KR20230143300A - 안전성이 개선된 각형 이차전지 - Google Patents

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KR20230143300A
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Abstract

개시되는 발명은 양극과 음극 사이에 분리막이 개재된 복수의 단위 셀이 스택 구조로 적층된 전극 조립체에 관한 것으로서, 하나의 예에서, 상기 전극 조립체의 최외곽에는, 양극 포일과 음극 포일, 그리고 상기 양극 포일과 음극 포일 사이 및 외곽에 각각 분리막이 적층된 보호 스택층이 구비된다.

Description

안전성이 개선된 각형 이차전지{SAFETY IMPROVED PRISMATIC SECONDARY BATTERY}
본 발명은 전극 조립체의 외곽 분리막 손상이나 외부 충격에 의한 전극 조립체의 폭발을 방지함으로써 안전성이 개선된 각형 이차전지에 관한 것이다.
이차전지는 일차전지와는 달리 재충전이 가능하고, 또 소형 및 대용량화 가능성으로 인해 근래에 많이 연구 개발되고 있다. 모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가하고, 또한 환경보호의 시대적 요구에 맞춰 부각되는 전기 차량과 에너지 저장 시스템 등으로 인해 에너지원으로서의 이차전지의 수요는 더욱 급격하게 증가하고 있다.
이차전지는 전지 케이스의 형상에 따라, 코인형 전지, 원통형 전지, 각형 전지, 및 파우치형 전지로 분류된다. 이차전지에서 전지 케이스 내부에 장착되는 전극 조립체는 전극 및 분리막의 적층 구조로 이루어진 충방전이 가능한 발전소자이다.
전극 조립체는 활물질이 도포된 시트형의 양극과 음극 사이에 분리막을 개재(介在)하여 권취한 젤리 롤(Jellyroll)형, 다수의 양극과 음극을 분리막이 개재된 상태에서 순차적으로 적층한 스택형, 및 스택형의 단위 셀들을 긴 길이의 분리필름으로 권취한 스택 앤 폴딩(Stack & Folding)형으로 대략 분류할 수 있다.
각형 케이스를 포함하는 이차전지, 즉 각형 이차전지는 개방면이 형성된 케이스 안에 완성된 전극 조립체를 봉입하게 된다. 이런 과정에서 케이스의 모서리에 의해 전극 조립체의 최외곽 분리막이 손상될 수 있다. 또한, 각형 이차전지의 사용 중에 케이스에 충격이 가해져 변형이 발생되거나 못과 같은 것이 케이스를 관통하거나 함으로써 전극 조립체의 최외곽 분리막이 손상될 수도 있다.
이와 같은 여러 원인으로 인해 최외곽 분리막이 손상되면 전극 조립체의 내부 절연이 파괴됨으로써 전기 쇼트에 의한 과열 손상, 나아가 열 폭주 및 이로 인한 연소나 폭발 등의 각종 사고가 발생할 수 있다.
한국공개특허 제10-2018-0085132호 (2018.07.26 공개)
본 발명은 복수의 단위 셀이 스택 구조로 적층된 전극 조립체의 최외곽 분리막이 손상됨으로써 발생하는 내부 쇼트와 폭발 등의 각종 위험을 방지할 수 있는 안전성이 개선된 각형 이차전지를 제공함에 그 목적이 있다.
다만, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상술한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래에 기재된 발명의 설명으로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명은 양극과 음극 사이에 분리막이 개재된 복수의 단위 셀이 스택 구조로 적층된 전극 조립체에 관한 것으로서, 하나의 예에서, 상기 전극 조립체의 최외곽에는, 양극 포일과 음극 포일, 그리고 상기 양극 포일과 음극 포일 사이 및 외곽에 각각 분리막이 적층된 보호 스택층이 구비된다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 보호 스택층은, 상기 전극 조립체의 최외곽 전극이 양극인 경우에 음극 포일, 분리막, 양극 포일, 분리막의 순서로 적층된 구조를 이룬다.
또는, 상기 보호 스택층은, 상기 전극 조립체의 최외곽 전극이 음극인 경우에 양극 포일, 분리막, 음극 포일, 분리막의 순서로 적층된 구조를 이룬다.
상기 보호 스택층은 상기 전극 조립체의 양쪽 최외곽에 모두 구비될 수 있다.
