KR101580648B1 - 이차전지용 전극 조립체 및 이를 구비한 이차전지 - Google Patents

Abstract

본 발명은 제1 집전체에 제1 전극 활물질을 포함하는 코팅물질이 도포되어 형성된 제1 코팅부와, 상기 제1 집전체의 적어도 한쪽 단부에 상기 코팅물질이 도포되지 않은 제1 무지부를 구비한 제1 전극판; 및 제2 집전체에 제2 전극 활물질을 포함하는 코팅물질이 도포되어 형성된 제2 코팅부와, 상기 제2 집전체의 적어도 한쪽 단부에 상기 코팅물질이 도포되지 않은 제2 무지부를 구비한 제2 전극판;를 포함하고, 상기 제1 전극판과 상기 제2 전극판은 세퍼레이터가 개재된 상태에서 권취되어 롤 구조를 이루고, 상기 롤 구조의 최외곽에는 상기 제1 코팅부 및 상기 제2 코팅부 중 어느 하나가 배치되어 무지부가 존재하지 않는 것을 특징으로 하는 이차전지의 전극 조립체를 개시한다.

Description

이차전지용 전극 조립체 및 이를 구비한 이차전지{ELECTRODE ASSEMBLY AND SECONDARY BATTERY HAVING THE SAME}

본 발명은 이차전지에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 젤리롤(Jelly-Roll) 형태의 권취 구조를 가진 이차전지용 전극 조립체와 이를 구비한 이차전지에 관한 것이다.

일반적으로 이차전지는 전극 조립체가 원통형 또는 각형의 금속 캔에 내장되어 있는 캔 타입과, 전극 조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 내장되어 있는 파우치 타입으로 분류될 수 있다.

도 1에는 일반적인 원통형 이차전지의 주요 구성이 구체적으로 도시되어 있다.

도 1을 참조하면, 원통형 이차전지는 원통형의 전지 케이스(10)와, 전지 케이스의 상부에 밀봉 결합된 캡 조립체(20)와, 전해액과 함께 전지 케이스(10)에 수용된 전극 조립체(30)를 포함한다.

전극 조립체(30)는 양극(31), 세퍼레이터(32) 및 음극(33)이 교대로 적층된 것으로서, 실질적으로 젤리롤 형태로 권취된 구조를 갖는다. 통상적으로 전극 조립체(30)의 최외곽에는 양극(31) 및 음극(33) 중에 음극(33)이 위치하도록 구성된다.

전극 조립체(30)의 양극(31)과 음극(33)은 각각 알루미늄 포일(Al-foil)과 구리 포일(Cu-foil)로 이루어진 집전체를 구비한다. 양극 집전체와 음극 집전체에는 각각 양극 활물질과 음극 활물질이 도포되고, 활물질이 도포되지 않은 부분, 즉 무지부에는 양극탭(50)과 음극탭(40)이 연결된다. 양극탭(50)과 음극탭(40)은 각각 캡 조립체(20)의 내부와 전지 케이스(10)에 용접된다.

전극 조립체(30)의 양극(31)과 음극(33)에 있어서, 활물질이 도포된 부분과 무지부 사이의 경계영역은 코팅 과정에서 코팅물질의 코팅량이 불균일하고 끌림, 비산 등이 발생하여 전극 간 단락의 요소로 작용한다. 대안으로, 이 불균일 코팅 영역에 커버 테이프를 부착하여 비활성화 부분으로 제작하고 있지만 보호장치로서 한계가 있다.

도 2에 도시된 바와 같이 양극(31)은 양극 집전체에 양극 활물질을 포함하는 코팅물질이 도포되어 형성된 양극 코팅부(31a)와, 상기 양극 집전체의 양쪽 단부에 상기 코팅물질이 도포되지 않은 양극 무지부(31b)를 구비한다. 또한, 음극(33)은 음극 집전체에 음극 활물질을 포함하는 코팅물질이 도포되어 형성된 음극 코팅부(33a)와, 상기 음극 집전체의 양쪽 단부에 상기 코팅물질이 도포되지 않은 음극 무지부(33b)를 구비한다.

통상적으로 전극 조립체(30)는 최외곽에 위치한 음극 무지부(33b)가 직접적으로 혹은 탭을 통해 간접적으로 전지 케이스(10)에 맞닿거나 근접 배치되는데, 이러한 구조는 전극 조립체(30)의 부피팽창 시 강도가 큰 전지 케이스(10)에 의해 최외곽의 음극 무지부(33b)에 큰 하중이 가해지고, 이로 인해 전극이 폭, 길이 방향으로 연신되어 전극 간 단락이 발생할 수 있는 취약점이 있다.

