KR102124640B1 - 장변 부위에 결합된 전극 리드를 포함하는 전극조립체 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 평면상으로 2개의 장변과 2개의 단변을 포함하는 사각형 구조로 이루어져 있고; 상기 2개의 장변 중에서, 제 1 장변의 상호 이격된 둘 이상의 부위들에 돌출된 양극 탭, 및 제 2 장변의 상호 이격된 둘 이상의 부위들에 돌출된 음극 탭을 각각 포함하고 있으며; 상기 양극 탭과 음극 탭은 제 1 장변 부위 및 제 2 장변 부위에 위치한 하나의 양극 리드 및 음극 리드에 각각 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 전극조립체를 제공한다.

Description

장변 부위에 결합된 전극 리드를 포함하는 전극조립체 {Electrode Assembly Comprising Electrode Lead Coupled to Long Side Portion}
본 발명은 장변 부위에 결합된 전극 리드를 포함하는 전극조립체에 관한 것이다.
최근, 화석연료의 고갈에 의한 에너지원의 가격 상승, 환경 오염의 관심이 증폭되며, 친환경 대체 에너지원에 대한 요구가 미래생활을 위한 필수 불가결한 요인이 되고 있다. 이에 원자력, 태양광, 풍력, 조력 등 다양한 전력 생산기술들에 대한 연구가 지속되고 있으며, 이렇게 생산된 에너지를 더욱 효율적으로 사용하기 위한 전력저장장치 또한 지대한 관심이 이어지고 있다.
특히, 모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 그에 따라 다양한 요구에 부응할 수 있는 전지에 대한 많은 연구가 행해지고 있다.
대표적으로 전지의 형상 면에서는 얇은 두께로 휴대폰 등과 같은 제품들에 적용될 수 있는 각형 이차전지와 파우치형 이차전지에 대한 수요가 높고, 재료 면에서는 높은 에너지 밀도, 방전 전압, 출력 안정성 등의 장점을 가진 리튬이온 전지, 리튬이온 폴리머 전지 등과 같은 리튬 이차전지에 대한 수요가 높다.
또한, 이차전지는 양극, 음극, 및 양극과 음극 사이에 개재되는 분리막이 적층된 구조의 전극조립체가 어떠한 구조로 이루어져 있는지에 따라 분류되기도 하는 바, 대표적으로는, 긴 시트형의 양극들과 음극들을 분리막이 개재된 상태에서 권취한 구조의 젤리-롤형(권취형) 전극조립체, 소정 크기의 단위로 절취한 다수의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 순차적으로 적층한 스택형(적층형) 전극조립체 등을 들 수 있으며, 최근에는, 상기 젤리-롤형 전극조립체 및 스택형 전극조립체가 갖는 문제점을 해결하기 위해, 상기 젤리-롤형과 스택형의 혼합 형태인 진일보한 구조의 전극조립체로서, 소정 단위의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 적층한 단위셀들을 분리필름 상에 위치시킨 상태에서 순차적으로 권취한 구조의 스택/폴딩형 전극조립체가 개발되었다.
또한, 이차전지는 전지케이스의 형상에 따라, 전극조립체가 원통형 또는 각형의 금속 캔에 내장되어 있는 원통형 전지 및 각형 전지와, 전극조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 내장되어 있는 파우치형 전지로 분류된다.
특히, 최근에는 스택형 또는 스택/폴딩형 전극조립체를 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 전지케이스에 내장한 구조의 파우치형 전지가, 낮은 제조비, 작은 중량, 용이한 형태 변형 등을 이유로, 많은 관심을 모으고 있고 또한 그것의 사용량이 점차적으로 증가하고 있다.
도 1에는 종래의 파우치형 전지셀의 구조를 개략적으로 나타낸 분해 사시도가 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 파우치형 전지셀(100)은, 전극조립체(130), 전극조립체(130)로부터 연장되어 있는 전극 탭들(131, 132), 전극 탭들(131, 132)에 용접되어 있는 전극리드들(140, 141), 및 전극조립체(130)를 수용하는 전지케이스(120)를 포함하는 것으로 구성되어 있다.
전극조립체(130)는 분리막이 개재된 상태에서 양극과 음극이 순차적으로 적층되어 있는 발전소자로서, 스택형 또는 스택/폴딩형 구조로 이루어져 있다. 전극 탭들(131, 132)은 전극조립체(130)의 각 극판으로부터 연장되어 있고, 전극 리드들(140, 141)은 각 극판으로부터 연장된 복수 개의 전극 탭들(131, 132)과, 예를 들어, 용접에 의해 각각 전기적으로 연결되어 있으며, 전지케이스(120)의 외부로 일부가 노출되어 있다. 또한, 전극 리드들(140, 141)의 상하면 일부에는 전지케이스(120)와의 밀봉도를 높이고 동시에 전기적 절연상태를 확보하기 위하여 절연필름(150)이 부착되어 있다.
