KR101152552B1 - 전극 조립체 및 이를 이용한 이차 전지 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 일측면에 제1 탭을 구비하는 하나 이상의 제1 전극과, 일측면에 제2 탭을 구비하며 상기 제1 전극과 교대로 적층된 하나 이상의 제2 전극 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 개재되며, 동일면이 대면하도록 복수회 접히되 접힌 부위에 상기 제1 탭 또는 상기 제2 탭을 돌출시키기 위한 하나 이상의 탭 관통부를 갖는 세퍼레이터를 포함하는 전극 조립체와 상기 전극 조립체를 포함하는 이차 전지에 관한 것이다.

Description

전극 조립체 및 이를 이용한 이차 전지 {ELECTRODE ASSEMBLY AND SECONDARY BATTERY USING THE SAME}
본 발명은 적층형의 전극 조립체 및 이 전극 조립체를 이용한 이차 전지에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 일정한 간격으로 접힌 세퍼레이터에 다수의 양극판 및 음극판을 적층시킨 구조의 전극 조립체와 상기 전극 조립체가 내장되어 있는 이차 전지에 관한 것으로, 고온 등에 의하여 세퍼레이터가 열수축되는 경우에도 단락 또는 발화 등의 위험이 없는 안전성이 향상된 이차 전지에 관한 것이다.
이차 전지는 충전하여 재사용이 가능한 전지로, 통상 모바일 기기의 전원으로 사용된다. 이들 이차 전지는 외장재와 그 내부에는 수납되는 전극 조립체를 포함한다. 이때, 사용되는 외장재의 종류에 따라, 파우치형 이차 전지, 각형 이차 전지 및 원통형 이차 전지로 구분할 수 있으며, 또한, 내부에 수납되는 전극 조립체는 그 구조에 따라 권취형 전극체, 적층형 전극 조립체 등으로 분류된다.
권취형 전극 조립체는 길게 연장된 시트형의 양극판과 음극판을 그 사이에 세퍼레이터를 개재하여 권취한 것이고, 적층형 전극 조립체는 일정한 크기의 양극판과 음극판을 그 사이에 세퍼레이터를 개재하면서 극판들을 순차적으로 적층한 것이다.
각형 또는 파우치형 외장재를 사용한 이차 전지에 있어서, 권취형 전극 조립체는 화학 반응이 이들 극판들 사이에서 균일하게 일어나지 않으므로, 이차 전지를 반복적으로 충방전하는 과정에서 전극 활물질이 박리되거나, 또는 전극 조립체가 팽창되는 등의 문제가 발생한다. 반면, 적층형 전극 조립체는 화학 반응이 균일하게 일어나므로 전지의 수명이 연장된다는 장점이 있으나, 양극판, 음극판 및 세퍼레이터를 정확하게 정렬시키기 어렵고, 고온 등에 의하여 세퍼레이터가 열수축되는 경우 단락이 유발된다는 단점이 있다.
따라서, 본 발명은 양극판, 세퍼레이터 및 음극판을 용이하게 정렬할 수 있고, 고온 등에 의하여 세퍼레이터가 열수축된 경우에도 단락 또는 발화 등의 위험이 없는 안전한 전극 조립체 및 상기 전극 조립체를 이용한 이차 전지를 제공하는데 그 목적이 있다.
위와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 전극 조립체는 일측면에 제1 탭을 구비하는 하나 이상의 제1 전극과 일측면에 제2 탭을 구비하며 상기 제1 전극과 교대로 적층된 하나 이상의 제2 전극 및 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이에 개재되며, 동일면이 대면하도록 복수회 접히되 접힌 부위에 상기 제1 탭 또는 상기 제2 탭을 돌출시키기 위한 하나 이상의 탭 관통부를 갖는 세퍼레이터를 포함한다.
본 발명의 양호한 실시예에 있어서, 상기 제1 전극은 양극 집전판 및 양극 활물질층을 더 포함한다.
본 발명의 다른 양호한 실시예에 있어서, 상기 제2 전극은 음극 집전판 및 음극 활물질층을 더 포함한다.
