KR101147242B1 - 전극 어셈블리와 이를 적용한 이차전지 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 전극 어셈블리는 권취된 전극 어셈블리에 있어서, 양극 집전체와 양극 집전체 상에 형성된 양극 활물질층을 포함하는 양극과, 음극 집전체와 음극 집전체 상에 형성된 음극 활물질층을 포함하는 음극, 및 상기 양극과 상기 음극 사이에 배치되며, 내열 물질이 포함된 내열부와 권취된 세퍼레이터의 내측 선단에 위치하며 상기 내열부보다 더 작은 마찰계수를 갖는 윤활부를 포함한다.

Description

전극 어셈블리와 이를 적용한 이차전지{ELECTRODE ASSEMBLY, AND RECHARGEABLE BATTERY USING THEREOF}
본 발명은 전극 어셈블리와 이차전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 세퍼레이터의 구조를 개선한 전극 어셈블리와 이차전지에 관한 것이다.
이차전지(rechargeable battery)는 충전이 불가능한 일차전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 전지이다. 저용량의 이차전지는 휴대폰이나 노트북 컴퓨터 및 캠코더와 같이 휴대가 가능한 소형 전자기기에 사용되고, 대용량 전지는 하이브리드 자동차 등의 모터 구동용 전원으로 널리 사용되고 있다.
이차 전지는 전극 어셈블리와 전극 어셈블리가 내장되는 케이스를 포함하며, 케이스는 원통형과 각형, 파우치형 등으로 이루어질 수 있다.
전극 어셈블리는 양극과 음극, 및 양극과 음극 사이에 배치된 세퍼레이터를 포함한다. 여기서, 세퍼레이터는 양극과 음극을 분리하여 단락을 방지하고, 전지 반응에 필요한 전해액을 흡수하여 높은 이온 전도도를 유지하는 기능을 한다.
과충전 등의 원인으로 이차 전지 내부의 온도가 상승할 때, 세퍼레이터가 수축하거나 용융되어 양극과 음극 사이에서 단락이 발생하는 문제가 있다. 양극과 음극 사이에서 단락이 발생하면 내부에서 많은 열이 발생하고 이에 따라 이차 전지가 발화하거나 폭발하는 문제가 발생한다.
또한, 띠 형상의 양극, 음극 및 세퍼레이터를 권취기를 이용하여 젤리-롤 형태로 감은 후, 권취기에서 전극 어셈블리를 이탈시킬 때, 권취기와 맞닿는 세퍼레이터의 부분이 권취기에 걸려져서 전극 어셈블리의 형태가 변형되는 문제가 발생한다.
따라서 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 용이하게 권취할 수 있으며 안전성이 향상된 전극 어셈블리와 이차 전지를 제공함에 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전극 어셈블리는 권취된 전극 어셈블리에 있어서, 양극 집전체와 양극 집전체 상에 형성된 양극 활물질층을 포함하는 양극과, 음극 집전체와 음극 집전체 상에 형성된 음극 활물질층을 포함하는 음극, 및 상기 양극과 상기 음극 사이에 배치되며, 내열 물질이 포함된 내열부와 권취된 세퍼레이터의 내측 선단에 위치하며 상기 내열부보다 더 작은 마찰계수를 갖는 윤활부를 포함한다.
상기 내열 물질은 아라미드로 이루어질 수 있으며, 상기 내열 물질은 세라믹, 폴리불화비닐리덴(PVDF), 폴리불화비닐리덴-헥사플루오르프로필렌(PVDF-HFP)로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 물질을 포함할 수 있다.
상기 세퍼레이터는 고분자 다공막으로 이루어진 세퍼레이터 기재와 상기 세퍼레이터 기재 상에 형성된 내열층을 포함하고, 상기 내열부에 상기 내열층이 형성될 수 있으며, 상기 윤활부에는 상기 내열층이 형성되지 않고 상기 세퍼레이터 기재가 노출될 수 있다. 또한, 상기 윤활부에는 상기 세퍼레이터 기재보다 더 작은 마찰계수를 갖는 윤활층이 형성될 수 있다.
