WO2018155845A2 - 멀티탭 쇼트 억제 구조를 갖는 이차 전지 - Google Patents

멀티탭 쇼트 억제 구조를 갖는 이차 전지 Download PDF

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김형식
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Definitions

  • Various embodiments of the present invention relate to a secondary battery having a multi-tap short suppression structure.
  • Secondary batteries are power storage systems that provide an excellent energy density that can convert and store electrical energy in the form of chemical energy.
  • rechargeable batteries are rechargeable and are used in IT devices such as smartphones, cellular phones, laptops, and tablet PCs.
  • IT devices such as smartphones, cellular phones, laptops, and tablet PCs.
  • high capacity secondary batteries have been adopted for electric vehicles.
  • Such secondary batteries are required to have characteristics such as high density, high power, and stability.
  • Various embodiments of the present invention provide a secondary battery having a multi-tap short suppression structure. That is, various embodiments of the present disclosure provide a secondary battery capable of improving the insulation strength of the power strip by forming an insulation layer on the power strip of the electrode assembly.
  • a secondary battery having a multi-tap short suppression structure may include a case; An electrode assembly housed inside the case and having a multi-tap; Closing the case, and includes a cap plate having an electrode terminal electrically connected to the multi-tap of the electrode assembly, the insulating layer is coated on the surface of the multi-tap.
  • the insulating layer may include an insulating organic material.
  • the insulating layer may include an insulating inorganic material.
  • the insulating layer may include an inorganic filler and an organic binder.
  • the electrode assembly may include a first electrode plate including a first current collector plate and a first electrically active material layer coated on the first current collector plate; A separator positioned on one side of the first electrode plate; And a second electrode plate disposed on one side of the separator and a second electrode plate including a second electrical active material layer coated on the second collector plate, wherein the multi-tap is the first electrode plate of the first electrode plate.
  • the first current collector may extend to the outside of the electrical active material layer.
  • the insulating layer and the separator may be interposed between the multi-tap and the second electrode plate.
  • a safety functional layer may be further included on the second electrical active material layer, and the insulating layer, the separator, and the safety functional layer may be interposed between the power strip and the second electrode plate.
  • the insulating layer may contact the first electrically active material layer.
  • the insulating layer may be spaced apart from the first electrically active material layer.
  • the insulating layer may contact the separator.
  • Various embodiments of the present invention provide a secondary battery having a multi-tap short suppression structure. That is, various embodiments of the present disclosure provide a secondary battery capable of improving the insulation strength of the power strip by forming an insulation layer on the power strip of the electrode assembly.
  • an embodiment of the present invention forms an insulating layer of an organic, inorganic and / or organic / inorganic composite material on one or both surfaces of the positive electrode multi-tap among the multi-taps of the electrode assembly, thereby providing an insulating layer, a separator and / or
  • a triple insulation structure including a safety function layer (SFL: ceramic layer coated on the surface of the negative electrode active material) may be formed.
  • FIG. 1A, 1B, and 1C are perspective, cross-sectional, and exploded perspective views of a rechargeable battery according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIGS. 2A and 2B are plan and partial cross-sectional views illustrating first and second electrode assemblies in a secondary battery having a multi-tap short suppression structure according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • 3A and 3B are plan views and partial cross-sectional views illustrating first and second electrode assemblies in a secondary battery having a multi-tap short suppression structure according to another exemplary embodiment of the present invention.
  • FIGS. 4A and 4B are plan views and perspective views illustrating first and second electrode assemblies in a secondary battery having a multi-tap short suppression structure according to another exemplary embodiment of the present invention.
  • 5A and 5B are enlarged cross-sectional views illustrating pre-bending and post-bending states of a multi-tap according to an embodiment of the present invention.
  • 6A and 6B are enlarged cross-sectional views illustrating pre-bending and post-bending states of a multi-tap according to another exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 7A and 7B are enlarged cross-sectional views of a multi-tap according to another exemplary embodiment of the present invention.
  • FIGS. 8A to 8C are schematic views illustrating a method of manufacturing a secondary battery having a multi-tap short suppression structure according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a perspective view illustrating an example of a battery module using a secondary battery having a multi-tap short suppression structure according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • first, second, etc. are used herein to describe various members, parts, regions, layers, and / or parts, these members, parts, regions, layers, and / or parts are defined by these terms. It is obvious that not. These terms are only used to distinguish one member, part, region, layer or portion from another region, layer or portion. Accordingly, the first member, part, region, layer or portion, which will be described below, may refer to the second member, component, region, layer or portion without departing from the teachings of the present invention.
  • the term "separation membrane” as used herein may include a separator generally used in a liquid electrolyte cell using a liquid electrolyte having a small affinity with the separator.
  • the term “separator” is a concept that includes an intrinsic solid polymer electrolyte, a gel solid polymer electrolyte, and / or a solid electrolyte in which the electrolyte is strongly bound to the separator and the electrolyte and the separator are recognized as the same. Therefore, the separator should be defined in the meaning as defined herein.
  • FIG. 1A, 1B, and 1C a perspective view, a cross-sectional view, and an exploded perspective view of a rechargeable battery according to an embodiment of the present invention are shown.
  • the rechargeable battery 100 may include a case 110, first and second electrode assemblies 120A and 120B, and a cap plate 130.
  • the first electrode terminal 140 and the second electrode terminal 150 may be included.
  • the case 110 may be formed of a conductive metal such as aluminum, an aluminum alloy, or nickel plated steel, and may have an approximately hollow portion having an opening through which the first and second electrode assemblies 120A and 120B may be inserted and seated. It may be in the form of a cube. In FIG. 1B, since the case 110 and the cap plate 130 are shown coupled to each other, although the opening is not shown, the upper portion of the case 110 may be a substantially open portion. The inner surface of the case 110 may be insulated from the first and second electrode assemblies 120A and 120B.
  • the case 110 may be referred to as a can in some cases.
  • the case 110 includes a relatively wide first long side portion 111, a relatively wide second long side portion 112 facing the first long side portion 111, and one end of the first and second long side portions 111 and 112.
  • the third short side portion 113 and the third short side portion 113 to face each other and connect the other ends of the first and second long side portions 111 and 112, and the fourth narrow side portion 114 to the relatively narrow side.
  • the first and second long sides 111 and 112 and the first and second short sides 113 and 114 may include a bottom portion 115.
  • the first electrode assembly 120A is coupled to the inside of the case 110.
  • one surface of the first electrode assembly 120A is coupled to the case 110 while being in close contact / contact with the first long side portion 111 of the case 110.
  • the first electrode assembly 120A may be formed by winding or overlapping a stack of the first electrode plate 121, the separator 122, and the second electrode plate 123 each formed in a thin plate shape or a film shape.
  • the first electrode plate 121 may serve as an anode
  • the second electrode plate 123 may serve as a cathode.
  • the opposite is also possible.
  • the first electrode assembly 120A when the first electrode assembly 120A is manufactured by the winding method, the first electrode assembly 120A may include a first winding center 125A (or a first winding end) at which a winding is started. have.
  • the first electrode plate 121 is formed by coating a first current collector plate 121a formed of a metal foil or a mesh such as aluminum or an aluminum alloy, and a first electrical active material such as transition metal oxide on the first current collector plate 121a.
  • a first electrode first multi-tap 161 electrically connected to the first electrode terminal 140.
  • the first electrode first multi-tap 161 is a current path between the first electrode plate 121 and the first electrode terminal 140, which is provided with a plurality of stacked and is referred to as a multi-tap.
  • the first electrode first multi-tap 161 may be formed by extending / protruding the first uncoated portion 121c upward.
  • the first electrode may be an anode.
  • the second electrode plate 123 may include a second collector plate 123a formed of a metal foil or mesh such as copper, a copper alloy, nickel, or a nickel alloy, and a second electrical plate such as graphite or carbon on the second collector plate 123a.
  • the second coating portion 123b formed by coating the active material, the second non-coating portion 123c (the second uncoated portion), which is a region in which the second electrical active material is not coated, and the second coating portion 123c, are located outside the second coating portion 123c. It may include a second electrode first multi-tap 171 extending in the direction (or upper direction) and electrically connected to the second electrode terminal 150.
  • the second electrode first multi-tap 171 becomes a current path between the second electrode plate 123 and the second electrode terminal 150, which is provided with a plurality of stacked and is referred to as a multi-tap.
  • the second electrode first multi-tap 171 may be formed by extending / protruding the second uncoated portion 123c in an upward direction.
  • the second electrode may be a cathode.
  • the separator 122 is positioned between the first electrode plate 121 and the second electrode plate 123 to prevent short circuits between each other and to allow lithium ions to move, and may be polyethylene, polypropylene, or polyethylene. And a polypropylene composite film.
  • the material of the separator 122 is not limited in the present invention. Moreover, when an inorganic solid electrolyte is used, there may be no separator.
  • the second electrode assembly 120B may have substantially the same structure, shape, and / or material as the first electrode assembly 120A described above. Therefore, detailed description of the second electrode assembly 120B will be omitted. However, the second electrode assembly 120B may be coupled to the case 110 while one surface of the second electrode assembly 120B is in close contact / contact with the second long side portion 112 of the case 110. In addition, when the second electrode assembly 120B is manufactured by the winding method, the second electrode assembly 120B may include a second winding center 125B (or a second winding tip) at the center of which winding is started. have.
  • first and second electrode assemblies 120A and 120B include a boundary region facing each other or an adhesion region 190 in close contact / contact with each other inside the case 110. That is, the first and second electrode assemblies 120A and 120B are coupled to the inside of the case 110 in close contact / contact with each other.
  • the second electrode assembly 120B includes a first electrode second multi-tap 162 extending from the first electrode plate 121 in the outward direction (or the upper direction) and electrically connected to the first electrode terminal 140. can do.
  • This first electrode second multi-tap 162 is a current path between the first electrode plate 121 and the first electrode terminal 140, which is provided with a plurality of stacked form is referred to as a multi-tap.
  • the first electrode second multi-tap 162 may be formed by extending / protruding the first uncoated portion 121c upward.
  • the second electrode assembly 120B includes a second electrode second multitab 172 extending in an outward direction (or an upper direction) from the second electrode plate 123 and electrically connected to the second electrode terminal 150. can do.
  • This second electrode second multi-tap 172 becomes a current path between the second electrode plate 123 and the second electrode terminal 150, which is provided with a plurality of stacked and referred to as a multi-tap.
  • the second electrode second multi-tap 172 may be formed by extending / protruding the second uncoated portion 123c upward.
  • the axes of the first and second winding centers 125A and 125B of the first and second electrode assemblies 120A and 120B are approximately parallel to the terminal axes of the first and second terminals 140 and 150. It is formed approximately horizontally.
  • the winding shaft and the terminal shaft means an axis formed in the up and down directions in FIGS. 1B and 1C, and that the winding shaft and the terminal shaft are substantially parallel or horizontal does not meet each other even if the winding shaft and the terminal shaft are elongated or very long. If you increase it means you can meet each other.
  • the first and second multi-taps 161 and 162 having a predetermined length are interposed between the first and second electrode assemblies 120A and 120B and the first electrode terminal 140.
  • the first and second multi-taps 171 and 172 on the other side are also extended and bent in a substantially symmetrical form toward the second electrode terminal 150 from the upper ends of the first and second electrode assemblies 120A and 120B. 150 is connected or welded.
  • one side of the first and second multi-taps 161 and 162 may be the first uncoated portion 121c itself, or the first uncoated portion of the first electrode plate 121, which is not coated with the first active material. It may be a separate member connected to 121c.
  • the material of the separate member may be one selected from aluminum, aluminum alloy, nickel, nickel alloy, copper, copper alloy, and equivalents thereof.
  • first and second multi-taps 171 and 172 on the other side may be the second uncoated portion 123c without the second active material coated on the second electrode plate 123 or may be connected to the second uncoated portion 123c. It may be a separate member.
  • the material of the separate member may be one selected from nickel, nickel alloy, copper, copper alloy, aluminum, aluminum alloy, and equivalents thereof.
  • first and second winding shafts of the first and second electrode assemblies 120A and 120B and the terminal shafts of the first and second terminals 140 and 150 are formed to be substantially parallel or horizontal to each other, thereby causing the electrolyte injection direction and the winding.
  • the axial direction is also formed in parallel or horizontal, so that the electrolyte impregnation of the first and second electrode assemblies (120A, 120B) during the injection of the electrolyte, as well as the internal gas is quickly moved to the safety vent 136 during overcharge Operate the safety vent 136 quickly.
  • first and second multi-taps 161, 171, and 162, 172 (uncoated parts themselves or separate members) of the first and second electrode assemblies 120A and 120B are extended and bent to directly contact the first and second terminals 140 and 150, respectively.
  • first and second multi-taps 161, 171, and 162, 172 (uncoated parts themselves or separate members) of the first and second electrode assemblies 120A and 120B are formed in the symmetrical form with respect to the first and second terminals 140 and 150.
  • unnecessary electrical shorts between the first and second multi-taps 161, 171, 162, 172 and regions of opposite polarity eg, the case, cap plate and / or predetermined regions of the first and second electrode assemblies
  • the insulation strength of the first and second multi-taps is improved by the structures of the symmetric first and second multi-taps 161, 171, and 162 and 172.
  • the first and second electrode assemblies 120A and 120B may be accommodated in the case 110 together with the electrolyte.
  • the electrolyte may be formed of lithium salts such as LiPF 6 and LiBF 4 in organic solvents such as EC, PC, DEC, EMC, and DMC.
  • the electrolyte may be in liquid, gel, or solid form.
  • the cap plate 130 is a substantially rectangular shape having a length and a width, and is coupled to the case 110. That is, the cap plate 130 seals the opening of the case 110 and may be formed of the same material as the case 110. For example, the cap plate 130 may be coupled to the case 110 by laser and / or ultrasonic welding. Here, the cap plate 130 is sometimes referred to as a cap assembly.
