KR101934398B1 - 이차전지 - Google Patents

이차전지 Download PDF

Info

Publication number
KR101934398B1
KR101934398B1 KR1020120072879A KR20120072879A KR101934398B1 KR 101934398 B1 KR101934398 B1 KR 101934398B1 KR 1020120072879 A KR1020120072879 A KR 1020120072879A KR 20120072879 A KR20120072879 A KR 20120072879A KR 101934398 B1 KR101934398 B1 KR 101934398B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
electrode
electrode assembly
polarity
assembly
plate
Prior art date
Application number
KR1020120072879A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20140005496A (ko
Inventor
이종기
Original Assignee
삼성에스디아이 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성에스디아이 주식회사 filed Critical 삼성에스디아이 주식회사
Priority to KR1020120072879A priority Critical patent/KR101934398B1/ko
Priority to US13/785,971 priority patent/US9413029B2/en
Priority to CN201310159776.3A priority patent/CN103531835B/zh
Priority to JP2013131790A priority patent/JP6261110B2/ja
Priority to EP13174245.4A priority patent/EP2683010B1/en
Publication of KR20140005496A publication Critical patent/KR20140005496A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101934398B1 publication Critical patent/KR101934398B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/058—Construction or manufacture
    • H01M10/0587—Construction or manufacture of accumulators having only wound construction elements, i.e. wound positive electrodes, wound negative electrodes and wound separators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/058—Construction or manufacture
    • H01M10/0585—Construction or manufacture of accumulators having only flat construction elements, i.e. flat positive electrodes, flat negative electrodes and flat separators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/04—Construction or manufacture in general
    • H01M10/0413—Large-sized flat cells or batteries for motive or stationary systems with plate-like electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/04—Construction or manufacture in general
    • H01M10/0431—Cells with wound or folded electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/04—Construction or manufacture in general
    • H01M10/0436—Small-sized flat cells or batteries for portable equipment
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/04—Construction or manufacture in general
    • H01M10/0463—Cells or batteries with horizontal or inclined electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Abstract

본 발명에서는 이차전지가 개시된다. 상기 이차전지는, 서로에 대해 적층된 제1, 제2 전극판을 포함하는 제1 전극 조립체와, 상기 제1 전극 조립체를 권취 중심으로 하여, 제1 전극 조립체의 외주를 따라 함께 권취된 제3, 제4 전극판을 포함하는 제2 전극 조립체;를 포함한다.
본 발명에 의하면, 전극판의 손상이 방지되는 고에너지밀도의 이차전지가 제공된다.

