KR102281113B1

KR102281113B1 - 전극, 전극조립체 및 그를 포함하는 이차전지

Info

Publication number: KR102281113B1
Application number: KR1020180121391A
Authority: KR
Inventors: 배성훈; 김승철
Original assignee: 주식회사 엘지에너지솔루션
Priority date: 2018-10-11
Filing date: 2018-10-11
Publication date: 2021-07-26
Also published as: US10903481B2; KR20200041217A; US20200119330A1

Abstract

본 발명은 분리막을 사이에 두고 적층방향으로 적층된 제1 및 제2 전극을 포함하는 전극조립체로서, 상기 제1 전극은 제1 전극활물질이 코팅된 제1 코팅부와, 상기 제1 전극활물질이 코팅되지 않고 제1 코팅부의 측면에 있는 제1 무지부를 포함하고, 상기 제2 전극은 제2 전극활물질이 코팅된 제2 코팅부와, 상기 제2 전극활물질이 코팅되지 않고 제2 코팅부의 측면에 있는 제2 무지부를 포함하며, 상기 제1 무지부와 상기 제2 무지부는 적층방향으로 중첩되지 않는다.

Description

전극, 전극조립체 및 그를 포함하는 이차전지{ELECTRODE , ELECTRODE ASSEMBLY AND SECONDARY BATTERY COMPRISING THE SAME}

본 발명은 전극, 전극조립체 및 그를 포함하는 이차전지에 관한 것으로서, 특히 전극탭인 무지부의 면적을 크게 확보할 수 있는 전극, 전극조립체 및 그를 포함하는 이차전지에 관한 것이다.

일반적으로 이차 전지(secondary battery)는 충전이 불가능한 일차 전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 전지를 말하며, 이러한 이차 전지는 폰, 노트북 컴퓨터 및 캠코더 등의 첨단 전자 기기 분야에서 널리 사용되고 있다.

상기한 이차전지는 전극조립체가 금속 캔에 내장되는 캔형 이차전지와, 전극조립체가 파우치에 내장되는 파우치형 이차전지로 분류되며, 상기 파우치형 이차전지는 전극과 분리막이 교대로 적층된 전극조립체, 전해액, 상기 전극조립체와 상기 전해액을 수용하는 파우치를 포함한다.

그리고 상기 전극조립체는 복수개의 전극과 상기 복수개의 전극 사이에 개재되는 분리막을 포함하며, 상기 전극에는 전극탭이 구비된다.

그러나 상기한 전극탭은 상기 전극에 비해 작은 면적을 가지며, 이에 따라 상기 전극탭에 저항 및 발열이 크게 발생하고, 그 결과 전지 성능을 감소시키는 문제점이 있었다.

특허등록번호 제10-0958649호

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로, 본 발명의 목적은 전극탭인 무지부의 면적을 증대하여 상기 무지부에 발생하는 저항 및 발열을 크게 감소시키며, 그 결과 전지 성능을 크게 향상시킬 수 있는 전극, 전극조립체 및 그를 포함하는 이차전지를 제공하는 것에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 제1 발명의 분리막을 사이에 두고 적층방향으로 적층된 제1 및 제2 전극을 포함하는 전극조립체는 상기 제1 전극은 제1 전극활물질이 코팅된 제1 코팅부와, 상기 제1 전극활물질이 코팅되지 않고 제1 코팅부의 측면에 있는 제1 무지부를 포함하고, 상기 제2 전극은 제2 전극활물질이 코팅된 제2 코팅부와, 상기 제2 전극활물질이 코팅되지 않고 제2 코팅부의 측면에 있는 제2 무지부를 포함하며, 상기 제1 무지부와 상기 제2 무지부는 적층방향으로 중첩되지 않을 수 있다.
상기 제1 코팅부는 원형의 형태로 형성되고, 상기 제1 무지부는 원호 형상으로 형성되며, 상기 제2 코팅부는 원형의 형태로 형성되고, 상기 제2 무지부는 원호 형상으로 형성될 수 있다.
상기 제1 무지부와 상기 제2 무지부는 각각 90°이상의 원호각을 가질 수 있다.
상기 제1 무지부와 상기 제2 무지부는 170°이하의 원호각을 가질 수 있다.
상기 제1 무지부와 상기 제2 무지부는 같은 원호각을 가질 수 있다.
상기 제1 무지부의 단부와 상기 제2 무지부의 단부 사이에는 제1 무지부와 제2 무지부가 접하지 않게 차단하는 차단부가 구비될 수 있다.
상기 차단부의 양쪽 표면은 서로 마주보는 상기 제1 무지부의 단부와 상기 제2 무지부의 단부가 각각 고정될 수 있다.
상기 차단부는 반도체소재로 형성되며, 상기 반도체소재는 설정온도 이하시 절연성을 가짐에 따라 상기 제1 무지부의 단부와 상기 제2 무지부의 단부의 연결을 차단하고, 설정온도 이상시 도체로 변화되어 상기 제1 무지부의 단부와 상기 제2 무지부의 단부를 전류가 흐르게 연결할 수 있다.
상기 설정된 온도는 60℃~80℃일 수 있다.
한편, 본 발명의 이차전지는 전극조립체; 상기 전극조립체를 수용하는 케이스; 및 상기 제1 전극에 구비된 제1 무지부에 결합되고 끝단이 상기 케이스 밖으로 인출되는 제1 리드와, 상기 제2 전극에 구비된 제2 무지부에 결합되고 끝단이 상기 케이스 밖으로 인출되는 제2 리드를 구비한 리드부재를 포함할 수 있다.
상기 제1 무지부와 상기 제1 리드의 결합면은 동일한 원호각을 가지고, 상기 제2 무지부와 상기 제2 리드의 결합면은 동일한 원호각을 가질 수 있다.
상기 제1 무지부는 ㄷ자 형태를 가지고, 상기 제1 코팅부의 일측 끝단과 상기 끝단과 접하는 상기 제1 코팅부의 양측단에 접촉되게 배치되고, 상기 제2 무지부는 ㄷ자 형태를 가지고, 상기 제2 코팅부의 일측 끝단과 상기 끝단과 접하는 상기 제2 코팅부의 양측단에 접촉되게 배치될 수 있다.
상기 제1 무지부와 상기 제2 무지부는 동일한 크기를 가질 수 있다.
상기 제1 무지부의 단부와 상기 제2 무지부의 단부 사이에는 제1 무지부와 제2 무지부가 접하지 않게 차단하는 차단부가 구비될 수 있다.
상기 차단부의 양쪽 표면은 서로 마주보는 상기 제1 무지부의 단부와 상기 제2 무지부의 단부에 각각 고정될 수 있다.
상기 차단부는 반도체소재로 형성되며, 상기 반도체소재는 설정온도 이하시 절연성을 가짐에 따라 상기 제1 무지부의 단부와 상기 제2 무지부의 단부의 연결을 차단하고, 설정온도 이상시 도체로 변화되어 상기 제1 무지부의 단부와 상기 제2 무지부의 단부를 전류가 흐르게 연결할 수 있다.
한편, 본 발명의 이차전지는 전극조립체; 상기 전극조립체를 수용하는 케이스; 및 상기 제1 전극에 구비된 제1 무지부에 결합되고 끝단이 상기 케이스 밖으로 인출되는 제1 리드와, 상기 제2 전극에 구비된 제2 무지부에 결합되고 끝단이 상기 케이스 밖으로 인출되는 제2 리드를 구비한 리드부재를 포함할 수 있다.
상호 결합된 상기 제1 무지부와 상기 제1 리드의 결합면은 동일한 'ㄷ'자 형태를 가지고, 상호 결합된 상기 제2 무지부와 상기 제2 리드의 결합면은 동일한 'ㄷ'자 형태를 가질 수 있다.