  • the cap plate 130 may include a stopper 134 for blocking the electrolyte injection hole and a safety vent 136 for blocking the vent hole.
  • the safety vent 136 may further include a notch so that it can be easily opened at the set pressure.
  • the first electrode terminal 140 may include a first electrode terminal plate 141 disposed on an upper surface of the cap plate 130, a first upper insulation interposed between the first electrode terminal plate 141 and the cap plate 130.
  • the first electrode terminal pillar 145 may be electrically connected to the 141 and the first current collecting plate 144.
  • the embodiment of the present invention may further include a first seal insulating gasket 146 that insulates the cap plate 130 and the first electrode terminal pillar 145.
  • first and second multi-taps 161 and 162 of the first and second electrode assemblies 120A and 120B are electrically connected to the first current collecting plate 144 of the first electrode terminals 140 in a symmetrical form. Can be.
  • the second electrode terminal 150 is insulated from the second electrode terminal plate 151 positioned on the upper surface of the cap plate 130, and the second upper portion insulation interposed between the second electrode terminal plate 151 and the cap plate 130.
  • It may include a second electrode terminal pillar 155 electrically connecting the 151 and the second current collecting plate 154.
  • the embodiment of the present invention may further include a second seal insulating gasket 156 that insulates the cap plate 130 and the second electrode terminal pillar 155.
  • first and second multitabs 171 and 172 of the first and second electrode assemblies may be electrically connected to the second current collecting plate 154 of the second electrode terminals 150 in a symmetrical form.
  • the insulating plate 180 having a substantially rectangular shape is formed between the first and second electrode assemblies 120A and 120B, the first and second multi-taps 161, 171, 162 and 172, and the first and second electrode terminals 140 and 150.
  • the regions of opposite polarity eg, a case, a cap plate, and / or a predetermined region of the first and second electrode assemblies
  • the insulating plate 180 may be made of, for example, but not limited to, a super engineering plastic such as polyphenylene sulfide (PPS) that has excellent dimensional stability and maintains excellent strength and hardness up to approximately 220 ° C.
  • PPS polyphenylene sulfide
  • the secondary battery 100 has the shape of the first and second multi-taps 161, 171, 162 and 172 of the first and second electrode assemblies 120A and 120B or the first and second electrode terminals 140 and 150.
  • the first and second multi-taps 161, 171, 162, 172 and the predetermined region eg, the first and second electrode tabs 120A and 120B are formed to extend and be bent in a symmetrical form with respect to the boundary regions (or adhesion regions) 190 of the first and second electrode assemblies 120A and 120B.
  • the electrical short phenomenon is prevented between the 1,2 multi-tap and a predetermined area of the case, the cap plate, and / or the electrode assembly having different polarities.
  • the probability that an electrical short will occur between the first and second multi-taps 161, 171, 162 and 172 and a predetermined region of the case 110, the cap plate 130, and / or the first and second electrode assemblies 120A and 120B having opposite polarities.
  • the probability of such an electrical short may be reduced.
  • the short probability between the symmetrical positive first and second multi-taps 161 and 162 and the negative electrode non-coating portion 123c of the first and second electrode assemblies 120A and 120B may be asymmetrical. It is less than the short probability between the 1, 2 multi-taps and the negative electrode uncoated portion of the first and second electrode assemblies.
  • the short probability between the symmetrical cathode first and second multi-taps 171 and 172 and the anode non-coating portion 121c of the first and second electrode assemblies 120A and 120B may be asymmetric. It is less than the short probability between the negative electrode first and second multi-taps and the positive electrode non-coating portion of the first and second electrode assemblies.
  • first and second multi-taps 161, 171, 162 and 172 of the first and second electrode assemblies 120A and 120B are formed in a symmetrical form, between the case, the cap plate and / or the predetermined region of the electrode assembly of opposite polarity.
  • the number or area of the management regions for preventing the electrical short phenomenon of the relatively small it is easy to prevent the electrical short phenomenon between the first and second multi-tap (161, 171, 162, 172) and the region of the opposite polarity.
  • the first and second multi-taps of the first and second electrode assemblies 120A and 120B are formed in an asymmetric shape, the number or area of the opposite polarity and the management area for preventing an electric short phenomenon are relatively large. The electrical short phenomenon between the first and second multi-taps and the region of the opposite polarity is difficult to prevent.
  • the first electrode assembly 120A may include a first winding center 125A (or a first winding end) at which winding is started, and the second electrode assembly 120B. It may also include a second winding center 125B (or a second winding tip) from which winding is started. In addition, the first and second electrode assemblies 120A and 120B may have a boundary area or an adhesion area 190 therebetween.
  • the outer regions of the first and second electrode assemblies 120A and 120B are spaced apart from the boundary regions 190 of the first and second electrode assemblies 120A and 120B, respectively.
  • An area closer to the portion 111 or 112, and an inner region of the first and second electrode assemblies 120A and 120B may be spaced apart from the first and second long sides 111 or 112 of the case 110.
  • the outer regions of the first and second electrode assemblies 120A and 120B are the first and second long sides 111 or 112 of the case 110 from the first and second winding centers 125A or 125B.
  • the inner region of the first and second electrode assemblies 120A and 120B refers to an area up to the boundary region 190 of the first and second electrode assemblies 120A and 120B from the first and second winding centers 125A or 125B. Means the area up to). It is to be understood that the definitions of the outer and inner regions of the first and second electrode assemblies 120A and 120B may be shared in all embodiments of the present invention.
  • the first and second electrode assemblies 120A and 120B are formed at outer regions of the first and second electrode assemblies 120A and 120B in a symmetrical form with respect to the boundary region 190 therebetween. It may include the first and second multi-taps (161,162 or 171,172).
  • the first multi-tabs 161 and 171 are formed only in the outer region of the first electrode assembly 120A (ie, the first multi-tabs 161 and 171 are formed in the inner region of the first electrode assembly 120A).
  • the second multi-taps 162 and 172 are also formed only in the outer region of the second electrode assembly 120B (ie, the second multi-taps 162 and 172 are not formed in the inner region of the second electrode assembly 120B).
  • the first multi-taps 161 and 171 may be formed at approximately the upper region of the first winding center 125A of the first electrode assembly 120A (ie, the first long side of the case).
  • the second multi-taps 162 and 172 may be formed only in the region adjacent to the 111, and the second multi-tabs 162 and 172 may be formed at approximately the lower region of the second winding center 125B of the second electrode assembly 120B (ie, the second long side portion 112 of the case). Adjacent regions) only. Accordingly, the maximum separation distance between the first and second multi-taps 161, 162 or 171, 172 may be equal to or slightly smaller than the combined maximum width (or thickness) of the first and second electrode assemblies 120A and 120B.
  • the first and second electrode assemblies 120A and 120B extend and bend from the outer region in a symmetrical form with respect to the boundary region 190 or the electrode terminal 140.
  • the first and second multi-taps 161 and 162 may be included.
  • the first and second multi-taps 161 and 162 may be extended and bent in a symmetrical form from the outer regions of the first and second electrode assemblies 120A and 120B to the electrode terminals 140, respectively. have.
  • the first and second multi-taps 161 and 162 may have the case 110 (that is, the first long side portion or the second long side portion) than the boundary regions 190 of the first and second electrode assemblies 120A and 120B, respectively. It may extend and bend from an area closer to the electrode terminal.
  • the first and second multi-taps 161 and 162 may include the first regions 161a and 162a extending from the outer regions of the first and second electrode assemblies 120A and 120B, and the first and second regions 161a and 162a, respectively.
  • Second regions 161b and 162b extending from and adjacent to the case 110 and third regions 161c and 162c bent from the second regions 161b and 162b and electrically connected to the electrode terminals 140. It may include.
  • first regions 161a and 162a may be closer to the mutual boundary regions 190 of the first and second electrode assemblies 120A and 120B from the case 110 (that is, the first long side portion or the second long side portion). The greater the bending angle, the greater.
  • the second regions 161b and 162b may be formed to be substantially parallel to the length direction of the case 110 (that is, the first long side portion or the second long side portion).
  • the third regions 161c and 162c are connected to the electrode terminal 140 while being bent at substantially right angles from the second regions 161b and 162b.
  • the insulating plate 180 is further interposed between the first and second electrode assemblies 120A and 120B, the first and second multitabs 161 and 162, and the electrode terminal 140, thereby opposing the first and second multitabs 161 and 162.
  • the electrical short between the polarity case, the cap plate, and / or the predetermined region of the first and second electrode assemblies does not occur.
  • the insulating plate 180 is generally mounted on the separator 122 of the first and second electrode assemblies 120A and 120B.
  • the first and second multi-taps 161 and 162 may be formed in a symmetrical form with respect to the boundary region 190 of the electrode terminal 140 or the first and second electrode assemblies 120A and 120B. It extends and bends from the outer regions of the first and second electrode assemblies 120A and 120B to the electrode terminals 140, thereby forming regions of opposite polarity to the first and second multitabs 161 and 162 (eg, cases, cap plates, and / or the like). Short phenomenon between the first and second electrode assemblies) is reduced.
  • FIG. 3A and 3B a plan view and a partial cross-sectional view of the first and second electrode assemblies of a secondary battery having a multi-tap short suppression structure according to another embodiment of the present invention are shown.
  • the first and second electrode assemblies 120A and 120B are formed in the inner region of the first and second electrode assemblies 120A and 120B in a symmetrical form with respect to the boundary region 190 therebetween.
  • the first and second multi-taps 261, 262 or 271, 272 may be included.
  • the first multitabs 261 and 271 are formed only in the inner region of the first electrode assembly 120A (ie, the first multitabs 261 and 271 are formed in the outer region of the first electrode assembly 120A).
  • Second tabs 262 and 272 are also formed only in the inner region of the second electrode assembly 120B (that is, the second multitabs 262 and 272 are not formed in the outer region of the second electrode assembly 120B). Can be.
  • the first multi-taps 261 and 271 may be formed at substantially lower regions (ie, boundary regions 190) of the first winding center 125A of the first electrode assembly 120A. Adjacent regions), and the second multi-tabs 262 and 272 may be formed only in an approximately upper region of the second winding center 125B of the second electrode assembly 120B (ie, the region adjacent to the boundary region 190). . Therefore, the maximum separation distance between the first and second multi-taps 261, 262 or 271, 272 may be equal to or slightly larger than the minimum separation distance of the first and second electrode assemblies 120A and 120B.
  • the first and second electrode assemblies 120A and 120B extend and bend from the inner region in a symmetrical form with respect to the boundary region 190 or the electrode terminal 140.
  • the first and second multi-taps 261 and 262 may be included.
  • the first and second multi-taps 261 and 262 may be extended and bent in a symmetrical form from the inner region of the first and second electrode assemblies 120A and 120B to the electrode terminals 140, respectively. have.
  • the first and second multi-taps 261 and 262 may have a boundary area between the first and second electrode assemblies 120A and 120B, respectively, than the first long side portion 111 or the second long side portion 112 of the case 110. It may extend and bend from an area closer to 190 to the electrode terminal 140.
  • first and second multi-taps 261 and 262 may include the first regions 261a and 262a and the first regions 261a and 262a extending from the inner regions of the first and second electrode assemblies 120A and 120B, respectively.
  • Second regions 261b and 262b extending from and adjacent to the case 110 and third regions 261c and 262c that are bent from the second regions 261b and 262b and connected to the electrode terminal 140. can do.
  • the bending angle becomes larger.
  • the second regions 261b and 262b may be formed to be substantially parallel to the length direction of the case 110.
  • the third regions 261c and 262c are connected to the electrode terminals 140 while being bent at approximately right angles from the second regions 261b and 262b.
  • the insulating plate 180 is further interposed between the first and second electrode assemblies 120A and 120B, the first and second multitabs 261 and 262, and the electrode terminal 140, thereby opposing the first and second multitabs 261 and 262.
  • the polarization of the case 110, the cap plate 130, and the first and second electrode assemblies 120A and 120B may not be electrically shorted.
  • the insulating plate 180 is generally mounted on the first regions 261a and 262a of the first and second multi-taps 261 and 262.
  • the first and second multi-taps 261 and 262 may be formed in a symmetrical form about the boundary region 190 of the electrode terminal 140 or the first and second electrode assemblies 120A and 120B. It extends and bends from the inner regions of the first and second electrode assemblies 120A and 120B to the electrode terminals 140, thereby forming a predetermined region (eg, a case, a cap plate, and / or a polarity opposite to the first and second multitabs 261 and 262). Alternatively, the short phenomenon between the first and second electrode assemblies is reduced.
  • a predetermined region eg, a case, a cap plate, and / or a polarity opposite to the first and second multitabs 261 and 262.
  • FIG. 4A and 4B a plan view and a perspective view of a first electrode assembly and a second electrode assembly of a secondary battery having a multi-tap short suppression structure according to another exemplary embodiment of the present invention are illustrated.
  • the exemplary embodiment of the present invention includes the first and second multi-taps 361 and 362 and the first and second electrode assemblies formed on the outer regions of the first and second electrode assemblies 120A and 120B.
  • First and second multi-taps 371 and 372 formed in the inner region of the 120A and 120B may be included.
  • the first and second multi-taps 361 and 362 on the left side of the first and second electrode assemblies 120A and 120B may have an outer region (ie, the first) of the first and second electrode assemblies 120A and 120B.
  • the inner regions of the electrode assemblies 120A and 120B ie, regions adjacent to the boundary region
  • the first and second multitabs 361 and 362 on the left side may be positive electrode tabs
  • the first and second multitabs 371 and 372 on the right side may be negative electrode tabs.
  • the first multi-tab 361 (anode) on the left side is formed in the outer region, and the first multi-tab 371 (cathode) on the right side is formed in the inner region.
