KR100958648B1 - 전극조립체와 이를 이용한 이차전지 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따르면, 이차전지의 전극조립체는 활물질의 코팅된 양극 집전체의 적어도 일측단부에 양극 무지부가 형성된 양극 스트립과, 활물질의 코팅된 음극 집전체의 적어도 일측단부에 음극 무지부가 형성된 음극스트립과, 양극 스트립과 음극스트립의 사이에 세퍼레이터가 설치된 상태에서 나선형으로 감긴 전극조립체를 구비하며, 최내곽의 감긴폭을 L1라 하고, 상기 L1과 대응되는 전극 조립체의 최외곽의 수평폭을 L2라 하며, 전극조립체의 두께의 1/2를 A라 할 때에 부등식 (L2-L1)/2 - A > 0 를 만족하는 것을 특징으로 한다.

Description

전극조립체와 이를 이용한 이차전지{Electrode unit and second battery using the same}

도 1은 종래 전극조립체의 사시도,

도 2는 본 발명에 따른 이차전지의 분리 사시도,

도 3은 본 발명에 따른 이차전지의 다른 실시예를 도시한 사시도,

도 4는 맨드릴에 의해 전극조립체가 감기는 상태를 도시한 측면도,

도 5는 본 발명에 따른 전극조립체의 측면도,

본 발명은 이차전지에 관한 것으로, 더 상세하게는 양극 스트립과 음극스트립에 세퍼레이터를 개재한 상태에서 권취시 전극의 변형(deform)을 방지 할 수 있는 전극조립체와 이를 이용한 이차전지에 관한 것이다.

휴대폰, 캠코더, 노트북 컴퓨터 등의 경량화 무선화가 급속하게 진행됨에 따라 그 구동 전원으로서의 에너지 밀도가 높은 리튬 이온 전지가 활발히 개발되고 있다. 이러한 리튬 2차 전지는 원형 또는 비원형의 나선형으로 감긴 전극조립체가 원형 또는 각형의 캔이나 파우치에 수용되어 이루어진다.

상기와 같은 이차전지에 있어서, 전극조립체는 스트립상의 양극 집전체의 양단부의 일부(이하 양극 무지부라함)를 제외하고 양극 활물질이 코팅되어 이루어진 양극 스트립과, 스트립상의 음극 집전체의 양단부의 일부(이하 음극 무지부라 함)를 제외하고 음극 활물질이 코팅되어 이루어진 음극 스트립과, 상기 양극 스트립과 음극 스트립의 사이에 세퍼레이터가 개재된 상태에서 나선형으로 감겨 이루어진다. 그리고 상기 양극 및 음극 무지부의 적어도 일측에는 리드들이 설치된다.

한편, 상기 양 전극 및 음 전극 스트립과 세퍼레이터는 다소의 연성을 가지며 플랙시블 하므로 나선형으로 감기는 과정에서 전극조립체의 중앙부와 주변부에작용하는 인장력의 차이가 발생하게 되고 나아가서는 전극 조립체의 중앙부위에 위치되는 전극 스트립들이 변형되는 문제점이 있다. 즉, 양전극 및 음전극 스트립은 비원형의 맨드릴에 의해 나선형으로 감기는데, 이때에 맨드릴에 감기는 전극 조립체의 두께 차이로 인하여 감기는 전극 스트립들 및 세퍼레이터의 각속도가 달라지게 된다. 따라서 감기는 양극, 세퍼레이터 및 음극 스트립의 인장력이 중앙부와 주변부에서 서로 달라지게 도 1에 도시된 바와 같이 전지조립체(1)의 중앙부가 변형된다.

한편, 일본 공개 특허 공보 평8-39817호에는 비원형 스퍼이럴 전지의 전극조립체가 개시되어 있다. 개시된 전극조립체는 양극판과 음극판 및 이들 사이에 개재된 세퍼레이터가 스파이럴 타입으로 감긴 것으로, 양극판과 음극판의 감긴 시작위치가 빗나가 있고, 가장 중심에 가까운 극판의 절곡부에는 선권극판만이 위치하고, 후권극판이 감기기 사작하는 위치는 선권 극판의 최초 절곡 보다 후퇴되어 위치한 다. 그리고 선권극판의 처음 절곡부는 외주에 감겨 있는 선극판과 대향하여 위치한다.

