KR102316338B1 - 전극조립체 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 저항을 감소시킬 수 있는 전극조립체에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 권취된 상태를 펼치면, 전극집전체 상에 활물질이 도포된 유지부와 상기 전극집전체 상에 활물질이 도포되지 않은 무지부를 상기 전극집전체의 길이방향을 따라 구비하는 전극 및 상기 무지부에 형성된 탭부재 및 상기 전극집전체의 폭방향으로 상기 유지부로부터 연장되고, 상기 활물질이 도포되지 않은 포일 탭을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

전극조립체{ELECTRODE ASSEMBLY}
본 발명은 전극조립체에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 저항을 감소시킬 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 전극 조립체를 원통형 또는 각형 캔, 파우치 등에 수납하고 이를 밀봉 처리하여 제작된다.
대한민국 공개특허공보 제10-2012-0006389호에는 종래의 전극조립체 및 이를 포함하는 이차 전지가 개시되어 있다.
종래의 이차 전지는 양극 탭과 음극 탭이 각각 2개씩 형성되는 구조인데, 이와 같은 구조는 저항을 감소시키는데 한계가 있었다.
그런데 전기 자동차의 개발, 가전제품의 소형화 및 포터블(portable)화 등과 같은 시장 변화에 따라 저저항 이차 전지에 대한 개발의 필요성이 증가하고 있다.
따라서 본 발명은 위와 같은 필요성에 의해 안출된 것으로서, 본 발명의 과제는 전극 패턴에 탭을 추가하여 전기 저항을 극소화할 수 있는 전극조립체를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전극조립체는 권취된 상태를 펼치면, 전극집전체 상에 활물질이 도포된 유지부와 상기 전극집전체 상에 활물질이 도포되지 않은 무지부를 상기 전극집전체의 길이방향을 따라 구비하는 전극 및 상기 무지부에 형성된 탭부재 및 상기 전극집전체의 폭방향으로 상기 유지부로부터 연장되고, 상기 활물질이 도포되지 않은 포일 탭을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 포일 탭은 상기 유지부로부터 한 개 이상 형성될 수 있다.
상기 포일 탭은 1개 ~ 10개로 형성될 수 있다.
상기 포일 탭의 길이는 5mm ~ 16mm일 수 있다.
상기 포일 탭의 폭은 2mm ~ 120mm일 수 있다.
상기 전극을 권취하면, 상기 포일 탭은 권취된 상기 전극의 권취 중심에서 외측으로 갈수록 길이가 증가되도록 상기 전극에 복수 개로 형성될 수 있다.
상기 무지부는 상기 전극의 양단부에 형성될 수 있다.
상기 전극의 양단부에 형성된 상기 무지부에는 각각 상기 탭부재가 형성될 수 있다.
상기 포일 탭은 상기 전극에 노칭(notching) 또는 타발에 의해 형성될 수 있다.
상기 전극은 음극 또는 양극일 수 있다.
본 발명에 따르면, 전극 탭 개수를 극대화하여 저항을 극소화하는 효과가 있다.
본 발명에 따르면, 복수 개의 전극 탭을 권취 내측과 외측의 길이를 다르게 하여 캔부재와의 전기적 접촉을 원활하게 하는 효과가 있다.
본 발명에 따르면, 복수 개의 전극 탭이 전극집전체의 유지부로부터 연장되어 형성되기 때문에 용량을 보전하면서 저항을 낮추는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극조립체의 전극을 전개한 전개도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극조립체의 전극을 전개한 전개도이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전극조립체의 전극을 전개한 전개도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극조립체가 권취된 상태를 도시한 사시도이다.
도 5는 도 4의 저면도이다.
도 6은 도 4의 측면도이다.