  • the first multitab 362 (anode) on the left side may be formed in the outer region, and the first multitab 372 (cathode) on the right side may be formed in the inner region.
  • first and second multi-taps 361 and 362 of the first and second electrode assemblies 120A and 120B are formed in a symmetrical form, but also the first multi-tabs 361 on the left side of the first electrode assembly 120A.
  • (Positive electrode) and the first multi-tab 371 (cathode) on the right side may be extended and bent in a symmetrical form to be coupled to the first and second electrode terminals 140 and 150, respectively.
  • first and second multi-tabs 371 and 372 of the first and second electrode assemblies 120A and 120B are formed in a symmetrical form, and the second multi-tab 362 on the left side of the second electrode assembly 120B (anode).
  • the second multi-tab 372 (cathode) on the right side may be extended and bent in a symmetrical form to be coupled to the first and second electrode terminals 140 and 150, respectively.
  • the positive electrode first multitab 361 and the negative electrode first multitab 371 are symmetrically coupled to the first and second electrode terminals 140 and 150, respectively, and the second electrode assembly 120B is provided.
  • the anode second multitab 362 and the cathode second multitab 372 are symmetrically coupled to the first and second electrode terminals 140 and 150, respectively, thereby providing the first and second electrode assemblies 120A and 120B and the first and second electrodes. Bonding strength, bonding stiffness, and bonding reliability between the electrode terminals 140 and 150 are improved.
  • FIG. 5A and 5B are enlarged cross-sectional views illustrating pre-bending and post-bending states of a multi-tap according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5A illustrates a state before bending the multi-tap 161 of the electrode assembly 120A.
  • the multi-tap 161 extends straight in a straight line.
  • 5B illustrates a state after the power strip 161 is bent by connecting the power strip 161 of the electrode assembly 120A to the electrode terminal 140. As shown in FIG. It can be seen that 161 is bent into an approximately L shape.
  • the electrode assembly 120A may include a first electrode plate 121, a separator 122, and a second electrode plate 123.
  • the first electrode plate 121 may have a polarity of the anode, which is roughly the first surface 121d and the opposite surface of the first surface 121d. It may include a first collector plate 121a having a flat second surface 121e. In addition, the first electrode plate 121 may further include a first electrically active material layer 121b coated on the first surface 121d and / or the second surface 121e of the first current collector plate 121a. .
  • the multi-tap 161 is not limited thereto, but the first current collector plate 121a or the non-coated portion 121c or FIG. 1C is located outside the first electrically active material layer 121b of the first electrode plate 121. ) May be formed to extend in the upper direction. Accordingly, the multi-tap 161 also includes a substantially flat first surface 161d and a substantially flat second surface 161e opposite to the first surface 161d. In addition, the first surface 121d of the first collector plate 121a and the first surface 161d of the multi-tap 161 form substantially the same plane, and also the second surface 121e of the first collector plate 121a. And the second surface 161e of the multi-tap 161 may also form substantially the same plane.
  • the thickness of the first current collector plate 121a and the thickness of the power strip 161 may be substantially the same.
  • the multi-tap 161 may be formed by attaching a separate substrate to the first current collector plate 121a or the uncoated portion 121c that extends to the outside of the first electrically active material layer 121b.
  • the separator 122 is interposed between the first electrode plate 121 and the second electrode plate 123.
  • the length (or height) of the separator 122 may be relatively greater than the length (or height) of the first electrode plate 121 and / or the second electrode plate 123. That is, an upper end of the separator 122 may be higher than an upper end of the first electrode plate 121 and / or the second electrode plate 123.
  • the second electrode plate 123 may have a polarity of the cathode, although not limited thereto.
  • the second electrode plate 123 is positioned on one side of the separator 122, and has a first surface 123d that is substantially flat and a second surface 123e that is substantially flat as an opposite surface of the first surface 123d.
  • the second collector plate 123a and the second electrical active material layer 123b coated on the first surface 123d and / or the second surface 123e of the second collector plate 123a may be included.
  • a safety function layer 123f may be further formed on the surface of the second electrically active material layer 123b to allow lithium ions to pass therethrough or to block the movement of electrons.
  • the safety functional layer 123f may be formed of, for example, but not limited to, an inorganic material such as ceramic, whereby the movement of electrons is prevented, whereby the decomposition phenomenon of the electrolyte can be suppressed.
  • the length (or height) of the second electrode plate 123 is greater than the length (or height) of the first electrode plate 121, so that the inside of the electrode assembly 120A (particularly, the surface of the second electrically active material layer) ) Do not have excessive lithium ions or metallic lithium.
  • the length (or height) of the separator 122 is largest, and the length (height) of the first electrode plate 121 except for the multi-tap 161 is smallest.
  • the multi-tap 161 is bent to be connected to the electrode terminal 140 in a form in which the separator 122 is interposed between the multi-tap 161 and the second electrode plate 123, the multi-tap 161 is formed.
  • the second electrode plate 123 eg, the second collector plate 123a or the second electrically active material layer 123b
  • the second electrode plate 123 is not electrically shorted.
  • the insulating layer 280 is coated on the surface of the multi-tap 161. That is, the insulating layer 280 may be coated on the first surface 121d and / or the second surface 121e of the multi-tap 161. The insulating layer 280 may be formed by being coated on the first surface 161d and / or the second surface 161e of the power strip 161 while being in contact with the first electrically active material layer 121b.
  • the top height of the insulating layer 280 may be, for example, but not limited to, the same as the top height of the separator 122.
  • the multi-tap 161 is directly connected to the second electrode plate 123 (eg, the second current collector 123a) when the multi-tap 161 is bent. , Second electrical active material layer 123b).
  • the insulation strength of the power strip 161 is improved, but the insulation performance between the power strip 161 and the second electrode plate 123 is improved. No more improvements.
  • the thickness of the insulating layer 280 may be smaller than the thickness of the first electrically active material layer 121b.
  • the thickness of the first electrically active material layer 121b is about 100 ⁇ m to 600 ⁇ m, while the thickness of the insulating layer 280 is about 0.1 ⁇ m to 100 ⁇ m, preferably about 1 ⁇ m. To 50 ⁇ m, more preferably approximately 3 ⁇ m to 8 ⁇ m.
  • the thickness of the insulating layer 280 is greater than the thickness of the first electrically active material layer 121b, the overall thickness of the insulating layer 280 and the corresponding electrode assembly 120A may be thickened, and the thickness of the multi-tap 161 may be increased. The bending may not be good, or the insulating layer 280 may be separated when the multi-tap 161 is bent.
  • a double insulation structure including the insulating layer 280 and the separator 122 is interposed between the multi-tap 161 and the second electrode plate 123, so that the multi-tap 161 and the second electrode plate 123 are interposed therebetween.
  • the electrical short between them is prevented. That is, the insulation strength of the power strip 161 is improved.
  • a triple insulation structure including an insulating layer 280, a separator 122, and a safety functional layer 123f is interposed between the multi-tap 161 and the second electrode plate 123.
  • the electrical short phenomenon between the two electrode plates 123 is more effectively prevented. That is, the insulation strength of the power strip 161 is further improved.
  • the insulating layer 280 may be formed of, for example, but not limited to, an organic material, an inorganic material, or an organic / inorganic composite (or hybrid) material, and may be inkjet printing, coating, or dip. Coating, doctor blade, dry dipping, hydro thermal reaction, sol-gel method, spraying, aerosol deposition, chemical Forming through one or a mixture of chemical vapor deposition, physical vapor deposition, roll to roll, casting, ion beam deposition and the like Can be.
  • the above-mentioned organic material is not limited, for example, but it is not limited to PI (Polyimide), PA (Poly Amideimide), PVdF (Polyvinylidene fluoride), PU (Polyurethane), Polyurea, PC (Polycarbonate), It may include one or a mixture selected from polyethylene terephthalate (PET), polymethyl methacrylate (PMMA), polybutylene terephthalate (PBT), polyvinyl alcohol (PVA), polyvinyl butyral (PVB), and equivalents thereof.
  • PET polyethylene terephthalate
  • PMMA polymethyl methacrylate
  • PBT polybutylene terephthalate
  • PVA polyvinyl alcohol
  • PVB polyvinyl butyral
  • the inorganic material mentioned above is not limited, for example, alpha alumina ((alpha) -Al2O3), alumina (Al2O3), aluminum hydroxide (Al (OH) 3, boehmite), zirconate titanate (Pb (Zr) (Ti) O3 (PZT)), titanium dioxide (TiO2), zirconia (ZrO2), yttria (Y2O3), yttria-zirconia (YSZ, Yttria stabilized Zirconia), dysprosia (Dy2O3), gadolinia (Gd2O3) ), Ceria (CeO2), gadolinia doped Ceria (GDC), magnesia (MgO), barium titanate (BaTiO3), nickel manganate (NiMn2O4), potassium sodium niobate (KNaNbO3), bismuth potassium titanate (BiKTiO3),
  • such an inorganic material may be, for example, but not limited to, an average particle diameter of about 0.1 ⁇ m to 100 ⁇ m, preferably 0.3 ⁇ m to 10 ⁇ m, and more preferably 0.5 ⁇ m to 5 ⁇ m.
  • the power strip 161 is bent in an approximately L shape.
  • the multi-tap 161 is bent while being in close contact with each other, not only the multi-tap 161 but also the separator 122 and / or the second electrode plate 123 may be bent at a predetermined angle.
  • the separator 122 is bent together with the multi-tap 161.
  • the insulating layer 280 is coated on the surface of the multi-tap 161 as described above, so that the insulating layer 280 is also bent.
  • the multi-tap 161 and the insulating layer 280 are in contact with / contact to the separator 122 while being bent.
  • FIG. 5B illustrates that the multi-tap 161, the separator 122, and the second electrode plate 123 are spaced apart from each other, they may be substantially in contact with each other.
  • the triple insulating structure electrical short phenomenon between the power strip 161 and the second electrode plate 123 (the second current collector plate 123a and / or the second electrical active material layer 123b) is prevented.
  • the same insulation layer 280 as described above may be formed on the surface of the second current collector plate 123a exposed through the second electrically active material layer 123b. Therefore, a triple insulation structure including the insulating layer 280, the separator 122, and the insulating layer 280 may be provided between the multi-tap 161 and the second current collector plate 123a. The insulation performance between 161 and the second collector plate 123a is improved.
  • 6A and 6B are enlarged cross-sectional views illustrating pre-bending and post-bending states of a multi-tap according to another exemplary embodiment of the present invention.
  • the insulating layer 380 formed on the surface of the multi-tap 161 may be spaced apart from the first electrically active material layer 121b by a predetermined distance. That is, the insulating layer 380 may be formed only in a region requiring insulation performance without directly contacting the first electrically active material layer 121b.
  • the insulating layer 380 may be formed only in a predetermined region of the power strip 161 facing (corresponding to) the upper end of the second electrode plate 123 spaced apart from the first electrically active material layer 121b. Can be. That is, when the multi-tap 161 is bent, even if the bent region of the multi-tap 161 penetrates the separator 122, a predetermined area (bending) of the multi-tap 161 is prevented from being electrically shorted with the second electrode plate 123.
  • the insulating layer 380 may be formed only in the region).
  • the present invention is not limited thereto, and the insulating layer 380 may be formed to be spaced apart from the first electrically active material layer 121b by about 0.1 mm to 3 mm.
  • the process of forming the power strip 161 may be facilitated. That is, after the insulating layer 380 is formed on the uncoated portion of the electrode plate, the multi-tap 161 is formed by a notching process using a laser beam or a mold. As described above, the insulating layer 380 is formed only in a partial region. This formation reduces the electrical / mechanical load in the notching process using a laser beam or a mold, thereby facilitating the manufacturing process.
  • FIG. 7A and 7B are enlarged cross-sectional views of a multi-tap according to another exemplary embodiment of the present invention.
  • the multi-tap 161 has an approximately flat first surface 161d, an approximately flat second surface 161e opposite to the first surface 161d, and first and second surfaces 161d. And a third surface 161f connecting one end of the 161e, and a fourth surface 161g which connects the other ends of the first and second surfaces 161d and 161e and is opposite to the third surface 161f.
  • the insulating layer 280 may be formed only on the first and second surfaces 161d and 161e which are relatively wide surfaces. That is, the third and fourth surfaces 161f and 161g of the multi-tap 161 may be exposed to the outside.
  • the insulating layer 280 is formed on the first and second surfaces of the non-coated portion, and then the multi-tap 161 is formed by a notching process (or a cutting process) through a laser beam or a notching process (or a punching process) through a mold. As described above, the insulating layer 280 is not formed on the third and fourth surfaces 161f and 161g of the multi-tap 161 and may be exposed to the outside. That is, one surface and the third surface 161f of the insulating layer 280 may form the same plane, and the other surface and the fourth surface 161g of the insulating layer 280 may form the same plane.
  • the insulating layer 280 may be formed on the relatively narrow third and fourth surfaces 161f and 161g as well as the first and second surfaces 161d and 161e which are relatively wide surfaces. have. That is, none of the first, second, third, and fourth surfaces 161d, 161e, 161f, and 161g of the multi-tap 161 is exposed to the outside through the insulating layer 280.
  • the insulating layer 280 is formed on the first and second surfaces of the non-coated portion, and then the multi-tap 161 is formed by a notching process (or punching process) through a mold, so that the first and second surfaces 161d as described above.
  • the insulating layer 280 is formed on the third and fourth surfaces 161f and 161g as well as on the 161e. That is, during the notching process through the mold, a part of the insulating layer 280 formed on the first surface 161d or the second surface 161e is pushed to the third and fourth surfaces 161f and 161g by the mold.
  • the third and fourth surfaces 161f and 161g are also surrounded by the insulating layer 280.
  • the insulating layer 280 is formed on the surface of the multi-tap 161, the skilled person will appreciate that such insulating layer 280 may be formed on the surfaces of the first and second multi-taps 161, 171 and / or 162, 172 described above. It should be understood that it may be formed. Moreover, those skilled in the art should understand that such features may be shared in all embodiments of the present invention.