본 발명의 또 다른 양호한 실시예에 있어서, 상기 세퍼레이터는 상기 제1 전극 및 제2 전극 사이에 두 겹으로 개재된다.
본 발명의 다른 양호한 실시예에 있어서, 상기 세퍼레이터는 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극의 탭 영역 및 상, 하부면을 감싼다.
본 발명의 또 다른 양호한 실시예에 있어서, 상기 탭 관통부는 상기 세퍼레이터에서 지그재그 형태로 배열된다.
본 발명의 다른 양호한 실시예에 있어서, 상기 제1 탭 및 제2 탭은 각각 세퍼레이터의 탭 관통부를 통하여 상기 세퍼레이터의 외측으로 연장된다. 바람직하게는, 상기 외측으로 연장되는 제1 탭 및 제2 탭은 서로 수평 방향으로 이격된다.
본 발명의 또 다른 양호한 실시예에 있어서, 상기 탭 관통부는 타원형의 홀을 포함한다. 바람직하게는, 상기 탭 관통부는 열용융방식으로 형성된다.
본 발명의 다른 양호한 실시예에 있어서, 상기 탭 관통부의 길이는 상기 제1 또는 제2 탭의 너비에 비하여 1.0 ㎜ 내지 2.0 ㎜ 더 길게 형성된다.
본 발명의 또 다른 양호한 실시예에 있어서, 상기 세퍼레이터는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 또는 폴리불화비닐리덴을 포함한다.
본 발명의 다른 양호한 실시예에 있어서, 상기 세퍼레이터는 제2 전극의 제2 탭이 있는 부분이 상부인 경우, 상기 제2 전극의 세로 길이에 비하여 약 4.0 ㎜ 더 길게 형성된다.
본 발명에 따른 이차 전지는 일측면에 제1 탭을 구비하는 하나 이상의 제1 전극과 일측면에 제2 탭을 구비하며 상기 양극판과 교대로 적층된 하나 이상의 제2 전극 및 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이에 개재되며, 동일면이 대면하도록 복수회 접히되 접힌 부위에 상기 제1 탭 또는 상기 제2 탭을 돌출시키기 위한 하나 이상의 탭 관통부를 갖는 세퍼레이터를 포함하는 전극 조립체와 상기 전극 조립체가 내장되는 외장재를 포함한다.
본 발명의 양호한 실시예에 있어서, 상기 외장재는 파우치형 또는 캔형 외장재를 포함한다. 바람직하게는, 상기 파우치형 외장재는 금속층과 수지층을 포함하는 라미네이트 시트로 이루어진다. 또한, 상기 파우치형 외장재는 실링부를 더 포함한다. 상기 실링부는 상기 파우치형 외장재의 외주면을 따라 형성되어 있으며, 열융착의 방식에 의하여 상기 파우치형 외장재를 밀봉한다.
본 발명에 따른 전극 조립체는 탭 관통부를 갖는 세퍼레이터를 이용하는 것으로, 상기 탭 관통부를 관통한 제1 및 제2 탭에 의하여 제1 전극 및 제2 전극의 위치를 용이하게 확정시킬 수 있으므로, 각각의 극판들을 이하고 정확하게 정렬할 수 있다. 따라서, 종래의 적층형 전극 조립체를 제조하기 위한 공정에 있어서, 각각의 극판들과 세퍼레이터를 정렬하기 위한 공정을 생략할 수 있으므로 생산비를 낮출 수 있고, 생산 효율을 증가시킬 수 있다.