그리고, 상기 보호 스택층의 크기는 상기 전극 조립체의 최외곽 단위 셀의 크기보다 작지 않은 것이 바람직할 수 있다.
그리고, 상기 보호 스택층은, 상기 양극 포일과 음극 포일이 각각 양극 포일 탭과 음극 포일 탭을 구비하고, 상기 양극 포일 탭은 상기 전극 조립체의 양극 탭에 대해 전기적으로 연결되며, 상기 음극 포일 탭은 상기 전극 조립체의 음극 탭에 대해 전기적으로 연결될 수 있다.
이에 따라, 상기 보호 스택층은, 상기 전극 조립체에서 발생한 내부 쇼트를 완충하게 된다.
한편, 본 발명은 적어도 어느 일면이 개구부를 형성하는 케이스;와, 양극과 음극 사이에 분리막이 개재된 복수의 단위 셀이 스택 구조로 적층되어 있고, 상기 케이스 안에 수납되는 전극 조립체;와, 상기 전극 조립체의 양극 탭과 음극 탭에 전기적으로 연결된 양극 단자와 음극 단자를 포함하고, 상기 케이스의 개구부를 밀봉하도록 접합되는 캡 플레이트; 및 상기 전극 조립체를 함침히도록 상기 케이스에 충진되는 전해액을 포함하고, 상기 전극 조립체의 최외곽에는 양극 포일과 음극 포일, 그리고 상기 양극 포일과 음극 포일 사이 및 외곽에 각각 분리막이 적층된 보호 스택층이 구비되며, 상기 양극 포일과 음극 포일은 각각 양극 포일 탭과 음극 포일 탭을 구비하고, 상기 양극 포일 탭은 상기 전극 조립체의 양극 탭에 대해 전기적으로 연결되며, 상기 음극 포일 탭은 상기 전극 조립체의 음극 탭에 대해 전기적으로 연결되는, 각형 이차전지를 제공한다.
여기서, 상기 보호 스택층은, 상기 전극 조립체의 최외곽 전극이 양극인 경우에 음극 포일, 분리막, 양극 포일, 분리막의 순서로 적층된 구조를 이루게 된다.
또는, 상기 보호 스택층은, 상기 전극 조립체의 최외곽 전극이 음극인 경우에 양극 포일, 분리막, 음극 포일, 분리막의 순서로 적층된 구조를 이루게 된다.
그리고, 상기 보호 스택층의 크기는 상기 전극 조립체의 최외곽 단위 셀의 크기보다 작지 않은 것이 바람직할 수 있다.
그리고, 상기 보호 스택층은, 상기 전극 조립체에서 발생한 내부 쇼트를 완충하게 된다.
상기와 같이 전극 조립체의 최외곽에 구비되는 보호 스택층의 양극 포일과 음극 포일, 분리막의 적층 구조는 전극 조립체의 물리적 손상을 방지하는 역할을 한다. 따라서, 전극 조립체를 케이스에 삽입하는 과정에서의 최외곽 분리막의 손상, 또는 침상 관통이나 압착, 충격 등에 의해 전극 조립체가 손상되는 것을 보호 스택층이 방지하게 된다.
또한, 본 발명은 보호 스택층이 양극 포일과 음극 포일이 쌍을 이루고 있고, 캡 플레이트의 양극 단자와 음극 단자에 전기적으로 연결되어 있으므로, 전극 조립체에서 전기 쇼트가 발생할 경우에 활물질이 도포된 전극 조립체의 양극과 음극에 비해 보호 스택층이 먼저 반응을 하여 내부 쇼트를 완충하게 된다. 이에 따라, 본 발명은 보호 스택층에 의해 내부 쇼트에 의한 전극 조립체의 손상, 전극 조립체의 열 폭주로 인한 화재나 폭발의 위험을 크게 경감하게 된다.
다만, 본 발명을 통해 얻을 수 있는 기술적 효과는 상술한 효과에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래에 기재된 발명의 설명으로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 양극과 음극 사이에 분리막이 개재된 단위 셀을 도시한 도면.
도 2는 도 1의 단위 셀 복수 개가 스택 구조로 적층된 전극 조립체를 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시형태에 따른 보호 스택층이 구비된 전극 조립체를 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 보호 스택층이 구비된 전극 조립체를 도시한 도면.
도 5는 도 3의 전극 조립체를 포함하는 각형 이차전지의 일례를 도시한 도면.