상기 세퍼레이터는 고분자 다공막으로 이루어진 세퍼레이터 기재와 상기 세퍼레이터 기재의 일면에 형성된 제1 내열층과 상기 세퍼레이터 기재의 타면에 형성된 제2 내열층을 포함하고, 상기 내열부에는 상기 제1 내열층과 상기 제2 내열층이 형성되며, 상기 윤활부는 제1 내열층과 이 형성되지 않은 제1 윤활부와 세퍼레이터 기재의 일면에만 내열층이 형성된 제2 윤활부를 포함한다. 또한, 상기 내열부는 내열 물질이 임베디드된 구조로 이루어질 수 있으며, 상기 윤할부의 마찰계수는 상기 내열부의 마찰계수 보다 0.1 내지 0.3 더 작게 형성될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지는 양극과 음극, 및 상기 양극과 상기 음극 사이에 개재된 세퍼레이터를 포함하며 권취된 전극 어셈블리와 상기 전극 어셈블리가 내장되는 케이스, 및 상기 전극 어셈블리와 전기적으로 연결되며 상기 케이스의 외측으로 노출된 단자를 포함하고, 상기 세퍼레이터는 내열물질이 포함된 내열부와 권취된 세퍼레이터의 내측 선단에 위치하며 상기 내열부보다 더 작은 마찰계수를 갖는 윤활부를 포함한다.
상기 내열 물질은 아라미드로 이루어질 수 있으며, 상기 내열 물질은 세라믹, 폴리불화비닐리덴(PVDF), 폴리불화비닐리덴-헥사플루오르프로필렌(PVDF-HFP)로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 물질을 포함할 수 있다.
상기 세퍼레이터는 고분자 다공막으로 이루어진 세퍼레이터 기재와 상기 세퍼레이터 기재 상에 형성된 내열층을 포함하고, 상기 내열부에 상기 내열층이 형성될 수 있으며, 상기 윤활부에는 상기 내열층이 형성되지 않고 상기 세퍼레이터 기재가 노출될 수 있다. 또한, 상기 윤활부에는 상기 세퍼레이터 기재보다 더 작은 마찰계수를 갖는 윤활층이 형성될 수 있다.
상기 세퍼레이터는 고분자 다공막으로 이루어진 세퍼레이터 기재와 상기 세퍼레이터 기재의 일면에 형성된 제1 내열층과 상기 세퍼레이터 기재의 타면에 형성된 제2 내열층을 포함하고, 상기 내열부에는 상기 제1 내열층과 상기 제2 내열층이 형성되며, 상기 윤활부는 제1 내열층과 이 형성되지 않은 제1 윤활부와 세퍼레이터 기재의 일면에만 내열층이 형성된 제2 윤활부를 포함할 수 있다. 또한, 상기 내열부는 내열 물질이 임베디드된 구조로 이루어질 수 있으며, 상기 윤할부의 마찰계수는 상기 내열부의 마찰계수 보다 0.1 내지 0.3 더 작게 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 세퍼레이터에 내열부가 형성되어 고온에서 세퍼레이터의 용융으로 내부 단락이 발생하는 것을 방지하여 안전성이 향상된다. 또한, 윤활층을 형성하여 전극 어셈블리를 권취기에서 용이하게 이탈시킴으로써 생산성이 향상된다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지의 사시도이다.
도 2는 도 1에서 Ⅱ-Ⅱ선을 따라 잘라 본 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 전극 어셈블리를 도시한 사시도이다.
도 4는 도 3에서 Ⅳ-Ⅳ선을 따라 잘라 본 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 전극 어셈블리를 펼쳐서 본 부분 사시도이다.
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 전극 어셈블리가 권취기에 감겨진 상태를 도시한 단면도이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 이차 전지의 전극 어셈블리를 펼쳐서 본 부분 사시도이다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 이차 전지의 전극 어셈블리가 권취기에 감겨진 상태를 도시한 단면도이다.
도 9는 본 발명의 제3 실시예에 따른 이차 전지의 전극 어셈블리를 펼쳐서 본 부분 사시도이다.