전지케이스(120)는 전극조립체(130)가 안착될 수 있는 오목한 형상의 수납부(123)를 포함하는 케이스 본체(122)와 그러한 본체(122)에 일체로 연결되어 있는 덮개(121)로 이루어져 있고, 수납부(123)에 전극조립체(130)을 수납한 상태로 접촉부위인 양측부(124)와 상단부(125)를 결합시킴으로써 전지를 완성한다. 전지케이스(120)는 수지 외층/차단성의 금속층/열용융성 수지 실란트층의 알루미늄 라미네이트 구조로 이루어져 있어서, 서로 접하는 덮개(121)와 본체(122)의 양측부(124) 및 상단부(125) 부위에 열과 압력을 가하여 수지층을 상호 융착시킴으로써 결합시킨 밀봉 잉여부를 형성한다. 양측부(124)는 상하 전지케이스(120)의 동일한 수지층들이 직접 접하므로 용융에 의해 균일한 밀봉이 가능하다. 반면에, 상단부(125)에는 전극 리드들(140, 141)이 돌출되어 있으므로 전극 리드들(140, 141)의 두께 및 전지케이스(120) 소재와의 이질성을 고려하여 밀봉성을 높일 수 있도록 전극 리드들(140, 141)과의 사이에 절연필름(150)을 개재한 상태에서 열융착시킨다.
일반적으로, 이러한 구조의 파우치형 전지셀은 전극 탭들과 전극 리드들의 연결 부위를 통해 외부 디바이스와의 전기적 연결이 이루어진다.
그러나, 이러한 구조로 인해 상기 전극 탭들로부터 상대적으로 이격된 전극조립체 부위는 전자 및 이온의 이동성이 저하됨에 따라, 상대적으로 전지셀의 운용간 충분히 활용되지 못하는 문제점이 발생할 수 있다.
또한, 이러한 문제점은 전극조립체의 평면상 전극 탭들이 돌출되지 않은 외주변이 상대적으로 긴 구조로서, 상기 전극조립체의 일 부위가 전극 탭으로부터 멀리 이격된 구조일수록, 보다 악화해질 수 있으며, 이러한 전극조립체의 불균일한 활용은 국부적인 전극의 퇴화를 보다 가속화시킴으로써, 전지셀의 수명을 감소시키고, 국부적인 열화를 발생시켜, 전극조립체의 안전성을 저하시키는 요인으로 작용할 수 있다.
따라서, 이러한 문제점을 근본적으로 해결할 수 있는 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
본 출원의 발명자들은 심도 있는 연구와 다양한 실험을 거듭한 끝에, 이후 설명하는 바와 같이, 상대적으로 긴 길이의 장변에서, 둘 이상의 전극 탭들을 형성하고, 상기 전극 탭들에 하나의 전극 리드가 각각 결합되도록 구성됨으로써, 상기 전극 탭들로부터 이격된 전극조립체 부위에 대한 활용성이 저하되는 종래의 전극조립체와 달리, 전극조립체의 모든 부위에 대한 균일한 활용이 가능하며, 이에 따라, 상기 긴 길이를 갖는 전극조립체의 불균일한 퇴화에 따른 수명 특성 저하의 문제점을 예방할 수 있고, 국부적인 열화에 따른 안전성 저하의 문제점을 해결함으로써, 상기 전극조립체가 긴 길이를 가짐에도 불구하고, 보다 우수한 수명 특성 및 안전성을 발휘할 수 있음을 확인하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전극조립체는,
평면상으로 2개의 장변과 2개의 단변을 포함하는 사각형 구조로 이루어져 있고;
상기 2개의 장변 중에서, 제 1 장변의 상호 이격된 둘 이상의 부위들에 돌출된 양극 탭, 및 제 2 장변의 상호 이격된 둘 이상의 부위들에 돌출된 음극 탭을 각각 포함하고 있으며;
상기 양극 탭과 음극 탭은 제 1 장변 부위 및 제 2 장변 부위에 위치한 하나의 양극 리드 및 음극 리드에 각각 결합되어 있는 구조일 수 있다.
따라서, 상기 전극 탭들로부터 이격된 전극조립체 부위에 대한 활용성이 저하되는 종래의 전극조립체와 달리, 전극조립체의 모든 부위에 대한 균일한 활용이 가능하며, 이에 따라, 상기 긴 길이를 갖는 전극조립체의 불균일한 퇴화에 따른 수명 특성 저하의 문제점을 예방할 수 있고, 국부적인 열화에 따른 안전성 저하의 문제점을 해결함으로써, 상기 전극조립체가 긴 길이를 가짐에도 불구하고, 보다 우수한 수명 특성 및 안전성을 발휘할 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 장변의 길이는 단변의 길이에 대해 200% 이상의 크기일 수 있다.