도 6은 도 4의 전극 조립체를 포함하는 각형 이차전지의 일례를 도시한 도면.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 이하에서 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.
본 발명에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 본 발명에서, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "상에" 있다고 기재된 경우, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "하에" 있다고 기재된 경우, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 또한, 본 출원에서 "상에" 배치된다고 하는 것은 상부뿐만 아니라 하부에 배치되는 경우도 포함하는 것일 수 있다.
본 발명은 양극과 음극 사이에 분리막이 개재된 복수의 단위 셀이 스택 구조로 적층된 전극 조립체에 관한 것으로서, 하나의 예에서, 상기 전극 조립체의 최외곽에는, 양극 포일과 음극 포일, 그리고 상기 양극 포일과 음극 포일 사이 및 외곽에 각각 분리막이 적층된 보호 스택층이 구비된다.
이에 따라, 본 발명의 전극 조립체는 케이스에 삽입하는 과정에서의 최외곽 분리막의 손상, 또는 침상 관통이나 압착, 충격 등에 의해 최외곽 분리막이 손상됨으로써 발생하는 내부 쇼트와 이로 인해 유발되는 폭발의 각종 위험을 보호 스택층으로 방지할 수 있게 된다.
그리고, 본 발명은 보호 스택층의 상기 양극 포일과 음극 포일이 각각 양극 포일 탭과 음극 포일 탭을 구비하고, 상기 양극 포일 탭은 상기 전극 조립체의 양극 탭에 대해 전기적으로 연결되며, 상기 음극 포일 탭은 상기 전극 조립체의 음극 탭에 대해 전기적으로 연결될 수 있다.
이에 따라, 상기 보호 스택층은 상기 전극 조립체에서 발생한 내부 쇼트에 대해 복수의 단위 셀보다 먼저 반응하게 되고, 전기적 충격을 완충하게 된다. 이에 따라, 본 발명의 전극 조립체는 기계적 손상은 물론 전기적 손상에도 강한 내구성을 발휘하게 된다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 전극 조립체 및 이를 포함하는 각형 이차전지에 대한 구체적인 실시형태에 대해 상세히 설명한다. 참고로, 이하의 설명에서 사용되는 상대적인 위치를 지정하는 전후나 상하좌우의 방향은 발명의 이해를 돕기 위한 것으로서, 특별한 정의가 없는 한 도면에 도시된 방향을 기준으로 삼는다.
[제1 실시형태]
도 1은 양극(20)과 음극(30) 사이에 분리막(40)이 개재된 단위 셀(10)을 도시한 도면이고, 도 2는 도 1의 단위 셀(10) 복수 개가 스택 구조로 적층된 전극 조립체(100)를 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 도시된 단위 셀(10)은 풀셀(full cell)로서 양극(20)과 음극(30) 사이에 분리막(40)이 개재되어 있다.
양극(20)은 양극 집전체(22) 및 양극 집전체(22)의 일면 또는 양면 상에 도포된 양극 활물질(24)을 포함한다. 양극 집전체(22)의 폭 방향 일측 단부에는 양극 활물질(24)이 도포되지 않은 무지부(26)가 존재한다. 무지부(26)에 대해 노칭(타발) 가공을 수행함으로써 양극 탭(110)이 형성된다.
음극(30)은 음극 집전체(32) 및 음극 집전체(32)의 일면 또는 양면 상에 도포된 음극 활물질(34)을 포함한다. 음극 집전체(32)의 폭 방향 일측 단부에는 음극 활물질(34)이 도포되지 않은 무지부(36)가 존재한다. 마찬가지로, 음극 무지부(36)는 음극 탭(120)으로서 기능한다.
본 발명에 있어서, 양극 집전체(22)에 코팅되는 양극 활물질(24)과 음극 집전체(32)에 코팅되는 극 활물질은 당업계에 공지된 활물질이라면 제한없이 사용될 수 있다.
일 예에서, 양극 활물질(24)은 일반 화학식 A[AxMy]O2+z(A는 Li, Na 및 K 중 적어도 하나 이상의 원소를 포함; M은 Ni, Co, Mn, Ca, Mg, Al, Ti, Si, Fe, Mo, V, Zr, Zn, Cu, Al, Mo, Sc, Zr, Ru, 및 Cr에서 선택된 적어도 하나 이상의 원소를 포함; x ≥ 0, 1 ≤ x+y ≤2, ­0.1 ≤ z ≤ 2; x, y, z 및 M에 포함된 성분의 화학량론적 계수는 화합물이 전기적 중성을 유지하도록 선택됨)로 표시되는 알칼리 금속 화합물을 포함할 수 있다.