Description

이차전지{Secondary battery}
본 발명은 이차전지에 관한 것이다.
휴대폰, 노트북 등의 모바일 기기에 대한 기술개발과 생산 증가에 따라 에너지원으로서 이차전지의 수요가 급증하고 있다. 최근에는 화석연료를 대체하기 위한 대체 에너지원으로 전기 자동차, 하이 브리드 자동차의 용도로도 활발한 연구개발이 진행되고 있다.
이차전지의 일 유형에서는, 젤리 롤 형태로 제작된 전극 조립체를 프레스 가압하여 케이스에 수용한다. 이때, 전극판의 로딩 레벨(loading level)이 높은 경우, 젤리 롤 내부의 전극판은 벤딩 곡률이 매우 작아서 거의 접히게 되며, 전극판의 부러짐과 같은 손상이 발생하게 된다. 이차전지의 에너지 밀도를 높이기 위해서는 전극판의 로딩 레벨을 높여야 함에도 전극판의 손상으로 인하여 로딩 레벨에 한계가 있다.
본 발명의 일 실시형태는, 전극판의 손상이 방지되는 고에너지밀도의 이차전지를 제공한다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 이차전지는,
서로에 대해 적층된 제1, 제2 전극판을 포함하는 제1 전극 조립체; 및
상기 제1 전극 조립체를 권취 중심으로 하여, 제1 전극 조립체의 외주를 따라 함께 권취된 제3, 제4 전극판을 포함하는 제2 전극 조립체;를 포함한다.
예를 들어, 상기 제1 전극 조립체는, 상기 제1, 제2 전극판 사이에 적층된 제1 세퍼레이터를 더 포함하고,
상기 제2 전극 조립체는, 상기 제3, 제4 전극판과 함께 권취되는 제2 세퍼레이터를 더 포함한다.
예를 들어, 상기 제2 전극 조립체 중에서,
상기 제2 세퍼레이터는 상기 제1 전극 조립체의 외주를 감싸는 최 내측 턴을 형성하고,
상기 제2 세퍼레이터의 외측으로, 제3 전극판 및 제4 전극판이 차례대로 배치되며,
상기 제3, 제4 전극판 사이에는 제3 세퍼레이터가 개재되는 것을 특징으로 한다.
예를 들어, 상기 제1 전극 조립체와 제2 전극 조립체의 서로 마주하는 전극판 끼리는 서로 반대 극성으로 마주할 수 있다.
예를 들어, 상기 제1 전극 조립체의 외측 양편으로는 제2 전극판이 배치되고,
상기 제2 전극 조립체의 최 내측 턴을 형성하는 제2 세퍼레이터의 다음으로 내측에 배치된 제3 전극판은, 상기 제2 전극판과 반대 극성을 가질 수 있다.
예를 들어, 상기 제2 전극판은 양극으로 형성되고,
상기 제3 전극판은 음극으로 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 제1 전극 조립체와 제2 전극 조립체의 서로 마주하는 전극판 끼리는 서로 같은 극성으로 마주할 수 있다.
예를 들어, 상기 제1 전극 조립체의 외측 양편으로는 제2 전극판이 배치되고,
상기 제2 전극 조립체의 최 내측 턴을 형성하는 제2 세퍼레이터의 다음으로 내측에 배치된 제3 전극판은, 상기 제2 전극판과 같은 극성을 가질 수 있다.
예를 들어, 상기 제2, 제3 전극판은, 음극으로 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 제2 전극 조립체의 코너 부분은,
상기 제1 전극 조립체의 모서리 부분을 둘러싸며,
상기 제2 전극 조립체의 전체 궤적을 통하여 최소 곡률 반경을 형성할 수 있다.
예를 들어, 상기 제1 전극 조립체의 적층 두께는, 상기 제2 전극 조립체의 제3 전극판 또는 제4 전극판의 전극판 두께의 10~30 배로 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 제1 전극 조립체의 적층 두께는, 상기 제2 전극 조립체의 두께보다 작을 수 있다. 여기서, 상기 제2 전극 조립체의 두께는, 상기 제1 전극 조립체의 적층 방향을 따라 제2 전극 조립체의 부분적인 두께를 합산한 것일 수 있다.
예를 들어, 상기 제1, 제2 전극 조립체는, 일 편에 형성된 제1 극성의 접속부와, 반대 편에 형성된 제2 극성의 접속부를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 제1, 제2 전극 조립체는, 제1 극성의 접속부와 제2 극성의 접속부에서 공통으로 묶여 병렬 연결될 수 있다.
예를 들어, 상기 제1 극성의 접속부는,
상기 제1 전극 조립체의 일편에 형성된 제1 전극판의 무지부; 및
상기 제2 전극 조립체의 일편에 형성된 제3 전극판의 무지부;를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 제2 극성의 접속부는,
상기 제1 전극 조립체의 반대편에 형성된 제2 전극판의 무지부; 및
상기 제2 전극 조립체의 반대편에 형성된 제4 전극판의 무지부;를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 이차전지는, 상기 제1 극성의 접속부에 결합되는 제1 집전 부재; 및
상기 제2 극성의 접속부에 결합되는 제2 집전 부재;를 더 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 이차전지는, 상기 제1 집전 부재와 전기적으로 연결되며, 상기 제1, 제2 전극 조립체를 수용한 케이스의 외부로 인출되는 제1 전극 단자; 및
상기 제2 집전 부재와 전기적으로 연결되며, 상기 제1, 제2 전극 조립체를 수용한 케이스의 외부로 인출되는 제2 전극 단자;를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 의하면, 적층형 전극 조립체와 권취형 전극 조립체가 서로 결합된 형태의 전극 조립체를 적용함으로써, 권심 내부 전극판의 손상이 방지되는 고에너지밀도의 이차전지가 제공된다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시형태에 따른 이차전지를 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 이차전지의 분해 사시도이다.
도 3에는 도 1의 III-III 선을 따라 취한 단면도가 도시되어 있다.
도 4에는, 이해의 편의를 위하여, 도 3을 재구성한 도면이 도시되어 있다.
도 5는 제2 전극 조립체의 손상에 따른 충, 방전용량의 감소를 보여주는 도면이다.
도 6은 전극판 두께에 따라 요구되는 최소한의 적층 두께를 표시한 것이다.
도 7 및 도 8은, 본 발명의 다른 실시형태에 따른 이차전지를 도시한 단면도이다.
도 9는 도 1의 이차전지와 전극 단자 간의 연결 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시형태에 따른 이차전지의 분해 사시도이다.
도 11은 도 10에 도시된 이차전지의 XI-XI 선을 따라 취한 단면도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 일 실시형태에 관한 이차전지에 대해 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시형태에 따른 이차전지를 도시한 사시도이다. 도면을 참조하면, 상기 이차전지는, 제1 전극 조립체(110)와, 상기 제1 전극 조립체(110)를 권취 중심으로 하여 그 외주를 따라 롤 형태로 권취된 제2 전극 조립체(120)를 포함한다.
상기 제1 전극 조립체(110)는, 폭 방향(Z1 방향)으로 일 편에 형성된 제1 극성의 접속부(11a`)와, 반대 편에 형성된 제2 극성의 접속부(21a`)를 포함할 수 있다. 유사하게, 상기 제2 전극 조립체(120)는, 폭 방향(Z1 방향)으로 일 편에 형성된 제1 극성의 접속부(31a`)와, 반대 편에 형성된 제2 극성의 접속부(41a`)를 포함할 수 있다.
상기 제1, 제2 전극 조립체(110,120)는, 상기 제1 극성의 접속부(11a`,31a`)와, 제2 극성의 접속부(21a`,41a`)에서 공통으로 묶여 병렬적으로 연결되며, 상기 제1, 제2 극성의 접속부(11a`,21a`,31a`,41a`)는, 충, 방전 전력 흐름의 양단을 형성하는 음극 및 양극을 형성할 수 있다.
보다 구체적으로, 제1, 제2 전극 조립체(110,120)의 제1 극성의 접속부(11a`,31a`)는, 전극 조립체(110,120)의 폭 방향(Z1 방향)으로 일 편에서 서로 공통으로 묶여 일 극성, 예를 들어, 음극 측을 형성할 수 있다. 또한, 제1, 제2 전극 조립체(110,120)의 제2 극성의 접속부(21a`,41a`)는, 전극 조립체(110,120)의 폭 방향(Z1 방향)으로 반대 편에서 서로 공통으로 묶여 반대 극성, 예를 들어, 양극 측을 형성할 수 있다.
