KR100646500B1 - 리튬 이차전지용 전극조립체 및 이를 이용한 리튬 이차전지 - Google Patents

리튬 이차전지용 전극조립체 및 이를 이용한 리튬 이차전지 Download PDF

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Abstract

본 발명은 리튬 이차전지용 전극조립체 및 이를 이용한 리튬 이차전지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전극탭 중 젤리롤의 중심부 측에 있는 전극탭의 폭 및/또는 길이를 확장하여 형성함으로써, 전극탭의 역할과 함께 전극조립체를 지지하여 전극조립체의 변형을 방지하고 전극판의 방열 역할을 수행할 수 있는 전극탭을 구비하는 리튬 이차전지용 전극조립체 및 이를 이용한 리튬 이차전지에 관한 것이다.
리튬 이차전지, 전극조립체, 음극탭, 지지부

Description

리튬 이차전지용 전극조립체 및 이를 이용한 리튬 이차전지{Electrode assembly for lithium rechargeable battery and Lithium rechargeable battery using the same}
도 1a는 일반적인 리튬 이차전지의 분리 사시도
도 1b는 도 1a의 전극조립체가 권취되기 전의 평면도
도 2a는 본 발명의 실시예에 따른 전극조립체가 권취되기 전의 평면도
도 2b는 도 2a의 전극조립체 중 음극판의 사시도
도 2c는 도 2a의 전극조립체가 권취된 후의 평면도
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 음극판의 사시도
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 음극판의 사시도
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
230 - 전극조립체 232 - 양극판
234 - 양극집전체 235 - 양극활물질부
241 - 세퍼레이터 242, 342, 442 - 음극판
245, 345, 445 - 음극활물질부 246, 346, 446 - 음극무지부
247, 347, 447 - 음극탭 247a, 347a, 447a - 돌출부
247b, 347b, 447b - 지지부
본 발명은 리튬 이차전지용 전극조립체 및 이를 이용한 리튬 이차전지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전극탭 중 젤리롤의 중심부 측에 있는 전극탭의 폭 및/또는 길이를 확장하여 형성함으로써, 전극탭의 역할과 함께 전극조립체를 지지하여 전극조립체의 변형을 방지하고 전극판의 방열 역할을 수행할 수 있는 전극탭을 구비하는 리튬 이차전지용 전극조립체 및 이를 이용한 리튬 이차전지에 관한 것이다.
일반적으로 비디오 카메라, 휴대형 전화, 휴대형 컴퓨터 등과 같은 휴대형 무선기기의 경량화 및 고기능화가 진행됨에 따라, 그 구동전원으로 사용되는 이차전지에 대해서 많은 연구가 이루어지고 있다. 이러한 이차전지는, 예를 들면, 니켈-카드뮴 전지, 니켈-수소 전지, 니켈-아연 전지, 리튬 이차전지 등이 있다. 이들 중에서 리튬 이차전지는 재충전이 가능하고 소형 및 대용량화가 가능한 것으로서, 작동 전압이 높고 단위 중량당 에너지 밀도가 높다는 장점 때문에 첨단 전자기기 분야에서 널리 사용되고 있다.
도 1a는 일반적인 리튬 이차전지의 분리 사시도를 나타내며, 도 1b는 도 1a의 전극조립체가 권취되기 전의 평면도를 나타낸다.
상기 리튬 이차전지는, 도 1a를 참조하면, 양극판(123), 음극판(125) 및 세퍼레이터(124)로 구성되는 전극조립체(120)를 전해액과 함께 캔(110)에 수납하고, 이 캔(110)의 상단개구부(110a)를 캡조립체(130)로 밀봉함으로써 형성된다.
상기 캔(110)은 일반적으로 알루미늄 또는 그 합금 재질로 형성되며, 딥드로잉 방식에 의하여 제작된다. 상기 캔(110)의 하면(110b)은 일반적으로 거의 평면 형상으로 형성된다.
상기 전극조립체(120)는, 도 1b를 참조하면, 양극판(123)과 음극판(125) 사이에 세퍼레이터(124)가 개재되면서 권취되어 형성된다. 상기 양극판(123)에는 양극탭(126)이 결합되어 전극조립체(120)의 상단부로 돌출되며, 음극판(125)에는 음극탭(127)이 결합되어 전극조립체(120)의 상단부로 돌출된다. 상기 전극조립체(120)에서 상기 양극탭(126)과 음극탭(127)은 소정거리 떨어져 형성되어 전기적으로 절연되도록 한다. 상기 양극탭(126)과 음극탭(127)은 일반적으로 니켈 금속으로 형성된다.