본 발명에 따른 전극 조립체를 이용한 이차 전지에 있어서, 상기 전극 조립체는 일정한 간격으로 접힌 세퍼레이터에 일정한 크기의 제1 전극과 제2 전극이 서로 직접 대면하지 않도록 상기 전극들 사이에 세퍼레이터를 끼고 적층되어 있다. 따라서, 고온 등에 의하여 세퍼레이터가 열수축하는 경우에도, 제1 및 제2 극판이 노출되지 않아 단락 또는 발화 등의 위험이 없으므로 전지의 안전성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 전극 조립체 및 이차 전지의 사시도이고,
도 2a는 본 발명에 따른 적층형 전극 조립체의 분해 사시도이며,
도 2b는 본 발명에 따른 세퍼레이터의 사시도이고,
도 3은 본 발명에 따른 전극 조립체의 정면 투시도이며,
도 4는 본 발명에 따른 적층형 전극 조립체의 분리 사시도이고,
도 5a는 본 발명에 따른 적층형 전극 조립체의 사시도이며,
도 5b는 본 발명에 따른 적층형 전극 조립체의 단면도이고,
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지의 사시도이다.
이하 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 실시예 및 그 밖에 당업자가 본 발명의 내용을 쉽게 이해하기 위하여 필요한 사항에 대하여 상세히 기재한다. 다만, 본 발명은 특허 청구 범위에 기재된 범위 안에서 여러 가지 상이한 형태로 변형 및 변경될 수 있으므로 이하에서 설명하는 실시예는 예시적인 것에 불과함을 당업자는 이해할 수 있다.
본 실시예를 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 도면에 있어서 동일한 구성 요소들이 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 참조 번호 또는 부호로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 아울러, 도면에서 각 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장 또는 축소될 수 있으므로 실제의 층 두께나 크기와 다를 수 있다.
이하 본 발명의 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
첨부된 도 1 내지 도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지에 대한 도면이다. 도 1은 본 발명에 따른 적층형 전극 조립체가 내장되어 있는 파우치형 이차 전지의 사시도이고, 도 2a는 본 발명에 따른 적층형 전극 조립체의 분해 사시도이며, 도 2b는 본 발명에 따른 세퍼레이터의 사시도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 이차 전지 (10)는 외장재 (20)와 적층형 전극 조립체 (30)를 포함한다. 상기 전극 조립체 (30)는 제1 전극, 제2 전극 (도시되어 있지 않음)과 그 사이에 개재된 세퍼레이터 (60)로 이루어진다. 이하에서는, 상기 제1 전극 및 제2 전극은 편의상 각각 양극판 및 음극판이라 한다.
도 2a 및 도 2b를 참조하면, 본 발명에 따른 전극 조립체 (30)는 일측면에 제1 탭 (41)을 구비하는 하나 이상의 양극판 (40)과, 일측면에 제2 탭 (51)을 구비하며 상기 양극판 (40)과 교대로 적층된 하나 이상의 음극판 (50) 및 상기 양극판 (40)과 상기 음극판 (50) 사이에 개재되며, 동일면이 대면하도록 복수회 접히되 접힌 부위에 상기 제1 탭 (41) 또는 상기 제2 탭 (51)을 돌출시키기 위한 하나 이상의 탭 관통부 (61a, 61b)를 갖는 세퍼레이터 (60)를 포함한다.
양극판 (40)은 제1 탭 (41), 양극 집전판 (42) 및 양극 활물질층 (43)을 포함할 수 있다. 양극 집전판 (42)은 높은 도전성을 가진 물질로, 화학적 변화를 유발하지 않는 것이면 특별히 제한되지 않는다. 예컨대, 상기 양극 집전판 (42)으로는 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소 등이 사용될 수 있다. 또한, 양극판 (40)은 양극 활물질 등이 도포된 양극 활물질층 (43)과 도포되지 않은 양극 무지부로 이루어진다. 양극 활물질층 (43)은 양극 활물질과 양극 활물질을 결착시키는 바인더 및 도전제를 더 포함할 수 있다. 상기 양극 활물질층 (43)은 용매에 양극 활물질, 바인더 및 도전제를 첨가하여 슬러리 형태로 만든 후, 상기 슬러리를 양극 집전판 (42)에 도포하여 형성된다. 바람직하게는, 용매로는 NMP (N-Methyl-2-Pyrrolidone), 양극 활물질로는 리튬 코발트 산화물 (LiCoO2), 도전재로는 아세틸렌블랙, 카본 블랙, 흑연, 바인더로는 폴리불화비닐리덴을 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
제1 탭 (41)은 니켈 등으로 형성될 수 있다. 상기 제1 탭 (41)은 초음파 용접, 저항 용접 및 레이저 용접 중 어느 하나의 방식에 의하여 양극 무지부의 상면에 부착된다.