다른 예에서, 양극 활물질(24)은 US6,677,082, US6,680,143 등에 개시된 알칼리 금속 화합물 xLiM1O2­(1­x)Li2M2O3(M1은 평균 산화 상태 3을 갖는 적어도 하나 이상의 원소를 포함; M2는 평균 산화 상태 4를 갖는 적어도 하나 이상의 원소를 포함; 0≤ x ≤1)일 수 있다.
또 다른 예에서, 양극 활물질(24)은, 일반 화학식 LiaM1 xFe1­xM2 yP1­yM3 zO4­z(M1은 Ti, Si, Mn, Co, Fe, V, Cr, Mo, Ni, Nd, Al, Mg 및 Al에서 선택된 적어도 하나 이상의 원소를 포함; M2는 Ti, Si, Mn, Co, Fe, V, Cr, Mo, Ni, Nd, Al, Mg, Al, As, Sb, Si, Ge, V 및 S에서 선택된 적어도 하나 이상의 원소를 포함; M3는 F를 선택적으로 포함하는 할로겐족 원소를 포함; 0 < a ≤ 2, 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y < 1, 0 ≤ z < 1; a, x, y, z, M1, M2, 및 M3에 포함된 성분의 화학량론적 계수는 화합물이 전기적 중성을 유지하도록 선택됨), 또는 Li3M2(PO4)3[M은 Ti, Si, Mn, Fe, Co, V, Cr, Mo, Ni, Al, Mg 및 Al에서 선택된 적어도 하나의 원소를 포함]로 표시되는 리튬 금속 포스페이트일 수 있다.
바람직하게, 양극 활물질(24)은 1차 입자 및/또는 1차 입자가 응집된 2차 입자를 포함할 수 있다.
일 예에서, 음극 활물질(34)은 탄소재, 리튬금속 또는 리튬금속화합물, 규소 또는 규소화합물, 주석 또는 주석 화합물 등을 사용할 수 있다. 전위가 2V 미만인 TiO2, SnO2와 같은 금속 산화물도 음극 활물질(34)로 사용 가능하다. 탄소재로는 저결정 탄소, 고결정성 탄소 등이 모두 사용될 수 있다.
그리고, 양극(20)과 음극(30) 사이에 개재되는 분리막(40)은 다공성 고분자 필름, 예를 들어 에틸렌 단독중합체, 프로필렌 단독중합체, 에틸렌/부텐 공중합체, 에틸렌/헥센 공중합체, 에틸렌/메타크릴레이트 공중합체 등과 같은 폴리올레핀계 고분자로 제조한 다공성 고분자 필름을 단독으로 또는 이들을 적층하여 사용할 수 있다. 다른 예시로서, 분리막(40)은 통상적인 다공성 부직포, 예를 들어 고융점의 유리 섬유, 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유 등으로 된 부직포를 사용할 수 있다.
분리막(40)의 적어도 한 쪽 표면에는 무기물 입자의 코팅층을 포함할 수 있다. 또한 분리막(40) 자체가 무기물 입자의 코팅층으로 이루어지는 것도 가능하다. 코팅층을 구성하는 입자들은 인접하는 입자 사이 사이에 인터스티셜 볼륨(interstitial volume)이 존재하도록 바인더와 결합된 구조를 가질 수 있다.
무기물 입자는 유전율이 5이상인 무기물로 이루어질 수 있다. 비제한적인 예시로서, 상기 무기물 입자는 Pb(Zr,Ti)O3(PZT), Pb1­xLaxZr1­yTiyO3(PLZT), PB(Mg3Nb2/3)O3­PbTiO3(PMN­PT), BaTiO3, hafnia(HfO2), SrTiO3, TiO2, Al2O3, ZrO2, SnO2, CeO2, MgO, CaO, ZnO 및 Y2O3로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나 이상의 물질을 포함할 수 있다.
