KR101254691B1 - 개선된 리드 구조의 이차전지 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 의한 개선된 리드 구조의 이차전지는, 양극탭이 구비된 다수의 양극판, 음극탭이 구비된 다수의 음극판 및 다수의 분리막이 교호 적층되는 전극조립체; 상기 전극조립체를 수용하는 전지케이스; 상기 양극탭과 전기적으로 연결되는 양극리드; 및 상기 음극탭과 전기적으로 연결되는 음극리드를 포함하며, 상기 전극조립체에 포함된 각각의 양극판은 동일한 평면 상의 서로 다른 위치에서 동일한 방향으로 돌출된 복수의 양극측 전극탭을 포함하고 각각의 양극판에서 돌출된 복수의 양극측 전극탭은 그 높이에 따라 상기 양극 리드의 상부면 또는 하부면에 접합되거나, 상기 전극조립체에 포함된 각각의 음극판은 동일한 평면 상의 서로 다른 위치에서 동일한 방향으로 돌출된 복수의 음극측 전극탭을 포함하고 각각의 음극판에서 돌출된 복수의 음극측 전극탭은 그 높이에 따라 상기 음극 리드의 상부면 또는 하부면에 접합된 것을 특징으로 한다.

Description

개선된 리드 구조의 이차전지{Secondary electric cell with enhanced lead structure}
본 발명은 전기적 구조를 개선시킨 이차전지에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 전극 탭과 접속되는 리드의 구조를 적응적으로 개선시킴으로써 고용량 이차전지의 전기적 특성 및 고용량 환경에 따른 전지 성능이 더욱 향상될 수 있도록 구현된 이차전지에 관한 것이다.
제품군에 따른 적용 용이성이 높고, 높은 에너지 밀도 등의 전기적 특성을 가지는 이차전지는 휴대용 기기뿐만 아니라 전기적 구동원에 의하여 구동하는 전기차량(EV, Electric Vehicle) 또는 하이브리드 차량(HV, Hybrid Vehicle) 등에 보편적으로 응용되고 있다.
이러한 이차 전지는 화석 연료의 사용을 획기적으로 감소시킬 수 있다는 일차적인 장점뿐만 아니라 에너지의 사용에 따른 부산물이 전혀 발생되지 않는다는 점에서 친환경 및 에너지 효율성 제고를 위한 새로운 에너지원으로 주목받고 있다.
상기 이차 전지(셀)는 외장의 종류, 구조 등에 따라 파우치형, 캔형, 각형 등으로 분류될 수 있으며, 전극구조체의 구조적 특성에 따라 젤리-롤형(권취형), 스택형, 스택/폴딩형 등으로 구분되기도 한다. 각 구분이나 분류마다 기본적 원리와 구성 등은 상호 대응될 수 있으므로 도 1 내지 도 4에 도시된 파우치형 이차 전지를 예시적인 형태로 하여 이차 전지의 개략적인 구조 등을 설명하도록 한다.
상기 도 1에 도시된 바와 같이 파우치형 이차전지(10)는 파우치 등으로 구성되는 전지 케이스(20) 및 전극조립체(30)(전극집전체로도 지칭된다)를 기본 구조로 포함한다.
상기 전극조립체(30)는 도 2에 도시된 바와 같이 양극판(3), 음극판(5) 및 상기 양극판(3)과 음극판(5) 사이에 개재되어 상기 양극판(3)과 음극판(5) 사이를 전기적으로 절연시키는 분리막(5) 또는 세퍼레이터 등으로 구성된다.
상기 양극판(3)에는 양극판(3)의 하나 이상의 영역에서 구비되는 양극 탭(32)이 구비되며, 상기 음극판(5)에는 음극판(5)의 하나 이상의 영역에 구비되는 음극 탭(34)이 구비되는데, 도 3에 도시된 바와 같이 상기 하나 이상의 양극 탭(32) 및 음극 탭(34)들은 일정한 방향으로 수렴된 후, 도전성 재질로 이루어지는 양극 리드(36) 및 음극 리드(38) 각각과 일반 저항 웰딩(welding), 초음파 웰딩, 레이저 웰딩, 리벳 등의 방법으로 접합된다.