음극판 (50)은 제2 탭 (51), 음극 집전판 (52) 및 음극 활물질층 (53)을 포함할 수 있다. 음극판 (50)은 음극 집전판 (52)에 음극 활물질을 도포하여 형성된 음극 활물질층 (53)과 상기 음극 활물질이 도포되지 않은 음극 무지부로 이루어진다. 음극 집전판 (52)은 도전성을 가진 것으로, 예컨대 구리, 스테인레스 스틸, 알루미늄, 니켈 등으로 형성될 수 있다. 음극 활물질층 (53)은 음극 활물질로 이루어지는데, 상기 음극 활물질로는 예컨대, 흑연계 탄소 등을 들 수 있다.
제2 탭 (51)은 초음파 용접, 저항 용접 및 레이저 용접 중 어느 하나의 방식을 사용하여 음극 무지부의 상면에 부착되는 것으로, 니켈 등으로 형성될 수 있다. 상기 제1 탭 (41) 및 제2 탭 (51)은 각각 세퍼레이터 (60)의 탭 관통부 (61a, 61b)를 통하여 외측으로 연장될 수 있으며, 이때 제1 및 제2 탭 (41, 51)은 서로 수평 방향으로 이격되는 것이 좋다.
세퍼레이터 (60)는 그 내부에는 하나 이상의 탭 관통부 (61a, 61b)를 갖는 것으로, 시트형으로 길계 연장된 형태일 수 있다. 상기 세퍼레이터 (60)는 이온의 통로가 되는 동시에 양극판 (40) 및 음극판 (50)이 직접 대면하는 것을 막는다. 따라서, 세퍼레이터 (60)로는 높은 이온 투과도와 기계적 강도를 가지는 절연성의 얇은 박막을 사용하는 것이 바람직하고, 예컨대 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 또는 폴리불화비닐리덴을 포함하는 다공질 필름, 부직포 등을 들 수 있다.
또한, 도 2b를 참조하면, 본 발명에 따른 세퍼레이터 (60)는 상기 세퍼레이터 (60)의 동일면이 대면하도록 복수회 접히되, 접힌 부위에는 상기 제1 및 제2 탭 (41, 51)을 돌출시키기 위한 하나 이상의 탭 관통부 (61a , 61b)를 포함한다. 통상, 상기 세퍼레이터 (60)는 일정한 간격으로 접는 것이 좋다.
전술한 제1 및 제2 탭 (41, 51)은 탭 관통부 (61a , 61b)를 통하여 상기 세퍼레이터 (60)의 외측으로 연장될 수 있다.
탭 관통부 (61a , 61b)는 상기 양극판 (40)의 양극 활물질층과 음극판 (50)의 음극 활물질층이 노출되지 않으면 족하므로, 그의 형태 및 크기는 다양할 수 있다. 바람직하게는, 탭 관통부 (61a , 61b)는 상기 세페러이터 (60)의 접힌 부위에 있어서, 그 양 끝단에 각각 하나씩 형성되어, 지그재그 형태로 배열될 수 있다. 상기 탭 관통부 (61a , 61b)의 크기는 관통하는 탭에 의하여 정해질 수 있으며, 바람직하게는, 타원형의 홀이다.
상기 탭 관통부 (61a , 61b)는 세퍼레이터 (60)를 구성하는 재료, 또는 탭 관통부 (61a , 61b)의 형태 및 크기에 따라 다양한 방식으로 형성시킬 수 있다. 예컨대, 상기 탭 관통부 (61a , 61b)는 목표로 하는 탭 관통부와 유사한 형태의 펀칭 금형을 이용하여 상기 세퍼레이터 (60)의 미리 정해놓은 위치에 홀을 형성시킬 수 있다. 또한, 상기 탭 관통부 (61a, 61b)는 열용융방식에 의하여 형성시킬 수 있으며, 이때, 인두팁 (iron tip) 등을 이용할 수도 있다.
