WO2020071718A1 - 이차전지 - Google Patents

이차전지

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WO2020071718A1
WO2020071718A1 PCT/KR2019/012790 KR2019012790W WO2020071718A1 WO 2020071718 A1 WO2020071718 A1 WO 2020071718A1 KR 2019012790 W KR2019012790 W KR 2019012790W WO 2020071718 A1 WO2020071718 A1 WO 2020071718A1
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electrode
welding
protrusion
secondary battery
protruding
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PCT/KR2019/012790
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박정일
김지호
이용태
고명훈
김기연
강경수
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주식회사 엘지화학
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    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • the present invention relates to a secondary battery.
  • a secondary battery is rechargeable and has been researched and developed in recent years due to its small size and high capacity.
  • demand for a secondary battery as an energy source is rapidly increasing.
  • Secondary batteries are classified into coin cells, cylindrical cells, prismatic cells, and pouch-shaped cells according to the shape of the battery case.
  • an electrode assembly mounted inside a battery case is a power planter capable of charging and discharging consisting of a stacked structure of electrodes and separators.
  • the electrode assembly is a jelly-roll type wound by separating a separator between a positive electrode and a negative electrode of a sheet type coated with an active material, and a stack type in which a plurality of positive and negative electrodes are sequentially stacked with a separator interposed. , And stacked unit cells can be roughly classified into a stacked / folded type wound with a long length separation film.
  • the double jelly roll type electrode assembly is widely used because it is easy to manufacture and has an advantage of high energy density per weight.
  • One aspect of the present invention is to provide a secondary battery with minimized resistance and improved heat dissipation characteristics.
  • another aspect of the present invention is to provide a secondary battery that may not be subjected to meandering of the wound electrode when welding the can and the electrode.
  • another aspect of the present invention is to provide a secondary battery capable of improving electrode resistance and thermal deviation.
  • the secondary battery includes a first electrode, a separator, an electrode assembly in which second electrodes are alternately stacked, and a can accommodating the electrode assembly, wherein the first electrode is not coated with the electrode active material.
  • the first electrode non-coated portion is located at one end in one direction so as to protrude more than the separator, based on the winding axis direction of the electrode assembly, and the second electrode is a second electrode non-coated portion that is not coated with the electrode active material,
  • the can includes a first can and a second can, and the first electrode non-coated portion of the first can A first connection portion located at one end, a second electrode uncoated portion contacts a second connection portion located at the other end of the second can, the first connection portion and the second connection portion At least one of them may include a protruding connection portion protruding in
  • the electrode of the wound electrode assembly can be directly connected without the can and the connecting member, so that resistance is minimized and heat dissipation characteristics can be improved.
  • a protruding connection portion protruding in the direction of the electrode assembly is formed on the can, so that when welding between the electrode uncoated portion of the wound electrode assembly and the can, the winding electrode may not be subjected to meandering.
  • the welding position and the welding pattern between the can and the electrode uncoated portion are uniformly formed, thereby improving electrode resistance and thermal deviation.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a secondary battery according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing a secondary battery according to an embodiment of the present invention by way of example.
  • FIG. 3 is an exploded perspective view showing a secondary battery according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a perspective view showing the concept of an electrode assembly in a secondary battery according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a perspective view of a secondary battery according to an embodiment of the present invention cut away from a portion of a first can.
  • FIG. 6 is a perspective view showing an enlarged portion of a secondary battery according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a perspective view showing a secondary battery according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view illustrating a secondary battery according to another embodiment of the present invention by way of example.
  • FIG. 9 is a front view exemplarily showing an unfolded state before winding up the first electrode in the secondary battery according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a perspective view showing an enlarged portion of a secondary battery according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a plan view showing a secondary battery according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a plan view exemplarily showing a part of a first case in a secondary battery according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is a view exemplarily showing the concept of a welding pattern in a secondary battery according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a secondary battery according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a secondary battery according to an embodiment of the present invention.
  • the secondary battery 100 includes an electrode assembly 110 and a first can 121 and a second can that accommodate the electrode assembly 110 therein. And a can 120 that includes 122 and an insulator 123 that insulates the overlapping portion between the first can 121 and the second can 122.
  • FIG. 3 is an exploded perspective view showing a secondary battery according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 4 is a perspective view showing the concept of an electrode assembly in a secondary battery according to an embodiment of the present invention.
  • the electrode assembly 110 is a power generator capable of charging and discharging, and the electrodes 113 and the separator 114 are aggregated to form alternately stacked structures.
  • the electrode assembly 110 may have a wound form.
  • the electrode 113 may include a first electrode 111 and a second electrode 112.
  • the separation layer 114 separates the first electrode 111 and the second electrode 112 to electrically insulate.
  • the first electrode 111 and the second electrode 112 are formed in a sheet form and wound together with the separator 114, and may be formed in a jelly roll form.
  • the electrode assembly 110 may be wound in a cylindrical shape, for example.
  • the first electrode 111 is made of an anode
  • the second electrode 112 may be made of a cathode, but the present invention is not necessarily limited thereto, and the first electrode 111 is made of a cathode, Needless to say, the second electrode 112 may be formed of an anode.
  • the first electrode 111 may include a first electrode current collector 111a and a first electrode active material 111b applied to the first electrode current collector 111a.
  • the first electrode 111 may include a first electrode non-coated portion 111c on which the first electrode active material 111b is not coated.
  • the first electrode non-coated portion 111c may be positioned at one end of the direction S1 so as to protrude more than the separator 114 based on the direction of the winding central axis S of the electrode assembly 110.
  • the first electrode 111 is made of, for example, a negative electrode, and includes a negative electrode current collector (not shown) and a negative electrode active material (not shown) applied to the negative electrode current collector, and a negative electrode uncoated portion without a negative electrode active material is formed. Can be.
  • the negative electrode current collector may be made of, for example, a foil made of copper (Cu) or nickel (Ni).
  • the negative electrode active material may be made of, for example, artificial graphite, lithium metal, lithium alloy, carbon, petroleum coke, activated carbon, graphite, silicon compounds, tin compounds, titanium compounds, or alloys thereof.
  • the negative electrode active material may be made of, for example, non-graphite-based SiO (silica, silica) or SiC (silicon carbide, silicon carbide).
  • the second electrode 112 may include a second electrode current collector 112a and a second electrode active material 112b applied to the second electrode current collector 112a.
  • the second electrode 112 may include a second electrode uncoated portion 112c where the second electrode active material 112b is not coated.
  • the second electrode uncoated portion 112c may be located at the end of the other direction S2 so as to protrude more than the separator 114 based on the direction of the winding central axis S of the electrode assembly 110.
  • the second electrode 112 is made of, for example, a positive electrode, and includes a positive electrode current collector (not shown) and a positive electrode active material (not shown) applied to the positive electrode current collector, and a positive electrode non-coated portion without a positive electrode active material is formed. Can be.
  • the positive electrode current collector may be made of, for example, aluminum foil, and the positive electrode active material may include, for example, lithium manganese oxide, lithium cobalt oxide, lithium nickel oxide, lithium iron phosphate, or one or more of them. And compounds and mixtures.
  • the separator 114 is made of an insulating material and is alternately stacked with the first electrode 111 and the second electrode 112.
  • the separation layer 114 may be located between the first electrode 111 and the second electrode 112 and on the outer surfaces of the first electrode 111 and the second electrode 112. At this time, the separation membrane 114 may be positioned even in the outermost direction in the width direction when the electrode assembly 110 is wound.
  • the separator 114 may be made of a ductile material.
  • the separator 114 may be formed of, for example, a polyolefin-based resin film such as polyethylene or polypropylene having microporousity.
  • the can 120 may include a first can 121 and a second can 122 that are formed in an accommodating portion for receiving the electrode assembly 110 therein and are opened in a mutually opposite direction.