미국 특허공보 5,508,122호에는 스파이럴 전극 유니트를 가지는 전지가 개시되어 있다. 개시된 전극 조립체는 음전극 스트립의 전극코어 재질의 노출된 영역의 양측에 세퍼레이터를 통하여 동일한 극이 위치되는 구성이 개시되어 있다.

그리고 일본 공개 특허 공보 평11-111327호에는 스파이럴 전극체를 가지는 전지가 개시되어 있다. 전극 조립체가 감기는 최 안쪽에는 음극판이 위치하고 최외곽에는 동박의 양극판이 위치된 구성이 개시되어 있다.

상술한 바와 같이 구성된 스파이럴형 전극 조립체들은 무지부의 영역들을 한정하여 리드의 한정 및 빗 감김에 대한 문제를 해결하고 있으나 권취시 발생되는 전극 스트립 및 세퍼레이터에 작용하는 불균일한 인장력의 차이에 의한 변형을 근본적으로 해결하지 못하고 있다.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해서 양극 스트립과 음극스트립 및 세퍼레이터의 권취시 감기는 각속도 및 인장력에 의해 변형이 방지된 전극 조립체 및 이를 이용한 이차전지를 제공함에 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 이차전지의 전극 조립체는

활물질의 코팅된 양극 집전체의 적어도 일측 단부에 양극 무지부가 형성된 양극 스트립과, 활물질의 코팅된 음극 집전체의 적어도 일측단부에 음극 무지부가 형성된 음극스트립과, 상기 양극 스트립과 음극스트립의 사이에 세퍼레이터가 설치된 상태에서 나선형으로 감긴 전극조립체를 구비하며, 상기 전극조립체에 있어서최내곽의 감긴폭을 L1라 하고, 상기 L1과 대응되는 전극 조립체의 최외곽의 수평폭을 L2라 하며, 전극조립체의 두께의 1/2를 A라 할 때에 부등식 (L2-L1)/2 - A > 0 를 만족하는 것을 그 특징으로 한다.

삭제

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 전지는,

내부 공간부를 가지는 케이스와, 상기 케이스와 결합되어 이를 밀봉하며 상기 전극 조립체와 전기적으로 연결되는 단자부가 형성된 캡 조립체와,

활물질의 코팅된 양극 집전체의 적어도 일측단부에 양극 무지부가 형성된 양극 스트립과, 활물질의 코팅된 음극 집전체의 적어도 일측단부에 음극 무지부가 형성된 음극 스트립과, 상기 양극 스트립과 음극스트립의 사이에 세퍼레이터가 설치된 상태에서 나선형으로 감긴 전극조립체를 포함하며, 최내곽의 감긴폭을 L1라 하고, 상기 L1과 대응되는 전극 조립체의 최외곽의 수평폭을 L2라 하며, 전극조립체의 두께의 1/2를 A라 할 때에 부등식 (L2-L1)/2 - A > 0를 만족하는 것을 그 특징으로 한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 한 바람직한 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 2 및 도 3에는 본 발명에 따른 충방전이 가능한 이차전지의 일예를 나타내 보였다.

도면을 참조하면, 전지(10)(10')는 내부에 밀폐된 공간부가 형성된 케이스(11)(11')와, 상기 케이스(11)(11')의 공간부에 삽입되는 전극 조립체(20)를 포함한다. 상기 케이스(11)는 도 2에 도시된 바와 같이 후술하는 상기 전극 조립체(20)가 삽입된 공간부를 밀폐하며 전극 조립체(20)의 일측 리드(14)와 전기적으로 연결된 단자부(12)를 가지는 캡 플레이트(13)를 더 포함할 수 있다. 그리고 상기 이차전지(10')의 케이스(11')는 도 3에 도시된 바와 같이 플랙시블한 파우치로 이루어질 수 있다.