도 3은 본 발명에 따른 전극 조립체의 정면 투시도이다.
타원형의 홀의 형태인 경우, 탭 관통부 (61b)의 장측 길이는 상기 홀을 관통하는 탭의 너비에 따라 적절하게 변경시킬 수 있다. 상기 제1 탭을 통과하는 탭 관통부의 길이 (도시되어 있지 않음)와 제2 탭 (51)을 통과하는 탭 관통부 (61b)의 길이 (t1)는 전지의 설계에 따라서 사용되는 탭의 폭에 의하여 결정될 수 있다.
본 실시예에서는 제1 및 제2 탭 (41, 51)을 동일하게 설계하였다. 도 3을 참조하면, 탭 관통부 (61b)의 장측 길이 (t1)는 제2 탭 (51)의 너비에 비하여 약 1.0 ㎜ 더 길게 형성될 수 있다. 바람직하게는, 상기 제2 탭 (51)의 너비에 비하여 약 1.0 ㎜ 내지 약 2.0 ㎜ 더 길게 형성될 수 있다. 제2 탭 (51)의 너비에 비하여 1.0 ㎜ 미만으로 길게 형성된 경우에는, 관통되는 탭에 의하여 탭 관통부 (61b)가 손상될 수 있다. 또한, 상기 탭 관통부 (61b)가 2.0 ㎜를 초과하여 더 길게 형성된 경우엔 상기 제2 탭 (51)과 연결된 음극판 (50)의 위치가 고정되지 않고 유동하게 된다. 따라서, 각각의 극판들을 적층할 경우, 각 극판을 정렬이 용이하지 않으며, 공정상 불량을 발생시킬 수도 있다. 이는 제1 탭 (41)이 관통하는 탭 관통부 (도시되어 있지 않음)에도 동일하게 적용될 수 있다.
통상, 이차 전지에서 사용되는 세퍼레이터 (60)의 크기는 음극판 (50)에 비하여 더 크다. 이는 전지의 안전성을 고려한 것으로, 상기 세퍼레이터 (60)의 크기가 음극판 (50)보다 작은 경우, 상기 음극판 (50)과 양극판 (도시되어 있지 않음)이 직접 대면할 수 있고, 이에 의하여 단락 등이 발생할 위험이 있다. 따라서, 세퍼레이터 (60)의 크기는 안전성을 확보함과 동시에 마진이 가장 작도록 설계하는 것이 좋다.
도 3에서는 세퍼레이터 (60)는 음극판 (50)에 비하여 더 크게 도시되어 있다. 본 실시예의 경우, 제2 탭 (51) 형성되어 있는 부분은 세퍼레이터 (60)가 음극판 (50)의 상, 하부면을 감싸고 있으므로 기존의 적층형 전극 조립체에 비하여 공정상 발생할 수 있는 제1 탭 사이의 단란 등의 위험이 감소한다는 장점이 있다. 또한, 이는 양극판에서도 동일하게 적용된다.
도 4는 본 발명에 따른 적층형 전극 조립체의 분리 사시도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 전극 조립체 (30)은 전술한 탭 관통부 (61a, 61b)가 형성된 세퍼레이터 (60)와, 일정한 크기를 갖는 하나 이상의 양극판 (40)과 음극판 (50)을 포함한다.
먼저, 연장된 시트형의 세퍼레이터 (60)를 일정한 간격으로 접는다. 이때, 상기 간격은 일정하지 않을 수 있으며, 적층되는 극판들, 특히 음극판 (50)의 크기에 의하여 결정된다. 이차 전지를 설계함에 있어서, 이차 전지의 크기 및 용량 등에 따라서 양극판 (40) 및 음극판 (50)의 크기 등이 결정된다. 통상, 양극판보다는 음극판이 더 크고, 상기 극판들 사이에 개재되는 세퍼레이터 (60)는 안전성의 문제로 음극판 (50)보다 더 크게 설계된다. 바람직하게는, 상기 세퍼레이터 (60)는 음극판 (50)의 제2 탭이 있는 부분이 상부인 경우, 상기 음극판의 세로 길이에 비하여 약 0.5 ㎜ 내지 약 6.0 ㎜ 더 길게 형성될 수 있다. 가장 바람직하게는, 상기 음극판 (50)의 상부측 및 하부측에 비하여 각각 약 2.0 ㎜ 정도의 마진을 갖는 것이다.