상기 제1, 제2 극성의 접속부(11a`,21a`,31a`,41a`)는, 제1, 제2 전극 조립체(110,120)를 형성하는 전극판(10,20,30,40)의 일부(ex. 전극판의 무지부)로 형성될 수 있다. 후술하는 바와 같이, 상기 제1, 제2 극성의 접속부(11a`,21a`,31a`,41a`)에는 제1, 제2 집전 부재(미도시)가 결합될 수 있다. 예를 들어, 제1, 제2 전극 조립체(110,120)의 일 편으로 취합된 제1 극성의 접속부(11a`,31a`)는 제1 집전 부재와 연결되어 충, 방전 패스를 형성하고, 제1, 제2 전극 조립체(110,120)의 반대 편으로 취합된 제2 극성의 접속부(21a`,41a`)는 제2 집전 부재와 연결되어 충, 방전 패스를 형성할 수 있다.
상기 제2 전극 조립체(120)는, 제1 전극 조립체(110)를 권취 중심으로 하고, 제1 전극 조립체(110)의 외주를 따라 롤 형태로 권취된다. 상기 제1 전극 조립체(110)는 제2 전극 조립체(120)의 권취 중심을 형성하고, 제2 전극 조립체(120)의 곡률 반경을 적정 이상으로 유지시켜줌으로써, 제2 전극 조립체(120)의 권취 과정이나, 권취 후 타원형으로 납작하게 프레스 성형되는 가압 성형에서, 제2 전극 조립체(120)에 무리한 변형이 강제됨으로써 야기될 수 있는 전극판(30,40)의 손상, 예를 들어, 전극판(30,40)의 파단이나 전극 활물질의 탈락 등을 예방할 수 있다.
도 2는 도 1에 도시된 이차전지의 분해 사시도이다. 도면을 참조하면, 제1 전극 조립체(110)는, 제1 세퍼레이터(51)를 개재하여 제1, 제2 전극판(10,20)을 교대로 적층한 적층형 구조로 형성될 수 있다. 즉, 일정 크기 단위로 형성된 제1, 제2 전극판(10,20)들이, 제1 세퍼레이터(51)를 개재하여 번갈아 적층될 수 있다. 상기 제1 세퍼레이터(51)는, 상기 제1, 제2 전극판(10,20) 사이에서 이들을 서로에 대해 격리시키고, 정부극 간의 내부 단락을 방지할 수 있다.
상기 제1 전극 조립체(110)는, 제2 전극 조립체(120)의 권취 중심을 형성하고, 그 외주를 따라 권취되는 제2 전극 조립체(120)의 곡률 반경을 적정 이상으로 유지시켜줌으로써, 제2 전극 조립체(120)의 권취 과정이나, 권취 후 가압 성형에서 발생될 수 있는 제2 전극 조립체(120)의 손상을 방지할 수 있다.
상기 제1 전극판(10)은, 제1 전극 집전체(11)와, 상기 제1 전극 집전체(11)의 적어도 일면에 형성된 제1 전극 활물질(15)을 포함할 수 있다. 상기 제1 전극 집전체(11)는 제1 전극 활물질(15)에서 발생하는 전하의 이동통로를 제공하고, 제1 전극 활물질(15)을 지지하는 기능을 한다.
상기 제1 전극 활물질(15)은, 전극 활물질, 바인더, 도전제 등으로 이루어진 전극 합제를 용매에 분산시켜 슬러리 형태로 만든 다음, 이를 제1 전극 집전체(11)의 적어도 일면에 도포한 후 건조 및 압축하여 형성될 수 있다.
상기 제1 전극판(10)에는 제1 전극 활물질(15)이 형성되지 않은 무지부(11a)가 형성될 수 있으며, 예를 들어, 제1 전극판(10)의 폭 방향(Z1 방향)으로 적어도 일 편 단부에는 제1 전극 활물질(15)이 형성되지 않아 제1 전극 집전체(11)가 노출되는 무지부(11a)가 형성될 수 있다.
상기 무지부(11a)는 제1 전극판(10)의 전하들을 외부로 인출하기 위한 제1 극성의 접속부(11a`, 도 1 참조)를 형성할 수 있다. 다만, 본 발명의 다른 실시형태에서, 상기 무지부(11a) 상에 별도의 전극탭(미도시)이 형성될 수 있으며, 상기 전극탭이 제1 극성의 접속부(11a`)를 형성할 수도 있다.
상기 제2 전극판(20)은, 제2 전극 집전체(21)와, 상기 제2 전극 집전체(21)의 적어도 일면에 형성된 제2 전극 활물질(25)을 포함할 수 있다. 상기 제2 전극 집전체(21)는 제2 전극 활물질(25)에서 발생하는 전하의 이동통로를 제공하고, 제2 전극 활물질(25)을 지지하는 기능을 한다.
상기 제2 전극 활물질(25)은, 전극 활물질, 바인더, 도전제 등으로 이루어진 전극 합제를 용매에 분산시켜 슬러리 형태로 만든 다음, 이를 제2 전극 집전체(21)의 적어도 일면에 도포한 후, 건조 및 압축하여 형성될 수 있다.
상기 제2 전극판(20)에는 제2 전극 활물질(25)이 형성되지 않은 무지부(21a)가 형성될 수 있으며, 예를 들어, 제2 전극판(20)의 폭 방향(Z1 방향)으로 적어도 일 편의 단부에는 제2 전극 활물질(25)이 형성되지 않아 제2 전극 집전체(21)가 노출되는 무지부(21a)가 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 전극판(20)의 무지부(21a)는, 제1 전극판(10)의 무지부(11a)와 반대되는 편에 형성될 수 있다.
상기 무지부(21a)는 제2 전극판(20)의 전하들을 외부로 인출하기 위한 제2 극성의 접속부(21a`, 도 1 참조)를 형성할 수 있다. 다만, 본 발명의 다른 실시형태에서, 상기 무지부(21a) 상에 별도의 전극탭(미도시)이 형성될 수 있으며, 상기 전극탭이 제2 극성의 접속부(21a`)를 형성할 수도 있다.
상기 제1, 제2 전극판(10,20)은 제1 세퍼레이터(51)를 개재하여 서로에 대해 적층되며, 상기 제1 세퍼레이터(51)는 상기 제1, 제2 전극판(10,20) 사이에서 정부극 간의 단락을 방지한다. 상기 제1 세퍼레이터(51)는 높은 이온 투과도를 가지며, 기계적인 강도를 갖는 다공성 필름으로 형성될 수 있으며, 예를 들어, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 폴리머 소재로 형성될 수 있다.
한편, 상기 제2 전극 조립체(120)는, 제1 전극 조립체(110)를 권취 중심으로 하여, 긴 시트 형상의 제3, 제4 전극판(30,40)을 롤 형태로 권취한 권취형 구조를 가질 수 있다. 상기 제3 전극판(30)의 내측에는 권취 중심을 형성하는 제1 전극 조립체(110)와의 전기적인 절연을 위한 제2 세퍼레이터(52)가 개재될 수 있다. 또한, 상기 제3, 제4 전극판(30,40) 사이에는, 제3, 제4 전극판(30,40)을 서로에 대해 격리시키고, 정부극 간의 내부 단락을 방지하기 위한 제3 세퍼레이터(53)가 개재될 수 있다.
상기 제3, 제4 전극판(30,40) 및 제2, 제3 세퍼레이터(52,53)는, 상기 제1 전극 조립체(110)를 권취 중심으로 하여, 상기 제1 전극 조립체(110)를 둘러싸도록 내측으로부터 외측방향을 향하여 나선형으로 연장될 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 전극 조립체(120)는 제1 전극 조립체(110)를 권취 중심으로 하여 여러 겹으로 제1 전극 조립체(110)를 둘러쌀 수 있다.
예를 들어, 상기 제2 세퍼레이터(52)는, 상기 제2 전극 조립체(120)의 최내측 턴을 형성할 수 있으며, 제1 전극 조립체(110)의 외면을 한 차례 감싸고 나선형으로 권취될 수 있다. 그리고, 제2 세퍼레이터(52)의 다음으로 내측에 배치된 제3 전극판(30)은, 제2 세퍼레이터(52)를 개재하여 제1 전극 조립체(110)와 대면할 수 있으며, 제1 전극 조립체(110)의 외면에 형성된 제2 전극판(20)과 대면할 수 있다. 이때, 상기 제2, 제3 전극판(20,30)은 서로 반대 극성끼리 대면함으로써, 이차전지의 축전 면적을 제공하고, 이차전지의 충, 방전 용량을 증대시킬 수 있다.
상기 제3 전극판(30)은, 제3 전극 집전체(31)와, 상기 제3 전극 집전체(31)의 적어도 일면에 형성된 제3 전극 활물질(35)을 포함할 수 있다. 상기 제3 전극판(30)에는 제3 전극 활물질(35)이 형성되지 않은 무지부(31a)가 형성될 수 있으며, 예를 들어, 제3 전극판(30)의 폭 방향(Z1 방향)으로 적어도 일 편 단부에는 제3 전극 활물질(35)이 형성되지 않아 제3 전극 집전체(31)가 노출되는 무지부(31a)가 형성될 수 있다.