  • the can 120 may be formed of a conductive material.
  • the can 120 may be made of metal.
  • the first can 121 may be made of aluminum and the second can 122 may be made of steel.
  • the first can 121 may be made of steel and the second can 122 may be made of aluminum.
  • a can made of aluminum may be connected to the anode, and a can made of steel may be connected to the cathode.
  • first can 121 may be electrically connected to the first electrode 111
  • second can 122 may be electrically connected to the second electrode 112.
  • first can 121 is in direct contact with the end of the first electrode 111 to form a first electrode terminal
  • second can 122 is in direct contact with the end of the second electrode 112, the second An electrode terminal can be formed.
  • the first electrode 111 when the first electrode 111 is a positive electrode, the first can 121 in contact with the end of the first electrode 111 forms an anode terminal, wherein the first can 121 is It can be made of aluminum. And in this case, the second electrode 112 becomes a cathode and the second can 122, which ends of the second electrode 112 contact, forms a cathode terminal, where the second can 122 is made of steel. You can.
  • first can 121 and the second can 122 may be formed in a shape corresponding to each other.
  • first can 121 and the second can 122 are formed in a cylindrical shape opened in opposite directions, and the inner circumferential surface of the first can 121 is formed larger than the outer circumferential surface of the second can 122, The second can 122 may be inserted into the first can 121.
  • the first can 121 is formed with a first opening 121d opened in the other direction S2 at the other end, and the second can 122 has a second opening (1) opened in one direction S1 at one end. May be formed).
  • the second connecting portion 122a located in the other direction S2 of the second can 122 is outside the first can 121 even after the second can 122 is inserted into the first can 121. Can be located.
  • first electrode 111 may be connected to the first connection portion 121a
  • second electrode 112 may be connected to the second connection portion 122a.
  • first electrode uncoated portion 111c of the first electrode 111 is in direct contact with the first connection portion 121a
  • the second electrode uncoated portion 112c of the second electrode 112 is the second It may be in direct contact with the connection portion (122a).
  • FIG. 5 is a perspective view showing a portion of a first can in a secondary battery according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 6 is an enlarged perspective view showing a portion of a secondary battery according to an embodiment of the present invention.
  • the protruding connection portion may be formed in a shape protruding in the direction of the electrode assembly 110 to at least one of the first connection portion 121a and the second connection portion 122a, for example. have.
  • the first connecting portion 121a of the first can 121 is formed with a first protruding connection portion 121b protruding in the direction of the electrode assembly 110, so that the first electrode uncoated portion is formed in the first protruding connection portion 121b. (111c) may be connected.
  • a second protruding connection portion (not shown) protruding in the direction of the electrode assembly 110 may be formed in the second connection portion 122a, and the second electrode uncoated portion 112c may be connected to the second protruding connection portion.
  • the second protruding connection portion may be formed in a shape corresponding to the first protruding connection portion 121b.
  • first protruding connection portion 121b and the second protruding connection portion are formed in a shape that is bent in the direction of the electrode assembly 110 to form a concave portion on the outer surface of the first can 121, and the first can On the inner surface of 121, a convex portion can be formed.
  • first electrode uncoated portion 111c is welded and fixed to the first protruding connection portion 121b
  • second electrode uncoated portion 112c is welded and fixed to the second protruding connection portion.
  • first protruding connecting portion 121b is formed in a plurality of circular shapes having different diameters in a plan view on the first connecting portion 121a, and the first protruding portion 121b-1 in the center direction from the outer shell of the first connecting portion 121a ), And the second protrusion 121b-2 and the third protrusion 121b-3 may be sequentially formed.
  • a second protruding connection portion (not shown) corresponding to the first protruding connection portion 121b formed in the first connecting portion 121a of the first can 121 also in the second connecting portion 122a of the second can 122 ) May be formed.
  • the second electrode uncoated portion 112c of the second electrode 112 may be welded to the second protruding connection portion formed in the second connection portion 122a.
  • the insulator 123 may include an insulating material to insulate the overlapping portion between the first can 121 and the second can 122.
  • the insulator 123 may include an insulating polymer.
  • the insulating polymer may be, for example, a polymer (polymer).
  • the secondary battery 100 according to an embodiment of the present invention configured as described above includes the first electrode 111 and the second electrode 112 of the wound electrode assembly 110. Since it can be directly connected to the 1 can 121 and the second can 122 without a connecting member, resistance is minimized and heat dissipation characteristics can be improved. In addition, a protruding connection portion protruding in the direction of the electrode assembly 110 is formed on the can 120, so that the first electrode uncoated portion 111c and the second electrode uncoated portion 112c and the first of the wound electrode assembly 110 are formed. When welding between the can 121 and the second can 122, it may not be bound by the meandering of the wound first electrode 111 and the second electrode 112. meaning).
  • the present invention can make the electrode uncoated portion and the can contact each other well even when a meander occurs partially when winding the electrode by forming a protruding connection portion on the can. Accordingly, sufficient welding is possible.
  • 6 shows a state in which the first electrode non-coated portion is well contacted with the inner surface of the can by bending the protruding connection portion.
  • FIG. 7 is a perspective view showing a secondary battery according to another embodiment of the present invention
  • FIG. 8 is a cross-sectional view illustrating a secondary battery according to another embodiment of the present invention.
  • the secondary battery 200 includes an electrode assembly 210 and a first can 221 and a second can that accommodate the electrode assembly 210 therein. And a can 220 that includes 222 and an insulator 223 that insulates the overlapping portion between the first can 221 and the second can 222.
  • the secondary battery 200 according to another embodiment of the present invention further includes a matter of a welding pattern configuration for welding a specific can 220 and an electrode 213 when compared with the secondary battery according to the above-described embodiment. There is a difference. Therefore, in this embodiment, contents overlapping with one embodiment are briefly described, and the differences are described.
  • FIG. 9 is a front view exemplarily showing an unfolded state before winding up the first electrode in the secondary battery according to another embodiment of the present invention.
  • the electrode assembly 210 has an electrode 213 and a separator 214 aggregated and alternately stacked. To form.
  • the electrode assembly 210 may have a wound form.
  • the electrode 213 may include a first electrode 211 and a second electrode 212.
  • the first electrode 211 may include a first electrode current collector 211a and a first electrode active material 211b applied to the first electrode current collector 211a.
  • the first electrode 211 may include a first electrode non-coated portion 211c on which the first electrode active material 211b is not coated.
  • the second electrode 212 may include a second electrode current collector 212a and a second electrode active material 212b applied to the second electrode current collector 212a.
  • the second electrode 212 may include a second electrode non-coated portion 212c on which the second electrode active material 212b is not coated.
  • FIG. 10 is an enlarged perspective view of a portion of a secondary battery according to another embodiment of the present invention
  • FIG. 11 is a plan view of the secondary battery according to another embodiment of the present invention
  • FIG. 12 is a plan view illustrating a part of the first case in a secondary battery according to another embodiment of the present invention
  • FIG. 13 illustrates the concept of a welding pattern in a secondary battery according to another embodiment of the present invention. It is shown in the figure.
  • the can 220 includes a first can 221 and a second can formed with a receiving portion for receiving the electrode assembly 210 therein and opened in a mutually opposite direction. It may include (222).
  • first can 221 may be electrically connected to the first electrode 211
  • second can 222 may be electrically connected to the second electrode 212.
  • a first protruding connection portion 121b protruding in the direction of the electrode assembly 210 is formed in the first connection portion 221a of the first can 221, and the first electrode uncoated portion 211c is formed in the first protruding connection portion 221b. Can be connected.
  • a second protruding connection portion (not shown) protruding in the direction of the electrode assembly 210 may be formed at the second connection portion 222a, and the second electrode uncoated portion 212c may be connected to the second protruding connection portion.