이와 같이 접합되어 연장되는 상기 전극 리드(36, 38)는 이차전지와 외부 적용 기기 등을 상호 전기적으로 연결하는 소정의 전극 인터페이스에 해당하는 기능을 수행한다.
또한, 상기 이차전지(10)는 실시 형태에 따라 도 4에 도시된 바와 같이 서로 다른 방향성을 가지는 양극탭(32) 및 음극탭(34)이 복수 개로 구비되고, 이에 전기적으로 연결되는 양극리드(36) 및 음극리드(36)가 상기 전극 탭의 개수에 상응하는 개수로 마련되는 형태로도 이용되고 있다.
이와 같은 상기 전극조립체(30) 등은 도 1에 도시된 바와 같이 파우치 케이스(20)의 내부 공간(23)에 탑재된 후, 전해액이 주입되고 밀봉 공정, 에이징 공정, 화성 공정 등의 후처리 공정을 거쳐 하나의 완성된 이차 전지 셀이 된다.
상기 도 1은 하나의 파우치 케이스(20)를 상부 케이스(21) 및 하부 케이스(22)로 상대적으로 구분하고, 상기 전극조립체(30)가 구비되는 수납공간(23)이 양 케이스에 모두 형성된 실시예를 도시하고 있으며, 실시형태에 따라 한쪽 케이스에만 수납공간(23)이 형성될 수 있음은 물론이다.
케이스의 물리적 이원화 여부 또는 전극조립체가 구비되는 공간 등은 파우치 원재료, 제품 특성, 프로세싱 환경, 제품 사양 등에 따라 다양한 조합과 변형 형태를 통하여 당업자가 적용할 수 있는 실시형태임은 자명하다.
한편, 상기 이차 전지는 개체의 구성 순에 의하여 단위 개체인 셀(cell), 집합체인 어셈블리(assembly), 배터리(battery)(팩(pack)) 등으로 칭해지며, 이하 설명에서 달리 언급되지 않는다면, 본 설명에서의 이차 전지는 상기 개체를 구별하지 않고 통칭적으로 사용하도록 한다.
최근, 하이브리드 전기 자동차(HV), 전기 자동차(EV)나 전력 저장 등에도 이차전지가 사용되면서 대용량 환경에 따른 이차전지의 사용이 필요하게 되고, 이에 따라 전지의 크기 및 용량도 계속 증가하고 있다고 할 수 있다.
이차전지는 내부의 전기 화학적 반응에 의하여 충전 또는 방전이 끊임없이 반복적으로 일어나므로 이와 같이 이차전지가 고용량화되는 경우 상기 충방전에 따른 발열이 비약적으로 증가하게 된다. 이와 같은 비약적인 발열 현상은 전기 화학적 반응을 일으키는 이차전지에 치명적인 성능 저하를 초래할 수 있다.
이러한 이차전지의 고용량 환경에 적응하기 위하여 탭과 리드의 개수를 늘리고, 크기를 증가시키는 기법이 종래 적용되고 있으나, 이와 같이 단순히 탭과 리드에 대한 물리적 환경만을 증가시키는 방법만으로는 탭과 리드 간의 안정적으로 신뢰성 있는 결합이 이루어지지 어렵다고 할 수 있다.
또한, 탭과 리드의 개수가 증가되는 만큼 상호 연결되는 연결부위가 많아지게 되는데, 이와 같이 이원적인 물리적 구성의 상호 접합이 많아지게 되는 경우 제조 공정이 복잡해짐은 물론, 전기 저항과 같은 전기적 특성의 불균일 현상이 발생하여 이차 전지의 정상 성능을 지속적으로 유지하는데 상당한 저해 요인을 작용될 수 있다.
이러한 저항 불균일 현상은 국지적이고 부분적인 부등 발열 현상 또는 부반응 현상을 발생시키게 되며, 이러한 부등 발열 현상 등은 전지 성능의 동등성을 와해시켜 이차 전지의 퇴화속도를 더욱 가속화시킬 수 있다고 할 수 있다.
