KR101945901B1

KR101945901B1 - 이차 전지

Info

Publication number: KR101945901B1
Application number: KR1020150042395A
Authority: KR
Inventors: 우병철; 이제광
Original assignee: 삼성에스디아이 주식회사
Priority date: 2015-03-26
Filing date: 2015-03-26
Publication date: 2019-02-08
Also published as: CN106025322B; US10727526B2; CN106025322A; US20160285070A1; KR20160115197A

Abstract

본 발명은 서로 다른 극성을 띄는 한 쌍의 전극 및 상기 한 쌍의 전극 사이에 개재된 세퍼레이터를 포함하는 전극 조립체; 및 상기 한 쌍의 전극 중 하나와 전기적으로 연결되고 상기 전극 조립체 외부로 연장되는 적어도 하나의 전극 탭;을 포함하고, 상기 전극 조립체는 상기 전극 탭이 연결된 전극에 구비되되 상기 전극 탭의 적어도 테두리부와 중첩되도록 배치된 완충층을 더 포함하는 이차 전지를 구현하여 내구성이 향상된다.

Description

이차 전지{SECONDARY BATTERY}

본 발명은 이차 전지에 관한 것이다.

일반적으로 이차 전지는 충전 및 방전이 가능하여 반복적으로 사용할 수 있는 전지이다. 상기 이차 전지는 발전소와 같은 기존의 전력계통은 물론 태양 에너지 기타 신재생 에너지를 에너지원으로 하여 충전될 수 있다. 이러한 이차 전지는 휴대폰이나 노트북 컴퓨터 및 캠코더와 같은 전자기기는 물론 자동차나 전력공급이 필요한 대형 설비에 에너지원으로 사용되고 있다.

필요에 따라 고출력 또는 고용량의 이차 전지를 구현하기 위해 복수의 단위 전지를 직렬 및/또는 병렬 연결하기도 한다. 또한 필요에 따라 이차 전지의 충전 및/또는 방전을 제어하고 과충전 및/또는 과방전을 방지하는 컨트롤러를 더 포함하기도 한다.

본 발명의 일 실시예는 내구성이 향상된 이차 전지를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일 실시예로서, 서로 다른 극성을 띄는 한 쌍의 전극 및 상기 한 쌍의 전극 사이에 개재된 세퍼레이터를 포함하는 전극 조립체; 및 상기 한 쌍의 전극 중 하나와 전기적으로 연결되고, 상기 전극 조립체 외부로 연장되는 적어도 하나의 전극 탭;을 포함하는 이차 전지가 제공될 수 있다.

이때 상기 전극 조립체는, 상기 전극에 구비되되 상기 전극이 상기 전극 탭에 연결되는 영역과 적어도 일부 중첩되는 완충층;을 더 포함할 수 있다.

상기 적어도 하나의 전극 탭은 일 실시예로서, 연결되는 전극과 중첩된 탭 중첩부; 및 상기 탭 중첩부에서 상기 전극 조립체 외부로 연장되는 탭 연장부;를 포함할 수 있다. 이때 상기 완충층은 일 실시예로서 상기 탭 중첩부의 테두리와 중첩될 수 있으며, 상기 탭 중첩부의 테두리의 적어도 일부분과 중첩될 수 있다.

상기 완충층은 일 실시예로서 상기 탭 중첩부의 길이방향 단부와 중첩될 수 있다. 또는 상기 완충층은 다른 실시예로서 상기 탭 중첩부의 폭방향 단부와 중첩될 수 있다. 또는 상기 완충층은 또 다른 실시예로서 상기 탭 중첩부와 길이방향 단부 및 폭방향 단부와 중첩될 수 있다.

상기 완충층은 다른 실시예로서 상기 탭 중첩부의 테두리에서 연장되어 상기 전극의 활물질층의 테두리부와 더 중첩될 수 있다.

상기 완충층은 일 실시예로서 상기 전극 탭이 연결된 전극과 상기 전극 탭 사이에 구비되거나 다른 실시예로서 상기 전극 탭이 연결된 전극을 사이에 두고 상기 전극 탭의 맞은편에 구비될 수도 있다.

상기 전극 탭은 일 실시예로서 적어도 일부분에 상기 전극과 용접으로 연결되는 용접영역이 형성될 수 있다. 그리고 상기 용접영역은 상기 전극 탭의 테두리부에 의해 둘러싸이도록 형성될 수 있다. 이때 상기 완충층은 일 실시예로서 상기 전극 탭과 상기 전극 사이에서 상기 용접영역 옆에 배치될 수도 있고, 다른 실시예로서 상기 용접영역과 중첩되도록 상기 전극 탭의 맞은편에 구비될 수도 있다.

상기 완충층은 일 실시예로서 상기 전극 탭과 중첩되는 부분에 통공이 형성될 수 있다. 그리고 상기 완충층의 통공을 통해 상기 전극 탭과 상기 전극이 연결될 수 있다.

상기 완충층을 덮도록 상기 전극에 구비된 덮개층을 더 포함할 수 있다.

상기 완충층은 일 실시예로서 폴리머 기재층을 포함하거나 다른 실시예로서 금속 기재층을 포함할 수 있다.

상기 완충층이 구비된 전극과 상기 완충층 사이에는 접착층이 더 구비될 수 있다. 상기 접착층은 상기 완충층의 적어도 일부를 상기 전극에 접착시킬 수 있다. 상기 접착층은 전도성 물질을 포함할 수 있다.

상기 한 쌍의 전극 중 하나의 전극은 흑연 및 실리콘 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 전극 탭과 전극이 연결되는 부분의 내구성이 향상되는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예의 사시도이고,
도 2는 도 1의 Ⅰ-Ⅰ방향 단면도이고,
도 3은 도 2의 전극 조립체의 일 실시예의 사시도이고,
도 4는 도 3의 전극 조립체가 권취되기 전의 분해 사시도이고,
도 5는 도 4의 A 부분 확대 평면도이고,
도 6은 도 5의 Ⅱ-Ⅱ 방향 단면도이고,
도 7은 본 발명의 다른 실시예의 A 부분 확대 평면도이고,
도 8은 도 7의 Ⅲ-Ⅲ 방향 단면도이고,
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예의 A 부분 확대 평면도이고,
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예의 A 부분 확대 평면도이고,
도 11은 도 10의 실시예의 Ⅳ-Ⅳ 방향 단면도이고,
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예의 A 부분 확대 평면도이고,
도 13은 도 12의 실시예의 Ⅴ-Ⅴ 방향 단면도이고,
도 14는 본 발명의 또 다른 실시예의 A 부분 확대 평면도이고,
도 15는 도 14의 실시예의 Ⅵ-Ⅵ 방향 단면도이고,
도 16은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전극 조립체에 부착된 전극 탭 및 그 주변의 부분 확대 평면도이고,
도 17은 도 16의 실시예의 Ⅶ-Ⅶ 방향 단면도이고,
도 18은 도 16의 실시예에 추가로 덮개층이 구비된 경우의 Ⅶ-Ⅶ 방향 단면도이고,
도 19는 도 16의 실시예에 완충층의 변형 실시예가 적용된 경우의 부분 확대 평면도이고,
도 20은 도 19의 실시예의 Ⅷ-Ⅷ 방향 단면도이고,
도 21은 본 발명의 또 다른 실시예의 A 부분 확대 평면도이고,
도 22는 도 21의 실시예의 Ⅸ-Ⅸ 방향 단면도이고,
도 23은 전극 탭의 변형 실시예가 도 1의 실시예에 적용된 경우의 Ⅱ-Ⅱ 방향 단면도이고,
도 24는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전극 조립체의 사시도이고,
도 25는 본 발명의 또 다른 실시예의 사시도이고,
도 26은 도 25의 실시예의 분해 사시도이고,
도 27은 본 발명의 또 다른 실시예의 사시도이고,
도 28은 도 27의 실시예의 분해사시도이고,
도 29는 여러 실시예의 접촉 저항을 측정한 결과를 나타낸 그래프이고,
도 30은 여러 실시예의 용량 유지율을 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 이하의 설명에서 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 전기적으로 연결되어 있는 경우도 포함한다. 또한 도면에서 본 발명과 관계없는 부분은 본 발명의 설명을 명확하게 하기 위하여 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면부호를 붙였다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 쉽게 실시할 수 있도록 실시예들을 상세하게 설명한다. 본 발명에서 언급하는 이차전지는, 충전 및 방전이 가능한 어떤 구성의 전지여도 좋다.

