KR101264422B1 - 전극조립체와 이를 이용한 리튬 이차전지 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전극조립체와 이를 이용한 리튬 이차전지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 양극판과 음극판이 마주보는 부분의 양극활물질부의 코팅면적을 음극활물질부의 코팅 면적보다 넓게 코팅하거나, 같은 효과를 줄 수 있도록 양극활물질부 또는 음극활물질부에 절연부를 형성하여 양극무지부에 음극판이 닿는 것을 방지함으로써, 쇼트를 방지하여 안전성을 향상시킬 수 있는 전극조립체와 이를 이용한 리튬 이차전지에 관한 것이다.
리튬 이차전지, 전극조립체, 양극무지부, 쇼트, 안전성

Description

전극조립체와 이를 이용한 리튬 이차전지{Electrode assembly and Lithium rechargeable battery using the same}
도 1은 권취되기 전의 일반적인 양극판과 음극판의 단면도
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이차전지의 분리 사시도
도 3은 도 2의 전극조립체가 권취되기 전의 양극판과 음극판의 단면도
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극조립체가 권취되기 전의 양극판과 음극판의 단면도
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전극조립체가 권취되기 전의 양극판과 음극판의 단면도
< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >
200 - 리튬 이차전지 210 - 캔
220, 320, 420 - 전극조립체 225 - 세퍼레이터
230, 330, 430 - 양극판 232, 332, 432 - 양극집전체
234, 334, 434 - 양극활물질부 235 - 추가코팅부
335, 445 - 절연부 236, 336, 436 - 양극무지부
238, 338, 438 - 양극탭 240, 340, 440 - 음극판
242, 342, 442 - 음극집전체 244, 344, 444 - 음극활물질부
246, 346, 446 - 음극무지부 248, 348, 448 - 음극탭
본 발명은 전극조립체와 이를 이용한 리튬 이차전지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 양극판과 음극판이 마주보는 부분의 양극활물질부의 코팅면적을 음극활물질부의 코팅 면적보다 넓게 코팅하거나, 같은 효과를 줄 수 있도록 양극활물질부 또는 음극활물질부에 절연부를 형성하여 양극무지부에 음극판이 닿는 것을 방지함으로써, 쇼트를 방지하여 안전성을 향상시킬 수 있는 전극조립체와 이를 이용한 리튬 이차전지에 관한 것이다.
일반적으로 비디오 카메라, 휴대형 전화, 휴대형 컴퓨터 등과 같은 휴대형 무선기기의 경량화 및 고기능화가 진행됨에 따라, 그 구동전원으로 사용되는 이차전지에 대해서 많은 연구가 이루어지고 있다. 이러한 이차전지는, 예를 들면, 니켈-카드뮴 전지, 니켈-수소 전지, 니켈-아연 전지, 리튬 이차전지 등이 있다. 이들 중에서 리튬 이차전지는 재충전이 가능하고 소형 및 대용량화가 가능한 것으로서, 작동 전압이 높고 단위 중량당 에너지 밀도가 높다는 장점 때문에 첨단 전자기기 분야에서 널리 사용되고 있다.
도 1은 권취되기 전의 일반적인 양극판과 음극판의 단면도를 나타낸다.
전극조립체(120)는, 도 1을 참조하면, 양극판(130), 음극판(140) 및 세퍼레이터(도시되지 않음)를 포함한다. 또한, 상기 양극판(130)의 일측 단부에는 양극 탭(138)이 부착되고, 음극판(140)의 일측 단부에는 음극탭(148)이 부착된다.
상기 양극판(130)은 화학반응에 의하여 발생한 전자를 모아서 외부 회로로 전달해 주는 양극집전체(132)와, 상기 양극집전체(132)의 일측면 혹은 양측면에 코팅되며 리튬 이온을 흡장 또는 탈리할 수 있는 구조로 되어 있는 양극활물질부(134), 상기 양극집전체(132) 중 양극활물질이 코팅되어 있지 않아 양극집전체(132)가 그대로 드러나 있는 양극무지부(136)가 형성되어 있다. 양극집전체(132)에 모인 전자들을 외부 회로로 전달해 주는 양극탭(138)은 상기 양극무지부(136)에 초음파 용접방식으로 용접되어 있으며, 여기서 상기 양극탭(138)의 용접 방식을 한정하는 것은 아니다. 상기 양극집전체(132)는 알루미늄(Al)과 같은 금속 재질로 형성되며, 상기 양극탭(138)도 알루미늄(Al)과 같은 금속 재질로 형성된다. 또한, 상기 양극활물질부(134)는 리튬 이온을 내어 놓을 수 있는 금속산화물에 도전재와 바인더를 혼합하여 형성된다.