도 10은 본 발명의 제4 실시예에 따른 이차 전지의 전극 어셈블리를 펼쳐서 본 부분 사시도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 이하에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 본 명세서 및 도면에서 동일한 부호는 동일한 구성요소를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지의 사시도이고, 도 2는 도 1에서 Ⅱ-Ⅱ선을 따라 잘라 본 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하여 설명하면, 이차 전지(100)는 충전과 방전을 행하는 전극 어셈블리(10)와 전극 어셈블리(10)가 내장되는 케이스(34)와 케이스(34)의 개구에 결합된 캡 어셈블리(20)를 포함한다.
본 제1 실시예에 따른 이차 전지(100)는 리튬 이온 전지인 것을 예로서 설명한다. 다만 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 본 발명은 리튬 폴리머 전지 등 다양한 형태의 전지에 적용될 수 있다.
케이스(34)는 이차 전지(100)의 전체적인 외관을 형성하며, 전극 어셈블리(10)를 내장하는 공간을 제공한다. 예를 들면, 케이스(34)는 직육면체에 대응하는 형상의 전극 어셈블리(10)를 수용하도록 일측에 개구를 가지는 직육면체의 각형으로 이루어진다. 다만, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며 케이스(34)는 파우치형으로 이루어질 수 있다.
또한, 케이스(34)는 알루미늄, 알루미늄 합금, 니켈이 도금된 스틸 등의 금속이나 파우치를 이루는 라미네이트 필름으로 이루어질 수 있다.
캡 플레이트(30)는 판 형상으로 이루어지며, 케이스(34)에 형성된 개구에 결합된다. 캡 플레이트(30)에 형성된 전해액 주입구(27)에는 밀봉 마개(38)가 설치된다. 또한, 캡 플레이트(30)에는 벤트 홀(24)에 설치되며 설정된 압력에서 개방될 수 있도록 노치(39a)가 형성된 벤트 플레이트(39)가 설치된다.
전극 어셈블리(10)에는 양극 단자(21)와 음극 단자(22)가 전기적으로 연결되고, 양극 단자(21)와 음극 단자(22)는 케이스(34)의 외측으로 돌출된다.
양극 단자(21) 및 음극 단자(22)는 캡 플레이트(30)를 관통하여 설치되며 하부에 캡 플레이트(30)의 아래에 지지된 단자 플랜지(21a, 22a)가 형성되고, 캡 플레이트(30)의 외측으로 돌출된 상부 기둥의 외주면은 나사가공된다. 또한, 단자들(21, 22)에는 상부에서 지지하는 너트(29)가 체결된다.
양극 단자(21) 및 음극 단자(22)와 캡 플레이트(30) 사이에는 상부 개스킷(24)과 하부 개스킷(28)이 설치되어, 단자들(21, 22)과 캡 플레이트(30) 사이를 밀봉하고 절연한다.
양극 단자(21)는 제1 리드 탭(31)을 매개로 양극(11)과 전기적으로 연결되며, 음극 단자(22)는 제2 리드 탭(32)을 매개로 음극(12)과 전기적으로 연결된다.
한편, 캡 플레이트(30)의 아래에는 하부 절연부재(26)가 배치되는 바, 단자(21, 22)의 하단과 리드 탭(31, 32)의 상단은 하부 절연부재(26)에 삽입 배치된다.
이러한 구조로 제1 리드 탭(31)은 양극 단자(21)와 양극(11)을 전기적으로 연결하고 제2 리드 탭(32)은 음극 단자(22)와 음극(12)을 전기적으로 연결한다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 전극 어셈블리를 도시한 사시도이고, 도 4는 도 3에서 Ⅳ-Ⅳ선을 따라 잘라 본 단면도이다.
도 3 및 도 4를 참조하여 설명하면, 양극(11), 음극(12), 및 세퍼레이터(13)는 일 방향으로 길게 이어진 띠 형상으로 이루어지고, 양극(11)과 음극(12) 사이에 세퍼레이터(13)를 개재한 상태에서 감겨져 전극 어셈블리(10)를 형성한다.