상기 캡조립체(130)는 캡플레이트(140)와 절연플레이트(150)와 터미널플레이트(160) 및 전극단자(135)를 포함하여 구성된다. 캡조립체(130)는 별도의 절연케이스(170)와 결합되어 캔(110)의 상단개구부(110a)에 결합되어 캔(110)을 밀봉하게 된다.
상기 캡플레이트(140)는 상기 캔(110)의 상단개구부(110a)와 상응하는 크기와 형상을 가지는 금속판으로 형성된다. 상기 캡플레이트(140)의 중앙에는 소정 크기의 단자통공1(141)이 형성되며, 단자통공1(141)에 삽입될 때는 전극단자(135)와 캡플레이트(140)의 절연을 위하여 전극단자(135)의 외면에는 튜브형의 개스킷튜브(146)가 결합되어 함께 삽입된다. 한편, 상기 캡플레이트(140)의 일측에는 전해액 주입공(142)이 상기 캡플레이트(140)의 타측에 소정크기로 형성된다. 상기 캡조립체(130)가 상기 캔(110)의 상단개구부(110a)에 조립된 후 전해액주입공(142)을 통하여 전해액이 주입되고, 전해액주입공(142)은 별도의 밀폐수단에 의하여 밀폐된다.
상기 전극단자(135)는 상기 음극판(125)의 음극탭(127) 또는 상기 양극판(123)의 양극탭(126)에 연결되어 음극단자 또는 양극단자로 작용하게 된다.
상기 절연플레이트(150)는 가스켓과 같은 절연물질로 형성되며, 캡플레이트(140)의 하면에 결합된다. 절연플레이트(150)에는 상기 캡플레이트(140)의 단자통공1(141)에 대응되는 위치에 상기 전극단자(135)가 삽입되는 단자통공2(151)가 형성되어 있다. 상기 절연플레이트(150)의 하면에는 상기 터미널플레이트(160)가 안착되도록 터미널플레이트(160)의 크기에 상응하는 안착홈(152)이 형성된다.
상기 터미널플레이트(160)는 일반적으로 니켈 합금으로 형성되며, 상기 절연플레이트(150)의 하면에 장착된다. 상기 터미널플레이트(160)에는 캡플레이트(140)의 단자통공1(141)에 대응되는 위치에 상기 전극단자(135)가 삽입되는 단자통공3(161)이 형성되어 있으며, 상기 전극단자(135)가 상기 개스킷튜브(146)에 의하여 절연되면서 캡플레이트(140)의 단자통공1(141)을 통하여 결합되므로 상기 터미널플레이트(160)는 상기 캡플레이트(140)와 전기적으로 절연되면서 상기 전극단자(135)와 전기적으로 연결된다.
상기 터미널플레이트(160)의 일측에는 상기 음극판(125)에 결합된 음극탭(127)이 용접되며, 캡플레이트(140)의 타측에는 상기 양극판(123)에 결합된 양극탭 (126)이 용접된다. 상기 음극탭(127)과 양극탭(126)을 결합시키는 용접방법으로는 저항용접, 레이저 용접 등이 사용되며, 일반적으로는 저항용접이 사용된다.
리튬 이차전지의 전극조립체는 충전과 방전이 반복됨에 따라 두께 방향으로 팽창하게 된다. 전극조립체가 두께 방향으로 팽창하게 되면 어느 정도의 강도를 가지는 금속 재질의 캔 방향(젤리롤의 외측 방향)으로는 캔에 의해 팽창하지 못하므로, 그 대신 젤리롤의 권심 방향으로 팽창하게 된다. 이 경우, 전극조립체는 국부적인 변형을 받게 되어 전극판간 쇼트가 발생함으로써 전지가 발화, 폭발할 수 있다는 문제점이 있다. 또한, 전지가 낙하 등 외부 충격을 받게 되면 캔을 통하여 전극조립체에도 그 충격이 가해지게 된다. 이 경우에도, 전극조립체는 국부적인 변형을 받게 되어 전극판간 쇼트가 발생함으로써 전지가 발화, 폭발할 수 있다는 문제점이 있다.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 특히 전극탭 중 젤리롤의 중심부 측에 있는 전극탭의 폭 및/또는 길이를 확장하여 형성함으로써, 전극탭의 역할과 함께 전극조립체를 지지하여 전극조립체의 변형을 방지하고 전극판의 방열 역할을 수행할 수 있는 전극탭을 구비하는 리튬 이차전지용 전극조립체 및 이를 이용한 리튬 이차전지를 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위하여 안출된 본 발명의 리튬 이차전지용 전극조립체는 화학반응에 의하여 발생한 전자를 모아서 외부 회로로 전달해 주는 제 1전극집전체와, 상기 제 1전극집전체의 일측면 혹은 양측면에 코팅되며 리튬 이온을 흡장 또는 탈리할 수 있는 구조로 되어 있는 제 1전극활물질부와, 상기 제 1전극집전체 중 활물질이 코팅되어 있지 않아 상기 제 1전극집전체가 그대로 