상기 세퍼레이터는 양극판(130)과 음극판(140) 사이에 개재되어 상기 양극판(130)과 상기 음극판(140) 사이에 발생할 수 있는 쇼트를 방지한다. 세퍼레이터는 통상적으로 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP) 등의 열가소성 수지로 형성되며, 그 표면은 다공막 구조로 되어 있다. 이러한 다공막 구조는, 전지 내부의 온도 상승으로 상기 열가소성 수지의 융점 근처가 되면 세퍼레이터가 용융하여 공공이 막힘으로써 절연필름이 된다. 이러한 현상을 세퍼레이터의 봉공 또는 셧다운(shut down) 현상이라고 한다. 이렇게 절연필름으로 바뀜으로써 양극판(130)과 음극판(140)간의 리튬 이온의 이동이 차단되고, 더 이상의 전류가 흐르지 못하게 됨으 로써 전지내부의 온도 상승이 중단된다.
상기 음극판(140)은 화학반응에 의해 발생한 전자를 모아서 외부 회로로 전달해주는 음극집전체(142)와, 상기 음극집전체(142)의 일측면 혹은 양측면에 코팅되며 리튬 이온을 흡장 또는 탈리할 수 있는 구조로 되어 있는 음극활물질부(144), 상기 음극집전체(142) 중 음극활물질이 코팅되어 있지 않아 음극집전체(142)가 그대로 드러나 있는 음극무지부(146)가 형성되어 있다. 상기 음극집전체(142)는 구리(Cu) 또는 니켈(Ni)과 같은 금속 재질로 형성되며, 여기서 음극집전체(142)의 재질을 한정하는 것은 아니다. 또한, 상기 음극활물질부(144)는 탄소재료에 도전재와 바인더를 혼합하여 형성된다.
양극판과 음극판 사이에는 세퍼레이터가 개재되어 있으므로, 양극판과 음극판이 직접 닿아 쇼트가 발생하는 것을 방지할 수 있다. 그러나, 외부 충격 등에 의해 전극조립체가 압박받는 경우 세퍼레이터에도 그 힘이 전달되어 세퍼레이터가 손상될 염려가 있다. 특히, 양극활물질부와 양극무지부의 경계부분 및 음극활물질부와 음극무지부의 경계부분은 단차가 형성되어 있어 외력이 가해지는 경우 다른 부분에 비해 세퍼레이터가 압박받을 가능성이 더 크게 된다. 이렇게 상기 경계부분에 위치한 세퍼레이터가 압박을 받게 되면 세퍼레이터가 손상, 파손되어 양극판과 음극판이 직접 접촉하게 되므로, 쇼트가 발생할 수 있다는 문제점이 있다. 쇼트가 발생하면 발열량이 많아져 전지 내부에 가스 발생량이 증가하고, 이에 따라 전지가 폭발, 발화할 수 있다는 문제점이 있다.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 특히 양극판과 음극판이 마주보는 부분의 양극활물질부의 코팅면적을 음극활물질부의 코팅 면적보다 넓게 코팅하거나, 같은 효과를 줄 수 있도록 양극활물질부 또는 음극활물질부에 절연부를 형성하여 양극무지부에 음극판이 닿는 것을 방지함으로써, 쇼트를 방지하여 안전성을 향상시킬 수 있는 전극조립체와 이를 이용한 리튬 이차전지를 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위하여 안출된 본 발명의 일 측면의 전극조립체는 양극집전체와, 상기 양극집전체의 적어도 일면에 코팅되는 양극활물질부와, 상기 양극집전체가 외부로 드러나 있는 양극무지부를 구비하는 양극판; 음극집전체와, 상기 음극집전체의 적어도 일면에 코팅되는 음극활물질부와, 상기 음극집전체가 외부로 드러나 있는 음극무지부를 구비하는 음극판; 및 상기 양극판과 상기 음극판 사이에 개재되는 세퍼레이터가 권취되어 이루어지는 전극조립체에 있어서, 상기 양극활물질부와 상기 음극활물질부는 서로 마주보는 부분의 코팅 면적이 상기 양극활물질부가 상기 음극활물질부의 코팅면적보다 더 크게 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 양극집전체의 일측면과 상기 음극집전체의 타측면에는 상기 전극조립체의 권취를 위하여 상기 양극무지부와 상기 음극무지부가 다른 부분에 비해 넓게 형성될 수 있다.
