JP6269679B2 - 電極組立体及びこれを含む二次電池 - Google Patents
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Description
本発明は、電極組立体及びこれを含む二次電池に関し、より詳細には、安定性が向上された電極組立体及びこれを含む二次電池に関する。
本出願は、２０１３年９月２５日に出願された韓国特許出願第１０-２０１３-０１１４００２号に基づく優先権を主張し、当該出願の明細書及び図面に開示された全ての内容は本出願に援用される。
電気及び電子技術の発達で小さく軽いながらも多様な機能を有する携帯型電子機器の使用が急速に増加している。携帯型電子機器の動作のための電源供給装置としてバッテリー(Battery)が一般に用いられるが、充電して再利用できる二次電池が主に用いられている。
このような二次電池は、化石燃料の使用を画期的に減らすことができるとの一次的なメリットだけでなく、エネルギーの使用に伴う副産物が全く生じないとの点で環境にやさしく、エネルギー効率を高めるための新たなエネルギー源として注目されている。二次電池は、正極、負極、及び前記正極と負極との間に介在され、前記正極と負極を絶縁する分離膜を含む電極組立体を備えている。
本発明の目的は、安定性を向上させることができる電極組立体及びこれを含む二次電池を提供することにある。
本発明の技術的課題は、以上で述べた技術的課題に限定されず、言及されていないまた他の技術的課題は、以下の記載から当業者に明確に理解され得るはずである。
本発明の一実施例に係る電極組立体は、一側面の端部に第１電極タブを有する第１電極板、前記第１電極タブの長手方向と同じ方向に形成され、前記第１電極タブとオーバーラップされない位置に形成される第２電極タブと、前記第１電極タブとオーバーラップされる位置に形成される突出部とを有する第２電極板、及び前記第１電極板と第２電極板とを絶縁させる分離膜を含む。
一実施例で、前記第１電極板の面積は、前記第２電極板の面積と同じか、前記第２電極板の面積よりも小さくてよい。
一実施例で、前記第１電極板の少なくとも一つの表面には第１電極活物質がコーティングされ、前記第１電極タブは、前記第１電極活物質がコーティングされた前記第１電極板の表面から延長される表面に前記長手方向に沿って所定長さだけ前記第１電極活物質がコーティングされ得る。
一実施例で、前記突出部は、前記所定長さに対応する地点まで前記第２電極板から突出され得る。
一実施例で、前記第２電極板の少なくとも一つの表面には第２電極活物質がコーティングされ、前記突出部は、前記第２電極活物質がコーティングされた前記第２電極板の表面から延長される表面に前記所定長さに対応する地点まで前記第２電極活物質でコーティングされ得る。
一実施例で、前記突出部の幅は、前記第１電極タブの幅と同一であってよい。
本発明の一実施例に係る二次電池は、電極組立体、及び前記電極組立体を収容するパウチを含み、前記電極組立体は、一側面の端部に第１電極タブを有する第１電極板、前記第１電極タブの長手方向と同じ方向に形成され、前記第１電極タブとオーバーラップされない位置に形成される第２電極タブと、前記第１電極タブとオーバーラップされる位置に形成される突出部とを有する第２電極板、及び前記第１電極板と第２電極板とを絶縁させる分離膜を含む。
一実施例で、前記第１電極板の少なくとも一つの表面には第１電極活物質がコーティングされ、前記第１電極タブは、前記長手方向に沿って所定長さだけ前記第１電極活物質でコーティングされ得る。
一実施例で、前記突出部は、前記所定長さに対応する地点まで前記第２電極板から突出され得る。
本発明の一実施例に係る電極組立体及びこれを含む二次電池は、安定性を向上させることができる。
より具体的に、本発明の一実施例に係る電極組立体及びこれを含む二次電池は、分離膜へのリチウムイオンの蓄積を防ぎ、二次電池の安定性を向上させることができる。
以下、本発明の一部の実施例を例示的な図を介して詳細に説明する。各図の構成要素等に参照符号を付加するのにおいて、同じ構成要素に対しては、たとえ別の図上に表示されたとしても、可能な限り同じ符号を有するようにしていることに留意しなければならない。また、本発明の実施例を説明するにあたり、関連された公知構成または機能に対する具体的な説明が、本発明の実施例に対する理解を妨げると判断される場合には、その詳細な説明は省略する。