  • the first protruding connection portion 221b and the second protruding connection portion are formed to be bent in the direction of the electrode assembly 210 to form a concave portion on the outer surface of the first can 221 and a convex portion on the inner surface of the can. You can.
  • the first electrode uncoated portion 211c may be welded and fixed to the first protruding connection portion 221b, and the second electrode uncoated portion 212c may be welded and fixed to the second protruding connection portion.
  • the first protruding connecting portion 221b is formed in a plurality of circular shapes having different diameters in a plan view on the first connecting portion 221a, but at an outer angle O of the first connecting portion 221a.
  • the first protrusion 221b-1, the second protrusion 221b-2, and the third protrusion 221b-3 may be sequentially formed in the winding center S direction.
  • the distance between the first protrusion 221b-1 and the second protrusion 221b-2 may be formed smaller than the distance between the second protrusion 221b-2 and the third protrusion 221b-3.
  • the first electrode connecting portion 211d of three parts spaced apart at a predetermined interval in the longitudinal direction L of the first electrode 211c from the first electrode non-coating portion 211c, respectively, includes a first protruding portion 221b-1, It may be connected to the second protrusion 221b-2 and the third protrusion 221b-3.
  • the first electrode connection portion 211d includes three portions of the first welding portion 211d-1, the second welding portion 211d-2, and the third welding portion 211d-3 spaced apart at regular intervals in the longitudinal direction L.
  • It may include, the first welding portion 211d-1, the second welding portion 211d-2 and the third welding portion 211d-3, respectively, the first protrusion 221b-1 and the second protrusion 221b- 2) and the third protrusion 221b-3.
  • the first welding part (211d-1) and the first welding part (211d-1) going from the portion located in the outer shell (O) to the portion located in the winding core (S)
  • the 2nd welding part 211d-2 and the 3rd welding part 211d-3 are sequentially provided, respectively, in the 1st protrusion part 221b-1, the 2nd protrusion part 221b-2, and the 3rd protrusion part 221b-3 It can be fixed by welding.
  • the movement path P of the charge and heat of the first electrode 211 may be directed to the first welding part 211d-1, the second welding part 211d-2, and the third welding part 211d-3.
  • the length of the first electrode 211 in the longitudinal direction (L) may be formed, for example, 3780mm.
  • the welding portion of the first welding portion 211d-1 and the first protruding portion 221b-1 is positioned at a distance of 10.3 mm from the winding center S in a plan view from the wound electrode assembly 110.
  • the welding portion of the second welding portion 211d-2 and the second protruding portion 221b-2 is positioned at a distance of 16.7 mm from the winding center S in a plan view from the wound electrode assembly 110, and 3
  • the welding portion of the welding portion 211d-3 and the third protruding portion 221b-3 may be positioned at a distance of 21.3 mm from the winding central portion S in a plan view from the wound electrode assembly 110.
  • the first electrode 211 is the first region S1 and the second region S2 which are regions in which the first electrode 211 is equally divided into three equal parts along the longitudinal direction L of the first electrode 211.
  • a third region S3, and the first welding portion 211d-1, the second welding portion 211d-2, and the third welding portion 211d-3 include a first region S1 and a second region ( S2), and the third region S3 may be located at each central portion.
  • the lengths of the first region S1, the second region S2, and the third region S3 may be equal to 1260 mm, respectively.
  • the distance (d1) between the first welding portion (211d-1) and the second welding portion (211d-2) is the second welding portion ( 211d-2) and the third welding portion 211d-3 may have the same distance d2.
  • the welding length w1 of the first welding portion 211d-1, the welding length w2 of the second welding portion 211d-2, and the welding length w3 of the third welding portion 211d-3 are the same. can do.
  • the welding length w1 of the first welding portion 211d-1, the welding length w2 of the second welding portion 211d-2, and the welding length w3 of the third welding portion 211d-3 may be formed identically to 200 to 300 mm.
  • the welding pattern A of the first welding portion 211d-1 and the first protrusion 221b-1 is formed in a straight shape
  • the second welding portion 211d-2 and the second The welding pattern B of the protruding portion 221b-2 is formed in a zigzag form
  • the welding pattern C of the third welding portion 211d-3 and the third protruding portion 221b-3 is the second welding portion ( 211d-2) and the second protrusions 221b-2 may be formed in a zigzag shape having a wider width than the zigzag welding pattern B.
  • the welding patterns A, B, and C are shown in a straight and zigzag form, but when referring to FIG. 11 showing the whole in plan view, the welding pattern A , B and C can form a circle as a whole. That is, the welding pattern A may form a circle in a straight shape, and the welding pattern B and the welding pattern C may form a circle in a zigzag form.
  • the first welding portion 211d-1, the second welding portion 211d-2 and the third welding portion 211d-3 of the first electrode connection portion 211d are the first protrusion portion 221b of the first protrusion connection portion 221b. -1), the second projection (221b-2), and the third projection (221b-3) having a uniform welding area, respectively, can be fixed. Therefore, it has a uniform contact area and can prevent the occurrence of electrode resistance and thermal deviation.
  • the welding pattern A of the first welding portion 211d-1 and the first protruding portion 221b-1 shown on the top view of the first connecting portion 221a is located at the outer shell O to form the largest circle.
  • the welding pattern B of the second welding portion 211d-2 and the second protrusion 221b-2 is the welding pattern A of the first welding portion 211d-1 and the first protrusion 221b-1.
  • the welding pattern C of the third welding part 211d-3 and the third protruding part 221b-3 is located in the winding center S in a plan view to form the smallest circle. . Accordingly, the length of each welding pattern is different, and this is caused by varying the width of each welding pattern so as to correspond to it to prevent problems that may cause uneven welding area and cause electrode resistance and thermal deviation. It can be made to have a welding area.
  • the welding length w1 of the first welding part 211d-1, the welding length w2 of the second welding part 211d-2, and the third welding part 211d-3 The welding lengths w3 are the same, but when the first electrode 211 is wound, the first welding portion 211d-1 is located at the outermost side, for example, once wound, the second welding portion 211d-2 is It is wound twice, and the third welding part 211d-3 can be wound three times. At this time, when the second welding part 211d-2 and the third welding part 211d-3 are welded by the width of one layer wound once of the first welding part 211d-1, the welding area becomes uneven.
  • the width of the welding pattern B should be formed to be wider than the width of the welding pattern A when the first welding portion 211d-1 is welded.
  • the area where -1) and the second welding part 211d-2 are actually welded becomes the same.
  • the width of the welding pattern C welded by the third welding part 211d-3 is made wider than the welding pattern B welded by the second welding part 211d-2 to have a uniform welding area. It may be possible to prevent the occurrence of electrode resistance and thermal deviation.
  • the welding pattern C of the third welding portion 211d-3 and the third protrusion 221b-3 is the welding pattern B of the second welding portion 211d-2 and the second protrusion 221b-2. It may be formed in a zigzag form having a width of more than twice.
  • the zigzag welding pattern B of the second welding portion 211d-2 and the second protruding portion 221b-2 has a zigzag angle ⁇ of 120 ° to 140 °, and a third welding part 211d
  • the zigzag welding pattern C of -3) and the third protrusion 221b-3 may have an angle (ß) of 80 ° to 100 °.
  • the first welding portion 211d-1, the second welding portion 211d-2, and the third welding portion 211d-3 are the first protrusions of the first electrode connection portion 211d ( 221b-1), the second protrusion 221b-2, and the third protrusion 221b-3 may each have a uniform welding area.
  • a second protruding connection portion (not shown) corresponding to the first protruding connection portion 221b formed in the first connecting portion 221a of the first can 221 also in the second connecting portion 222a of the second can 222 (not shown) ) May be formed.
