JP7417744B2 - 電極組立体およびこれを含む二次電池 - Google Patents
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Description
本発明の多様な実施例は電極組立体およびこれを含む二次電池に関する。
二次電池は電気エネルギーを化学エネルギーの形態に変えて貯蔵できる優秀なエネルギー密度を提供する電力貯蔵システムである。再充電が不可能な一次電池に比べて二次電池は再充電が可能であるため、スマートフォン、セルラーホン、ノートパソコン、タブレットＰＣなどのＩＴ機器に多く使われている。最近では環境汚染防止のために電気自動車に対する関心が高くなっており、これに伴い、電気自動車に高容量の二次電池が採択されている。このような二次電池は高密度、高出力、安定性などの特性が要求されている。
このような発明の背景となる技術に開示された前述した情報は本発明の背景に対する理解度を向上させるためのものに過ぎず、したがって従来技術を構成しない情報を含んでもよい。
本発明は正極板の傾斜した先端辺によって二次電池の充放電時に発生する変形に加えられる応力を分散させ得るため、変形によるショートを防止できる電極組立体およびこれを含む二次電池を提供する。
本発明の実施例に係る電極組立体およびこれを含む二次電池は、負極集電板に負極コーティング層が形成された負極板と、正極集電板に正極コーティング層が形成された正極板および、前記正極板と前記負極板の間に介在されたセパレータを含み、前記負極板、前記セパレータおよび前記正極板の積層体を巻き取って形成された電極組立体に関し、前記正極板は長さ方向に沿って延びた一辺と、前記一辺の反対辺であって長さ方向に沿って延びた他辺と、前記一辺と前記他辺の間を連結し、巻き取られた前記電極組立体の巻き取り中心部に位置して前記一辺と鋭角または鈍角を有するように傾斜した先端辺および、前記一辺と前記他辺の間を連結し、前記先端辺の反対辺であって巻き取られた前記電極組立体の最外郭に位置する終端辺を含むことができる。
前記先端辺は先端領域内に位置し、前記先端領域内で前記正極板は直角三角形の形状であり、前記先端辺が前記直角三角形の斜辺であり得る。
前記先端領域は前記電極組立体を円筒形に巻き取るとき、１／４ターン～１ターンのうちいずれか一つの分だけ巻き取られ得る。
前記終端辺が前記先端辺と平行であって前記正極板は平行四辺形のプレートであり得る。
前記負極板は長方形のプレートであって、長さ方向に沿って延び、前記正極板の一辺と平行な一辺および他辺と、前記負極板の一辺と前記負極板の他辺の間を連結し、巻き取られた前記電極組立体の巻き取り中心部に位置する先端辺および、前記負極板の一辺と前記負極板の他辺の間を連結し、前記負極板の先端辺の反対辺であって巻き取られた前記電極組立体の最外郭に位置する終端辺を含むことができる。
前記負極板の先端辺は前記正極板の先端辺に比べて長さ方向に沿って巻き取り中心部側にさらに長く延長され得る。
前記正極板の前記先端辺は前記一辺から鋭角を有するように傾斜した第１先端辺および、前記他辺から鋭角を有するように傾斜し、前記第１先端辺の終端と連結された第２先端辺を含み、前記第１先端辺と前記第２先端辺が連結される部分に折り曲げ部を有することができる。
前記正極板の前記先端辺は前記一辺から鈍角を有するように傾斜した第１先端辺および、前記他辺から鈍角を有するように傾斜し、前記第１先端辺の終端と連結された第２先端辺を含み、前記第１先端辺と前記第２先端辺が連結される部分に折り曲げ部を有することができる。
前記折り曲げ部は前記先端辺の中心に位置することができる。
前記正極板の前記終端辺は前記先端辺と対応する形状であり得る。
また、本発明の実施例に係る電極組立体およびこれを含む二次電池は、電極組立体と、内部空間を具備し、前記内部空間に前記電極組立体が電解液を収容したケースおよび、前記ケースの上部に結合されて前記ケースを密封するキャッププレートを含むことができる。
本発明の一実施例に係る電極組立体およびこれを含む二次電池は、正極板の先端辺が傾斜するように形成され、二次電池の充放電時に巻き取り中心部で発生する変形に加えられる応力を分散させ得るため、変形部位で正極板がセパレータを貫通を防止できるため、負極板とのショートを防止することができる。
以下、添付された図面を参照して本発明の好ましい実施例を詳細に説明することにする。