이와 함께, 이차전지의 저항 특성을 개선시키기 위하여 단순히 전극 구조의 형상을 크게 하는 것은 스웰링 현상, 외부 물리적 영향 등에 의하여 전극 간 단락을 야기시킬 수 있으므로 고용량 환경에서의 이차전지와 관련하여 이러한 요인을 총체적으로 고려한 포괄적인 개선책이 필요하다고 할 수 있다.
본 발명은 상기와 같은 배경에서 이러한 문제점을 해소하기 위하여 안출된 것으로서, 이차전지에 채용되는 리드의 구조를 전기적으로 연결되는 탭과의 관계에서 개선시킴으로써, 고용량 이차전지에 더욱 높은 적용성을 구현하고, 부분 발열 및 이에 따른 전지의 성능 저하에 등에 강인하게 대처할 수 있는 이차전지를 제공하는데 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기에 설명될 것이며, 본 발명의 실시예에 의해 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허청구범위에 나타난 구성과 구성의 조합에 의해 실현될 수 있다.
상기 목적을 실현하기 위한 본 발명의 개선된 리드 구조의 이차전지는, 양극탭이 구비된 다수의 양극판, 음극탭이 구비된 다수의 음극판 및 다수의 분리막이 교호 적층되는 전극조립체; 상기 전극조립체를 수용하는 전지케이스; 상기 양극탭과 전기적으로 연결되는 양극리드; 및 상기 음극탭과 전기적으로 연결되는 음극리드를 포함하며, 상기 전극조립체에 포함된 각각의 양극판은 동일한 평면 상의 서로 다른 위치에서 동일한 방향으로 돌출된 복수의 양극측 전극탭을 포함하고 각각의 양극판에서 돌출된 복수의 양극측 전극탭은 그 높이에 따라 상기 양극 리드의 상부면 또는 하부면에 접합되거나, 상기 전극조립체에 포함된 각각의 음극판은 동일한 평면 상의 서로 다른 위치에서 동일한 방향으로 돌출된 복수의 음극측 전극탭을 포함하고 각각의 음극판에서 돌출된 복수의 음극측 전극탭은 그 높이에 따라 상기 음극 리드의 상부면 또는 하부면에 접합된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 복수의 양극측 전극탭 또는 상기 복수의 음극측 전극탭은, 상기 해당 리드와 2개의 연결부위를 가지며 전기적으로 연결되고, 상기 해당 리드는 단일 개수로 구비되며, 상기 복수 개의 연결부위를 가지며 전기적으로 연결되는 전극탭과 해당 리드는 각각 양극탭과 양극리드로 구성하는 것이 바람직하다.
바람직한 실시형태의 구현을 위하여, 상기 전극탭의 일부는 상기 해당 리드의 일면에서 전기적으로 연결되고, 다른 전극탭은 상기 해당 리드의 타면에서 전기적으로 연결되도록 구성할 수 있다.
여기에서, 상기 해당 리드의 상부에 위치하는 전극탭은 상기 해당 리드의 상면에서 전기적으로 연결되고, 상기 해당 리드의 하부에 위치하는 전극탭은 상기 해당 리드의 하면에서 전기적으로 연결되도록 구성하는 것이 더욱 바람직하다.
또한, 상기 전극조립체는 상기 전극탭이 서로 다른 방향을 가지는 2개 이상의 단위 조립체로 구성되며, 상기 해당 리드의 상부에 위치하는 단위 조립체의 전극탭은 상기 해당 리드의 상면에서 전기적으로 연결되고, 상기 해당 리드의 하부에 위치하는 단위 조립체의 전극탭은 상기 해당 리드의 하면에서 전기적으로 연결되도록 구성할 수 있다.
더욱 바람직한 실시형태의 구현을 위하여, 상기 양극리드 또는 음극리드의 두께는 50 내지 500㎛로 구성되며, 상기 양극리드 또는 음극리드의 폭은 2 내지 20cm로 구성될 수 있다.