즉, 본 발명에 따른 전극조립체는 장변의 길이와 단변의 길이의 비가 큰 구조인 경우에, 상기 장변 부위의 둘 이상의 부위들에 돌출된 전극 탭들로 인해, 전극조립체의 균일한 활용이 가능하며, 이에 따라 상기 장변의 길이와 단변의 길이의 비가 큰 전극조립체에서 보다 우수한 효과를 발휘할 수 있다.
만일, 상기 장변의 길이가 단변의 길이에 대해 200% 미만일 경우에는, 상기 전극 탭들이 단변 부위들에 형성되더라도, 앞서 설명한 바와 같은 전극 탭들과 전극조립체의 이격된 부위에서 발생할 수 있는 문제점이 없거나, 적을 수 있어, 본 발명에 따른 전극조립체 구조를 통한 효과가 없거나, 적을 수 있다.
또한, 상기 양극 탭과 음극 탭은, 제 1 장변과 제 2 장변에서, 서로 동일한 간격으로 이격된 3곳 이상의 부위들에 각각 돌출되어 있는 구조일 수 있다.
따라서, 상기 양극 탭과 음극 탭은 전극조립체의 모든 부위에 대한 거리가 감소하는 동시에, 인접한 전극 탭과의 거리가 균일해져, 전극조립체의 모든 부위에 대한 균일한 활용이 가능하며, 이에 따라 전극조립체의 부분적인 퇴화 내지 국부적인 열화를 효과적으로 예방할 수 있다.
한편, 상기 효과를 극대화할 수 있도록, 상기 양극 탭과 음극 탭은, 제 1 장변과 제 2 장변에서, 서로 대향하는 부위들에 각각 돌출되어 있는 구조일 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 양극 리드와 음극 리드는, 각각 양극 탭과 음극 탭에 결합된 상태에서, 일면이 전극조립체의 장변에 대면하도록 수직 절곡되어 있는 구조일 수 있다.
즉, 상기 양극 리드와 음극 리드는, 양극 탭과 음극 탭이 돌출된 제 1 장변과 제 2 장변에 각각 일면이 밀착된 구조로서, 하나의 단변 방향에서 바라보았을 때, 상기 전극 탭의 형상이 "11"자 형상으로 이루어질 수 있다.
따라서, 상기 전극조립체는 평면상 크기를 최소화함으로써, 보다 콤팩트한 구조로 구성될 수 있으며, 상기 전극조립체가 적용되는 디바이스의 공간 활용성을 극대화할 수 있는 동시에, 동일한 크기의 전극조립체에 비해 용량 내지 에너지 밀도를 보다 향상시킬 수 있다.
이러한 경우에, 상기 양극 탭과 음극 탭의 돌출 방향에 대응되는 양극 리드와 음극 리드의 폭은 전극조립체의 두께에 대해 50% 내지 100%의 크기일 수 있다.
만일, 상기 양극 탭과 음극 탭의 돌출 방향에 대응되는 양극 리드와 음극 리드의 폭이 전극조립체의 두께에 대해 50% 미만일 경우에는, 상기 양극 리드와 음극 리드의 폭이 지나치게 작은 경우로서, 양극 탭과 음극 탭이 결합될 수 있는 충분한 공간을 제공할 수 없거나, 상기 전극 탭과 전극 리드의 결합 부위에서의 저항이 증가함으로써, 전극조립체의 출력이 저하되고, 상기 결합 부위에서 집중적으로 발생하는 열로 인해, 안전성이 저하될 수 있다.
이와 반대로, 상기 양극 탭과 음극 탭의 돌출 방향에 대응되는 양극 리드와 음극 리드의 폭이 전극조립체의 두께에 대해 100%를 초과할 경우에는, 상기 양극 리드와 음극 리드의 폭이 전극조립체의 두께에 비해 커짐으로써, 상기 양극 리드와 음극 리드가 전극조립체의 두께 방향으로 돌출된 구조로 이루어질 수 있으며, 이에 따라, 상기 전극조립체의 형상이 불균일해져, 디바이스의 탑재 공간에 대한 제약을 발생시킬 수 있고, 상기 전극조립체의 두께 방향으로 돌출된 양극 리드 및 음극 리드의 부위가 손상되기 쉬워, 내구성이 저하되는 문제점이 발생할 수 있다.