또한 첨부된 도면에서는 권취형 전극 조립체에 적용되는 경우를 도시하고 있으나 본 발명의 사상은 적층형 전극 조립체에도 적용될 수 있다. 적층형 전극 조립체란 양극, 세퍼레이터 및 음극이 차례로 적층된 전극 조립체를 의미하며, 양극, 세퍼레이터 및 음극이 복수로 구비되는 경우를 포함한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예의 사시도이고, 도 2는 도 1의 종단면도이고, 도 3은 도 2의 전극 탭과 연결된 전극조립체의 일 실시예의 사시도이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지는 전극조립체(200), 상기 전극 조립체의 전극과 전기적으로 연결되고 상기 전극 조립체의 외부로 연장되는 적어도 하나의 전극 탭 및 상기 전극 조립체를 전해액과 함께 밀봉하는 케이스(20, 30)를 포함한다.

상기 적어도 하나의 전극 탭은 제1 전극 탭(260) 및 제2 전극 탭(270)을 포함한다. 상기 제1 전극 탭은 상기 제1전극과 전기적으로 연결되고 상기 제2 전극 탭은 상기 제2 전극과 전기적으로 연결되어 상기 전극 조립체에서 발생한 에너지가 외부로 전달된다. 상기 제1 전극 탭 및 상기 제2 전극 탭은 도전성 물질을 포함하며, 예를 들어 니켈(Ni) 또는 니켈 합금을 포함할 수 있다.

상기 케이스(20, 30)는 일 실시예로서 일단이 개구된 캔(20) 및 상기 캔의 개구를 밀폐하는 캡 조립체(30)를 포함한다. 상기 캔(20)은 내부에 상기 전극조립체(200)를 수용하는 공간이 형성된 원통이다. 상기 캔의 바닥면에는 제2 전극 탭(270)이 용접되어 상기 캔이 전극 단자로 기능할 수 있다. 상기 캔(20)은 스테린리스 스틸, 알루미늄 또는 이의 등가물로 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.

상기 전극조립체(200)가 상기 캔(20)의 개구를 향하고 있는 쪽과 상기 캔(20)의 바닥면을 향하는 쪽에는 각각 절연부재(16, 17)가 구비된다. 이에 의해 상기 전극조립체와 상기 캔(20) 사이의 불필요한 전기적 쇼트가 방지된다.

상기 캔(20)의 개구 테두리에는 내측으로 굽혀진 클림핑부(23)가 형성된다. 상기 클림핑부(23)는 상기 캡 조립체(30)를 압박하여 체결력을 향상시킨다. 상기 캔(20)은 개구와 상기 전극조립체(200) 사이에 내측으로 볼록하게 형성된 돌출부(24)를 구비한다. 상기 돌출부(24)의 내경이 상기 전극조립체의 외경보다 작게 형성되어 상기 전극조립체는 상기 캔에서 움직이지 않도록 고정된다.

상기 전극조립체의 중앙에는 센터핀(40)이 구비되어 상기 전극조립체가 풀리지 않도록 지탱된다. 상기 센터핀(40)은 중공이 형성된 원형 막대일 수 있으며, 일단은 제2 전극 탭(270)을 눌러 캔(20)에 밀착시킬 수 있다.

상기 캡 조립체(30)는 상기 캔(20)의 개구에 결합되며, 벤트(31), 회로기판(32), 회로소자(33), 캡 업(34) 및 절연성 가스켓(35)을 포함한다. 상기 벤트(31)에는 제1 전극 탭(260)이 접속될 수 있다. 상기 회로기판(32)에는 상기 회로소자(33)가 실장된다. 상기 회로소자는 과전류 시 전류가 차단되는 양성온도소자를 포함할 수 있다. 또한 상기 회로소자 위에는 전극단자로 기능하는 도전성 캡 업(34)이 구비된다. 상기 캡 업에는 복수의 통공이 형성될 수 있다.

상기 벤트(31), 상기 회로기판(32), 상기 회로소자(33), 상기 캡 업(34)은 캔(20)과 인접한 테두리부가 절연성 가스켓(35)으로 둘러싸여 캔(20)과 직접적으로 닿지 않으므로 쇼트가 방지된다.

도 4는 도 3의 전극조립체가 권취되기 전의 상태를 도시한 분해 사시도이고, 도 5는 도 4의 A 부분 확대 평면도이고, 도 6은 도 5의 Ⅱ-Ⅱ 방향 단면도이다. 도 1 내지 도 6을 참조하여 전극 조립체(200) 및 적어도 하나의 전극 탭을 상세하게 설명한다.

상기 전극 조립체는 한 쌍의 전극(210, 220)과 세퍼레이터(230)를 포함하고, 상기 세퍼레이터는 상기 한 쌍의 전극 사이에 개재된다. 설명의 편의를 위해 도 4에서 상기 전극 조립체가 권취되기 전의 상태를 도시하였다. 도 4를 참조하면, 제1 전극(210), 세퍼레이터(230) 및 제2 전극(220)은 시트 형상으로 형성되어 차례로 적층된다. 제1 전극과 제2 전극은 극성이 서로 상이하며, 어느 하나가 양극이면 다른 하나는 음극이다.

상기 제1 전극(210)은 시트 형상의 제1 집전체(211) 및 상기 제1 집전체상에 코팅된 제1활물질층(213)을 포함한다. 상기 제1활물질층(213)은 상기 제1 집전체(211)의 일부에 코팅되며, 도 4에 도시된 바와 같이 상기 제1 집전체의 길이방향 일단부에서 직사각형의 기결정된 면적을 남겨두고 코팅될 수 있다. 상기 제1 집전체에서 상기 제1활물질층이 코팅되지 않은 부분에는 제1 전극 탭(260)이 구비된다.

다만, 상기 제1 집전체에서 제1 활물질층이 코팅되지 않는 부분의 위치나 형상은 이에 한정되는 것은 아니고 변형 가능하다. 예를 들어 제1 활물질층은 제1 집전체의 너비방향 일단부에서 직사각형의 기결정된 면적을 남겨두고 그 나머지 부분에 코팅될 수도 있다.

또는 상기 제1 활물질층은 길이방향으로 제1집전체의 중앙부에 직사각형의 기결정된 면적을 남겨두고 그 양쪽으로 코팅될 수도 있다. 이때 상기 제1 활물질층이 코팅되지 않는 제1 집전체의 중앙부는 필요에 따라 중앙이 아니라 길이방향 일단부에 더 가깝게 배치될 수도 있다. 도 17을 참조하면, 제1 활물질층(213)은 제1 무지부의 양쪽에 각각 배치될 수 있으며 형성된 길이가 서로 동일하지 않아도 좋다.

상기 제2 전극(220)은 시트 형상의 제2 집전체(221) 및 상기 제2 집전체상에 코팅된 제2 활물질층(223)을 포함한다. 상기 제2 집전체는 상기 제1 집전체와 동일한 형상이다. 상기 제2 활물질층(223)은 상기 제2 집전체(221)의 일부에 코팅되며, 도 4에 도시된 바와 같이 상기 제2 집전체의 길이방향 일단부에 직사각형의 기결정된 면적을 남겨두고 코팅될 수 있다. 상기 제2 집전체에서 상기 제2 활물질층이 코팅되지 않는 부분에는 제2 전극 탭(270)이 구비된다.

도 4를 참조하면, 상기 제2 집전체에서 상기 제2 활물질층이 코팅되지 않는 부분은 상기 제1 집전체에서 상기 제1 활물질층이 코팅되지 않는 부분과 중첩되지 않도록 위치한다. 이하에서는, 설명의 편의상 상기 제1 집전체에서 상기 제1 활물질층이 코팅되지 않은 부분을 제1 무지부로 지칭하고, 상기 제2 집전체에서 상기 제2 활물질층이 코팅되지 않은 부분을 제2 무지부로 지칭하기로 한다.