양극(11)은 양극 집전체(111)의 양면에 양극 활물질층(112)이 형성된 구조로 이루어진다. 양극 집전체(111)는 길게 이어진 띠 형상으로 형성되며, 알루미늄, 스테인리스 스틸 등의 소재로 이루어진다. 양극 활물질층(112)은 LiCoO2, LiMnO2, LiFePO4, LiNiO2, LiMn2O4, 또는 탄소계 활물질, 3원계 활물질 등의 활물질과 도전제, 바인더 등을 포함한다.
음극(12)은 음극 집전체(121)의 양면에 음극 활물질층(122)이 형성된 구조로 이루어진다. 음극 집전체(121)는 길게 이어진 띠 형상으로 형성되며 구리, 스테인리스 스틸, 또는 알루미늄 등의 소재로 이루어진다. 음극 활물질층(122)은 Li4Ti5O12 또는 탄소계 활물질 등의 활물질과, 도전제, 바인더 등을 포함한다.
양극(11)에는 양극 활물질층(112)이 형성된 양극 코팅부(11a)와 양극 활물질층(112)이 형성되지 아니하고 양극 집전체(111)가 노출된 양극 무지부(11b)가 형성되다. 양극 무지부(11b)는 전극 어셈블리의 일 측단에서 양극(11)의 길이 방향을 따라 이어져 형성된다.
음극(12)에는 음극 활물질층(122)이 형성된 음극 코팅부(12a)와 음극 활물질층(122)이 형성되지 아니하고 음극 집전체(121)가 노출된 음극 무지부(12b) 가 형성된다.
도 5에 도시된 바와 같이, 세퍼레이터(13)는 세퍼레이터 기재(131)와 세퍼레이터 기재(131)의 표면에 형성된 내열층(132)을 포함한다. 또한, 본 실시예에 따른 세퍼레이터(13)에는 세퍼레이터 기재(131) 상에 내열층(132)이 형성된 내열부(13b)와 내열부(13b)에 인접하게 형성되며 내열부(13b)보다 더 작은 마찰계수를 갖는 윤활부(13a)를 포함한다.
세퍼레이터 기재(131)는 고분자 다공막으로 이루어지며, 일반적으로 세퍼레이터(13)에 적용되는 다양한 종류의 물질로 이루어질 수 있다.
내열층(132)은 아라미드(aramid)로 이루어진다. 아라미드는 열에 매우 강한 성질을 가지면서 이온 전도도가 우수한 바, 다른 내열 물질에 비하여 세퍼레이터(13)의 성능을 저하시키지 않으면서도 세퍼레이터(13)의 내열성을 확보할 수 있다. 다만 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 내열층(132)은 아래에서 설명하는 바와 같이 다양한 물질로 이루어질 수 있다. 내열층(132)은 세퍼레이터 기재(131) 상에 코팅되어 형성되며, 이차 전지(100)의 내부 온도가 상승할 때, 세퍼레이터(13)가 용융되는 것을 방지하는 역할을 한다.
고분자 다공막으로만 이루어진 세퍼레이터의 경우에는 고온에서 용융되는 문제가 있으며, 이에 따라 양극 활물질층(112)과 음극 활물질층(122)이 단락되거나, 음극 활물질층(122)과 양극 집전체(111)가 단락되는 문제가 발생한다. 그러나 본 실시예와 같이 세퍼레이터 기재(131) 상에 내열층(132)을 형성하면 양극과 음극이 단락되는 것을 방지할 수 있다.
그러나 내열층(132)은 마찰계수가 높아서 전극 어셈블리(10)를 권취한 후, 권취기(40)에서 전극 어셈블리(10)를 분리하는 과정에서 전극 어셈블리(10)의 내측 선단에 위치하는 세퍼레이터(13)가 권취기(40)에서 용이하게 분리되지 못하는 문제가 발생한다.
즉, 전극 어셈블리(10)의 선단에는 세퍼레이터(13)만 위하는 부분이 형성되는 바, 이 부분은 권취기(40)와 맞닿아서 권취기(40)에 감겨지는 부분이다.