  • the second electrode uncoated portion 212c of the second electrode 212 is formed on the second protruding connection portion formed on the second connecting portion 222a, and the first electrode of the first electrode 211 is uncovered on the first protruding connection portion 221b.
  • the part 211c has the same welding pattern as the welded form and can be welded and connected.
  • the secondary battery 200 according to another embodiment of the present invention configured as described above includes a first can 221, a second can 222, and a first electrode non-coated portion
  • the welding position and the welding pattern between the 211c and the second electrode uncoated portion 212c are uniformly formed to improve electrode resistance and thermal deviation.

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Abstract

본 발명은 이차전지에 관한 것으로, 본 발명에 따른 이차전지는, 제1 전극, 분리막, 제2 전극이 교대로 적층된 전극 조립체 및 상기 전극 조립체를 수용하는 캔을 포함하고, 상기 제1 전극은 상기 전극 활물질이 코팅되지 않는 제1 전극 무지부가, 상기 전극 조립체의 권취 중심축방향을 기준으로, 상기 분리막 보다 더 돌출되도록 일측 방향 단부에 위치되며, 상기 제2 전극은 상기 전극 활물질이 코팅되지 않는 제2 전극 무지부가, 상기 전극 조립체의 권취 중심축방향을 기준으로, 상기 분리막 보다 더 돌출되도록 타측 방향 단부에 위치되고, 상기 캔은 제1 캔 및 제2 캔을 포함하고, 상기 제1 전극 무지부는 상기 제1 캔의 일측 단부에 위치되는 제1 접속부에 접촉하고, 제2 전극 무지부는 상기 제2 캔의 타측 단부에 위치되는 제2 접속부에 접촉하며, 상기 제1 접속부 및 상기 제2 접속부 중 적어도 하나는 전극 조립체 방향으로 돌출된 형태의 돌출 접속부를 포함한다.

Description

이차전지
관련출원과의 상호인용
본 출원은 2018년 10월 05일자 한국특허출원 제10-2018-0118989호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국특허출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
기술분야
본 발명은 이차전지에 관한 것이다.
이차 전지는 일차 전지와는 달리 재충전이 가능하고, 또 소형 및 대용량화 가능성으로 인해 근래에 많이 연구 개발되고 있다. 모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차 전지의 수요가 급격하게 증가하고 있다.
이차 전지는 전지 케이스의 형상에 따라, 코인 셀, 원통형 셀, 각형 셀, 및 파우치형 셀로 분류된다. 이차 전지에서 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(Jelly-roll)형, 다수의 양극과 음극을 분리막이 개재된 상태에서 순차적으로 적층한 스택형, 및 스택형의 단위 셀들을 긴 길이의 분리 필름으로 권취한 스택/폴딩형으로 대략 분류할 수 있다. 이중 젤리 롤형 전극 조립체는 제조가 용이하면서도 중량당 에너지 밀도가 높은 장점을 가지고 있어 널리 사용되고 있다.
본 발명의 하나의 관점은 저항이 최소화되고, 방열 특성이 개선된 이차전지를 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명의 다른 관점은 캔과 전극을 용접 시 권취된 전극의 사행에 구애받지 않을 수 있는 이차전지를 제공하기 위한 것이다.
아울러, 본 발명의 또 다른 관점은 전극 저항 및 열 편차를 개선할 수 있는 이차전지를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 이차전지는, 제1 전극, 분리막, 제2 전극이 교대로 적층된 전극 조립체 및 상기 전극 조립체를 수용하는 캔을 포함하고, 상기 제1 전극은 상기 전극 활물질이 코팅되지 않는 제1 전극 무지부가, 상기 전극 조립체의 권취 중심축방향을 기준으로, 상기 분리막 보다 더 돌출되도록 일측 방향 단부에 위치되며, 상기 제2 전극은 상기 전극 활물질이 코팅되지 않는 제2 전극 무지부가, 상기 전극 조립체의 권취 중심축방향을 기준으로, 상기 분리막 보다 더 돌출되도록 타측 방향 단부에 위치되고, 상기 캔은 제1 캔 및 제2 캔을 포함하고, 상기 제1 전극 무지부는 상기 제1 캔의 일측 단부에 위치되는 제1 접속부에 접촉하고, 제2 전극 무지부는 상기 제2 캔의 타측 단부에 위치되는 제2 접속부에 접촉하며, 상기 제1 접속부 및 상기 제2 접속부 중 적어도 하나는 전극 조립체 방향으로 돌출된 형태의 돌출 접속부를 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 권취된 전극 조립체의 전극이 캔과 연결부재 없이 직접 연결될 수 있어 저항이 최소화되고, 방열 특성이 개선될 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 캔에 전극 조립체 방향으로 돌출된 돌출 접속부가 형성되어, 권취된 전극 조립체의 전극 무지부와 캔 사이의 용접 시, 권취된 전극의 사행에 구애 받지 않을 수 있다.
아울러, 본 발명에 따르면, 캔과 전극 무지부 사이의 용접 위치와 용접 패턴을 균일하게 형성시켜, 전극 저항 및 열 편차를 개선할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지를 나타낸 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지를 예시적으로 나타낸 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지를 나타낸 분해 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지에서 전극 조립체의 개념을 나타낸 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지에서 제1 캔의 일부를 절개하여 나타낸 사시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지를 절개한 일부를 확대하여 나타낸 사시도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차전지를 나타낸 사시도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차전지를 예시적으로 나타낸 단면도이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차전지에서 제1 전극을 권취하기 전 펼쳐진 상태를 예시적으로 나타낸 정면도이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차전지를 절개한 일부를 확대하여 나타낸 사시도이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차전지를 나타낸 평면도이다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차전지에서 제1 케이스의 일부를 예시적으로 나타낸 평면도이다.
도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차전지에서 용접패턴의 개념을 예시적으로 나타낸 도면이다.
본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고, 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련된 공지 기술에 대한 상세한 설명은 생략하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지를 나타낸 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지를 예시적으로 나타낸 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지(100)는 전극 조립체(110)와, 전극 조립체(110)를 내부에 수용하는 제1 캔(121) 및 제2 캔(122)을 포함하는 캔(120), 및 제1 캔(121) 및 제2 캔(122) 사이의 중첩 부분을 절연하는 절연체(123)를 포함한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지를 나타낸 분해 사시도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지에서 전극 조립체의 개념을 나타낸 사시도이다.
이하에서, 도 1 내지 도 7을 참조하여, 본 발명의 일 실시예인 이차전지에 대해 보다 상세히 설명하기로 한다.
도 2 내지 도 4를 참고하면, 전극 조립체(110)는 충방전이 가능한 발전소자로서, 전극(113)과 분리막(114)이 결집되어 교대로 적층된 구조를 형성한다. 여기서, 전극 조립체(110)는 권취된 형태를 가질 수 있다.
전극(113)은 제1 전극(111) 및 제2 전극(112)을 포함할 수 있다. 그리고, 분리막(114)은 제1 전극(111) 및 제2 전극(112)을 분리하여 전기적으로 절연시킨다. 여기서, 제1 전극(111) 및 제2 전극(112)은 시트(Sheet) 형태로 형성되어 분리막(114)과 함께 권취되고, 젤리 롤(Jelly roll) 형으로 형성될 수 있다. 이때, 전극 조립체(110)는 예를 들어 원기둥 형태로 권취될 수 있다.
한편, 제1 전극(111)은 양극으로 이루어지고, 제2 전극(112)은 음극으로 이루어질 수 있지만, 본 발명이 여기에 반드시 한정되는 것은 아니며, 제1 전극(111)은 음극으로 이루어지고, 제2 전극(112)은 양극으로 이루어질 수 있는 것은 물론이다.