삭제

본 발명의 전극은 무지부의 면적을 효과적으로 증대시킬 수 있고, 이에 따라 무지부에 발생하는 저항과 발열을 크게 감소시킬 수 있으며, 그 결과 전극 성능을 향상시킬 수 있다.

본 발명의 전극조립체는 면적이 증대된 전극을 포함하는 것에 특징을 가지며, 이와 같은 특징으로 인해 전극조립체에 발생하는 저항 및 발열을 크게 감소시킬 수 있고, 그 결과 전극조립체의 성능을 향상시킬 수 있다.

본 발명의 이차전지는 면적이 증대된 전극을 구비한 전극조립체를 포함하는 것에 특징을 가지며, 이와 같은 특징으로 인해 이차전지에 발생하는 저항 및 발열을 크게 감소시킬 수 있고, 그 결과 이차전지의 성능을 향상시킬 수 있다.

도 1은 제1 발명의 제1 실시예에 따른 전극을 도시한 사시도.
도 2는 제1 발명의 제2 실시예에 따른 전극조립체를 도시한 사시도.
도 3은 제1 발명의 제2 실시예에 따른 전극조립체를 도시한 단면도.
도 4는 제1 발명의 제2 실시예에 따른 전극조립체의 제1 전극을 도시한 평면도.
도 5는 제1 발명의 제2 실시예에 따른 전극조립체의 제2 전극을 도시한 평면도.
도 6은 제1 발명의 제3 실시예에 따른 이차전지를 도시한 사시도.
도 7은 제1 발명의 제3 실시예에 따른 이차전지를 도시한 평면도.
도 8은 제1 발명의 제3 실시예에 따른 이차전지를 도시한 부분단면 평면도.
도 9는 제1 발명의 제3 실시예에 따른 이차전지를 도시한 측면도.
도 10은 제1 발명의 제3 실시예에 따른 이차전지를 도시한 단면도.
도 11은 제2 발명의 제1 실시예에 따른 전극을 도시한 사시도.
도 12는 제2 발명의 제2 실시예에 따른 전극조립체를 도시한 사시도.
도 13은 제2 발명의 제2 실시예에 따른 전극조립체를 도시한 단면도.
도 14는 제2 발명의 제3 실시예에 따른 이차전지를 도시한 사시도.
도 15는 제2 발명의 제3 실시예에 따른 이차전지를 도시한 단면도.
도 16은 제3 발명의 제1 실시예에 따른 전극조립체를 도시한 평면도.
도 17은 제3 발명의 제2 실시예에 따른 전극조립체를 도시한 평면도.
도 18은 본 발명의 실험결과를 나타낸 표

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

[제1 발명]

제1 발명의 제1 실시예에 따른 전극

제1 발명의 제1 실시예에 따른 전극(1)은 원호 형태의 무지부를 포함하여 상기 무지부의 면적을 크게 증대시키는 구조를 가진다.

일례로, 제1 발명의 제1 실시예에 따른 전극(1)은 도 1에 도시되어 있는 것과 같이, 원형의 형태로 형성되고 전극활물질이 코팅된 코팅부(1a), 및 상기 코팅부(1a)의 일측에 두께를 가지는 원호 형상으로 형성되고 전극활물질이 없는 무지부(1b)를 포함한다. 즉, 상기 전극(1)은 무지부(1b)를 원호 형태로 형성함에 따라 무지부(1b)의 면적을 증대시킬 수 있고, 특히 코팅부(1a)와 무지부(1b)의 연결되는 면적이 증대되면서 저항 및 발열을 효과적으로 분산시킬 수 있으며, 그 결과 무지부(1b)에 발생하는 저항 및 발열을 감소시킬 수 있다.