전술한 바와 같이, 일정한 간격으로 접힌 세퍼레이터 (60)는 상면은 상면끼리 하면은 하면끼리, 즉 동일한 면이 서로 대면하게 된다. 따라서, 상기 세퍼레이터 (60) 내의 탭 관통부 (61a , 61b)는 세퍼레이터 (60)의 접힌 부위에 있어서, 그 양 끝단에 각각 하나씩 형성되어 지그재그 형태로 배열된다.
위와 같이, 일정한 간격으로 접힌 세퍼레이터 (60)는 상기 세퍼레이터 (60)의 동일한 면이 대면하고, 그 사이에 양극판 (40) 및 음극판 (50)을 각각 적층시킨다. 보다 상세하게는, 각각의 극판에 구비되어 있는 제1 및 제2 탭 (41, 51)은 세퍼레이터 (60)의 접힌 부위에서 지그재그 형태로 배열되어 형성된 탭 관통부 (61a , 61b)를 통하여 관통하도록 양극판 (40) 및 음극판 (50)을 동일한 방향으로 각각 교대로 상기 세퍼레이터 (60)에 삽입한다. 따라서, 상기 세퍼레이터 (60)의 접힌 부위는 양극판 (40) 및 음극판 (50)의 탭 영역 및 상, 하부면을 감싼다. 또한, 각각의 극판들은 복수겹의 세퍼레이터 (60), 바람직하게는 두 겹의 세퍼레이터 (60)를 사이에 두고 적층되므로, 서로 직접 대면하지 않는다.
또한, 제1 탭 (41) 및 제2 탭 (51)은 각각의 양극판 (40) 및 음극판 (50)에 일정한 위치에 구비되어 있고, 상기 탭 관통부 (61a , 61b)도 역시 세퍼레이터 (60) 내에 일정한 위치에 배열되어 있으므로, 위와 같은 적층만으로도 각 극판들과 세퍼레이터 (60) 및 제1 및 제2 (41, 51)를 추가의 공정 등 없이도 일정하게 정렬시킬 수 있다.
전술한 방식에 의하여 상기 제1 및 제2 탭 (41, 51)의 일부는 세퍼레이터 (60)의 외부로 연장되어 서로 평형하게 이격된다. 도 4에서는 제1 탭 (41)이 우측 탭 관통부에, 제2 탭 (51)이 좌측 탭 관통부를 각각 관통하는 것으로 도시되어 있으나, 이는 정해져 있지 않고, 각각의 탭의 위치 및 크기 등의 전지 설계에 의하여 적절하게 변형될 수 있다.
도 5a는 본 발명에 따른 적층형 전극 조립체의 사시도이고, 도 5b는 본 발명에 따른 적층형 전극 조립체의 단면이다.
도 5a 및 도 5b를 참조하면, 일정한 간격으로 접힌 세퍼레이터 (60)에 양극판 (40) 및 음극판 (50)은 삽입하는데, 이때, 각각의 극판들은 상기 세퍼레이터 (60)의 동일한 면과 대면하도록 교대로 적층된다. 따라서, 세퍼러이터 (60)의 한쪽면만이 각각의 극판들에 교대로 접촉하게 되므로, 상기 양극판 (40) 및 음극판 (50) 사이에는 세퍼레이터 (60)가 두 겹 이상일 수 있으며, 바람직하게는 두 겹이다.