드러나 있는 제 1전극무지부와, 상기 제 1전극무지부의 일측단부에 부착되는 제 1전극탭을 구비하는 제 1전극판, 화학반응에 의하여 발생한 전자를 모아서 외부 회로로 전달해 주는 제 2전극집전체와, 상기 제 2전극집전체의 일측면 혹은 양측면에 코팅되며 리튬 이온을 흡장 또는 탈리할 수 있는 구조로 되어 있는 제 2전극활물질부와, 상기 제 2전극집전체 중 활물질이 코팅되어 있지 않아 상기 제 2전극집전체가 그대로 드러나 있는 제 2전극무지부와, 상기 제 2전극무지부의 일측단부에 부착되는 제 2전극탭을 구비하는 제 2전극판, 상기 제 1전극판과 상기 제 2전극판 사이에 개재되는 세퍼레이터를 구비하는 각형 리튬 이차전지용 전극조립체에 있어서, 상기 제 1전극탭 또는 상기 제 2전극탭 중 상기 전극조립체의 중심부에 위치하는 제 2전극탭은 상기 제 2전극무지부와 접촉하는 부분의 폭이 타측에 비하여 연장되어 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제 2전극탭은 상기 제 2전극무지부와 접촉하는 부분의 높이가 하부 방향으로 연장되어 형성될 수 있다. 또한, 상기 제 2전극탭은 상기 전극조립체의 상부 방향으로 노출된 돌출부와, 상기 제 2전극무지부에 부착되는 지지부를 포함하여 이루어질 수 있다. 또한, 상기 지지부는 상기 돌출부의 폭보다 크게 형성될 수 있다. 또한, 상기 지지부는 높이가 상기 제 2전극판 높이의 적어도 70%가 되도록 형성되는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 상기 지지부는 상기 제 2전극판 높이와 동일한 높이가 되도록 형성될 수 있다. 또한, 상기 지지부는 폭이 상기 전극조립체의 평면형상에서 권심측에 형성된 슬릿(slit) 폭의 70 내지 90%가 되도록 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 지지부는 일부가 상기 제 2전극활물질부를 덮도록 형성될 수 있다. 또한, 상기 지지부는 상기 제 2전극무지부와 접하는 부분만 용접될 수 있다. 또한, 상기 지지부는 복수개의 홀이 형성될 수도 있다.
또한, 본 발명에 따른 각형 리튬 이차전지는 화학반응에 의하여 발생한 전자를 모아서 외부 회로로 전달해 주는 제 1전극집전체와, 상기 제 1전극집전체의 일측면 혹은 양측면에 코팅되며 리튬 이온을 흡장 또는 탈리할 수 있는 구조로 되어 있는 제 1전극활물질부와, 상기 제 1전극집전체 중 활물질이 코팅되어 있지 않아 상기 제 1전극집전체가 그대로 드러나 있는 제 1전극무지부와, 상기 제 1전극무지부의 일측단부에 부착되는 제 1전극탭을 구비하는 제 1전극판, 화학반응에 의하여 발생한 전자를 모아서 외부 회로로 전달해 주는 제 2전극집전체와, 상기 제 2전극집전체의 일측면 혹은 양측면에 코팅되며 리튬 이온을 흡장 또는 탈리할 수 있는 구조로 되어 있는 제 2전극활물질부와, 상기 제 2전극집전체 중 활물질이 코팅되어 있지 않아 상기 제 2전극집전체가 그대로 드러나 있는 제 2전극무지부와, 상기 제 2전극무지부의 일측단부에 부착되는 제 2전극탭을 구비하는 제 2전극판, 상기 제 1전극판과 상기 제 2전극판 사이에 개재되는 세퍼레이터를 구비하는 전극조립체; 상기 전극조립체를 수용하는 캔; 및 상기 캔의 상단개구부를 밀봉하는 캡조립체를 포함하여 이루어지는 각형 리튬 이차전지에 있어서, 상기 제 1전극탭 또는 상기 제 2 전극탭 중 상기 전극조립체의 중심부에 위치하는 제 2전극탭은 상기 제 2전극무지부와 접촉하는 부분의 폭이 타측에 비하여 연장되어 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제 2전극탭은 상기에서 기술된 형상 중 어느 하나의 형상으로 형성될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 2a는 본 발명의 실시예에 따른 전극조립체가 권취되기 전의 평면도를 나타내며, 도 2b는 도 2a의 전극조립체 중 음극판의 사시도이며, 도 2c는 도 2a의 전극조립체가 권취된 후의 평면도를 나타낸다. 이하의 설명에서는 양극탭(237)과 음극탭(247) 중 상기 전극조립체(230)의 중심부에 위치하는 전극탭을 음극탭(247)이라 가정하고 이하의 설명을 전개하기로 한다. 다만, 전지의 제조 방법에 따라 중심전극탭이 양극탭(237)이 될 수도 있음은 물론이다.