그리고 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 전극 조립체(20)는 활물질(21)이 코팅된 음극 집전체(22)의 적어도 일측단부에 음극 무지부(23)가 형성된 음극 스트립(24)과, 활물질(25)이 코팅된 양극 집전체(26)의 적어도 일측단부에 양극 무지부(27)가 형성된 양극스트립(28)과, 음극 스트립(24)과 양극스트립(28)의 사이에 세퍼레이터(30)가 설치된 상태에서 맨드릴(100)에 의해 나선형으로 감기어 이루어진다. 이와 같이 음극 스트립(24)과 양극 스트립(28) 및 세퍼레이터(30)가 비원형의 나선형으로 감겨 이루어진 전극 조립체(20)는 도 5에 도시된 바와 같이 전극 조립체(20)의 최내곽의 감긴 장방형의 폭을 L1라 하고, 상기 L1과 대응되는 방향으로의 전극 조립체 최외곽의 수평폭을 L2라 하며, 전극조립체의 두께(T)의 1/2를 A라 할 때에 부등식 (L2-L1)/2 - A > 0를 만족하도록 와인딩 된다. 여기에서 상기 A 값은 전극조립체를 구성하는 스트립들과 세퍼레이터가 밀착되어 있는 상태에서의 두께이며, 전극 조립체(20)의 두께가 부위에 따라 달라질 수 있는데, 이 경우 각 부위의 두께의 평균 두께를 의미한다.

상술한 바와 같이 와인딩된 전지의 전극조립체(20)는 도 5에서 볼 때, 전극조립체(20)의 최내곽의 감긴 장방형의 폭 부분의 좌우측 부분의 감긴 밀도와 최내곽의 감긴 장방형의 폭 부분의 상하측 부분의 감긴 밀도가, 전자보다 후자가 치밀한 경우를 의미하므로, 와인딩이 끝난 후에 전극 조립체의 최내곽의 감긴 장방형의 폭 부분이 중심 방향으로 변형되는 것을 최대한 억제할 수 있게 된다.

삭제

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 전극 조립체와 이를 이용한 전지는 전극조립체의 와인딩시 중앙부의 변형으로 인한 전극조립체의 두께 변형을 방지할 수 있으며, 나아가서는 캔에 삽입시 그 작업성을 높일 수 있다. 또한 와인딩된 전극조립체의 양전극 스트립과 음전극 스트립의 밀착력을 높여 전지의 효율성을 향상시킬 수 있는 이점을 가진다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호범위는 첨부된 청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

Claims (3)

1. 활물질이 코팅된 양극 집전체의 적어도 일측단부에 양극 무지부가 형성된 양극 스트립과, 활물질의 코팅된 음극 집전체의 적어도 일측단부에 음극 무지부가 형성된 음극스트립과, 양극 스트립과 음극스트립의 사이에 세퍼레이터가 설치된 상태에서 나선형으로 감긴 전극조립체를 구비하며, 최내곽의 감긴폭을 L1라 하고, 상기 L1과 대응되는 전극 조립체의 최외곽의 수평폭을 L2라 하며, 전극조립체의 두께의 1/2를 A라 할 때에 부등식 (L2-L1)/2 - A > 0 를 만족하는 것을 특징으로 하는 전지의 전극조립체.
2. 삭제
3. 내부 공간부를 가지는 케이스와, 상기 케이스와 결합되어 이를 밀봉하며 상기 전극조립체와 전기적으로 연결되는 단자부가 형성된 캡 조립체와,

   활물질이 코팅된 양극 집전체의 적어도 일측단부에 양극 무지부가 형성된 양극 스트립과, 활물질의 코팅된 음극 집전체의 적어도 일측단부에 음극 무지부가 형성된 음극스트립과, 양극 스트립과 음극스트립의 사이에 세퍼레이터가 설치된 상태에서 나선형으로 감긴 전극조립체를 포함하며, 최내곽의 감긴폭을 L1라 하고, 상기 L1과 대응되는 전극 조립체의 최외곽의 수평폭을 L2라 하며, 전극조립체의 두께의 1/2를 A라 할 때에 부등식 (L2-L1)/2 - A > 0 를 만족하는 것을 특징으로 하는 전지.

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