도 4를 참조하면, 상기 제1 무지부는 상기 제1 집전체의 길이방향 일단에 위치하고, 상기 제2 무지부는 상기 제2 집전체의 길이방향 일단에 위치하되 상기 제1 무지부가 위치한 단부의 반대편에 위치한다. 다만, 제1무지부 및 제2 무지부의 위치는 이에 한정되는 것은 아니고 서로 동일하거나 중첩될 수도 있다.

또한 상기 제2 무지부의 위치나 형상은 이에 한정되는 것은 아니고 변형 가능하다. 예를 들어, 상기 제2 활물질층은 제2 집전체의 너비방향 일단부에서 직사각형의 기결정된 면적을 남겨두고 그 나머지 부분에 코팅될 수도 있다. 또는 상기 제2 활물질층은 길이방향으로 제2 집전체의 중앙부에 직사각형의 기결정된 면적을 남겨두고 그 양쪽으로 코팅될 수도 있다. 이때 상기 제2 활물질층이 코팅되지 않는 제1 집전체의 중앙부는 필요에 따라 중앙이 아니라 길이방향 일단부에 더 가깝게 배치될 수도 있다.

또한 상기 제2 활물질층(223)은 상기 제2 집전체(221)의 양면에 코팅되어 있으나 이에 한정되지 않고 상기 제2 집전체의 한면에 코팅될 수도 있다. 마찬가지로 상기 제1활물질층(213)도 상기 제1 집전체(211)의 양면에 코팅되어 있으나 이에 한정되지 않고 상기 제1 집전체의 한면에 코팅될 수도 있다.

상기 제1 집전체와 상기 제2 집전체는 금속 박막으로, 스테인리스 강, 니켈, 구리, 알루미늄 및 이들의 합금으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 집전체는 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 포함하고, 상기 제2 집전체는 구리 또는 구리 합금을 포함할 수 있다.

상기 제1 활물질층은 양극 활물질을 포함할 수 있다. 상기 양극 활물질은 리튬 함유 산화물을 포함하나 이에 한정되는 것은 아니고 공지의 어떠한 양극 활물질도 좋다. 상기 제2 활물질층은 음극 활물질을 포함할 수 있다. 상기 음극 활물질로는 탄소, 흑연, 실리콘 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니고 공지의 어떠한 음극 활물질도 좋다.

상술한 제1 전극과 제2 전극은 제1 전극이 양극이고 제2 전극이 음극인 경우를 설명하였으나 제1 전극이 음극이고 제2 전극이 양극으로 기능하도록 구성될 수도 있다. 즉 제1 집전체는 구리 또는 구리 합금을 포함하고 상기 제1 집전체에 음극 활물질을 포함하는 활물질층이 형성될 수 있으며, 제2 집전체는 알루미늄이나 알루미늄 합금을 포함하고 상기 제2 집전체에 양극 활물질을 포함하는 활물질층이 형성될 수도 있다.

세퍼레이터(230)는 이온 투과성이 있고 기계적 강도를 갖는 절연성의 박막이다. 상기 세퍼레이터는 상기 제1 전극(210)과 상기 제2전극(220) 사이에 구비되어 층방전 중 제1 전극과 제2 전극의 전기적 쇼트를 방지하고 이온이 이동하도록 한다. 상기 세퍼레이터(230)는 상기 제1 집전체와 상기 제2 집전체의 형상과 동일하거나 유사한 형상이나 그 크기는 상기 제1 집전체와 상기 제2 집전체보다 좀 더 크게 형성되어 상기 제1 전극의 테두리와 상기 제2 전극의 테두리가 쇼트되지 않도록 할 수 있다.

상기 세퍼레이터는 다수의 미세 통공이 형성된 박막이며, 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리오레핀계 수지(Polyolefin resin) 또는 그 등가물을 포함하나 이에 한정되는 것은 아니다.

상기 적어도 하나의 전극 탭은 제1 전극 탭(260) 및 제2 전극 탭(270)을 포함한다. 본 실시예에서는 상기 적어도 하나의 전극 탭이 제1 전극 탭 및 제2 전극 탭을 포함하는 경우를 상세하게 설명하지만 전극 탭이 하나만 구비되는 경우를 배제하는 것은 아니다. 예를 들어, 제1 전극은 제1 전극 탭에 전기적으로 연결되고, 상기 제1 전극과 극성이 반대인 제2 전극은 상기 캔에 직접 접촉되어 상기 캔이 전극 단자로 기능할 수도 있다. 즉, 전극 조립체의 제1 전극 및 제2 전극 중 하나와 연결되는 적어도 하나의 전극 탭을 포함하는 어떠한 구성의 이차 전지에도 본 발명의 사상이 적용될 수 있다.

도 5를 참조하면, 상기 제1 전극 탭(260)은 기결정된 폭과 길이를 갖는 전도성 판상 부재이다. 상기 제1 전극 탭은 상기 제1 전극과 중첩되어 전기적으로 연결된다. 구체적으로, 상기 제1 전극 탭은 상기 제1 집전체에 적층되는 탭 중첩부(261) 및 상기 탭 중첩부에서 상기 전극 조립체의 외부로 연장되는 탭 연장부(263)를 포함한다. 상기 탭 중첩부(261)는 상기 제1 집전체(211)의 무지부, 즉 상기 제1 활물질층이 코팅되지 않은 부분에 고정된다. 상기 제1 전극 탭이 고정된 상기 제1 전극은 상기 세퍼레이터 및 상기 제2 전극과 차례로 적층되어 권취되므로 상기 탭 중첩부(261)는 상기 제1 전극 및 상기 세퍼레이터와 중첩된다.

상기 제1 전극 탭(260)은 상기 제1 집전체(211)에 용접으로 고정된다. 구체적으로, 상기 탭 중첩부(261)의 중앙부분에 대략적으로 직사각형인 용접영역(262)이 형성되어 상기 제1 집전체의 무지부와 용접으로 연결된다. 상기 탭 중첩부(261)의 테두리 부분은 상기 제1 집전체와 용접되지 않는다. 다만, 상기 탭 중첩부와 상기 탭 연장부가 이어진 부분의 경우 상기 탭 중첩부와 상기 탭 연장부의 경계까지 용접영역이 형성될 수 있다. 다만, 용접영역의 크기나 형상은 이에 한정되는 것은 아니고, 도시된 직사각형 형상과 다르게 타원형상으로 형성될 수도 있고, 상기 탭 중첩부와 상기 탭 연장부의 경계에서 다소 이격되어 형성될 수도 있다.

상기 제2 전극 탭(270)은 기결정된 폭과 길이를 갖는 전도성 판상 부재이다. 도 4에서는 상기 제2 전극 탭과 상기 제1 전극 탭이 동일한 형상이나, 이에 한정되는 것은 아니고 상기 제2 전극 탭은 상기 제1 전극 탭보다 더 길거나 더 짧을 수 있으며, 상기 제2 전극 탭과 너비가 상이할 수도 있다.

상기 제2 전극 탭(270)은 상기 제2 전극과 중첩되어 전기적으로 연결된다. 상기 제2 전극 탭은 상기 제2 집전체(221)의 무지부에 용접으로 고정된다. 도 5의 상기 제1 전극 탭에서와 마찬가지로, 상기 제2 전극 탭은 상기 제2 집전체의 무지부에 적층되는 부분인 탭 중첩부와 상기 제2 전극 탭의 탭 중첩부에서 상기 전극 조립체의 외부로 연장되는 탭 연장부를 포함한다.