본 발명의 실시예에 따른 각형 리튬 이차전지용 전극조립체(230)는, 도 2a 및 도 2c를 참조하면, 제 1전극판(232)(이하, 양극판이라 한다), 제 2전극판(242)(이하, 음극판이라 한다) 및 세퍼레이터(241)를 포함한다. 또한, 상기 양극판(232)의 일측 단부에는 양극탭(237)이 부착되고, 음극판(242)의 일측 단부에는 음극탭(247)이 부착된다.
상기 양극판(232)은 화학반응에 의하여 발생한 전자를 모아서 외부 회로로 전달해 주는 양극집전체(234)와, 상기 양극집전체(234)의 일측면 혹은 양측면에 코 팅되며 리튬 이온을 흡장 또는 탈리할 수 있는 구조로 되어 있는 양극활물질부(235), 상기 양극집전체(234) 중 양극활물질이 코팅되어 있지 않아 양극집전체(234)가 그대로 드러나 있는 양극무지부(236)가 형성되어 있다. 양극집전체(234)에 모인 전자들을 외부 회로로 전달해 주는 양극탭(237)은 상기 양극무지부(236)에 초음파 용접방식으로 용접되어 있으며, 여기서 상기 양극탭(237)의 용접 방식을 한정하는 것은 아니다. 상기 양극집전체(234)는 알루미늄(Al)과 같은 금속 재질로 형성되며, 상기 양극탭(237)도 알루미늄(Al)과 같은 금속 재질로 형성된다. 또한, 상기 양극활물질부(235)는 리튬 이온을 내어 놓을 수 있는 금속산화물에 도전재와 바인더를 혼합하여 형성된다.
상기 세퍼레이터(241)는 양극판(232)과 음극판(242) 사이에 개재되어 상기 양극판(232)과 상기 음극판(242) 사이에 발생할 수 있는 쇼트를 방지한다. 세퍼레이터(241)는 통상적으로 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP) 등의 열가소성 수지로 형성되며, 그 표면은 다공막 구조로 되어 있다. 이러한 다공막 구조는, 전지 내부의 온도 상승으로 상기 열가소성 수지의 융점 근처가 되면 세퍼레이터(241)가 용융하여 공공이 막힘으로써 절연필름이 된다. 이러한 현상을 세퍼레이터의 봉공 또는 셧다운(shut down) 현상이라고 한다. 이렇게 절연필름으로 바뀜으로써 양극판(232)과 음극판(242)간의 리튬 이온의 이동이 차단되고, 더 이상의 전류가 흐르지 못하게 됨으로써 전지내부의 온도 상승이 중단된다.
상기 음극판(242)은, 도 2b를 참조하면, 화학반응에 의해 발생한 전자를 모아서 외부 회로로 전달해주는 음극집전체(244)와, 상기 음극집전체(244)의 일측면 혹은 양측면에 코팅되며 리튬 이온을 흡장 또는 탈리할 수 있는 구조로 되어 있는 음극활물질부(245), 상기 음극집전체(244) 중 음극활물질이 코팅되어 있지 않아 음극집전체(244)가 그대로 드러나 있는 음극무지부(246)가 형성되어 있다. 상기 음극집전체(244)는 구리(Cu) 또는 니켈(Ni)과 같은 금속 재질로 형성되며, 여기서 음극집전체(244)의 재질을 한정하는 것은 아니다. 또한, 상기 음극활물질부(245)는 탄소재료에 도전재와 바인더를 혼합하여 형성된다.
상기 음극탭(247)은 돌출부(247a)와 지지부(247b)를 구비하여 음극무지부(246)의 일측 단부에 형성되며, 음극집전체(244)에 모인 전자들을 외부 회로로 전달해 주는 부분이다. 상기 음극탭(247)은 음극무지부(246)에 초음파 용접방식으로 용접되며, 여기서 상기 음극탭(247)의 용접방식을 한정하는 것은 아니다. 상기 음극탭(247)은 니켈(Ni)과 같은 금속 재질로 형성되며, 여기서 상기 음극탭(247)의 재질을 한정하는 것은 아니다. 이하의 설명에서는, 음극판(242)의 가로 방향(도 3에서 x 방향)을 음극탭(247)의 폭 방향으로, 음극판(242)의 세로 방향(도 3에서 y 방향)을 음극탭(247)의 높이 방향으로 한다. 상기 음극탭(247)은 일반적인 음극탭의 규격에 비해 폭 및/또는 높이가 연장되어 형성된다.