또한, 상기 양극활물질부의 코팅 시작부와 코팅 마감부에는 소정 면적의 추 가코팅부가 형성될 수 있다. 또한, 상기 추가코팅부는 상기 전극조립체를 펼쳤을 때 상기 양극무지부와 상기 음극판이 마주보지 않을 정도의 면적으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 음극활물질부의 코팅 시작부와 코팅 마감부에는 소정 면적의 절연부가 형성될 수 있다. 또한, 상기 절연부는 상기 전극조립체를 펼쳤을 때 상기 양극무지부와 상기 음극활물질부가 마주보지 않을 정도의 면적으로 형성될 수 있다. 또한, 상기 절연부는 라미네이션 테이프(lamination tape)일 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 측면의 전극조립체는 양극집전체와, 상기 양극집전체의 적어도 일면에 코팅되는 양극활물질부와, 상기 양극집전체가 외부로 드러나 있는 양극무지부를 구비하는 양극판; 음극집전체와, 상기 음극집전체의 적어도 일면에 코팅되는 음극활물질부와, 상기 음극집전체가 외부로 드러나 있는 음극무지부를 구비하는 음극판; 및 상기 양극판과 상기 음극판 사이에 개재되는 세퍼레이터가 권취되어 이루어지는 전극조립체에 있어서, 상기 양극활물질부의 코팅 시작부와 코팅 마감부에는 소정 면적의 절연부가 형성될 수 있다.
또한, 상기 절연부는 상기 전극조립체를 펼쳤을 때 상기 양극무지부와 상기 음극판이 마주보지 않을 정도의 면적으로 형성될 수 있다. 또한, 상기 절연부는 라미네이션 테이프일 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 리튬 이차전지는 양극집전체와, 상기 양극집전체의 적어도 일면에 코팅되는 양극활물질부와, 상기 양극집전체가 외부로 드러나 있는 양극무지부를 구비하는 양극판, 음극집전체와, 상기 음극집전체의 적어도 일면에 코 팅되는 음극활물질부와, 상기 음극집전체가 외부로 드러나 있는 음극무지부를 구비하는 음극판 및 상기 양극판과 상기 음극판 사이에 개재되는 세퍼레이터가 권취되어 이루어지는 전극조립체, 상기 전극조립체를 수용하는 케이스를 포함하는 리튬 이차전지에 있어서, 상기 양극활물질부와 상기 음극활물질부는 서로 마주보는 부분의 코팅 면적이 상기 양극활물질부가 상기 음극활물질부의 코팅면적보다 더 크게 형성될 수 있다.
또한, 상기 전극조립체는 상기에서 언급된 형상들 중 어느 하나로 형성될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이하의 도면에서는 편의상 각형 리튬 이차전지의 경우를 예로 들어 설명하였으나, 원통형 또는 파우치형 리튬 이차전지의 경우에도 본 발명이 적용될 수 있음은 물론이다.
먼저, 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이차전지에 대해 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이차전지의 분리 사시도를 나타낸다. 도 3은 도 2의 전극조립체가 권취되기 전의 양극판과 음극판의 단면도를 나타낸다. 또한, 도 3에는 편의상 세퍼레이터를 생략하고, 양극판(230)과 음극판(240)만 도시하였다.
본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이차전지(200)는, 도 2를 참조하면, 양극판(230), 음극판(240) 및 세퍼레이터(225)로 구성되는 전극조립체(220)를 전해액과 함께 캔(210)에 수납하고, 이 캔(210)의 상단개구부를 캡조립체(250)로 밀봉함으로써 형성된다. 상기 리튬 이차전지(200)는 장변을 포함하며 서로 마주보도록 형성되는 정면과 배면, 단변을 포함하며 서로 마주보도록 형성되는 양 측면, 상기 캡플레이트(254)가 위치하는 상면과 상기 상면과 마주보는 하면(210b)을 포함하여 이루어진다.