상기 제2 전극 탭의 탭 중첩부는 중앙부에 용접영역이 형성되어 상기 제2 집전체의 무지부와 연결되며, 상기 제2 전극 탭의 탭 중첩부 테두리는 상기 제2 집전체의 무지부와 용접되지 않는다. 상기 제2 전극 탭의 탭 중첩부에 형성되는 용접영역의 형상은 제1 전극 탭의 용접영역(262)과 동일할 수도 있고 상이할 수도 있다. 상기 제1 전극 탭의 용접영역과 상기 제2 전극 탭의 용접영역은 그 위치, 형상 및 개수가 상기 제1 및 상기 제2 전극 탭과 상기 제1 및 제2 집전체의 재질이나 용접 방법에 따라 달라질 수 있으며, 이러한 것은 공지된 것이므로 상세한 설명을 생략한다.

상기 전극 조립체는 완충층(240) 및 접착층(250)을 더 포함한다. 도 4 내지 도 6을 참조하면, 상기 완충층(240)은 상기 제1 전극 탭의 탭 중첩부(261)와 상기 제1 집전체(211) 사이에 적층되어 상기 전극 조립체에 가해지는 응력(stress)을 완화한다. 상기 완충층(240)은 평면 형상이 사각형인 박막 부재이며, 상기 제1 전극 탭의 탭 중첩부(261)에서 용접영역이 형성되지 않은 부분인 상기 탭 중첩부(261)의 테두리부에 적어도 일부분이 중첩된다.

도 5를 참조하면, 상기 완충층(240)은 일 실시예로서 상기 탭 중첩부(261)의 길이방향 끝 테두리부와 중첩된다. 상기 완충층(240)이 중첩된 상기 탭 중첩부(261) 끝부분은, 상기 탭 중첩부(261)가 상기 제1 전극 탭의 연장부(263)와 연결되는 부분의 반대쪽에 위치한다. 이하에서는, 상기 제1 전극 탭의 중첩부(261)의 길이방향 양 단부 중 상기 제1 전극 탭의 탭 연장부와 이어지는(또는 경계를 이루는) 부분을 연결 단부라고 지칭하고 상기 완충층(240)과 중첩되는 단부를 중첩 단부라고 지칭하기로 한다.

상기 완충층(240)은 상기 제1 전극 탭의 중첩부(261)의 용접영역(262)과는 중첩되지 않는다. 그리고 상기 완충층(240)은 중앙부의 일부가 상기 탭 중첩부(261)의 중첩 단부에 의해 덮인다. 상기 완충층은 상기 제1 전극 탭과 중첩되는 부분에서 상기 제1 전극 탭의 외측으로 더 연장된다. 도 4 및 도 5에서는 상기 완충층(240)의 형상이 기결정된 길이로 연장된 직사각형이나, 이에 한정되는 것은 아니고, 타원형, 반원형, 원형, 반달형 등 상기 제1 집전체와 상기 제1 전극 탭에 가해지는 응력을 완화시킬 수 있는 어떠한 형상이어도 좋다.

상기 접착층(250)은 접착성 물질로 이루어져 상기 완충층(240)을 상기 제1 전극에 고정한다. 구체적으로, 상기 접착층(250)은 상기 완충층과 동일한 형상 및 크기로 형성되고 상기 완충층과 상기 제1 집전체(211)의 무지부 사이에 적층된다. 상기 접착층(250)은 전도성 물질을 포함할 수 있다. 다만, 상기 접착층은 반드시 상기 완충층과 동일한 크기 및 형상일 필요는 없으며 상기 완충층을 상기 제1 집전체에 고정할 수 있을 정도이면 어떤 형상이어도 좋으며 상기 완충층보다 작게 형성되어도 좋다.

상기 완충층(240)은 일 예로서 폴리머 기재층을 포함할 수 있으며, 상기 접착층(250)이 상기 폴리머 기재층에 도포될 수 있다. 이러한 상기 완충층과 상기 접착층은 폴리머 테이프가 상기 제1 집전체(211)에 부착되어 형성될 수 있다.

또는 상기 완충층(240)은 다른 예로서 금속 기재층을 포함할 수 있으며, 상기 접착층(250)이 상기 금속 기재층에 도포될 수 있다. 이러한 상기 완충층 및 접착층은 상기 제1 집전체에 금속 박막 테이프가 부착되어 형성될 수 있다. 상기 금속 기재층은 니켈(Ni), 구리(Cu), 알루미늄(Al) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

다만, 상기 폴리머 기재층이나 상기 금속 기재층은 테이프 형태로 부착되는 것에 한정되지 않고, 상기 제1 집전체(211)의 무지부에 접착성 물질이 먼저 도포되어 상기 접착층(250)이 형성된 후 상기 접착층에 부착될 수도 있다.

또한 본 실시예에서는 상기 완충층(240)이 상기 접착층(250)에 의해 상기 제1 집전체에 고정되나 이에 한정되는 것은 아니고 상기 접착층이 구비되지 않을 수 있다. 예를 들어 상기 완충층은 상기 제1 집전체(211)나 상기 제1 전극 탭(260)에 용접 등의 방법으로 고정될 수 있다. 이는 후술할 완충층의 변형 실시예에서도 동일하게 적용될 수 있다.

상기 제1 전극 탭(260)의 탭 중첩부(261)에서 상기 완충층(240)을 덮는 중첩 단부는 상기 완충층과 직접적으로 고정되지는 않지만 상기 탭 중첩부가 상기 제1 집전체(211)와 용접된 상태에서 상기 제1 집전체 쪽으로 가압되므로 그 힘에 의해 상기 중첩 단부도 상기 완충층에 밀착되어 서로 고정된다. 다만, 상기 제1 전극 탭의 탭 중첩부(261)와 상기 완충층(240)은 서로 중첩되는 부분이 용접에 의해 고정될 수도 있다.

상기 완충층은 상기 제1 전극 탭과 상기 제1 집전체에 가해지는 응력을 분산시키고 완화할 수 있도록 변형될 수 있다. 도 7 내지 도 15는 상기 완충층의 변형예들을 도시한 것이다. 도 7 내지 도 15를 참조하여 상기 완충층의 변형예(240', 240'', 244, 245, 247)를 상세하게 설명한다.

상기 완충층은 다른 실시예(240')로서 상기 제1 전극 탭의 너비방향 양 테두리부에 각각 중첩되는 한 쌍의 사이드 완충층(242, 243)을 포함할 수 있다. 즉, 본 실시예(240')에 따른 완충층은 상기 제1 전극 탭의 탭 중첩부(261)와 상기 제1 집전체(211) 사이에 구비되되, 상기 탭 중첩부(261)의 너비방향 양 테두리부와 중첩되도록 배치된다.

도 7 및 도 8을 참조하면, 상기 한 쌍의 사이드 완충층(242, 243)은 상기 제1 전극 탭의 용접영역(262)과 중첩되지 않도록 배치된다. 즉 상기 제1 전극 탭의 용접영역(262)과 상기 제1 집전체(211) 사이에 형성된 용접 연결부(201)의 양 옆에 상기 한 쌍의 완충층이 각각 배치된다. 다만, 도 8에서는 상기 용접 연결부(201)와 상기 사이드 완충층(242, 243)이 서로 맞닿아있으나 이에 한정되는 것은 아니고, 상기 용접 연결부(201)와 상기 사이드 완충층(242, 243) 사이에 틈이 있을 수도 있다. 마찬가지로, 도 5의 실시예에 따른 완충층(240)의 경우에도 제1 전극 탭의 용접영역(262)과 제1 집전체(211) 사이에 형성되는 용접 연결부(미도시)와 맞닿을 수도 있고 용접 연결부에서 다소 이격되어 그 사이에 틈이 있을 수도 있다.

상기 한 쌍의 사이드 완충층(242, 243)은 상기 제1 전극 탭의 중첩부(261)의 길이와 대체적으로 동일한 길이로 연장되고 기결정된 폭을 갖는 박막 부재이다. 다만, 상기 한 쌍의 사이드 완충층의 길이는 더 길거나 더 짧게 형성될 수도 있고, 형상 역시 변형될 수 있다.