상기 본 발명에 의한 개선된 리드 구조의 이차전지는 고전류 내지 대용량 전지 환경에서도 이차전지의 단자 접속에 의한 저항 등을 최적화시킬 수 있음과 동시에 극성 간의 차이를 효과적으로 분산 내지 균일화시킬 수 있어 고용량 이차전지의 성능을 더욱 향상시킬 수 있다.
또한, 탭과 리드 사이의 전기적 연결에 대한 구조의 개선시킴으로써 접합 공정의 간단성과 편의성을 높일 수 있어 공정 수율을 향상시킬 수 있다.
본 발명에 의한 개선된 리드 구조의 이차전지는 이차 전지의 성능과 퇴화에 상당한 영향을 미치는 부등 가열, 저항 불균일 현상을 효과적으로 극복할 수 있어, 정상 상태의 성능을 더욱 장기간 지속적으로 유지할 수 있어 이차전지의 특성을 더욱 향상시킬 수 있어 더욱 경제적이고 경쟁력 있는 이차전지를 구현할 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 일반적인 이차전지의 기본적인 구조를 도시하고 있는 사시도,
도 2는 일반적인 이차전지의 전극조립체에 대한 적층 구조를 도시하고 있는 도면,
도 3은 일반적인 이차전지의 전극탭과 전극리드의 결합관계를 도시하고 있는 도면,
도 4는 다른 형태의 일반적인 이차전지의 형상을 도시하고 있는 도면,
도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의한 이차전지의 구성을 도시한 도면,
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 전극조립체의 적층 구조를 도시하고 있는 도면,
도 7은 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 의한 전극조립체의 적층 구조를 도시하고 있는 도면,
도 8은 본 발명의 바람직한 또 다른 실시예에 의한 전극조립체의 적층 구조를 도시하고 있는 도면,
도 9는 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 전극탭과 전극리드의 결합 관계를 도시한 도면,
도 10은 도 9의 A-A`의 단면을 도시한 단면도,
도 11은 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 의한 전극탭과 전극리드의 결합관계를 도시한 도면,
도 12는 본 발명의 바람직한 또 다른 실시예에 의한 전극탭과 전극리드의 결합관계를 도시한 도면,
도 13은 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 리드의 형상적 특징을 도시하고 있는 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 5는 본 발명에 의한 개선된 리드 구조의 이차전지(이하 이차전지로 칭한다)를 구성하는 각 요소를 도시한 도면으로서, 상기 도 5에 도시된 바와 같이 본 발명의 이차전지(100)는 전극조립체(110), 전극 탭인 양극 탭(120)과 음극 탭(120, 130), 전극 리드인 양극 리드(140)와 음극 리드(150) 및 전지 케이스(160)를 포함하여 구성된다.
상기 전극조립체(110)는 도 6 내지 도 8 및 앞서 설명된 바와 같이 양극판(50), 음극판(51) 및 상기 양극판(50)과 음극판(51) 사이에 개재되는 소정 형태의 분리막이 상호 교호되어 적층된 구조를 이룬다. 앞서 설명된 바와 같이 상기 전극조립체(110)는 실시형태에 따라 권취형, 스택형, 스택/폴딩형 등으로 다양하게 적용될 수 있음은 물론이다.
상기 양극판(50)은 알루미늄 재질이 주로 이용되는데, 스테인리스 스틸, 니켈, 티탄, 소성 탄소 또는 알루미늄이나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면 처리한 것이 사용될 수 있으며, 이차 전지에 화학적 변화를 야기시키지 않고 높은 도전성을 가지는 재질이라면 이에 제한되지 않고 사용될 수 있다.
상기 양극판(50)의 일부 영역에는 하나 이상의 양극 탭(120)이 구비되는데 상기 양극 탭(120)은 상기 양극판(50)이 연장되는 형태로 이루어질 수 있고, 상기 양극판(50)의 소정 부위에 도전성 재질의 부재를 용접 등을 통하여 결합하는 형태로도 구성될 수 있으며 또한, 양극 재료를 상기 양극판(50) 외주면의 일부 영역에 도포 및 건조하는 방식 등의 다양한 방법에 의하여 제작될 수 있다.
