들은 음극리드에 연결되고, 양극들에서 인출될 양극탭들은 양극리드에 연결된다.
도 3을 참고하면, 일 실시 예에서 전극조립체(110)의 일측에서 적어도 하나의 전극탭을 포함하는 제1 탭그룹(131)이 인출되고, 타측에서 적어도 하나의 전극탭을 포함하는 제2 탭그룹(132)이 인출된다. 제1 탭그룹(131)과 제2 탭그룹(132)은 제1 전극리드(141)와 제2 전극리드(142)에 각각 연결된다.
이차전지(100)는 적어도 하나의 양극리드 및 적어도 하나의 음극리드를 포함할 수 있다. 전극조립체(110)를 구성하는 음극들/양극들은 1개 또는 2개 이상의 음극리드들/양극리드들에 연결될 수 있다. 예를 들어, 이차전지(100)는 제1 양극리드 및 제2 양극리드를 포함하고, 하나의 양극에서 2개 이상의 전극탭들이 인출되고, 전극탭들은 제1 양극리드와 제2 양극리드에 나뉘어 연결될 수 있다.
일 실시 예에서 제1 시트부재(121)와 제2 시트부재(122)는 서로 접합되어 전극조립체(110)가 위치되는 내부공간(123)을 밀봉한다. 도 2 및 도 3을 참고하면, 제1 시트부재(121)의 외곽부(121a)와 제2 시트부재(122)의 외곽부(121b)가 서로 열융착되어 외장재(120)의 실링부(120a)를 형성할 수 있다. 실링부(120a)는 전극조립체(110)가 위치된 파우치 외장재(120)의 내부공간(123)을 외부로부터 밀봉시키도록 구성될 수 있다. 실링부(120a)는 전극조립체(110)의 가장자리를 따라 일부 또는 전부 형성될 수 있다. 예를 들어, 하나의 시트가 접혀서 사각판 형태의 전극조립체(110)를 감싸는 경우, 시트 중 접힌 부분이 전극조립체(110)의 1개 측면을 감싸고, 전극조립체(110)의 나머지 3개 측면에 실링부(120a)가 형성될 수 있다.
일 실시 예에서 전극리드(140)는 실링부(120a)를 통과하여 파우치 외장재(120) 외부로 인출될 수 있다. 도 3 및 도 4를 참고하면, 제1 시트부재(121)와 제2 시트부재(122)는 전극리드(140)를 사이에 두고 서로 접합된다. 이에 따라 제1 시트부재(121)와 제2 시트부재(122)는 각각 전극리드(140)의 외주면을 일부 감쌀 수 있다. 예를 들어, 제1 시트부재(121)와 제2 시트부재(122)는 각각 전극리드(140)의 외주면의 형상과 대응하는 홈(125)을 정의할 수 있다. 일 실시 예에서 전극리드(140)는 원형 로드(rod) 형태로 제공되어 제1 시트부재(121) 및 제2 시트부재(122)의 외곽부(121a, 122b)는 하프파이프 형태의 홈(125)을 형성할 수 있다. 다만 이는 예시에 지나지 않고, 다른 실시 예에서 전극리드(140)는 다른 형태의 단면을 가질 수 있고, 제1 시트부재(121) 및/또는 제2 시트부재(122)는 전극리드(140)의 형태와 대응하는 형태의 홈(125)을 정의할 수 있다.
일 실시 예에서 전극리드(140)의 외주면과 파우치 외장재(120) 사이에 리드필름(150)이 배치된다. 리드필름(150)은 전극리드(140)와 파우치 외장재(120)의 금속층 사이에서 단락이 발생되는 것을 방지하고, 파우치 외장재(120)의 밀봉성을 향상시킬 수 있다. 금속 재질의 전극리드(140)와 폴리머 재질의 파우치 외장재(120)에 열융착 시 접촉 저항이 다소 커 표면 밀착력이 저하될 수 있다. 리드필름(150)은 이러한 밀착력 저하를 방지할 수 있다. 또한, 리드필름(150)은 절연성 재질로 전극 리드에서 파우치 외장재(120)로 전류가 인가되는 것을 차단할 수 있는 것이 바람직하다. 리드필름(150)은 절연성 및 열 융착성을 갖는 필름으로 이루어진다. 리드필름(150)은 예를 들어 폴리이미드(Polyimide, PI), 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 및 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene terephthalate, PET) 등으로부터 선택된 어느 하나 이상의 물질 층(단일 막 또는 다중 막)으로 이루어질 수 있다.