그리고, 전극 조립체(100)가 함침되는 전해액(530)을 이루는 전해질은 A+B-와 같은 구조를 갖는 염일 수 있다. 여기서, A+는 Li+, Na+, K+와 같은 알칼리 금속 양이온이나 이들의 조합으로 이루어진 이온을 포함한다. 그리고 B-는 F-, Cl-, Br-, I-, NO3 -, N(CN)2 -, BF4 -, ClO4 -, AlO4 -, AlCl4 -, PF6 -, SbF6 -, AsF6 -, BF2C2O4 -, BC4O8 -, (CF3)2PF4 -, (CF3)3PF3 -, (CF3)4PF2 -, (CF3)5PF-, (CF3)6P-, CF3SO3 -, C4F9SO3 -, CF3CF2SO3 -, (CF3SO2)2N-, (FSO2)2N- ,　CF3CF2(CF3)2CO-, (CF3SO2)2CH-, (SF5)3C-, (CF3SO2)3C-, CF3(CF2)7SO3 -, CF3CO2 -, CH3CO2 -, SCN-　및 (CF3CF2SO2)2N-로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상의 음이온을 포함한다.
전해질은 또한 유기 용매에 용해시켜 사용할 수 있다. 유기 용매로는, 프로필렌 카보네이트(propylene carbonate, PC), 에틸렌 카보네이트(ethylenecarbonate, EC), 디에틸카보네이트(diethyl carbonate, DEC), 디메틸카보네이트(dimethyl carbonate, DMC), 디프로필카보네이트(dipropyl carbonate, DPC), 디메틸설프옥사이드 (dimethyl sulfoxide), 아세토니트릴 (acetonitrile), 디메톡시에탄 (dimethoxyethane), 디에톡시에탄 (diethoxyethane), 테트라하이드로퓨란(tetrahydrofuran), N-메틸-2-피롤리돈 (N-methyl-2-pyrrolidone, NMP), 에틸메틸카보네이트(ethyl methyl carbonate, EMC), 감마 부티로락톤(γ-butyrolactone) 또는 이들의 혼합물이 사용될 수 있다.
도 2는 위와 같은 구성을 가진 단위 셀(10) 복수 개가 스택 구조로 적층된 전극 조립체(100)를 도시한 것이다. 도 2의 전극 조립체(100)는 양극/분리막/음극/분리막/양극 구조의 바이셀(bicell)로서, 음극/분리막/양극/분리막/음극 구조로 이루어질 수도 있으며, 도시된 바이셀을 적절한 개수로 적층하여 전극 조립체(100)의 용량을 더욱 확장할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시형태에 따른 보호 스택층(200)이 구비된 전극 조립체(100)를 도시한 도면이다. 보호 스택층(200)은 전극 조립체(100)의 최외곽에 구비되는 적층 구조체로서, 양극 포일(210)과 음극 포일(220), 그리고 양극 포일(210)과 음극 포일(220) 사이 및 외곽에 각각 분리막(40)이 적층된 구조를 이룬다.
여기서, 보호 스택층(200)을 이루는 양극 포일(210)은 양극 활물질(24)이 도포되지 않은 양극 집전체(22)에 대응하는 금속이다. 양극 포일(210)의 재질은 양극 집전체(22)와 동일할 수 있다. 예를 들어, 양극 포일(210)과 양극 집전체(22)는 알루미늄 재질일 수 있다. 마찬가지로, 음극 포일(220)은 음극 활물질(34)이 도포되지 않은 음극 집전체(32)에 대응하는 금속으로서, 음극 포일(220)의 재질은 음극 집전체(32)와 동일할 수 있다. 예를 들어, 음극 포일(220)과 음극 집전체(32)는 구리 재질일 수 있다.
보호 스택층(200)의 양극 포일(210)과 음극 포일(220), 분리막(40)의 적층 구조는 전극 조립체(100)의 최외곽의 물리적 손상을 방지하는 역할을 한다. 즉, 전극 조립체(100)를 케이스(510)에 삽입하는 과정에서의 최외곽 분리막(40)의 손상, 또는 침상 관통이나 압착, 충격 등에 의해 최외곽 분리막(40)이 손상되는 것을 보호 스택층(200)이 방지하게 된다. 따라서, 보호 스택층(200)의 크기는 전극 조립체(100)의 최외곽 단위 셀(10)의 크기보다 작지 않은 것이 바람직할 수 있다.