  • the first electrode terminal 140 provided in the cap plate 130 that is, the first current collecting plate 144 and the second electrode terminal 150, that is, the second current collecting plate 154.
  • the first electrode first multi-tap 161 and the second electrode first multi-tap 171 of the first electrode assembly 120A are welded, and the first electrode second multi-tap 162 of the second electrode assembly 120B and The second electrode second multitab 172 is welded.
  • the first electrode first multi-tap 161 and the second electrode first multi-tap 171 of the first electrode assembly 120A, the first electrode second multi-tap 162 and the second electrode of the second electrode assembly 120B are formed.
  • the second pole second multi-tap 172 is not yet bent.
  • the insulating plate 180 is positioned on the cap plate 130. That is, the first electrode first multi-tap 161 on the first current collecting plate 144, the first electrode second multi-tap 162, and the second electrode first multi-tap 171 on the second current collecting plate 154.
  • the insulating plate 180 is positioned on the second electrode second multitab 172.
  • the first and second electrode assemblies 120A and 120B are bent from the cap plate 130 in a substantially perpendicular direction. Accordingly, the first and second multi-taps 161 and 162 of the first and second electrode assemblies 120A and 120B are respectively the first regions 161a and 162a, the second regions 161b and 162b and the third regions 161c and 162c) and is bent.
  • the insulating plate 180 is substantially surrounded by the first and second electrode assemblies 120A and 120B, the first and second multi-tabs 161 and 162, and the cap plate 130.
  • the first and second electrode assemblies 120A and 120B are closely contacted with each other in parallel.
  • the first and second electrode assemblies 120A and 120B which are in close contact with each other are inserted into the case 110. That is, the first and second electrode assemblies 120A and 120B and the cap plate 130 are pushed toward the case 110 until the cap plate 130 closes the case 110.
  • the cap plate 130 is welded and fixed to the case 110, and then the electrolyte is injected into the case 110 through the injection hole.
  • this process can be omitted.
  • the first and second multi-taps 161 and 162 of the first and second electrode assemblies 120A and 120B are formed only in the outer region (or the inner region). Thereafter, the first and second multi-taps 161 and 162 are bent in a symmetrical form. Accordingly, even during or after the manufacturing process of the secondary battery 100, electrical short between the first and second multi-taps 161 and 162 and the case, the cap plate, and / or the first and second electrode assemblies thereof is prevented. .
  • a plurality of secondary batteries 100 are arranged in a row, and a plurality of bus bars 510 are coupled to the secondary cells 100 arranged in a row, thereby providing one battery module 1000.
  • the first electrode terminal 140 of one secondary battery 100 and the second electrode terminal 150 of the other secondary battery 100 adjacent thereto are welded to the bus bar 510 to form a plurality of secondary electrodes.
  • the battery module 1000 may be provided in which the battery 100 is connected in series.
  • the bus bar 510 may be made of aluminum or an aluminum alloy.
  • the first terminal plate 131 of the first electrode terminal 140 and the second terminal plate 141 of the second electrode terminal 150 may also be used.
  • the bus bar 510 may be easily welded to the first electrode terminal 140 and the second electrode terminal 150.

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Abstract

본 발명의 다양한 실시예는 멀티탭 쇼트 억제 구조를 갖는 이차 전지에 관한 것으로, 해결하고자 하는 기술적 과제는 전극 조립체의 멀티탭에 절연층을 형성함으로써, 멀티탭의 절연 강도를 향상시킬 수 있는 이차 전지를 제공하는데 있다. 이를 위해 본 발명은 케이스; 상기 케이스의 내측에 수용되고 멀티탭을 갖는 전극 조립체; 상기 케이스를 막되, 상기 전극 조립체의 멀티탭과 전기적으로 접속되는 전극 단자를 갖는 캡 플레이트를 포함하고, 상기 멀티탭의 표면에 절연층이 코팅된 이차 전지를 개시한다.

Description

멀티탭 쇼트 억제 구조를 갖는 이차 전지
본 발명의 다양한 실시예는 멀티탭 쇼트 억제 구조를 갖는 이차 전지에 관한 것이다.
이차 전지는 전기 에너지를 화학 에너지의 형태로 바꾸어 저장할 수 있는 우수한 에너지 밀도를 제공하는 전력 저장 시스템이다. 재충전이 불가능한 일차 전지에 비해 이차 전지는 재충전이 가능하여 스마트폰, 셀룰러폰, 노트북, 태블릿 PC 등 IT 기기에 많이 사용되고 있다. 최근에는 환경 오염 방지를 위해 전기 자동차에 대한 관심이 높아졌고, 이에 따라 전기 자동차에 고용량의 이차 전지가 채택되고 있다. 이러한 이차 전지는 고밀도, 고출력, 안정성 등의 특성이 요구되고 있다.
이러한 발명의 배경이 되는 기술에 개시된 상술한 정보는 본 발명의 배경에 대한 이해도를 향상시키기 위한 것뿐이며, 따라서 종래 기술을 구성하지 않는 정보를 포함할 수도 있다.
본 발명의 다양한 실시예는 멀티탭 쇼트 억제 구조를 갖는 이차 전지를 제공한다. 즉, 본 발명의 다양한 실시예는 전극 조립체의 멀티탭에 절연층을 형성함으로써, 멀티탭의 절연 강도를 향상시킬 수 있는 이차 전지를 제공한다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 멀티탭 쇼트 억제 구조를 갖는 이차 전지는 케이스; 상기 케이스의 내측에 수용되고 멀티탭을 갖는 전극 조립체; 상기 케이스를 막되, 상기 전극 조립체의 멀티탭과 전기적으로 접속되는 전극 단자를 갖는 캡 플레이트를 포함하고, 상기 멀티탭의 표면에 절연층이 코팅된다.
상기 절연층은 절연성 유기물을 포함할 수 있다.
상기 절연층은 절연성 무기물을 포함할 수 있다.
상기 절연층은 무기물 필러와 유기물 바인더를 포함할 수 있다.
상기 전극 조립체는 제1집전판과, 상기 제1집전판에 코팅된 제1전기적 활물질층을 포함하는 제1전극판; 상기 제1전극판의 일측에 위치된 분리막; 및 상기 분리막의 일측에 위치된 제2집전판과, 상기 제2집전판에 코팅된 제2전기적 활물질층을 포함하는 제2전극판을 포함하고, 상기 멀티탭은 상기 제1전극판 중 상기 제1전기적 활물질층의 외측으로 상기 제1집전판이 연장되어 형성될 수 있다. 상기 멀티탭과 상기 제2전극판의 사이에 상기 절연층 및 분리막이 개재될 수 있다. 상기 제2전기적 활물질층에 형성된 안전 기능층을 더 포함하고, 상기 멀티탭과 상기 제2전극판의 사이에 상기 절연층, 분리막 및 안전 기능층이 개재될 수 있다. 상기 절연층은 상기 제1전기적 활물질층과 접촉할 수 있다. 상기 절연층은 상기 제1전기적 활물질층과 이격될 수 있다. 상기 절연층은 상기 분리막과 접촉할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예는 멀티탭 쇼트 억제 구조를 갖는 이차 전지를 제공한다. 즉, 본 발명의 다양한 실시예는 전극 조립체의 멀티탭에 절연층을 형성함으로써, 멀티탭의 절연 강도를 향상시킬 수 있는 이차 전지를 제공한다.
일례로, 본 발명의 실시예는 전극 조립체의 멀티탭 중 양극 멀티탭의 일면 또는 양면에 유기, 무기 및/또는 유무기 복합 재질의 절연층을 형성함으로써, 양극 멀티탭과 음극판 사이에 절연층, 분리막 및/또는 안전 기능층(SFL:Safety Function Layer: 음극 활물질 표면에 코팅한 세라믹층)을 포함하는 3중 절연 구조가 형성되도록 한다. 이에 따라, 양극 멀티탭이 전극 단자에 접속되기 위해 다양한 형태로 절곡된다고 해도, 양극 멀티탭과 음극판 사이의 전기적 쇼트 현상이 억제된다. 즉, 양극 멀티탭의 절연 강도가 향상된다.
도 1a, 도 1b 및 도 1c는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 사시도, 단면도 및 분해 사시도이다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티탭 쇼트 억제 구조를 갖는 이차 전지 중에서 제1,2전극 조립체를 도시한 평면도 및 부분 단면도이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 멀티탭 쇼트 억제 구조를 갖는 이차 전지 중에서 제1,2전극 조립체를 도시한 평면도 및 부분 단면도이다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 멀티탭 쇼트 억제 구조를 갖는 이차 전지 중에서 제1,2전극 조립체를 도시한 평면도 및 사시도이다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티탭의 절곡전 및 절곡후 상태를 도시한 확대 단면도이다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 멀티탭의 절곡전 및 절곡후 상태를 도시한 확대 단면도이다.
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 멀티탭의 확대 단면도이다.
도 8a 내지 도 8c는 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티탭 쇼트 억제 구조를 갖는 이차 전지의 제조 방법을 도시한 개략도이다.
도 9은 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티탭 쇼트 억제 구조를 갖는 이차 전지를 이용한 배터리 모듈의 일례를 도시한 사시도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.
또한, 이하의 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이며, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 "연결된다"라는 의미는 A 부재와 B 부재가 직접 연결되는 경우뿐만 아니라, A 부재와 B 부재의 사이에 C 부재가 개재되어 A 부재와 B 부재가 간접 연결되는 경우도 의미한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함할 수 있다(comprise, include)" 및/또는 "포함하는(comprising, including)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및 /또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.
본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들은 이들 용어에 의해 한정되어서는 안 됨은 자명하다. 이들 용어는 하나의 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 다른 영역, 층 또는 부분과 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서, 이하 상술할 제1부재, 부품, 영역, 층 또는 부분은 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제2부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 지칭할 수 있다.
"하부(beneath)", "아래(below)", "낮은(lower)", "상부(above)", "위(upper)"와 같은 공간에 관련된 용어가 도면에 도시된 한 요소 또는 특징과 다른 요소 또는 특징의 용이한 이해를 위해 이용될 수 있다. 이러한 공간에 관련된 용어는 본 발명의 다양한 공정 상태 또는 사용 상태에 따라 본 발명의 용이한 이해를 위한 것이며, 본 발명을 한정하기 위한 것은 아니다. 예를 들어, 도면의 요소 또는 특징이 뒤집어지면, "하부" 또는 "아래"로 설명된 요소 또는 특징은 "상부" 또는 "위에"로 된다. 따라서, "하부"는 "상부" 또는 "아래"를 포괄하는 개념이다.
또한, 본 명세서에서 사용되는 "분리막"란 용어는 분리막과 친화성이 작은 액체 전해질을 사용하는 액체 전해질 전지에서 일반적으로 통용되는 분리막을 포함할 수 있다. 나아가, 본 명세서에서 사용되는 "분리막"은, 전해질이 분리막에 강하게 속박되어 전해질과 분리막이 동일한 것으로 인식되는 진성 고체 폴리머 전해질, 겔 고체 폴리머 전해질, 및/또는 고체 전해질을 포함하는 개념이다. 따라서, 상기 분리막은 본 명세서에서 정의하는 바에 따라 그 의미가 정의되어야 한다.
도 1a, 도 1b 및 도 1c를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 사시도, 단면도 및 분해 사시도가 도시되어 있다.
도 1a, 도 1b 및 도 1c에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(100)는 케이스(110), 제1,2전극 조립체(120A, 120B), 캡 플레이트(130), 제1전극 단자(140) 및 제2전극 단자(150)를 포함할 수 있다.
케이스(110)는 알루미늄, 알루미늄 합금 또는 니켈이 도금된 스틸과 같은 도전성 금속으로 형성될 수 있으며, 제1,2전극 조립체(120A,120B)가 삽입 및 안착될 수 있는 개구부가 형성된 대략 속이 비어 있는 육면체 형태일 수 있다. 도 1b에서는, 케이스(110)와 캡 플레이트(130)가 상호간 결합된 상태로 도시되어 있으므로, 개구부가 도시되지 않았지만, 케이스(110)의 상부 부분이 실질적으로 개방된 부분일 수 있다. 한편, 케이스(110)의 내면은 절연 처리되어, 제1,2전극 조립체(120A,120B)와 절연될 수 있다. 여기서, 케이스(110)는 경우에 따라 캔으로 지칭될 수도 있다.
케이스(110)는 상대적으로 넓은 제1장변부(111)와, 제1장변부(111)를 마주보는 상대적으로 넓은 제2장변부(112)와, 제1,2장변부(111,112)의 일단을 연결하며 상대적으로 좁은 제3단변부(113)와, 제3단변부(113)를 마주보고 제1,2장변부(111,112)의 타단을 연결하며 상대적으로 좁은 제4단변부(114)와, 제1,2장변부(111,112) 및 제1,2단변부(113,114)를 연결하는 바닥부(115)를 포함할 수 있다.
제1전극 조립체(120A)는 케이스(110)의 내부에 결합된다. 특히, 제1전극 조립체(120A)의 일면은 케이스(110)의 제1장변부(111)에 밀착/접촉된 채로 케이스(110)에 결합된다. 제1전극 조립체(120A)는 각각 얇은 판형 또는 막형으로 형성된 제1전극판(121), 분리막(122), 제2전극판(123)의 적층체가 권취되거나 겹쳐서 형성될 수 있다. 여기서, 제1전극판(121)은 양극 역할을 할 수 있으며, 제2전극판(123)은 음극 역할을 할 수 있다. 물론, 그 반대도 가능하다. 더불어, 권취 방식으로 제1전극 조립체(120A)가 제조될 경우, 제1전극 조립체(120A)는 그 중심에 권취가 시작되는 제1권취 중심부(125A)(또는 제1권취 선단부)를 포함할 수 있다.