상기 전극조립체(220)는, 도 2 및 도 3을 참조하면, 양극판(230)과 음극판(240) 사이에 세퍼레이터(225)가 개재되면서 권취되어 형성된다.
상기 양극판(230)은 도전성이 우수한 금속 박판, 예를 들면, 알루미늄(Al) 호일(foil)로 이루어진 양극집전체(232)와, 그 양면에 코팅된 양극활물질부(234)를 포함하고 있다. 상기 양극활물질로는 LiCoO2, LiMn2O4, LiNiO2, LiMnO2 등의 리튬산화물이 사용되고 있다. 상기 양극판(230)의 양 말단에는 양극활물질부(234)가 형성되지 않은 양극집전체 영역, 즉 양극무지부(236)가 형성된다. 상기 양극무지부(236)의 일단에는 일반적으로 알루미늄(Al) 재질로 형성되며, 전극조립체(220)의 상부로 일정 길이 돌출되는 양극탭(238)이 접합되어 있다.
상기 음극판(240)은 전도성 금속 박판, 예를 들면, 구리(Cu) 또는 니켈(Ni) 호일로 이루어진 음극집전체(242)와, 그 양면에 코팅된 음극활물질부(244)를 포함하고 있다. 상기 음극판(240)의 양 말단은 음극활물질부(244)가 형성되지 않은 음극집전체 영역, 즉 음극무지부(246)가 형성된다. 상기 음극무지부(246)의 일단에는 일반적으로 니켈(Ni) 재질로 형성되며, 전극조립체(220)의 하부로 일정 길이 돌출 된 음극탭(246)이 접합되어 있다. 더불어 상기 전극조립체(220)의 하부에는 캔(210)과의 접촉을 방지하기 위한 절연판(도시되지 않음)이 더 포함되어 형성될 수 있다.
상기 세퍼레이터(225)는 상기 양극판(230)과 음극판(240) 사이에 개재되며 상기 전극조립체(220)의 외주면을 둘러 싸도록 연장되어 형성될 수도 있다. 상기 세퍼레이터(225)는 상기 양극판(230)과 음극판(240)의 단락을 방지하며, 리튬 이온을 통과시킬 수 있도록 다공막 고분자물질로 형성된다.
상기 양극판(230)과 음극판(240)의 코팅 면적을 설계하기 위해 간단한 실험을 실시하였다. 즉, 양극판(230)의 어떤 부분과 음극판(240)의 어떤 부분이 접촉하게 될 때 쇼트가 발생하는지를 알아보기 위해 양극판(230)과 음극판(240)을 강제로 접촉시켜 쇼트 발생 여부를 조사하였다. 그 결과는 표 1에 나타나 있다.

 음극판
음극활물질부 음극무지부
양극판 양극활물질부 변화없음 변화없음
양극무지부 불꽃, 발연, 발화 불꽃
표 1을 참조하면, 양극판의 양극활물질부와 음극판을 접촉한 경우에는 불꽃 등이 발생하지 않았다. 즉, 양극활물질부가 음극활물질부와 접촉한 경우 및 양극활물질부가 음극무지부와 접촉한 경우에는 쇼트가 발생하지 않았다. 그러나, 양극판의 양극무지부와 음극판이 접촉된 경우에는 불꽃 등이 발생하였다. 보다 상세하게는 양극무지부와 음극활물질부가 접촉한 경우 가장 심한 변화가 발생하였다. 즉, 불꽃(spark)이 튀고, 연기가 발생하였으며, 정도가 심해지면 발화 현상이 일어나기도 하였다. 한편, 양극무지부와 음극무지부가 접촉한 경우에는 양극무지부와 음극활물질부가 접촉한 경우보다 심하지는 않았으나, 불꽃이 발생하였다.
표 1의 결과를 분석해보면, 양극판과 음극판이 단순히 접촉한다고 하여 쇼트가 발생하는 것이 아니라, 양극무지부와 음극판이 접촉하게 되는 경우 쇼트가 발생함을 알 수 있다. 그 중에서도 양극무지부와 음극활물질부가 접촉하는 경우에 가장 큰 변화가 나타나게 된다. 따라서, 양극판과 음극판에 각각 양극활물질부와 음극활물질부를 코팅할 때 이와 같은 결과를 고려하여 한다면 보다 효율적으로 쇼트를 방지할 수 있게 된다.