상기 양극판에 대응되는 음극판(51)은 주로 구리 재질이 이용되는데, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 구리나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면 처리한 것이나 알루미늄-카드뮴 합금 등이 사용될 수 있다.
상기 음극판(51)은 상기 양극판(50)과 같이 표면에 미세한 요철 구조를 형성하여 활물질의 결합력이 강화되도록 구성할 수 있으며, 필름, 시트, 호일, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태로 구현될 수 있음은 물론이다.
상기 음극판(51) 또한 일부 영역에 하나 이상의 음극 탭(130)이 구비되며, 앞서 설명된 양극 탭(120)과 같이 상기 음극판(52)에서 연장되는 형태로 구현될 수 있음은 물론, 음극판(52) 소정 부위에 도전성 재질의 부재를 용접하는 등의 방법으로 결합할 수도 있으며, 음극 재료를 상기 음극판(52) 외주면의 일부 영역에 도포 및 건조하는 방식 등으로 구현될 수 있다.
상기 양극 탭(120) 및 음극 탭(130)은 각 극성마다 하나 이상으로 구성되어 상기 하나 이상의 전극 탭(120, 130)은 일정 방향성으로 수렴된 후, 각각에 해당 하는 리드인 양극 리드(140) 및 음극 리드(150)와 각각 전기적으로 연결된다.
즉, 상기 양극 리드(140)와 음극 리드(150)의 일단은 상기 양극 탭(120) 및 음극 탭(130)과 결합되며, 타단은 앞서 설명된 바와 같이 전지 케이스(160)의 외부로 노출되는 형태로 구성되어, 상기 양극 리드(140) 및 음극 리드(150)는 해당 이차전지의 전지 단자로서 기능하게 된다.
본 발명에 의한 이차전지(100)는 고전류의 충방전에 의한 전류의 흐름을 분산시키고, 전지 저항 등과 같은 전기적 특성을 향상시킴은 물론, 리드와 탭과의 전기적 연결 공정을 더욱 용이하게 구현하기 위하여, 상기 도 5에 도시된 바와 같이 복수 개의 방향성을 가지는 전극 탭(120, 130)은 해당하는 전극 리드(140, 150)와 복수 개의 연결 부위를 가지며 전기적으로 연결되며, 상기 양극 리드(140) 또는 음극 리드(150)는 상기 전극 탭의 구비 수보다 작은 수로 구비되도록 구성된다.
즉, 도 5에 예시적으로 도시된 바와 같이 2개의 방향성을 가지는 탭들은 하나의 리드와 전기적으로 연결되며, 당업자 수준에서 상기 실시예와 선택적으로 적용가능한 실시형태로서 만약, 전극 탭(120, 130)이 4개의 방향성을 가지며 구성되는 경우, 이보다 작은 개수인 3개, 2개 또는 1개로 구비된 상기 전극 리드에 전기적으로 연결되도록 구성할 수 있다.
전극 탭 형성 작업, 이차전지의 적용 대상, 용접 작업 등의 효율성 등을 고려할 때, 상기 양극 탭 또는 음극 탭 중 하나 이상의 전극 탭(120, 130)은 2개의 방향성으로 형성되고 단일(single)개수로 구비된 해당 리드(140, 150)와 2개의 연결부위를 가지면서 전기적으로 연결되도록 구성하는 것이 가장 바람직하다.
한편, 양극을 구성하는 전극 탭 및 전극 리드는 주로 알루미늄 계열의 금속을 주로 사용하게 되는데, 상기 알루미늄은 음극의 주요 재질인 구리와 대조하여 전기전도도가 낮고 이에 의하여 전기 저항이 상대적으로 높다고 할 수 있다.
그러므로 이차전지의 양 전극 간의 저항 불균형 및 이에 의한 발열의 국지화 등을 더욱 효과적으로 방지하고 양 전극 간 전기적 특성의 동등성을 유지하기 위하여 양극 탭(120)이 복수 개의 연결부위를 가지며 양극 리드(130)와 전기적으로 연결되도록 구성하는 것이 더욱 바람직하다. 물론, 이는 하나의 바람직한 실시형태의 구현을 위한 구성일 뿐, 음극 또는 양극 및 음극 모두에 해당될 수 있음은 물론이다.