또한, 상기 전극(1)은 코팅부(1a)와 무지부(1b)의 연결되는 면적을 크게 증대시킬 수 있으며, 이에 따라 코팅부(1a)와 무지부(1b)의 연결 부분에 발생하는 응력을 효과적으로 분산시킬 수 있고, 그 결과 무지부(1b)의 훼손을 방지할 수 있다.

한편, 상기 무지부(1b)는 상기 코팅부(1a)의 중심점(O)을 기준으로 90°이상의 원호각(α)을 가진다. 즉, 상기 무지부(1b)는 90°이상의 원호각으로 형성할 경우 상기 코팅부(1a)의 1/4 이상의 외주면과 연결시킬 수 있고, 이에 따라 코팅부(1a)와의 연결성을 효과적으로 높일 수 있다.

한편, 상기 무지부(1b)는 상기 코팅부(1a)의 중심점을 기준으로 170°이하의 원호각을 가진다. 즉, 서로 다른 극성을 가진 제1 및 제2 전극을 교대로 적층할 경우 상기 제1 및 제2 전극에 구비된 제1 및 제2 무지부가 서로 반대방향을 향하게 배치되는데, 이때 제1 및 제2 무지부의 원호각이 180°이상일 경우 상기 제1 및 제2 무지부가 접촉되면서 쇼트가 발생할 수 있다. 특히 상기 제1 및 제2 전극는 교대로 적층시 사행 불량이 발생할 수 있기 때문에 소정의 공간을 확보할 필요가 있다. 이에 따라 상기 무지부(1b)는 상기 코팅부(1a)의 중심점을 기준으로 170°이하의 원호각으로 형성하며, 그 결과 쇼트 발생을 미연에 방지할 수 있다.

따라서 제1 발명의 제1 실시예에 따른 전극(1)은 원형의 코팅부(1a)와 원호 형태의 무지부(1b)를 포함하는 것에 특징을 가지며, 이와 같은 특징으로 인해 무지부(1b)의 면적을 크게 증대시킬 수 있고, 그 결과 무지부(1b)에 발생하는 저항 및 발열을 효과적으로 감소시켜서 전극 성능을 높일 수 있다.

한편, 본 발명에서는 원형의 코팅부(1a)를 하나의 실시예로 설명하였으나, 적용 기술에 따라 타원형, 원호를 가진 다각형의 형태로 형성할 수도 있다.

한편, 본 발명에서는 활 무늬 형태의 무지부(1b)를 하나의 실시예로 설명하였으나, 적용 기술에 따라 한 부분이 상기 원형의 코팅부(1a)에 연결되는 형태라면 어느 형태든 적용이 가능하다.

한편, 상기 전극(1)은 도 2를 참조하면, 극성에 따라 제1 전극(11)과 제2 전극(12)으로 구비되고, 상기 제1 전극(11)은 양극, 상기 제2 전극(12)은 음극일 수 있다.

제1 발명의 제2 실시예에 따른 전극조립체

제1 발명의 제2 실시예에 따른 전극조립체(10)는 전술한 제1 실시예에 따른 전극을 포함하는 구조를 가진다.

일례로, 제1 발명의 제2 실시예에 따른 전극조립체(10)는 도 2 내지 도 5에 도시되어 있는 것과 같이, 분리막(13)을 개재한 상태로 적층되는 제1 및 제2 전극(11)(12)을 포함한다.

상기 제1 전극(11)은 도 4를 참조하면, 원형의 형태로 형성되고 전극활물질이 코팅된 제1 코팅부(11a)와, 상기 제1 코팅부(11a)의 일측에 두께를 가지는 원호 형상으로 형성되고 전극활물질이 없는 제1 무지부(11b)를 구비한다. 즉, 상기 제1 전극(11)은 원형의 제1 코팅부(11a) 외주면에 원호 형상으로 제1 무지부(11b)를 형성함에 따라 제1 무지부(11b)의 면적을 증대시킬 수 있다.

상기 제2 전극(12)은 도 5를 참조하면, 원형의 형태로 형성되고 전극활물질이 코팅된 제2 코팅부(12a)와, 상기 제2 코팅부(12a)의 타측에 두께를 가지는 원호 형상으로 형성되고 전극활물질이 없는 제2 무지부(12b)를 구비한다. 즉, 상기 제2 전극(12)은 원형의 제2 코팅부(12a)를 원형의 형태로 형성하고, 원형의 형태인 상기 제2 코팅부(12a)의 외주면에 원호 형상으로 제2 무지부(12b)를 형성하되, 상기 제2 코팅부(12a)의 중심점을 기준으로 제2 무지부(12b)를 형성함에 따라 제2 무지부(12b)의 면적을 증대시킬 수 있다.

여기서 상기 제1 전극(11)과 상기 제2 전극(12)은 동일한 형태를 가지며, 이에 따라 제작의 효율성과 적층의 효율성을 높일 수 있다.

상기 제1 무지부(11b)와 상기 제2 무지부(12b)는 90°이상의 원호각(α)을 가지며, 이에 따라 코팅부(1a)와의 연결성을 효과적으로 높일 수 있다. 또한 상기 제1 무지부(11b)와 상기 제2 무지부(12b)는 170°이하의 원호각을 가지며, 이에 따라 제1 무지부(11b)의 단부와 제2 무지부(12b)의 단부가 접촉되는 것을 효과적으로 차단할 수 있고, 그 결과 쇼트 발생을 미연에 방지할 수 있다.