상기 양극활물질부(234)와 음극활물질부(244)는, 도 3을 참조하면, 서로 마주보는 부분의 코팅 면적이 상기 양극활물질부(234)가 음극활물질부(244)의 코팅 면적보다 더 크게 형성된다. 즉, 상기 표 1과 같은 실험 결과를 반영하여 양극무지부(236)가 음극활물질부(244) 또는 음극무지부(246)와 마주보지 않도록 양극활물질부(234) 대 음극활물질부(244)의 면적비가 1 이상이 되게 하였다. 이는 전극조립체(220)를 권취할 때 음극판(240)은 양극판(230)의 권취시작 부분보다 약간 뒤에서 시작될 수 있도록 배치되기 때문에, 양극무지부(236)가 음극판(240)과 마주보게 되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 상기 양극집전체(232)의 일측면과 음극집전체(242)의 타측면에는 전극조립체(220)의 권취를 위해 양극무지부(236)와 음극무지부(246)가 다른 부분에 비해 넓게 형성된다. 상기 전극조립체(220)를 권취하기 위해서는 양극판(230)과 음극판(240) 사이에 세퍼레이터(225)를 개재시킨 후 맨드릴에 물린 후 권취하게 된다. 따라서, 맨드릴에 물리게 되는 양극판(230)과 음극판(240)의 부분에는 각각 양극무지부(236)와 음극무지부(246)가 형성된다.
또한, 상기 양극활물질부(234)의 코팅 시작부와 코팅 마감부에는 소정 면적의 추가코팅부(235)가 형성된다. 이렇게 추가코팅부(235)가 형성됨으로써 양극무지부(236)가 음극활물질부(244) 또는 음극무지부(246)와 마주보는 것을 방지할 수 있게 된다. 따라서, 상기 추가코팅부(235)는 상기 전극조립체(220)를 펼쳤을 때 양극무지부(236)와 음극판(240)이 마주보지 않을 정도의 면적으로 형성될 수 있다. 상기 추가코팅부(235)는 양극집전체(232)의 적어도 일측면에 형성될 수 있으며, 바람직하게는 상기 양극집전체(232)의 양측면에 형성될 수 있다. 이와 같이 함으로써, 어떤 원인에 의해 세퍼레이터(225)가 손상 또는 파손된다 하더라도, 상기 양극무지부(236)와 음극판(240)의 접촉이 사전에 방지되므로, 쇼트에 의한 불꽃, 발연, 발화 등이 방지될 수 있다.
상기 캔(210)는 대략 직사각형 형상의 한 쌍의 장측벽(212)과, 한 쌍의 단측벽(213) 및 하면판(210b)을 포함하여 대략 박스 형상으로 형성되며, 상부는 개구되어 상단개구부(210a)를 이루고 있다. 또한, 상기 캔(210)는 대략 박스형상으로 형성될 때 수평방향으로의 단면의 형상이 사각형상 또는 타원형상 등 다양한 형상으로 형성될 수 있다. 상기 상단개구부(210a)로는 상기 전극조립체(220)가 삽입된다. 또한, 상기 전극조립체(220) 사이로 함침하여 리튬 이온의 이동을 가능하게 해 주는 전해액이 주입된다. 캔(210)의 재질은 주로 가벼운 알루미늄(Al)이 사용된다. 상기 캔(210)의 상부는 캡조립체(250)에 의해 밀봉되어, 전해액의 누출이 방지된다. 상기 캔(210)의 장측벽(212)과 단측벽(213)의 두께는 대략 0.2 내지 0.4mm로 형성되며, 상기 하면판(210b)의 두께는 대략 0.2 내지 0.7mm로 형성된다. 다만, 여기서 상기 장측벽(212)과 단측벽(213) 및 하면판(210b)의 두께를 한정하는 것은 아니다. 상기 캔(210)는 바람직하게는 딥드로잉(deep drawing) 방식에 의하여 형성되며, 상기 장측벽(212)과 단측벽(213) 및 상기 하면판(210b)은 일체형으로 형성된다. 다만, 여기서 상기 캔(210)의 형성 방법을 한정하는 것은 아니다.