상기 무지부(31a)는 제3 전극판(30)의 전하들을 외부로 인출하기 위한 제1 극성의 접속부(31a`, 도 1 참조)를 형성할 수 있다. 다만, 본 발명의 다른 실시형태에서, 상기 무지부(31a) 상에 별도의 전극탭(미도시)이 형성될 수 있으며, 상기 전극탭이 제1 극성의 접속부(31a`)를 형성할 수도 있다.
상기 제4 전극판(40)은, 제4 전극 집전체(41)와, 상기 제4 전극 집전체(41)의 적어도 일면에 형성된 제4 전극 활물질(45)을 포함할 수 있다. 상기 제4 전극판(40)에는 제4 전극 활물질(45)이 형성되지 않은 무지부(41a)가 형성될 수 있으며, 예를 들어, 제4 전극판(40)의 폭 방향(Z1 방향)으로 적어도 일 편의 단부에는 제4 전극 활물질(45)이 형성되지 않아 제4 전극 집전체(41)가 노출되는 무지부(41a)가 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 제4 전극판(40)의 무지부(41a)는 상기 제3 전극판(30)의 무지부(31a)와 반대되는 편에 형성될 수 있다.
상기 무지부(41a)는 제4 전극판(40)의 전하들을 외부로 인출하기 위한 제2 극성의 접속부(41a`, 도 1 참조)를 형성할 수 있다. 다만, 본 발명의 다른 실시형태에서, 상기 무지부(41a) 상에 별도의 전극탭(미도시)이 형성될 수 있으며, 상기 전극탭이 제2 극성의 접속부(41a`)를 형성할 수도 있다.
상기 제2, 제3 세퍼레이터(52,53)는, 제1, 제2 전극 조립체(110,120)의 서로 마주하는 전극판(20,30) 끼리, 또는 제2 전극 조립체(120)의 제3, 제4 전극판(30,40) 끼리의 정부극 간 단락을 방지한다. 상기 제2, 제3 세퍼레이터(52,53)는 높은 이온 투과도를 가지며, 기계적인 강도를 갖는 다공성 필름으로 형성될 수 있으며, 예를 들어, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 폴리머 소재로 형성될 수 있다.
도 3에는 도 1의 III-III 선을 따라 취한 단면도가 도시되어 있다. 이해의 편의를 위하여, 도 4에는 도 3을 재구성한 도면이 도시되어 있다.
도 4를 참조하면, 제2 전극 조립체(120)는, 그 권취 중심에 배치된 제1 전극 조립체(110)에 의해 지지되며, 제1 전극 조립체(110)의 적층 두께(t1)에 의해 코너 부분(110c)의 곡률 반경(r)이 바뀔 수 있다. 즉, 제1 전극 조립체(110)를 권취 중심으로 하여, 제2 전극 조립체(120)가 제1 전극 조립체(110)의 외주 상에 감겨질 때, 제2 전극 조립체(120)는 대략 타원형의 궤적을 따라 권취될 수 있다. 이때, 제2 전극 조립체(120)의 전체 궤적 중에서, 코너 부분(120c)은 최소의 곡률 반경(r)을 형성하고, 상기 곡률 반경(r)을 따라 제1 전극 조립체(110)의 모서리 부분(110c)을 둘러싸게 된다.
예를 들어, 도 4에서는 제2 전극 조립체(120)의 코너 부분(120c)이 대략 반원 형상으로 형성된다는 가정하에, 코너 부분(120c)의 곡률 반경(r)을 예시적으로 표시하였으나, 이것은 이해의 편의를 위한 것일 뿐이며, 제2 전극 조립체(120)의 실제 형상을 묘사한 것은 아니다. 예를 들어, 상기 제2 전극 조립체(120)의 코너 부분(120c)은 서로 다른 곡률 반경(r)을 따라 제1 전극 조립체(110)의 모서리 부분(110c)을 애워쌀 수 있으며, 이때 제2 전극 조립체(120)의 코너 부분(120c)은 서로 다른 곡률 반경(r)을 갖는 작은 원호들이 조합된 곡선 형태로 형성될 수 있다.
제2 전극 조립체(120)의 코너 부분(120c)이 형성하는 곡률 반경(r)은, 제1 전극 조립체(110)의 적층 두께(t1)에 따라 증감될 수 있다. 즉, 제2 전극 조립체(120)의 코너 부분(120c)은, 제1 전극 조립체(110)의 적층 두께(t1)가 증가함에 따라 증가된 곡률 반경(r)으로 보다 완만한 굴곡을 형성하게 된다. 이렇게 상기 코너 부분(120c)이 완만하게 휘어짐으로써, 제2 전극 조립체(120)의 손상, 예를 들어, 전극판(30,40)의 파단이나 활물질의 탈락이 방지될 수 있다. 이와 반대로, 제2 전극 조립체(120)의 코너 부분(120c)은, 제1 전극 조립체(110)의 적층 두께(t1)가 감소함에 따라 감소된 곡률 반경(r)으로 보다 급격한 굴곡을 형성하며, 코너 부분(110c)에서 전극판(30,40)의 파단이나 활물질의 탈락이 야기될 수 있다. 따라서, 적정 적층 두께(t1) 이상으로 형성된 제1 전극 조립체(110)는, 제2 전극 조립체(120)의 곡률 반경(r)을 증가시키며, 제2 전극 조립체(120)의 급격한 굴곡을 방지하고, 전극판(30,40)의 파단이나 활물질의 탈락과 같은 제반 문제들을 해소할 수 있다.
본 발명에 의하면, 전극판(30,40)의 로딩 레벨(loading level), 예를 들어, 제2 전극 조립체(120)를 형성하는 제3, 제4 전극판(30,40)의 단위 면적당 활물질의 무게를 증가시킴으로써, 고에너지밀도의 이차전지를 제공할 수 있으며, 전극판(30,40)의 로딩 레벨을 증가시키더라도, 전극판(30,40)의 파단이나 활물질의 탈락과 같은 제2 전극 조립체(120)의 손상이 방지될 수 있다.
한편, 제1 전극 조립체(110)의 적층 두께(t1)는, 제1 전극 조립체(110)를 형성하는 제1, 제2 전극판(10,20) 및 이들 사이의 제1 세퍼레이터(51)의 적층 개수에 따라 증가될 수 있으며, 또는 제1, 제2 전극판(10,20), 제1 세퍼레이터(51)의 판 두께에 따라서도 증가될 수도 있다.
도 5는 제2 전극 조립체(120)의 손상에 따른 충, 방전용량의 감소를 보여주는 도면이다. 동 도면은 다양한 이차전지(Cell A, Cell B, Cell C, Cell D)를 대상으로, 활물질의 탈락 및 전극판(30,40)의 파단에 따라 실제 구현용량이 당초 설계용량 대비 얼마만큼 감소하는지를 보여준다. 활물질의 탈락의 경우에는 대략 97% 수준의 구현용량을 보여주며, 전극판(30,40)의 파단의 경우에는 대략 87% 수준의 구현용량을 보여준다. 예를 들어, 상기 제2 전극 조립체(120)는 제1 전극 조립체(110)의 외주를 따라 권취된 후, 가압 성형을 통하여 납작하게 프레스 성형될 수 있는데, 이러한 가압 성형시 야기될 수 있는 전극판(30,40)의 파단은 부분적인 활물질의 탈락보다 큰 용량 감소를 경험하게 된다.
본 발명의 일 실시형태에서는, 적정의 적층 두께(t1) 이상으로 형성된 제1 전극 조립체(110)를 이용하여, 제2 전극 조립체(120)의 급격한 굴곡을 방지함으로써, 전극판(30,40)의 파단이나 활물질의 탈락로 인한 용량 감소를 원천적으로 방지할 수 있다.
도 4를 참조하면, 제1 전극 조립체(110)의 적층 두께(t1)는, 제2 전극 조립체(120)의 전극판 두께(t3,t4), 그러니까, 제3 전극판(30)의 두께(t3) 또는 제4 전극판(40)의 두께(t4)를 감안하여 결정될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 전극 조립체(110)의 적층 두께(t1)는, 제2 전극 조립체(120)의 전극판 두께(t3,t4)에 상응하게 증가시키는 것이 바람직하다. 제2 전극 조립체(120)의 전극판 두께(t3,t4)가 두꺼울수록 유연하게 변형되기 어렵고, 코너 부분(120c)에서 무리한 변형이 강제될 경우, 전극판(30,40)의 파손이나 활물질의 탈락이 발생될 수 있기 때문이다. 즉, 제2 전극 조립체(120)의 전극판 두께(t3,t4, 이하 전극판 두께)에 따라, 제1 전극 조립체(110)의 적층 두께(t1, 이하, 적층 두께)가 결정될 수 있으며, 보다 구체적으로, 전극판 두께(t4,t5)에 따라 요구되는 최소한 적층 두께(t1)가 달라질 수 있다.
도 6은 전극판 두께(t3,t4)에 따라 요구되는 최소한의 적층 두께(t1)를 표시한 것이다. 동 도면은 다양한 전극판(전극판A, 전극판B, 전극판C, 전극판D, 전극판E)들을 대상으로, 전극판 두께(t3,t4)에 따라 요구되는 최소한의 적층 두께(t1)를 측정한 결과를 보여준다. 전극판의 종류에 따라, 전극 집전체의 종류, 전극 활물질의 종류가 서로 상이하므로, 손상을 방지하기 위하여 요구되는 최소한의 적층 두께(t1)는 서로 다르다. 그러나, 모든 종류의 전극판들에서, 전극판 두께(t3,t4)가 증가함에 따라 적층 두께(t1)의 하한이 증가하는 양상을 확인할 수 있으며, 대체로 비례적인 경향으로 전극판 두께(t3,t4)에 따라 적층 두께(t1)의 하한이 증가하는 것을 알 수 있다. 예를 들어, 제1 전극 조립체(110)의 최소한의 적층 두께(t1)는, 제2 전극 조립체(120)의 전극판 두께(t3,t4), 그러니까 제3 전극판(30)의 두께(t3) 또는 제4 전극판(40)의 두께(t4)의 대략 10~30 배에 해당될 수 있다.