일 실시 예에서 전극탭(130)과 전극리드(140)는 서로 다른 방향으로 연장할 수 있다. 일 실시 예에서 전극탭(130)은 전극조립체(110)로부터 제1 방향으로 연장하고, 전극리드(140)는 제1 방향과 교차하는 방향으로 연장할 수 있다. 일 실시 예에서 전극탭(130)은 전극조립체(110)로부터 제1 방향으로 연장하고, 전극리드(140)는 제1 방향과 수직인 방향으로 연장할 수 있다. 도 3을 참고하면, 예를 들어, 전극탭(130)은 전극조립체(110)로부터 X 방향으로 연장하고, 전극리드(140)는 Y 방향으로 연장할 수 있다.
일 실시 예에서 전극탭(130)은 전극조립체(110)의 일변에 수직인 방향으로 연장하고, 전극리드(140)는 전극조립체(110)의 일변과 나란하게 연장할 수 있다. 전극리드(140)는 전극리드(140)의 연장방향으로 파우치 외장재(120) 외부로 인출될 수 있다. 예를 들어, 도 2 및 도 3을 참고하면, 전극조립체(110)는 서로 수직인 4개의 변들로 둘러싸인 사각판 형태를 가지고, 전극탭(130)은 Y 축에 나란한 일변으로부터 X 방향으로 연장하고, 전극리드(140)는 전극조립체(110)의 일변과 나란하게 Y 방향으로 연장할 수 있다. 전극리드(140)는 파우치 외장재(120)로부터 +Y 방향으로 인출된다.
일 실시 예에서 전극탭(130)은 전극조립체(110)로부터 제1 방향으로 연장하고, 전극리드(140)는 파우치 외장재(120)에서 제1 방향과 교차하는 방향으로 인출될 수 있다. 일 실시 예에서 전극탭(130)은 전극조립체(110)로부터 제1 방향으로 연장하고, 전극리드(140)는 파우치 외장재(120)에서 제1 방향과 수직인 방향으로 인출될 수 있다. 도 2 및 도 3을 참고하면, 예를 들어, 전극탭(130)은 전극조립체(110)에서 X 방향으로 연장하고, 전극리드(140)는 파우치 외장재(120)로부터 Y 방향으로 인출된다.
일 실시 예에서 전극탭(130)은 전극조립체(110)로부터 제1 방향으로 연장하고, 실링부(120a) 중 전극리드(140)를 감싸는 테라스(120b)는 전극조립체(110)에서 제1 방향과 교차하는 방향에 위치될 수 있다. 일 실시 예에서 전극탭(130)은 전극조립체(110)로부터 제1 방향으로 연장하고, 실링부(120a) 중 전극리드(140)를 감싸는 테라스(120b)는 전극조립체(110)에서 제1 방향과 수직인 방향에 위치될 수 있다. 예를 들어, 도 2 및 도 3을 참고하면, 전극탭(130)은 전극조립체(110)에서 X 방향으로 연장하고 테라스(120b)는 전극조립체(110)의 Y 방향에 배치된다.
일 실시 예에서 전극리드(140)는 로드 또는 스틱(stick) 형태로 제공될 수 있다. 종래의 얇은 판형 전극리드를 사용하는 이차전지(100)에서는 전극조립체(110)와 전극리드(140) 사이의 연결을 위해 소모되는 공간이 비교적 컸다. 이렇게 소모되는 공간은 이차전지(100)의 용량에 기여하지 않기 때문에 이차전지(100)의 에너지 밀도를 높이는데 부정적인 영향을 준다. 에너지 밀도는 이차전지(100)의 전체 체적당 전극조립체(110)가 차지하는 체적의 비율을 의미한다.
일 실시 예에 따른 전극리드(140)는 로드 또는 스틱 형태를 가지고 이는 전극조립체(110)와 전극리드(140) 사이의 결합을 위한 공간을 줄일 수 있다. 또, 전극리드(140)에 전극탭(130)이 용접된 후 전극리드(140)를 회전함으로써, 전극리드(140)가 전극조립체(110)에 더욱 밀착될 수 있고, 이는 이차전지(100)의 에너지 밀도를 향상시킬 수 있다.