도 3의 전극 조립체(100)는 최외곽 전극이 양극(20)인 경우로서, 보호 스택층(200)은 음극 포일(220), 분리막(40), 양극 포일(210), 분리막(40)의 순서로 적층된 구조를 이룬다. 그리고, 도 4의 전극 조립체(100)는 최외곽 전극이 음극(30)인 경우로서, 양극 포일(210), 분리막(40), 음극 포일(220), 분리막(40)의 순서로 적층된 구조를 이룬다. 그리고, 도시된 것처럼, 보호 스택층(200)은 전극 조립체(100)의 양쪽 최외곽에 모두 구비될 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 보호 스택층(200)은 전극 조립체(100)는 최외곽 전극의 극성에 대응하여 적층 순서가 달라지기는 하지만, 항상 양극 포일(210)과 음극 포일(220)이 쌍을 이루고 있다. 이는 본 발명의 보호 스택층(200)이 단순히 기계적 방벽으로만 기능하는 것이 아니라 전기적 방벽의 기능을 함께 가질 수 있도록 하기 위함이다. 이에 대해서는, 해당 부분에서 구체적으로 설명한다.
[제2 실시형태]
도 5는 도 3의 전극 조립체(100)를 포함하는 각형 이차전지(500)의 일례를 도시한 도면이고, 도 6은 도 4의 전극 조립체(100)를 포함하는 각형 이차전지(500)의 일례를 도시한 도면이다.
도시된 각형 이차전지(500)는 전술한 전극 조립체(100)가 각형 이차전지(500)에 적용된 경우를 예시적으로 보여주는 것이다. 각형 이차전지(500)는 적어도 어느 일면이 개구부를 형성하는 케이스(510)와, 전술한 전극 조립체(100), 전극 조립체(100)의 양극 탭(110)과 음극 탭(120)에 전기적으로 연결된 양극 단자(522)와 음극 단자(524)를 구비하여 케이스(510)의 개구부를 밀봉하도록 접합되는 캡 플레이트(520), 그리고 전극 조립체(100)를 함침하도록 케이스(510)에 충진되는 전해액(530)을 포함한다.
전극 조립체(100)의 세부 구성은 제1 실시형태에서의 설명과 동일하므로 이에 대한 중복되는 설명은 생략하며, 이하에서는 각형 이차전지(500)의 구성을 위주로 하여 설명한다.
전극 조립체(100)의 최외곽에는 보호 스택층(200)이 구비되며, 보호 스택층(200)을 구성하는 양극 포일(210)과 음극 포일(220)은 각각 양극 포일 탭(212)과 음극 포일 탭(222)을 구비하고 있다. 그리고, 양극 포일 탭(212)은 전극 조립체(100)의 양극 탭(110)에 대해 전기적으로 연결되고, 음극 포일 탭(222)은 전극 조립체(100)의 음극 탭(120)에 대해 전기적으로 연결된다.
즉, 보호 스택층(200)의 양극 포일 탭(212)과 음극 포일 탭(222)은, 각각 전극 조립체(100)의 양극 탭(110)과 음극 탭(120)과 함께 캡 플레이트(520)의 양극 단자(522)와 음극 단자(524)에 연결된다. 도시된 실시형태에서는, 양극 포일 탭(212)과 양극 탭(110)은 양극 리드(523)에 함께 용접되고, 음극 포일 탭(222)과 음극 탭(120)은 음극 리드(525)에 함께 용접되어 있다.
따라서, 보호 스택층(200)은 전극 조립체(100)와 전기적으로 연결되어 있으며, 다만 보호 스택층(200)의 양극 포일(210)과 음극 포일(220)에는 활물질이 도포되어 있지 않으므로 각형 이차전지(500)의 충방전에는 직접적으로 관여하지는 않는다.
그러나, 보호 스택층(200)은 양극 포일(210)과 음극 포일(220)이 쌍을 이루고 있고, 캡 플레이트(520)의 양극 단자(522)와 음극 단자(524)에 전기적으로 연결되어 있으므로, 전극 조립체(100)에서 전기 쇼트가 발생할 경우에 활물질이 도포된 전극 조립체(100)의 양극(20)과 음극(30)에 비해 보호 스택층(200)이 먼저 반응을 하여 내부 쇼트를 완충하게 된다.
따라서, 양극 단자(522)와 음극 단자(524)에 전기적으로 연결된 보호 스택층(200)은 내부 쇼트에 의한 전극 조립체(100)의 손상, 전극 조립체(100)의 열 폭주로 인한 화재나 폭발의 위험을 크게 경감하게 된다.