상기 분리막(13)은 상기 제1 전극(11)의 제1 코팅부(11a)와 상기 제2 전극(12)의 제2 코팅부(12a) 사이에 구비되고, 원형의 형태를 가진다. 특히 분리막(13)은 제1 코팅부(11a)와 제2 코팅부(12a)의 접촉을 차단하기 위해 제1 코팅부(11a)와 제2 코팅부(12a) 보다 큰 원형의 형태를 가진다.

따라서 제1 발명의 제2 실시예에 따른 전극조립체(10)는 원호 형태를 가진 제1 및 제2 무지부(11b)(12b)를 구비한 제1 및 제2 전극(11)(12)을 포함하는 것에 특징을 가지며, 이와 같은 특징으로 인해 제1 및 제2 무지부(11b)(12b)의 면적을 크게 확보할 수 있고, 이에 따라 제1 및 제2 무지부(11b)(12b)에 발생하는 저항 및 발열을 효과적으로 감소시킬 수 있으며, 그 결과 전극조립체의 성능을 향상시킬 수 있다. 특히 제1 코팅부(11a)와 제1 무지부(11b) 사이, 제2 코팅부(12a)와 제2 무지부(12b) 사이의 경계선(또는 연결선)을 곡선으로 형성하며, 이에 따라 연결성을 높일 수 있다.

제1 발명의 제3 실시예에 따른 이차전지

제1 발명의 제3 실시예에 따른 이차전지(100)는 전술한 제2 실시예에 따른 전극조립체를 포함하는 구조를 가진다.

일례로, 제1 발명의 제3 실시예에 따른 이차전지(100)는 도 6 내지 도 8에 도시되어 있는 것과 같이, 전극조립체(110), 케이스(120) 및 리드부재(130)를 포함한다.

상기 전극조립체(110)는 분리막(113)을 개재한 상태로 적층되는 제1 및 제2 전극(111)(112)을 포함하며, 상기 제1 전극(111)은 원형의 형태로 형성되고 전극활물질이 코팅된 제1 코팅부(111a)와, 상기 제1 코팅부(111a)의 일측에 두께를 가지는 원호 형상으로 형성되고 전극활물질이 없는 제1 무지부(111b)를 구비한다. 그리고 상기 제2 전극(112)은 원형의 형태로 형성되고 전극활물질이 코팅된 제2 코팅부(112a)와, 상기 제2 코팅부(112a)의 타측에 두께를 가지는 원호 형상으로 형성되고 전극활물질이 없는 제2 무지부(112b)를 구비한다. 그리고 상기 분리막(113)은 제1 및 제2 코팅부(111a)(112a) 보다 큰 원형의 형태로 형성된다.

한편, 상기 전극조립체(110)는 제2 실시예에서 설명한 전극조립체(10)와 동일한 구성을 가지는 것으로, 이에 따라 자세한 설명을 생략한다.

이와 같은 상기 전극조립체(110)는 원호 형태의 제1 및 제2 무지부(111b)(112b)를 형성함에 따라 제1 및 제2 무지부(111b)(112b)의 면적을 크게 확보할 수 있다.

상기 케이스(120)는 전극조립체를 수용하기 위한 것으로, 전극조립체(110)를 수용하는 원형의 형태로 형성되는 수용부(121)와, 상기 수용부(121)의 테두리면을 따라 구비되고 상기 수용부(121)를 밀봉하는 실링부(122)를 포함한다.

상기 리드부재(130)는 상기 제1 전극(111)에 구비된 제1 무지부(111b)에 결합되고 끝단이 상기 케이스(120) 밖으로 인출되는 제1 리드(131)와, 상기 제2 전극(112)에 구비된 제2 무지부(112b)에 결합되고 끝단이 상기 케이스(120) 밖으로 인출되는 제2 리드(132)를 포함한다.

여기서 상기 제1 리드(131)와 상기 제2 리드(132)는 도 9에 도시되어 있는 것과 같이, 상기 제1 무지부(111b)와 제2 무지부(112b)와 동일한 원호 형태로 형성되며, 이에 따라 상기 제1 리드(131)와 상기 제1 무지부(111b), 상기 제2 리드(132)와 제2 무지부(112b)의 결합력을 높일 수 있다. 특히 상기 제1 리드(131)와 상기 제2 리드(132)의 면적을 크게 확보할 수 있으며, 그 결과 상기 제1 리드(131)와 상기 제2 리드(132)에 발생하는 저항 및 발열을 크게 감소시켜서 전지 성능을 향상시킬 수 있다.

정리하면, 상기 제1 리드(131)는 상기 제1 무지부(111b)와 동일한 원호각을 가지고, 상기 제2 리드(132)는 제2 무지부(112b)와 동일한 원호각을 가진다.

한편, 상기 케이스(120)의 실링부(122)와 상기 리드부재(130) 사이에는 도 10에 도시되어 있는 것과 같이, 밀봉력을 높이기 위해 리드필름(140)을 더 포함한다. 즉, 상기 리드필름(140)는 상기 케이스(120)의 실링부(122)와 상기 제1 및 제2 리드(131)(132) 사이에 구비되면서 상기 케이스(120)의 실링부(122)와 상기 제1 및 제2 리드(131)(132) 사이를 밀봉한다.

특히 상기 리드필름(140)은 상기 제1 및 제2 리드(131)(132)와 동일하게 원호 형태를 가지며, 이에 따라 상기 케이스(120)의 실링부(122)와 상기 제1 및 제2 리드(131)(132) 사이를 안정적으로 밀봉할 수 있다.

따라서 제1 발명의 제3 실시예에 따른 이차전지(100)는 제1의 전극(111)의 제1 무지부(111b), 제2 전극(112)의 제2 무지부(112b), 제1 리드(131) 및 제2 리드(132)를 원호 형태로 형성하는 것에 특징을 가지며, 이와 같은 특징으로 인해 제1 무지부(111b), 제2 무지부(112b), 제1 리드(131) 및 제2 리드(132)의 면적을 크게 확보할 수 있고, 이에 따라 제1 무지부(111b), 제2 무지부(112b), 제1 리드(131) 및 제2 리드(132)에 발생하는 저항 및 발열을 크게 감소시킬 수 있으며, 그 결과 이차전지의 성능을 크게 향상시킬 수 있다.