또한 상기 한 쌍의 사이드 완충층(242, 243)은 각각 폴리머 기재층 또는 금속 기재층을 포함할 수 있다. 또한 상기 한 쌍의 사이드 완충층(242, 243)은 상기 제1 집전체(211)와의 사이에 각각 접착층(252, 253)이 구비되어 상기 제1 집전체에 부착될 수 있다. 다만, 상술한 실시예(240)에서와 동일하게 상기 완충층(240')은 제1 집전체(211)와 용접으로 연결되거나 직접적으로 연결되지 않지 않을 수도 있다.

상기 완충층은 또 다른 실시예(240'')로서 상기 제1 전극 탭의 탭 중첩부(261)의 양 옆 테두리부 및 중첩 단부의 테두리부와 모두 중첩되도록 형성될 수 있다. 도 9를 참조하면, 또 다른 실시예(240'')에 따른 완충층은 하나의 엔드 완충층(241)과 한 쌍의 사이드 완충층(242, 243)을 포함할 수 있다.

상기 엔드 완충층(241)은 도 5 및 도 6을 참조하여 설명한 실시예(240)처럼 상기 제1 전극 탭의 길이방향 단부 중 중첩 단부와 중첩되도록 배치될 수 있다. 상기 한 쌍의 사이드 완충층(242, 243)은 도 7 및 도 8을 참조하여 설명한 실시예(240')와 마찬가지로 상기 제1 전극 탭의 너비방향 양 테두리부와 중첩되도록 배치될 수 있다.

다만, 상기 한 쌍의 사이드 완충층(242, 243)은 도 7의 실시예에서는 그 길이가 상기 제1 전극 탭의 탭 중첩부(261)의 길이방향 양단부까지 연장된 반면 도 9의 실시예에서는 그 길이가 상기 제1 전극 탭의 탭 중첩부(261)의 연장 단부(상술한 바와 같이 연장 단부란 탭 중첩부와 탭 연장부의 경계 부분을 칭함)에서 상기 엔드 완충층(241)과 만나는 부분까지 연장된다.

상기 실시예(240'')에 따른 완충층은 도 5의 실시예(240)에 따른 완충층과 마찬가지로 접착층 또는 용접에 의해 제1 집전체에 고정되거나 용접에 의해 제1 전극 탭에 고정되거나 상기 제1 전극 탭의 용접영역이 용접되면서 완충층도 간접적으로 가압되어 고정될 수 있다.

도 9의 실시예(240'')에 따른 완충층은 상기 엔드 완충층(241)과 상기 한 쌍의 사이드 완충층(242, 243)이 각각 별개의 부재이나 이에 한정되는 것은 아니다. 즉 상기 완충층은 상기 한 쌍의 사이드 완충층과 상기 엔드 완충층이 서로 연결된 하나의 부재로 형성될 수도 있다.

상기 완충층이 상기 제1 전극 탭(260)의 중첩부 테두리부와 모두 중첩되는 일체의 부재로 형성되는 일 실시예로서, 상기 완충층은 기결정된 너비를 갖는 대략적인 U 형상의 박막으로 형성될 수 있다. 상기 U형상은 상기 제1 전극 탭(260)의 모서리에 대응하는 형상으로 각지게 형성되거나 모서리가 둥글게 형성될 수도 있다. 상기 완충층의 내측 테두리는 상기 제1 전극 탭의 용접영역(262)을 대체적으로 둘러싸도록 형성되고, 상기 완충층의 외측 테두리는 상기 제1 전극 탭(260)의 외곽 테두리보다 더 크게 형성되어 상기 완충층의 내측을 포함한 일부분이 상기 제1 전극 탭(260)의 테두리부에 중첩된다. 이때 상기 완충층의 외측 테두리는 상기 제1 무지부의 테두리까지 연장될 수도 있고 상기 제1 무지부의 테두리와 이격될 수도 있다.

상기 완충층이 대체적인 U 형상의 부재로 형성되는 다른 실시예로서, 상기 완충층의 외측 테두리가 상기 제1 활물질층(213)과 일부분 중첩되도록 더 연장될 수 있다. 도 10 및 도 11을 참조하여 상기 완충층이 상기 제1 활물질층과 중첩되도록 형성된 실시예(244)를 상세하게 설명한다.

상기 완충층(244)은 상기 제1 전극 탭(260)과 상기 제1 집전체(211) 사이에 구비된 일체의 박막 부재이고, 상기 제1 무지부를 덮도록 상기 제1 전극 탭(260)의 용접영역(262) 외곽에서 외측으로 연장되어 형성된다. 상기 완충층(244)은 상기 용접영역(262) 외곽에서 상기 제1 활물질층(213)의 테두리 위로 연장되어 상기 제1 전극 탭(260)의 테두리부 및 상기 제1 활물질층(213)의 테두리부와 각각 중첩된다.

미도시되었으나, 상기 완충층(244)과 상기 제1 집전체(211) 사이에는 접착층이 더 구비될 수 있다. 또한 상기 완충층(244)과 상기 제1 활물질층(213) 사이에도 접착층이 더 구비될 수 있다.

도 12 및 도 13은 상기 완충층의 또 다른 실시예(245)를 도시한 것이다. 또 다른 실시예(245)에 따른 완충층은 직사각형의 박막 부재에 통공(245a)이 형성된다. 상기 완충층(245)은 도 5의 실시예(240)처럼 상기 제1 전극 탭(260)의 연장 단부와 중첩되도록 배치된다. 이때 상기 완충층의 통공(245a)도 상기 제1 전극 탭(260)과 중첩된다.

상기 완충층의 통공(245a) 내에는 상기 제1 전극 탭(260)과 상기 제1 집전체(211)가 서로 용접되면서 형성된 용접 연결부(202)가 구비된다. 즉 상기 제1 전극 탭(260)은 용접영역(262)에서 제1 집전체(211)와 용접으로 연결될 뿐 아니라 상기 완충층의 통공(245a)을 통해서 상기 제1 집전체(211)와 용접으로 연결될 수 있다. 그리고 상기 완충층(245)은 상기 통공(245a) 주변부가 상기 제1 전극 탭에 의해 가압되어 고정된다. 따라서 상기 완충층(245)는 접착층 없이도 상기 제1 집전체(211)에 간접적으로 고정될 수 있다.

상기 완충층(245)의 변형 실시예로서, 도9의 실시예(240'')가 일체로 형성될 수도 있는 것처럼 상기 제1 전극 탭(260)의 탭 중첩부의 테두리부와 모두 중첩되도록 대략적인 U 형상의 박막으로 형성될 수도 있다. 이때에도 상기 제1 전극 탭(260)의 중첩 단부에 의해 덮이는 부분에 상기 통공(245a)이 형성될 수 있다. 이때 상기 제1 전극 탭(260)의 용접영역(262) 주변이 상기 완충층을 제1 집전체 방향으로 가압하여 상기 완충층이 고정된다. 상기 제1 전극 탭(260)이 상기 완충층을 가압하는 힘은 상기 제1 전극 탭의 용접영역(262)이 제1 집전체와 용접되고 또한 상기 통공(245a)을 통해 제1 전극 탭과 상기 제1 집전체가 용접되어 유지된다.

상술한 실시예들에 따른 완충층(240, 240', 240'', 244, 245)은 상기 제1 전극 탭과 상기 제1 무지부 사이에 구비되었으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 완충층은 또 다른 실시예(247)로서 상기 제1 전극 탭(260)의 반대편에 구비될 수도 있다.

도 14 및 도 15를 참조하면, 상기 완충층(247)은 상기 제1 집전체(211)의 무지부에 구비되되 상기 제1 전극 탭(260)이 부착된 부분의 반대편에 구비된다. 상기 완충층(247)은 직사각형의 박막 부재이며, 상기 제1 전극 탭의 탭 중첩부(261)와 모두 중첩되고 상기 탭 중첩부(261)보다 크게 형성된다.

상기 제1 전극 탭은 탭 중첩부(261)의 중앙부분에 용접영역(262)이 형성되고, 상기 제1 집전체(211)와 상기 제1 전극 탭 사이에 용접 연결부(201)가 형성된다. 본 실시예에서는 완충층(247)이 상기 제1 전극 탭(260)의 맞은편에 구비되므로 상기 용접영역(262)과도 중첩된다.