제1 전극(111)은 제1 전극 집전체(111a) 및 제1 전극 집전체(111a)에 도포된 제1 전극 활물질(111b)을 포함할 수 있다. 그리고, 제1 전극(111)은 제1 전극 활물질(111b)이 코팅되지 않은 제1 전극 무지부(111c)를 포함할 수 있다. 여기서, 제1 전극 무지부(111c)는 전극 조립체(110)의 권취 중심축(S) 방향을 기준으로, 분리막(114) 보다 더 돌출되도록 일측 방향(S1) 단부에 위치될 수 있다.
그리고, 제1 전극(111)은 예를 들어 음극으로 이루어져, 음극 집전체(미도시) 및 음극 집전체에 도포된 음극 활물질(미도시)을 포함하고, 음극 활물질이 코팅되지 않은 음극 무지부가 형성될 수 있다.
음극 집전체는 예를 들어 구리(Cu) 또는 니켈(Ni) 재질로 이루어진 포일(foil)로 이루어질 수 있다. 음극 활물질은 예를 들어 인조흑연, 리튬금속, 리튬합금, 카본, 석유코크, 활성화 카본, 그래파이트, 실리콘 화합물, 주석 화합물, 티타늄 화합물 또는 이들의 합금으로 이루어질 수 있다. 이때, 음극 활물질은 예를 들어 비흑연계의 SiO(silica, 실리카) 또는 SiC(silicon carbide, 실리콘카바이드) 등이 더 포함되어 이루어질 수 있다.
제2 전극(112)은 제2 전극 집전체(112a) 및 제2 전극 집전체(112a)에 도포된 제2 전극 활물질(112b)을 포함할 수 있다. 그리고, 제2 전극(112)은 제2 전극 활물질(112b)이 코팅되지 않은 제2 전극 무지부(112c)를 포함할 수 있다. 여기서, 제2 전극 무지부(112c)는 전극 조립체(110)의 권취 중심축(S) 방향을 기준으로, 분리막(114) 보다 더 돌출되도록 타측 방향(S2) 단부에 위치될 수 있다.
여기서, 제2 전극(112)은 예를 들어 양극으로 이루어져, 양극 집전체(미도시) 및 양극 집전체에 도포된 양극 활물질(미도시)을 포함하고, 양극 활물질이 코팅되지 않은 양극 무지부가 형성될 수 있다.
양극 집전체는 예를 들어 알루미늄 재질의 포일(Foil)로 이루어질 수 있고, 양극 활물질은 예를 들어 리튬망간산화물, 리튬코발트산화물, 리튬니켈산화물, 리튬인산철, 또는 이들 중 1종 이상이 포함된 화합물 및 혼합물 등으로 이루어질 수 있다.
분리막(114)은 절연 재질로 이루어져 제1 전극(111) 및 제2 전극(112)과 교대로 적층된다. 여기서, 분리막(114)은 제1 전극(111) 및 제2 전극(112) 사이와, 제1 전극(111) 및 제2 전극(112)의 외측면에 위치될 수 있다. 이때, 분리막(114)은 전극 조립체(110)의 권취 시 폭방향으로 최외각에도 위치될 수 있다.
또한, 분리막(114)은 연성이 있는 재질로 이루어질 수 있다. 이때, 분리막(114)은 예를 들어 미다공성을 가지는 폴리에칠렌, 폴리프로필렌 등 폴리올레핀계 수지막으로 형성될 수 있다.
캔(120)은 전극 조립체(110)를 내부에 수용하는 수용부가 형성되고, 상호 마주보는 방향으로 개구된 통형으로 형성되는 제1 캔(121) 및 제2 캔(122)을 포함할 수 있다.
또한, 캔(120)은 전도성 재질로 형성될 수 있다. 여기서, 캔(120)은 금속을 포함하여 이루어질 수 있다. 여기서, 일례로, 제1 캔(121)은 알루미늄으로 이루어지고 제2 캔(122)은 스틸(Steel)로 이루어질 수 있다. 한편, 다른 예로 제1 캔(121)은 스틸으로 이루어지고 제2 캔(122)은 알루미늄으로 이루어질 수 있다. 이때, 구체적으로 예를 들어 양극에는 알루미늄으로 이루어진 캔이 접속되고, 음극에는 스틸로 이루어진 캔이 접속될 수 있다.
또한, 제1 캔(121)은 제1 전극(111)과 전기적으로 접속되고, 제2 캔(122)은 제2 전극(112)과 전기적으로 접속될 수 있다. 이때, 제1 캔(121)은 제1 전극(111)의 단부와 직접 접촉되어 제1 전극 단자를 형성하고, 제2 캔(122)은 제2 전극(112)의 단부와 직접 접촉되어 제2 전극 단자를 형성할 수 있다.
하나의 경우를 정하여 설명하자면, 제1 전극(111)이 양극인 경우 제1 전극(111)의 단부가 접촉하는 제1 캔(121)은 양극 단자를 형성하고, 이때 제1 캔(121)은 알루미늄으로 이루어 질 수 있다. 그리고 이 경우, 제2 전극(112)이 음극이 되고 제2 전극(112)의 단부가 접촉하는 제2 캔(122)은 음극 단자를 형성하며, 이때 제2 캔(122)은 스틸로 이루어 질 수 있다.
그리고, 제1 캔(121) 및 제2 캔(122)은 상호 대응되는 형태로 형성될 수 있다.
또한, 제1 캔(121) 및 제2 캔(122)은 상호 마주보는 방향으로 개구된 원통형으로 형성되고, 제1 캔(121)의 내주면은 제2 캔(122)의 외주면 보다 크게 형성되어, 제2 캔(122)이 제1 캔(121)에 삽입될 수 있다.
제1 캔(121)은 타측 단부에 타측 방향(S2)으로 개구된 제1 개구부(121d)가 형성되고, 제2 캔(122)은 일측 단부에 일측 방향(S1)으로 개구된 제2 개구부(미도시)가 형성될 수 있다. 이때, 제2 캔(122)의 타측 방향(S2)에 위치된 제2 접속부(122a)는 제2 캔(122)이 제1 캔(121)에 삽입 된 이후에도 제1 캔(121)의 외부에 위치될 수 있다.
아울러, 제 1 전극(111)의 일측 단부는 제1 접속부(121a)에 접속되고, 제2 전극(112)의 타측 단부는 제2 접속부(122a)에 접속될 수 있다. 여기서, 예를 들어 제1 전극(111)의 제1 전극 무지부(111c)가 제1 접속부(121a)에 직접 접촉되고, 제2 전극(112)의 제2 전극 무지부(112c)는 제2 접속부(122a)에 직접 접촉될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지에서 제1 캔의 일부를 절개하여 나타낸 사시도이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지를 절개한 일부를 확대하여 나타낸 사시도이다.
도 2, 도 5 및 도 6을 참고하면, 돌출 접속부는 예를 들어 제1 접속부(121a) 및 상기 제2 접속부(122a) 중 적어도 하나에 전극 조립체(110) 방향으로 돌출된 형태로 형성될 수 있다.
보다 상세히, 제1 캔(121)의 제1 접속부(121a)에는 전극 조립체(110) 방향으로 돌출된 제1 돌출 접속부(121b)가 형성되어, 제1 돌출 접속부(121b)에 제1 전극 무지부(111c)가 접속될 수 있다. 그리고, 제2 접속부(122a)에는 전극 조립체(110) 방향으로 돌출된 제2 돌출 접속부(미도시)가 형성되어, 제2 돌출 접속부에 제2 전극 무지부(112c)가 접속될 수 있다. 여기서, 제2 돌출 접속부는 제1 돌출 접속부(121b)에 대응되는 형태로 형성될 수 있다.