일 실시 예에서 전극리드(140)와 전극탭(130)은 비교적 큰 면적으로 접촉하며, 이는 전류가 전극과 전극리드(140) 사이를 이동하면서 생기는 전기저항을 낮출 수 있다. 예를 들어, 도 2 및 도 3을 참고하면, 전극탭들은 전극조립체의 일변에 대응하는 폭을 가지고 인출되며, 전극리드는 전극탭들과 비교적 긴 길이에 걸쳐 결합된다. 이는 전류가 전극과 전극리드 사이를 이동할 때 생기는 저항을 줄일 수 있다.
도 5 및 도 6은 각각 일 실시 예에서 전극탭(130)과 전극리드(140) 사이의 구체적인 결합구조를 도시한 것이다. 도 5 및 도 6은 도 2의 이차전지(100)의 II-II’ 단면도의 예시이다. 도 5 및 도 6에서 전극리드(140)의 단면은 사각형으로 도시되나, 이는 예시에 지나지 않고, 전극리드(140)는 다양한 모양의 단면을 가질 수 있다. 예를 들어, 전극리드(140)는 도 4와 같이 원형단면을 가질 수 있다.
일 실시 예에서 전극리드(140) 중 복수의 전극탭들(130)이 결합되는 결합면(140a)은 상기 전극조립체(110)의 적층방향과 교차하는 방향을 향할 수 있다. 예를 들어, 복수의 전극탭들(130)은 전극리드(140)의 결합면(140a) 상에 용접결합되며, 결합면(140a)이 향하는 방향이 전극조립체(110)의 적층방향과 수직일 수 있다. 예를 들어, 도 6을 참고하면, 일 실시 예에서 전극들(e1, e2, e3)은 Z 방향으로 적층되고, 전극탭들(130)과 전극리드(140) 사이의 결합면(140a)은 Z 방향에 수직인 방향(즉, X 방향)을 향할 수 있다.
일 실시 예에서 복수의 전극탭들(130)은 서로 적층되어 전극리드(140) 상에 결합되는 결합부(130a)를 형성하고, 결합부(130a)에서 복수의 전극탭들(130)은 전극들의 적층방향과 나란하거나 교차하는 방향으로 적층될 수 있다.
예를 들어, 도 5를 참고하면, 일 실시 예에서 전극탭들(t1, t2, t3)이 적층된 방향은 전극탭들(t1, t2, t3) 각각에 연결된 전극들(e1, e2, e3)의 적층 방향과 일치할 수 있다. 예를 들어, +Z 방향으로 순차적으로 적층된 제1 전극(e1), 제2 전극(e2), 및 제3 전극(e3)으로부터 각각 제1 전극탭(t1), 제2 전극탭(t2), 및 제3 전극탭(t3)이 인출되고, 제1 전극탭(t1), 제2 전극탭(t2), 및 제3 전극탭(t3)은 전극리드(140) 상에 +Z 방향으로 순차적으로 적층된다.
도 6을 참고하면, 일 실시 예에서 전극탭들(t1, t2, t3)이 적층된 방향은 전극탭들(t1, t2, t3) 각각에 연결된 전극들(e1, e2, e3)의 적층 방향과 교차할 수 있다. 예를 들어, +Z 방향으로 순차적으로 적층된 제1 전극(e1), 제2 전극(e2), 및 제3 전극(e3)으로부터 각각 제1 전극탭(t1), 제2 전극탭(t2), 및 제3 전극탭(t3)이 인출되고, 제1 전극탭(t1), 제2 전극탭(t2), 및 제3 전극탭(t3)은 전극리드(140) 상에 +X 방향으로 순차적으로 적층된다. 전극리드(140) 상에 배치된 전극탭들(t1, t2, t3)의 적층방향이 전극들(e1, e2, e3)의 적층방향과 다른 것은 전극탭들(t1, t2, t3)이 전극리드(140)상에 결합된 후에 전극리드(140)를 회전시킴으로써 구현될 수 있다. 예를 들어, 도 5의 상태에 있는 전극리드(140)는 시계방향으로 90도 회전하여 도 6의 상태로 될 수 있다.