이와 같이, 제1 전극 조립체(110)의 적층 두께(t1)가 증가함에 따라 그 외주를 둘러싸는 제2 전극 조립체(120)의 곡률 반경이 증가하므로, 제2 전극 조립체(120)의 손상은 방지될 수 있다. 그러나, 충, 방전 효율의 측면에서 고려할 때, 상기 제1 전극 조립체(110)의 양편 모서리 부분(110c)은 축전 면적을 제공하지 않을 것이나, 제2 전극 조립체(120)는 타원형의 전체 궤적을 통하여 서로 반대 극성의 전극판(30,40), 즉, 제3, 제4 전극판(30,40)이 마주하는 축전 면적을 제공한다. 이런 점에서, 제1 전극 조립체(110)보다는 제2 전극 조립체(120)가 충, 방전 효율에 기여하는 바가 크며, 제1 전극 조립체(110)의 적층 두께(t1)는, 제2 전극 조립체(120)의 손상을 방지할 수 있는 범위에서 제한되는 것이 바람직할 것이다. 즉, 제1 전극 조립체(110)의 적층 두께(t1)는, 제2 전극 조립체(120)의 두께(t2a,t2b,t2c)보다는 작은 것이 바람직하다. 이때, 상기 제2 전극 조립체(120)의 두께(t2a,t2b,t2c)는, 제1 전극 조립체(110)의 적층 방향으로 제2 전극 조립체(120)의 부분적인 두께(t2a,t2b,t2c)를 모두 더한 합산 두께를 의미한다. 예를 들어, 상기 제1 전극 조립체(110)의 적층 두께(t1)는, 제2 전극 조립체(120)의 두께(t2a,t2b,t2c)의 대략 1/5~1/20 정도로 형성될 수 있으며, 보다 구체적으로, 제1 전극 조립체(110)의 적층 두께(t1)는, 대략 30~40mm 정도로 형성될 수 있고, 제2 전극 조립체(120)의 두께(t2a,t2b,t2c)는, 대략 150~800mm 정도로 형성될 수 있다.
도 7 및 도 8은, 본 발명의 다른 실시형태에 따른 이차전지를 도시한 단면도이다. 이하, 도 4, 도 7 및 도 8을 참조하여, 제1, 제2 전극 조립체(110,120) 간의 극성 배치에 대한 다양한 실시형태에 대해 설명하기로 한다.
상기 도면들에서 볼 수 있듯이, 상기 제1, 제2 전극 조립체(110,120,110`,120`,110``,120``)의 서로 마주하는 전극판(20,30,201,301,102,202,302) 끼리는, 상호 같은 극성으로 마주하거나, 반대 극성으로 마주할 수 있다. 여기서, 제1, 제2 전극 조립체(110,120,110`,120`,110``,120``)의 전극판(20,30,201,301,102,202,302)이 서로 마주한다는 것은, 이들 전극판(20,30,201,301,102,202,302)이 서로 직접 접하는 경우를 한정하는 것은 아니며, 제1, 제2 전극 조립체(110,120,110`,120`,110``,120``)의 세퍼레이터(52,521,522)를 개재하거나 또는 별도의 절연 필름(미도시)을 개재하여 두 전극판(20,30,201,301,102,202,302)이 서로 격리되는 경우를 포함한다.
도 4의 실시형태에서, 상기 제1, 제2 전극 조립체(110,120)의 서로 마주하는 전극판(20,30) 끼리는 서로 반대 극성으로 배치함으로써, 축전 면적을 늘리고 이차전지의 충, 방전 용량을 증대시킬 수 있다.
예를 들어, 상기 제1 전극 조립체(110) 외면의 상하 양편으로 동일한 극성의 전극판(제2 전극판, 20)이 배치될 수 있으며, 제2 전극 조립체(120)의 내측 턴을 형성하는 전극판(제3 전극판, 30)과 반대 극성으로 배치하여, 제1, 제2 전극 조립체(110,120)의 경계에서 전하의 축전이 가능한 셀 구조를 형성할 수 있다. 이때, 상기 제1 전극 조립체(110)의 제2 전극판(20)과, 제2 전극 조립체(120)의 제3 전극판(30) 사이에는 제2 세퍼레이터(52)가 개재되어 정부극 간의 내부 단락을 방지할 수 있다.
예를 들어, 상기 제2 전극판(20)은 양극으로 형성될 수 있으며, 이와 마주하는 제3 전극판(30)은 음극으로 형성될 수 있다. 이것은, 서로 마주하는 양극 면적과 음극 면적 간의 비율을 고려한 것으로, 양극 면적 < 음극 면적으로 설계함으로써, 충, 방전시 음극에 리튬의 석출을 방지하고, 안정성을 도모하기 위한 구성이다. 즉, 제1 전극 조립체(110)의 상하 양면에 형성된 제2 전극판(20)의 면적(양극 면적) 보다, 제1 전극 조립체(110)를 전체적으로 둘러싸는 제3 전극판(30)의 면적(음극 면적)을 상대적으로 크게 형성할 수 있다.
도 7의 실시형태에서, 상기 제1, 제2 전극 조립체(110`,120`)의 서로 마주하는 전극판(201,301) 끼리는 서로 동일한 극성으로 배치할 수 있으며, 이로써 제1, 제2 전극 조립체(110`,120`) 간의 내부 단락을 막고 이차전지의 안정성을 향상시킬 수 있다.
예를 들어, 상기 제1 전극 조립체(110`)의 양편으로 동일한 극성의 전극판(제2 전극판, 201)이 배치될 수 있으며, 제2 전극 조립체(120`)의 내측 턴을 형성하는 전극판(제3 전극판, 301)과 같은 극성, 예를 들어,음극으로 배치하여, 제1, 제2 전극 조립체(110`,120`)의 경계에서 정부극 간의 내부 단락을 방지할 수 있다.
예를 들어, 상기 제1, 제2 전극 조립체(110`,120`)의 마주하는 제2, 제3 전극판(201,301) 간에는 정부극 간의 내부 단락을 방지하기 위한 제2 세퍼레이터(521)가 개재될 수 있으나, 열적 수축 등에 따른 단락의 위험성을 낮추기 위해 상기와 같은 구조가 도입될 수 있다. 한편, 도 7에서 도면번호 511은 제1, 제2 전극판(101,201) 사이의 제1 세퍼레이터를 나타내고, 도면번호 531은 제3, 제4 전극판(301,401) 사이의 제3 세퍼레이터(531)를 나타낸다.
도 8의 실시형태에서는, 상기 제1, 제2 전극 조립체(110``,120``)의 서로 마주하는 전극판(102,202,302)들이, 한편으로는 같은 극성끼리 대면하고, 다른 편으로는 반대 극성끼리 대면할 수도 있다. 예를 들어, 제1 전극 조립체(110``)의 서로 반대편 상하면에 서로 반대 극성의 제1, 제2 전극판(102,202)이 배치되면, 제1 전극 조립체(110``)의 일편에서는 서로 같은 극성의 제1, 제3 전극판(102,302) 끼리 서로 마주하게 되고, 제1 전극 조립체(110``)의 다른 편에서는 서로 반대 극성의 제2, 제3 전극판(202,302) 끼리 서로 마주할 수 있다. 예를 들어, 이차전지의 배치상태에 따라 제1 전극 조립체(110``)의 어느 한편의 내부 단락이 우려되는 경우에 이 같은 구조를 적용할 수 있다. 한편, 도 8에서 도면부호 512는 제1, 제2 전극판(102,202) 사이에 개재되는 제1 세퍼레이터를 나타내고, 도면번호 522는 제2, 제3 전극판(202,302) 사이에 개재되는 제2 세퍼레이터를 나타낸다. 그리고, 도면번호 532는 제3, 제4 전극판(302,402) 사이에 개재되는 제3 세퍼레이터를 나타낸다.
도 9는 도 1에 도시된 이차전지와 전극 단자(81,82) 간의 연결 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도면을 참조하면, 제1, 제2 전극 조립체(110,120)의 전기화학반응을 통하여 생성된 전하들은, 제1, 제2 전극 조립체(110,120)의 일 편에 형성된 제1 극성의 접속부(11a`,31a`)와, 반대 편에 형성된 제2 극성의 접속부(21a`,41a`)를 통하여 외부로 인출될 수 있으며, 상기 제1, 제2 극성의 접속부(11a`,21a`,31a`,41a`)에는 각각 제1, 제2 집전 부재(60,70)가 결합되어 이차전지의 충, 방전 패스를 형성할 수 있다.
상기 제1 극성의 접속부(11a`,31a`)는, 제1, 제2 전극 조립체(110,120)로부터 인출되는 접속부들(11a`,31a`, 예를 들어, 제1, 제3 전극판의 무지부들)을 포함할 수 있고, 제1, 제2 전극 조립체(110,120)로부터 인출된 다수의 접속부(11a`,31a`)들은 서로에 대해 포개어지며 밀집된 형태로 제1 집전 부재(60)와 연결될 수 있다.