이차전지의 전극 조립체와 관련된 공개문헌으로는 대한민국 공개특허 제2004-0043039호, 공개특허 제2006-0037847호, 공개특허 제2011-0048131호가 있다.

공개특허 제2004-0043039호는 젤리롤형 전극 조립체의 권심부에서 제1전극 무지부를 세퍼레이터가 개재된 제2전극 코팅부 및 제1전극 코팅부가 지지해줌으로써 제1전극탭이 접합된 부분이 무너져 전지의 단락을 초래하는 문제를 방지할 수 있는 젤리롤형 전극 조립체를 개시하고 있다.

공개특허 제2006-0037847호는 전극 양단부의 전극 활물질층이 시작되는 불균일 부분과 끝나는 불균일 부분에 형성된 돌출부를 감싸도록 설치되는 절연부재를 다공성 재질로 한 것에 특징이 있는 이차 전지를 개시하고 있다.

공개특허 제2011-0048131호는 전극 조립체의 제1 단부와 제2 단부에, 양극 무지부의 일부 및 음극 무지부의 일부가 제거되어 형성된 양극탭과 음극탭이 각각 위치하는 것을 특징으로 하는 이차전지 및 그 제조방법을 개시하고 있다. 이러한 구조에 따르면 양극 무지부와 음극 무지부에서 굴곡되는 양측 단부가 제거되므로 남겨진 탭 부착 부분이 용이하게 접힐 수 있고 무지부에 점착되는 전해액의 양을 줄일 수 있으며, 제거된 무지부의 무게만큼 이차전지의 무게를 줄일 수 있다.

상기와 같이 전극 조립체의 개선과 관련된 다양한 기술이 제안되었으나, 전극의 무지부에 의해 발생하는 전극 간 단락 문제를 해소하기 위한 방안은 제시된 바가 없다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 고려하여 창안된 것으로서, 전극 조립체의 외곽에 가해지는 하중으로 인해 전극 간 단락이 발생하는 것을 방지하는 구조를 가진 전극 조립체 및 이를 구비한 이차전지를 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은 제1 집전체에 제1 전극 활물질을 포함하는 코팅물질이 도포되어 형성된 제1 코팅부와, 상기 제1 집전체의 적어도 한쪽 단부에 상기 코팅물질이 도포되지 않은 제1 무지부를 구비한 제1 전극판; 및

제2 집전체에 제2 전극 활물질을 포함하는 코팅물질이 도포되어 형성된 제2 코팅부와, 상기 제2 집전체의 적어도 한쪽 단부에 상기 코팅물질이 도포되지 않은 제2 무지부를 구비한 제2 전극판;를 포함하고, 상기 제1 전극판과 상기 제2 전극판은 세퍼레이터가 개재된 상태에서 권취되어 롤 구조를 이루고, 상기 롤 구조의 최외곽에는 상기 제1 코팅부 및 상기 제2 코팅부 중 어느 하나가 배치되어 상기 제1 무지부(또는 제2 무지부)가 존재하지 않는 것을 특징으로 하는 이차전지의 전극 조립체를 제공한다.

상기 제1 전극판은 양극을 제공하고, 상기 제2 전극판은 음극을 제공하는 것이 바람직하다.

상기 제2 전극판은 한쪽 단부에만 상기 제2 무지부가 형성되어 권심 방향으로 권취되고, 상기 롤 구조의 최외곽에는 상기 제2 코팅부가 배치될 수 있다.

상기 제1 전극판의 한쪽 단부에 형성된 상기 제1 무지부와 상기 제2 전극판의 한쪽 단부에 형성된 상기 제2 무지부가 상기 롤 구조의 권심 방향으로 권취되고, 상기 세퍼레이터에 의해 절연되면서 상호 이격 배치될 수 있다.

상기 제1 전극판의 다른쪽 단부에 형성된 상기 제1 무지부는 상기 롤 구조의 최외층 세퍼레이터의 내측면에 배치될 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 전극 조립체와, 상기 전극 조립체와 함께 전해질을 수용하는 전지 케이스를 포함하는 이차전지에 있어서, 상기 전극 조립체는,

제1 집전체에 제1 전극 활물질을 포함하는 코팅물질이 도포되어 형성된 제1 코팅부와, 상기 제1 집전체의 적어도 한쪽 단부에 상기 코팅물질이 도포되지 않은 제1 무지부를 구비한 제1 전극판; 및 제2 집전체에 제2 전극 활물질을 포함하는 코팅물질이 도포되어 형성된 제2 코팅부와, 상기 제2 집전체의 적어도 한쪽 단부에 상기 코팅물질이 도포되지 않은 제2 무지부를 구비한 제2 전극판;를 포함하고, 상기 제1 전극판과 상기 제2 전극판은 세퍼레이터가 개재된 상태에서 권취되어 롤 구조를 이루고, 상기 롤 구조의 최외곽에는 상기 제1 코팅부 및 상기 제2 코팅부 중 어느 하나가 배치되어 상기 제1 무지부(또는 제2 무지부)가 존재하지 않는 것을 특징으로 하는 이차전지가 제공된다.