또한, 상기 양극 탭과 음극 탭은 전극조립체의 장변에 대향하여 외측에 위치하는 양극 리드와 음극 리드의 타면에 각각 결합되어 있는 구조일 수 있다.
앞서 설명한 바와 마찬가지로, 상기 양극 리드와 음극 리드는, 각각 양극 탭과 음극 탭에 결합된 상태에서, 일면이 전극조립체의 장변에 대면하도록 수직 절곡되어 있는 구조일 수 있다.
이에 따라, 상기 양극 리드와 음극 리드는, 상기 일면에 대향하는 타면이 각각 전극조립체의 장변에 대향하여 외측에 위치하게 되며, 상기 양극 탭과 음극 탭은 이러한 양극 리드와 음극 리드의 타면에 각각 결합되어 있는 구조일 수 있다.
따라서, 상기 양극 탭과 음극 탭에는 소정의 장력이 발생함으로써, 상기 양극 탭과 음극 탭이 양극 리드와 음극 리드의 내측에 위치하는 일면에 결합되는 경우에 비해, 보다 안정적인 결합 구조를 형성할 수 있다.
한편, 상기 양극 탭과 음극 탭은, 양극 리드와 음극 리드의 타면에 인접하여 결합된 전극 탭으로부터, 이격된 위치에 결합된 전극 탭으로 갈수록, 장변으로부터 돌출된 길이가 연속적 또는 비연속적으로 감소하는 구조일 수 있다.
더욱 구체적으로, 상기 양극 리드와 음극 리드의 타면에 양극 탭과 음극 탭이 결합되는 경우에, 상기 양극 탭들과 음극 탭들 중에서, 양극 리드와 음극 리드의 타면에 인접하여 결합된 전극 탭일수록, 상기 결합 부위로부터 보다 이격된 구조일 수 있다.
따라서, 상기 양극 탭과 음극 탭은, 양극 리드와 음극 리드의 타면에 인접하여 결합된 전극 탭으로부터, 이격된 위치에 결합된 전극 탭으로 갈수록, 장변으로부터 상기 결합 부위까지의 거리가 감소할 수 있으며, 이에 따라, 상기 양극 리드와 음극 리드의 타면에 인접하여 결합된 전극 탭으로부터, 이격된 위치에 결합된 전극 탭으로 갈수록, 장변으로부터 돌출된 길이가 연속적 또는 비연속적으로 감소함으로써, 상기 전극조립체의 장변 부위와 전극 리드의 일면 사이에서 발생하는 전극 탭들의 변형을 최소화할 수 있고, 이에 따라, 상기 전극 탭들의 손상으로 인해 발생할 수 있는 문제점을 없애거나 최소화할 수 있고, 상기 전극조립체의 장변과 전극 리드의 일면 사이에서, 중첩되어 위치하는 전극 탭들로 인해 발생하는 공간을 최소화할 수 있어, 상기 전극조립체의 크기를 최소화할 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 전극조립체의 장변에 대면하여 내측에 위치하는 양극 리드와 음극 리드의 일면에는 각각 절연성 물질이 부가되어 있는 구조일 수 있다.
따라서, 상기 양극 리드와 음극 리드의 절연성이 향상됨으로써, 양극 리드와 음극 리드의 일면이 전극조립체의 장변 부위에서, 상호 극성이 상이한 음극 및 양극과 각각 접촉함으로써 발생할 수 있는 내부 단락을 효과적으로 예방할 수 있다.
이때, 상기 절연성 물질은 절연 테이프 또는 절연성 코팅층일 수 있으나, 상기 절연성 물질이 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 양극 리드와 음극 리드의 일면에 대한 안정적인 결합력을 발휘하는 동시에, 충분한 절연성을 발휘할 수 있는 것이라면, 그 소재 내지 구조가 크게 제한되는 것은 아니다.
또한, 양극 리드와 음극 리드는, 일측 단부가 동일한 단변 방향으로 연장 및 돌출되거나, 또는 서로 다른 단변 방향으로 각각 연장 및 돌출된 구조일 수 있다.
즉, 상기 양극 리드와 음극 리드는, 장변 부위에 돌출된 양극 탭들과 음극 탭들에 각각 결합된 상태에서, 전극조립체의 단변 방향으로 연장 및 돌출됨으로써, 각각 양극 단자와 음극 단자를 형성하며, 이러한 경우에, 상기 양극 리드와 음극 리드는, 서로 동일한 단변 방향 또는 서로 다른 단변 방향으로 각각 연장 및 돌출됨으로써, 동일한 단변에 양극 단자와 음극 단자가 모두 형성되거나, 서로 대향하는 단변 방향에 각각 하나의 양극 단자와 하나의 음극 단자가 형성되는 구조로 이루어질 수 있다.