상기 캡조립체(250)는 캡플레이트(254)와 절연 플레이트(257)와 터미널플레이트(260) 및 전극단자(252)를 포함하여 구성된다. 캡조립체(250)는 별도의 절연케이스(270)와 결합되어 캔(210)의 상단 개구부(210a)에 결합되어 캔(210)을 밀봉하게 된다.
상기 캡플레이트(254)는 상기 캔(210)의 상단개구부에 용접되어 상기 캔(210)을 밀봉한다. 상기 캡플레이트(254)는 일측에 전해액주입구(256)가 형성되어 있으며, 상기 전해액주입구(256)는 볼 등으로 압입, 용접되어 있다. 상기 캡플레이트(254)의 대략 중앙에는 단자통공1(255)이 형성되어 있으며, 상기 단자통공1(255)에는 개스킷 튜브(263)에 의해 절연된 전극단자(252)가 삽입된다.
상기 절연플레이트(257)는 개스킷과 같은 절연물질로 형성되며, 캡플레이트(254)의 하면에 결합된다. 절연플레이트(257)에는 상기 캡플레이트(254)의 단자통공1(255)에 대응되는 위치에 상기 전극단자(252)가 삽입되는 단자통공2(258)가 형성되어 있다. 상기 절연플레이트(257)의 하면에는 상기 터미널플레이트(260)가 안착되도록 터미널플레이트(260)의 크기에 상응하는 안착홈(259)이 형성된다.
상기 터미널플레이트(260)는 일반적으로 Ni합금으로 형성되며, 상기 절연플레이트(257)의 하면에 장착된다. 상기 터미널플레이트(260)에는 캡플레이트(254)의 단자통공1(255)에 대응되는 위치에 상기 전극단자(252)가 삽입되는 단자통공3(261)이 형성되어 있으며, 상기 전극단자(252)가 상기 개스킷 튜브(263)에 의하여 절연되면서 캡플레이트(254)의 단자통공1(255)을 통하여 결합되므로 상기 터미널플레이트(260)는 상기 캡플레이트(254)와 전기적으로 절연되면서 상기 전극단자(252)와 전기적으로 연결된다.
상기 터미널플레이트(260)의 일측에는 상기 음극판(240)에 결합된 음극탭(248)이 용접되며, 캡플레이트(254)의 타측에는 상기 양극판(230)에 결합된 양극탭(238)이 용접된다. 상기 음극탭(248)과 양극탭(238)을 결합시키는 용접방법으로는 저항용접, 레이저 용접 등이 사용되며 일반적으로는 저항용접이 사용된다.
상기 전극단자(252)는 상기 음극판(240)의 음극탭(248) 또는 상기 양극판(230)의 양극탭(238)에 연결되어 음극단자 또는 양극단자로 작용하게 된다.
다음으로, 본 발명의 다른 실시예에 따른 리튬 이차전지에 대하여 설명한다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극조립체가 권취되기 전의 양극판과 음극판의 단면도를 나타낸다. 도 4의 실시예는 추가코팅부(235) 대신 절연부(335)가 형성된다는 점 이외에는 상기 도 3의 실시예와 유사하므로, 차이점을 중심으로 설명한다. 또한, 도 4에는 편의상 세퍼레이터를 생략하고, 양극판(330)과 음극판(340)만 도시하였다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 리튬 이차전지는 전극조립체와 캔 및 캡조립체를 포함하여 형성된다. 상기 캔과 캡조립체는 도 2의 실시예에서 충분히 설명하였으므로 여기서 상세한 설명은 생략한다.
상기 전극조립체(320)는, 도 4를 참조하면, 양극판(330)과 음극판(340) 및 세퍼레이터(도시되지 않음)를 포함하여 형성된다.
상기 양극판(330)은 양극집전체(332)와, 그 양면에 코팅된 양극활물질부(334)를 포함하고 있다. 상기 양극판(330)의 양 말단에는 양극활물질부(334)가 형성되지 않은 양극집전체 영역, 즉 양극무지부(336)가 형성된다. 상기 양극무지부(336)의 일단에는 전극조립체(320)의 상부로 일정 길이 돌출되는 양극탭(338)이 접합되어 있다.