상기 제2 극성의 접속부(21a`,41a`)는, 제1, 제2 전극 조립체(110,120)로부터 인출되는 접속부들(21a`,41a`, 예를 들어, 제2, 제4 전극판의 무지부들)을 포함할 수 있고, 제1, 제2 전극 조립체(110,120)로부터 인출된 다수의 접속부(21a`,41a`)들은 서로에 대해 포개어지며 밀집된 형태로 제2 집전 부재(70)와 연결될 수 있다.
상기 제1, 제2 집전 부재(60,70)는 전극 조립체(110,120)와, 제1, 제2 전극 단자(81,82) 간의 전기적인 연결을 매개한다. 보다 구체적으로, 상기 제1, 제2 집전 부재(60,70)는, 전극 조립체(110,120)와 연결되는 하부의 집전부(61,71)와, 상기 제1, 제2 전극 단자(81,82)와 연결되는 상부의 리드부(62,72)를 포함할 수 있다.
상기 집전부(61,71)는, 상기 전극 조립체(110,120)의 좌우 양편을 감싸도록 결합될 수 있으며, 접속부(11a`,21a`,31a`,41a`) 측단과 용접 결합을 이루는 베이스부(61a,71a)와, 상기 베이스부(61a,71a)의 양편에서 마주하는 방향으로 절곡되어 접속부(11a`,21a`,31a`,41a`) 측면과 용접 결합을 이루는 벤딩부(61b,71b)를 포함할 수 있다. 상기 벤딩부(61b,71b)는 상기 접속부(11a`,21a`,31a`,41a`)들을 압박하여 밀집된 형태로 형성하고, 밀집된 접속부(11a`,21a`,31a`,41a`)들과 용접 결합될 수 있다. 예를 들어, 상기 집전부(61,71)와 전극 조립체(110,120) 간의 결합에는, 레이저 용접 또는 초음파 용접이 적용될 수 있다.
상기 리드부(62,72)는, 상기 집전부(61,71)와 제1, 제2 전극 단자(81,82) 간의 전기적인 연결을 매개할 수 있다. 예를 들어, 상기 리드부(62,72)는 집전부(61,71)로부터 제1, 제2 전극 단자(81,82)를 향하여 연장되며, 상기 제1, 제2 전극 단자(81,82)와 마주하도록 절곡된 형태를 가질 수 있다. 이때, 상기 제1, 제2 전극 단자(81,82)와 리드부(62,72)는 서로 용접 결합될 수 있다.
도 10은 본 발명의 다른 실시형태에 따른 이차전지의 분해 사시도이고, 도 11은 도 10에 도시된 이차전지의 XI-XI 선을 따라 취한 단면도이다.
도면들을 참조하면, 상기 이차전지는, 전극 조립체(100)와, 상기 전극 조립체(100)를 수용하는 케이스(94)와, 상기 케이스(94)의 상단을 폐쇄하는 캡 플레이트(90)를 포함할 수 있다.
상기 전극 조립체(100)는, 제1 전극 조립체(110)와, 상기 제1 전극 조립체(110)를 권취 중심으로 하여 외주를 따라 권취된 제2 전극 조립체(120)를 포함할 수 있다. 상기 제1 전극 조립체(110)는 적층형으로 형성될 수 있고, 상기 제2 전극 조립체(120)는 권취형으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 전극 조립체(100)의 서로 반대되는 가장자리에는 제1 극성의 접속부(11a`,31a`)와, 제2 극성의 접속부(21a`,41a`)가 형성될 수 있다. 상기 제1, 제2 전극 조립체(110,120)에 관한 상세한 기술 내용은 앞서 설명된 바와 실질적으로 동일 또는 유사하며, 이에 대한 중복적인 설명은 생략하기로 한다.
제1, 제2 전극 조립체(110,120)로부터 인출된 제1 극성의 접속부(11a`,31a`)는, 다 함께 제1 집전 부재(60)와 전기적으로 연결될 수 있고, 제1, 제2 전극 조립체(110,120)로부터 인출된 제2 극성의 접속부(21a`,41a`)는, 다 함께 제2 집전 부재(70)와 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 제1, 제2 집전 부재(60,70)는, 전극 조립체(100)와 연결되는 하부의 집전부(61,71)와, 제1, 제2 전극 단자(81,82)와 연결되는 상부의 리드부(62,72)를 포함할 수 있다. 상기 집전부(61,71)는, 상기 전극 조립체(100)의 좌우 양편을 감싸도록 결합될 수 있으며, 제1, 제2 극성의 접속부(11a`,21a`,31a`,41a`)를 둘러싸도록 베이스부(61a,71a)의 양편에서 서로 마주하는 방향으로 절곡된 벤딩부(61b,71b)를 포함할 수 있다. 상기 리드부(62,72)는, 상기 집전부(61,71)와 제1, 제2 전극 단자(81,82) 간의 전기적인 연결을 매개한다. 상기 리드부(62,72)는, 상기 집전부(61,71)로부터 전극 단자(81,82)를 향하여 연장되며, 전극 단자(81,82)와 마주하도록 절곡된 형태를 가질 수 있다. 상기 제1, 제2 전극 단자(81,82)와 마주하는 리드부(62,72)의 일부에는 제1, 제2 전극 단자(81,82)가 끼워지는 단자 홀(62`,72`)이 형성될 수 있으며, 상기 리드부(62,72)와 전극 단자(81,82)의 경계를 따라 용접 결합될 수 있다.
도 11을 참조하면, 케이스(94) 상단에는, 전극 조립체(100)가 수용된 케이스(94)를 폐쇄하기 위한 캡 플레이트(90)가 배치될 수 있다. 상기 캡 플레이트(90)와 케이스(94)의 서로 맞닿는 부분은 레이저 용접으로 기밀성 결합을 형성할 수 있다. 상기 캡 플레이트(90)에는 케이스(94)의 내부 압력이 설정된 포인트를 초과하면 가스의 배출 경로를 제공하도록 파단 가능하게 설계된 안전 벤트(99)가 형성될 수 있다. 또한, 상기 캡 플레이트(90)에는 케이스(94) 내로 전해질(미도시)을 주입하기 위한 전해질 주입구(98a)가 형성되어 있으며, 전해질 주입이 완료된 이후에는 실링 마개(98)에 의해 전해액 주입구(98a)가 폐쇄될 수 있다.
상기 캡 플레이트(90)에는, 제1, 제2 전극 단자(81,82)들을 외부로 인출하기 위한 단자 홀(91`)이 형성될 수 있다. 상기 전극 단자(81,82)들은 캡 플레이트(90)와 절연된 상태로 결합을 이루며, 전극 단자(81,82)와 캡 플레이트(90) 사이에는 절연성 가스켓(95,97)이 개재되어 전극 단자(81,82)와 캡 플레이트(90)를 상호 절연시킬 수 있다. 예를 들어, 상기 절연성 가스켓(95,97)은, 하부 가스켓(97)과 상부 가스켓(95)을 포함하고, 상기 하부 가스켓(97)은 캡 플레이트(90)의 하부로부터 단자 홀(91`)로 끼워지도록 설치되며, 상기 상부 가스켓(95)은 캡 플레이트(90)의 상부로부터 단자 홀(91`)로 끼워지도록 설치된다. 한편, 상기 하부 가스켓(97) 및 상부 가스켓(95) 이외에, 절연성 실재(96)가 추가로 마련되어 전극 단자(81,82)와 캡 플레이트(90) 또는 전극 단자(81,82)와 케이스(94) 간을 절연시킬 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
10,101,102 : 제1 전극판 11,21,31,41 : 전극 집전체
11a,21a,31a,41a : 무지부 11a`,31a` : 제1 극성의 접속부
21a`,41a` : 제2 극성의 접속부 15,25,35,45 : 전극 활물질
20,201,202: 제2 전극판 30 : 제2 전극판
40,401,402 : 제4 전극판 51,511,512 : 제1 세퍼레이터
52,521,522 : 제2 세퍼레이터 53,531,532 : 제3 세퍼레이터
60 : 제1 집전 부재 61,71 : 집전부
61a,71a : 베이스부 61b,71b : 벤딩부
62,72 : 리드부 70 : 제2 집전 부재
81,82 : 전극 단자 90 : 캡 플레이트
91`: 단자 홀 94 : 케이스
95 : 상부 가스켓 97 : 하부 가스켓
98 : 실링 마개 98a : 전해액 주입구
99 : 안전 벤트 100 : 전극 조립체
110,110`,110`` : 제1 전극 조립체
120,120`,120``: 제2 전극 조립체
110c : 제1 전극 조립체의 모서리 부분
120c : 제2 전극 조립체의 코너 부분
r : 제2 전극 조립체의 곡률 반경
t1 : 제1 전극 조립체의 적층 두께
t3,t4 : 제2 전극 조립체의 전극판 두께
t2a,t2b,t2c : 제2 전극 조립체의 두께