이하에서는 도 6 내지 도 8을 통하여 본 발명에 의한 이차전지의 전극 탭(120, 130)을 구성하는 다양한 실시예를 예시적으로 설명하도록 한다.
양극 탭과 양극 리드에 대한 내용과 음극 탭과 음극 리드에 대한 내용은 상호 동일 내지 유사하게 적용될 수 있으므로 이하 설명에서 전극판, 전극 탭, 전극 리드로 설명되는 구성은 양극 및 음극 모두에 적용될 수 있음은 물론이다.
앞서 설명된 바와 같이 전극조립체(110)는 양극판, 음극판 및 분리막이 교호적층되는 형태로 구성된다. 도 6 내지 도 8에서는 설명의 효율성과 이해의 편의성을 높이기 위하여 양극판 및 음극판을 중심으로 도시하였다.
전극조립체의 전극 탭(120, 130)은 다양한 방향성과 개수를 가진 실시예로 구현될 수 있는데 하나의 예로서, 도 6에 도시된 바와 같이 양극탭(120)을 구비한 양극판(50)과 음극탭(130)을 구비한 음극판(51)을 번갈아 가면서 적층시키되, 전극 탭의 방향이 서로 달라지도록 2종의 전극판을 마련하거나 해당 전극판을 교호되도록 뒤집어가면서 적층시킬 수 있다.
이와 같은 방식으로 적층시키게 되면, 도 6에 도시된 바와 같이 전극집전체(110)의 일면에는 복수 개의 양극탭(120)이 2개의 방향성을 가지면서 구비되고, 전극집전체(110)의 다른 일면에는 복수 개의 음극탭(130)이 2개의 방향성을 가지면서 구비된다.
한편, 도 7에 도시된 바와 같이 전극판(50, 51)에 2개의 전극탭이 형성되고, 양극 탭과 음극 탭이 다른 방향을 가지도록 상기 양극판과 음극판을 적층시킬 수도 있다. 이와 같이 적층되는 경우, 도 7에 도시된 바와 같이 전극조립체(110)의 일면에서는 복수 개의 양극 탭(120)이 구비되고, 타면에는 복수 개의 음극 탭(130)이 구비된다.
도 8의 실시형태의 경우, 전극조립체(110)의 상면에 위치하는 양극탭(120)과 음극탭(130)이 일정한 방향성을 가지고, 전극조립체(110)의 하면에 위치하는 양극탭(120)과 음극 탭(130)이 상기 상면에 위치하는 것과는 다른 방향을 가지도록 구성할 수도 있다.
물론, 상기 도 8의 실시예에서 양극탭(120)은 음극탭(130)과 다른 방향을 가지도록 구성할 수 있음은 물론이다. 즉, 상부의 양극탭(120)은 좌측, 하부의 양극탭(120)은 우측에 구비되도록 구성하고, 음극탭(130)은 상부에서는 우측, 하부에서는 좌측으로 구비되도록 구성할 수도 있다. 또한, 각 전극판에 구비되는 전극 탭의 개수를 상기 도 6 내지 도 8에 도시된 형태와는 다르게 추가적으로 구성할 수 있음은 물론이다.
이와 같이 설명된 도 6 내지 도 8의 실시예 및 도 6 내지 도 8에 도시된 실시예의 상호 조합 및 당업자 간에 적용 가능한 형태의 실시예 등에 의하여 더욱 다양한 형태의 전극 탭의 방향성과 개수를 가지는 이차전지를 구현할 수 있게 된다.
이와 같이 다양한 형태로 구현될 수 있는 본 발명의 전극 탭과 전극 리드는 다양한 형태의 방법에 의하여 전기적으로 연결되는데, 도 9에 도시된 바와 같이 상기 전극 리드(140, 150)를 상기 전극 탭(120, 130) 사이에 개재되는 형태로 구성하는 것이 바람직하다.