또한, 세퍼레이터 (60)의 접힌 부위에는 일정한 위치에 지그재그 형태로 배열된 탭 관통부 (61a, 61b)가 구비되고, 상기 탭 관통부 (61a, 61b)를 통하여 연장된 제1 및 제2 탭 (41, 51)도 역시 일정한 위치에 지그재그 형태로 배열되므로, 동일한 종류의 탭끼리 정렬된다. 이와 같이, 정렬된 각각의 탭들은 용접 등의 방식에 의하여 일체로 결합된 용착부의 형태가 되고, 상기 용착부는 하나의 전극 리드에 연결된다. 이와 같은 방식으로 적층된 극판들은 전극 리드에 의하여 외부와 전기적으로 연결된다 (도 1 참조). 도 5b를 참조하면, 양극판 (40)에 형성된 양극 활물질층 (43)은 음극판 (50)에 형성된 음극 활물질층 (53)과 세퍼레이터 (60)를 사이에 두고 대면하게 되고, 이와 같은 구조가 반복되어 적층형 전극 조립체가 형성된다.
전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 전극 조립체 (30)는 탭 관통부가 형성되어 있는 세퍼레이터 (60)를 이용하는 것으로, 상기 탭 관통부를 통하여 양극판 (40) 및 음극판 (50)에 구비되어 있는 탭을 관통시키면서 적층하는 구조이다. 이와 같은 방식에 의하여, 본 발명에 따른 전극 조립체는 추가의 공정 없이도 양극판 (40) 및 음극판 (50)을 용이하게 정렬시킬 수 있고, 고온 등에 의하여 상기 세퍼레이터 (60)가 열수축되는 경우에도 안전하다는 장점을 갖는다.
이하, 첨부된 도 1 및 도 6을 참조하여 본 발명에 따른 적층형 전극 조립체를 포함하는 이차 전지에 대하여 설명한다. 본 발명에 따른 이차 전지의 요지를 명확히 하기 위해, 상기 실시예와 중복되는 부분에 대하여는 설명을 생략하거나 약술한다.
도 1 및 도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지에 관한 것이다.
도 1은 상기 이차 전지의 분해 사시도이고, 도 6는 본 발명에 따른 이차 전지의 사시도이다.
도 1 및 도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 이차 전지 (10)는 전극 조립체 (30) 및 상기 전극 조립체가 내장되는 외장재 (20)를 포함한다. 상기 전극 조립체 (30)는 전술한 방법에 따라 제작된 것으로, 상기 전극 조립체 (30)를 외장재 (20)에 삽입하여 이차 전지 (10)를 제조한다.
외장재 (20)는 파우치형 외장재 및 캔형 외장재를 포함하고, 바람직하게는 파우치형 외장재이다. 도 1 및 도 6은 파우치형 외장재에 대하여 도시하였다.
전극 조립체 (30)에 있어서, 제1 및 제2 탭 (41, 51)는 용접 등의 방식에 의하여 각각 일체로 결합된 용착부의 형태가 되고, 제1 및 제2 탭 (41, 51)에 구비된 각각의 용착부들은 제1 및 제2 전극 리드 (41a, 51a)에 각각 연결된다. 따라서, 상기 제1 및 제2 전극 리드 (41a, 51a)는 전극 조립체 (30)를 외부와 전기적으로 연결한다. 상기 제1 및 제2 전극 리드 (41a, 51a)를 연결한 전극 조립체 (30)를 파우치형 외장재 (20)에 삽입하고, 전해액을 주입한 다음, 실링부 (21)를 융착시켜 밀봉하다.
상기 파우치형 외장재 (20)는, 금속층과 수지층을 포함하는 라미네이트 시트로 이루어질 수 있다. 바람직하게는, 파우치형 외장재 (20)는 알루미늄 라미네이트 시트로, 내부에 전극 조립체 (30)가 장착될 수 있는 수납부가 형성되어 있다.
