KR101050533B1 - 전극 조립체 및 이를 구비한 이차 전지 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 이차 전지에 관한 것으로, 내부 단락을 방지할 수 있는 전극 조립체를 포함하는 이차 전지에 관한 것이다.
본 발명은 제1 전극판, 세퍼레이터 및 제2 전극판이 적층 및 권취되어 형성되는 전극군; 상기 전극군의 종단부의 상부 및 하부에 부착되는 테이프를 구비하고, 상기 세퍼레이터의 종단부는 외부로 노출되고, 상기 테이프가 상기 세퍼레이터의 종단부의 상부 및 하부에 부착되는 것을 특징으로 하는 전극 조립체 및 이를 구비하는 이차 전지를 제공한다.
전극 조립체, 테이프, 종단부, 고정, 내부 단락 방지

Description

전극 조립체 및 이를 구비한 이차 전지{Electrode assembly and secondary battery using the same}
본 발명은 이차 전지에 관한 것으로, 내부 단락을 방지할 수 있는 전극 조립체를 포함하는 이차 전지에 관한 것이다.
전자기기의 전원으로서 각종 전지가 이용되고 있으며, 특히, 소형 전자기기의 전원으로 소형이면서 대용량화가 가능하고, 단위 면적당 에너지 밀도가 높으며, 충·방전이 가능한 리튬 이차 전지를 많이 사용하고 있다.
리튬 이차 전지는 양극 집전체 및 음극 집전체 각각에 활성화 물질을 도포한 양극판 및 음극판, 그리고 두 극판 사이에 위치하는 세퍼레이터를 적층 및 권취한 전극 조립체를 셀 케이스 내에 수납하고 전해액을 주입한 후, 셀 케이스를 밀폐시킴으로써 형성된다.
이러한 리튬 이차 전지는 셀 케이스의 외관에 따라, 원통형, 각형 또는 파우치형 등으로 분류할 수 있다.
일반적으로 전극 조립체를 셀 케이스 내에 수납하기 위해서, 전극 조립체를 권취한 후, 전극 조립체의 외면을 테이프로 감싸 전극 조립체가 풀리지 않도록 고 정하게 된다.
즉, 양극판, 세퍼레이터, 음극판이 차례로 권취되어 형성된 전극 조립체의 외주면에서 상기 전극 조립체의 권취가 끝나는 단부를 감싸는 상태로 테이프를 부착시키게 된다.
이때, 권취가 완료된 상태의 전극 조립체는 최외곽 기재인 양극판이 최종적으로 권취되어 마감된 상태에서 테이프에 의해 고정된다.
따라서, 전지의 충·방전이나 그 밖의 열 충격에 의해 수지 재질로 형성된 세퍼레이터가 길이 방향인 전극 조립체의 횡 방향으로 수축하는 경우, 세퍼레이터가 수축하면서 발생하는 빈 공간을 통해서 양극판과 음극판이 접촉하게 되므로 전기적인 단락 현상이 발생하는 문제가 있다.
특히, 전극 조립체의 상부 및 하부에서 열 노출 및 고온 현상이 심하게 나타나기 때문에, 세퍼레이터의 수축 형상도 단부의 상부 및 하부에서 두드러지게 나타나게 된다.
상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 권취된 세퍼레이터의 종단부의 상부와 하부, 또는 상부와 하부를 포함하는 종단부의 전 영역을 테이프로 고정하여, 세퍼레이터의 수축을 방지하고, 제1 극판과 제2 극판의 단락을 방지하는 전극 조립체 및 이를 구비한 이차 전지를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 전극 조립체는 제1 전극판, 세퍼레이터 및 제2 전극판이 적층 및 권취되어 형성되는 전극군; 상기 전극군의 종단부의 상부 및 하부에 부착되는 테이프를 구비하고, 상기 세퍼레이터의 종단부는 외부로 노출되고, 상기 테이프가 상기 세퍼레이터의 종단부의 상부 및 하부에 부착되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 이차 전지는 전극 조립체를 포함하는 이차 전지에 있어서, 상기 전극 조립체는 제1 전극판, 세퍼레이터 및 제2 전극판이 적층 및 권취되어 형성되는 전극군; 및 상기 전극군의 종단부의 상부 및 하부에 부착되는 테이프를 구비하고, 상기 세퍼레이터의 종단부는 외부로 노출되고, 상기 테이프가 상기 세퍼레이터의 종단부의 상부 및 하부에 부착되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 세퍼레이터의 종단부의 상부 및 하부는 상기 테이프에 의해 상기 전극군의 외측에 위치하는 전극판에 고정되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 세퍼레이터의 종단부는 상기 전극군의 외측에 위치하는 전극판의 종단부를 감싸는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 테이프는 상기 전극군의 종단부의 상부 및 하부를 제외한 상기 전극군의 종단부의 영역에 더 부착되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 테이프는 상기 전극군의 권취 방향을 따라 상기 전극군의 종단부를 포함한 상기 전극군의 외측 전부를 감싸는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 테이프는 상기 전극군의 종단부 전 영역에 부착되는 것을 특징으로 한다.