상기 돌출부(247a)는 전극조립체(230)의 상부 방향으로 노출되도록 형성되며, 상기 지지부(247b)의 우측 상단과 연결된다. 상기 돌출부(247a)는 대략 세로가 긴 직사각형상으로 형성된다. 상기 돌출부(247a)는 대략 0.1mm의 두께와 3mm의 폭으로 이루어지며, 여기서 상기 돌출부(247a)의 두께와 폭을 한정하는 것은 아니다. 상기 돌출부(247a)는 지지부(247b)로 모인 전자들을 외부회로로 전달하는 통로 역 할을 하며, 터미널플레이트(도면에 도시하지 않음, 도 1a의 도면부호 168 참조)의 하면에 용접된다. 상기 돌출부(247a)는 수 회 절곡되어 터미널플레이트에 용접되므로 지지부(247b)의 폭보다 작도록 형성되는 것이 바람직하다. 상기 돌출부(247a)는 절곡시 양극판(232)과의 쇼트를 방지하기 위해 보호테이프(도면에 도시하지 않음)가 더 부착될 수 있다.
상기 지지부(247b)는 음극무지부(246)에 부착되어 전극조립체(230) 높이 이내에 형성되므로, 정면에서는 식별되지 않는다. 상기 지지부(247b)는 우측 상단을 통해 상기 돌출부(247a)와 연결되며, 대략 직사각형상으로 형성된다. 상기 지지부(247b)는 음극집전체(244)에 모인 전자들을 모아서 상기 돌출부(247a)로 전달하는 역할을 하게 된다. 상기 지지부(247b)의 높이는 음극판(242) 높이의 적어도 70%가 되도록 형성되는 것이 바람직하다. 상기 지지부(247b)의 높이가 음극판(242) 높이의 70%미만이 되도록 형성되면 전극조립체(230) 전체의 높이에 비해 지지부(247b)가 차지하는 비율이 지나치게 낮아지게 된다. 따라서, 상기 지지부(247b)가 형성되지 않은 전극조립체(230)의 하부는 변형에 취약하게 되므로 지지부(247b)의 높이는 음극판(242) 높이의 적어도 70%가 되도록 형성되는 것이 좋다. 더욱 바람직하게는 상기 지지부(247b)는 음극판(242) 높이와 동일한 높이가 되도록 형성된다. 또한, 상기 지지부(247b)는 폭이 상기 전극조립체(230)의 평면 형상에서 권심측에 형성된 슬릿(slit) 폭의 70 내지 90%가 되도록 형성되는 것이 바람직하다. 상기 지지부(247b)의 폭이 슬릿 폭의 70% 미만이 되도록 형성되면 전극조립체(230)를 충분히 지지하지 못하게 되고, 상기 지지부(247b)의 폭이 슬릿 폭의 90%를 초과하도록 형 성되면 전극조립체(230)의 코너부 최내측이 지지부(247b)에 의해 눌리거나 찍혀서 손상될 수 있다는 문제점이 발생할 수 있다. 상기 지지부(247b)는 전극탭의 역할과 함께 전극조립체(230)를 지지하여 전극조립체(230)의 변형을 방지하고 전극판의 방열 역할을 수행할 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 음극판의 사시도를 나타낸다. 상기 도 3의 실시예는 돌출부(347a)의 형성 위치를 제외하고는 도 2b의 실시예와 유사하므로, 차이점을 중심으로 설명한다.
상기 음극판(342)은, 도 3을 참조하면, 음극집전체(344), 음극활물질부(345), 음극무지부(346) 및 음극탭(347)을 포함하여 이루어진다. 상기 음극집전체(344), 음극활물질부(345) 및 음극무지부(346)는 상기 도 2b의 실시예와 유사하므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.
상기 음극탭(347)은 돌출부(347a)와 지지부(347b)를 구비하여 이루어진다.
상기 돌출부(347a)는 전극조립체의 상부 방향으로 노출되도록 형성되며, 상기 지지부(347b)의 좌측 상단과 연결된다. 상기 돌출부(347a)는 대략 세로가 긴 직사각형상으로 형성된다. 상기 돌출부(347a)는 수 회 절곡되어 터미널플레이트에 용접되므로 지지부(347b)의 폭보다 작도록 형성되는 것이 바람직하다. 상기 돌출부(347a)는 절곡시 양극판과의 쇼트를 방지하기 위해 보호테이프(도면에 도시하지 않음)가 더 부착될 수 있다.