また、本発明の実施例の構成要素を説明するにあたって、第１、第２、A、B、(a)、(b)などの用語を用いることができる。このような用語は、その構成要素を他の構成要素と区別するためのものであるだけで、その用語により当該構成要素の本質や順番または順序などが限定されない。ある構成要素が他の構成要素に「連結」、「結合」または「接続」されると記載された場合、その構成要素は、その他の構成要素に直接的に連結されたり接続され得るが、各構成要素間にまた他の構成要素が「連結」、「結合」または「接続」され得るとも理解されなければならない。
図１は、本発明の一実施例に係る電極組立体の一部分を示した図である。図２は、図１に示された正極板及び負極板を示した図である。図３は、本発明の一実施例に係る電極組立体を分解して示した図である。
まず、図１に示す通り、正極板１１０は、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなされ得る。正極板１１０の両表面１１６、１１８のうち少なくとも一つの表面上には正極活物質層１１２がコーティングされ得る。以下では、正極板１１０の両表面のうち負極板１２０方向の表面に正極活物質層１１２がコーティングされるものと仮定される。正極活物質層１１２は、例えば、LTO(Lithium Titanium Oxide)を含むことができる。正極板１１０の一側面の端部には、正極タブ１１４が配置され得る。
負極板１２０は、銅または銅合金からなされ得る。負極板１２０の両表面１２６、１２８のうち少なくとも一つの表面上には、負極活物質層１２２がコーティングされ得る。以下では、負極板１２０の両表面のうち正極板１１０方向の表面に負極活物質層１２２がコーティングされるものと仮定される。負極活物質層１２２は、リチウムイオンをインターカレーション及びジインターカレーションすることができる負極活物質を含み、このような負極活物質としては、結晶質または非晶質の炭素または炭素複合体の炭素系負極活物質が用いられ得る。しかし、本発明で負極活物質は、前述した負極活物質の種類に限定されるものではない。
負極板１２０の一側面の端部には、負極タブ１２４が配置され得る。負極タブ１２４は、正極板１１０の正極タブ１１４と同じ方向に形成され得る。負極タブ１２４は、正極タブ１１４とオーバーラップされない位置に形成され得る。また、負極板１２０の前記一側面の端部には、負極タブ１２４と離隔され、正極タブ１１４とオーバーラップされる位置に突出部１２５が形成され得る。突出部１２５は例えば、正極タブ１１４と折り重なる位置に形成され得る。突出部１２５は例えば、負極板１２０を製造するためのノッチング(notching)時にノッチ金型やノッチパターン(ex.レーザーノッチング時)を変更することによって形成され得る。
分離膜１３０は、正極板１１０と負極板１２０との間に介在され、正極板１１０と負極板１２０とを絶縁させることができる。分離膜１３０は例えば、不織布からなされ得る。分離膜１３０は例えば、ポリエチレン(polyethylene)、ポリプロピレン(polypropylene)、ポリビニリデンフルオライド(polyvinylidene fluoride)、ポリエチレンオキシド(polyethylene oxide)、ポリアクリロニトリル(polyacrylonitrile)及びポリビニリデンフルオライドヘキサフルオロプロピレン(polyvinylidene fluoride hexafluoropropylene)のいずれかを含んで構成され得る。
一方、分離膜１３０は、図１に示す通り、正極板１１０と負極板１２０との間に介在されるだけでなく、電極組立体１００の最外郭に位置する正極板１１０または負極板１２０を覆って絶縁することにより、正極板１１０と負極板１２０との間を絶縁するだけでなく、電極組立体１００を他の素子と絶縁するように構成されてもよい。
図２に示す通り、正極板１１０の面積は、負極板１２０の面積と同じか、それより小さくてよい。以下では、正極板１１０の面積は、負極板１２０の面積より小さいものと仮定される。
正極タブ１１４は、正極活物質層１１２がコーティングされた正極板１１０の表面から延長される表面に長手方向に沿って所定長さだけ正極活物質層１１２でコーティングされ得る。
