KR101285977B1 - 전극 조립체 및 이를 구비한 이차전지 - Google Patents

전극 조립체 및 이를 구비한 이차전지 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전극 조립체 및 이를 구비한 이차전지에 관한 것으로, 양극판, 세퍼레이터, 음극판이 순차적으로 권취되는 전극 젤리롤과, 상기 전극 젤리롤의 외주면에 부착되는 마감테이프를 포함하는 이차전지의 전극 조립체에서 상기 전극 젤리롤을 고정시키는 상기 마감테이프에 의해 상기 세퍼레이터가 동시에 구속되도록 구성하는 전극 조립체와, 이러한 전극 조립체를 구비하는 이차전지를 제공하여 열충격에 의해 최외각 세퍼레이터의 횡방향 수축이 발생되더라도 양극과 음극 기재간의 쇼트의 발생을 방지하여 제품의 품질이 저하되지 않도록 하는 효과가 있다.
마감테이프, 세퍼레이터, 열수축 방지

Description

전극 조립체 및 이를 구비한 이차전지 {Eletrode assembly and secondary battery having the same}
도 1은 본 발명에 의한 전극 조립체의 일 실시예를 도시한 사시도.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 의한 전극 조립체의 사시도.
도 3은 본 발명에 의한 이차전지의 일 실시예를 도시한 분해사시도.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
10 ; 전극 조립체 20 ; 전극젤리롤
21 ; 양극판 22 ; 세퍼레이터
23 ; 음극판 30,30',30" ; 마감테이프
40 ; 캔 41 ; 상단개구부
50 ; 캡조립체
본 발명은 이차전지의 전극조립체에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 세퍼레이터의 열변형으로 인한 전지의 불량 발생을 방지하도록 한 이차전지의 전극조립체에 관한 것이다.
소형 전자기기의 전원으로서 각종 전지가 이용되고 있는데, 휴대전화, 노트북 컴퓨터, 캠코더 등의 전원으로는, 소형이면서 대용량 밀폐형 전지인 리튬 이온 이차전지 등의 전해액을 사용하는 전지가 많이 이용되고 있다. 이러한 전해액 전지로는 원통형 또는, 각형의 구조를 갖는 것이 이용되고 있다.
특히 리튬 이온 이차전지는 양극 집전체 및 음극 집전체 각각에 활성물질을 도포한 후에, 그 사이에 세퍼레이터(separator)에 적층하여 권취한 젤리롤(jelly-roll)타입의 전극 조립체를 전지 케이스내에 수납하고 전해액을 주입하여 밀폐한 것이 이용되고 있다.
이러한 리튬 이온 이차전지는 젤리롤을 원통형 전지 케이스 내에 수납한 원통형 전지와 각형의 전지 케이스 내에 수납한 각형 전지가 이용되고 있지만, 주로 직사각형 형상의 전지 수납부를 갖는 소형 또는 박형의 기기에서는 각형 전지가 널리 이용되고 있다.
각형 전지에서 전극조립체를 전지 케이스 내에 수납하기 위해서 전극조립체를 권취하고 전극조립체의 외면을 감싸는 마감 테이프로 고정한 후에 전극조립체를 압착하게 된다.
즉, 양극판, 세퍼레이터, 음극판이 차례로 권취되어 형성된 전극 젤리롤의 외주면에서 상기 전극 젤리롤의 권취가 끝나는 최종 단부를 감싸는 상태로 마감테이프를 부착시키는 방안이 제공되어 있다.
상기 양극판과 음극판은 이차전지의 종류에 따라 다소 차이가 있지만 통상적으로 금속 기재에 활성물질을 도포 및 충전하고 이를 건조, 롤 프레싱 및 절단하여 형성하고 있다. 리튬 이온 이차전지의 경우에 양극판은 활물질로 리튬천이금속 산화물이 사용되고 집전체로는 알루미늄을 사용한다. 또한 음극판은 활물질로는 탄소 및 탄소 복합체가 사용되고 구리 재질의 집전체가 사용된다.