이하, 다른 발명을 설명함에 있어 전술한 제1 발명과 유사한 구성에 대해서는 유사한 구성부호를 사용하며, 중복되는 설명은 생략한다.

[제2 발명]

제2 발명의 제1 실시예에 따른 전극

제2 발명의 제1 실시예에 따른 전극(2)은 'ㄷ'자 형태의 무지부를 포함하며, 이에 따라 상기 무지부의 면적을 크게 증대시키는 구조를 가진다.

일례로, 제2 발명의 제1 실시예에 따른 전극(2)은 도 11에 도시되어 있는 것과 같이, 전극활물질이 코팅되고 사각 형태를 가지는 코팅부(2a), 및 상기 코팅부(2a)의 일측 끝단(도 11에서 보았을 때 코팅부의 후면)과 상기 끝단과 접하는 상기 코팅부의 양측단(도 11에서 보았을 때 코팅부의 양쪽면)에 구비되는 ㄷ자 형태의 무지부(2b)를 포함한다.

여기서 상기 무지부(2b)의 단부는 상기 코팅부(2a)의 길이를 균등하는 중심선(A)으로부터 소정 길이 이격된다. 즉, 서로 다른 극성을 가진 제1 및 제2 전극을 교대로 적층할 경우 상기 제1 및 제2 전극에 구비된 제1 및 제2 무지부가 서로 반대방향을 향하게 배치되는데, 이때 제1 및 제2 무지부가 상기 중심선을 넘어서 구비될 경우 제1 및 제2 무지부의 단부가 접촉되면서 쇼트가 발생할 수 있다. 이에 따라 상기 무지부(2b)의 단부는 상기 코팅부(2a)의 길이를 균등하는 중심선으로부터 소정 길이 이격되게 구비된다.

따라서 제2 발명의 제1 실시예에 따른 전극(2)은 ㄷ자 형태의 무지부(2b)를 형성하는 것에 특징을 가지며, 이와 같은 특징으로 인해 무지부(2b)의 면적을 크게 증대시킬 수 있고, 그 결과 무지부(2b)에 발생하는 저항 및 발열을 효과적으로 감소시킬 수 있다.

한편, 상기 전극(2)은 도 12를 참조하면, 제1 전극(21)과 제2 전극(22)을 포함하며, 상기 제1 전극(21)은 양극이고, 상기 제2 전극(22)은 음극일 수 있다.

제2 발명의 제2 실시예에 따른 전극조립체

제2 발명의 제2 실시예에 따른 전극조립체(20)는 전술한 제1 실시예에 따른 전극을 포함하는 구조를 가진다.

일례로, 제2 발명의 제2 실시예에 따른 전극조립체(20)는 도 12 및 13에 도시되어 있는 것과 같이, 분리막(23)을 개재한 상태로 적층되는 제1 및 제2 전극(21)(22)을 포함한다.

상기 제1 전극(21)은 전극활물질이 코팅된 제1 코팅부(21a), 상기 제1 코팅부(21a)의 일측 끝단과 상기 끝단과 접하는 상기 제1 코팅부의 양측단에 구비되는 ㄷ자 형태의 제1 무지부(21b)를 구비한다. 그리고 상기 제2 전극(22)은 전극활물질이 코팅된 제2 코팅부(22a), 상기 제2 코팅부(22a)의 타측 끝단과 상기 끝단에 접하는 상기 제2 코팅부(22a)의 양측단에 구비되는 ㄷ자 형태의 제2 무지부(22b)를 구비한다.

여기서 서로 반대 방향을 향하는 상기 제1 무지부(21b)와 상기 제2 무지부(22b)의 단부는 서로 겹치지 않게 구비된다. 즉, 제1 및 제2 무지부(21b)(22b)의 단부는 상기 제1 및 제2 코팅부(21a)(22a)의 길이를 균등하는 중심선(A)을 넘지 않게 구비되며, 이에 따라 상기 제1 무지부(21b)와 상기 제2 무지부(22b)를 반대방향을 향한 상태로 제1 및 제2 전극(21)(22)을 교대로 적층하더라도 상기 제1 무지부(21b)와 상기 제2 무지부(22b)가 접지되는 것을 방지할 수 있다.

따라서 제2 발명의 제2 실시예에 따른 전극조립체(20)는 ㄷ자 형태의 제1 및 제2 무지부(21b)(22b)를 형성한 전극(21)(22)을 포함하는 것에 특징을 가지며, 이와 같은 특징으로 인해 제1 및 제2 무지부(21b)(22b)의 면적을 크게 증대시킬 수 있고, 이에 따라 제1 및 제2 무지부(21b)(22b)에 발생하는 저항 및 발열을 효과적으로 감소시킬 수 있으며, 그 결과 전극조립체의 성능을 향상시킬 수 있다.

제2 발명의 제3 실시예에 따른 이차전지

제2 발명의 제3 실시예에 따른 이차전지(200)는 전술한 제2 실시예에 따른 전극조립체를 포함하는 구조를 가진다.

일례로, 제2 발명의 제3 실시예에 따른 이차전지(200)는 도 14 및 도 15에 도시되어 있는 것과 같이, 전극조립체(210), 케이스(220) 및 리드부재(230)를 포함한다.

