KR102052003B1 - 전극조립체 - Google Patents

Abstract

본 발명은 충격에 의한 발화를 방지할 수 있는 전극조립체에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 전극조립체는 권취되는 제1 전극 포일, 상기 제1 전극 포일을 가로지르게 마련되는 절취부 및 상기 절취부를 기준으로 상기 제1 전극 포일의 양측에 각각 적층되어 권취되는 제2 전극 포일을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

전극조립체{ELECTRODE ASSEMBLY}

본 발명은 전극조립체에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 충격에 의한 발화를 방지할 수 있는 전극조립체에 관한 것이다.

물질의 물리적 반응이나 화학적 반응을 통해 전기에너지를 생성시켜 외부로 전원을 공급하게 되는 전지(cell, battery)는 각종 전기전자 기기로 둘러싸여 있는 생활환경에 따라, 건물로 공급되는 교류 전원을 획득하지 못할 경우나 직류전원이 필요할 경우 사용하게 된다.

이와 같은 전지 중에서 화학적 반응을 이용하는 화학전지인 일차전지와 이차전지가 일반적으로 많이 사용되고 있는데, 일차전지는 건전지로 통칭되는 것으로 소모성 전지이다.

또한, 이차전지는 전류와 물질 사이의 산화환원과정이 다수 반복 가능한 소재를 사용하여 제조되는 재충전식 전지로서, 전류에 의해 소재에 대한 환원반응이 수행되면 전원이 충전되고, 소재에 대한 산화반응이 수행되면 전원이 방전되는데, 이와 같은 충전-방전이 반복적으로 수행되면서 전기가 생성되게 된다.

한편, 이차 전지 중 리튬 이온 전지는 양극 도전 포일과 음극 도전 포일에 각각 활물질을 일정한 두께로 코팅하고, 상기 양 도전 포일 사이에는 분리막이 개재되도록 하여 대략 젤리 롤(jelly roll) 내지는 원통 형태로 다수 회 권취하여 제작한 전극조립체를 원통형 또는 각형 캔, 파우치 등에 수납하고 이를 밀봉 처리하여 제작된다.

대한민국공개특허공보 제10-2007-0097152호에는 종래의 젤리롤형 전극조립체 및 이를 가지는 이차 전지가 개시되어 있다.

이와 같은 종래의 이차전지는 원형 셀의 고용량화로 캔(can) 외벽, 포일(foil) 등에서 얇은 재료를 사용하면서 기계적 테스트에 취약해졌으며, 임팩트 테스트에 실패하는 확률이 증가하고 있다는 문제점이 있다.

따라서 본 발명은 위와 같은 문제점에 의해 안출된 것으로서, 본 발명의 과제는 전극의 단선을 유도하여 전극 포일 간의 쇼트를 유도하여 외부 충격에 의한 발화를 방지할 수 있는 전극조립체를 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 전극조립체는 권취되는 제1 전극 포일, 상기 제1 전극 포일을 가로지르게 마련되는 절취부 및 상기 절취부를 기준으로 상기 제1 전극 포일의 양측에 각각 적층되어 권취되는 제2 전극 포일을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 제1 전극 포일은 외부로부터의 충격 인가 시에 상기 절취부를 따라 절단될 수 있다.

상기 절취부는 상기 제1 전극 포일의 중앙을 가로지를 수 있다.

상기 절취부는 노치일 수 있다.

상기 제1 전극 포일은 음극 포일이고 상기 제2 전극 포일은 양극 포일일 수 있다.

상기 제1 전극 포일과 상기 제2 전극 포일의 사이에는 분리막이 적층될 수 있다.

본 발명에 따르면, 전극 포일의 단선을 유도함에 따른 이차전지의 발화를 방지하는 효과가 있다.

본 발명에 따르면, 이차전지의 발화를 방지하여 임팩트 테스트의 성공률을 높이는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극조립체를 개략적으로 도시한 구성도이다.
도 2는 도 1의 전극조립체가 단선되는 것을 도시한 사용상태도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전극조립체에 대하여 상세히 설명하기로 한다.

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 불과하고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도면에서 각 구성요소 또는 그 구성요소를 이루는 특정 부분의 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 따라서, 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다. 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그러한 설명은 생략하도록 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극조립체를 개략적으로 도시한 구성도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 전극조립체는 권취되는 제1 전극 포일(10), 상기 제1 전극 포일(10)을 가로지르게 마련되는 절취부(20) 및 상기 절취부(20)를 기준으로 상기 제1 전극 포일(10)의 양측에 각각 적층되어 권취되는 제2 전극 포일(30)을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 전극조립체는 양극 활물질이 코팅된 양극, 음극 활물질이 코팅된 음극, 양극 및 음극 사이에 위치하여 양극과 음극의 쇼트(short)를 방지하고 리튬 이온의 이동만 가능하게 하는 분리막(40)으로 이루어진다.

또한, 일반적으로 양극은 알루미늄(Al) 재질의 양극 포일(foil), 음극은 구리 재질의 음극 포일(foil)을 사용하며, 분리막(40)은 예를 들어, 폴리에틸렌(PE), 폴리스틸렌(PS), 폴리프로필렌(PP) 및 폴리에틸렌(PE)과 폴리프로필렌(PP)의 공중합체(co-polymer)로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나의 기재에 폴리비닐리덴 플로우라이드-헥사플로로프로필렌 공중합체(PVDF-HFP co-polymer)를 코팅함으로써 제조될 수 있지만, 본 발명에서 위의 소재를 한정하는 것은 아니다.

제1 전극 포일(10)과 제2 전극 포일(30)은 양극 활물질 또는 음극 활물질을 코팅할 수 있는데 양극 활물질을 코팅하게 되면 양극이 되고 음극 활물질을 코팅하게 되면 음극이 된다.