도 6에 도시된 바와 같이 권취기(40)는 중앙에 홈(41)이 있는 타원형상의 단면을 갖고, 권취기(40)의 외주면에 전극 어셈블리(10)가 감겨진다. 세퍼레이터(13)만 홈에 끼워져 감겨지며, 일정부분 세퍼레이터(13)만 감겨진 후에 양극(11)과 음극(12), 및 세퍼레이터(13)가 감겨진다.
세퍼레이터(13)만 위치하는 부분은 활물질이 권취기(40)에 닿아서 권취기(40)에 활물질이 뭍는 것을 방지함과 동시에 권취기(40)에서 전극 어셈블리(10)를 용이하기 분리할 수 있도록 한다.
이러한 이유로 도 4에 도시된 바와 같이, 전극 어셈블리(10)의 내측 선단에는 세퍼레이터(13)만 위치하는 부분이 존재하게 된다. 세퍼레이터(13)만 감겨진 부분에 윤할부(13a)가 위치하는 바, 귄취할 때, 윤활부(13a)가 권취기(40)와 맞닿는다. 윤할부(13a)에는 내열층(132)이 형성되지 아니하고, 세퍼레이터 기재(131)가 노출된다. 세퍼레이터 기재(131)는 내열층(132)보다 작은 마찰계수를 가지므로 윤할부(13a)가 권취기(40)에서 신속하게 분리될 수 있다. 윤할부(13a)는 0.4 내지 0.3의 마찰계수를 가지며, 내열층(132)은 0.5 내지 0.6의 마찰계수를 갖는다. 본 실시예에 따른 윤할부(13a)의 마찰계수는 내열층(132)의 마찰계수에 비하여 0.1 내지 0.3 더 작다.
윤할부(13a)보다 더 큰 마찰계수를 갖는 내열부(13b)가 권취기(40)와 맞닿으면 세퍼레이터(13)의 선단이 권취기(40)에서 쉽게 이탈되지 못하고, 전극 어셈블리(10)를 권취기(40)에서 분리할 때, 전극 어셈블리(10)의 내측부분이 돌출되는 문제가 발생한다. 전극 어셈블리(10)가 변형되면 수작업으로 전극 어셈블리(10)의 형상을 교정하여야 하므로 생산성이 현저하게 저하된다. 이러한 문제는 전극 어셈블리(10)의 선단이 권취기(40)에서 쉽게 미끄러지지 못하기 때문에 발생한다.
그러나 본 실시예와 같이 권취기(40)와 맞닿는 전극 어셈블리(10)의 선단에 내열층(132)이 형성되지 아니한 윤할부(13a)를 위치시키면 윤할부(13a)가 권취기(40)에서 신속하게 분리되어 전극 어셈블리(10)가 변형되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 윤할부(13a)와 이웃하는 부분에는 내열부(13b)를 형성하고 내열부에 양극과 음극이 접하도록 배치함으로써 이차 전지(100)의 내부 온도가 상승할 때에도 양극(11)과 음극(12)의 단락을 안정적으로 방지할 수 있다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 이차 전지의 전극 어셈블리를 펼쳐서 본 부분 사시도이고, 전극 어셈블리가 권취기에 감겨진 상태를 도시한 단면도다.
도 7 및 도 8을 참조하여 설명하면, 본 실시예에 따른 전극 어셈블리(50)는 양극(51)과 음극(52) 및 양극(51)과 음극(52) 사이에 개재된 세퍼레이터(53)를 포함한다.
본 실시예에 따른 이차 전지는 세퍼레이터(53)의 구조를 제외하고는 상기한 제1 실시예에 따른 이차 전지와 동일한 구조로 이루어지므로 동일한 구조에 대한 중복 설명은 생략한다.