또한, 제1 돌출 접속부(121b) 및 제2 돌출 접속부는 전극 조립체(110) 방향으로 벤딩(Bending)되어 들어간 형태로 형성되어, 제1 캔(121)의 외면에서는 오목부를 형성하고, 제1 캔(121)의 내면에서는 볼록부를 형성할 수 있다.
아울러, 제1 돌출 접속부(121b)에 제1 전극 무지부(111c)가 용접되어 고정되고, 제2 돌출 접속부에 제2 전극 무지부(112c)가 용접되어 고정될 수 있다.
그리고, 제1 돌출 접속부(121b)는 제1 접속부(121a)에 평면도 상으로 지름이 상이한 다수개의 원 형태로 형성되되, 제1 접속부(121a)의 외각에서 중심부 방향으로 제1 돌출부(121b-1)와, 제2 돌출부(121b-2) 및 제3 돌출부(121b-3)가 차례로 형성될 수 있다.
한편, 제2 캔(122)의 제2 접속부(122a)에도 제1 캔(121)의 제1 접속부(121a)에 형성된 제1 돌출 접속부(121b)와 대응되는 형태의 제2 돌출 접속부(미도시)가 형성될 수 있다. 이때, 제2 접속부(122a)에 형성된 제2 돌출 접속부에 제2 전극(112)의 제2 전극 무지부(112c)가 접속되도록 용접될 수 있다.
도 2를 참고하면, 절연체(123)는 절연 재질을 포함하여 제1 캔(121) 및 제2 캔(122) 사이의 중첩 부분을 절연할 수 있다.
아울러, 절연체(123)는 절연성 고분자를 포함할 수 있다. 이때, 절연성 고분자는 예를 들어 폴리머(polymer) 일 수 있다.
도 2 및 도 6을 참고하면, 상기와 같이 구성된 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지(100)는 권취된 전극 조립체(110)의 제1 전극(111) 및 제2 전극(112)이 제1 캔(121) 및 제2 캔(122)과 연결부재 없이 직접 연결될 수 있어 저항이 최소화되고, 방열 특성이 개선될 수 있다. 또한, 캔(120)에 전극 조립체(110) 방향으로 돌출된 돌출 접속부가 형성되어, 권취된 전극 조립체(110)의 제1 전극 무지부(111c) 및 제2 전극 무지부(112c)와 제1 캔(121) 및 제2 캔(122) 사이의 용접 시, 권취된 제1 전극(111) 및 제2 전극(112)의 사행에 구애 받지 않을 수 있다(사행은 권취 시 고르게 말리지 않고 경사지게 말리는 것을 의미). 즉, 전극 권취시 통상적으로 어느 정도는 사행이 발생할 수 있는데, 이렇게 사행이 발생하면 전극 무지부와 캔 사이에 용접 시 접촉이 안되는 부분이 발생하게 된다. 본원발명은 캔에 돌출 접속부를 형성함으로써, 전극 권취 시 사행이 일부 발생한 경우라도 전극 무지부와 캔이 서로 잘 접촉하도록 할 수 있다. 그에 따라 충분한 용접이 가능하다. 도 6은 돌출 접속부가 있는 곳에서 제1 전극 무지부가 벤딩됨으로써 캔 내면에 잘 접촉되는 모습을 도시하고 있다.
이하에서는 다른 실시예에 따른 이차전지를 설명하기로 한다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차전지를 나타낸 사시도이고, 도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차전지를 예시적으로 나타낸 단면도이다.
도 7 및 도 8을 참고하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차전지(200)는 전극 조립체(210)와, 전극 조립체(210)를 내부에 수용하는 제1 캔(221) 및 제2 캔(222)을 포함하는 캔(220), 및 제1 캔(221) 및 제2 캔(222) 사이의 중첩 부분을 절연하는 절연체(223)를 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 이차전지(200)는 전술한 일 실시예에 따른 이차전지와 비교할 때, 구체적인 캔(220)과 전극(213)을 용접하는 용접패턴 구성에 대한 사항을 더 포함하는 차이가 있다. 따라서, 본 실시예는 일 실시예와 중복되는 내용은 간략히 기술하고, 차이점을 중심으로 기술하도록 한다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차전지에서 제1 전극을 권취하기 전 펼쳐진 상태를 예시적으로 나타낸 정면도이다.
보다 구체적으로, 도 8 및 도 9를 참고하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차전지(200)에서 전극 조립체(210)는 전극(213)과 분리막(214)이 결집되어 교대로 적층된 구조를 형성한다. 여기서, 전극 조립체(210)는 권취된 형태를 가질 수 있다.
전극(213)은 제1 전극(211) 및 제2 전극(212)을 포함할 수 있다.
제1 전극(211)은 제1 전극 집전체(211a) 및 제1 전극 집전체(211a)에 도포된 제1 전극 활물질(211b)을 포함할 수 있다. 그리고, 제1 전극(211)은 제1 전극 활물질(211b)이 코팅되지 않은 제1 전극 무지부(211c)를 포함할 수 있다.
제2 전극(212)은 제2 전극 집전체(212a) 및 제2 전극 집전체(212a)에 도포된 제2 전극 활물질(212b)을 포함할 수 있다. 그리고, 제2 전극(212)은 제2 전극 활물질(212b)이 코팅되지 않은 제2 전극 무지부(212c)를 포함할 수 있다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차전지를 절개한 일부를 확대하여 나타낸 사시도이고, 도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차전지를 나타낸 평면도이다. 또한, 도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차전지에서 제1 케이스의 일부를 예시적으로 나타낸 평면도이고, 도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차전지에서 용접패턴의 개념을 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 8 및 도 10을 참고하면, 캔(220)은 전극 조립체(210)를 내부에 수용하는 수용부가 형성되고, 상호 마주보는 방향으로 개구된 통형으로 형성되는 제1 캔(221) 및 제2 캔(222)을 포함할 수 있다.
여기서, 제1 캔(221)은 제1 전극(211)과 전기적으로 접속되고, 제2 캔(222)은 제2 전극(212)과 전기적으로 접속될 수 있다.
제1 캔(221)의 제1 접속부(221a)에는 전극 조립체(210) 방향으로 돌출된 제1 돌출 접속부(121b)가 형성되어, 제1 돌출 접속부(221b)에 제1 전극 무지부(211c)가 접속될 수 있다. 그리고, 제2 접속부(222a)에는 전극 조립체(210) 방향으로 돌출된 제2 돌출 접속부(미도시)가 형성되어, 제2 돌출 접속부에 제2 전극 무지부(212c)가 접속될 수 있다.
제1 돌출 접속부(221b) 및 제2 돌출 접속부는 전극 조립체(210) 방향으로 벤딩되어 들어간 형태로 형성되어, 제1 캔(221)의 외면에서는 오목부를 형성하고, 캔의 내면에서는 볼록부를 형성할 수 있다.
제1 돌출 접속부(221b)에 제1 전극 무지부(211c)가 용접되어 고정되고, 제2 돌출 접속부에 제2 전극 무지부(212c)가 용접되어 고정될 수 있다.
도 9 내지 도 11을 참고하면, 제1 돌출 접속부(221b)는 제1 접속부(221a)에 평면도 상으로 지름이 상이한 다수개의 원 형태로 형성되되, 제1 접속부(221a)의 외각(O)에서 권취 중심부(S) 방향으로 제1 돌출부(221b-1)와, 제2 돌출부(221b-2) 및 제3 돌출부(221b-3)가 차례로 형성될 수 있다.
그리고, 제1 돌출부(221b-1) 및 제2 돌출부(221b-2) 사이의 간격은 제2 돌출부(221b-2) 및 제3 돌출부(221b-3) 사이의 간격 보다 작게 형성 될 수 있다.