상기 전극조립체(210)는 분리막(213)을 개재한 상태로 적층되는 제1 및 제2 전극(211)(212)을 포함하며, 상기 제1 전극(211)은 전극활물질이 코팅된 제1 코팅부(211a), 상기 제1 코팅부(211a)의 일측 끝단과 상기 끝단과 접하는 상기 제1 코팅부(211a)의 양측단에 구비되는 ㄷ자 형태의 제1 무지부(211b)를 구비하고, 상기 제2 전극(212)은 전극활물질이 코팅된 제2 코팅부(212a), 상기 제2 코팅부(212a)의 타측 끝단과 상기 끝단에 접하는 상기 제2 코팅부(212a)의 양측단에 구비되는 ㄷ자 형태의 제2 무지부(212b)를 구비한다.

여기서 서로 반대 방향을 향하는 상기 제1 무지부(211b)와 상기 제2 무지부(212b)의 단부는 서로 겹치지 않게 구비되며, 이에 따라 상기 제1 무지부(211b)와 상기 제2 무지부(212b)가 접촉되면서 발생하는 쇼트를 미연에 방지할 수 있다.

한편, 상기 전극조립체(210)는 전술한 제2 실시예에 따른 전극조립체(20)와 동일한 구성을 가지며, 이에 따라 자세한 설명은 생략한다.

상기 케이스(220)는 전극조립체를 수용하기 위한 것으로, 상기 전극조립체(210)를 수용하는 수용부(221)와 상기 수용부(221)를 밀봉하는 실링부(222)를 포함한다.

상기 리드부재(230)는 상기 제1 전극(211)의 제1 무지부(211b)에 결합되고 끝단이 상기 케이스(220) 밖으로 인출되는 제1 리드(231)와, 상기 제2 전극(212)의 제2 무지부(212b)에 결합되고 끝단이 상기 케이스(220) 밖으로 인출되는 제2 리드(232)를 포함한다.

여기서 상기 제1 리드(231)와 상기 제2 리드(232)는 상기 제1 무지부(211b)와 상기 제2 무지부(212b)와 유사한 'ㄷ'자 형태를 가지며, 이에 따라 상기 제1 리드(231)와 상기 제1 무지부(211b), 상기 제2 리드(232)와 상기 제2 무지부(212b)의 결합면적을 증대시킬 수 있고, 그 결과 상기 제1 리드(231)와 상기 제2 리드(232)에 발생하는 저항 및 발열을 감소시킬 수 있다.

한편, 상기 상기 케이스(220)의 실링부(222)와 상기 리드부재(230) 사이에는 밀봉력을 높이기 위해 리드필름(240)을 더 포함한다. 즉, 상기 리드필름(240)는 상기 케이스(220)의 실링부(222)와 상기 제1 및 제2 리드(231)(232) 사이에 구비되면서 상기 케이스(220)의 실링부(222)와 상기 제1 및 제2 리드(231)(232) 사이를 밀봉한다.

특히 상기 리드필름(240)은 상기 제1 및 제2 리드(231)(232)와 동일하게 'ㄷ'자 형태를 가지며, 이에 따라 상기 케이스(220)의 실링부(222)와 상기 제1 및 제2 리드(231)(232) 사이를 안정적으로 밀봉할 수 있다.

따라서 제2 발명의 제3 실시예에 따른 이차전지(200)는 제1의 전극(211)의 제1 무지부(211b), 제2 전극(212)의 제2 무지부(212b), 제1 리드(231) 및 제2 리드(232)를 'ㄷ'자 형태로 형성하는 것에 특징을 가지며, 이와 같은 특징으로 인해 제1 무지부(211b), 제2 무지부(212b), 제1 리드(231) 및 제2 리드(232)의 면적을 크게 확보할 수 있고, 이에 따라 제1 무지부(211b), 제2 무지부(212b), 제1 리드(231) 및 제2 리드(232)에 발생하는 저항 및 발열을 크게 감소시킬 수 있으며, 그 결과 이차전지의 성능을 크게 향상시킬 수 있다.

[제3 발명]

제3 발명의 제1 실시예에 따른 전극조립체

제3 발명의 제1 실시예에 따른 전극조립체(10)는 도 16에 도시되어 있는 것과 같이, 제1 무지부(11b)의 단부와 제2 무지부(12b)의 단부 사이에 차단부(15)를 포함하며, 상기 차단부(15)는 제1 무지부(11b)와 제2 무지부(12b)가 접하지 않게 차단한다.

즉, 상기 제1 무지부(11b)와 상기 제2 무지부(12b)의 원호각이 크게 형성될 경우 상기 제1 무지부(11b)의 단부와 상기 제2 무지부(12b)의 단부가 접촉되면서 쇼트가 발생할 수 있다. 이를 방지하기 위해 상기 제1 무지부(11b)의 단부와 상기 제2 무지부(12b)의 단부 사이에 차단부(15)를 포함하며, 이에 따라 상기 제1 무지부(11b)의 단부와 상기 제2 무지부(12b)의 단부가 접하는 것을 차단할 수 있고, 그 결과 쇼트 발생을 미연에 방지할 수 있다.

여기서 상기 차단부(15)의 양쪽 표면은 서로 마주보는 상기 제1 무지부(11b)의 단부와 상기 제2 무지부(12b)의 단부에 각각 고정되며, 이에 따라 상기 차단부(15)의 고정력을 높일 수 있고, 특히 상기 제1 무지부(11b)의 단부와 상기 제2 무지부(12b)의 단부의 유동을 방지하여 안전성을 높일 수 있다.

한편, 상기 차단부(15)는 반도체소재로 형성되며, 이에 따라 상기 제1 무지부(11b)와 상기 제2 무지부(12b)의 온도 변화에 따라 상기 차단부가 절연성을 가지거나 또는 도체로 변화되고, 이에 따라 상기 제1 무지부(11b)와 상기 제2 무지부(12b)의 연결하거나 또는 연결을 차단할 수 있다.