또한, 상기 세퍼레이터는 양극판과 음극판이 직접 접촉하여 쇼트되지 않도록 양극판과 음극판을 분리하는 기능을 수행하는 것으로, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 폴리오레핀계 수지의 미다공막이 사용된다.
이와 같이 구성되는 양극판, 세퍼레이터 및 음극판은 권취시 양극판과 음극판의 접촉으로 인한 쇼트 발생을 방지하기 위하여 양극판과 음극판 보다 세퍼레이터의 길이를 더 길게 형성하게 된다.
그러나 권취가 완료된 상태의 전극조립체는 최외곽 부위의 기재가 알루미늄 재질의 양극판(또는 구리재질의 음극판)이 최종적으로 권취되어 마감된 상태에서 마감테이프에 의해 고정된다. 즉, 양극판 및 음극판과 세퍼레이터의 길이가 동일한 길이로 마감된다.
따라서 전지의 충방전이나 그 밖에 열충격에 의해 수지재질로 형성된 세퍼레이터가 길이방향인 횡방향으로 수축하는 경우에는 세퍼레이터가 수축되면서 발생되는 빈 공간을 통해서 양극판과 음극판의 최종단부가 접촉되므로 전기적인 쇼트 현상이 발생되는 문제가 있다.
이와 같은 문제점에 착안하여 안출한 본 발명의 목적은 세퍼레이터의 횡방향 수축시 마감테이프에 의해 세퍼레이터를 구속하여 양극판과 음극판의 쇼트 발생을 방지하도록 한 이차전지를 제공함에 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 양극판, 세퍼레이터, 음극판이 순차적으로 권취되는 전극 젤리롤과, 상기 전극 젤리롤의 외주면에 부착되는 마감테이프를 포함하는 이차전지의 전극 조립체에 있어서, 상기 전극 젤리롤을 고정시키는 상기 마감테이프에 의해 상기 세퍼레이터가 동시에 구속되도록 구성한 것을 특징으로 한다. 이때, 상기 세퍼레이터는 양단부 중 적어도 일단측으로 상기 양극판과 음극판 보다 외부로 길게 노출되어 상기 마감테이프에 부착되어 구속된다. 이러한 상기 세퍼레이터는 상기 양극판 또는 음극판 보다 길이방향으로 더 길게 형성된 것이 바람직하다. 또한, 상기 마감테이프는 상기 전극 젤리롤의 종단부를 포함하는 영역에 부착되어 상기 세퍼레이터가 구속된다. 또는, 상기 마감테이프는 상기 전극 젤리롤의 권취 종단면을 따라 부착될 수 있고, 상기 전극 젤리롤의 하단부에 마감테이프가 더 부착되어 상기 세퍼레이터가 구속될 수 있다.
또한, 본 발명에 의한 이차전지는 양극판, 세퍼레이터 및 음극판이 순차적으로 권취되어 이루어지는 전극 젤리롤을 포함하는 전극조립체; 상기 전극 조립체가 수납되는 캔; 및 상기 전극 조립체가 상기 캔에 수납된 상태에서 상기 캔의 상단 개구부를 밀폐하는 캡조립체를 포함하는 이차전지에 있어서, 상기 전극 조립체를 상기 마감테이프에 의하여 상기 세퍼레이터를 구속하도록 구성하는 것을 특징으로 한다.
이하, 상기한 바와 같은 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면에 의거하여 보다 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 전극 조립체의 사시도다.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 의한 전극 조립체(10)는 전극 젤리롤(20)과, 마감테이프(30)를 구비하여 이루어진다.
상기 전극 젤리롤(20)은 양극판(21), 세퍼레이터(22), 음극판(23)이 순차적으로 권취되어 이루어지고, 상기 마감테이프(30)는 상기 전극 젤리롤(20)의 외주면에 부착되어 양극판(21), 세퍼레이터(22) 및 음극판(23)의 권취상태를 고정시키게 된다.