도 6을 참고하면, 일 실시 예에서 복수의 전극탭들(130)은 전극리드(140)의 일부 외주면을 따라 일부 권취될 수 있다. 전극리드(140)가 회전하면서, 전극탭들(130) 중 적어도 일부는 전극리드(140)의 외주면을 따라 말릴(rolled) 수 있다. 복수의 전극탭들(130)은 결합부(130a)와 전극조립체(110) 사이의 구간에서 전극리드(140)의 외주면을 따라 일부 말릴 수 있다. 즉, 전극탭들(130)은 결합부(130a)외의 부분에서 전극리드(140)를 감쌀 수 있다. 전극리드(140)가 권취되면서 비교적 전극조립체(110)에 가깝게 위치될 수 있고, 이는 이차전지(100)의 전체 크기를 줄이고 에너지 밀도를 높이는데 기여할 수 있다.
도 7 내지 도 10은 로드형 전극리드(140)를 포함하는 다양한 이차전지들을 도시한 것이다
도 7은 일 실시 예에서 하나의 전극리드가 이차전지(200)의 양방향으로 인출된 것을 도시한 것이다. 도 7의 이차전지(200)는 도 2 내지 도 6의 이차전지(100)와 비교하여 전극리드들의 인출방향에 있어서 차이가 있으며, 이를 제외하면, 도 2 내지 도 6에서 설명된 사항들 중 일부 또는 전부가 도 7의 이차전지(200)에도 적용될 수 있다.
일 실시 예에서 전극리드(240)는 양방향으로 연장하고, 양단이 상기 파우치 외장재(120)의 외부로 인출될 수 있다. 도 2에서 전극리드들(140)은 파우치 외장재(120)의 +Y 방향으로만 인출된다. 도 7에서 제1 전극리드(241)와 제2 전극리드(242)는 각각 전극조립체(110)의 +X 방향 및 1X 방향에 배치되어, 모두 Y 방향으로 연장한 후, 파우치 외장재(120)의 +Y 방향 및 -Y 방향으로 인출된다.
도 8은 일 실시 예에서 두개의 전극리드들이 서로 다른 방향으로 인출된 이차전지(300)를 도시한 것이다. 도 8의 이차전지(300)는 도 2 내지 도 6의 이차전지(100)와 비교하여 전극리드들의 인출방향에 있어서 차이가 있으며, 이를 제외하면, 도 2 내지 도 6에서 설명된 사항들 중 일부 또는 전부가 도 8의 이차전지(300)에도 적용될 수 있다.
도 2에서 전극리드들(140)은 각각 전극조립체(110)의 -X 방향 및 +X 방향에 배치되어, 모두 +Y 방향으로 연장한 후, 파우치 외장재(120)의 +Y 방향으로 인출된다. 도 8에서 제1 전극리드(341) 및 제2 전극리드(342)는 전극조립체(110)의 +X 방향 및 -X 방향에 배치되어, 각각 -Y 방향 및 +Y 방향으로 연장한 후, 각각 파우치 외장재(120)의 -Y 방향 및 +Y 방향으로 인출된다.
도 9는 일 실시 예에서 두개의 전극리드들이 전극조립체의 일측에 모두 배치된 것을 도시한 것이다. 도 9의 이차전지(400)는 도 2 내지 도 6의 이차전지(100)와 비교하여 전극리드들이 전극조립체의 일측에만 배치된다는 것과 전극리드들의 인출방향에 있어서 차이가 있다. 이를 제외하면, 도 2 내지 도 6에서 설명된 사항들 중 일부 또는 전부가 도 9의 이차전지(400)에도 적용될 수 있다.