상기 지지부(347b)는 음극무지부(346)에 부착되어 음극집전체(344)에 모인 전자들을 상기 돌출부(347a)로 전달하게 된다. 상기 지지부(347b)는 좌측 상단을 통해 상기 돌출부(347a)와 연결되며, 대략 직사각형상으로 형성된다. 상기 지지부(347b)의 높이는 음극판(342) 높이의 적어도 70%가 되도록 형성되는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 상기 지지부(347b)는 음극판(342) 높이와 동일한 높이가 되도록 형성된다. 또한, 상기 지지부(347b)는 폭이 상기 전극조립체(230)의 평면 형상에서 권심측에 형성된 슬릿(slit) 폭의 70 내지 90%가 되도록 형성되는 것이 바람직하다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 음극판의 사시도를 나타낸다.
상기 음극판(442)은, 도 4를 참조하면, 음극집전체(444), 음극활물질부(445), 음극무지부(446) 및 음극탭(447)을 포함하여 이루어진다. 상기 음극탭(447)은 돌출부(447a)와 지지부(447b)를 포함한다. 상기 음극집전체(444)는 상기 도 2b의 실시예와 유사하므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.
상기 음극활물질부(445)는 상기 도 2b의 실시예 또는 도 3의 실시예에 비하여 보다 넓은 면적으로 형성된다. 보다 상세하게는 상기 음극활물질부(445)는 음극탭(447)이 위치하는 방향으로 연장되도록 형성된다. 그 결과, 음극탭(447)이 부착되는 음극무지부(446)의 면적은 음극활물질부(445)의 늘어난 면적만큼 감소된다. 상기 음극활물질부(445)가 도 2b의 실시예 또는 도 3의 실시예에 비해 확장되므로, 그 만큼 전지의 용량이 확대될 수 있다.
상기 음극무지부(446)는 음극탭(447)의 지지부(447b)가 용접되는 부분이므 로, 음극활물질이 코팅되어 있지 않아 음극집전체(444)가 그대로 드러나 있다. 상기 음극무지부(446)는 지지부(447b)가 용접될 수 있을 정도의 최소 면적만으로 형성되고, 전지의 용량을 확대하기 위해 음극활물질부(445)가 최대한 형성된다.
상기 음극탭(447)은 돌출부(447a)와 지지부(447b)를 구비하여 음극무지부(446)의 일측 단부에 형성된다. 상기 음극탭(447)은, 도 4에서는 상기 도 2b의 실시예처럼 돌출부(447a)가 지지부(447b)의 우측상단에 형성되도록 도시되어 있으나, 도 3의 실시예처럼 돌출부(447a)가 지지부(447b)의 좌측상단에 형성될 수도 있다. 즉, 도 2b의 실시예 또는 도 3의 실시예가 선택적으로 적용될 수 있다.
상기 돌출부(447a)는 전극조립체(430)의 상부 방향으로 노출되도록 형성되며, 상기 지지부(447b)의 상단과 연결된다. 상기 돌출부(447a)는 대략 세로가 긴 직사각형상으로 형성된다. 상기 돌출부(447a)는 대략 0.1mm의 두께와 3mm의 폭으로 이루어지며, 여기서 상기 돌출부(447a)의 두께와 폭을 한정하는 것은 아니다. 상기 돌출부(447a)는 수 회 절곡되어 터미널플레이트에 용접되므로 지지부(447b)의 폭보다 작도록 형성되는 것이 바람직하다. 상기 돌출부(447a)는 절곡시 양극판과의 쇼트를 방지하기 위해 보호테이프(도면에 도시하지 않음)가 더 부착될 수 있다.