본 실시예에 따른 세퍼레이터(53)는 세퍼레이터 기재(531)의 양면에 제1 내열층(532)과 제2 내열층(533)이 각각 형성된 내열부(53b)와 내열부(53b)보다 더 작은 마찰계수를 갖는 윤할부(53a)를 포함한다. 여기서 마찰계수라 함은 세퍼레이터(53)의 양면의 마찰계수를 평균한 값을 말한다. 내열부의 일면에는 제1 내열층이 형성되고, 내열부의 타면에는 제2 내열층이 형성된다.
제1 내열층과 제2 내열층은 세라믹(ceramic), 폴리불화비닐리덴(PVDF), 폴리불화비닐리덴-헥사플루오르프로필렌(PVDF-HFP) 등으로 이루어질 수 있다.
윤할부(53a)는 세퍼레이터 기재(531)의 양면이 노출된 제1 윤할부(53aa)와 세퍼레이터 기재(531)의 일면에 제1 내열층(532)이 형성되어 세퍼레이터 기재(531)의 일면이 노출된 제2 윤할부(53ab)를 포함한다. 제2 윤할부(53ab)는 일면에만 제1 내열층(532)이 형성되므로 내열부(53b) 보다는 더 작은 마찰계수를 가지며, 제1 윤할부(53aa)보다는 더 큰 마찰계수를 갖는다.
제1 윤할부(53aa)는 도 8에 도시된 바와 같이 권취기(40)에 형성된 홈(41)에 삽입되어 양면이 권취기(40)에 맞닿으며, 제2 윤할부(53ab)는 권취기(40)의 외면에 한 면이 맞닿는다. 이와 같이 본 실시예에 따르면 세퍼레이터에서 권취기(40)와 맞닿는 면에만 내열층(532, 533)을 형성하지 아니하여 권취가 완료된 후, 권취기(40)에서 전극 어셈블리(10)가 용이하게 분리될 수 있도록 하였다. 또한, 제2 윤할부(53ab)의 한면에는 제2 내열층(533)을 형성하여 제2 윤할부(53ab)의 강도가 향상되며, 이에 따라 제2 윤할부(53ab)가 변형되는 것을 감소시킬 수 있다.
도 9는 본 발명의 제3 실시예에 따른 이차 전지의 전극 어셈블리를 펼쳐서 본 부분 사시도이다.
도 9를 참조하여 설명하면, 본 실시예에 따른 전극 어셈블리(60)는 양극(61)과 음극(62) 및 양극(61)과 음극(62) 사이에 개재된 세퍼레이터(63)를 포함한다. 본 실시예에 따른 이차 전지는 세퍼레이터(63)의 구조를 제외하고는 상기한 제1 실시예에 따른 이차 전지와 동일한 구조로 이루어지므로 동일한 구조에 대한 중복 설명은 생략한다.
본 실시예에 따른 세퍼레이터(63)는 세퍼레이터 기재(631)의 양면에 내열층(633)이 형성된 내열부(63b)와 내열부(63b)보다 더 작은 마찰계수를 갖는 윤할부(63a)를 포함한다. 내열부에서 세퍼레이터 기재의 양면에 내열층이 코팅되어 있다. 내열층은 아라미드(aramid), 세라믹(ceramic), 폴리불화비닐리덴(PVDF), 폴리불화비닐리덴-헥사플루오르프로필렌(PVDF-HFP) 등으로 이루어질 수 있다.
윤활부(63a)에서 세퍼레이터 기재(631)의 양면에는 윤활층(632)이 코팅되어 있다. 윤활층(632)은 세퍼레이터 기재(631)보다 더 작은 마찰계수를 갖는 물질이 코팅되어 있다. 윤활층(632)은 폴리머 재질의 고체로 이루어질 수 있으며, 전해액과 반응하지 않는 윤활액 등의 액체가 도포된 구조로 이루어질 수 있다. 윤활층(632)은 전극 어셈블리(60)의 선단에 위치하여 권취 시에 권취기와 맞닿는다. 이때 윤할층(632)은 권취기에서 용이하게 분리될 수 있도록 0.1 내지 0.3의 마찰계수를 갖는다.
본 실시예와 같이 세퍼레이터 기재(631)보다 더 작은 마찰계수를 갖는 윤활층(632)을 형성하면 권취된 전극 어셈블리(60)를 권취기에서 보다 용이하게 분리할 수 있다.