이차전지(400)는 전극조립체(110)의 일측에서 인출되고 전극조립체(110)의 길이방향으로 이격된 2개의 탭그룹들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 9를 참고하면, 제1 탭그룹(431)과 제2 탭그룹(432)이 각각 전극조립체(110)의 일측에서 +X방향으로 연장하고, 제1 탭그룹(431)과 제2 탭그룹(432)은 Y 방향으로 서로 이격될 수 있다. 제1 탭그룹(431)과 제2 탭그룹(432)은 서로 다른 극성을 가질 수 있다. 예를 들어, 제1 탭그룹(431)은 음극탭들을 포함하고, 제2 탭그룹(432)은 양극탭들을 포함할 수 있다. 제1 전극리드(441)와 제2 전극리드(442)는 모두 전극조립체(110)의 +X 방향에 배치되어 각각 제1 탭그룹(431)과 제2 탭그룹(432)과 결합하고, 각각 +Y 방향 및 -Y 방향으로 연장한 후, 각각 파우치 외장재(120)의 +Y 방향 및 -Y 방향으로 인출될 수 있다.
도 10은 일 실시 예에서 4개의 전극리드(140)들을 포함하는 이차전지(400)를 도시한 것이다. 도 10의 이차전지(400)는 도 2 내지 도 6의 이차전지(100)와 비교하여 전극리드들이 전극조립체의 양측에 2개씩 배치된다는 것에 있어서 차이가 있다. 이를 제외하면, 도 2 내지 도 6에서 설명된 사항들 중 일부 또는 전부가 도 10의 이차전지(500)에도 적용될 수 있다.
일 실시 예에서 이차전지(100)는 일방향으로 인출된 2개의 전극리드들 및 타방향으로 인출된 전극리드들을 포함할 수 있다.
예를 들어, 이차전지(500)는 +Y 방향으로 인출된 제1 전극리드(541), +Y 방향으로 제3 전극리드(543), -Y 방향으로 인출된 제2 전극리드(542), 및 -Y 방향으로 제4 전극리드(544)를 포함할 수 있다.
일방향으로 인출된 2개의 전극리드들은 서로 다른 극성을 가질 수 있다. 예를 들어, +Y 방향으로 인출된 제1 전극리드(541)와 제3 전극리드(543)는 각각 양극리드 및 음극리드일 수 있다.
복수의 전극탭들 중 제1 탭그룹(531)과 제2 탭그룹(532)은 전극조립체(110)의 제1 측에서 인출되고, 제3 탭그룹(533)과 제4 탭그룹(534)은 전극조립체의 제1 측과 반대인 제2 측에서 인출될 수 있다. 예를 들어, 제1 탭그룹(531) 및 제2 탭그룹(532)은 전극조립체(110)의 +X 방향 측면에 인출되고, 제3 탭그룹(533) 및 제4 탭그룹(534)은 전극조립체(110)의 -X 방향 측면에 인출될 수 있다.
제1 탭그룹(531)과 제2 탭그룹(532)은 각각 제1 전극리드(541)와 제2 전극리드(542)에 결합한다. 제3 탭그룹(533)과 제4 탭그룹(534)은 각각 제3 전극리드(543)와 제4 전극리드(544)에 결합한다.
제1 전극리드(541)와 제2 전극리드(542)는 모두 전극조립체(110)의 +X 방향에 배치되어, 각각 +Y 방향 및 -Y 방향으로 연장한 후, 각각 파우치 외장재(120)의 +Y 방향 및 -Y 방향으로 인출된다.
제3 전극리드(543)와 제4 전극리드(544)는, 모두 전극조립체(110)의 -X 방향에 배치되어, 각각 +Y 방향 및 -Y 방향으로 연장한 후, 각각 파우치 외장재(120)의 +Y 방향 및 -Y 방향으로 인출된다.
한편, 도 2 내지 도 10에서 이차전지(100, 200, 300, 400, 500)은 본발명이 적용된 이차전지의 예시들에 지나지 않고, 본문서의 실시 예들은 이들에 한정되지 않는다.
상기에서는 본 발명에 따른 실시 예를 기준으로 본 발명의 구성과 특징을 설명하였으나 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 사상과 범위 내에서 다양하게 변경 또는 변형할 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자에게 명백한 것이며, 따라서 이와 같은 변경 또는 변형은 첨부된 청구범위에 속함을 밝혀둔다.