負極タブ１２４は、正極タブ１１４とオーバーラップされない位置に形成され得る。
負極板１２０の突出部１２５は、正極タブ１１４とオーバーラップされる位置に形成され得る。突出部１２５は、前記所定長さに対応する地点まで負極板１２０から突出され得る。突出部１２５の幅は、正極タブ１１４の幅と同一であってよい。すなわち、突出部１２５は、正極タブ１１４の表面にコーティングされた正極活物質層１１２を全て覆うことができるほどの地点まで負極板１２０から突出され得る。
図３に示す通り、電極組立体１００は、正極板１１０、負極板１２０及び分離膜１３０がスタック(stack)されて形成され得る。図３には示されていないが、図２に示す通り、正極板１１０の上部または負極板１２０の下部に分離膜１３０が積層され、正極板１１０の上部または負極板１２０の下部に積層される負極板１２０または正極板１１０を絶縁することができる。
前述したように、正極板１１０の正極タブ１１４の表面には、長手方向に所定長さだけ正極活物質層１１２がコーティングされ得る。これは、正極板１１０に正極活物質層１１２をコーティングするコーティング過程での不均一によることもあり得、正極板１１０を形成する過程でのノッチング不均一によることもあり得る。これにより、正極タブ１１４の表面のうち正極活物質層１１２がコーティングされた部分が負極板１２０を外れる場合が発生し得る。すなわち、正極板１１０の面積が負極板１２０の面積より小さいにもかかわらず、正極タブ１１４の表面のうち正極活物質層１１２がコーティングされた部分が負極板１２０を外れる場合が発生し得る。
二次電池の充電及び放電の過程で、正極板１１０と負極板１２０は分離膜１３０を介してリチウムイオンを伝達する。しかし、前述した場合のように、正極タブ１１４の表面のうち正極活物質層１１２がコーティングされた部分が負極板１２０を外れた場合、外れた部分から放出されるリチウムイオンは、負極板１２０に伝達されず、分離膜１３０に蓄積され得る。このような分離膜１３０へのリチウムイオンの蓄積は、金属析出などにつながり、二次電池の安定性に問題となり得る。
しかし、前述したように、本発明の一実施例に係る電極組立体１００の負極板１２０は、正極タブ１１４とオーバーラップされる位置に形成される突出部１２５を含む。したがって、正極タブ１１４の表面のうち正極活物質層１１２がコーティングされた部分が負極板１２０を外れた場合にも、正極タブ１１４のコーティングされた部分から放出されるリチウムイオンは、負極板１２０の突出部１２５に伝達され得る。したがって、本発明の一実施例に係る電極組立体１００は、分離膜１３０へのリチウムイオンの蓄積を防ぐことができ、さらに電極組立体１００及び二次電池２００（図４を参照)の安定性を向上させることができる。
図４は、本発明の一実施例に係る電極組立体を含む二次電池を示した図である。
図４を参照して説明すると、本発明の一実施例に係る電極組立体１００を含む二次電池２００は、前記図１から図３を参照して説明した電極組立体１００、外装ケース２１０及び保護回路モジュール２２０を含むことができる。
外装ケース２１０は、本体２１２及びカバー２１４を備えることができる。
本体２１２は、電極組立体１００を収容する空間である収容部２１２a、及び収容部２１２aの入口から延長され備えられた密封部２１２bを備えることができる。
カバー２１４は、本体２１２の密封部２１２bのある縁部から延長され得る。
カバー２１４は、蓋領域２１４a及び密封部２１４bを含むことができる。
蓋領域２１４aは、本体２１２の収容部２１２aを覆うために本体２１２の収容部２１２aと対応され得る。例えば、蓋領域２１４aの面積は、本体２１２の収容部２１２aの面積と同じか、それより大きくてよい。
密封部２１４bは、本体２１２の密封部２１２bと対応され得る。
したがって、二次電池２００は、電極組立体１００が収容部２１２aに収容され、本体２１２の密封部２１２bとカバー２１４の密封部２１４bとが熱融着のような方法で密封されて備えられる。
このとき、二次電池２００は、電極組立体１００の正極電極タブ１１４等から延長された正極リード２１６、及び負極電極タブ１２４等から延長された負極リード２１８を備えることができる。