도 10은 본 발명의 제4 실시예에 따른 이차 전지의 전극 어셈블리를 펼쳐서 본 부분 사시도이다.
도 9를 참조하여 설명하면, 본 실시예에 따른 전극 어셈블리(70)는 양극(71)과 음극(72) 및 양극(71)과 음극(72) 사이에 개재된 세퍼레이터(73)를 포함한다. 본 실시예에 따른 이차 전지는 세퍼레이터(73)의 구조를 제외하고는 상기한 제1 실시예에 따른 이차 전지와 동일한 구조로 이루어지므로 동일한 구조에 대한 중복 설명은 생략한다.
본 실시예에 따른 세퍼레이터(73)는 세퍼레이터 기재에 내열물질이 임베디드된 내열부(73b)와 내열부(73b)보다 더 작은 마찰계수를 갖는 윤할부(63a)를 포함한다. 내열부(73b)에는 세퍼레이터 기재보다 더 큰 내열성을 갖는 물질이 임베디드되어 있는 데, 내열물질은 세라믹(ceramic)으로 이루어질 수 있다. 본 실시예와 같이 세퍼레이터 기재에 내열물질이 임베디드되면, 세퍼레이터(73) 자체의 내열성이 증가하여 고온에서 세퍼레이터(73)가 용융되는 것을 방지하여 이차 전지의 안전성이 향상된다.
한편, 윤활부(73a)에 위치하는 세퍼레이터 기재에는 내열 물질이 임베디드되어 있지 않다. 이에 따라 윤활부(73a)은 내열부(73b)에 비하여 더 작은 마찰계수를 갖는다. 윤활부(73a)에는 양극(71)과 음극(72)이 적층되어 있지 아니한 바, 윤활부(73a)가 고온에서 용융되어도 양극(71)과 음극(72)이 단락되지는 않으므로 안정성이 저하되지는 않는다. 또한, 권취 시에 권취기와 맞닿는 세퍼레이터(73)의 선단에는 윤활부만 위치한다. 이에 따라 권취한 후에 전극 어셈블리(70)를 권취기에서 용이하게 분리할 수 있다.
이상 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시할 수 있다.
100: 이차전지 10, 50, 60, 70: 전극 어셈블리
11, 51, 61, 71: 양극 111: 양극 집전체
112: 양극 활물질층 11a: 양극 코팅부
11b: 양극 무지부 12, 52, 62, 72: 음극
121: 음극 집전체 122: 음극 활물질층
12a: 형성된 음극 코팅부 12b: 노출된 음극 무지부
13, 53, 63, 73: 세퍼레이터 131, 531, 631: 세퍼레이터 기재
132, 633: 내열층 13a, 53a, 63a, 73a: 윤활부
13b, 53b, 63b, 73b: 내열부 20: 캡 어셈블리
22: 음극 단자 24: 상부 개스킷
24: 벤트 홀 26: 절연부재
27: 전해액 주입구 28: 하부 개스킷
29: 너트 30: 캡 플레이트
31: 제1 리드 탭 32: 제2 리드 탭
34: 케이스 38: 밀봉 마개
39: 벤트 플레이트 39a: 노치
40: 권취기 41: 홈
532: 제1 내열층 533: 제2 내열층
53aa: 제1 윤할부 53ab: 제2 윤할부
632: 윤활층

Claims (18)

  1. 권취된 전극 어셈블리에 있어서,
    양극 집전체와 양극 집전체 상에 형성된 양극 활물질층을 포함하는 양극;
    음극 집전체와 음극 집전체 상에 형성된 음극 활물질층을 포함하는 음극; 및
    상기 양극과 상기 음극 사이에 배치되며, 내열 물질이 포함된 내열부와 권취된 세퍼레이터의 내측 선단에 위치하며 상기 내열부보다 더 작은 마찰계수를 갖는 윤활부를 포함하는 전극 어셈블리.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 내열 물질은 아라미드(aramid)인 전극 어셈블리.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 내열 물질은 세라믹(ceramic), 폴리불화비닐리덴(PVDF), 폴리불화비닐리덴-헥사플루오르프로필렌(PVDF-HFP)로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 물질을 포함하는 전극 어셈블리.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 세퍼레이터는 고분자 다공막으로 이루어진 세퍼레이터 기재와 상기 세퍼레이터 기재 상에 형성된 내열층을 포함하고,
    상기 내열부에 상기 내열층이 형성된 전극 어셈블리.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 윤활부에는 상기 내열층이 형성되지 않고 상기 세퍼레이터 기재가 노출된 전극 어셈블리.