여기서, 상기 양극 리드와 음극 리드는, 전극조립체의 소망하는 용도 및 구조에 따라, 모두 양극 단변 방향으로 연장 및 돌출됨으로써, 2개의 양극 단자와 2개의 음극 단자를 형성하거나, 2개의 양극 단자와 1개의 음극 단자, 1개의 양극 단자와 2개의 음극 단자를 형성하는 구조로 이루어질 수도 있음은 물론이다.
한편, 상기 전극조립체는 양극, 음극 및 상기 양극과 음극 사이에 개재되어 있는 분리막이 적층된 구조로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 전극조립체는 양극, 음극 및 상기 양극과 음극 사이에 개재되어 있는 분리막이 적층된 구조로 이루어진 둘 이상의 단위셀이 라미네이션 된 구조로 이루어질 수도 있다.
다시 말해, 상기 전극조립체는 장변의 상호 이격된 돌 이상의 부위들에 전극 탭들이 돌출될 수 있는 구조로서, 스택형 구조 또는 라미네이션&스택형 구조로 이루어짐으로써, 상기 전극 탭들의 돌출 구조를 보다 용이하게 형성할 수 있다.
그러나, 상기 전극 탭들이 장변에서 상호 이격된 둘 이상의 부위들에 돌출되어, 하나의 전극 리드에 각각 결합될 수 있는 구조로 이루어질 수 있다면, 상기 전극조립체의 구조가 이에 한정되는 것은 아니며, 보다 상세하게는, 양극 시트와 음극 시트 사이에 분리막 시트가 개재된 상태에서 일 방향으로 권취된 권취형 구조로 이루어지거나, 복수의 단위셀들이 하나의 분리막 시트 상에 위치한 상태에서, 일 방향으로 권취된 스택&폴딩 구조로 이루어질 수도 있음은 물론이다.
또한, 본 발명은 상기 전극조립체가 전지케이스에 수납되어 있는 전지셀을 제공하는 바, 상기 전지케이스는 금속 캔으로 이루어진 각형 케이스 또는 금속층과 수지층을 포함하는 파우치형 케이스 일 수 있다.
상기 구성 내지 구조를 제외한 전극조립체의 나머지 구조는 당업계에 공지되어 있으므로, 본 명세서에서는 이에 대한 자세한 설명은 생략한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전극조립체는, 상대적으로 긴 길이의 장변에서, 둘 이상의 전극 탭들을 형성하고, 상기 전극 탭들에 하나의 전극 리드가 각각 결합되도록 구성됨으로써, 상기 전극 탭들로부터 이격된 전극조립체 부위에 대한 활용성이 저하되는 종래의 전극조립체와 달리, 전극조립체의 모든 부위에 대한 균일한 활용이 가능하며, 이에 따라, 상기 긴 길이를 갖는 전극조립체의 불균일한 퇴화에 따른 수명 특성 저하의 문제점을 예방할 수 있고, 국부적인 열화에 따른 안전성 저하의 문제점을 해결함으로써, 상기 전극조립체가 긴 길이를 가짐에도 불구하고, 보다 우수한 수명 특성 및 안전성을 발휘할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래의 파우치형 전지셀의 구조를 개략적으로 나타낸 분해 사시도이다;
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전극조립체의 구조를 개략적으로 나타낸 모식도이다;
도 3은 도 2의 음극 리드의 수직 단면 구조를 개략적으로 나타낸 모식도이다;
도 4는 도 3의 "A" 부분의 구조를 확대하여 나타낸 모식도이다;
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전극조립체의 구조를 개략적으로 나타낸 모식도이다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 도면들을 참조하여 본 발명을 더욱 상술하지만, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
도 2에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전극조립체의 구조를 개략적으로 나타낸 모식도가 도시되어 있다.
도 2를 참조하면, 전극조립체(200)는 평면상으로 2개의 장변들(201, 203)과 2개의 단변들(202, 204)을 포함하는 사각형 구조로 이루어져 있다.
양극 탭들(211, 212)은 제 1 장변(201)의 상호 이격된 두 군데의 부위들에서 돌출되어 있고, 음극 탭들(221, 222)은 제 2 장변(203)의 상호 이격된 두 군데의 부위들에서 돌출되어 있다.
양극 탭들(211, 212)과 음극 탭들(221, 222)은 제 1 장변(201)과 제 2 장변(203)에서, 서로 대향하는 부위들에 각각 돌출되어 있다.
제 1 장변(201) 부위 및 제 2 장변(203) 부위에는 양극 리드(231)와 음극 리드(232)가 각각 위치해 있으며, 양극 탭들(211, 212)과 음극 탭들(221, 222)은 양극 리드(231)와 음극 리드(232)에 각각 결합되어 있다.