本発明の実施例は当該技術分野で通常の知識を有する者に本発明をさらに完全に説明するために提供されるものであり、下記の実施例は多様な他の形態に変形され得、本発明の範囲は下記の実施例に限定されるものではない。かえって、これら実施例は本開示をさらに忠実かつ完全とし、当業者に本発明の思想を完全に伝達するために提供されるものである。
また、以下の図面で各層の厚さや大きさは説明の便宜および明確性のために誇張されたものであり、図面上で同一符号は同一の要素を指称する。本明細書で使われた通り、用語「および／または」は該当列挙された項目のうちいずれか一つおよび一つ以上のすべての組み合わせを含む。また、本明細書で「連結される」という意味は、Ａ部材とＢ部材が直接連結される場合だけでなく、Ａ部材とＢ部材の間にＣ部材が介在されてＡ部材とＢ部材が間接連結される場合も意味する。
本明細書で使われた用語は特定の実施例を説明するために使われ、本発明を制限するためのものではない。本明細書で使われた通り、単数の形態は文脈上異なる場合を明確に指摘するものでなければ、複数の形態を含むことができる。また、本明細書で使われる場合、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」および／または「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」は言及した形状、数字、段階、動作、部材、要素および／またはこれらグループの存在を特定するものであり、一つ以上の他の形状、数字、動作、部材、要素および／またはグループの存在または付加を排除するものではない。
本明細書で第１、第２等の用語が多様な部材、部品、領域、層および／または部分を説明するために使われるが、これら部材、部品、領域、層および／または部分はこれらの用語によって限定されてはならないことは自明である。これらの用語は一つの部材、部品、領域、層または部分を他の領域、層または部分と区別するためにのみ使われる。したがって、以下で詳述する第１部材、部品、領域、層または部分は、本発明の教示から逸脱することなく第２部材、部品、領域、層または部分を指称することができる。
「下部（ｂｅｎｅａｔｈ）」、「下（ｂｅｌｏｗ）」、「低い（ｌｏｗｅｒ）」、「上部（ａｂｏｖｅ）」、「上（ｕｐｐｅｒ）」のような空間に関連した用語が、図面に図示された一要素または特徴と他の要素または特徴の容易な理解のために利用される。このような空間に関連した用語は、本発明の多様な工程状態または使用状態によって本発明の容易な理解のためのものであり、本発明を限定するためのものではない。例えば、図面の要素または特徴がひっくり返されると、「下部」または「下」で説明された要素は「上部」または「の上に」となる。したがって、「下」とは、「上部」または「下」を包括する概念である。
図１ａ、図１ｂおよび図１ｃに図示された通り、本発明に係る二次電池１００はケース１１０と、ケース１１０内部に収納された電極組立体１２０およびケース１１０の上端開口を密封するキャップ組立体１３０を含む。
前記ケース１１０は円形の底部１１１と、底部１１１から上部方向に一定の長さ延びた側部１１２を含む。ここで、二次電池１００は電極組立体１２０がジェリーロールの形態で巻き取られて形成された円筒形二次電池であり得る。二次電池１００の製造工程のうちケース１１０の上部は開放されている。したがって、二次電池の組立工程中に電極組立体１２０が電解液と共にケース１１０に挿入され得る。前記ケース１１０はスチール、スチール合金、アルミニウム、アルミニウム合金またはこの等価物で形成され得るが、ここでその材質が限定されるものではない。併せて、ケース１１０には電極組立体１２０が外部に離脱しないようにキャップ組立体１３０を中心として、その下部に内部に陥没したビーディング部（ｂｅａｄｉｎｇ ｐａｒｔ）１１３が形成され、その上部に内部に折り曲げられたクリンピング部（ｃｒｉｍｐｉｎｇ ｐａｒｔ）１１４が形成され得る。
前記電極組立体１２０は電解液と共にケース１１０の内部に収容される。ここで、前記電解液は前記電極組立体１２０を構成する正極板と負極板の間でリチウムイオンが移動され得るように注入される塩を含有した有機液体であって、ＬｉＰＦ６、ＬｉＢＦ４、ＬｉＣｌＯ４等のリチウム塩と高純度有機溶媒類の混合物である非水質系有機電解液を含んでなり得るが、本発明はこれに限定されるものではない。
前記電極組立体１２０は負極活物質がコーティングされた負極板１２１と、正極活物質がコーティングされた正極板１２２および、負極板１２１と正極板１２２の間に介在されて負極板１２１と正極板１２２間のショートを防止し、リチウムイオンの移動のみ可能にするセパレータ１２５を含んでなる。前記負極板１２１、正極板１２２およびセパレータ１２５は略円柱の形態に巻き取られる。また、負極板１２１には下部に一定の長さ突出して延びた負極タブ１２６が、正極板１２２には上部に一定の長さ突出した正極タブ１２７が付着できるが、その反対も可能である。