상기 완충층(247)과 상기 제1 집전체(211) 사이에는 접착층(257)이 더 구비되어 상기 완충층을 상기 제1 집전체에 고정시킨다. 상기 접착층(257)과 관련된 구체적인 구성은 도 6의 실시예의 접착층(250)과 동일하므로 상세한 설명은 생략한다.

상술한 변형 실시예(240', 240'', 244, 245, 247)에 따른 완충층은 폴리머 기재층 또는 금속 기재층을 포함할 수 있으며, 상세한 구성은 도 5의 실시예에 따른 완충층(240)과 동일하므로 상세한 설명을 생략한다.

상기 전극 조립체(200)는 또 다른 실시예로서 덮개층을 더 포함할 수 있다. 도 16 내지 도 22를 참조하여 덮개층을 더 포함하는 전극 조립체를 상세하게 설명한다. 상술한 실시예와 중복되는 구성에 대해서는 동일한 번호를 부여하고 상세한 설명은 생략한다.

도 16은 제1 전극 탭(260)을 덮도록 배치된 덮개층(291)을 구비한 제1 전극의 평면도이고, 도 17은 도 16의 Ⅶ-Ⅶ 방향 단면도이다. 도 16의 실시예에서 완충층은 상술한 실시예(240, 240', 240'')의 완충층일 수 있으며 상기 완충층에 대한 상세한 설명은 상술하였으므로 생략한다. 도 17에 도시되지는 않았으나 도 12의 실시예의 완충층(245)이 적용될 수도 있다.

상기 덮개층(291)은 상기 제1 전극 탭(260)의 탭 중첩부, 완충층(240, 240', 240'') 및 제1 활물질층(213)의 적어도 테두리부를 모두 덮도록 배치된다. 상기 덮개층의 폭은 상기 제1 집전체(211)의 폭과 동일하거나 작고, 길이방향으로 연장되는 정도는 상기 덮개층(291)의 길이방향 테두리부가 상기 제1 활물질층(213)의 테두리와 중첩될 정도로 연장된다.

상기 덮개층(291)은 절연성 물질로 이루어지며, 상기 제1 전극과의 사이에 접착층이 더 구비되어 고정된다. 이러한 상기 덮개층(291)은 폴리프로필렌(PP) 재질의 테이프일 수 있다.

도 18은 덮개층이 복수로 구비된 실시예를 도시한 것으로, 도 16의 실시예에 하나의 덮개층이 추가로 구비된 경우의 Ⅶ-Ⅶ 방향 단면도이다. 도 18의 실시예에 따른 전극 조립체는 복수의 덮개층(291, 292)을 포함한다. 복수의 덮개층 중 하나의 덮개층(291)은 도 16 및 도 17을 참조하여 설명한 구성과 동일하며, 나머지 하나의 덮개층(292)은 제1 전극 탭의 반대편에서 제1 무지부 및 제1 활물질층(213)의 적어도 테두리부를 덮도록 배치된다. 본 실시예에서는 설명의 편의를 위하여 제1 전극 탭을 덮는 덮개층을 제1 덮개층이라고 지칭하고, 상기 제1 전극 탭의 반대편에 구비된 덮개층을 제2 덮개층이라고 지칭하기로 한다.

상기 제2 덮개층은 상기 제1 덮개층과 동일한 형상이고 동일하게 배치된다. 또한 상기 제2 덮개층은 절연성 물질로 이루어지며, 상기 제1 전극과의 사이에 접착층이 더 구비되어 고정된다. 이러한 상기 제2 덮개층은 폴리프로필렌(PP) 재질의 테이프일 수 있다. 다만, 상기 제2 덮개층의 크기는 필요에 따라 상기 제1 덮개층과 상이할 수 있다.

도 19는 복수의 완충층 및 복수의 덮개층이 구비된 제1전극의 부분 평면도이고, 도 20은 도 19의 Ⅷ-Ⅷ 방향 단면도이다. 복수의 완충층은 상기 제1 전극 탭(260)과 상기 제1 전극 사이에 구비되는 제1 완충층(244') 및 상기 제1 완충층의 반대편에서 상기 제1 전극에 구비되는 제2 완충층(246)을 포함한다.

상기 제1 완충층(244')은 도 10의 실시예의 완충층(244)과 동일하게 완충층의 테두리부가 상기 제1 활물질층(213)의 테두리부 위로 연장된 것이다. 다만 도 19의 실시예에서는 제1 활물질층(213)이 제1 무지부의 양쪽에 각각 형성되며, 상기 완충층(244')은 길이방향으로 양 테두리부가 각각 양쪽의 제1 활물질층(213)과 중첩되도록 연장된다.

상기 제2 완충층(246)은 상기 제1 완충층(244')의 반대편에 구비되며, 제1 무지부를 모두 덮는다. 또한 상기 제2 완충층(246)은 길이방향으로 양 테두리부가 각각 양쪽 제1 활물질층(213)의 테두리부와 중첩되도록 제1 활물질층 위로 더 연장된다. 상기 제2 완충층(246)의 폭은 상기 제1 집전체(211)의 폭과 동일하나 더 짧게 형성될 수도 있다.

상기 제1 완충층과 상기 제2 완충층은 외곽 테두리의 형상이 동일하게 형성되나 이에 한정되는 것은 아니다. 필요에 따라 상기 제1 완충층과 상기 제2 완충층은 크기와 외곽 테두리 형상이 서로 상이할 수도 있다. 예를 들어, 상기 제2 완충층의 길이방향 및 폭방향 크기가 상기 제1 완충층보다 작을 수도 있다.

상기 복수의 덮개층은 제1 전극 탭과 상기 제1 완충층(244')을 덮는 제1 덮개층(294)과 상기 제2 완충층(246)을 덮는 제2 덮개층(296)을 포함한다. 상기 제1 덮개층(294)은 상기 제1 완충층(244')보다 더 크게 형성되며, 길이방향으로 양 테두리부가 각각 상기 제1 완충층(244')의 양 테두리보다 더 길게 연장된다. 따라서 상기 제1 완충층(244')은 테두리부까지 모두 상기 제1 덮개층에 의해 덮이며, 상기 제1 덮개층의 테두리부는 상기 제1 활물질층(213)과 접한다.

상기 제2 덮개층(296)은 상기 제1 덮개층의 반대편에서 상기 제1 전극에 구비된다. 상기 제2 덮개층은 상기 제2 완충층(246)을 모두 덮도록 상기 제2 완충층보다 더 크게 형성되며, 길이방향으로 상기 제2 완충층보다 더 길게 연장된다. 이러한 상기 제2 덮개층(296)은 외곽 테두리의 형상이 제1 덮개층과 동일하다. 다만 제2 덮개층은 상기 제2 완충층을 덮을 정도의 크기로 형성된 어떠한 형상이나 크기여도 좋으며, 상기 제1 덮개층과 형상 및 크기가 상이할 수 있다.

상기 복수의 덮개층의 폭은 상기 제1 집전체(211)의 폭과 동일하나 이에 한정되는 것은 아니고, 상기 제1 집전체의 폭보다는 작을 수 있으나 적어도 상기 제1 및 제2 완충층의 폭과 동일하거나 더 길게 연장된다.

상기 복수의 덮개층은 도 16의 실시예의 덮개층(291)과 마찬가지로 졀연성 재질로 형성될 수 있으며, 상세한 설명은 상술하였으므로 생략한다.

제1 전극에 덮개층이 하나만 구비되는 경우, 도 16의 실시예와 다르게 제1 전극 탭의 반대쪽에서 덮개층이 구비될 수도 있으며 도 21 및 도 22를 참조하여 상세하게 설명한다. 도 21는 도 14에 따른 제1 전극에 덮개층이 더 구비된 실시예의 부분 평면도이고, 도 22는 도 21의 Ⅸ-Ⅸ 방향 단면도이다. 도 14 및 도 15와 동일한 구성에 대해서는 동일한 번호를 부여하였으며 중복되는 설명은 생략한다.