장변들(201, 203)의 길이는 단변들(202, 204)의 길이에 대해 약 270%의 크기로 이루어져 있다.
양극 리드(231)와 음극 리드(232)는, 각각 일측 단부들(231a, 232a)이 제 1 단변(202) 방향으로 연장 및 돌출되어 있다.
따라서, 전극조립체(200)는 제 1 단변(202) 또는 제 2 단변(204)에 양극 탭 및 음극 탭이 형성되는 종래의 전극조립체에 비해, 전극 탭들(211, 212, 221, 222)에 집중되는 전자의 이동을 분산시킬 수 있으며, 이에 따라, 상기 전자의 이동이 집중됨으로써 발생할 수 있는 저항 증가 및 이로 인한 출력 저하의 문제점과 안전성 저하의 문제점을 효과적으로 예방할 수 있다.
도 3에는 도 2의 음극 리드의 수직 단면 구조를 개략적으로 나타낸 모식도가 도시되어 있다.
도 3을 참조하면, 음극 리드(232)는 음극 탭들(222a, 222b)에 결합된 상태에서, 일면(232b)이 전극조립체(200)의 제 2 장변(203)에 대면하도록 수직 절곡된다.
음극 탭들(222a, 222b)은 전극조립체(200)의 제 2 장변(203)에 대향하여 외측에 위치하는 음극 리드(232)의 타면(232c)에 각각 결합되어 있다.
음극 탭들(222a, 222b)은 음극 리드(232)의 타면(232c)에 인접하여 결합된 음극 탭(222a)으로부터, 이격된 위치에 결합된 음극 탭(222b)으로 갈수록, 제 2 장변(203)으로부터 돌출된 길이가 점차 감소한다.
따라서, 전극조립체(200)의 제 2 장변(203) 부위와 음극 리드(232)의 일면(232b) 사이에서 발생하는 음극 탭들(222a, 222b)의 변형을 최소화할 수 있고, 이에 따라, 음극 탭들(222a, 222b)의 손상으로 인해 발생할 수 있는 문제점을 없애거나 최소화할 수 있고, 전극조립체(200)의 제 2 장변(203)과 음극 리드(232)의 일면(232b) 사이에서, 중첩되어 위치하는 음극 탭들(222a, 222b)로 인해 발생하는 공간을 최소화할 수 있어, 전극조립체(200)의 크기를 최소화할 수 있다.
음극 리드(232)의 폭(T1)은 전극조립체(200)의 두께(T2)에 대해, 약 85%의 크기로 이루어져 있다.
따라서, 음극 리드(232)에서, 음극 탭들(222a, 222b)이 결합될 수 있는 충분한 공간을 제공하는 동시에, 음극 리드(232)가 전극조립체(200)의 제 2 장변(203)에 밀착된 상태에서, 전극조립체(200)의 상하면 방향으로 돌출되는 현상을 방지해, 보다 균일한 외면을 형성할 수 있다.
도 4에는 도 3의 "A" 부분의 구조를 확대하여 나타낸 모식도가 도시되어 있다.
도 4를 도 3과 함께 참조하면, 전극조립체(200)의 제 2 장변(203)에 대면하여 내측에 위치하는 음극 리드(232)의 일면(232b)에는 절연 테이프(240)가 부착되어 있다.
따라서, 전극조립체(200)의 제 2 장변(203)과 음극 리드(232) 사이의 절연성이 향상됨으로써, 음극 리드(232)의 일면(232b)이 전극조립체(200)의 제 2 장변(203) 부위에서, 극성이 상이한 양극과 접촉함으로써 발생할 수 있는 내부 단락을 효과적으로 예방할 수 있다.
여기서, 절연 테이프(240)는 전극조립체(200)의 제 2 장변(203)에 대한 밀착력을 향상시키도록, 양면 절연 테이프로 이루어질 수도 있음은 물론이다.
도 5에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전극조립체의 구조를 개략적으로 나타낸 모식도가 도시되어 있다.
도 5를 참조하면, 전극조립체(500)는 양극 탭들(511, 512, 513)이 제 1 장변(501)의 상호 이격된 3 군데의 부위들에서 돌출되어 있고, 음극 탭들(521, 522, 523)은 제 2 장변(503)의 상호 이격된 3 군데의 부위들에서 돌출되어 있다.
양극 탭들(511, 512, 513)과 음극 탭들(521, 522, 523)은 제 1 장변(501)과 제 2 장변(503)에서, 서로 대향하는 부위들에 각각 돌출되어 있다.