追加的に図２ａおよび図２ｂを参照すると、図１ａ～図１ｃに図示された二次電池の電極組立体が巻き取られる以前を図示した分解斜視図と部分拡大平面図が図示されている。ここで、図２ｂは電極組立体１２０が巻き取られる以前の負極板１２１と正極板１２２が積層された平面図で、巻き取り先端の一定の領域を拡大図示した平面図である。もちろん、負極板１２１と正極板１２２の間にはセパレータ１２５が介在され、正極板１２２と負極板１２１の関係がより明確であるようにセパレータ１２５は点線で表示した。以下では図２ａおよび図２ｂを参照して、本発明の二次電池と、電極組立体の構成を具体的に説明しようとする。
まず、電極組立体１２０の前記負極板１２１は銅（Ｃｕ）またはニッケル（Ｎｉ）からなる板状の金属箔である負極集電板１２３ａの両面に遷移金属酸化物からなる活物質である負極コーティング層１２３ｂがコーティングされている。前記負極板１２１は長さ方向ｘに沿って延びた四角プレートの形状を有することができる。ここで、長さ方向ｘは電極組立体１２０が巻き取られる前に負極板１２１、正極板１２２およびセパレータ１２５が延びた方向を意味する。前記負極板１２１は長さ方向ｘに沿って延びた一辺１２１ａと、一辺の反対辺である他辺１２１ｂを含むことができる。また、負極板１２１は一辺１２１ａと他辺１２１ｂの間を連結する先端辺１２１ｃと、終端辺１２１ｄをさらに含むことができる。前記負極板１２１の先端辺１２１ｃと終端辺１２１ｄは一辺１２１ａと他辺１２１ｂから垂直となり得る。すなわち、負極板１２１は長方形のプレートであり得る。ここで、先端辺１２１ｃは巻き取られた電極組立体１２０で巻き取り中心部に位置することができ、終端辺１２１ｄは巻き取られた電極組立体１２０で最外郭に位置することができる。
また、負極集電板１２３ａの第１面と第１面の反対面である第２面のうちいずれか一つに負極タブ１２６が付着され得る。また、負極タブ１２６は負極集電板１２３ａの長さ方向ｘの一辺１２１ａから一定の長さ突出して延長され得る。前記負極タブ１２６は負極集電板１２３ａの長さ方向ｘの一辺１２１ａから略垂直に突出および延長され得る。ここで、負極タブ１２６は負極集電板１２３ａで負極コーティング層１２３ｂがコーティングされていない無地部に付着され得る。好ましくは、負極タブ１２６は負極集電板１２３ａの終端辺１２１ｄと隣接した領域に付着されてもよい。もちろん、負極集電板１２３ａは終端辺１２１ｄと隣接した領域に負極コーティング層１２３ｂがコーティングされていない無地部が備えられ得る。ただし、本発明で負極タブ１２６が付着される位置は多様に変更可能でき、これを限定するものではない。
追加的に負極集電板１２３ａに付着された負極タブ１２６を覆うように絶縁テープ１２６ａがさらに備えられ得る。前記絶縁テープ１２６ａは負極タブ１２６で、負極集電板１２３ａに付着された部分を覆うように負極集電板１２３ａに付着され得る。この時、負極タブ１２６は電極組立体１２０の下部に一定の長さ突出して延びた部分は絶縁テープ１２６ａの外部に露出され得る。また、絶縁テープ１２６ａは長さ方向ｘに負極タブ１２６と隣接した負極集電板１２３ａの一部の領域も覆うように付着され得る。前記負極タブ１２６は銅またはニッケル材質からなってもよいが、本発明でこれを限定するものではない。
前記正極板１２２はアルミニウム（Ａｌ）からなる板状の金属箔である正極集電板１２４ａの両面に、遷移金属酸化物からなる活物質である正極コーティング層１２４ｂがコーティングされている。前記正極板１２２は長さ方向ｘに沿って延びた四角プレートの形状を有することができる。前記正極板１２２は長さ方向ｘに沿って延びた一辺１２２ａと、一辺の反対辺である他辺１２２ｂを含むことができる。また、正極板１２２は一辺１２２ａと他辺１２２ｂの間を連結する先端辺１２２ｃと、終端辺１２２ｄをさらに含むことができる。前記正極板１２２の一辺１２２ａと他辺１２２ｂは負極板１２１の一辺１２１ａおよび他辺１２１ｂと平行であり得る。また、図２ｂに図示された通り、正極板１２２の先端辺１２２ｃは負極板１２１の先端辺１２１ｃに比べて電極組立体１２０の巻き取り中心部で長さ方向ｘにさらに短くてもよい。すなわち、負極板１２１の先端辺１２１ｃが正極板１２２の先端辺１２２ｃに比べて巻き取り中心部側にさらに長く延長され得る。