덮개층(293)은 상기 완충층(247)을 모두 덮도록 제1 무지부에 구비된다. 상기 덮개층(293)은 상기 완충층(247)보다 길이방향으로 더 길게 연장되어 상기 완충층을 덮고 제1 무지부를 일부분 덮는다. 도 21의 실시예에서 상기 덮개층(293)은 제1 무지부를 부분적으로 덮고 있으나, 이에 한정되지 않고 상기 덮개층은 상기 제1 무지부를 모두 덮을수도 있으며 더 연장되어 상기 제1 활물질층의 테두리부까지 덮을 수도 있다.

상기 여러 실시예에 따른 덮개층(293, 294, 296)은 도 16의 실시예의 덮개층(291)과 마찬가지로 졀연성 재질로 형성될 수 있으며, 상세한 설명은 상술하였으므로 생략한다.

상술한 완충층의 변형 실시예(240, 240', 240'', 244, 245, 247)는 제1 전극이 아니라 제2 전극에 구비될 수도 있다. 상세한 구성은 도 1 내지 도 22를 참조하여 상술한 실시예들에서 제1 전극의 각 부분을 제2 전극의 각 부분에 대응시켜 이해할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지는 케이스(100, 300), 전극 조립체(200) 및 적어도 하나의 전극 탭(260')을 포함한다. 상기 케이스(100, 300)와 전극 조립체(200)는 도 1 내지 도 5를 참조하여 상술한 바와 동일하다. 다른 실시예에 따른 이차 전지는 상술한 실시예에서 상기 적어도 하나의 전극 탭이 변형된 것이므로 중복되는 구성에 대해서는 설명을 생략하고 상기 적어도 하나의 전극 탭(260')에 대해서 상세히 설명한다.

상기 적어도 하나의 전극 탭(260')은 제1 전극 탭일 수 있다. 도 23은 도 5의 제1 전극 탭(260)이 다른 실시예로서 형상이 변형되는 경우의 Ⅱ-Ⅱ 방향 단면도를 도시한 것이다. 도 23을 참조하면, 상기 전극 탭(260')은 폭방향으로 곡률을 갖는 곡면이 길이방향으로 연장되어 형성될 수 있다. 상기 전극 탭(260')은 상기 제1 집전체(211)를 향한 면이 볼록하고 그 반대면이 오목하게 배치된다. 상기 전극 탭(260')의 볼록한 면과 상기 제1 집전체(211) 사이에는 상술한 완충층(240)과 접착층(250)이 배치되며 구체적인 배치는 도 5를 참조하여 상술한 실시예와 동일하다.

상기 전극 탭(260')은 제1 전극 탭이 아니라 제2 전극 탭의 형상일 수도 있으며, 제1 전극 탭 및 제2 전극 탭 모두 도 23의 전극 탭(260')처럼 형성될 수도 있다. 또한 상기 전극 탭(260')과 제1 집전체(211) 사이에 구비되는 완충층은 변형 실시예(240', 240'', 244, 245, 247)처럼 형성될 수도 있다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이차 전지는 케이스(20, 30), 전극 조립체 및 제1 및 제2 전극 탭(260, 270)을 포함한다. 상술한 실시예들에서는 상기 완충층이 제1 전극 또는 제2 전극에 구비되는 경우를 설명하였으나, 본 실시예에서는 상기 완충층이 제1 전극과 제2 전극에 모두 구비된다. 또한 상기 전극조립체는 절연 테이프를 더 포함한다. 도 24를 참조하여 본 발명의 또 다른 실시예를 상세하게 설명하며, 상술한 실시예와 중복되는 구성에 대해서는 동일한 부호를 부여하였고 설명은 생략한다.

도 24를 참조하면, 상기 절연 테이프(260a, 270a)는 각각 제1 및 제2 전극 탭(260, 270)에 구비된다. 구체적으로, 제1 전극 탭에 구비되는 제1 절연 테이프(260a)는 상기 제1 전극 탭(260)의 탭 중첩부와 탭 연장부 사이의 경계를 감싸는 절연성 띠 부재이다. 마찬가지로 상기 제2 절연 테이프(270a)는 상기 제2 전극 탭(270)의 탭 중첩부와 탭 연장부 사이의 경계를 감싸는 절연성 띠 부재이다. 상기 절연 테이프(260a, 270a)에 의해 상기 전극 탭의 단락이 방지되며 상기 전극 탭에서 발생하는 열이 차단된다.

상기 전극 조립체는 한 쌍의 완충층(248, 249)를 포함한다. 상기 한 쌍의 완충층은 제1 전극(210)에 구비되는 제1 완충층(246) 및 제2 전극(220)에 구비되는 제2 완충층(247)을 포함하며, 완충층이 각 전극마다 구비되는 점 이외에는 상술한 실시예와 동일하므로 상세한 설명을 생략한다. 또한 도 24에는 도 5의 완충층과 형상이 동일하나 이에 한정되는 것은 아니고 상술한 변형예(240', 240'', 244, 245, 247) 역시 적용될 수 있음은 물론이다.

본 발명의 또 다른 실시예로서 대략적인 직육면체 형상의 케이스(100, 300)에 전극 조립체(200')가 수용될 수도 있다. 도 25는 본 발명의 또 다른 실시예의 사시도이고, 도 26은 도 25의 실시예의 분해 사시도이다.

상기 전극 조립체(200')는 직육면체 형상의 케이스에 수용되기 위해서 단면이 납작한 타원형으로 권취되며, 제1 전극 탭과 제2 전극 탭은 동일한 쪽에서 상기 전극 조립체의 외부로 연장된다. 본 실시예는 도 1 내지 도 24를 참조하여 설명한 실시예들에서 케이스의 형상과 전극 조립체의 단면 형상이 변형된 것으로, 상술한 실시예와 동일한 구성에 대해서는 동일한 번호를 부여하였으며 중복되는 설명은 생략한다.

본 실시예에서도 도 5의 실시예 및 변형 실시예들에 따른 완충층(240,240', 240'', 244, 245, 247)이 적용되며 상세한 설명은 상술하였으므로 생략한다.

상기 케이스는 일 실시예로서 일단이 개구된 캔(100) 및 상기 캔의 개구를 밀폐하는 캡조립체(300)를 포함한다. 상기 캔(100)은 내부에 공간이 형성되고 일면에 개구부(100a)가 형성된 대략적인 직육면체의 부재로, 상기 개구부(100a)는 상기 전극 조립체의 전극 탭이 돌출되는 부분에 대응된다. 상기 캔(100)은 금속으로 이루어져 그 자체로 전극 단자로 기능할 수도 있다.

상기 캡 조립체(300)는 캡 플레이트(340), 절연 플레이트(350), 단자 플레이트(360) 및 전극 단자(330)를 포함한다. 상기 캡 조립체는 절연 케이스(370)에 의해 상기 전극 조립체와 절연되면서 상기 개구부(100a)에 결합되어 상기 캔(100)을 밀봉한다.

상기 캡 플레이트(340)는 상기 개구부(100a)에 상응하는 크기와 형상을 가지는 금속 판이다. 상기 캡 플레이트(340)의 중앙에는 단자 관통공(341)이 형성되며 상기 단자 관통공에는 전극 단자(330)가 삽입된다. 상기 전극 단자와 상기 단자 관통공 사이에는 튜브 형상의 개스킷(335)이 구비된다. 상기 개스킷은 상기 전극 단자와 상기 캡 플레이트의 절연을 위한 것으로 상기 전극 단자(330)의 외면에 결합되어 상기 단자 관통공에 함께 삽입된다. 상기 전극 단자(330)는 제1 전극 탭(260)을 통해 제1전극(210)과 전기적으로 연결되어 제1전극으로 기능한다.

상기 캡 플레이트에는 전해액 주입구(342)가 형성되고, 미도시되었으나 벤트가 더 형성될 수 있다. 상기 벤트는 상기 캡 플레이트의 단면 두께를 얇게 하여 일체로 형성될 수 있다. 상기 캡 조립체가 상기 캡에 결합되면 상기 전해액 주입구(342)를 통해 전해액이 주입되고 상기 전해액 주입구는 마개(343)로 밀폐된다.