즉, 반도체소재인 차단부(15)는 설정온도 이하시 절연성을 가짐에 따라 상기 제1 무지부(11b)의 단부와 상기 제2 무지부(12b)의 단부의 연결을 차단하고, 설정온도 이상시 도체로 변화되어 상기 제1 무지부(11b)의 단부와 상기 제2 무지부(12b)의 단부를 전류가 흐르게 연결하며, 이에 따라 조기에 쇼트를 유발시켜서 전극조립체(10)의 온도 상승을 억제할 수 있고, 그 결과 발화 또는 폭발을 방지할 수 있다.

한편, 반도체소재는 절연체에서 도체로 변하는 상전이 물질을 형성되며, 상기 제1 반도체소재의 상전이 물질은 게르마늄 또는 규소일 수 있다. 즉, 게르마늄 또는 규소는 반도체로, 4개의 전자를 가지고 있으며, 소정의 온도에서 전자를 이동시키는 특징을 가진다.

여기서 설정온도는 60℃~80℃일 수 있다. 바람직하게는 80℃일 수 있다. 즉, 전극조립체(10)는 60℃~80℃부터 분리막(13)에 변화(즉, 수축)가 발생하게 되며, 이에 따라 설정온도를 60℃~80℃로 설정하면 전극조립체(10)의 온도가 60℃~80℃ 이상으로 상승하지 못하게 억제할 수 있고, 그 결과 분리막(13)의 변화를 사전에 방지할 수 있어 발화 또는 폭발을 사전에 예방할 수 있다.

따라서 제3 발명의 제1 실시예에 따른 전극조립체(10)는 상기 제1 무지부(11b)의 단부와 상기 제2 무지부(12b)의 단부 사이에 차단부(15)를 포함하는 것에 특징을 가지며, 이와 같은 특징으로 인해 발화 또는 폭발을 방지할 수 있다.

제3 발명의 제2 실시예에 따른 전극조립체

제3 발명의 제2 실시예에 따른 전극조립체(20)는 도 17에 도시되어 있는 것과 같이, 제1 무지부(21b)의 단부와 상기 제2 무지부(22b)의 단부 사이에 차단부(25)를 포함하며, 상기 차단부(25)는 제1 무지부(21b)와 제2 무지부(22b)가 접하지 않게 차단한다.

한편, 상기 차단부(25)는 전술한 제3 발명의 제1 실시예에 기재된 차단부와 동일한 기능을 가지며, 이에 따라 자세한 설명은 생략한다.

따라서 제3 발명의 제2 실시예에 따른 전극조립체(20)는 상기 제1 무지부(21b)의 단부와 상기 제2 무지부(22b)의 단부 사이에 차단부(25)를 포함하는 것에 특징을 가지며, 이와 같은 특징으로 인해 발화 또는 폭발을 방지할 수 있다.

[실험결과]

제조예 1

원호 형태의 무지부를 가진 전극을 포함한 이처전지를 준비한다. 즉, 제1 발명의 제3 실시예에 따른 이차전지(100)와 동일한 이차전지를 준비한 다음, 이차전지의 충전하기 전 온도와 충전 완료 후 온도를 각각 측정한다. 이때 이차전지의 제1 무지부, 제2 무지부 및 코팅부에 대한 온도를 측정한다.

비교예 1

일자 형태의 무지부를 가진 전극을 포함한 이차전지를 준비한다. 즉, 제1 발명의 제3 실시예에 따른 이차전지(100)에서 무지부만 일자 형태를 가진 전극을 포함한 이차전지를 준비한 다음, 이차전지의 충전하기 전 온도와 충전 완료 후 온도를 측정한다. 이때 이차전지의 제1 무지부, 제2 무지부 및 코팅부에 대한 온도를 측정한다.

실험예

제조예 1과 비교예 1의 온도를 측정한결과, 도 18에 기재한 것과 같은 측정 결과가 나왔다.

즉, 제조예 1에서 충전하기 전 제1 무지부, 코팅부 및 제2 무지부의 온도는 25.66℃, 25.74℃ 및 25.53℃가 나왔고, 충전완료 후 제1 무지부, 코팅부 및 제2 무지부의 온도는 28.48℃, 30.03℃ 및 27.49℃가 나왔다.

정리하면, 충전이 완료된 후 제1 무지부는 2.82℃, 제2 무지부는 1.96℃ 상승한 것을 알 수 있다.

그리고 비교예 1에서 충전하기 전 제1 무지부, 코팅부 및 제2 무지부의 온도는 24.83℃, 24.78℃ 및 24.80℃가 나왔고, 충전완료 후 제1 무지부, 코팅부 및 제2 무지부의 온도는 30.60℃, 30.08℃ 및 28.64℃가 나왔다.

정리하면, 충전이 완료된 후 제1 무지부는 5.77℃, 제2 무지부는 3.84℃ 상승한 것을 알 수 있다.

따라서 제조예 1과 비교예 1을 대비하면, 제조예 1은 비교예 1 보다 충전 완료 후 제1 및 제2 무지부의 발열이 감소한 것을 확인할 수 있고, 이는 제1 및 제2 무지부에 발생하는 저항이 감소했다는 것으로 예측할 수 있다.

본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 다양한 실시 형태가 가능하다.