여기서, 제1 전극 포일(10)과 제2 전극 포일(30)은 상호 다른 극성으로 이루어진다.

즉, 제1 전극 포일(10)이 양극일 경우 제1 전극 포일(10)에는 양극 활물질이 코팅되고, 제2 전극 포일(30)은 음극 활물질이 코팅되어 음극으로 이루어지고, 반대로 제1 전극 포일(10)이 음극일 경우 제1 전극 포일(10)에는 음극 활물질이 코팅되고, 제2 전극 포일(30)은 양극 활물질이 코팅되어 양극으로 이루어진다.

그리고 본 발명에서는 제1 전극 포일(10)이 음극 포일을 형성하고, 제2 전극 포일(30)이 양극 포일을 형성하는 것이 바람직하다.

즉, 양극 포일과 음극에 도포된 음극 활물질이 접촉하는 경우 이차전지에서 발화가 발생하기 가장 쉽기 때문에, 제1 전극 포일(10)을 음극 포일로 형성하여 충격 발생시 음극 포일의 단선을 유도하여 양극 포일에 데미지가 발생하는 것을 방지함에 따라 양극 포일과 음극 활물질의 접촉을 차단할 수 있어 충격에 따른 이차전지의 발화를 방지할 수 있다.

하지만, 상황에 따라 제1 전극 포일(10)을 양극 포일로 형성하여, 양극 포일의 단선을 유도하게 할 수도 있다.

양극 활물질로는 칼코게나이드(chalcogenide) 화합물이 사용되고 있으며, 그 예로 LiCoO2, LiMn2O4, LiNiO2, LiNi1-xCoxO2(0<x<1), LiMnO2 등의 복합 금속 산화물들이 사용되고 있다.

음극 활물질은 탄소(C) 계열 물질, 규소(Si), 주석(Sn), 틴 옥사이드, 틴 합금 복합체(compositetin alloys), 전이 금속 산화물, 리튬 금속 나이트라이드 또는 리튬 금속 산화물 등이 사용되고 있다.

도 2는 도 1의 전극조립체가 단선되는 것을 도시한 사용상태도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 제1 전극 포일(10)은 임팩트(impact) 테스트 등과 같은 외부로부터의 충격 인가 시에 절취부(20)에 의해 절단되도록 단선이 유도된다.

절취부(20)는 제1 전극 포일(10)의 중앙을 둘레 방향으로 가로지르는 노치(notch)일 수 있는데, 절취부(20)는 일 실시예로 점선 형태를 형성할 수 있다.

하지만, 절취부(20)를 점선 형태로 한정하는 것은 아니며 제1 전극 포일(10)의 단선을 유도할 수 있다면 그 형태는 자유롭게 설계가 가능하다.

제2 전극 포일(30)은 제1 전극 포일(10)에 형성된 절취부(20)를 회피하기 위하여 절취부(20)를 경계로 나뉘도록 제1 전극 포일(10)의 둘레 표면에 각각 적층되어 한 쌍을 이룬다.

이와 같이 제1 전극 포일(10)에 한 쌍으로 적층된 제2 전극 포일(30)은 전극조립체가 받은 충격에 의해 제1 전극 포일(10)이 절취부(20)에 의해 단선 되더라도 충격에 의한 데미지는 절취부(20)에서 소모되기 때문에 절취부(20)를 회피하여 제1 전극 포일(10)에 적층된 제2 전극 포일(30)은 충격에 의한 손상을 최소화할 수 있다.

또한, 분리막(40)은 제1 전극 포일(10)과 제2 전극 포일(30)의 사이에 적층되어 제1 전극 포일(10)과 제2 전극 포일(30)을 분리하는 역할을 하기 때문에 제2 전극 포일(30)과 같이 절취부(20)를 회피하여 제1 전극 포일(10)과 제2 전극 포일(30)의 사이에 형성되게 함에 따라 전극조립체가 받는 충격으로부터 받는 피해를 최소화하는 것이 바람직하다.

상술한 바와 같은 본 발명에 따르면, 전극 포일의 단선을 유도함에 따른 이차전지의 발화를 방지하는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 이차전지의 발화를 방지하여 임팩트 테스트의 성공률을 높이는 효과가 있다.

이상과 같이 본 발명에 따른 전극조립체을 예시된 도면을 참고하여 설명하였으나, 본 발명은 이상에서 설명된 실시예와 도면에 의해 한정되지 않으며, 특허청구범위 내에서 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자들에 의해 다양한 수정 및 변형이 가능하다.

10: 제1 전극 포일
20: 절취부
30: 제2 전극 포일
40: 분리막

Claims (6)

1. 권취되는 제1 전극 포일(10);
   상기 제1 전극 포일(10)을 가로지르게 마련되는 절취부(20); 및
   상기 절취부(20)를 기준으로 상기 제1 전극 포일(10)의 양측에 각각 적층되어 권취되는 제2 전극 포일(30); 을 포함하는 것을 특징으로 하는 전극조립체.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 제1 전극 포일(10)은 외부로부터의 충격 인가 시에 상기 절취부(20)를 따라 절단되는 것을 특징으로 하는 전극조립체.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 절취부(20)는 상기 제1 전극 포일(10)의 중앙을 가로지르는 것을 특징으로 하는 전극조립체.
4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 절취부(20)는 노치(notch)인 것을 특징으로 하는 전극조립체.
5. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제1 전극 포일(10)은 음극 포일이고 상기 제2 전극 포일(30)은 양극 포일인 것을 특징으로 하는 전극조립체.
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 제1 전극 포일(10)과 상기 제2 전극 포일(30)의 사이에는 분리막(40)이 적층되는 것을 특징으로 하는 전극조립체.

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