양극 리드(531)와 음극 리드(532)는, 전극조립체(500)의 제 1 장변(501)과 제 2 장변(503) 부위에서, 양극 탭들(511, 512, 513)과 음극 탭들(521, 522, 523)에 각각 결합되어 있으며, 일측 단부(531a) 및 타측 단부(532a)가 각각 제 1 단변(502) 및 제 2 단변(504) 방향으로 연장 및 돌출되어 있다.
상기 구조를 제외한 나머지 구조는 도 2의 전극조립체와 동일하므로, 이에 대한 자세한 설명은 생략한다.
이하, 본 발명의 실시예를 참조하여 본 발명을 더욱 상술하지만, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
전극조립체 제조
<참조예>
양극과 음극 사이에 분리막이 개재된 상태로 적층함으로써, 평면상 사각형 구조로 이루어져 있고, 장변의 길이가 단변의 길이에 대해 130%의 크기로 이루어져 있으며, 양극 탭과 음극 탭이 각각 일측 단변의 상호 이격된 부위에 하나씩 형성된 전극조립체를 제조하였다.
<실시예 1>
양극과 음극 사이에 분리막이 개재된 상태로 적층함으로써, 평면상 사각형 구조로 이루어져 있고, 장변의 길이가 단변의 길이에 대해 270%의 크기로 이루어져 있으며, 양극 탭과 음극 탭이 각각 양측 장변들의 중앙 부위에 각각 하나씩 형성된 전극조립체를 제조하였다.
<실시예 2>
양극과 음극 사이에 분리막이 개재된 상태로 적층함으로써, 평면상 사각형 구조로 이루어져 있고, 장변의 길이가 단변의 길이에 대해 270%의 크기로 이루어져 있으며, 양극 탭과 음극 탭이 각각 양측 장변들에 3개씩 형성되어 있고, 하나의 양극 리드가 상기 양극 탭들에 동시에 결합되고, 하나의 음극 리드가 상기 음극 탭들에 동시에 결합되어 있는 구조의 전극조립체를 제조하였다.
<비교예 1>
양극 탭과 음극 탭이 각각 일측 단변의 상호 이격된 부위에 하나씩 형성된 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 용량 및 크기를 갖는 전극조립체를 제조하였다.
전지셀 제조
상기 실시예 1 및 비교예 1에서 제조한 전극조립체를 전해액과 함께 파우치형 전지케이스에 함침시킨 후 밀봉함으로써, 파우치형 전지셀을 제조하였다.
<실험예 1>
저항 분석
실시예 1 및 비교예 1에서 제조된 전지셀의 용량, 저항, 양극 총면적 및 방전면적비저항을 각각 측정하고, 그 결과를 표 1에 나타내었다.
참조예 비교예 1 실시예 1 실시예 2
용량
(Ah, 0.33C)		 45 95 95 95
저항 Rdis
(mOhm, SOC50, 10s)		 2.654 1.088 0.9 0.78
양극 총면적
(m2)		 0.740 2.665 2.665 2.665
방전면적비저항
(mOhm X m2, SOC50, 10s)		 1.964 2.899 2.399 2.079
표 1에서 보이는 바와 같이, 장변의 길이가 단변의 길이에 대해 270%의 크기로 이루어진 경우, 전극 탭들이 장변 부위에 형성된 실시예 1은, 전극 탭들이 단변 부위에 형성되어 있는 비교예 1에 비해, 용량 및 양극 총면적은 동일한 반면에, 저항 및 방전면적비저항이 보다 작은 것을 확인할 수 있다. 이는, 실시예 1의 경우, 전극 탭으로부터 전극조립체의 각 부위에 이르는 거리가 비교예 1에 비해 짧아짐에 따라, 저항이 감소한다는 점을 의미하고, 이에 따라 상기 전극조립체를 포함하는 전지셀의 출력 저하를 방지할 수 있음을 나타낸다.
또한, 양측 장변 부위에 각각 3개의 전극 탭들이 형성된 실시예 2의 경우, 장변의 길이가 단변의 길이에 대해 130%의 크기로 이루어진 참조예와 유사한 방전면적비 저항을 나타냄을 확인할 수 있다.
따라서, 장변의 길이가 단변의 길이에 대해 200% 이상인 전극조립체에서, 전극 탭이 장변 부위, 보다 상세하게는, 장변 부위의 상호 이격된 둘 이상의 부위들에 형성됨으로써, 전극조립체의 각 부위에 이르는 거리가 상대적으로 짧아짐으로써, 방전면적비저항이 감소해, 전지의 출력 특성을 향상시킬 수 있음을 용이하게 알 수 있다.