  6. 제4 항에 있어서,
    상기 윤활부에는 상기 세퍼레이터 기재보다 더 작은 마찰계수를 갖는 윤활층이 형성된 전극 어셈블리.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 세퍼레이터는 고분자 다공막으로 이루어진 세퍼레이터 기재와 상기 세퍼레이터 기재의 일면에 형성된 제1 내열층과 상기 세퍼레이터 기재의 타면에 형성된 제2 내열층을 포함하고,
    상기 내열부에는 상기 제1 내열층과 상기 제2 내열층이 형성되며,
    상기 윤활부는 제1 내열층과 이 형성되지 않은 제1 윤활부와 세퍼레이터 기재의 일면에만 내열층이 형성된 제2 윤활부를 포함하는 전극 어셈블리.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 내열부에는 내열 물질이 임베디드된 전극 어셈블리.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 윤할부의 마찰계수는 상기 내열부의 마찰계수 보다 0.1 내지 0.3 더 작은 전극 어셈블리.
  10. 양극과 음극, 및 상기 양극과 상기 음극 사이에 개재된 세퍼레이터를 포함하며 권취된 전극 어셈블리;
    상기 전극 어셈블리가 내장되는 케이스; 및
    상기 전극 어셈블리와 전기적으로 연결되며 상기 케이스의 외측으로 노출된 단자;
    를 포함하고,
    상기 세퍼레이터는 내열물질이 포함된 내열부와 권취된 세퍼레이터의 내측 선단에 위치하며 상기 내열부보다 더 작은 마찰계수를 갖는 윤활부를 포함하는 이차 전지.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 내열 물질은 아라미드(aramid)인 이차 전지.
  12. 제10 항에 있어서,
    상기 내열 물질은 세라믹(ceramic), 폴리불화비닐리덴(PVDF), 폴리불화비닐리덴-헥사플루오르프로필렌(PVDF-HFP)로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 물질을 포함하는 이차 전지.
  13. 제10 항에 있어서,
    상기 세퍼레이터는 고분자 다공막으로 이루어진 세퍼레이터 기재와 상기 세퍼레이터 기재 상에 형성된 내열층을 포함하고,
    상기 내열부에 상기 내열층이 형성된 이차 전지.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 윤활부에는 상기 내열층이 형성되지 않고 상기 세퍼레이터 기재가 노출된 이차 전지.
  15. 제13 항에 있어서,
    상기 윤활부에는 상기 세퍼레이터 기재보다 더 작은 마찰계수를 갖는 윤활층이 형성된 이차 전지.
  16. 제10 항에 있어서,
    상기 세퍼레이터는 고분자 다공막으로 이루어진 세퍼레이터 기재와 상기 세퍼레이터 기재의 일면에 형성된 제1 내열층과 상기 세퍼레이터 기재의 타면에 형성된 제2 내열층을 포함하고,
    상기 내열부에는 상기 제1 내열층과 상기 제2 내열층이 형성되며,
    상기 윤활부는 제1 내열층과 이 형성되지 않은 제1 윤활부와 세퍼레이터 기재의 일면에만 내열층이 형성된 제2 윤활부를 포함하는 이차 전지.
  17. 제10 항에 있어서,
    상기 내열부에는 내열 물질이 임베디드된 이차 전지.
  18. 제10 항에 있어서,
    상기 윤할부의 마찰계수는 상기 내열부의 마찰계수 보다 0.1 내지 0.3 더 작은 이차 전지.
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