Claims (19)

  1. 서로에 대해 적층된 제1, 제2 전극판을 포함하는 제1 전극 조립체; 및
    상기 제1 전극 조립체를 권취 중심으로 하여, 제1 전극 조립체의 외주를 따라 함께 권취된 제3, 제4 전극판을 포함하는 제2 전극 조립체;를 포함하고,
    상기 제1 전극 조립체의 적층 두께는, 상기 제2 전극 조립체의 두께보다 작은 것을 특징으로 하는 이차전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전극 조립체는, 상기 제1, 제2 전극판 사이에 적층된 제1 세퍼레이터를 더 포함하고,
    상기 제2 전극 조립체는, 상기 제3, 제4 전극판과 함께 권취되는 제2 세퍼레이터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제2 전극 조립체 중에서,
    상기 제2 세퍼레이터는 상기 제1 전극 조립체의 외주를 감싸는 최 내측 턴을 형성하고,
    상기 제2 세퍼레이터의 외측으로, 제3 전극판 및 제4 전극판이 차례대로 배치되며,
    상기 제3, 제4 전극판 사이에는 제3 세퍼레이터가 개재되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전극 조립체와 제2 전극 조립체의 서로 마주하는 전극판 끼리는 서로 반대 극성으로 마주하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 전극 조립체의 외측 양편으로는 제2 전극판이 배치되고,
    상기 제2 전극 조립체의 최 내측 턴을 형성하는 제2 세퍼레이터의 다음으로 내측에 배치된 제3 전극판은, 상기 제2 전극판과 반대 극성을 갖는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제2 전극판은 양극으로 형성되고,
    상기 제3 전극판은 음극으로 형성되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전극 조립체와 제2 전극 조립체의 서로 마주하는 전극판 끼리는 서로 같은 극성으로 마주하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1 전극 조립체의 외측 양편으로는 제2 전극판이 배치되고,
    상기 제2 전극 조립체의 최 내측 턴을 형성하는 제2 세퍼레이터의 다음으로 내측에 배치된 제3 전극판은, 상기 제2 전극판과 같은 극성을 갖는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제2, 제3 전극판은, 음극으로 형성되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제2 전극 조립체의 코너 부분은,
    상기 제1 전극 조립체의 모서리 부분을 둘러싸며,
    상기 제2 전극 조립체의 전체 궤적을 통하여 최소 곡률 반경을 형성하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전극 조립체의 적층 두께는, 상기 제2 전극 조립체의 제3 전극판 또는 제4 전극판의 전극판 두께의 10~30 배로 형성되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  12. 삭제
  13. 제1항에 있어서,
    상기 제2 전극 조립체의 두께는, 상기 제1 전극 조립체의 적층 방향을 따라 제2 전극 조립체의 부분적인 두께를 합산 것을 특징으로 하는 이차전지.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 제1, 제2 전극 조립체는, 일 편에 형성된 제1 극성의 접속부와, 반대 편에 형성된 제2 극성의 접속부를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제1, 제2 전극 조립체는, 제1 극성의 접속부와 제2 극성의 접속부에서 공통으로 묶여 병렬 연결되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 제1 극성의 접속부는,
    상기 제1 전극 조립체의 일편에 형성된 제1 전극판의 무지부; 및
    상기 제2 전극 조립체의 일편에 형성된 제3 전극판의 무지부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  17. 제14항에 있어서,
    상기 제2 극성의 접속부는,
    상기 제1 전극 조립체의 반대편에 형성된 제2 전극판의 무지부; 및
    상기 제2 전극 조립체의 반대편에 형성된 제4 전극판의 무지부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  18. 제14항에 있어서,
    상기 제1 극성의 접속부에 결합되는 제1 집전 부재; 및
    상기 제2 극성의 접속부에 결합되는 제2 집전 부재;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 제1 집전 부재와 전기적으로 연결되며, 상기 제1, 제2 전극 조립체를 수용한 케이스의 외부로 인출되는 제1 전극 단자; 및
    상기 제2 집전 부재와 전기적으로 연결되며, 상기 제1, 제2 전극 조립체를 수용한 케이스의 외부로 인출되는 제2 전극 단자;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
KR1020120072879A 2012-07-04 2012-07-04 이차전지 KR101934398B1 (ko)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120072879A KR101934398B1 (ko) 2012-07-04 2012-07-04 이차전지
US13/785,971 US9413029B2 (en) 2012-07-04 2013-03-05 Secondary battery
CN201310159776.3A CN103531835B (zh) 2012-07-04 2013-05-03 二次电池
JP2013131790A JP6261110B2 (ja) 2012-07-04 2013-06-24 二次電池
EP13174245.4A EP2683010B1 (en) 2012-07-04 2013-06-28 Secondary battery comprising two electrode assemblies