상기 음극판(340)은 전도성 금속 박판, 예를 들면, 구리(Cu) 또는 니켈(Ni) 호일로 이루어진 음극집전체(342)와, 그 양면에 코팅된 음극활물질부(343)를 포함하고 있다. 상기 음극판(340)의 양 말단은 음극활물질부(343)가 형성되지 않은 음극집전체 영역, 즉 음극무지부(346)가 형성된다. 상기 음극무지부(346)의 일단에는 일반적으로 니켈(Ni) 재질로 형성되며, 전극조립체(320)의 하부로 일정 길이 돌출된 음극탭(346)이 접합되어 있다.
상기 양극활물질부(334)의 코팅 시작부와 코팅 마감부에는 소정 면적의 절연부(335)가 형성된다. 상기 절연부(335)는 전극조립체(320)를 펼쳤을 때 양극무지부(336)와 음극판(340)이 마주보지 않을 정도의 면적으로 형성되는 것이 바람직하다. 즉, 상기 절연부(335)는 도 3의 실시예에서 추가코팅부(235)를 대체하는 역할을 하게 된다. 따라서, 상기 절연부(335)의 형성 면적 또한 상기 추가코팅부(235)와 대응되도록 형성될 수 있다. 또한, 상기 절연부(335)는 양극집전체(332)의 적어도 일측면에 형성될 수 있으며, 바람직하게는 상기 양극집전체(332)의 양측면에 형성될 수 있다. 또한, 상기 절연부(335)는 라미네이션 테이프를 부착함으로써 형성될 수 있다. 라미네이션 테이프는 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리이미드(PI)와 같은 폴리올레핀계 물질로 형성될 수 있으며, 일면에 접착물질이 형성되어 있다. 다만, 상기 절연부(335)는 라미네이션 테이프 이외에도 절연성 물질이면 어떤 것이라도 무방하다. 이와 같이 함으로써, 어떤 원인에 의해 세퍼레이터가 손상 또는 파손된다 하더라도, 상기 절연부(335)에 의해 상기 양극무지부(336)와 음극판(340)의 접촉이 사전에 방지되므로, 쇼트에 의한 불꽃, 발연, 발화 등이 방지될 수 있다.
다음으로, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 리튬 이차전지에 대해 설명한다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전극조립체가 권취되기 전의 양극판과 음극판의 단면도를 나타낸다. 도 5의 실시예는 추가코팅부(235) 또는 양극판(330)에 형성되는 절연부(335) 대신 음극활물질부(444)의 양단부에 절연부(445)가 형성된다는 점 이외에는 상기 도 3의 실시예 또는 도 4의 실시예와 유사하므로, 차이점을 중심으로 설명한다. 마찬가지로, 도 5에서도 편의상 세퍼레이터를 생략하고, 양극판(430)과 음극판(440)만 도시하였다.
본 발명의 또다른 실시예에 따른 리튬 이차전지는 전극조립체와 캔 및 캡조립체를 포함하여 형성된다. 상기 캔과 캡조립체는 도 2의 실시예에서 충분히 설명하였으므로 여기서 상세한 설명은 생략한다.
상기 전극조립체(420)는, 도 5를 참조하면, 양극판(430)과 음극판(440) 및 세퍼레이터(도시되지 않음)를 포함하여 형성된다.
상기 양극판(430)은 양극집전체(432)와 양극활물질부(434)와 양극무지부(436) 및 양극탭(438)을 포함하여 형성된다.