100: 이차전지
110: 전극조립체
120: 파우치 외장재
130: 전극탭
140: 전극리드
150: 리드필름

Claims (13)

  1. 제1 방향으로 적층된 복수의 전극들을 포함하는 전극조립체;
    상기 전극조립체가 수용되는 내부공간을 정의하고, 상기 전극조립체의 상부를 감싸는 제1 시트부재 및 상기 전극조립체의 하부를 감싸는 제2 시트부재를 포함하는 파우치 외장재;
    상기 복수의 전극들에서 상기 제1 방향과 수직인 제2 방향으로 인출된 복수의 전극탭들; 및
    상기 복수의 전극탭들과 결합되고, 상기 제1 방향에 수직하고 상기 제2 방향과 교차하는 방향으로 연장하고, 상기 파우치 외장재의 외부로 일부 노출되는 전극리드;를 포함하고,
    상기 제1 시트부재와 상기 제2 시트부재는 상기 전극리드를 사이에 두고 서로 접합되어 상기 내부공간을 밀봉시키는 실링부를 형성하는,
    이차전지.
  2. 제1항에서,
    상기 복수의 전극탭들은 상기 전극조립체의 일변에 수직인 방향으로 연장하고, 상기 전극리드는 상기 일변에 나란하게 연장하고 연장방향으로 상기 파우치 외장재의 외부로 인출되는,
    이차전지.
  3. 제1항에서,
    상기 실링부 중 상기 전극리드를 감싸는 테라스는 전극조립체로부터 상기 제2 방향과 수직인 방향에 위치되는,
    이차전지.
  4. 제1항에서,
    상기 전극리드는 원형 로드 형태로 제공되는,
    이차전지.
  5. 제1항에서,
    상기 전극리드와 상기 복수의 전극탭들 사이의 결합면은 상기 제1 방향과 교차하는 방향을 향하는,
    이차전지.
  6. 제1항에서,
    상기 복수의 전극탭들은 서로 적층되어 상기 전극리드 상에 결합되는 결합부를 형성하고, 상기 결합부에서 상기 복수의 전극탭들은 상기 제1 방향과 교차하는 방향으로 적층되는,
    이차전지.
  7. 제6항에서,
    상기 복수의 전극탭들은 상기 전극리드의 일부 외주면을 따라 일부 권취된,
    이차전지.
  8. 제1항에서,
    상기 전극리드는 양방향으로 연장하고, 양단이 상기 파우치 외장재의 외부로 인출되는,
    이차전지.
  9. 제1항에서,
    상기 복수의 전극탭들의 적어도 하나는 제1 탭그룹을 형성하고, 상기 복수의 전극탭들 중 적어도 하나는 상기 제1 탭그룹과 구분되는 제2 탭그룹을 형성하고,
    상기 전극리드는 상기 제1 탭그룹과 결합되는 제1 전극리드, 및 상기 제2 탭그룹과 결합되는 제2 전극리드를 포함하는,
    이차전지.
  10. 제9항에서,
    상기 제1 전극리드와 상기 제2 전극리드는 서로 같은 방향으로 연장하여 상기 파우치 외장재로부터 같은 방향으로 인출되는,
    이차전지.
  11. 제9항에서,
    상기 제1 전극리드와 상기 제2 전극리드는 서로 반대방향으로 연장하여 상기 파우치 외장재로부터 서로 반대방향으로 인출되는,
    이차전지.
  12. 제9항에서,
    상기 제1 탭그룹과 상기 제2 탭그룹은 상기 전극조립체의 제1 측에서 인출되고, 상기 제1 전극리드와 상기 제2 전극리드는 상기 전극조립체의 상기 제1 측에 배치되고 서로 반대방향으로 연장하여 상기 파우치 외장재로부터 서로 반대방향으로 인출되는,
    이차전지.
  13. 제12항에서,
    상기 복수의 전극탭들의 적어도 하나는 제3 탭그룹을 형성하고, 상기 복수의 전극탭들 중 적어도 하나는 상기 제3 탭그룹과 구분되는 제4 탭그룹을 형성하고, 상기 제3 탭그룹과 상기 제4 탭그룹은 상기 전극조립체의 제2 측에서 인출되고, 상기 제2 측은 상기 제1 측의 반대측이고,
    상기 전극리드는 상기 전극조립체의 상기 제2 측에 배치된 제3 전극리드 및 제4 전극리드를 더 포함하고, 상기 제3 전극리드와 상기 제4 전극리드는 서로 반대방향으로 연장하여 상기 파우치 외장재로부터 서로 반대방향으로 인출되는,
    이차전지.
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