따라서, 권취된 세퍼레이터의 종단부의 상부와 하부, 또는 상부와 하부를 포함하는 종단부의 전 영역을 테이프로 고정하여, 세퍼레이터가 수축되는 것을 방지할 수 있으며, 제1 극판과 제2 극판의 단락을 방지할 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 도시한 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 전극 조립체 및 이를 구비한 이차 전지를 설명하되, 명세서 전반에 걸쳐 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.
또한, 도면에 있어서, 영역의 두께, 길이 등은 설명의 편의를 위하여 과장되어 표현될 수 있다.
도1 내지 도4는 본 발명의 실시예에 따른 다양한 형상의 전극 조립체를 나타낸 사시도이다.
도1을 참조하면, 전극 조립체(10)는 제1 전극판(21), 세퍼레이터(23), 제2 전극판(25)이 순차적으로 적층되고, 권취되어 이루어지는 전극군(20)을 포함한다.
본 실시예에서는 제1 전극판(21)이 상기 전극군(20)의 외측에 위치하는 것을 도시하고 있으나, 제2 전극판(25)이 외측에 위치할 수도 있다.
이때, 상기 전극군(20)의 권취가 마감되는 종단부의 경우, 상기 세퍼레이터(23)의 권취가 마감되는 종단부가 제1 전극판(21) 및 제2 전극판(25)의 권취가 마감되는 종단부보다 더 외측으로 돌출되어 외부에 노출된다.
또한, 상기 전극 조립체(10)는 상기 전극군(20)의 권취가 마감되는 종단부에 부착되어, 상기 제1 전극판(21), 상기 세퍼레이터(23) 및 상기 제2 전극판(25)의 권취 상태를 고정하는 테이프(30)를 포함한다.
상술한 바와 같이, 상기 세퍼레이터(23)의 종단부가 외부에 노출되어 있기 때문에, 상기 전극군(20)의 종단부에 상기 테이프(30)가 부착되는 경우, 상기 테이프(30)에 의해 상기 세퍼레이터(23)의 외부로 노출된 종단부가 상기 전극군(20)의 외측에 위치하는 전극판인 제1 전극판(21)에 부착되어 고정된다.
이때, 상기 테이프(30)는 상기 전극군(20)의 종단부의 상부 및 하부에 부착되므로, 상기 세퍼레이터(23)의 종단부의 상부 및 하부가 제1 전극판(21)에 부착되어 고정된다.
따라서, 상기 세퍼레이터(23)의 상부 및 하부에서 발생하는 수축 현상을 방지하여, 제1 전극판(21)과 제2 전극판(25)의 단락을 방지할 수 있다.
도2에 도시된 바와 같이, 세퍼레이터(23′)의 종단부는 상기 전극군(20)의 권취 방향의 반대 방향으로 접혀져, 상기 세퍼레이터(23′)의 상부에 위치하는 즉, 상기 전극군(20)의 외측에 위치하는 제1 전극판(21)의 종단부를 감싸는 형태일 수도 있다.
또한, 도3에 도시된 바와 같이, 테이프(30′)는 상기 전극군(20)의 종단부의 상부와 하부를 제외한 전극군(20)의 종단부의 영역에 더 부착될 수도 있으며, 상기 전극군(20)의 종단부의 전 영역에 부착될 수 있다.
이때, 각각의 테이프(30′)는 일체로 형성될 수 있고, 각각 분리되어 형성될 수 있다.
또한, 도4에 도시된 바와 같이, 테이프(30″)는 상기 전극군(20)의 권취 방향을 따라 상기 전극군(20)의 종단부를 포함한 상기 전극군(20)의 외측 전부를 감싸는 형태로 부착될 수 있다.
따라서, 외부에 노출된 상기 세퍼레이터(23, 23′)의 종단부의 상부와 하부, 또는 상부와 하부를 포함한 전 영역이 상기 테이프(30, 30′, 30″)에 의해 상기 전극군(20)의 외측 극판인 제1 전극판(21)에 부착되어 고정된다.
상기 제1 전극판(21) 및 상기 제2 전극판(25)은 서로 다른 극성을 갖도록, 양극 집전체에 양극 활물질을 도포하여 형성하거나, 또는 음극 집전체에 음극 활물질을 도포하여 형성된다.
상기 제1 전극판(21) 및 상기 제2 전극판(25) 각각은 양극 활물질 또는 음극 활물질이 도포되지 않는 무지부를 포함하며, 상기 무지부 각각에는 제1 전극 탭(27) 및 제2 전극 탭(29)이 통전 가능하도록 부착된다.