1, 2: 전극
10. 20, 110, 210: 전극조립체
11, 21, 111, 211: 제1 전극
12, 22, 112, 212: 제2 전극
13, 23, 113, 213: 분리막
15, 25: 차단부
100, 200: 이차전지

Claims

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분리막을 사이에 두고 적층방향으로 적층된 제1 및 제2 전극을 포함하는 전극조립체로서,
상기 제1 전극은 제1 전극활물질이 코팅된 제1 코팅부와, 상기 제1 전극활물질이 코팅되지 않고 제1 코팅부의 측면에 있는 제1 무지부를 포함하고,
상기 제2 전극은 제2 전극활물질이 코팅된 제2 코팅부와, 상기 제2 전극활물질이 코팅되지 않고 제2 코팅부의 측면에 있는 제2 무지부를 포함하며,
상기 제1 무지부와 상기 제2 무지부는 적층방향으로 중첩되지 않고,
상기 제1 코팅부는 원형의 형태로 형성되고, 상기 제1 무지부는 원호 형상으로 형성되며,
상기 제2 코팅부는 원형의 형태로 형성되고, 상기 제2 무지부는 원호 형상으로 형성되고,
상기 제1 무지부와 상기 제2 무지부는 각각 90°이상의 원호각을 가지는 전극조립체.
청구항 16에 있어서,
상기 제1 무지부와 상기 제2 무지부는 170°이하의 원호각을 가지는 전극조립체.
청구항 16에 있어서,
상기 제1 무지부와 상기 제2 무지부는 같은 원호각을 가지는 전극조립체.
청구항 16에 있어서,
상기 제1 무지부의 단부와 상기 제2 무지부의 단부 사이에는 제1 무지부와 제2 무지부가 접하지 않게 차단하는 차단부가 구비되는 전극조립체.
청구항 19에 있어서,
상기 차단부의 양쪽 표면은 서로 마주보는 상기 제1 무지부의 단부와 상기 제2 무지부의 단부가 각각 고정되는 전극조립체.
청구항 19에 있어서,
상기 차단부는 반도체소재로 형성되며,
상기 반도체소재는 설정온도 이하시 절연성을 가짐에 따라 상기 제1 무지부의 단부와 상기 제2 무지부의 단부의 연결을 차단하고, 설정온도 이상시 도체로 변화되어 상기 제1 무지부의 단부와 상기 제2 무지부의 단부를 전류가 흐르게 연결하는 전극조립체.
청구항 21에 있어서,
상기 설정된 온도는 60℃~80℃인 전극조립체.
청구항 16에 따른 전극조립체;
상기 전극조립체를 수용하는 케이스; 및
상기 제1 전극에 구비된 제1 무지부에 결합되고 끝단이 상기 케이스 밖으로 인출되는 제1 리드와, 상기 제2 전극에 구비된 제2 무지부에 결합되고 끝단이 상기 케이스 밖으로 인출되는 제2 리드를 구비한 리드부재를 포함하는 이차전지.
청구항 23에 있어서,
상기 제1 무지부와 상기 제1 리드의 결합면은 동일한 원호각을 가지고,
상기 제2 무지부와 상기 제2 리드의 결합면은 동일한 원호각을 가지는 이차전지.
분리막을 사이에 두고 적층방향으로 적층된 제1 및 제2 전극을 포함하는 전극조립체로서,
상기 제1 전극은 제1 전극활물질이 코팅된 제1 코팅부와, 상기 제1 전극활물질이 코팅되지 않고 제1 코팅부의 측면에 있는 제1 무지부를 포함하고,
상기 제2 전극은 제2 전극활물질이 코팅된 제2 코팅부와, 상기 제2 전극활물질이 코팅되지 않고 제2 코팅부의 측면에 있는 제2 무지부를 포함하며,
상기 제1 무지부와 상기 제2 무지부는 적층방향으로 중첩되지 않고,
상기 제1 무지부는 ㄷ자 형태를 가지고, 상기 제1 코팅부의 일측 끝단과 상기 끝단과 접하는 상기 제1 코팅부의 양측단에 접촉되게 배치되고,
상기 제2 무지부는 ㄷ자 형태를 가지고, 상기 제2 코팅부의 일측 끝단과 상기 끝단과 접하는 상기 제2 코팅부의 양측단에 접촉되게 배치되는 전극조립체.
청구항 25에 있어서,
상기 제1 무지부와 상기 제2 무지부는 동일한 크기를 가지는 전극조립체.
청구항 25에 있어서,
상기 제1 무지부의 단부와 상기 제2 무지부의 단부 사이에는 제1 무지부와 제2 무지부가 접하지 않게 차단하는 차단부가 구비되는 전극조립체.
청구항 27에 있어서,
상기 차단부의 양쪽 표면은 서로 마주보는 상기 제1 무지부의 단부와 상기 제2 무지부의 단부에 각각 고정되는 전극조립체.
청구항 27에 있어서,
상기 차단부는 반도체소재로 형성되며,
상기 반도체소재는 설정온도 이하시 절연성을 가짐에 따라 상기 제1 무지부의 단부와 상기 제2 무지부의 단부의 연결을 차단하고, 설정온도 이상시 도체로 변화되어 상기 제1 무지부의 단부와 상기 제2 무지부의 단부를 전류가 흐르게 연결하는 전극조립체.
청구항 25에 따른 전극조립체;
상기 전극조립체를 수용하는 케이스; 및
상기 제1 전극에 구비된 제1 무지부에 결합되고 끝단이 상기 케이스 밖으로 인출되는 제1 리드와, 상기 제2 전극에 구비된 제2 무지부에 결합되고 끝단이 상기 케이스 밖으로 인출되는 제2 리드를 구비한 리드부재를 포함하는 이차전지.
청구항 30에 있어서,
상호 결합된 상기 제1 무지부와 상기 제1 리드의 결합면은 동일한 'ㄷ'자 형태를 가지고,
상호 결합된 상기 제2 무지부와 상기 제2 리드의 결합면은 동일한 'ㄷ'자 형태를 가지는 이차전지.
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