여기서, 제1 전극 무지부(211c)에서 제1 전극(211)의 길이방향(L)으로 일정간격 이격된 3부분의 제1 전극 접속부(211d)가 각각 제1 돌출부(221b-1)와, 제2 돌출부(221b-2) 및 제3 돌출부(221b-3)에 접속될 수 있다. 구체적으로 제1 전극 접속부(211d)는 길이방향(L)으로 일정간격 이격된 3부분의 제1 용접부(211d-1), 제2 용접부(211d-2) 및 제3 용접부(211d-3)를 포함할 수 있고, 제1 용접부(211d-1), 제2 용접부(211d-2) 및 제3 용접부(211d-3)가 각각 각각 제1 돌출부(221b-1)와, 제2 돌출부(221b-2) 및 제3 돌출부(221b-3)에 접속될 수 있다.
또한, 제1 전극(211)의 길이방향(L)을 따라 권취 시, 외각(O)에 위치되는 부분에서 권취 중심부(S)에 위치된 부분으로 가면서 제1 용접부(211d-1)와, 제2 용접부(211d-2) 및 제3 용접부(211d-3)가 차례로 구비되어, 제1 돌출부(221b-1), 제2 돌출부(221b-2), 및 제3 돌출부(221b-3)에 각각 용접되어 고정될 수 있다.
그리고, 제1 전극(211)의 전하 및 열의 이동 경로(P)는 제1 용접부(211d-1)와, 제2 용접부(211d-2) 및 제3 용접부(211d-3) 방향으로 향할 수 있다. 여기서, 제1 전극(211)의 길이방향(L)의 길이는 예를 들어 3780mm로 형성될 수 있다. 이때, 예를 들어 제1 용접부(211d-1)와 제1 돌출부(221b-1)의 용접 부분은 권취된 전극 조립체(110)에서 평면도 상으로 권취 중심부(S)에서 10.3mm 이격된 거리에 위치되고, 제2 용접부(211d-2)와 제2 돌출부(221b-2)의 용접 부분은 권취된 전극 조립체(110)에서 평면도 상으로 권취 중심부(S)에서 16.7mm 이격된 거리에 위치되며, 제3 용접부(211d-3) 및 제3 돌출부(221b-3)의 용접 부분은 권취된 전극 조립체(110)에서 평면도 상으로 권취 중심부(S)에서 21.3mm 이격된 거리에 위치될 수 있다.
아울러, 제1 전극(211)은 제1 전극(211)의 길이방향(L)을 따라 제1 전극(211)이 균등하게 3등분 된 영역인 제1 영역(S1), 제2 영역(S2), 및 제3 영역(S3)을 포함하고, 제1 용접부(211d-1), 제2 용접부(211d-2) 및 제3 용접부(211d-3)는 제1 영역(S1), 제2 영역(S2), 및 제3 영역(S3)에서 각각의 중앙부에 위치할 수 있다. 여기서, 예를 들어 제1 영역(S1), 제2 영역(S2), 및 제3 영역(S3)의 길이는 각각 1260mm로 동일하게 형성될 수 있다.
그리고, 제1 전극(211)의 권취 전 펼쳐진 상태를 도시하는 도 9를 참조하면, 제1 용접부(211d-1)와 제2 용접부(211d-2) 사이의 간격(d1)은 제2 용접부(211d-2)와 제3 용접부(211d-3) 사이의 간격(d2)과 동일할 수 있다. 이때, 제1 용접부(211d-1)의 용접길이(w1), 제2 용접부(211d-2)의 용접길이(w2), 및 제3 용접부(211d-3)의 용접길이(w3)는 서로 동일할 수 있다. 여기서, 예를 들어 제1 용접부(211d-1)의 용접길이(w1), 제2 용접부(211d-2)의 용접길이(w2), 및 제3 용접부(211d-3)의 용접길이(w3)는 각각 200~300mm로 동일하게 형성될 수 있다.
이와 같이 균등하게 형성될 경우, 균형잡히고 원활한 전하이동 또는 균형잡히고 원활한 열의 이동이 가능할 수 있다.
도 9 내지 도 13을 참고하면, 제1 용접부(211d-1)와 제1 돌출부(221b-1)의 용접패턴(A)은 일자 형태로 형성되고, 제2 용접부(211d-2)와 제2 돌출부(221b-2)의 용접패턴(B)은 지그재그(ZigZag) 형태로 형성되고, 제3 용접부(211d-3)와 제3 돌출부(221b-3)의 용접패턴(C)은 제2 용접부(211d-2)와 제2 돌출부(221b-2)의 지그재그 용접패턴(B) 보다 넓은 폭을 가지는 지그재그 형태로 형성될 수 있다. 참고로, 부분 확대한 도 12 및 도 13을 참조할 때는 용접패턴 A,B,C는 일자 형 및 지그재그 형태로 도시되어 있지만, 평면도 상으로 전체를 도시한 도 11을 참조할 때, 용접패턴 A,B,C는 전체적으로는 원을 형성할 수 있다. 즉, 용접패턴 A는 일자형으로 원을 형성하고, 용접패턴 B 및 용접패턴 C는 지그재그 형태로 원을 형성할 수 있다.
결국, 제1 전극 접속부(211d)의 제1 용접부(211d-1), 제2 용접부(211d-2) 및 제3 용접부(211d-3)가 제1 돌출 접속부(221b)의 제1 돌출부(221b-1), 제2 돌출부(221b-2), 및 제3 돌출부(221b-3)에 각각 균일한 용접면적을 갖으며 고정될 수 있다. 따라서, 균일한 접촉면적을 갖게 되어 전극 저항 및 열 편차 발생을 방지할 수 있다.
보다 상세히, 제1 접속부(221a)의 평면도 상으로 나타난 제1 용접부(211d-1)와 제1 돌출부(221b-1)의 용접패턴(A)은 외각(O)에 위치되어 가장 큰 원을 형성하고, 제2 용접부(211d-2)와 제2 돌출부(221b-2)의 용접패턴(B)은 제1 용접부(211d-1)와 제1 돌출부(221b-1)의 용접패턴(A)에 비해 작은 원을 형성하며, 제3 용접부(211d-3)와 제3 돌출부(221b-3)의 용접패턴(C)은 평면도 상으로 권취 중심부(S)에 위치되어 가장 작은 원을 형성할 수 있다. 이에 따라, 각각의 용접패턴의 길이는 상이하며, 이는 불균일한 용접면적을 유발하여 전극 저항 및 열 편차를 발생시킬 수 있는 문제를 방지하기 위해 각각의 용접패턴의 폭을 이에 대응되도록 다르게 하여 균일한 용접면적을 갖도록 할 수 있다.
참고로, 제1 전극(211)에서 제1 용접부(211d-1)의 용접길이(w1), 제2 용접부(211d-2)의 용접길이(w2), 및 제3 용접부(211d-3)의 용접길이(w3)는 서로 동일하지만, 제1 전극(211)이 권취되었을 때 제1 용접부(211d-1)는 최외측에 위치되어 예를 들어 한번 감긴다면, 제2 용접부(211d-2)는 2번 감기고, 제3 용접부(211d-3)는 3번 감길 수 있다. 이때, 제1 용접부(211d-1)의 한번 감긴 한 겹의 폭 만큼 제2 용접부(211d-2) 및 제3 용접부(211d-3)를 용접하면 용접면적이 불균일하게 된다. 따라서, 제2 용접부(211d-2)를 용접 시 용접패턴(B)의 폭을 제1 용접부(211d-1)를 용접할때의 용접패턴(A)의 폭 보다 넓게 형성시켜야 제1 용접부(211d-1)와 제2 용접부(211d-2)가 실제로 용접되는 면적이 같게 된다. 이와 같은 취지로 제2 용접부(211d-2)를 용접하는 용접패턴(B) 보다 제3 용접부(211d-3)의 용접 하는 용접패턴(C)의 폭을 넓게 형성시켜 균일한 용접면적을 갖도록 하여 전극 저항 및 열 편차 발생을 방지하는 가능할 수 있다.