본 발명에 따르면 전극 롤 구조의 최외곽에 무지부가 존재하지 않는 전극 조립체가 제공되므로 전극 조립체의 부피팽창 시 전지 케이스로부터 가해지는 하중에 의해 전극 간 단락이 발생하는 것을 방지할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면 무지부가 제거됨으로써 전극판에서 불균일 코팅 영역이 줄어들게 되므로 커버 테이프를 절감할 수 있고 공수를 줄일 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 아니된다.
도 1은 일반적인 원통형 이차전지의 종단면도,
도 2는 일반적인 원통형 이차전지에서 전극 조립체의 구성을 상세히 도시한 횡단면도,
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이차전지의 주요 구성을 도시한 단면도,
도 4는 도 3에서 제2 전극판의 구성을 도시한 평면도이다.

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 아니되며, 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 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이차전지의 주요 구성을 도시한 단면도이다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이차전지는 원통형의 전지 케이스(100)와, 전해질(미도시)과 함께 전지 케이스(100) 내부에 수용되고 최외곽에 무지부가 존재하지 않는 전극 조립체(110)를 포함한다.

전극 조립체(110)는 제1 전극판(101), 세퍼레이터(102) 및 제2 전극판(103)이 적층 및 권취되어 형성된 롤 구조를 구비한다. 제1 전극판(101)와 제2 전극판(103) 중 어느 하나는 양극을 제공하고, 다른 하나는 음극을 제공한다. 이하에서는 제1 전극판(101)이 양극, 제2 전극판(103)이 음극인 예를 중심으로 본 발명을 설명하기로 한다.

제1 전극판(101)은 알루미늄 포일로 이루어진 제1 집전체와, 제1 집전체에 도포된 양극 활물질을 포함하는 제1 코팅부(101a)와, 제1 집전체의 한쪽 단부에 길이방향으로 일정 구간 마련되고 코팅물질이 존재하지 않는 제1 무지부(101b)를 포함한다.

제2 전극판(103)은 구리 포일로 이루어진 제2 집전체와, 제2 집전체에 도포된 음극 활물질을 포함하는 제2 코팅부(103a)와, 제2 집전체의 한쪽 단부에 길이방향으로 일정 구간 마련되고 코팅물질이 존재하지 않는 제2 무지부(103b)를 포함한다.

제1 전극판(101)의 한쪽 단부에 형성된 제1 무지부(101b)와 제2 전극판(103)의 한쪽 단부에 형성된 제2 무지부(103b)는 롤 구조의 중심부에 배치되어 권심 방향으로 권취되고, 세퍼레이터(102)에 의해 절연되면서 상호 이격 배치된다.

또한, 전극 조립체(110)의 최외곽에는 제1 전극판(101)과 제2 전극판(103) 중 제2 전극판(103)이 위치하고, 제2 전극판(103)의 단부에는 제2 코팅부(103a)가 배치되어 무지부가 존재하지 않는 구조를 갖는다. 이를 위해, 도 4에 도시된 바와 같이 제2 전극판(103)은 한쪽 단부에만 제2 무지부(103b)가 구비되고, 다른쪽 단부에는 무지부를 제거하거나 무지부를 형성하지 않는 공정에 의해 제2 코팅부(103a)의 단부가 구비된다. 즉, 제2 전극판(103)에 있어, 제2 무지부(103b)는 전술한 바와 같이 롤 구조의 중심부에 배치되어 권심 방향으로 권취되고, 제2 코팅부(103a)의 단부는 롤 구조의 최외곽 끝부분에 배치된다.

한편, 제1 전극판(101)의 다른쪽 단부에 형성된 제1 무지부(101b)는 롤 구조의 최외층 세퍼레이터(102)의 내측면에 배치된다. 대안으로, 제1 전극판(101)은 상기 다른쪽 단부에 형성된 제1 무지부(101b)가 제거되어 제1 코팅부(101a)가 배치되도록 구성될 수도 있다.

롤 구조의 중심부에 배치되어 권심 방향으로 권취된 제1 무지부(101b)와 제2 무지부(103b)에는 각각 제1 전극탭(104)과 제2 전극탭(105)이 연결된다. 제1 전극탭(104)과 제2 전극탭(105)은 각각 캡 조립체(미도시)의 내부와 전지 케이스(100)에 용접된다.