제1전극판(121)은 알루미늄 또는 알루미늄 합금과 같은 금속 포일 또는 메시로 형성된 제1집전판(121a)과, 제1집전판(121a)에 전이금속산화물 등의 제1전기적 활물질이 코팅되어 형성된 제1코팅부(121b)와, 제1전기적 활물질이 코팅되지 않은 영역인 제1비코팅부(121c)(또는 제1무지부)와, 제1비코팅부(121c)로부터 외측 방향(또는 상부 방향)으로 연장되어 제1전극 단자(140)에 전기적으로 연결된 제1극 제1멀티탭(161)을 포함할 수 있다. 여기서, 제1극 제1멀티탭(161)은 제1전극판(121)과 제1전극 단자(140) 사이의 전류 통로가 되며, 이는 다수개가 구비되어 적층된 형태를 하여 멀티탭으로 지칭된다. 더불어, 이러한 제1극 제1멀티탭(161)은 제1비코팅부(121c)가 상부 방향으로 연장/돌출되어 형성된 것일 수 있다. 여기서, 제1극은 양극일 수 있다.
제2전극판(123)은 구리, 구리 합금, 니켈 또는 니켈 합금과 같은 금속 포일 또는 메시로 형성된 제2집전판(123a)과, 제2집전판(123a)에 흑연 또는 탄소 등의 제2전기적 활물질이 코팅되어 형성된 제2코팅부(123b)와, 제2전기적 활물질이 코팅되지 않는 영역인 제2비코팅부(123c)(제2무지부)와, 제2비코팅부(123c)로부터 외측 방향(또는 상부 방향)으로 연장되어 제2전극 단자(150)에 전기적으로 연결된 제2극 제1멀티탭(171)을 포함할 수 있다. 여기서, 제2극 제1멀티탭(171)은 제2전극판(123)과 제2전극 단자(150) 사이의 전류 통로가 되며, 이는 다수개가 구비되어 적층된 형태를 하여 멀티탭으로 지칭된다. 더불어, 이러한 제2극 제1멀티탭(171)은 제2비코팅부(123c)가 상부 방향으로 연장/돌출되어 형성된 것일 수 있다. 여기서, 제2극은 음극일 수 있다.
분리막(122)은 제1전극판(121)과 제2전극판(123) 사이에 위치되어 상호간 쇼트를 방지하고 리튬 이온의 이동을 가능하게 하는 역할을 하며, 폴리에틸렌이나, 폴리 프로필렌이나, 폴리 에틸렌과 폴리 프로필렌의 복합 필름으로 이루어질 수 있다. 그러나, 본 발명에서 상기 분리막(122)의 재질이 한정되지 않는다. 더욱이, 무기 고체 전해질이 사용될 경우, 분리막은 없을 수도 있다.
제2전극 조립체(120B)는 실질적으로 상술한 제1전극 조립체(120A)와 동일한 구조, 형태 및/또는 재질을 가질 수 있다. 따라서, 제2전극 조립체(120B)에 대한 상세한 설명은 생략한다. 다만, 제2전극 조립체(120B)의 일면은 케이스(110)의 제2장변부(112)에 밀착/접촉된 채 제2전극 조립체(120B)가 케이스(110)에 결합될 수 있다. 또한, 권취 방식으로 제2전극 조립체(120B)가 제조될 경우, 제2전극 조립체(120B)는 그 중심에 권취가 시작되는 제2권취 중심부(125B)(또는 제2권취 선단부)를 포함할 수 있다.
더욱이, 제1,2전극 조립체(120A,120B)는 케이스(110)의 내부에서 상호간 마주보는 경계 영역 또는 상호간 밀착/접촉하는 밀착 영역(190)을 포함한다. 즉, 제1,2전극 조립체(120A,120B)는 상호간 밀착/접촉된 형태로 케이스(110)의 내부에 결합된다.
한편, 제2전극 조립체(120B)는 제1전극판(121)으로부터 외측 방향(또는 상부 방향)으로 연장되어 제1전극 단자(140)에 전기적으로 연결된 제1극 제2멀티탭(162)을 포함할 수 있다. 이러한, 제1극 제2멀티탭(162)은 제1전극판(121)과 제1전극 단자(140) 사이의 전류 통로가 되며, 이는 다수개가 구비되어 적층된 형태를 하여 멀티탭으로 지칭된다. 더불어, 이러한 제1극 제2멀티탭(162)은 제1비코팅부(121c)가 상부 방향으로 연장/돌출되어 형성된 것일 수 있다.
또한, 제2전극 조립체(120B)는 제2전극판(123)으로부터 외측 방향(또는 상부 방향)으로 연장되어 제2전극 단자(150)에 전기적으로 연결된 제2극 제2멀티탭(172)을 포함할 수 있다. 이러한, 제2극 제2멀티탭(172)은 제2전극판(123)과 제2전극 단자(150) 사이의 전류 통로가 되며, 이는 다수개가 구비되어 적층된 형태를 하여 멀티탭으로 지칭된다. 더불어, 이러한 제2극 제2멀티탭(172)은 제2비코팅부(123c)가 상부 방향으로 연장/돌출되어 형성된 것일 수 있다.
한편, 이러한 제1,2전극 조립체(120A,120B)가 갖는 제1,2권취 중심부(125A,125B)의 축, 즉, 권취축은 제1,2단자(140,150)가 갖는 단자축에 대략 평행 또는 대략 수평하게 형성된다. 여기서, 권취축 및 단자축은 도 1b 및 도 1c에서 상,하 방향으로 형성된 축을 의미하며, 권취축 및 단자축이 대략 평행 또는 수평하다는 것은 권취축 및 단자축을 길게 늘여도 서로 만나지 않거나, 또는 아주 길게 늘일 경우 서로 만날 수 있음을 의미한다.
또한, 상술한 바와 같이 제1,2전극 조립체(120A,120B)와 제1전극 단자(140) 사이에는 일정 길이 연장되고 절곡된 형태의 제1,2멀티탭(161,162)이 개재되고, 제1,2전극 조립체(120A,120B)와 제2전극 단자(150)의 사이에는 일정 길이 연장되고 절곡된 형태의 제1,2멀티탭(171,172)이 개재된다. 즉, 일측의 제1,2멀티탭(161,162)은 제1,2전극 조립체(120A,120B)의 상단으로부터 제1전극 단자(140)를 향하여 대략 대칭되는 형태로 연장 및 절곡되어 제1전극 단자(140)에 접속 또는 용접된다. 또한, 타측의 제1,2멀티탭(171,172) 역시 제1,2전극 조립체(120A,120B)의 상단으로부터 제2전극 단자(150)를 향하여 대략 대칭되는 형태로 연장 및 절곡되어 제2전극 단자(150)에 접속 또는 용접된다.
실질적으로, 일측의 제1,2멀티탭(161,162)은 상술한 바와 같이 제1전극판(121) 중 제1활물질이 코팅되지 않은 제1비코팅부(121c) 자체이거나, 또는 제1비코팅부(121c)에 접속된 별도의 부재일 수 있다. 여기서, 별도 부재의 재질은 알루미늄, 알루미늄 합금, 니켈, 니켈 합금, 구리, 구리 합금 및 그 등가물 중에서 선택된 하나일 수 있다.
또한, 타측의 제1,2멀티탭(171,172)은 제2전극판(123) 중 제2활물질이 코팅되지 않은 제2비코팅부(123c) 자체이거나, 또는 제2비코팅부(123c)에 접속된 별도의 부재일 수 있다. 여기서, 별도 부재의 재질은 니켈, 니켈 합금, 구리, 구리 합금, 알루미늄, 알루미늄 합금 및 그 등가물 중에서 선택된 하나일 수 있다.
이와 같이, 제1,2전극 조립체(120A,120B)가 갖는 제1,2권취축과 제1,2단자(140,150)가 갖는 단자축이 상호간 대략 평행 또는 수평하게 형성됨으로써, 전해액 주액 방향과 권취축 방향 역시 평행 또는 수평하게 형성되어, 전해액 주입 시 제1,2전극 조립체(120A,120B))의 전해액 함침성이 우수할 뿐만 아니라, 과충전 시 내부 가스가 안전벤트(136)로 신속하게 이동하여 안전벤트(136)를 빠르게 동작시킨다.
또한, 제1,2전극 조립체(120A,120B)가 갖는 제1,2멀티탭(161,171 및 162,172)(비코팅부 자체 또는 별도 부재)이 연장 및 절곡되어 제1,2단자(140,150)에 각각 직접 전기적으로 접속되어 전기적 경로가 짧아짐으로써, 이차 전지(100)의 내부 저항이 감소할 뿐만 아니라 부품 개수도 감소한다.
특히, 제1,2전극 조립체(120A,120B)가 갖는 제1,2멀티탭(161,171 및 162,172)(비코팅부 자체 또는 별도 부재)이 상호간 대칭 형태로 형성된 채 제1,2단자(140,150)에 각각 직접 전기적으로 접속됨으로써, 제1,2멀티탭(161,171 및 162,172)과, 이의 반대 극성을 갖는 영역(e.g., 케이스, 캡 플레이트 및/또는 제1,2전극 조립체의 소정 영역) 사이의 불필요한 전기적 쇼트 현상을 예방할 수 있다. 다르게 설명하면, 대칭형 제1,2멀티탭(161,171 및 162,172)의 구조에 의해, 제1,2멀티탭의 절연 강도가 향상된다.
이러한 제1,2전극 조립체(120A,120B)는 실질적으로 전해액과 함께 케이스(110)에 수납될 수 있다. 상기 전해액은 EC, PC, DEC, EMC, DMC와 같은 유기 용매에 LiPF6, LiBF4와 같은 리튬염으로 이루어질 수 있다. 물론, 상기 전해액은 액체, 겔상, 또는 고체 형태일 수 있다.
캡 플레이트(130)는 길이와 폭을 갖는 대략 직사각 형태로서, 케이스(110)에 결합된다. 즉, 캡 플레이트(130)는 케이스(110)의 개구를 밀봉하며, 케이스(110)와 동일한 재질로 형성될 수 있다. 예를 들면, 캡 플레이트(130)는 레이저 및/또는 초음파 용접 방식으로 케이스(110)에 결합될 수 있다. 여기서, 캡 플레이트(130)는 경우에 따라 캡 조립체로 불리기도 한다.
캡 플레이트(130)는 전해액 주입구를 막는 마개(134) 및 벤트홀을 막는 안전벤트(136)를 포함할 수 있다. 더욱이, 안전벤트(136)는 설정된 압력에서 쉽게 개방될 수 있도록 노치를 더 포함할 수 있다.
제1전극 단자(140)는 캡 플레이트(130)의 상면에 위치된 제1전극 단자 플레이트(141), 제1전극 단자 플레이트(141)와 캡 플레이트(130)의 사이에 개재된 제1상부 절연 플레이트(142), 캡 플레이트(130)의 하면에 위치된 제1하부 절연 플레이트(143), 제1하부 절연 플레이트(143)의 하면에 위치된 제1집전 플레이트(144) 및 제1전극 단자 플레이트(141)와 제1집전 플레이트(144)를 전기적으로 연결하는 제1전극 단자 기둥(145)을 포함할 수 있다. 더불어, 본 발명의 실시예는 캡 플레이트(130)와 제1전극 단자 기둥(145)을 절연시키는 제1시일(seal) 절연 가스켓(146)을 더 포함할 수 있다.
여기서, 실질적으로 제1,2전극 조립체(120A,120B)의 제1,2멀티탭(161,162)은 대칭되는 형태로 상술한 제1전극 단자(140) 중 제1집전 플레이트(144)에 전기적으로 접속될 수 있다.
제2전극 단자(150)는 캡 플레이트(130)의 상면에 위치된 제2전극 단자 플레이트(151), 제2전극 단자 플레이트(151)와 캡 플레이트(130)의 사이에 개재된 제2상부 절연 플레이트(152), 캡 플레이트(130)의 하면에 위치된 제2하부 절연 플레이트(153), 제2하부 절연 플레이트(153)의 하면에 위치된 제2집전 플레이트(154) 및 제2전극 단자 플레이트(151)와 제2집전 플레이트(154)를 전기적으로 연결하는 제2전극 단자 기둥(155)을 포함할 수 있다. 더불어, 본 발명의 실시예는 캡 플레이트(130)와 제2전극 단자 기둥(155)을 절연시키는 제2시일 절연 가스켓(156)을 더 포함할 수 있다.
여기서, 실질적으로 제1,2전극 조립체의 제1,2멀티탭(171,172)은 대칭되는 형태로 상술한 제2전극 단자(150) 중 제2집전 플레이트(154)에 전기적으로 접속될 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에서, 제1,2전극 조립체(120A,120B), 제1,2멀티탭(161,171,162,172) 및 제1,2전극 단자(140,150)의 사이에 대략 직사각 형상의 절연판(180)이 더 개재됨으로써, 제1,2멀티탭(161,171 또는 162,172)과 반대 극성의 영역(e.g., 케이스, 캡 플레이트 및/또는 제1,2전극 조립체의 소정 영역)이 상호간 전기적으로 쇼트되지 않도록 한다. 이러한 절연판(180)은, 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 치수 안정성이 우수하고, 대략 220℃까지 우수한 강도 및 경도를 유지하는 PPS(Polyphenylene Sulfine)와 같은 슈퍼 엔지니어링 플라스틱으로 제조될 수 있다.
이와 같이 하여, 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지(100)는 제1,2전극 조립체(120A,120B)의 제1,2멀티탭(161,171,162,172)의 형상이 제1,2전극 단자(140,150) 또는 제1,2전극 조립체(120A,120B)의 경계 영역(또는 밀착 영역)(190)을 중심으로 대칭 형태로 연장 및 절곡되어 형성됨으로써, 제1,2멀티탭(161,171,162,172) 및 소정 영역(e.g., 제1,2멀티탭과 극성이 다른 케이스, 캡 플레이트 및/또는 전극 조립체의 소정 영역)사이에 전기적 쇼트 현상이 방지되도록 한다.