상기 전극판이 양극판으로 형성되는 경우, 활물질로 리튬천이금속 산화물이 사용되고, 집전체로는 알루미늄 재질의 판을 사용할 수 있다.
상기 전극판이 음극판으로 형성되는 경우에는, 활물질로는 탄소 및 탄소 복합체가 사용되고, 집전체로는 구리 재질의 판을 사용할 수 있다.
상기 세퍼레이터(23)는 제1 전극판(21) 및 상기 제2 전극판(25)이 단락되는 것을 방지하며, 폴리에틸레, 폴리프로필렌 등의 폴리올레핀계 수지의 미다공막이 사용될 수 있다.
도5는 본 발명의 실시예에 따른 전극 조립체를 구비한 이차 전지의 일 예를 나타낸 분리 사시도이다.
도5를 참조하면, 이차 전지(100)는 전극 조립체(10), 상기 전극 조립체(10)를 수납하는 외장재(50) 및 상기 외장재(50)를 밀봉하는 캡 조립체(70)를 포함한다.
상기 전극 조립체(10)는 도1 내지 도3을 참조하여 설명한 바와 같은 구성을 가지며, 상기 외장재(50)에 수납된다.
상기 외장재(50)는 상기 전극 조립체(10)가 내부에 수납되며, 일단에 개구부(51)가 형성된다.
상기 캡 조립체(70)는 상기 캔(50)의 내부에 상기 전극 조립체(10)가 수납된 상태에서 상기 개구부(51)에 위치하여, 상기 캔(50)을 밀봉한다.
이때, 상기 전극 조립체(10)의 전극군(20)의 세퍼레이터(23)는 권취가 마감되는 종단부의 상부와 하부, 또는 상부와 하부를 포함한 전 영역이 상기 테이프(30)에 의해서 상기 전극군(20)의 외측 전극판에 부착되어 고정된다.
따라서, 세퍼레이터가 수축되는 것을 방지하여, 제1 전극판과 제2 전극판의 단락이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
이상과 같이 바람직한 실시예를 도시한 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 전극 조립체 및 이를 구비한 이차 전지를 상술하고 있으나, 본 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양하게 변경 또는 수정이 가능할 것이다.
도1 내지 도4는 본 발명의 실시예에 따른 전극 조립체의 다양한 형상을 나타낸 사시도이다.
도5는 본 발명의 실시예에 따른 전극 조립체를 구비하는 이차 전지의 일 예를 나타낸 분리 사시도이다.
[도면의 주요 부호에 대한 설명]
10 : 전극 조립체 20 : 전극군
21 : 제1 전극판 23, 23′: 세퍼레이터
25 : 제2 전극판 27 : 제1 전극 탭
29 : 제2 전극 탭 30, 30′, 30″: 테이프
50 : 외장재 51 : 외장재의 개구부
70 : 캡 조립체

Claims (13)

  1. 제 1 전극판, 제 2 전극판 및 상기 제 1 전극판과 상기 제 2 전극판 사이에 위치하며, 종단부가 외부로 노출되는 세퍼레이터가 권취되어 형성되는 전극군; 및
    상기 전극군의 종단부 상부 및 하부에만 부착되는 테이프를 구비하되,
    상기 세퍼레이터의 종단부의 중간부를 제외한 상부 및 하부는 상기 테이프에 의해 상기 전극군의 외측에 위치하는 상기 제 1 전극판 또는 상기 제 2 전극판에 고정되며,
    상기 테이프는 상기 전극군의 종단부가 위치하는 상기 전극군의 일측 측면에만 위치하는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 세퍼레이터의 종단부는 상기 전극군의 외측에 위치하는 전극판의 종단부를 감싸는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 전극 조립체를 포함하는 이차 전지에 있어서,
    상기 전극 조립체는 제 1 전극판, 제 2 전극판 및 상기 제 1 전극판과 상기 제 2 전극판 사이에 위치하는 세퍼레이터가 권취되어 형성되는 전극군 및 상기 전극군의 종단부의 상부 및 하부에만 부착되는 테이프를 구비하되,
    상기 세퍼레이터의 종단부가 외부로 노출되고,
    상기 노출된 세퍼레이터의 종단부의 중간부를 제외한 상부 및 하부는 상기 테이프에 의해 상기 전극군의 외측에 위치하는 상기 제 1 전극판 또는 상기 제 2 전극판에 고정되며,
    상기 테이프는 상기 전극군의 종단부가 위치하는 상기 전극군의 일측 측면에만 위치하는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  8. 삭제
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 세퍼레이터의 종단부는 상기 전극군의 외측에 위치하는 전극판의 종단부를 감싸는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 제 7 항에 있어서,
    상기 이차 전지는 상기 전극 조립체를 수납하는 외장재; 및
    상기 외장재를 밀봉하는 캡 조립체를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
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