실링부 (21)는 상기 파우치형 외장재 (20)의 외주면을 따라 형성되어 있으며, 열융착 등의 방식에 의하여 상기 파우치형 외장재 (20)를 밀봉한다. 이때, 상기 제1 및 제2 전극 리드 (41a, 51a)의 상하면 일부에는 상기 실링부 (21)와 접촉하는 부위에 상기 파우치형 외장재 (20)와 밀봉도를 높이고, 동시에 전기적 절연 상태를 확보하기 위하여 절연 필름이 부착될 수도 있다. 이와 같은 방법에 의하여 도 6에 도시되어 있는 이차 전지 (10)를 제조할 수 있다.
본 실시예에서는 파우치형 외장재를 사용하여 이차 전지를 제조하였으나, 이는 일 실시예에 불과할 뿐 이에 제한되는 것은 아니며, 캔형 외장재 등의 그 밖의 다양한 종류의 외장재에 대하여도 적용이 가능하다.
본 발명의 기술 사상은 양호한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기 실시예들는 본 발명을 설명하기 위한 것으로, 본 발명을 제한하기 위함이 아님을 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 변형 및 변경이 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
전술한 발명의 권리 범위는 이하의 특허 청구 범위에 의하여 정해지는 것으로, 본 명세서의 기재에 구속되지 않으며, 특허 청구 범위의 균등 범위에 속하는 변형과 변경은 모두 본 발명의 범위에 속할 것이다.
10: 이차 전지
20: 외장재
21: 실링부
30: 전극 조립체
40: 양극판
41: 제1 탭
41a: 제1 전극 리드
42: 양극 집전판
43: 양극 활물질층
50: 음극판
51: 제2 탭
51a: 제2 전극 리드
52: 음극 집전판
53: 음극 활물질층
60: 세퍼레이터
61a, 61b: 탭 관통부

Claims (18)

  1. 일측면에 제1 탭을 구비하는 하나 이상의 제1 전극;
    일측면에 제2 탭을 구비하며 상기 제1 전극과 교대로 적층된 하나 이상의 제2 전극; 및
    상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이에 개재되며, 동일면이 대면하도록 복수회 접히되 접힌 부위에 상기 제1 탭 또는 상기 제2 탭을 돌출시키기 위한 하나 이상의 탭 관통부를 갖는 세퍼레이터
    를 포함하는 전극 조립체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전극은 양극 집전판 및 양극 활물질층을 더 포함하는 전극 조립체.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2 전극은 음극 집전판 및 음극 활물질층을 더 포함하는 전극 조립체.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 세퍼레이터는 상기 제1 전극 및 제2 전극 사이에 두 겹으로 개재되는 전극 조립체.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 세퍼레이터는 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극의 탭 영역 및 상, 하부면을 감싸는 전극 조립체.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 탭 관통부는 지그재그 형태로 배열되는 전극 조립체.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 탭 및 제2 탭은 탭 관통부를 통하여 상기 세퍼레이터의 외측으로 연장되는 전극 조립체.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 외측으로 연장되는 제1 탭 및 제2 탭은 서로 수평 방향으로 이격되는 전극 조립체.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 탭 관통부는 타원형의 홀을 포함하는 전극 조립체.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 탭 관통부는 열용융방식으로 형성되는 전극 조립체.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 탭 관통부의 길이는 탭의 너비에 비하여 1.0 ㎜ 내지 2.0 ㎜ 더 길게 형성되는 전극 조립체.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 세퍼레이터는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 또는 폴리불화비닐리덴을 포함하는 전극 조립체.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 세퍼레이터는 제2 전극의 세로 길이에 비하여 4.0 ㎜ 더 긴 간격으로 접힌 전극 조립체.
  14. 제1항에 기재된 전극 조립체와 상기 전극 조립체가 내장되는 외장재를 포함하는 이차 전지.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 외장재는 파우치형 또는 캔형 외장재를 포함하는 이차 전지.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 파우치형 외장재는 금속층과 수지층을 포함하는 라미네이트 시트로 이루어지는 이차 전지.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 파우치형 외장재는 실링부를 더 포함하는 이차 전지.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 실링부는 상기 파우치형 외장재의 외주면을 따라 형성되어 있으며, 열융착의 방식에 의하여 상기 파우치형 외장재를 밀봉하는 이차 전지.
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