즉, 제1,2멀티탭(161,171,162,172)의 형상이 제1,2전극 단자(140,150) 또는 제1,2전극 조립체(120A,120B)의 경계 영역(190)을 중심으로 비대칭 형상으로 형성될 경우, 제1,2멀티탭(161,171,162,172)과 이것에 극성이 반대인 케이스(110), 캡 플레이트(130) 및/또는 제1,2전극 조립체(120A,120B)의 소정 영역 사이에 전기적 쇼트 현상이 발생할 확률이 커지나, 본 발명의 실시예에서와 같이 대칭 형태로 제1,2멀티탭(161,162)이 형성될 경우 이러한 전기적 쇼트의 확률이 작아질 수 있다.
예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 대칭 형태의 양극 제1,2멀티탭(161,162)과 제1,2전극 조립체(120A,120B)의 음극 무지부(123c) 사이의 쇼트 확률은 비대칭 형태의 양극 제1,2멀티탭과 제1,2전극 조립체의 음극 무지부 사이의 쇼트 확률보다 작다. 또한, 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 대칭 형태의 음극 제1,2멀티탭(171,172)과 제1,2전극 조립체(120A,120B)의 양극 무지부(121c) 사이의 쇼트 확률은 비대칭 형태의 음극 제1,2멀티탭과 제1,2전극 조립체의 양극 무지부 사이의 쇼트 확률보다 작다.
다르게 설명하면, 제1,2전극 조립체(120A,120B)의 제1,2멀티탭(161,171, 162,172)이 대칭 형태로 형성될 경우, 반대 극성의 케이스, 캡 플레이트 및/또는 전극 조립체의 소정 영역 사이의 전기적 쇼트 현상을 예방하기 위한 관리 영역의 개수 또는 면적이 상대적으로 작아, 그만큼 제1,2멀티탭(161,171,162,172)과 반대 극성의 영역 사이의 전기적 쇼트 현상을 예방하기 쉽다. 그러나, 제1,2전극 조립체(120A,120B)의 제1,2멀티탭이 비대칭 형태로 형성될 경우, 반대 극성의 영역과 전기적 쇼트 현상을 예방하기 위한 관리 영역의 개수 또는 면적이 상대적으로 커서, 그만큼 제1,2멀티탭과 반대 극성의 영역 사이의 전기적 쇼트 현상을 예방하기 어렵다.
도 2a 및 도 2b를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티탭 쇼트 억제 구조를 갖는 이차 전지 중에서 제1,2전극 조립체의 평면도 및 부분 단면도가 도시되어 있다.
도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 제1전극 조립체(120A)는 권취가 시작되는 제1권취 중심부(125A)(또는 제1권취 선단부)를 포함할 수 있고, 제2전극 조립체(120B) 역시 권취가 시작되는 제2권취 중심부(125B)(또는 제2권취 선단부)를 포함할 수 있다. 또한, 제1,2전극 조립체(120A,120B)는 상호간 경계 영역 또는 밀착 영역(190)을 가질 수 있다.
이하의 설명에서, 제1,2전극 조립체(120A,120B)의 외측 영역이란 제1,2전극 조립체(120A,120B)의 경계 영역(190)으로부터 이격되어 케이스(110)의 제1,2장변부(111 또는 112)에 더 가까운 영역을 의미하고, 제1,2전극 조립체(120A,120B)의 내측 영역이란 케이스(110)의 제1,2장변부(111 또는 112)로부터 이격되어 제1,2전극 조립체(120A,120B)의 경계 영역(190)에 더 가까운 영역을 의미한다. 또한, 이하의 설명에서, 제1,2전극 조립체(120A,120B)의 외측 영역이란 제1,2권취 중심부(125A 또는 125B)로부터 케이스(110)의 제1,2장변부(111 또는 112)까지의 영역을 의미하고, 제1,2전극 조립체(120A,120B)의 내측 영역이란 제1,2권취 중심부(125A 또는 125B)로부터 제1,2전극 조립체(120A,120B)의 경계 영역(190)까지의 영역을 의미한다. 이러한 제1,2전극 조립체(120A,120B)의 외측 영역 및 내측 영역에 대한 정의는 본 발명의 모든 실시예에서 공유될 수 있음을 이해해야 한다.
도 2a에 도시된 바와 같이, 제1,2전극 조립체(120A,120B)는 상호간의 경계 영역(190)을 중심으로 상호간 대칭 형태로 제1,2전극 조립체(120A,120B)의 외측 영역에 형성된 제1,2멀티탭(161,162 또는 171,172)을 포함할 수 있다. 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 제1멀티탭(161,171)은 제1전극 조립체(120A)의 외측 영역에만 형성(즉, 제1멀티탭(161,171)은 제1전극 조립체(120A)의 내측 영역에 형성되지 않음)되고, 제2멀티탭(162,172) 역시 제2전극 조립체(120B)의 외측 영역에만 형성(즉, 제2멀티탭(162,172)은 제2전극 조립체(120B)의 내측 영역에 형성되지 않음)될 수 있다. 좀 더 구체적으로 설명하면, 도 2a에 도시된 바와 같이, 제1멀티탭(161,171)은 제1전극 조립체(120A)중 제1권취 중심부(125A)의 대략 상부 영역(즉, 케이스의 제1장변부(111)에 인접한 영역)에만 형성되고, 제2멀티탭(162,172)은 제2전극 조립체(120B)중 제2권취 중심부(125B)의 대략 하부 영역(즉, 케이스의 제2장변부(112)에 인접한 영역)에만 형성될 수 있다. 따라서, 제1,2멀티탭(161,162 또는 171,172)의 상호간 최대 이격 거리는 제1,2전극 조립체(120A,120B)의 합친 최대 폭(또는 두께)과 같거나 약간 작을 수 있다.
또한, 도 2b에 도시된 바와 같이, 제1,2전극 조립체(120A,120B)는, 상호간의 경계 영역(190) 또는 전극 단자(140)를 중심으로, 상호간 대칭 형태로 외측 영역으로부터 연장 및 절곡된 제1,2멀티탭(161,162)을 포함할 수 있다. 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 제1,2멀티탭(161,162)은 각각 제1,2전극 조립체(120A,120B)의 외측 영역으로부터 전극 단자(140)까지 상호간 대칭되는 형태로 연장 및 절곡될 수 있다. 다르게 설명하면, 제1,2멀티탭(161,162)은 각각 제1,2전극 조립체(120A,120B)의 상호간 경계 영역(190)보다 케이스(110)(즉, 제1장변부 또는 제2장변부)에 더 가까운 영역으로부터 전극 단자까지 연장 및 절곡될 수 있다.
또 다르게 설명하면, 제1,2멀티탭(161,162)은 각각 제1,2전극 조립체(120A,120B)의 외측 영역으로부터 연장된 제1영역(161a,162a)과, 제1영역(161a,162a)으로부터 연장되어 상기 케이스(110)에 인접하는 제2영역(161b,162b)과, 제2영역(161b,162b)으로부터 절곡되어 전극 단자(140)에 전기적으로 접속된 제3영역(161c,162c)을 포함할 수 있다.
여기서, 제1영역(161a,162a)은 케이스(110)(즉, 제1장변부 또는 제2장변부)로부터 제1,2전극 조립체(120A,120B)의 상호간 경계 영역(190)에 가까워질 수록 절곡 각도가 더욱 커진다. 또한, 제2영역(161b,162b)은 케이스(110)(즉, 제1장변부 또는 제2장변부)의 길이 방향에 대략 평행하게 형성될 수 있다. 또한, 제3영역(161c,162c)은 제2영역(161b,162b)으로부터 대략 직각으로 절곡된 채 전극 단자(140)에 접속된다.
더불어, 제1,2전극 조립체(120A,120B), 제1,2멀티탭(161,162) 및 전극 단자(140)의 사이에 절연판(180)이 더 개재됨으로써, 제1,2멀티탭(161,162)과 반대 극성의 케이스, 캡 플레이트 및/또는 제1,2전극 조립체의 소정 영역 사이에 상호간 전기적 쇼트 현상이 발생하지 않도록 한다. 특히, 절연판(180)은 대체로 제1,2전극 조립체(120A,120B)가 갖는 분리막(122) 위에 안착된 형태를 한다.
이와 같이 하여, 본 발명의 실시예에서, 제1,2멀티탭(161,162)이 전극 단자(140) 또는 제1,2전극 조립체(120A,120B)의 경계 영역(190)을 중심으로 대칭 형태로 제1,2전극 조립체(120A,120B)의 외측 영역으로부터 전극 단자(140)까지 연장 및 절곡되어 형성됨으로써, 제1,2멀티탭(161,162)과 반대 극성의 영역(e.g., 케이스, 캡 플레이트 및/또는 제1,2전극 조립체의 소정 영역) 사이의 쇼트 현상이 감소된다.
도 3a 및 도 3b를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 멀티탭 쇼트 억제 구조를 갖는 이차 전지 중에서 제1,2전극 조립체의 평면도 및 부분 단면도가 도시되어 있다.
도 3a에 도시된 바와 같이, 제1,2전극 조립체(120A,120B)는 상호간의 경계 영역(190)을 중심으로 상호간 대칭 형태로 제1,2전극 조립체(120A,120B)의 내측 영역에 형성된 제1,2멀티탭(261,262 또는 271,272)을 포함할 수 있다. 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 제1멀티탭(261,271)은 제1전극 조립체(120A)의 내측 영역에만 형성(즉, 제1멀티탭(261,271)은 제1전극 조립체(120A)의 외측 영역에 형성되지 않음)되고, 제2멀티탭(262,272) 역시 제2전극 조립체(120B)의 내측 영역에만 형성(즉, 제2멀티탭(262,272)은 제2전극 조립체(120B)의 외측 영역에 형성되지 않음)될 수 있다. 좀 더 구체적으로 설명하면, 도 3a에 도시된 바와 같이, 제1멀티탭(261,271)은 제1전극 조립체(120A)중 제1권취 중심부(125A)의 대략 하부 영역(즉, 경계 영역(190)에 인접한 영역)에만 형성되고, 제2멀티탭(262,272)은 제2전극 조립체(120B)중 제2권취 중심부(125B)의 대략 상부 영역(즉, 경계 영역(190)에 인접한 영역)에만 형성될 수 있다. 따라서, 제1,2멀티탭(261,262 또는 271,272)의 상호간 최대 이격 거리는 제1,2전극 조립체(120A,120B)의 최소 이격 거리와 같거나 약간 클 수 있다.
또한, 도 3b에 도시된 바와 같이, 제1,2전극 조립체(120A,120B)는, 상호간의 경계 영역(190) 또는 전극 단자(140)를 중심으로, 상호간 대칭 형태로 내측 영역으로부터 연장 및 절곡된 제1,2멀티탭(261,262)을 포함할 수 있다. 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 제1,2멀티탭(261,262)은 각각 제1,2전극 조립체(120A,120B)의 내측 영역으로부터 전극 단자(140)까지 상호간 대칭되는 형태로 연장 및 절곡될 수 있다. 다르게 설명하면, 제1,2멀티탭(261,262)은 각각 케이스(110)의 제1장변부(111) 또는 제2장변부(112)보다 제1,2전극 조립체(120A,120B)의 상호간 경계 영역(190)에 더 가까운 영역으로부터 전극 단자(140)까지 연장 및 절곡될 수 있다.
또 다르게 설명하면, 제1,2멀티탭(261,262)은 각각 제1,2전극 조립체(120A,120B)의 내측 영역으로부터 연장된 제1영역(261a,262a)과, 제1영역(261a,262a)으로부터 연장되어 상기 케이스(110)에 인접하는 제2영역(261b,262b)과, 제2영역(261b,262b)으로부터 절곡되어 전극 단자(140)에 접속된 제3영역(261c,262c)을 포함할 수 있다.
여기서, 제1영역(261a,262a)은 케이스(110)로부터 제1,2전극 조립체(120A,120B)의 상호간 경계 영역(190)에 가까워질 수록 절곡 각도가 더욱 커진다. 또한, 제2영역(261b,262b)은 케이스(110)의 길이 방향에 대략 평행하게 형성될 수 있다. 또한, 제3영역(261c,262c)은 제2영역(261b,262b)으로부터 대략 직각으로 절곡된 채 전극 단자(140)에 접속된다.
더불어, 제1,2전극 조립체(120A,120B), 제1,2멀티탭(261,262) 및 전극 단자(140)의 사이에 절연판(180)이 더 개재됨으로써, 제1,2멀티탭(261,262)과 반대 극성의 케이스(110), 캡 플레이트(130), 제1,2전극 조립체(120A,120B) 등과 전기적으로 쇼트되지 않도록 한다. 특히, 절연판(180)은 대체로 제1,2멀티탭(261,262)의 제1영역(261a,262a) 위에 안착된 형태를 한다.
이와 같이 하여, 본 발명의 실시예에서, 제1,2멀티탭(261,262)이 전극 단자(140) 또는 제1,2전극 조립체(120A,120B)의 경계 영역(190)을 중심으로 대칭 형태로 제1,2전극 조립체(120A,120B)의 내측 영역으로부터 전극 단자(140)까지 연장 및 절곡되어 형성됨으로써, 제1,2멀티탭(261,262)과 반대 극성의 소정 영역(e.g., 케이스, 캡 플레이트 및/또는 제1,2전극 조립체) 사이의 쇼트 현상이 감소된다.
도 4a 및 도 4b를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 멀티탭 쇼트 억제 구조를 갖는 이차 전지 중에서 제1,2전극 조립체의 평면도 및 사시도가 도시되어 있다.