이때, 상기 전극 젤리롤(20)의 세퍼레이터(22)는 양극판(21) 및 음극판(23) 사이에 개재된 상태에서 길이방향으로 양단부 중 적어도 일단부가 양극판(21) 및 음극판(23)의 외부로 노출되도록 길게 개재된다.
즉, 세퍼레이터(22)는 전극 젤리롤의 권취 종단부에서 양극판(21)과 음극판(23)의 종단부의 외측으로 노출되어 세퍼레이터의 단부는 마감테이프(30)에 의해 최외측 극판과 함께 부착된다.
상기 양극판(21)과 음극판(23)은 이차전지의 종류에 따라 다소 차이가 있지만 통상적으로 금속 기재에 활성물질을 도포 및 충전하고 이를 건조, 롤 프레싱 및 절단하여 형성된다. 리튬 이온 이차전지의 경우에 양극판은 활물질로 리튬천이금속 산화물이 사용되고 집전체로는 알루미늄을 사용한다. 또한 음극판은 활물질로는 탄소 및 탄소 복합체가 사용되고 구리 재질의 집전체가 사용된다.
또한, 상기 세퍼레이터(22)는 양극판과 음극판이 직접 접촉하여 쇼트되지 않도록 양극판과 음극판을 분리하는 기능을 수행하기 위하여 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 폴리오레핀계 수지의 미다공막이 사용된다.
본 발명에서는 권취시 양극판과 음극판의 접촉으로 인한 쇼트 발생을 방지하기 위하여 양극판과 음극판 보다 세퍼레이터의 길이를 더 길게 형성하고 있는 것과 비교하여 권취후 상태에서도 양극판과 음극판 보다 세퍼레이터의 길이가 양극판 및 음극판보다 더 길게 외부로 노출되도록 형성되는 것이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 의한 전극 조립체의 사시도이다.
도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 의한 전극 조립체(10)는 전극 젤리롤(20)과, 마감테이프(30)를 구비하여 이루어지고, 상기 전극 젤리롤(20)은 양극판(21), 세퍼레이터(22), 음극판(23)이 순차적으로 권취되어 이루어지며, 상기 마감테이프(30)는 상기 전극 젤리롤(20)의 외주면에 부착되어 양극판(21), 세퍼레이터(22) 및 음극판(23)의 권취상태를 고정시키는 구성은 일 실시예와 동일하다.
다만, 전극 젤리롤(20)의 권취 종단부를 고정시키는 마감테이프(30')가 전극 젤리롤(20)의 권취 종단면을 따라 종방향으로 부착된다. 이처럼 전극 젤리롤(20)의 권취 종단면을 따라서 부착되는 마감테이프(30')는 테이프의 양이 줄어들어 전지의 제조비가 절감되는 효과가 있다.
아울러 상기 전극 젤리롤(10)의 하단부에 마감테이프(30")가 더 부착할 수도 있다. 이러한 마감테이프(30")는 상기 세퍼레이터(22)를 구속시킴과 아울러 전지 캔의 내부에 전극 조립체(10)를 삽입시 전극 조립체(10)가 전지 캔의 상단 개부와 간섭되지 않고 용이하게 삽입되는 이점이 있다.
도 3은 본 발명에 의한 이차전지의 일 실시예를 도시한 분해사시도이다.
도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 의한 이차전지는 전극 조립체(10)와, 캔(40) 및 캡조립체(50)를 포함하여 구성된다.
상기 전극 조립체(10)는 양극판(21), 세퍼레이터(22), 음극판(23)이 순차적으로 권취된 전극 젤리롤(20) 및 상기 전극 젤리롤(20)의 권취 종단부에 부착되는 마감테이프(30)를 포함하여 구성된다.
상기 캔(40)은 상기 전극 조립체(10)가 내부에 수납되며, 상단에 개구부(41)가 형성된다.
상기 캡조립체(50)는 상기 캔(40)의 내부에 상기 전극 조립체(10)가 수납된 상태에서 상단 개구부(41)를 밀봉하도록 조립된다.