상기 지지부(447b)는 음극무지부(446)에 부착되어 전극조립체(230) 높이 이내에 형성된다. 상기 지지부(447b)는 상단을 통해 상기 돌출부(447a)와 연결되며, 대략 직사각형상으로 형성된다. 상기 지지부(447b)는 음극활물질부(445)와 음극무지부(446)의 경계 부분에 형성된다. 즉, 상기 지지부(447b)의 일정 면적은 음극활물질부(445) 상에 위치하고, 나머지 면적은 음극무지부(446) 상에 위치하게 된다. 상기 무지부(447b)는 음극무지부(446)와 접하는 부분만 용접된다. 따라서, 상기 지지부(447b) 중 음극활물질부(445)상에 위치하는 부분은 용접되지 않고 음극활물질부(445)와 접촉만 되도록 형성된다. 상기 지지부(447b)는 음극활물질부(445)와 접하는 부분에 복수개의 홀(450)이 형성된다. 상기 홀(450)은 원형상 또는 다각형상으로 형성될 수 있으며, 여기서 상기 홀(450)의 형상을 한정하는 것은 아니다. 또한, 상기 홀(450)은 상기 지지부(447b) 중 음극활물질부(445)와 접하는 부분에만 형성될 수도 있다. 상기 홀(450)은 전해액이 이동할 수 있는 통로가 되며, 따라서 상기 홀(450)을 통해 리튬 이온이 음극판(442)과 양극판 사이로 이동할 수 있게 된다. 상기 지지부(447b)의 높이는 음극판(442) 높이의 적어도 70%가 되도록 형성되는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는, 상기 지지부(447b)는 음극판(442) 높이와 동일한 높이가 되도록 형성된다. 또한, 상기 지지부(447b)는 폭이 전극조립체의 평면 형상에서 권심측에 형성된 슬릿(slit) 폭의 70 내지 90%가 되도록 형성되는 것이 바람직하다. 상기 지지부(447b)는 전극탭의 역할과 함께 전극조립체를 지지하여 전극조립체의 변형을 방지하고 전극판의 방열 역할을 수행할 수 있으며, 홀(450)을 통해 리튬 이온이 이동할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 리튬 이차전지용 전극조립체는 도 1a에 도시된 리튬 이차전지에 적용될 수 있다. 여기서 상기 리튬 이차전지용 전극조립체가 적용되는 리튬 이차전지의 구성을 한정하는 것은 아니며, 다양한 구성을 갖는 리튬 이차전지에 상기 리튬 이차전지용 전극조립체가 적용될 수 있음은 물론이다.
다음으로, 본 발명의 실시예에 따른 전극조립체가 적용된 리튬 이차전지의 작용에 대하여 설명한다. 이하의 설명에서는 도 2a 및 도 2c의 실시예에 따른 리튬 이차전지용 전극조립체가 적용된 경우에 대하여 설명한다.
상기 전극조립체(210)는, 도 2a 및 도 2c를 참조하면, 양극판(232), 음극판(242) 및 세퍼레이터(241)를 포함한다. 또한, 상기 양극판(232)의 일측 단부에는 양극탭(237)이 부착되고, 음극판(242)의 일측 단부에는 음극탭(247)이 부착된다. 상기 음극탭(247)은 돌출부(247a)와 지지부(247b)를 구비한다. 전지의 충방전이 반복되어 전극조립체(230)가 두꺼워지면 상기 전극조립체(230)의 외측 방향과 내측 방향으로 압력이 가해지게 된다. 상기 전극조립체(230)의 외측 방향에는 캔이 위치하고 있어 팽창이 억제된다. 따라서, 상기 전극조립체(230)는 내측 방향, 즉 권심 방향으로 압력이 작용하게 된다. 권심방향으로 작용한 압력은 상기 지지부(247b)에 가해지게 된다. 상기 지지부(247b)는 전극조립체(230)의 권심 부분과 밀착하여 전극조립체(230)가 권심 방향으로 팽창하는 것을 방지한다. 따라서, 전극조립체(230)가 국부적으로 변형되는 현상이 발생하지 않으므로 전극판간 쇼트에 의한 전지의 발화, 폭발이 방지된다. 또한, 전지의 낙하 등 외력이 작용하는 경우 캔 내부에서 전극조립체(230)가 미세하게 유동하거나, 캔의 변형에 의해 전극조립체(230)가 변형될 수 있다. 상기 지지부(247b)는 전극조립체(230)의 권심부분과 밀착되어 전극조립체(230)의 유동 또는 변형을 완화 또는 억제하게 된다. 또한, 상기 지지부(247b)는 넓은 면적으로 형성되므로 많은 열이 발생하는 음극탭(247)의 방열 기능을 수행하게 된다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형의 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 특허청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
본 발명에 따른 리튬 이차전지용 전극조립체에 의하면, 전극탭 중 젤리롤의 중심부 측에 있는 전극탭의 폭 및/또는 길이를 확장하여 형성함으로써, 전극탭의 역할과 함께 전극조립체를 지지하여 전극조립체의 변형을 방지하고 전극판의 방열 역할을 수행할 수 있는 효과가 있다.