본 발명의 또 다른 실시예로서 파우치형 케이스(100')에 상기 전극 조립체(200')가 수용될 수도 있다. 본 실시예는 상술한 실시예에서 케이스가 파우치형으로 변형된 것이며, 전극 조립체(200')는 상술한 실시예와 그 구성 및 기능이 동일하므로 동일한 구성에 대해서는 동일한 번호를 부여하였으며 상세한 설명은 생략한다.

상기 케이스(110')는 상기 전극 조립체(200')를 감싸는 부재로서 제1 부케이스(117) 및 제2 부케이스(118)를 포함한다. 제1 부케이스(117)에는 상기 전극 조립체)를 수납하는 공간인 수납부(117a)가 형성되고 제2 부케이스(118)는 제1 부케이스(117)를 덮도록 구현될 수 있다. 따라서, 수납부(117a)는 상기 전극 조립체의 형태 및 크기에 대응하도록 구비될 수 있는데, 예를 들어 평판에서 이음부 없이 중공 용기를 만드는 딥드로잉(deep drawing) 공정을 통하여 수납부(117a)를 제작할 수 있을 것이다.

본 실시예에 따른 이차 전지는 상기 전극 조립체와 전해액을 상기 수납부(117a)에 구비시키고, 제1 부케이스(117)와 제2 부케이스(118)를 서로 밀착시킨 상태에서 제1 부케이스(117)의 가장자리(117b)와 제2 부케이스(118)의 가장자리(118b)를 열융착시켜 실링부(112)를 형성함으로써 제작될 수 있다. 이때, 한 쌍의 전극 탭(260, 270)은 실링부(112)를 통하여 상기 케이스(100') 밖으로 연장된다.

도 28을 참조하면, 케이스(100')는 순차적으로 내부 수지층(116a), 금속층(116b), 및 외부 수지층(116c)을 포함할 수 있다. 상기 내부 수지층(116a)은 상기 전극 조립체(200)와 직접 대면하는 부분이고, 상기 외부 수지층(116c)은 케이스(100')의 최외면에 해당하는 부분이다. 상기 내부 수지층과 상기 외부 수지층은 단락 등을 방지하기 위하여 전기적으로 부도체인 고분자 수지 등으로 구성될 수 있다. 상기 금속층은 상기 내부 수지층과 상기 외부 수지층 사이에 구비되어 상기 케이스(100')에 소정의 기계적 강도를 제공할 수 있으며, 예를 들어 알루미늄 등을 포함할 수 있다.

도 29는 여러 실시예의 접촉 저항을 측정한 결과를 나타낸 그래프이고, 도 30은 여러 실시예의 용량 유지율을 측정한 결과를 나타낸 그래프이다. 도 29 및 도 30을 참조하여, 도 5의 실시예에 따른 완충층을 음극에 구비한 경우와 양극에 구비한 경우의 효과를 상세하게 설명한다.

도 29 및 도 30의 시료 1은 완충층이 없는 전극 조립체를 포함하는 이차 전지이고, 시료 2는 이차 전지의 음극에 폴리머 기재층을 포함하는 완충층을 구비한 경우이고, 시료 3은 이차 전지의 양극에 폴리머 기재층을 포함하는 완충층을 구비한 경우이고, 시료 4는 이차 전지의 음극에 금속 기재층을 포함하는 완충층을 구비한 경우이고, 시료 5는 이차 전지의 양극에 금속 기재층을 포함하는 완충층을 구비한 경우이다.

도 29의 그래프는 x축에 시료 번호를 표시하였고, y축에 각 시료에서 측정한 접촉저항(DC IR) 값을 나타내었으며 저항의 단위는 mΩ이다. 도 29를 참조하면, 완충층이 구비되지 않은 권취형 전극 조립체의 경우 접촉 저항이 40mΩ을 초과한다. 그러나 시료 2 내지 5와 같이 음극이나 양극에 완충층을 구비하여 전극 조립체에 가해지는 응력이 완화된 경우 접촉저항이 38mΩ 언저리로 감소되는 것을 알 수 있다.

도 30의 그래프는 x축에 재충전 사이클 횟수를 표시하였고, y축에 각 시료별로 재충전 사이클이 증가함에 따라 초기의 전지 용량이 몇 %까지 유지되는지를 표시하였다. 도 30을 참조하면, 완충층이 구비되지 않은 권취형 전극 조립체의 경우 재충전 횟수가 40회를 넘기면서 용량 유지율이 감소하는 추세가 그 전보다 더 커진다. 그러나 시료 2 내지 5의 경우 전지의 용량 유지율이 감소하는 추세가 재충전 사이클이 80회를 넘길 때까지도 거의 일정하게 유지된다.

또한 시료 1의 경우 재충전 사이클이 80회가 되었을 때 전지의 용량이 초기 용량의 약 87%로 감소하나 시료 2 내지 5의 경우 재충전 사이클이 80회가 되었을 때 전지의 용량이 초기 용량의 약 90%에서 95%로 유지되므로 완충층을 구비하는 이차 전지의 내구성이 더 향상되고 수명도 연장되는 것을 알 수 있다.

20, 100 : 캔 30, 300 : 캡 조립체
200 : 전극 조립체 210 : 제1 전극
220 : 제2 전극 230 : 세퍼레이터
240, 244, 245, 246, 247, 248, 249 : 완충층
250 : 접착층 260 : 제1 전극 탭
270 : 제2 전극 탭

Claims

서로 다른 극성을 띄는 한 쌍의 전극 및 상기 한 쌍의 전극 사이에 개재된 세퍼레이터를 포함하는 전극 조립체; 및
상기 한 쌍의 전극 중 하나와 전기적으로 연결되고, 상기 전극 조립체 외부로 연장되는 적어도 하나의 전극 탭;을 포함하되,
상기 전극 탭은, 상기 전극과 연결되는 용접영역을 포함하며,
상기 전극 탭의 길이 방향을 따라 상기 용접영역으로부터 이격된 전극 탭의 단부에서, 전극 탭의 단부와 전극 사이에 형성된 완충층을 포함하며,
상기 완충층은, 금속 박막 테이프가 전극에 부착되어 형성되며,
상기 전극으로부터의 높이 방향을 따라 완충층의 최상면은, 전극 탭의 최상면 보다 낮은 높이에 형성되는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
제 1항에 있어서,
상기 전극 탭은,
연결되는 전극과 중첩된 탭 중첩부; 및
상기 탭 중첩부에서 상기 전극 조립체 외부로 연장되는 탭 연장부;를 포함하고,
상기 완충층은, 상기 탭 중첩부의 테두리와 적어도 일부분 중첩되는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
제 2항에 있어서,
상기 완충층은 상기 탭 중첩부의 길이방향 단부와 중첩되는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
제 2항에 있어서,
상기 완충층은, 상기 탭 중첩부의 폭방향 단부와 중첩되는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
제 2항에 있어서,
상기 완충층은, 상기 탭 중첩부의 테두리에서 연장되어 상기 전극의 활물질층의 테두리부와 더 중첩되는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
삭제
제 1항에 있어서,
상기 완충층은 상기 전극 탭과 상기 전극의 사이에서 상기 용접영역 옆에 배치되는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
삭제
삭제
제1항에 있어서,
상기 완충층이 구비된 전극과 상기 완충층 사이에 구비되고, 상기 완충층의 적어도 일부와 중첩되는 접착층;을 더 포함하는 이차 전지.
제 10항에 있어서,
상기 접착층은 전도성이 있는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
제 1항에 있어서,
상기 완충층을 덮도록 상기 전극에 구비된 덮개층;을 더 포함하는 이차 전지.
제 12항에 있어서,
상기 덮개층은 절연성 테이프인 것을 특징으로 하는 이차 전지.
삭제
제 1항에 있어서,
상기 한 쌍의 전극 중 하나는 흑연 및 실리콘 중 적어도 하나를 포함하는 이차 전지.