도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예는 상술한 제1,2전극 조립체(120A,120B)의 외측 영역에 형성된 제1,2멀티탭(361,362) 및 제1,2전극 조립체(120A,120B)의 내측 영역에 형성된 제1,2멀티탭(371,372)을 포함할 수 있다.
예를 들면, 도면에서, 제1,2전극 조립체(120A,120B)의 대략 좌측에 있는 제1,2멀티탭(361,362)은 제1,2전극 조립체(120A,120B)의 외측 영역(즉, 제1장변부 또는 제2장변부에 인접한 영역)에 대칭 형태로 형성될 수 있고, 제1,2전극 조립체(120A,120B)의 대략 우측에 있는 제1,2멀티탭(371,372)은 제1,2전극 조립체(120A,120B)의 내측 영역(즉, 경계 영역에 인접한 영역)에 대칭 형태로 형성될 수 있다. 여기서, 좌측의 제1,2멀티탭(361,362)은 양극탭일 수 있고, 우측의 제1,2멀티탭(371,372)은 음극탭일 수 있다.
좀 더 구체적으로 설명하면, 제1전극 조립체(120A)의 경우 좌측의 제1멀티탭(361)(양극)은 외측 영역에 형성되고, 우측의 제1멀티탭(371)(음극)은 내측 영역에 형성될 수 있다. 또한, 제2전극 조립체(120B)의 경우 좌측의 제1멀티탭(362)(양극)은 외측 영역에 형성되고, 우측의 제1멀티탭(372)(음극)은 내측 영역에 형성될 수 있다.
또 다르게 설명하면, 제1,2전극 조립체(120A,120B)의 제1,2멀티탭(361,362)이 대칭 형태로 형성될 뿐만 아니라, 제1전극 조립체(120A)의 경우 좌측의 제1멀티탭(361)(양극)과 우측의 제1멀티탭(371)(음극)이 대칭 형태로 연장 및 절곡되어 제1,2전극 단자(140,150)에 각각 결합될 수 있다. 또한, 제1,2전극 조립체(120A,120B)의 제1,2멀티탭(371,372)이 대칭 형태로 형성될 뿐만 아니라, 제2전극 조립체(120B)의 경우 좌측의 제2멀티탭(362)(양극)과 우측의 제2멀티탭(372)(음극)이 대칭 형태로 연장 및 절곡되어 제1,2전극 단자(140,150)에 각각 결합될 수 있다.
따라서, 제1전극 조립체(120A)는 양극 제1멀티탭(361) 및 음극 제1멀티탭(371)이 대칭 형태로 제1,2전극 단자(140,150)에 각각 결합되고, 제2전극 조립체(120B)는 양극 제2멀티탭(362) 및 음극 제2멀티탭(372)이 대칭 형태로 제1,2전극 단자(140,150)에 각각 결합됨으로써, 제1,2전극 조립체(120A,120B)와 제1,2전극 단자(140,150) 사이의 결합 강도, 결합 강성 및 결합 신뢰성이 향상된다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티탭의 절곡전 및 절곡후 상태를 도시한 확대 단면도이다. 여기서, 도 5a는 전극 조립체(120A)의 멀티탭(161)을 절곡하기 전의 상태를 도시한 것으로, 도 5a에 도시된 바와 같이, 멀티탭(161)이 직선 형태로 곧장 연장됨을 볼 수 있다. 또한, 도 5b는 전극 조립체(120A)의 멀티탭(161)이 전극 단자(140)에 접속됨으로써, 멀티탭(161)이 절곡된 이후의 상태를 도시한 것으로, 도 5b에 도시된 바와 같이, 멀티탭(161)이 대략 L자 형태로 절곡됨을 볼 수 있다.
도 5a 및 도 5b에 도시되고, 위에서 이미 설명한 바와 같이, 전극 조립체(120A)는 제1전극판(121), 분리막(122) 및 제2전극판(123)을 포함할 수 있다.
여기서, 제1전극판(121)은, 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 양극의 극성을 가질 수 있으며, 이는 대략 평평한 제1면(121d)과, 제1면(121d)의 반대면으로서 대략 평평한 제2면(121e)을 갖는 제1집전판(121a)을 포함할 수 있다. 더욱이, 제1전극판(121)은 제1집전판(121a)의 제1면(121d) 및/또는 제2면(121e)에 코팅된 제1전기적 활물질층(121b)을 더 포함할 수 있다.
멀티탭(161)은, 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 제1전극판(121) 중 제1전기적 활물질층(121b)의 외측으로 제1집전판(121a) 또는 무지부(121c, 도 1c 참조)가 상부 방향으로 길게 연장되어 형성된 것일 수 있다. 따라서, 멀티탭(161) 역시 대략 평평한 제1면(161d)과, 제1면(161d)의 반대면인 대략 평평한 제2면(161e)을 포함한다. 더욱이, 제1집전판(121a)의 제1면(121d)과 멀티탭(161)의 제1면(161d)은 대략 동일 평면을 이루고, 또한 제1집전판(121a)의 제2면(121e)과 멀티탭(161)의 제2면(161e) 역시 대략 동일 평면을 이룰 수 있다. 더욱이, 제1집전판(121a)의 두께와 멀티탭(161)의 두께는 대략 동일할 수 있다. 물론, 이러한 구조 이외에도, 멀티탭(161)은 제1전기적 활물질층(121b)의 외측으로 연장된 제1집전판(121a) 또는 무지부(121c)에 별도의 기재가 부착되어 형성된 것일 수도 있다.
분리막(122)은 제1전극판(121)과 제2전극판(123)의 사이에 개재된다. 이러한 분리막(122)의 길이(또는 높이)는 제1전극판(121) 및/또는 제2전극판(123)의 길이(또는 높이)보다 상대적으로 클 수 있다. 즉, 분리막(122)의 상단은 제1전극판(121) 및/또는 제2전극판(123)의 상단보다 높을 수 있다.
제2전극판(123)은, 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 음극의 극성을 가질 수 있다. 제2전극판(123)은 분리막(122)의 일측에 위치되며, 이는 대략 평평한 제1면(123d)과, 제1면(123d)의 반대면으로서 대략 평평한 제2면(123e)을 갖는 제2집전판(123a)과, 제2집전판(123a)의 제1면(123d) 및/또는 제2면(123e)에 코팅된 제2전기적 활물질층(123b)을 포함할 수 있다. 또한, 제2전기적 활물질층(123b)의 표면에는 리튬 이온을 통과시키나 전자의 이동을 차단하는 안전 기능층(123f)이 더 형성될 수 있다. 이러한 안전 기능층(123f)은, 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 세라믹과 같은 무기 재료에 의해 형성될 수 있으며, 이에 의해 전자의 이동이 방지됨으로써, 전해질의 분해 현상이 억제될 수 있다.
여기서, 제2전극판(123)의 길이(또는 높이)는 제1전극판(121)의 길이(또는 높이)보다 큼으로써, 전극 조립체(120A)의 내부(특히, 제2전기적 활물질층의 표면)에 리튬 이온 또는 금속 리튬이 과도하게 존재하지 않도록 한다. 더불어, 분리막(122)의 길이(또는 높이)가 가장 크고, 멀티탭(161)을 제외한 제1전극판(121)의 길이(높이)가 가장 작다.
또한, 멀티탭(161)과 제2전극판(123) 사이에 분리막(122)이 개재된 형태를 하여, 멀티탭(161)이 전극 단자(140)에 접속되기 위해 절곡된다고 해도, 멀티탭(161)이 직접 제2전극판(123)(e.g.,제2집전판(123a) 또는 제2전기적 활물질층(123b))에 전기적으로 쇼트되지 않도록 하고 있다.
더욱이, 본 발명의 실시예에서 이러한 전기적 쇼트 현상을 더욱 적극적으로 억제하기 위해, 멀티탭(161)의 표면에 절연층(280)이 코팅된다. 즉, 멀티탭(161)의 제1면(121d) 및/또는 제2면(121e)에 절연층(280)이 코팅될 수 있다. 이러한 절연층(280)은 제1전기적 활물질층(121b)에 접촉된 채, 멀티탭(161)의 제1면(161d) 및/또는 제2면(161e)에 코팅되어 형성될 수 있다. 더욱이, 이러한 절연층(280)의 최상단 높이는, 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 분리막(122)의 최상단 높이와 동일할 수 있다. 절연층(280)의 최상단 높이가 분리막(122)의 최상단 높이보다 작을 경우, 멀티탭(161)의 절곡 시 멀티탭(161)이 직접 제2전극판(123)(e.g., 제2집전판(123a), 제2전기적 활물질층(123b) 등)에 접촉될 위험이 있다. 또한, 절연층(280)의 최상단 높이가 분리막(122)의 최상단 높이보다 클 경우 멀티탭(161)의 절연 강도가 향상되는 하지만, 멀티탭(161)과 제2전극판(123) 사이의 절연 성능이 더 이상 향상되지는 않는다.
이러한 절연층(280)의 두께는 제1전기적 활물질층(121b)의 두께보다는 작게 형성될 수 있다. 예를 들어, 한정하는 것은 아니지만, 제1전기적 활물질층(121b)의 두께는 대략 100㎛ 내지 600㎛인 반면, 절연층(280)의 두께는 대략 0.1㎛ 내지 100㎛, 바람직하기로 대략 1㎛ 내지 50㎛, 더욱 바람직하기로 대략 3㎛ 내지 8㎛일 수 있다. 절연층(280)의 두께가 제1전기적 활물질층(121b)의 두께보다 클 경우, 절연층(280)과 대응하는 전극 조립체(120A)의 전체 두께가 두꺼워질 수 있고, 또한 멀티탭(161)의 절곡이 잘 되지 않거나, 멀티탭(161)의 절곡시 절연층(280)이 분리될 수 있다.
이와 같이 하여, 멀티탭(161)과 제2전극판(123) 사이에 절연층(280) 및 분리막(122)을 포함하는 2중 절연 구조가 개재되어, 멀티탭(161)과 제2전극판(123) 사이의 전기적 쇼트 현상이 방지된다. 즉, 멀티탭(161)의 절연 강도가 향상된다.
더욱이, 멀티탭(161)과 제2전극판(123) 사이에 절연층(280), 분리막(122) 및 안전 기능층(123f)을 포함하는 3중 절연 구조가 개재되어, 멀티탭(161)과 제2전극판(123) 사이의 전기적 쇼트 현상이 더욱 효율적으로 방지된다. 즉, 멀티탭(161)의 절연 강도가 더욱 향상된다.
이러한 절연층(280)은, 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 유기 재료, 무기 재료 또는 유무기 복합(또는 하이브리드) 재료로 형성될 수 있으며, 잉크젯 프린팅(inkjet printing), 코팅(coating), 딥 코팅(dip coating), 닥터 블레이드(doctor blade), 건식 디핑(dry dipping), 수열(hydro thermal) 반응, 졸겔(sol-gel)법, 스프레이법(spraying), 에어로졸 데포지션(aerosol deposition), 화학적 기상 증착(chemical vapor deposition), 물리적 기상 증착(physical vapor deposition),롤투롤(roll to roll), 캐스팅(casting), 이온빔 증착법(ion beam deposition) 및 그 등가 방법 중에서 선택된 하나 또는 혼합 공정을 통해 형성될 수 있다.
또한, 상술한 유기 재료(또는 바인더)는, 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, PI(Polyimide), PA(Poly Amideimide), PVdF(Polyvinylidene fluoride), PU(Polyurethane), Polyurea, PC(Polycarbonate), PET(Polyethylene terephthalate), PMMA(Polymethyl Methacrylat), PBT(Polybutylene terephthalate), PVA(Polyvinyl alcohol), PVB(Polyvinyl butyral) 및 그 등가물 중에서 선택된 하나 또는 혼합물을 포함할 수 있다.
또한, 상술한 무기 재료는, 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 알파 알루미나(α-Al2O3), 알루미나(Al2O3), 수산화알루미늄(Al(OH)3,보헤마이트), 티탄산지르콘납(Pb(Zr,Ti)O3(PZT)), 이산화티탄(TiO2), 지르코니아(ZrO2), 이트리아(Y2O3), 이트리아-지르코니아(YSZ, Yttria stabilized Zirconia), 디스프로시아(Dy2O3), 가돌리니아(Gd2O3), 세리아(CeO2), 가돌리니아-세리아(GDC, Gadolinia doped Ceria), 마그네시아(MgO), 티탄산 바륨(BaTiO3), 니켈 망가네이트(NiMn2O4), 포타슘 소듐 니오베이트(KNaNbO3), 비스무스 포타슘 티타네이트(BiKTiO3), 비스무스 소듐 티타네이트(BiNaTiO3), 비스무스 페라이트(BiFeO3), 비스무스 징크 니오베이트(Bi1.5Zn1Nb1.5O7), 산화텅스텐(WO), 산화주석(SnO2), 란타늄-스트론튬-망간 산화물(LSMO), 란타늄-스트론튬-철-코발트산화물(LSFC), 질화알루미늄(AlN), 질화실리카(SiN), 산화실리카(SiO2), 산화아연(ZnO), 하프니아(HfO2), 질화티탄(TiN), 탄화실리카(SiC), 탄화티탄(TiC), 탄화텅스텐(WC), 붕화마그네슘(MgB), 붕화티탄(TiB), 산화칼슘(CaO), 아철산코발트(CoFe2O4), 아철산니켈(NiFe2O4), 아철산바륨(BaFe2O4), 아철산니켈아연(NiZnFe2O4), 아철산아연(ZnFe2O4), MnxCo3-xO4(여기서, x는 3 이하의 양의 실수), 금속산화물과 금속질화물혼합체, 금속산화물과 금속탄화물혼합체, 세라믹과 고분자의 혼합체, 세라믹과 금속의 혼합체 및 그 등가물로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 1종 또는 2종의 혼합물일 수 있다.