Claims (12)

  1. 화학반응에 의하여 발생한 전자를 모아서 외부 회로로 전달해 주는 제 1전극집전체와, 상기 제 1전극집전체의 일측면 혹은 양측면에 코팅되며 리튬 이온을 흡장 또는 탈리할 수 있는 구조로 되어 있는 제 1전극활물질부와, 상기 제 1전극집전체 중 활물질이 코팅되어 있지 않아 상기 제 1전극집전체가 그대로 드러나 있는 제 1전극무지부와, 상기 제 1전극무지부의 일측단부에 부착되는 제 1전극탭을 구비하는 제 1전극판,
    화학반응에 의하여 발생한 전자를 모아서 외부 회로로 전달해 주는 제 2전극집전체와, 상기 제 2전극집전체의 일측면 혹은 양측면에 코팅되며 리튬 이온을 흡장 또는 탈리할 수 있는 구조로 되어 있는 제 2전극활물질부와, 상기 제 2전극집전체 중 활물질이 코팅되어 있지 않아 상기 제 2전극집전체가 그대로 드러나 있는 제 2전극무지부와, 상기 제 2전극무지부의 일측단부에 부착되는 제 2전극탭을 구비하는 제 2전극판,
    상기 제 1전극판과 상기 제 2전극판 사이에 개재되는 세퍼레이터를 구비하는 각형 리튬 이차전지용 전극조립체에 있어서,
    상기 제 1전극탭 또는 상기 제 2전극탭 중 상기 전극조립체의 중심부에 위치하는 제 2전극탭은 상기 제 2전극무지부와 접촉하는 부분의 폭이 타측에 비하여 연장되어 형성되는 것을 특징으로 하는 각형 리튬 이차전지용 전극조립체.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제 2전극탭은 상기 제 2전극무지부와 접촉하는 부분의 높이가 하부 방향으로 연장되어 형성되는 것을 특징으로 하는 각형 리튬 이차전지용 전극조립체.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 제 2전극탭은 상기 전극조립체의 상부 방향으로 노출된 돌출부와, 상기 제 2전극무지부에 부착되는 지지부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 각형 리튬 이차전지용 전극조립체.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 지지부는 상기 돌출부의 폭보다 크게 형성되는 것을 특징으로 하는 각형 리튬 이차전지용 전극조립체.
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 지지부는 높이가 상기 제 2전극판 높이의 적어도 70%가 되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 각형 리튬 이차전지용 전극조립체.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 지지부는 상기 제 2전극판 높이와 동일한 높이가 되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 각형 리튬 이차전지용 전극조립체.
  7. 제 3항에 있어서,
    상기 지지부는 폭이 상기 전극조립체의 평면형상에서 권심측에 형성된 슬릿(slit) 폭의 70 내지 90%가 되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 각형 리튬 이차전지용 전극조립체.
  8. 제 3항에 있어서,
    상기 지지부는 일부가 상기 제 2전극활물질부를 덮도록 형성되는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지용 전극조립체.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 지지부는 상기 제 2전극무지부와 접하는 부분만 용접되는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지용 전극조립체.
  10. 제 8항에 있어서,
    상기 지지부는 복수개의 홀이 형성되는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지용 전극조립체.
  11. 화학반응에 의하여 발생한 전자를 모아서 외부 회로로 전달해 주는 제 1전극집전체와, 상기 제 1전극집전체의 일측면 혹은 양측면에 코팅되며 리튬 이온을 흡 장 또는 탈리할 수 있는 구조로 되어 있는 제 1전극활물질부와, 상기 제 1전극집전체 중 활물질이 코팅되어 있지 않아 상기 제 1전극집전체가 그대로 드러나 있는 제 1전극무지부와, 상기 제 1전극무지부의 일측단부에 부착되는 제 1전극탭을 구비하는 제 1전극판,
    화학반응에 의하여 발생한 전자를 모아서 외부 회로로 전달해 주는 제 2전극집전체와, 상기 제 2전극집전체의 일측면 혹은 양측면에 코팅되며 리튬 이온을 흡장 또는 탈리할 수 있는 구조로 되어 있는 제 2전극활물질부와, 상기 제 2전극집전체 중 활물질이 코팅되어 있지 않아 상기 제 2전극집전체가 그대로 드러나 있는 제 2전극무지부와, 상기 제 2전극무지부의 일측단부에 부착되는 제 2전극탭을 구비하는 제 2전극판,
    상기 제 1전극판과 상기 제 2전극판 사이에 개재되는 세퍼레이터를 구비하는 전극조립체;
    상기 전극조립체를 수용하는 캔; 및
    상기 캔의 상단개구부를 밀봉하는 캡조립체를 포함하여 이루어지는 각형 리튬 이차전지에 있어서,
    상기 제 1전극탭 또는 상기 제 2전극탭 중 상기 전극조립체의 중심부에 위치하는 제 2전극탭은 상기 제 2전극무지부와 접촉하는 부분의 폭이 타측에 비하여 연장되어 형성되는 것을 특징으로 하는 각형 리튬 이차전지.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 제 2전극탭은 제 2항 내지 제 10항 중 어느 하나의 항에 따른 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 각형 리튬 이차전지.
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