이상, 도면과 실시예 등을 통해 본 발명을 보다 상세히 설명하였다. 그러나, 본 명세서에 기재된 도면 또는 실시예 등에 기재된 구성은 본 발명의 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
10: 단위 셀 20: 양극
22: 양극 집전체 24: 양극 활물질
26: 양극 무지부 30: 음극
32: 음극 집전체 34: 음극 활물질
36: 음극 무지부 40: 분리막
100: 전극 조립체 110: 양극 탭
120: 음극 탭 200: 보호 스택층
210: 양극 포일 212: 양극 포일 탭
220: 음극 포일 222: 음극 포일 탭
500: 각형 이차전지 510: 케이스
520: 캡 플레이트 522: 양극 단자
523: 양극 리드 524: 음극 단자
525: 음극 리드 530: 전해액

Claims (12)

  1. 양극과 음극 사이에 분리막이 개재된 복수의 단위 셀이 스택 구조로 적층된 전극 조립체에 있어서,
    상기 전극 조립체의 최외곽에는, 양극 포일과 음극 포일, 그리고 상기 양극 포일과 음극 포일 사이 및 외곽에 각각 분리막이 적층된 보호 스택층이 구비되는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 보호 스택층은,
    상기 전극 조립체의 최외곽 전극이 양극인 경우에,
    음극 포일, 분리막, 양극 포일, 분리막의 순서로 적층된 구조를 이루는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 보호 스택층은,
    상기 전극 조립체의 최외곽 전극이 음극인 경우에,
    양극 포일, 분리막, 음극 포일, 분리막의 순서로 적층된 구조를 이루는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 보호 스택층은 상기 전극 조립체의 양쪽 최외곽에 모두 구비되는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 보호 스택층의 크기는 상기 전극 조립체의 최외곽 단위 셀의 크기보다 작지 않은 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 양극 포일과 음극 포일은 각각 양극 포일 탭과 음극 포일 탭을 구비하고,
    상기 양극 포일 탭은 상기 전극 조립체의 양극 탭에 대해 전기적으로 연결되며, 상기 음극 포일 탭은 상기 전극 조립체의 음극 탭에 대해 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 보호 스택층은,
    상기 전극 조립체에서 발생한 내부 쇼트를 완충하는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  8. 적어도 어느 일면이 개구부를 형성하는 케이스;
    양극과 음극 사이에 분리막이 개재된 복수의 단위 셀이 스택 구조로 적층되어 있고, 상기 케이스 안에 수납되는 전극 조립체;
    상기 전극 조립체의 양극 탭과 음극 탭에 전기적으로 연결된 양극 단자와 음극 단자를 포함하고, 상기 케이스의 개구부를 밀봉하도록 접합되는 캡 플레이트; 및
    상기 전극 조립체를 함침히도록 상기 케이스에 충진되는 전해액;
    을 포함하고,
    상기 전극 조립체의 최외곽에는, 양극 포일과 음극 포일, 그리고 상기 양극 포일과 음극 포일 사이 및 외곽에 각각 분리막이 적층된 보호 스택층이 구비되며,
    상기 양극 포일과 음극 포일은 각각 양극 포일 탭과 음극 포일 탭을 구비하고,
    상기 양극 포일 탭은 상기 전극 조립체의 양극 탭에 대해 전기적으로 연결되며, 상기 음극 포일 탭은 상기 전극 조립체의 음극 탭에 대해 전기적으로 연결되는, 각형 이차전지.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 보호 스택층은,
    상기 전극 조립체의 최외곽 전극이 양극인 경우에,
    음극 포일, 분리막, 양극 포일, 분리막의 순서로 적층된 구조를 이루는 것을 특징으로 하는 각형 이차전지.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 보호 스택층은,
    상기 전극 조립체의 최외곽 전극이 음극인 경우에,
    양극 포일, 분리막, 음극 포일, 분리막의 순서로 적층된 구조를 이루는 것을 특징으로 하는 각형 이차전지.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 보호 스택층의 크기는 상기 전극 조립체의 최외곽 단위 셀의 크기보다 작지 않은 것을 특징으로 하는 각형 이차전지.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 보호 스택층은,
    상기 전극 조립체에서 발생한 내부 쇼트를 완충하는 것을 특징으로 하는 각형 이차전지.
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