더불어, 이러한 무기 재료는, 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 평균 입경이 대략 0.1㎛ 내지 100㎛, 바람직하기로 0.3㎛ 내지 10㎛, 더욱 바람직하기로 0.5㎛ 내지 5㎛일 수 있다.
한편, 멀티탭(161)이 전극 단자(140)에 전기적으로 접속되기 위해, 또는 멀티탭(161)이 전극 단자(140)에 접속된 이후, 멀티탭(161)은 대략 L자 형태로 절곡된다. 이때, 멀티탭(161)은 상호간 밀착된 채 절곡되기 때문에, 멀티탭(161)뿐만 아니라 분리막(122) 및/또는 제2전극판(123)까지 일정 각도로 절곡될 수 있다. 특히, 멀티탭(161)과 함께 분리막(122)이, 도 5b에 도시된 바와 같이, 절곡된다. 이때, 멀티탭(161)의 표면에는 상술한 바와 같이 절연층(280)이 코팅되어 있음으로써, 절연층(280) 역시 절곡된다.
따라서, 멀티탭(161) 및 절연층(280)이 절곡된 채로 분리막(122)에 접촉/밀착된다. 비록, 도 5b에서 멀티탭(161), 분리막(122) 및 제2전극판(123)이 이격된 것으로 도시되어 있으나, 이들은 실질적으로 상호간 접촉/밀착될 수 있다. 이때, 멀티탭(161)과 제2전극판(123) 사이에 절연층(280) 및 분리막(122)의 2중 절연 구조, 또는 절연층(280), 분리막(122) 및 안전 기능층(123f)의 3중 절연 구조에 의해, 멀티탭(161)과 제2전극판(123)(제2집전판(123a) 및/또는 제2전기적 활물질층(123b)) 사이의 전기적 쇼트 현상이 방지된다.
여기서, 절연 성능을 더욱 향상시키기 위해, 제2전기적 활물질층(123b)을 통해 노출된 제2집전판(123a)의 표면에도 상술한 것과 동일한 절연층(280)이 형성될 수 있다. 따라서, 멀티탭(161)과 제2집전판(123a)의 사이에 절연층(280), 분리막(122) 및 절연층(280)을 포함하는 3중 절연 구조가 구비될 수 있고, 이에 따라 멀티탭(161)과 제2집전판(123a) 사이의 절연 성능이 향상된다.
한편, 상술한 멀티탭(161)에 형성된 절연층(280), 제1전극판(121), 분리막(122) 및 제2전극판(123)의 사이의 상호 관계, 재료, 형태, 구조 등은 본 발명의 모든 실시예에서 공유될 수 있다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 멀티탭의 절곡전 및 절곡후 상태를 도시한 확대 단면도이다.
도 6a 및 도 6b에 도시된 바와 같이, 멀티탭(161)의 표면에 형성된 절연층(380)은 제1전기적 활물질층(121b)으로부터 일정 거리 이격될 수 있다. 즉, 절연층(380)이 제1전기적 활물질층(121b)에 직접 접촉할 필요없이, 절연 성능이 필요한 영역에만 형성될 수 있다.
좀 더 구체적으로 설명하면, 절연층(380)은 제1전기적 활물질층(121b)과 이격된 제2전극판(123)의 상단과 마주보는(대응하는) 멀티탭(161)의 소정 영역에만 형성될 수 있다. 즉, 멀티탭(161)이 절곡되었을 때, 멀티탭(161)의 절곡 영역이 분리막(122)을 뚫는다고 해도 제2전극판(123)과 전기적으로 쇼트되지 않도록 하는 멀티탭(161)의 소정 영역(절곡 영역)에만 절연층(380)이 형성될 수 있다.
일례로, 한정하는 것은 아니지만, 절연층(380)은 제1전기적 활물질층(121b)으로부터 대략 0.1mm 내지 3mm 이격되어 형성될 수 있다.
이와 같이 하여, 절연층(380)이 제1전기적 활물질층(121b)으로부터 이격된 멀티탭(161)의 소정 영역에만 형성됨으로써, 멀티탭(161)의 형성 공정이 용이해질 수 있다. 즉, 전극판의 무지부에 절연층(380)을 형성한 이후, 레이저 빔 또는 금형을 이용한 노칭 공정에 의해, 멀티탭(161)을 형성하게 되는데, 상술한 바와 같이 일부 영역에만 절연층(380)이 형성됨으로써, 레이저 빔이나 금형을 이용한 노칭 공정에서 전기적/기계적 부하가 줄어들어 그만큼 제조 공정이 용이해진다.
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 멀티탭의 확대 단면도이다.
도 7a에 도시된 바와 같이, 멀티탭(161)은 대략 평평한 제1면(161d)과, 제1면(161d)의 반대면인 대략 평평한 제2면(161e)과, 제1,2면(161d,161e)의 일단을 연결하는 제3면(161f)과, 제1,2면(161d,161e)의 타단을 연결하며 제3면(161f)의 반대면인 제4면(161g)을 포함하는데, 절연층(280)은 상대적으로 넓은 면인 제1,2면(161d,161e)에만 형성될 수 있다. 즉, 멀티탭(161)의 제3,4면(161f,161g)은 외부로 노출될 수 있다.
이는 무지부의 제1,2면에 절연층(280)을 형성하고, 이후 레이저 빔을 통한 노칭 공정(또는 컷팅 공정) 또는 금형을 통한 노칭 공정(또는 펀칭 공정)에 의해 멀티탭(161)을 형성함으로써, 상술한 바와 같이 멀티탭(161)의 제3,4면(161f,161g)에는 절연층(280)이 형성되지 않고 외측으로 노출될 수 있다. 즉, 절연층(280)의 일면과 제3면(161f)이 동일한 평면을 이루고, 절연층(280)의 타면과 제4면(161g)이 동일한 평면을 이룰 수 있다.
한편, 도 7b에 도시된 바와 같이, 절연층(280)은 상대적으로 넓은 면인 제1,2면(161d,161e)뿐만 아니라, 상대적으로 좁은 제3,4면(161f,161g)에도 형성될 수 있다. 즉, 멀티탭(161)의 제1,2,3,4면(161d,161e,161f,161g)중 절연층(280)을 통해 외부로 노출되는 영역은 없다.
이는 무지부의 제1,2면에 절연층(280)을 형성하고, 이후 금형을 통한 노칭 공정(또는 펀칭 공정)에 의해 멀티탭(161)을 형성함으로써, 상술한 바와 같이 제1,2면(161d,161e)뿐만 아니라 제3,4면(161f,161g)에도 절연층(280)이 형성된다. 즉, 금형을 통한 노칭 공정중, 금형에 의해 제1면(161d) 또는 제2면(161e)에 형성된 절연층(280)의 일부가 제3,4면(161f,161g)까지 밀려 움직임으로써, 제3,4면(161f,161g)도 절연층(280)으로 감싸인 형태가 된다. 이러한 공정에 의해, 멀티탭(161)의 제3,4면(161f,161g)과 제2전극판(123) 사이의 전기적 쇼트 현상도, 제3,4면(161f,161g)에 형성된 절연층(280)으로 인해 예방된다.
이상의 설명에서 비록 절연층(280)이 멀티탭(161)의 표면에 형성된 것을 중심으로 설명하였으나, 당업자라면 이러한 절연층(280)이 상술한 제1,2멀티탭(161,171 및/또는 162,172)의 표면에 형성될 수 있음을 이해해야 한다. 더욱이, 당업자라면 이러한 특징이 본원 발명의 모든 실시예에서 공유될 수 있음을 이해해야 한다.
도 8a 내지 도 8c를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티탭 쇼트 억제 구조를 갖는 이차 전지(100)의 제조 방법이 도시되어 있다.
도 8a에 도시된 바와 같이, 캡 플레이트(130)에 구비된 제1전극 단자(140) 즉, 제1집전 플레이트(144)와 제2전극 단자(150) 즉, 제2집전 플레이트(154)에 제1전극 조립체(120A)의 제1극 제1멀티탭(161) 및 제2극 제1멀티탭(171)을 용접하고, 또한 제2전극 조립체(120B)의 제1극 제2멀티탭(162) 및 제2극 제2멀티탭(172)을 용접한다. 이때, 제1전극 조립체(120A)의 제1극 제1멀티탭(161) 및 제2극 제1멀티탭(171)과, 제2전극 조립체(120B)의 제1극 제2멀티탭(162) 및 제2극 제2멀티탭(172)은 아직 절곡된 상태가 아니다. 또한, 상술한 용접 공정이 완료되면, 캡 플레이트(130) 위에 절연판(180)을 위치시킨다. 즉, 제1집전 플레이트(144) 위의 제1극 제1멀티탭(161)과 제1극 제2멀티탭(162), 그리고 제2집전 플레이트(154) 위의 제2극 제1멀티탭(171)과 제2극 제2멀티탭(172) 위에 절연판(180)을 위치시킨다.
도 8b에 도시된 바와 같이, 캡 플레이트(130)로부터 제1,2전극 조립체(120A,120B)를 대략 직각 방향으로 절곡한다. 이에 따라 제1,2전극 조립체(120A,120B)에 구비된 제1,2멀티탭(161,162)은 각각 제1영역(161a,162a), 제2영역(161b,162b) 및 제3영역(161c,162c)을 가지며 절곡된다. 또한, 이러한 절곡 공정에 의해 절연판(180)이 제1,2전극 조립체(120A,120B), 제1,2멀티탭(161,162) 및 캡 플레이트(130)에 의해 대략 감싸인 형태를 한다. 더불어, 이러한 절곡 공정에 의해 제1,2전극 조립체(120A,120B)가 상호간 평행하게 밀착된다.
도 8c에 도시된 바와 같이, 상호간 밀착된 제1,2전극 조립체(120A,120B)를 케이스(110)에 끼워 넣는다. 즉, 캡 플레이트(130)가 케이스(110)를 닫을 때까지 제1,2전극 조립체(120A,120B) 및 캡 플레이트(130)를 케이스(110)쪽으로 밀어 넣는다.
이후, 캡 플레이트(130)를 케이스(110)에 용접하여 고정하고, 이어서 주액구를 통해 전해액을 케이스(110)에 주입한다. 물론, 전해액이 필요없는 고체 전지일 경우, 이러한 공정은 생략될 수 있다.
여기서, 상술한 바와 같이, 본 발명의 다양한 실시예는 제1,2전극 조립체(120A,120B)중 제1,2멀티탭(161,162)이 외측 영역(또는 내측 영역)에만 형성됨으로써, 상술한 절곡 공정 이후 제1,2멀티탭(161,162)이 대칭 형태로 절곡된 형태를 하게 된다. 따라서, 이차 전지(100)의 제조 공정 중 또는 제조 공정 이후에도, 제1,2멀티탭(161,162)과, 이의 반대 극성인 케이스, 캡 플레이트 및/또는 제1,2전극 조립체 사이의 전기적 쇼트가 예방된다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티탭 쇼트 억제 구조를 갖는 이차 전지(100)를 이용한 배터리 모듈의 일례가 도시되어 있다.
도 9에 도시된 바와 같이, 다수의 이차 전지(100)가 일렬로 배치되고, 이와 같이 일렬로 배치된 이차 전지(100)에는 다수의 버스바(510)가 결합됨으로써, 하나의 배터리 모듈(1000)이 완성될 수 있다. 예를 들면, 어느 한 이차 전지(100)의 제1전극 단자(140)와, 이와 인접한 다른 이차 전지(100)의 제2전극 단자(150)가 버스바(510)로 용접됨으로써, 다수의 이차 전지(100)가 직렬로 연결된 배터리 모듈(1000)이 제공될 수 있다. 여기서, 버스바(510)는 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어질 수 있으며, 이때 제1전극 단자(140)의 제1단자 플레이트(131), 제2전극 단자(150)의 제2단자 플레이트(141) 역시 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어짐으로써, 버스바(510)는 제1전극 단자(140)) 및 제2전극 단자(150)에 용이하게 용접될 수 있다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 멀티탭 쇼트 억제 구조를 갖는 이차 전지를 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.

Claims (10)

  1. 케이스;
    상기 케이스의 내측에 수용되고 멀티탭을 갖는 전극 조립체;
    상기 케이스를 막되, 상기 전극 조립체의 멀티탭과 전기적으로 접속되는 전극 단자를 갖는 캡 플레이트를 포함하고,
    상기 멀티탭의 표면에 절연층이 코팅된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 절연층은 절연성 유기물을 포함함을 특징으로 하는 이차 전지.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 절연층은 절연성 무기물을 포함함을 특징으로 하는 이차 전지.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 절연층은 무기물 필러와 유기물 바인더를 포함함을 특징으로 하는 이차 전지.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 전극 조립체는
    제1집전판과, 상기 제1집전판에 코팅된 제1전기적 활물질층을 포함하는 제1전극판;
    상기 제1전극판의 일측에 위치된 분리막; 및
    상기 분리막의 일측에 위치된 제2집전판과, 상기 제2집전판에 코팅된 제2전기적 활물질층을 포함하는 제2전극판을 포함하고,
    상기 멀티탭은 상기 제1전극판 중 상기 제1전기적 활물질층의 외측으로 상기 제1집전판이 연장되어 형성된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 멀티탭과 상기 제2전극판의 사이에 상기 절연층 및 분리막이 개재됨을 특징으로 하는 이차 전지.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 제2전기적 활물질층에 형성된 안전 기능층을 더 포함하고,
    상기 멀티탭과 상기 제2전극판의 사이에 상기 절연층, 분리막 및 안전 기능층이 개재됨을 특징으로 하는 이차 전지.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 절연층은 상기 제1전기적 활물질층과 접촉함을 특징으로 하는 이차 전지.
  9. 제 5 항에 있어서,
    상기 절연층은 상기 제1전기적 활물질층과 이격된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  10. 제 5 항에 있어서,
    상기 절연층은 상기 분리막과 접촉함을 특징으로 하는 이차 전지.
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