前記正極板１２２の先端辺１２２ｃは一辺１２２ａと鋭角または鈍角を有するように傾斜した傾斜面であり得る。図２ａでは、先端辺１２２ｃは一辺１２２ａから鋭角に傾斜したものとして図示したが、鈍角に傾斜するように形成されてもよい。前記正極板１２２の先端辺１２２ｃは先端領域ａ内に位置することができる。前記先端領域ａは電極組立体１２０の巻き取り中心部から一定の領域であり得る。ここで、先端領域ａで正極板１２２は直角三角形の形状を有することができ、先端辺１２２ｃが斜辺であり得る。ここで、先端領域ａに位置する先端辺１２２ｃが傾斜した傾斜面からなるため、二次電池１００の充放電時に発生する応力を分散させることができる。
一例として、図３ａおよび図３ｂでは二次電池１００が充放電の反復により、電極組立体１２０の巻き取り中心部でストレス増加による変形（ｄｅｆｏｒｍ）が発生した例と、変形が発生した電極組立体１２０の巻き取り中心部のセパレータ１２５と正極板１２２を拡大図示した拡大斜視図が図示されている。ここで、電極組立体１２０は巻き取り中心部に巻き取り軸と略平行となるように圧縮応力によって折り曲げられたＺ－変形が発生し得る。このような電極組立体１２０は先端辺１２２ｃが一辺１２２ａに垂直な場合、変形された部分に応力が集中して正極板１２２がセパレータ１２５を貫通して負極板１２１とショートが発生し得る。すなわち、二次電池１００の正極板１２２は先端領域ａに位置する先端辺１２２ｃが傾斜した傾斜面からなるため二次電池１００の充放電時に発生する応力を分散させることができるため、変形によるショートを防止することができる。
前記先端領域ａは負極板１２１、セパレータ１２５、正極板１２２およびセパレータ１２５が積層された状態で円柱の形態に巻き取られる時、巻き取り中心部に位置することができる。前記先端領域ａは電極組立体１２０を円筒状に巻き取るときに１／４ターン（ｔｕｒｎ）～１ターンのうち選択されたいずれか一つの分だけ巻き取られ得る。ここで、先端領域ａが１／４ターンより小さい場合、充放電時に発生する応力を分散させることが困難であり得、１ターンより大きい場合、電極組立体１２０の容量の低下を発生させ得る。一例として、図４ａでは先端領域ａが１ターン巻き取られた正極板１２２を図示したし、図４ｂでは先端領域ａが１／４ターン巻き取られた正極板１２２を図示した。すなわち、図４ａおよび図４ｂに図示された通り、正極板１２２は先端領域ａに傾斜した先端辺１２２ｃを具備するため、二次電池１００の充放電によって巻き取り中心部に変形が発生しても、応力を分散させることができ、負極板１２１とのショートを防止することができる。
また、正極板１２２の終端辺１２２ｄは先端辺１２２ｃと平行であり得る。すなわち、正極板１２２は平行四辺形のプレートであり得る。ここで、終端辺１２２ｄは正極板１２２の製造時、ロールタイプの正極板で先端辺１２２ｃを傾斜面にカッティングする場合、それと対応する形状に自然に形成され得る。ただし、終端辺１２２ｄは追加的なカッティング加工によって、その形状を多様に変更可能であり得る。一例として、終端辺１２２ｄは一辺１２２ａに垂直であってもよい。
ここで、先端辺１２２ｃは巻き取られた電極組立体１２０で巻き取り中心部に位置し得、終端辺１２２ｄは巻き取られた電極組立体１２０で最外郭に位置し得る。
また、正極集電板１２４ａの第１面と第１面の反対面である第２面のうちいずれか一つに正極タブ１２７が付着され得る。また、正極タブ１２７は正極集電板１２４ａの長さ方向ｘの他辺１２２ｂから一定の長さ突出して延長され得る。前記正極タブ１２７は正極集電板１２４ａの長さ方向ｘの他辺１２２ｂから略垂直に突出および延長され得る。ここで、正極タブ１２７は負極タブ１２６が突出した一辺１２１ａと反対側に突出することができる。前記正極タブ１２７は正極集電板１２４ａで正極コーティング層１２４ｂがコーティングされていない無地部に付着され得る。好ましくは、正極タブ１２７は正極集電板１２４ａの長さ方向ｘの先端辺１２２ｃから一定距離離隔した一定の領域に付着され得る。もちろん、正極集電板１２４ａは先端辺１２２ｃから一定距離離隔した一定の領域に正極コーティング層１２４ｂがコーティングされていない無地部が備えられ得る。ただし、本発明で正極タブ１２７が付着される位置は多様に変更可能であり得、これを限定するものではない。