상기 음극판(440)은 음극집전체(442)와 음극활물질부(443)와 음극무지부(446) 및 음극탭(446)을 포함하여 형성된다. 또한, 상기 음극판(440)은 음극활물질부(444)의 코팅 시작부와 코팅 마감부에 소정 면적의 절연부(445)가 형성된다. 상기 절연부(445)는 전극조립체(420)를 펼쳤을 때 양극무지부(436)와 음극활물질부(444)가 마주보지 않을 정도의 면적으로 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 절연부(435)는 음극집전체(442)의 적어도 일측면에 형성될 수 있으며, 바람직하게는 상기 음극집전체(442)의 양측면에 형성될 수 있다. 또한, 상기 절연부(435)는 라미네이션 테이프를 부착함으로써 형성될 수 있다. 이와 같이 함으로써, 어떤 원인에 의해 세퍼레이터가 손상 또는 파손된다 하더라도, 상기 절연부(445)에 의해 상기 양극무지부(436)와 음극활물질부(444)의 접촉이 사전에 방지되므로, 쇼트에 의한 불꽃, 발연, 발화 등이 방지될 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형의 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 특허청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
본 발명에 따른 전극조립체와 리튬 이차전지에 의하면 양극무지부가 음극활물질부 및/또는 음극무지부와 마주보지 않도록 형성함으로써 외력 또는 온도 상승에 의해 세퍼레이터가 손상, 파괴되더라도 쇼트에 의한 불꽃, 발연, 발화 등의 현상을 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의하면 쇼트를 방지함으로써 전지의 안전성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (12)

  1. 양극집전체와, 상기 양극집전체의 적어도 일면에 코팅되는 양극활물질부와, 상기 양극집전체가 외부로 드러나 있는 양극무지부를 구비하는 양극판;
    음극집전체와, 상기 음극집전체의 적어도 일면에 코팅되는 음극활물질부와, 상기 음극집전체가 외부로 드러나 있는 음극무지부를 구비하는 음극판; 및
    상기 양극판과 상기 음극판 사이에 개재되는 세퍼레이터가 권취되어 이루어지는 전극조립체에 있어서,
    상기 양극활물질부와 상기 음극활물질부는 서로 마주보는 부분의 코팅 면적이 상기 양극활물질부가 상기 음극활물질부의 코팅면적보다 더 크게 형성되는 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 양극집전체의 일측면과 상기 음극집전체의 타측면에는 상기 전극조립체의 권취를 위하여 상기 양극무지부와 상기 음극무지부가 다른 부분에 비해 넓게 형성된 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 양극활물질부의 코팅 시작부와 코팅 마감부에는 소정 면적의 추가코팅부가 형성되는 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 추가코팅부는 상기 전극조립체를 펼쳤을 때 상기 양극무지부와 상기 음극판이 마주보지 않을 정도의 면적으로 형성되는 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 음극활물질부의 코팅 시작부와 코팅 마감부에는 소정 면적의 절연부가 형성되는 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 절연부는 상기 전극조립체를 펼쳤을 때 상기 양극무지부와 상기 음극활물질부가 마주보지 않을 정도의 면적으로 형성되는 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  7. 제 5항에 있어서,
    상기 절연부는 라미네이션 테이프(lamination tape)인 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  8. 양극집전체와, 상기 양극집전체의 적어도 일면에 코팅되는 양극활물질부와, 상기 양극집전체가 외부로 드러나 있는 양극무지부를 구비하는 양극판;
    음극집전체와, 상기 음극집전체의 적어도 일면에 코팅되는 음극활물질부와, 상기 음극집전체가 외부로 드러나 있는 음극무지부를 구비하는 음극판; 및
    상기 양극판과 상기 음극판 사이에 개재되는 세퍼레이터가 권취되어 이루어지는 전극조립체에 있어서,
    상기 양극활물질부의 코팅 시작부와 코팅 마감부에는 소정 면적의 절연부가 형성되는 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 절연부는 상기 전극조립체를 펼쳤을 때 상기 양극무지부와 상기 음극판이 마주보지 않을 정도의 면적으로 형성되는 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  10. 제 8항 또는 제 9항에 있어서,
    상기 절연부는 라미네이션 테이프인 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  11. 양극집전체와, 상기 양극집전체의 적어도 일면에 코팅되는 양극활물질부와, 상기 양극집전체가 외부로 드러나 있는 양극무지부를 구비하는 양극판,
    음극집전체와, 상기 음극집전체의 적어도 일면에 코팅되는 음극활물질부와, 상기 음극집전체가 외부로 드러나 있는 음극무지부를 구비하는 음극판 및
    상기 양극판과 상기 음극판 사이에 개재되는 세퍼레이터가 권취되어 이루어지는 전극조립체,
    상기 전극조립체를 수용하는 케이스를 포함하는 리튬 이차전지에 있어서,
    상기 양극활물질부와 상기 음극활물질부는 서로 마주보는 부분의 코팅 면적이 상기 양극활물질부가 상기 음극활물질부의 코팅면적보다 더 크게 형성되는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 전극조립체는 제 2항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 따른 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
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