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120072879A KR101934398B1 (ko) 2012-07-04 2012-07-04 이차전지

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20140005496A KR20140005496A (ko) 2014-01-15
KR101934398B1 true KR101934398B1 (ko) 2019-01-02

Family

ID=48698942

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020120072879A KR101934398B1 (ko) 2012-07-04 2012-07-04 이차전지

Country Status (5)

Country Link
US (1) US9413029B2 (ko)
EP (1) EP2683010B1 (ko)
JP (1) JP6261110B2 (ko)
KR (1) KR101934398B1 (ko)
CN (1) CN103531835B (ko)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20130132230A (ko) * 2012-05-25 2013-12-04 주식회사 엘지화학 단차를 갖는 전극 조립체 및 이를 포함하는 전지셀, 전지팩 및 디바이스
KR102195731B1 (ko) * 2014-05-21 2020-12-28 삼성에스디아이 주식회사 전극 구조체 및 이를 채용한 리튬 전지
DE102015200921A1 (de) * 2015-01-21 2016-07-21 Robert Bosch Gmbh Zellwickel für einen Lithium-Ionen-Akkumulator
CN107732285B (zh) * 2016-08-12 2020-06-12 东莞新能源科技有限公司 复合式电芯
CN110098377B (zh) * 2019-04-25 2022-04-05 浙江锋锂新能源科技有限公司 高容量保持率的锂离子电池及其制备方法和充放电方式
CN110112479B (zh) * 2019-04-25 2021-11-19 浙江锋锂新能源科技有限公司 一种高容量保持率锂离子电池的充放电方式
KR20200139464A (ko) 2019-06-04 2020-12-14 에스케이이노베이션 주식회사 장폭 이차 전지
KR20220030818A (ko) * 2020-09-03 2022-03-11 삼성전자주식회사 배터리 및 배터리를 포함하는 전자장치

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010186683A (ja) * 2009-02-13 2010-08-26 Toyota Motor Corp 捲回型電極電池とその製造方法及び機器及び車両

Family Cites Families (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2487831A (en) * 1944-10-17 1949-11-15 Nat Battery Co Storage battery with concentric cells
US3207630A (en) 1961-06-27 1965-09-21 Yardney International Corp Electrode assembly
US5300373A (en) 1992-09-11 1994-04-05 Valence Technology, Inc. Electrochemical cell stack and method of making an electrochemical cell stack
JPH0785885A (ja) * 1993-09-14 1995-03-31 Japan Storage Battery Co Ltd 角形電池
US5552239A (en) 1994-08-29 1996-09-03 Bell Communications Research, Inc. Rechargeable battery structure and method of making same
JPH08203539A (ja) * 1994-12-13 1996-08-09 Pioneer Electron Corp 積層型電池
US6287719B1 (en) * 1998-06-15 2001-09-11 Eveready Battery Company, Inc. Battery including a non-aqueous multi-cell spiral-wound electrode assembly
US6376126B1 (en) * 1999-10-13 2002-04-23 Johnson Controls Technology Company Composite battery container with integral flexible ribs
KR100322100B1 (ko) * 1999-12-08 2002-02-06 김순택 밀폐전지
KR100515572B1 (ko) 2000-02-08 2005-09-20 주식회사 엘지화학 중첩 전기화학 셀 및 그의 제조 방법
EP1278253B1 (en) 2001-07-19 2013-05-08 Greatbatch Ltd. Insulative component for an electrochemical cell
JP4428905B2 (ja) * 2002-02-01 2010-03-10 日本電気株式会社 扁平型電池およびそれを用いた組電池
JP3971246B2 (ja) * 2002-06-03 2007-09-05 富士フイルム株式会社 デジタル撮影装置
US20070254212A1 (en) 2006-04-28 2007-11-01 Viavattine Joseph J Battery assembly for use in implantable medical device
KR100893226B1 (ko) 2006-07-24 2009-04-16 주식회사 엘지화학 고온 안전성이 향상된 스택/폴딩형 전극조립체 및 이를포함하는 전기화학 셀
JP5260857B2 (ja) * 2006-11-13 2013-08-14 三洋電機株式会社 角形非水電解質二次電池及びその製造方法
US20100304198A1 (en) 2009-05-28 2010-12-02 Samsung Sdi Co., Ltd. Electrode assembly for secondary battery and method of manufacturing the same
JP5267873B2 (ja) * 2009-06-12 2013-08-21 トヨタ自動車株式会社 二次電池およびその製造方法
US8039147B2 (en) * 2009-08-27 2011-10-18 Sb Limotive Co., Ltd. Rechargeable secondary battery having improved safety against puncture and collapse
KR101036067B1 (ko) * 2009-11-27 2011-05-19 삼성에스디아이 주식회사 안전부재가 구비된 파우치형 리튬 이차전지
JP2013145715A (ja) * 2012-01-16 2013-07-25 Toyota Industries Corp 蓄電装置、及び車両

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010186683A (ja) * 2009-02-13 2010-08-26 Toyota Motor Corp 捲回型電極電池とその製造方法及び機器及び車両

Also Published As

Publication number Publication date
KR20140005496A (ko) 2014-01-15
JP6261110B2 (ja) 2018-01-17
EP2683010A1 (en) 2014-01-08
US20140011062A1 (en) 2014-01-09
JP2014013756A (ja) 2014-01-23
CN103531835B (zh) 2019-04-30
CN103531835A (zh) 2014-01-22
US9413029B2 (en) 2016-08-09
EP2683010B1 (en) 2017-12-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101934398B1 (ko) 이차전지
KR101395016B1 (ko) 단차를 갖는 전극 조립체 및 이를 포함하는 전지셀, 전지팩 및 디바이스
KR101379957B1 (ko) 단차를 갖는 전극 조립체 및 이를 포함하는 전지셀, 전지팩 및 디바이스
KR101395017B1 (ko) 단차를 갖는 전극 조립체 및 이를 포함하는 전지셀, 전지팩 및 디바이스
KR101265199B1 (ko) 이차 전지
KR101402657B1 (ko) 비정형 구조의 전지팩
EP2802025A1 (en) Battery cell having stair-like structure
KR101147207B1 (ko) 전극군과 이를 적용한 이차 전지
KR20130118716A (ko) 전극 조립체, 이를 포함하는 전지셀 및 디바이스
CN107403897B (zh) 可再充电电池及其制造方法
CN103828086A (zh) 新颖结构的电池单元
KR20110041870A (ko) 이차 전지, 바이폴라 전극, 및 이차 전지의 제조 방법
US9401499B2 (en) Electrode assembly and secondary battery having the same
KR20130110048A (ko) 이차 전지
EP2736102B1 (en) Electrode assembly and rechargeable battery having the same
KR20180058370A (ko) 전극판의 경계 부위에 절연 보강부가 형성된 분리막을 포함하는 전극조립체
US10991985B2 (en) Secondary battery
KR101387137B1 (ko) 전극 조립체 및 이를 포함하는 이차 전지
CN109643821B (zh) 电极组件以及包括该电极组件的可再充电电池
CN109565070B (zh) 可再充电电池
US20100143774A1 (en) Rechargeable battery and electrode assembly
KR101515672B1 (ko) 2 이상의 양극 및 음극을 포함하는 전극 조립체 및 이에 의한 전기 화학 소자
KR102108113B1 (ko) 외주변이 절곡된 분리막을 포함하는 전극조립체
KR20110082892A (ko) 신규한 구조의 전극조립체
KR101876614B1 (ko) 복합 구조로 형성된 전극조립체

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant