KR101763016B1 - 이차전지 전극 조립체 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 이차전지 전극 조립체에 관한 것으로서, 전극 집전체 상에 전극 활물질이 도포되어 이루어지는 복수 개의 전극과, 상기 복수 개의 전극 사이에 개재되는 분리막을 포함하며, 상기 전극 및 분리막은 단부가 경사면을 갖도록 사선 방향으로 커팅되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 전극과 분리막의 권취 시 전극에 가중되는 스트레스를 분산함으로써, 종래 전극의 끝단이 형성하는 단차에 스트레스가 집중됨에 따라 발생하던 전극의 단선을 방지할 수 있다. 이에, 단선 발생으로 인한 이차전지 전극 조립체의 양극과 음극의 연결이 분리되어 단락되는 것을 방지할 수 있어 안전성을 향상시킬 수 있다.

Description

이차전지 전극 조립체{Electrode Assembly Of Secondary Battery}
본 발명은 이차전지 전극 조립체에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 전극의 단차로 인한 단선을 방지함과 동시에 용량을 증대할 수 있는 이차전지 전극 조립체에 관한 것이다.
일반적으로, 이차전지는 재충전이 가능하고 소형 및 대용량화가 가능하다는 이점으로 인하여 최근 그 개발 및 사용이 증가하고 있다. 이차전지는 양극, 음극 및 분리막으로 이루어지는 전극 조립체와, 전극 조립체를 전해액과 함께 밀봉 수납하는 외장재를 구비한다.
이차전지 전극 조립체는 양극, 음극 및 분리막을 포함하여 이루어진다. 전극 조립체를 구성하는 양극 및 음극은 전극 집전체 상에 양극 활물질 또는 음극 활물질을 도포하여 양극 시트 또는 음극 시트가 형성된다. 이러한 양극 시트, 음극 시트 및 분리막을 소정 길이 커팅하고, 이를 권취하거나 적층하여 전극 조립체를 형성한다.
도 1은 전극 조립체를 형성하기 위한 전극(110) 커팅 모습을 도시한 도면이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 종래 전극(110)은 전극(110) 시트를 커팅 부재(130)를 이용하여 수직 방향으로 커팅하였다. 즉, 커팅 부재(130)를 이용하여 전극(110) 끝단의 커팅 단면이 수직이 되도록 커팅하였다.
이러한 전극 조립체는 이와 같이 커팅된 전극(110) 시트 및 분리막(120)을 권취하여 젤리롤형 전극 조립체를 형성하거나, 양극(111), 음극(113) 및 분리막(120)을 적층한 단위 전극 조립체(도 3 참조)를 복수 개 적층하여 전극(110) 조립체를 형성하였다. 젤리롤형 전극(110) 조립체의 경우, 전극(110)과 분리막(120)의 권취 시 중심부에 위치하는 전극(110)에는 권취에 따라 스트레스가 가중된다.
즉, 도 2에 도시된 바와 같이, 중심부에 위치하는 음극(113)의 끝단의 커팅 단면은 전극 조립체를 형성하기 위하여 대면하는 분리막(120)에 수직을 이루며, 이에 따라 스트레스가 집중적으로 가중된다. 가중되는 스트레스는 그대로 대면하는 분리막(120)에 전달되어 대면하는 분리막(120) 및 전극(110)에 단선을 일으킨다. 이러한 분리막(120) 및 전극(110)의 단선은 전극 조립체의 연결이 분리되며 단락을 발생시키는 문제점이 있었다.
한편, 도 3에 도시된 바와 같이, 양극(111), 음극(113) 및 분리막(120)을 적층하여 단위 모듈(115)를 형성하고, 서로 다른 크기의 단위 모듈(115)을 복수 개 적층하여 전극 조립체를 형성할 수 있다. 이 경우, 도 4에 도시된 바와 같이, 단위 모듈(115)의 단면이 수직임에 따라 복수 개의 단위 모듈(115)이 적층되어 이루어지는 전극 조립체는 계단 형상을 이룬다. 이에, 상단의 단위 모듈(115)과 하단의 단위 모듈(115) 사이에는 데드 스페이스(dead space)가 존재하며 그에 따라 전지 내에서의 공간 활용이 효율적이지 못한 문제점이 있었다.
이와 같은 종래 기술은 대한민국 공개특허공보 제10-2014-0132323호에 공지되어 있다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 전극의 단차로 인한 단선을 방지할 수 있으며, 종래 대비 용량을 증대시킬 수 있는 이차전지 전극 조립체를 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 이차전지 전극 조립체는, 전극 집전체 상에 전극 활물질이 도포되어 이루어지는 복수 개의 전극과, 상기 복수 개의 전극 사이에 개재되는 분리막을 포함하며, 상기 전극 및 분리막은 단부가 경사면을 갖도록 사선 방향으로 커팅되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서, 상기 복수 개의 전극 각각은 양극과 음극 중 어느 하나로 마련되며, 상기 양극과 상기 음극 사이에 상기 분리막이 개재된 상태로 권취되어 이루어지는 것이 바람직하다.
본 발명에서, 상기 전극은 양극과 음극으로 마련되며, 상기 양극과 상기 음극 사이에 상기 분리막이 개재된 상태로 적층되어 단위 모듈을 형성하고, 상기 단위 모듈을 복수 개 적층하여 이루어지는 것이 바람직하다.
본 발명에서, 상기 단위 모듈이 복수 개 적층되되, 상기 전극 및 상기 분리막의 단부의 경사면이 서로 연결되어 직선이 되도록 적층하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 이차전지 전극 조립체에 따르면, 전극과 분리막의 권취 시 전극에 가중되는 스트레스를 분산함으로써, 종래 전극의 끝단이 형성하는 단차에 스트레스가 집중됨에 따라 발생하던 전극의 단선을 방지할 수 있다. 이에, 단선 발생으로 인한 이차전지 전극 조립체의 양극과 음극의 연결이 분리되어 단락되는 것을 방지할 수 있어 안전성을 향상시킬 수 있다.
또한, 양극, 분리막, 음극으로 이루어진 단위 모듈을 복수 개 적층하여 전극 조립체를 형성할 경우, 경사면을 형성함에 따라 전극이 차지하는 면적이 증가하여 종래 대비 이차전지 용량을 증대시키는 효과를 기대할 수 있다.
도 1은 종래 전극의 커팅 공정 모습을 도시한 도면.
도 2는 종래 전극 단부가 형성하는 단차에 스트레스가 집중되는 모습을 도시한 도면.
도 3은 종래 양극, 분리막, 음극이 적층되어 형성되는 단위 모듈을 도시한 도면.
도 4는 도 3의 단위 모듈이 복수 개 적층되어 이루어지는 전극 조립체를 도시한 도면.
도 5는 본 발명에 따른 전극의 커팅 공정 모습을 도시한 도면.
도 6은 본 발명에 따른 전극의 단부가 경사면을 가짐에 따라 스트레스가 분산되는 모습을 도시한 도면.
도 7은 본 발명에 따른 양극, 분리막, 음극이 적층되어 형성되는 단위 모듈을 도시한 도면.
도 8은 도 7의 단위 모듈이 복수 개 적층되어 이루어지는 전극 조립체를 도시한 도면.
이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.
도 5 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 이차전지 전극 조립체는, 전극 집전체 상에 전극 활물질이 도포되어 이루어지는 복수 개의 전극(10)과, 상기 복수 개의 전극(10) 사이에 개재되는 분리막(20)의 단부가 경사면을 갖도록 사선 방향으로 커팅되는 것을 특징으로 한다.
이차전지 전극 조립체는 전극(10)과 분리막(20)을 포함하여 이루어진다. 전극(10)은 시트 타입으로 마련되는 전극 집전체 상에 전극(10) 활물질이 도포되어 이루어진다.
즉, 전극 집전체 상에 양극(11) 활물질이 도포되어 양극(11) 시트를 형성하고, 전극 집전체 상에 음극(13) 활물질이 도포되어 음극(13) 시트를 형성한다.
이러한 양극(11) 시트 및 음극(13) 시트는 적용되는 이차전지가 요구하는 규격에 따라 커팅됨으로써 전극 조립체를 구성하는 양극(11)과 음극(13)을 형성한다.
양극(11)과 음극(13) 사이에는 분리막(20)이 개재된다.
이와 같은 양극(11), 음극(13) 및 분리막(20)은 이차전지 전극 조립체를 형성하기 위하여 소정 길이로 커팅된다.
이 때, 도 5에 도시된 바와 같이, 양극(11), 음극(13) 및 분리막(20)은 그 단부가 사선 방향이 되도록 커팅한다.
양극(11), 음극(13) 및 분리막(20)의 커팅은 상부와 하부 중 적어도 어느 일측에 위치한 커팅 부재(30)를 이용하여 커팅된다.
커팅 부재(30)는 양극(11), 음극(13) 및 분리막(20)을 소정 길이 절단하기 위한 부재로, 나이프, 레이저 등을 포함한다.
도 5에 도시된 본 발명의 실시예에서는 양극(11), 음극(13) 및 분리막(20)의 상부와 하부에서 레이저를 조사하여 양극(11), 음극(13) 및 분리막(20)을 커팅하는 레이저 조사 부재로 커팅 부재(30)가 마련된다.
즉, 커팅하고자 하는 전극(10) 또는 분리막(20)의 상부에 위치하는 상부 커팅 부재(30)와 하부에 위치하는 하부 커팅 부재(30)는 전극(10) 또는 분리막(20)을 기준으로 사선 방향으로 레이저를 조사하여 전극(10) 또는 분리막(20)의 커팅 단부가 소정 각도의 경사면을 갖도록 한다.
그러나, 커팅 부재(30)를 반드시 이에 한정하는 것은 아니며, 양극(11), 음극(13) 및 분리막(20)을 소정 방향으로 커팅하기 위한 다른 형태의 부재를 포함하는 것은 당연하다.
이와 같이, 커팅되는 단부가 사선 방향으로 경사면을 갖는 양극(11), 음극(13) 및 분리막(20)이 형성하는 전극 조립체의 형상에 따라 다른 효과를 기대할 수 있다.
우선, 양극(11)과 음극(13) 사이에 분리막(20)이 개재된 상태로 권취하여 이루어지는 젤리롤형 전극 조립체의 경우, 도 6에 도시된 바와 같이, 양극(11), 음극(13) 및 분리막(20)에 권취에 따라 가해지던 스트레스가 전극 끝단 단부의 경사면을 따라 분산된다.
이를 보다 상세히 설명하면, 젤리롤형 전극 조립체의 경우, 권취에 의해 양극(11), 음극(13) 및 분리막(20)의 커팅 단부에 가해지는 스트레스가 가중된다.
즉, 권취에 의하여 단부에 집중적으로 가해지던 스트레스는 양극(11), 음극(13) 및 분리막(20)의 단부가 경사면을 갖도록 사선 방향으로 비스듬하게 커팅됨으로써 단부의 경사면을 따라 분산된다.
이에 따라 양극(11), 음극(13) 및 분리막(20)의 단부에 과도한 스트레스 집중이 되는 것을 방지하여 단선을 방지할 수 있다.
이에, 단선에 의한 양극(11), 음극(13) 및 분리막(20)이 분리되어 단락되는 것을 예방할 수 있다.
한편, 이차전지의 전극 조립체는 양극(11), 음극(13) 및 분리막(20)이 적층되어 이루어지는 단위 모듈(15)이 복수 개 적층되어 이루어질 수 있다.
도 7은 이러한 단위 모듈(15)을 도시한 도면이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 분리막(20), 양극(11), 분리막(20), 음극(13)이 순서대로 적층되어 단위 모듈(15)이 형성된다.
단위 모듈(15)을 형성하는 양극(11), 음극(13) 및 분리막(20)은 모두 커팅 단부가 경사면을 갖도록 사선 방향으로 비스듬하게 커팅된다.
이 때, 단위 모듈(15)을 형성하는 양극(11), 음극(13) 및 분리막(20)의 적층 시 양극(11)과 음극(13) 및 분리막(20)의 커팅 단부가 이루는 경사면이 직선으로 연결되도록 적층한다.