앞서 설명된 바와 같이 복수 개로 구성될 수 있는 전극 탭(120, 130)은 일정 방향성을 가지면서 수렴되어 전극 리드와 연결되는데, 금속 재질의 스트레스, 연성, 외각에 위치한 전극 탭의 수렴 시 단절 가능성, 금속 탭 길이의 상이에 의한 웰딩 위치 선정의 곤란성, 전기적 특성 저하 등을 고려할 때, 도 9와 같이 전극 탭들의 가운데에 상기 전극 리드가 위치하는 것이 전극 탭의 수렴에 의한 특성 저하를 가장 효율적으로 방지할 수 있다.
이와 같이 전극 탭 중 일부는 전극 리드의 일면에서 전기적으로 연결되고, 다른 전극 탭은 상기 전극 리드의 다른 면에서 전기적으로 연결되도록 구성함으로써, 접속 공정을 단순화시킬 수 있음은 물론, 고용량 사양에 더욱 부합되도록 전기 저항 등을 더욱 분산시킬 수 있게 된다.
도 10은 도 9의 A-A`을 기준으로 한 단면을 도시한 도면이다. 상기 도면에 도시된 바와 같이 앞서 도 6 내지 도 8 등을 참조하여 설명된 다양한 형태의 전극 탭과 전극 리드와의 접합은 다양하게 이루어질 수 있는데, 더욱 효율적인 전기적 연결을 실현하기 위하여 전극 탭(120, 130)과 연결되는 해당 리드(140, 150)의 상부에 위치하는 전극 탭은 상기 해당 리드의 상면에서 전기적으로 연결되고, 상기 해당 리드의 하부에 위치하는 전극 탭은 상기 해당 리드의 하면에서 전기적으로 연결되도록 구성하는 것이 바람직하다.
구체적으로 도 10의 (a) 및 (b)에 도시된 바와 같이 전극조립체의 상부와 하부에 따라 다른 방향성을 가지는 실시형태의 경우, 양극 탭(120)을 예시로, 상부에 위치하는 양극탭(120)은 상기 전극리드(140)의 상면에 접합되고, 하부에 위치하는 양극탭(120)은 상기 전극리드(140)의 하면에 접합된다.
상기 도 10 (a)의 경우, 상부에 한 방향, 하부에 한 방향을 가지는 양극 탭에 대한 실시예이며, 도 10 (b)의 경우, 상부에 두 방향, 하부에 두 방향을 가지는 양극탭에 대한 실시예이다.
한편, 도 10의 (c) 및 (d)의 경우, 양극판에 두 개 또는 네 개의 양극탭(120)을 가지는 실시형태의 단면을 도시하고 있는데, 이 경우에도 전극조립체(110)를 기준으로 상부에 위치하는 양극 탭(120)은 전극 리드(140)의 상면에, 전극조립체(110)의 하부에 위치하는 양극 탭(120)은 전극 리드(140)의 하면에 접합된다.
도 11은 이에 대한 다른 실시예를 도시하고 있는 사시도 및 단면도인데, 도 11에 도시된 바와 같이 4개의 위치를 가지는 양극탭(120)이 구비되는 경우, 각 위치별 양극탭들 사이에 전극리드(140)가 형성되도록 구성할 수 있다. 도 11에서는 전극 리드(140)를 두 개로 도시하고 있으나, 하나의 단일 전극 리드(140)로 구현할 수 있음은 물론이다.
상기 도 10 및 도 11은 본 발명에 의한 실시예를 예시적으로 도시하고 있을 뿐, 앞서 설명된 도 6 내지 도 8에 의한 실시예 및 이들의 조합적 실시예에 의하여 더욱 다양한 단면의 형태를 가질 수 있음은 자명하다고 이해되어야 한다.
한편, 공정상의 효율성을 더욱 높이기 위하여 도 12에 도시된 바와 같이 상기 전극조립체(110)를 상기 전극 탭이 서로 다른 방향을 가지는 2개 이상의 단위 조립체로 구성하고, 전극 탭과 전기적으로 연결되는 해당 리드의 상부에 위치하는 단위 조립체의 전극 탭은 상기 해당 리드의 상면에서 전기적으로 연결되고, 상기 해당 리드의 하부에 위치하는 단위 조립체의 전극 탭은 상기 해당 리드의 하면에서 전기적으로 연결되도록 구성하는 것이 바람직하다.