追加的に、正極集電板１２４ａに付着された正極タブ１２７を覆うように絶縁テープ１２７ａがさらに備えられ得る。前記絶縁テープ１２７ａは正極タブ１２７で、正極集電板１２４ａに付着された部分を覆うように正極集電板１２４ａに付着され得る。この時、正極タブ１２７は電極組立体１２０の上部に一定の長さ突出して延びた部分は絶縁テープ１２７ａの外部に露出され得る。また、絶縁テープ１２７ａは長さ方向ｘに正極タブ１２７と隣接した正極集電板１２４ａの一部の領域も覆うように付着され得る。前記正極タブ１２７はアルミニウム材質からなり得るが、本発明でこれを限定するものではない。
また、前記負極タブ１２６および正極タブ１２７は巻き取られた負極板１２１と正極板１２２の同一面に位置してもよく、負極板１２１と正極板１２２の互いに反対面に位置してもよい。ここで、同一面は巻き取られた電極組立体１２０で同一に巻き取り中心部に向かう面であるか、同一に最外郭に向かう面であり得る。
また、電極組立体１２０の負極タブ１２６はケース１１０の底部１１１に溶接され得る。したがって、ケース１１０は負極として動作することができる。もちろん、その反対に正極タブ１２７がケース１１０の底部１１１に溶接され得、このような場合、ケース１１０は正極として動作することができる。
併せて、ケース１１０に結合され、中央に第１ホール１２８ａおよびその外側に第２ホール１２８ｂが形成された第１絶縁板１２８が電極組立体１２０と底部１１１の間に介在され得る。このような第１絶縁板１２８は、電極組立体１２０がケース１１０のうち底部１１１に電気的に接触しないようにする役割をする。特に、第１絶縁板１２８は電極組立体１２０のうち正極板１２２が底部１１１に電気的に接触しないようにする役割をする。ここで、第１ホール１２８ａは二次電池の異常によって多量のガスが発生した場合、ガスが上部に迅速に移動するようにする役割をし、第２ホール１２８ｂは負極タブ１２６が貫通して底部１１１に溶接されるようにする役割をする。追加的に、電極組立体１２０は略中心に中空の円形パイプ形態のセンターピン（図示されず）がさらに備えられて、二次電池の異常時に生成された多量のガスがセンターピンの内部通路を通じて容易に排出され得る。
また、ケース１１０に結合され、中央に第１ホール１２９ａおよびその外側に多数の第２ホール１２９ｂが形成された第２絶縁板１２９が電極組立体１２０とキャップ組立体１３０の間に介在され得る。このような第２絶縁板１２９は電極組立体１２０がキャップ組立体１３０に電気的に接触しないようにする役割をする。特に、第２絶縁板１２９は電極組立体１２０のうち負極板１２１がキャップ組立体１３０に電気的に接触しないようにする役割をする。ここで、第１ホール１２９ａは二次電池の異常によって多量のガスが発生した場合、ガスがキャップ組立体１３０に迅速に移動するようにする役割をし、第２ホール１２９ｂは正極タブ１２７が貫通してキャップ組立体１３０に溶接されるようにする役割をする。また、残りの第２ホール１２９ｂは電解液注入工程で、電解液が前記電極組立体１２０に迅速に流れて行くようにする役割をする。前記電解液は充放電時に電池内部の正極板および負極板で電気化学的反応によって生成されるリチウムイオンの移動媒体の役割を遂行する。
前記キャップ組立体１３０は多数の貫通ホール１３１ｄが形成されたキャップアップ（ｃａｐ－ｕｐ）１３１、キャップアップ１３１の下部に設置された安全プレート１３３、安全プレート１３３の下部に設置された連結リング１３５、連結リング１３５に結合されて第１、２貫通ホール１３６ａ、１３６ｂが形成されたキャップダウン（ｃａｐ－ｄｏｗｎ）１３６、キャップダウン１３６の下部に固定されて正極タブ１２７と電気的に接続されたサブプレート１３７、そして、キャップアップ１３１および安全プレート１３３、連結リング１３５およびキャップダウン１３６をケース１１０の側部１１１から絶縁させる絶縁ガスケット１３８を含む。
ここで、絶縁ガスケット１３８は実質的にケース１１０の側部１１１に形成されたビーディング部１１３とクリンピング部１１４の間に圧着された形態をする。また、前記キャップアップ１３１に形成された貫通ホール１３１ｄと、前記キャップダウン１３６に形成された貫通ホール１３６ｂは、ケース１１０の内部で異常内圧の発生時に内部のガスを外部に排出する役割をする。もちろん、このような内圧によって、まず安全プレート１３３が上部方向に反転しながらサブプレート１３７と電気的に分離され、その後安全プレート１３３が破裂しながら内部のガスが外部に放出される。