<실험예 2>
용량 유지율 분석
실시예 1 및 비교예 1에서 제조된 전지셀을 섭씨 25도의 상온에서 상한 전압 4.25V의 CC/CV 모드로 500 사이클 동안 충전 및 방전한 후, 용량 유지율을 측정하고, 그 결과를 표 2에 나타내었다.
1 사이클 잔여용량(%) 500 사이클 잔여용량(%)
실시예 1 99.9 87.2
비교예 1 99.9 73.5
표 2에서 보이는 바와 같이, 실시예 1의 경우, 비교예 1에 비해, 전극조립체의 모든 부위에 대한 균일한 활용이 가능해, 500 사이클 이후에도 용량 유지율이 87.2% 이상임을 확인할 수 있다. 반면에, 비교예 1의 경우에는 전극 탭이 위치한 단변 부위로부터 이격된 전극조립체 부위에 대한 활용이 감소함으로써, 부분적인 퇴화가 가속화되어, 용량 유지율이 73.5%로 실시예에 비해 상당히 낮음을 확인할 수 있다.
따라서, 장변의 길이가 단변의 길이에 대해 200% 이상인 전극조립체에서, 전극 탭이 장변 부위에 형성됨으로써, 전극조립체의 모든 부위에 대한 균일한 활용이 가능해짐으로써, 전지의 수명 특성을 향상시킬 수 있음을 용이하게 알 수 있다.
이상 본 발명의 실시예 및 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하였지만, 본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 상기 내용을 바탕을 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.

Claims (15)

  1. 평면상으로 2개의 장변과 2개의 단변을 포함하는 사각형 구조로 이루어져 있고;
    상기 2개의 장변 중에서, 제 1 장변의 상호 이격된 둘 이상의 부위들에 돌출된 양극 탭, 및 제 2 장변의 상호 이격된 둘 이상의 부위들에 돌출된 음극 탭을 각각 포함하고 있으며;
    상기 제 1 장변의 상호 이격된 둘 이상의 부위들에 돌출된 양극 탭들은 제1 장변 부위에 위치한 하나의 양극 리드에 결합되어 있고,
    상기 제 2 장변의 상호 이격된 둘 이상의 부위들에 돌출된 음극 탭들은 제2 장변 부위에 위치한 음극 리드에 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 장변의 길이는 단변의 길이에 대해 200% 이상의 크기인 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 양극 탭과 음극 탭은, 제 1 장변과 제 2 장변에서, 서로 동일한 간격으로 이격된 3곳 이상의 부위들에 각각 돌출되어 있는 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 양극 탭과 음극 탭은, 제 1 장변과 제 2 장변에서, 서로 대향하는 부위들에 각각 돌출되어 있는 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 양극 리드와 음극 리드는, 각각 양극 탭과 음극 탭에 결합된 상태에서, 일면이 전극조립체의 장변에 대면하도록 수직 절곡되어 있는 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 양극 탭과 음극 탭의 돌출 방향에 대응되는 양극 리드와 음극 리드의 폭은 전극조립체의 두께에 대해 50% 내지 100%의 크기인 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  7. 제 5 항에 있어서, 상기 양극 탭과 음극 탭은 전극조립체의 장변에 대향하여 외측에 위치하는 양극 리드와 음극 리드의 타면에 각각 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  8. 제 5 항에 있어서, 상기 양극 탭과 음극 탭은, 양극 리드와 음극 리드의 타면에 인접하여 결합된 전극 탭으로부터, 이격된 위치에 결합된 전극 탭으로 갈수록, 장변으로부터 돌출된 길이가 연속적 또는 비연속적으로 감소하는 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  9. 제 5 항에 있어서, 상기 전극조립체의 장변에 대면하여 내측에 위치하는 양극 리드와 음극 리드의 일면에는 각각 절연성 물질이 부가되어 있는 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 절연성 물질은 절연 테이프 또는 절연성 코팅층인 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  11. 제 1 항에 있어서, 양극 리드와 음극 리드는, 일측 단부가 동일한 단변 방향으로 연장 및 돌출되거나, 또는 서로 다른 단변 방향으로 각각 연장 및 돌출된 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 전극조립체는 양극, 음극 및 상기 양극과 음극 사이에 개재되어 있는 분리막이 적층된 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  13. 제 1 항에 있어서, 상기 전극조립체는 양극, 음극 및 상기 양극과 음극 사이에 개재되어 있는 분리막이 적층된 구조로 이루어진 둘 이상의 단위셀이 라미네이션 된 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  14. 제 1 항에 따른 전극조립체가 전지케이스에 수납되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 전지케이스는 금속 캔으로 이루어진 각형 케이스 또는 금속층과 수지층을 포함하는 파우치형 케이스인 것을 특징으로 하는 전지셀.
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