또한, 도 13에 도시된 바와 같이 본 발명에 사용되는 상기 양극리드 또는 음극리드의 두께(c)는 50 내지 500㎛로 구성하는 것이 바람직하며, 상기 양극리드 또는 음극리드의 폭(b)은 2 내지 20cm로 구성하는 것이 바람직하다.
상기 범위 미만에서는 전극 탭 및 전극 리드를 통한 전류의 크기가 커짐에 따라 열 발생이 높아지게 되어 정상 성능 구현에 무리가 발생하며, 이로부터 이차전지의 사용 연한이 효율성이 낮아지고 안전성이 저하되게 된다.
또한, 상기 범위를 초과하는 경우 전극 탭과 전극 리드의 전기적 연결이 균일하고 안정적으로 유지하기가 곤란해지며, 실링 효율이 낮아지게 되어 수분 침투, 전해액 누수 등과 같은 2차적인 문제가 발생될 수 있다.
상기 본 발명에 대한 상세한 설명에서 상부, 하부 또는 상하 등으로 표현된 용어는 구성요소를 상대적으로 구분하거나 정의하기 위한 도구적 개념일 뿐임은 자명하다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
100: 본 발명에 의한 이차전지 110: 전극조립체
120: 양극 탭 130: 음극 탭
140: 양극 리드 150: 음극 리드
160: 전지 케이스

Claims (8)

  1. 양극탭이 구비된 다수의 양극판, 음극탭이 구비된 다수의 음극판 및 다수의 분리막이 교호 적층되는 전극조립체;
    상기 전극조립체를 수용하는 전지케이스;
    상기 양극탭과 전기적으로 연결되는 양극리드; 및
    상기 음극탭과 전기적으로 연결되는 음극리드를 포함하며,
    상기 전극조립체에 포함된 각각의 양극판은 동일한 평면 상의 서로 다른 위치에서 동일한 방향으로 돌출된 복수의 양극측 전극탭을 포함하고 각각의 양극판에서 돌출된 복수의 양극측 전극탭은 그 높이에 따라 상기 양극 리드의 상부면 또는 하부면에 접합되거나,
    상기 전극조립체에 포함된 각각의 음극판은 동일한 평면 상의 서로 다른 위치에서 동일한 방향으로 돌출된 복수의 음극측 전극탭을 포함하고 각각의 음극판에서 돌출된 복수의 음극측 전극탭은 그 높이에 따라 상기 음극 리드의 상부면 또는 하부면에 접합된 것을 특징으로 하는 개선된 리드 구조의 이차전지.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 복수의 양극측 전극탭 또는 상기 복수의 음극측 전극탭은, 상기 해당 리드와 2개의 연결부위를 가지며 전기적으로 연결되고, 상기 해당 리드는 단일 개수로 구비되는 것을 특징으로 하는 개선된 리드 구조의 이차전지.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 해당 리드의 상부에 위치하는 전극탭은 상기 해당 리드의 상면에서 전기적으로 연결되고, 상기 해당 리드의 하부에 위치하는 전극탭은 상기 해당 리드의 하면에서 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 개선된 리드 구조의 이차전지.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 전극조립체는,
    상기 전극탭이 서로 다른 방향을 가지는 2개 이상의 단위 조립체로 구성되며,
    상기 해당 리드의 상부에 위치하는 단위 조립체의 전극탭은 상기 해당 리드의 상면에서 전기적으로 연결되고, 상기 해당 리드의 하부에 위치하는 단위 조립체의 전극탭은 상기 해당 리드의 하면에서 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 개선된 리드 구조의 이차전지.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 양극리드 또는 음극리드의 두께는,
    50 내지 500㎛인 것을 특징으로 하는 개선된 리드 구조의 이차전지.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 양극리드 또는 음극리드의 폭은,
    2 내지 20cm인 것을 특징으로 하는 개선된 리드 구조의 이차전지.
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