図５を参照すると、図１ａ～図１ｃに図示された二次電池の電極組立体が巻き取られる前の他の例を図示した分解斜視図が図示されている。図５に図示された通り、電極組立体２２０は負極活物質１２３ｂが負極集電板１２３ａにコーティングされた負極板１２１、正極活物質２２４ｂが負極集電板２２３ａにコーティングされた正極板２２２および負極板１２１と正極板２２２の間に介在されて負極板１２１と正極板２２２間のショートを防止し、リチウムイオンの移動のみ可能とするセパレータ１２５を含んでなる。
前記電極組立体２２０の負極板１２１およびセパレータ１２５は、図２ａ～図２ｂに図示された電極組立体１２０と同一である。したがって、以下では電極組立体２２０で電極組立体１２０と異なる正極板２２２を中心に説明しようとする。
前記正極板２２２はアルミニウム（Ａｌ）からなる板状の金属箔である正極集電板２２４ａの両面に、遷移金属酸化物からなる活物質である正極コーティング層２２４ｂがコーティングされている。前記正極板２２２は長さ方向ｘに沿って延びたプレート状を有することができる。前記正極板２２２は長さ方向ｘに沿って延びた一辺２２２ａと、一辺の反対辺である他辺２２２ｂを含むことができる。また、正極板２２２は一辺２２２ａと他辺２２２ｂの間を連結する先端辺２２２ｃと、終端辺２２２ｄをさらに含むことができる。前記正極板２２２の一辺２２２ａと他辺２２２ｂは負極板１２１の一辺１２１ａおよび他辺１２１ｂと平行であり得る。また、正極板２２２の先端辺２２２ｃは負極板１２１の先端辺１２１ｃに比べて電極組立体２２０の巻き取り中心部で長さ方向ｘにさらに短くてもよい。すなわち、負極板１２１の先端辺１２１ｃが正極板２２２の先端辺２２２ｃに比べて巻き取り中心部方向にさらに長く延長され得る。
前記正極板２２２の先端辺２２２ｃは一辺２２２ａと鋭角または鈍角を有するように傾斜した第１先端辺２２２ｃａと他辺２２２ｂと鋭角または鈍角を有するように傾斜した第２先端辺２２２ｃｂを含むことができる。ここで、第１先端辺２２２ｃａは一辺２２２ａの終端と連結され得、第２先端辺２２２ｃｂは他辺２２２ｂの終端と連結され得る。
ここで、第１先端辺２２２ｃａが一辺２２２ａと鋭角を有するのであれば、第２先端辺２２２ｃｂが他辺２２２ｂと鋭角を有することができる。もちろん、第１先端辺２２２ｃａが一辺２２２ａと鈍角を有するのであれば、第２先端辺２２２ｃｂが他辺２２２ｂと鈍角を有することができる。一例として、第１先端辺２２２ｃａと一辺２２２ａ間の角と、第２先端辺２２２ｃｂが他辺２２２ｂ間の角は同一であってもよい。
また、第１先端辺２２２ｃａは終端が第２先端辺２２２ｃｂの終端と連結される。すなわち、先端辺２２２ｃは第１先端辺２２２ｃａと第２先端辺２２２ｃｂが連結される部分に折り曲げ部２２２ｃｃを有することができる。好ましくは、第１先端辺２２２ｃａと第２先端辺２２２ｃｂの長さは同じであり得、折り曲げ部２２２ｃｃは先端辺２２２ｃの中心に位置することができる。しかし、第１先端辺２２２ｃａと第２先端辺２２２ｃｂの長さを本発明で限定するものではない。
前記正極板２２２の先端辺２２２ｃは先端領域ａ内に位置することができる。ここで、先端領域ａで正極板２２２は２個の直角三角形の形状を有することができ、第１先端辺２２２ｃａと第２先端辺２２２ｃｂがそれぞれ２個の直角三角形の斜辺であり得る。ここで、先端領域ａに位置する一辺２２２ａおよび他辺２２２ｂに対して傾斜した二つの第１先端辺２２２ｃａと第２先端辺２２２ｃｂにより、二次電池１００の充放電時に発生する応力を分散させることができる。
このような電極組立体２２０は先端辺２２２ｃが一辺２２２ａおよび他辺２２２ｂに垂直な場合、変形された部分に応力が集中して正極板２２２がセパレータ１２５を貫通して負極板１２１とショートが発生し得る。すなわち、二次電池１００の正極板２２２は先端領域ａに位置する第１先端辺２２２ｃａと第２先端辺２２２ｃｂが傾斜した傾斜面からなるため、二次電池１００の充放電時に発生する変形部位に加えられる応力を分散させて変形によるショートを防止することができる。
前記先端領域ａは負極板１２１、セパレータ１２５、正極板２２２およびセパレータ１２５が積層された状態で円柱の形態に巻き取られる時、巻き取り中心部に位置することができる。前記先端領域ａは電極組立体２２０を円筒状に巻き取るときに１／４ターン（ｔｕｒｎ）～１ターンのうち選択されたいずれか一つの分だけ巻き取られ得る。ここで、先端領域ａが１／４ターンより小さい場合、充放電時に発生する応力を分散させることが困難であり得、１ターンより大きい場合、電極組立体２２０の容量の低下を発生させ得る。