保護回路モジュール２２０は、正極リード２１６及び負極リード２１８を介して電極組立体１００に電気的に連結される。保護回路モジュール２２０は、二次電池１００を制御する制御素子２２２を備えることができる。保護回路モジュール２２０は、二次電池１００の充放電を制御することができる。保護回路モジュール２２０は、外部端子２２４を介して二次電池１００と外部機器を連結することができる。
前述したように、本発明の一実施例に係る電極組立体１００の負極板１２０は、正極タブ１１４とオーバーラップされる位置に形成される突出部１２５を含む。したがって、正極タブ１１４の表面のうち正極活物質層１１２がコーティングされた部分が負極板１２０を外れた場合にも、正極タブ１１４のコーティングされた部分から放出されるリチウムイオンは、負極板１２０の突出部に伝達され得る。したがって、二次電池２００の安定性が向上され得る。
以上の説明は、本発明の技術思想を例示的に説明したことにすぎないものであり、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者であれば、本発明の本質的な特性から逸脱しない範囲で多様な修正及び変形が可能であろう。したがって、本発明に開示された実施例等は、本発明の技術思想を限定するためのものではなく説明するためのものであり、このような実施例により、本発明の技術思想の範囲が限定されるものではない。本発明の保護範囲は、特許請求の範囲によって解釈されるべきであり、それと同等の範囲内にある全ての技術思想は、本発明の権利範囲に含まれるものと解釈されるべきである。
Claims (2)
- 一側面の端部に第１電極タブを有する第１電極板;
前記第１電極タブの長手方向と同じ方向に形成され、前記第１電極タブとオーバーラップされない位置に形成される第２電極タブと、前記第１電極タブとオーバーラップされる位置に形成される突出部とを有する第２電極板;及び
前記第１電極板と前記第２電極板とを絶縁させる分離膜を含み、
前記第１電極板の面積は前記第２電極板の面積より小さく、
前記第１電極板は正極板であり、前記第２電極板は負極板であり、
前記第１電極板の少なくとも一つの表面には第１電極活物質がコーティングされ、
前記第１電極タブは、前記第１電極活物質がコーティングされた前記第１電極板の表面から延長される表面に前記長手方向に沿って所定長さだけ前記第１電極活物質がコーティングされ、
前記突出部は、前記所定長さに対応する地点まで前記第２電極板から突出され、
前記第２電極板の少なくとも一つの表面には第２電極活物質がコーティングされ、
前記突出部は、前記第２電極活物質がコーティングされた前記第２電極板の表面から延長される表面に、前記所定長さに対応する地点まで前記第２電極活物質でコーティングされ、
前記突出部の幅は、前記第１電極タブの幅と同一であり、
リチウム二次電池に用いられる電極組立体。 - リチウム二次電池用電極組立体;及び
前記電極組立体を収容するパウチを含み、
前記電極組立体は、一側面の端部に第１電極タブを有する第１電極板;
前記第１電極タブの長手方向と同じ方向に形成され、前記第１電極タブとオーバーラップされない位置に形成される第２電極タブと、前記第１電極タブとオーバーラップされる位置に形成される突出部とを有する第２電極板;及び
前記第１電極板と前記第２電極板とを絶縁させる分離膜を含み、
前記第１電極板の面積は前記第２電極板の面積より小さく、
前記第１電極板は正極板であり、前記第２電極板は負極板であり、
前記第１電極板の少なくとも一つの表面には第１電極活物質がコーティングされ、
前記第１電極タブは、前記第１電極活物質がコーティングされた前記第１電極板の表面から延長される表面に前記長手方向に沿って所定長さだけ前記第１電極活物質がコーティングされ、
前記突出部は、前記所定長さに対応する地点まで前記第２電極板から突出され、
前記第２電極板の少なくとも一つの表面には第２電極活物質がコーティングされ、
前記突出部は、前記第２電極活物質がコーティングされた前記第２電極板の表面から延長される表面に、前記所定長さに対応する地点まで前記第２電極活物質でコーティングされ、
前記突出部の幅は、前記第１電極タブの幅と同一である二次電池。
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