즉, 적층되는 분리막(20), 양극(11) 및 음극(13)은 서로 다른 면적으로 적층되어 최하단에 위치하는 분리막(20)이 가장 큰 면적으로 마련되고, 상단에 위치하는 양극(11)의 면적은 최하단 분리막(20)보다 작은 면적으로 마련된다.
또한, 양극(11)의 상단에 위치하는 분리막(20)의 면적은, 양극(11)보다 작은 면적으로 마련되고, 음극(13)은 양극(11) 상단의 분리막(20)보다 작은 면적으로 마련된다.
이 때, 분리막(20), 양극(11), 분리막(20), 음극(13) 각각의 커팅 단부가 이루는 경사면이 상호 동일 사선 상에서 연속되게 연결 되도록 적층하여, 단위 모듈(15)의 단부가 소정 각도의 경사면을 갖게 한다.
이와 같이 마련되는 단위 모듈(15)을 복수 개 적층하여 전극 조립체를 형성할 수 있다.
도 8은 복수 개의 단위 모듈(15)을 적층하여 이루어지는 전극 조립체를 도시한 도면이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 도 7의 단위 모듈(15)을 적층하여 전극 조립체를 형성할 수 있다.
전극 조립체는 소정 각도의 경사면을 갖는 단위 모듈(15)이 적층되되, 복수 개의 단위 모듈(15)을 구성하는 단위 모듈(15)의 단부가 상호 동일 사선 상에서 연속되게 연결되도록 한다.
즉, 적층되는 복수 개의 단위 모듈(15)은 단위 모듈(15)의 최하단에 위치하는 분리막(20)의 면적이 서로 다르도록 적층된다.
최하단에 위치하는 단위 모듈(15)의 최하단 분리막(20)이 가장 큰 면적으로 마련되고, 상단에 위치하는 단위 모듈(15)의 최하단 분리막(20)의 면적은 이보다 작은 면적으로 마련된다.
이 때, 각각의 단위 모듈(15)의 커팅 단부는 상호 동일 사선 상에서 연속되게 연결되도록 적층되어 전극 조립체가 소정 각도의 경사면을 갖는 형상으로 마련되는 것이 바람직하다.
이에, 복수 개의 단위 모듈(15)이 적층되어 이루어지는 전극 조립체는 경사면이 형성하는 면적만큼 용량이 증대된다. 즉, 도 8에 도시된 바와 같이, 단위 모듈(15)의 커팅 단부가 수직일 경우보다 사선일 경우가 추가적으로 형성되는 전극 조립체의 면적이 형성하는 삼각 부분(40)만큼 이차전지 전극 조립체의 용량을 종래 대비 증대시킬 수 있다.
전술된 실시 예는 모든 면에서 예시적인 것이며, 한정적인 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 범위는 전술된 상세한 설명보다는 후술될 특허청구범위에 의하여 나타내어질 것이다.
그리고 이 특허청구범위의 의미 및 범위는 물론, 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 및 변형 가능한 형태가 본 발명의 범주에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10: 전극
11: 양극
13: 음극
15: 단위 모듈
20: 분리막
30: 커팅부재
40: 삼각 부분

Claims (4)

  1. 전극 집전체 상에 전극 활물질이 도포되어 이루어지는 복수 개의 전극과, 상기 복수 개의 전극 사이에 개재되는 분리막을 포함하며,
    상기 전극 및 분리막은 단부가 경사면을 갖도록 사선 방향으로 커팅되는 것을 특징으로 하는 이차전지 전극 조립체.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수 개의 전극 각각은 양극과 음극 중 어느 하나로 마련되며,
    상기 양극과 상기 음극 사이에 상기 분리막이 개재된 상태로 권취되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 이차전지 전극 조립체.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 전극은 양극과 음극으로 마련되며,
    상기 양극과 상기 음극 사이에 상기 분리막이 개재된 상태로 적층되어 단위 모듈을 형성하고,
    상기 단위 모듈을 복수 개 적층하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 이차전지 전극 조립체.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 단위 모듈이 복수 개 적층되되, 상기 전극 및 상기 분리막의 단부의 경사면이 서로 연결되어 직선이 되도록 적층하는 것을 특징으로 하는 이차전지 전극 조립체.
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