また、正極板２２２の終端辺２２２ｄは先端辺２２２ｃは互いに対応する形状で形成され得る。図５に図示された通り、先端領域ａは第１先端辺２２２ｃａが一辺２２２ａと鋭角を有し第２先端辺２２２ｃｂが他辺２２２ｂと鋭角を有する場合、終端辺２２２ｄは第１終端辺２２２ｄａが一辺２２２ａと鈍角を有し第２終端辺２２２ｄｂが他辺２２２ｂと鈍角を有する。もちろん、その反対に先端辺２２２ｃが図５の終端辺２２２ｄの形状であってもよく、終端辺２２２ｄが図５の先端辺２２２ｃの形状であってもよい。
また、第１終端辺２２２ｄａは一辺２２２ａと連結され得、第２終端辺２２２ｄｂは他辺２２２ｂと連結され得る。また、第１終端辺２２２ｄａと第２終端辺２２２ｄｂが連結される部分に折り曲げ部２２２ｄｃを有することができる。好ましくは、第１終端辺２２２ｄａと第２終端辺２２２ｄｂの長さは同じであり得、折り曲げ部２２２ｄｃは終端辺２２２ｄの中心に位置することができる。しかし、第１終端辺２２２ｄａと第２終端辺２２２ｄｂの長さを本発明で限定するものではない。
ここで、終端辺２２２ｄは正極板２２２の製造時、ロールタイプの正極板で先端辺２２２ｃを第１先端辺２２２ｃａ、第２先端辺２２２ｃｂおよび折り曲げ部２２２ｃｃを有するようにカッティングする場合、それと対応する形状に自然に形成され得る。ただし、終端辺２２２ｄは追加的なカッティング加工によって、多様に変更可能であり得る。
ここで、先端辺２２２ｃは巻き取られた電極組立体２２０で巻き取り中心部に位置することができ、終端辺２２２ｄは巻き取られた電極組立体２２０で最外郭に位置することができる。
また、正極集電板２２４ａの第１面と第１面の反対面である第２面のうちいずれか一つに正極タブ１２７が付着され得る。また、正極タブ１２７は正極集電板２２４ａの長さ方向ｘの他辺２２２ｂから一定の長さ突出して延長され得る。前記正極タブ１２７は正極集電板２２４ａの長さ方向ｘの他辺２２２ｂから略垂直に突出および延長され得る。ここで、正極タブ１２７は負極タブ１２６が突出した一辺１２１ａと反対側に突出することができる。前記正極タブ１２７は正極集電板２２４ａで正極コーティング層２２４ｂがコーティングされていない無地部に付着され得る。好ましくは、正極タブ１２７は正極集電板２２４ａの長さ方向ｘの先端辺２２２ｃから一定距離離隔した一定の領域に付着され得る。もちろん、正極集電板２２４ａは先端辺２２２ｃから一定距離離隔した一定の領域に正極コーティング層２２４ｂがコーティングされていない無地部が備えられ得る。ただし、本発明で正極タブ１２７が付着される位置は多様に変更可能であり得、これを限定するものではない。
追加的に正極集電板２２４ａに付着された正極タブ１２７を覆うように絶縁テープ１２７ａがさらに備えられ得る。前記絶縁テープ１２７ａは正極タブ１２７で、正極集電板２２４ａに付着された部分を覆うように正極集電板２２４ａに付着され得る。この時、正極タブ１２７は電極組立体２２０の上部に一定の長さ突出して延びた部分は絶縁テープ１２７ａの外部に露出され得る。また、絶縁テープ１２７ａは長さ方向ｘに正極タブ１２７と隣接した正極集電板２２４ａの一部の領域も覆うように付着され得る。前記正極タブ１２７はアルミニウム材質からなり得るが、本発明でこれを限定するものではない。
また、前記負極タブ１２６および正極タブ１２７は巻き取られた負極板１２１と正極板２２２の同一面に位置してもよく、負極板１２１と正極板２２２の互いに反対面に位置してもよい。ここで、同一面は巻き取られた電極組立体２２０で同一に巻き取り中心部に向かう面であるか、同一に最外郭に向かう面であり得る。
また、電極組立体２２０の負極タブ１２６はケース１１０の底部１１１に溶接され得る。したがって、ケース１１０は負極として動作することができる。もちろん、その反対に正極タブ１２７がケース１１０の底部１１１に溶接され得、このような場合、ケース１１０は正極として動作することができる。
以上で説明したことは本発明による電極組立体およびこれを含む二次電池を実施するための一つの実施例に過ぎないものであって、本発明は前記実施例に限定されず、以下の特許請求の範囲で請求するように、本発明の要旨を逸脱することなく当該発明が属する分野で通常の知識を有する者であれば誰でも多様な変更実施が可能な範囲まで本発明の技術的精神があると言える。
本発明は電極組立体およびこれを含む二次電池分野、二次電池を搭載する自動車などの産業分野に適用することができる。
１００ 二次電池
１１０ ケース
１１３ ビーディング部
１１４ クリンピング部
１２０ 電極組立体
１２１ 負極板
１２２ 正極板
１２３ａ 負極集電板
１２３ｂ 負極コーティング層、負極活物質
１２４ａ 正極集電板
１２４ｂ 正極コーティング層
１２５ セパレータ
１２６ 負極タブ