부가적으로, 제2 전극판(103)의 한쪽 단부에 형성된 제2 무지부(103b)와 제2 코팅부(103a) 사이의 경계영역에는 커버 테이프(106)가 부착되는 것이 바람직하다.

상기와 같은 구성을 가진 이차전지는 전극 조립체(110)의 최외곽에 제2 전극판(103)의 제2 코팅부(103a)가 배치되어 전극 조립체(110)의 부피팽창 시 전지 케이스(100)로부터 가해지는 하중이 직접적으로 무지부에 전달되지 않으므로 전극 간 단락이 방지될 수 있다.

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: 전지 케이스 101: 제1 전극판
101a: 제1 코팅부 101b: 제1 무지부
102: 세퍼레이터 103: 제2 전극판
103a: 제2 코팅부 103b: 제2 무지부
104: 제1 전극탭 105: 제2 전극탭

Claims (10)

1. 이차전지의 전극 조립체에 있어서,
   제1 집전체에 제1 전극 활물질을 포함하는 코팅물질이 도포되어 형성된 제1 코팅부와, 상기 제1 집전체의 단부에 구비되고 상기 코팅물질이 도포되지 않은 제1 무지부를 가진 제1 전극판; 및
   제2 집전체에 제2 전극 활물질을 포함하는 코팅물질이 도포되어 형성된 제2 코팅부와, 상기 제2 집전체의 단부에 구비되고 상기 코팅물질이 도포되지 않은 제2 무지부를 가진 제2 전극판;를 포함하고,
   상기 제1 전극판과 상기 제2 전극판은 세퍼레이터가 개재된 상태에서 권취되어 롤 구조를 이루고,
   상기 롤 구조의 최외곽에는 상기 제1 코팅부 및 상기 제2 코팅부 중 어느 하나가 배치되어 무지부가 존재하지 않으며,
   상기 제2 전극판은 한쪽 단부에만 상기 제2 무지부가 형성되어 권심 방향으로 권취되고, 상기 롤 구조의 최외곽에는 상기 제2 코팅부가 배치되고,
   상기 제1 전극판의 한쪽 단부에 형성된 상기 제1 무지부와 상기 제2 전극판의 한쪽 단부에 형성된 상기 제2 무지부가 상기 롤 구조의 권심 방향으로 권취되고, 상기 세퍼레이터에 의해 절연되면서 상호 이격 배치되고,
   상기 제1 전극판의 다른쪽 단부에 형성된 상기 제1 무지부는 상기 롤 구조의 최외층 세퍼레이터의 내측면에 배치된 것을 특징으로 하는 이차전지의 전극 조립체.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1 전극판은 양극을 제공하고,
   상기 제2 전극판은 음극을 제공하는 것을 특징으로 하는 이차전지의 전극 조립체.
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 전극 조립체와, 상기 전극 조립체와 함께 전해질을 수용하는 전지 케이스를 포함하는 이차전지에 있어서,
   상기 전극 조립체는,
   제1 집전체에 제1 전극 활물질을 포함하는 코팅물질이 도포되어 형성된 제1 코팅부와, 상기 제1 집전체의 단부에 구비되고 상기 코팅물질이 도포되지 않은 제1 무지부를 가진 제1 전극판; 및
   제2 집전체에 제2 전극 활물질을 포함하는 코팅물질이 도포되어 형성된 제2 코팅부와, 상기 제2 집전체의 단부에 구비되고 상기 코팅물질이 도포되지 않은 제2 무지부를 가진 제2 전극판;를 포함하고,
   상기 제1 전극판과 상기 제2 전극판은 세퍼레이터가 개재된 상태에서 권취되어 롤 구조를 이루고,
   상기 롤 구조의 최외곽에는 상기 제1 코팅부 및 상기 제2 코팅부 중 어느 하나가 배치되어 무지부가 존재하지 않으며,
   상기 제2 전극판은 한쪽 단부에만 상기 제2 무지부가 형성되어 권심 방향으로 권취되고, 상기 롤 구조의 최외곽에는 상기 제2 코팅부가 배치되고,
   상기 제1 전극판의 한쪽 단부에 형성된 상기 제1 무지부와 상기 제2 전극판의 한쪽 단부에 형성된 상기 제2 무지부가 상기 롤 구조의 권심 방향으로 권취되고, 상기 세퍼레이터에 의해 절연되면서 상호 이격 배치되고,
   상기 제1 전극판의 다른쪽 단부에 형성된 상기 제1 무지부는 상기 롤 구조의 최외층 세퍼레이터의 내측면에 배치된 것을 특징으로 하는 이차전지.
7. 제6항에 있어서,
   상기 제1 전극판은 양극을 제공하고,
   상기 제2 전극판은 음극을 제공하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
8. 삭제
9. 삭제
10. 삭제

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