일 예로, 제3 용접부(211d-3)와 제3 돌출부(221b-3)의 용접패턴(C)은 제2 용접부(211d-2)와 제2 돌출부(221b-2)의 용접패턴(B) 보다 2배 이상을 폭을 가지는 지그재그 형태로 형성 될 수 있다.
여기서, 예를 들어 제2 용접부(211d-2)와 제2 돌출부(221b-2)의 지그재그 용접패턴(B)은 지그재그로 꺾이는 각도(α)가 120°~140°이고, 제3 용접부(211d-3)와 제3 돌출부(221b-3)의 지그재그 용접패턴(C)은 지그재그로 꺾이는 각도(ß)가 80°~100°일 수 있다. 상기의 용접패턴의 수치 한정 조건을 만족하면 제1 용접부(211d-1), 제2 용접부(211d-2) 및 제3 용접부(211d-3)가 제1 전극 접속부(211d)의 제1 돌출부(221b-1), 제2 돌출부(221b-2), 및 제3 돌출부(221b-3)에 각각 균일한 용접면적을 갖을 수 있다.
한편, 제2 캔(222)의 제2 접속부(222a)에도 제1 캔(221)의 제1 접속부(221a)에 형성된 제1 돌출 접속부(221b)와 대응되는 형태의 제2 돌출 접속부(미도시)가 형성될 수 있다. 이때, 제2 접속부(222a)에 형성된 제2 돌출 접속부에 제2 전극(212)의 제2 전극 무지부(212c)가 제1 돌출 접속부(221b)에 제1 전극(211)의 제1 전극 무지부(211c)가 용접된 형태와 동일한 용접패턴을 갖으며 용접되어 접속될 수 있다.
도 8, 도 10, 및 도 12를 참고하면, 상기와 같이 구성된 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차전지(200)는 제1 캔(221) 및 제2 캔(222)과 제1 전극 무지부(211c) 및 제2 전극 무지부(212c) 사이의 용접 위치와 용접 패턴을 균일하게 형성시켜, 전극 저항 및 열 편차를 개선할 수 있다.
이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명에 따른 이차전지는 이에 한정되지 않는다. 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 실시가 가능하다고 할 것이다.
또한, 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.

Claims (15)

  1. 제1 전극, 분리막, 제2 전극이 교대로 적층된 전극 조립체; 및
    상기 전극 조립체를 수용하는 캔을 포함하고,
    상기 제1 전극은 상기 전극 활물질이 코팅되지 않는 제1 전극 무지부가, 상기 전극 조립체의 권취 중심축방향을 기준으로, 상기 분리막 보다 더 돌출되도록 일측 방향 단부에 위치되며,
    상기 제2 전극은 상기 전극 활물질이 코팅되지 않는 제2 전극 무지부가, 상기 전극 조립체의 권취 중심축방향을 기준으로, 상기 분리막 보다 더 돌출되도록 타측 방향 단부에 위치되고,
    상기 캔은 제1 캔 및 제2 캔을 포함하고,
    상기 제1 전극 무지부는 상기 제1 캔의 일측 단부에 위치되는 제1 접속부에 접촉하고, 제2 전극 무지부는 상기 제2 캔의 타측 단부에 위치되는 제2 접속부에 접촉하며,
    상기 제1 접속부 및 상기 제2 접속부 중 적어도 하나는 전극 조립체 방향으로 돌출된 형태의 돌출 접속부를 포함하는 이차전지.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 접속부에는 상기 전극 조립체 방향으로 돌출된 제1 돌출 접속부가 형성되어, 상기 제1 돌출 접속부에 상기 제1 전극 무지부가 접속되고,
    상기 제2 접속부에는 상기 전극 조립체 방향으로 돌출된 제2 돌출 접속부가 형성되어, 상기 제2 돌출 접속부에 상기 제2 전극 무지부가 접속되는 이차전지.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 제1 돌출 접속부 및 상기 제2 돌출 접속부는 상기 전극 조립체 방향으로 벤딩되어 들어간 형태로 형성되어,
    상기 캔의 외면에서는 오목부를 형성하고, 상기 캔의 내면에서는 볼록부를 형성하는 이차전지.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 제1 돌출 접속부에 상기 제1 전극 무지부가 용접되어 고정되고,
    상기 제2 돌출 접속부에 상기 제2 전극 무지부가 용접되어 고정되는 이차전지.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 제1 돌출 접속부는 상기 제1 접속부에 평면도 상으로 지름이 상이한 다수개의 원 형태로 형성되되, 상기 제1 접속부의 외각에서 중심부 방향으로 제1 돌출부와, 제2 돌출부 및 제3 돌출부가 차례로 형성되는 이차전지.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 제1 전극 무지부에서 상기 제1 전극의 길이방향으로 일정간격 이격된 3부분의 제1 전극 접속부가 각각 상기 제1 돌출부와, 상기 제2 돌출부 및 상기 제3 돌출부에 접속되는 이차전지.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 제1 전극 접속부는, 상기 제1 전극의 길이방향을 따라 권취 시, 외각에 위치되는 부분에서 중심부로 가면서 제1 용접부와, 제2 용접부 및 제3 용접부가 차례로 구비되어, 상기 제1 돌출부, 상기 제2 돌출부, 및 상기 제3 돌출부에 각각 용접되어 고정되는 이차전지.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 제1 용접부와 상기 제1 돌출부의 용접패턴은 일자 형태로 형성되고, 상기 제2 용접부와 상기 제2 돌출부의 용접패턴은 지그재그 형태로 형성되고, 상기 제3 용접부와 상기 제3 돌출부의 용접패턴은 상기 제2 용접부와 상기 제2 돌출부의 지그재그 용접패턴 보다 넓은 폭을 가지는 지그재그 형태로 형성되는 이차전지.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 제3 용접부와 상기 제3 돌출부의 용접패턴은 상기 제2 용접부와 상기 제2 돌출부의 용접패턴 보다 2배 이상을 폭을 가지는 지그재그 형태로 형성되는 이차전지.
  10. 청구항 8에 있어서,
    제2 용접부와 상기 제2 돌출부의 지그재그 용접패턴은 지그재그로 꺾이는 각도가 120°~140° 이고,
    제3 용접부와 상기 제3 돌출부의 지그재그 용접패턴은 지그재그로 꺾이는 각도가 80°~100°인 이차전지.
  11. 청구항 7에 있어서,
    상기 제1 돌출부 및 상기 제2 돌출부 사이의 간격은 상기 제2 돌출부 및 상기 제3 돌출부 사이의 간격 보다 작게 형성되는 이차전지.
  12. 청구항 7에 있어서,
    제1 전극은 상기 제1 전극의 길이방향을 따라 상기 제1 전극이 균등하게 3등분 된 영역인 제1 영역, 제2 영역, 및 제3 영역을 포함하고,
    제1 용접부, 제2 용접부 및 제3 용접부는 제1 영역, 제2 영역, 및 제3 영역 각각의 중앙부에 위치하는 이차전지.
  13. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 캔 및 상기 제2 캔은 상호 마주보는 방향으로 개구된 원통형으로 형성되고,
    상기 제1 캔의 외주면은 상기 제2 캔의 내주면 보다 크게 형성되어, 상기 제2 캔이 상기 제1 캔에 삽입되는 이차전지.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 제1 캔은 타측 단부에 타측 방향으로 개구된 제1 개구부가 형성되고,
    상기 제2 캔은 일측 단부에 일측 방향으로 개구된 제2 개구부가 형성되는 이차전지.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 제2 접속부는 상기 제2 캔이 상기 제1 캔에 삽인 된 이후에도 상기 제1 캔의 외부에 위치되는 이차전지.
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