１２６ａ 絶縁テープ
１２７ 正極タブ
１２７ａ 絶縁テープ
１２８ 第１絶縁板
１２８ａ 第１ホール
１２８ｂ 第２ホール
１２９ 第２絶縁板
１２９ａ 第１ホール
１２９ｂ 第２ホール
１３０ キャップ組立体
１３１ キャップアップ
１３１ｄ 貫通ホール
１３３ 安全プレート
１３５ 連結リング
１３６ キャップダウン
１３６ａ 第１貫通ホール
１３６ｂ 第２貫通ホール
１３７ サブプレート
１３８ 絶縁ガスケット
２２０ 電極組立体
２２２ 正極板
２２４ａ 正極集電板
２２４ｂ 正極コーティング層、正極活物質
１１０ ケース
１１３ ビーディング部
１１４ クリンピング部
１２０ 電極組立体
１２１ 負極板
１２２ 正極板
１２３ａ 負極集電板
１２３ｂ 負極コーティング層、負極活物質
１２４ａ 正極集電板
１２４ｂ 正極コーティング層
１２５ セパレータ
１２６ 負極タブ
１２６ａ 絶縁テープ
１２７ 正極タブ
１２７ａ 絶縁テープ
１２８ 第１絶縁板
１２８ａ 第１ホール
１２８ｂ 第２ホール
１２９ 第２絶縁板
１２９ａ 第１ホール
１２９ｂ 第２ホール
１３０ キャップ組立体
１３１ キャップアップ
１３１ｄ 貫通ホール
１３３ 安全プレート
１３５ 連結リング
１３６ キャップダウン
１３６ａ 第１貫通ホール
１３６ｂ 第２貫通ホール
１３７ サブプレート
１３８ 絶縁ガスケット
２２０ 電極組立体
２２２ 正極板
２２４ａ 正極集電板
２２４ｂ 正極コーティング層、正極活物質
Claims (10)
- 負極集電板に負極コーティング層が形成された負極板；
正極集電板に正極コーティング層が形成された正極板；および
前記正極板と前記負極板の間に介在されたセパレータを含み、前記負極板、前記セパレータおよび前記正極板の積層体を巻き取って形成された電極組立体において、
前記正極板は長さ方向に沿って延びた一辺；
前記一辺の反対辺であって長さ方向に沿って延びた他辺；
前記一辺と前記他辺の間を連結し、巻き取られた前記電極組立体の巻き取り中心部に位置して前記一辺と鋭角または鈍角を有するように傾斜した先端辺；および
前記一辺と前記他辺の間を連結し、前記先端辺の反対辺であって巻き取られた前記電極組立体の最外郭に位置する終端辺を含み、
前記負極板は長方形プレートであって、
長さ方向に沿って延び、前記正極板の一辺と平行な一辺および他辺；
前記負極板の一辺と前記負極板の他辺の間を連結し、巻き取られた前記電極組立体の巻き取り中心部に位置する先端辺；および
前記負極板の一辺と前記負極板の他辺の間を連結し、前記負極板の先端辺の反対辺であって巻き取られた前記電極組立体の最外郭に位置する終端辺を含む、電極組立体。 - 前記先端辺は先端領域内に位置し、前記先端領域内で前記正極板は直角三角形の形状であり、前記先端辺が前記直角三角形の斜辺である、請求項１に記載の電極組立体。
- 前記先端領域は前記電極組立体を円筒形に巻き取るとき、１／４ターン～１ターンのうちいずれか一つの分だけ巻き取られる、請求項２に記載の電極組立体。
- 前記終端辺が前記先端辺と平行であって前記正極板は平行四辺形のプレートである、請求項１に記載の電極組立体。
- 前記負極板の先端辺は前記正極板の先端辺に比べて長さ方向に沿って巻き取り中心部側にさらに長く延びた、請求項１に記載の電極組立体。
- 前記正極板の前記先端辺は
前記一辺から鋭角を有するように傾斜した第１先端辺；および
前記他辺から鋭角を有するように傾斜し、前記第１先端辺の終端と連結された第２先端辺を含み、
前記第１先端辺と前記第２先端辺が連結される部分に折り曲げ部を有する、請求項１に記載の電極組立体。 - 前記正極板の前記先端辺は
前記一辺から鈍角を有するように傾斜した第１先端辺；および
前記他辺から鈍角を有するように傾斜し、前記第１先端辺の終端と連結された第２先端辺を含み、
前記第１先端辺と前記第２先端辺が連結される部分に折り曲げ部を有する、請求項１に記載の電極組立体。 - 前記折り曲げ部は前記先端辺の中心に位置する、請求項６または請求項７に記載の電極組立体。
- 前記正極板の前記終端辺は前記先端辺と対応する形状である、請求項６または請求項７に記載の電極組立体。
- 請求項１～請求項７のいずれか一項に記載された電極組立体；
内部空間を具備し、前記内部空間に前記電極組立体が電解液を収容したケース；および
前記ケースの上部に結合されて前記ケースを密封するキャッププレートを含む、二次電池。
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