이때, 상기 전극 조립체(10)의 전극 젤리롤(20)의 세퍼레이터(22)는 권취된 상태에서 양극판(21) 및 음극판(23)의 외부로 노출되는 상태이므로 상기 마감테이프(30)에 의해 부착되어 고정된다.
따라서 전극 조립체(20)의 세퍼레이터(22)가 상기 마감테이프(30)에 의해 구속된 상태이므로 이차전지의 조립이 완료된 후 화성공정을 실시하거나, 제품이 출시되어 충방전이 실시되더라도 세퍼레이터(22)가 수축되더라도 양극판(21)과 음극판(22)의 접촉되어 쇼트가 발생되지 않게 된다.
이러한 실시예에는 마감테이프(30)에 의해 세퍼레이터(22)가 부착된 상태를 도시하고 있으나, 전극 젤리롤(10)의 권취 종단면을 따라 부착되는 마감테이프 또는 전극 젤리롤(10)의 하단부에 부착되는 마감테이프를 사용하게 되면 상술한 전극 조립체의 다른 실시예에서 설명한 바와 같은 효과를 얻을 수 있다.
이와 같이 상술한 전극 조립체 및 이차전지의 실시예에서는 마감테이프가 전극 젤리롤의 최외각에 부착된 상태를 설명하였으나, 전극 젤리롤의 선단부에 세퍼레이터를 노출되도록 형성하여 마감테이프에 의해 세퍼레이터를 부착시키더라도 동일한 효과를 발휘하게 된다. 또는 전극 젤리롤의 선단부와 최외각에서 동시에 세퍼레이터가 마감테이프에 의해 구속되면 열충격에 의한 세퍼레이터의 수축 변형을보다 향상된 효과를 나타낼 수 있다.
본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며 후술하는 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형의 실시가 가능한 것은 물론이고 그와 같은 변경은 본 발명의 특허청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 전극 조립체 및 이를 구비하는 이차전지는 열충격에 의해 최외각 세퍼레이터의 횡방향 수축이 발생되더라도 양극과 음극 기재간의 쇼트의 발생을 방지하여 제품의 품질이 저하되는 문제를 해소하 는 효과가 있다.

Claims (7)

  1. 양극판, 세퍼레이터, 음극판이 순차적으로 권취되는 전극 젤리롤과, 상기 전극 젤리롤의 외주면에 부착되는 마감테이프를 포함하는 이차전지의 전극 조립체에 있어서,
    상기 전극 젤리롤을 고정시키는 상기 마감테이프에 의해 상기 세퍼레이터가 동시에 구속되도록 구성하고,
    상기 전극 젤리롤의 하단부에 마감테이프가 더 부착되어 상기 세퍼레이터가 구속되는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 세퍼레이터는 양단부 중 적어도 일단측으로 상기 양극판과 음극판 보다 외부로 길게 노출되어 상기 마감테이프에 부착되어 구속되는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 세퍼레이터는 상기 양극판 또는 음극판 보다 길이방향으로 더 길게 형성된 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 마감테이프는 상기 전극 젤리롤의 종단부를 포함하는 영역에 부착되어 상기 세퍼레이터가 구속되는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 마감테이프는 상기 전극 젤리롤의 권취 종단면을 따라 부착된 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  6. 삭제
  7. 양극판, 세퍼레이터 및 음극판이 순차적으로 권취되어 이루어지는 전극 젤리롤을 포함하는 전극조립체;
    상기 전극 조립체가 수납되는 캔; 및
    상기 전극 조립체가 상기 캔에 수납된 상태에서 상기 캔의 상단 개구부를 밀폐하는 캡조립체를 포함하는 이차전지에 있어서,
    상기 전극 조립체의 전극 젤리롤의 외주면에 부착되는 마감테이프에 의하여 상기 세퍼레이터가 구속되도록 구성하고,
    상기 전극 젤리롤의 하단부에 마감테이프가 더 부착되어 상기 세퍼레이터가 구속되는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
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