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 아니 되며, 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 균등물이 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 전극조립체의 전극을 전개한 전개도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 전극조립체는 권취된 상태를 펼치면, 전극집전체 상에 활물질(a)이 도포된 유지부(110)와 상기 전극집전체 상에 활물질(a)이 도포되지 않은 무지부(120)를 상기 전극집전체의 길이방향을 따라 구비하는 전극(100), 상기 무지부(120)에 형성된 탭부재(121) 및 상기 전극집전체의 폭방향으로 상기 유지부(110)로부터 연장되고, 상기 활물질(a)이 도포되지 않은 포일 탭(111)을 포함한다.
전극은 양극 활물질이 도포된 양극과 음극 활물질이 도포된 음극 중 어느 하나일 수 있으며, 양극과 음극 사이에 분리막이 개재되도록 양극, 음극 및 분리막을 복수 회 적층하여 전극조립체를 제작할 수 있다.
그리고 전극조립체는 양극과 분리막 및 음극을 적층한 적층체를 젤리 롤 형태로 권취하여 제작할 수 있다.
양극은 알루미늄 전극집전체일 수 있으며, 양극 활물질이 도포된 양극 유지부와, 양극 활물질이 도포되지 않은 양극 무지부를 포함할 수 있다.
양극 활물질은 LiCoO2, LiNiO2, LiMnO2, LiMnO4와 같은 리튬 함유 전이금속 산화물 또는 리튬 칼코게나이드 화합물일 수 있다.
양극 유지부는 예를 들어, 알루미늄 전극집전체의 적어도 어느 한 면의 일부에 양극 활물질을 도포하여 형성하며, 양극 활물질이 미 도포된 알루미늄 전극집전체의 나머지 부분이 양극 무지부가 될 수 있다.
음극은 구리 전극집전체일 수 있으며, 음극 활물질이 도포된 음극 유지부와 음극 활물질이 도포되지 않은 음극 무지부를 포함할 수 있다.
음극 활물질은, 결정질 탄소, 비정질 탄소, 탄소 복합체, 탄소 섬유와 같은 탄소 재료, 리튬 금속 또는 리튬 합금 등일 수 있다.
음극 유지부는 예를 들어, 구리 전극집전체의 적어도 어느 한 면의 일부에 음극 활물질을 도포하여 형성하며, 음극 활물질이 미 도포된 구리 전극집전체의 나머지 부분이 음극 무지부가 될 수 있다.
분리막은 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 있다.
이와 같이 본 발명의 전극(100)은 전극조립체를 형성하는 양극, 음극 중 어느 하나 이상일 수 있으며, 특히 양극 또는 음극 중에 저항 감소가 더 필요한 어느 하나일 수 있다.
전극(100)은 양단에 무지부(120)가 각각 형성되고, 전극(100)의 양단부에 형성된 각각의 무지부(120)에는 탭부재(121)가 부착될 수 있다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극조립체의 전극을 전개한 전개도이고, 도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전극조립체의 전극을 전개한 전개도이다.
도 2 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다양한 실시예에 따르면 전극(100)은 양단에 무지부(120)가 형성되고, 상기 양단의 무지부(120) 중 일단의 무지부(120)에 탭부재(121)가 부착되면 타단의 무지부(120)에는 전극집전체가 연장되어 탭부재(121)를 형성할 수도 있다.
포일 탭(111)은 전극(100)의 유지부(110)로부터 폭 방향으로 연장되도록 전극(100)을 노칭(notching) 또는 타발(打拔) 함에 따라 형성될 수 있는데, 즉 전극(100)을 나이프, 레이저 등으로 커팅(cutting)하거나 프레스 등으로 찍어서 성형할 수 있다.
그리고 포일 탭(111)은 전극(100)의 유지부(110) 영역에서 전극집전체만 연장되도록 형성되어 활물질(a)은 도포되지 않을 수 있다.
이러한 포일 탭(111)은 전극(100)으로부터 연장된 유지부(110)에서 활물질(a) 만을 제거하여 형성할 수 있고, 또는 전극(100)의 유지부(110) 영역에서 활물질(a)이 도포되지 않은 채 전극집전체만 연장하여 형성할 수도 있다.
그리고 포일 탭(111)은 유지부(110)로부터 한 개 이상 연장되게 형성되어 전극 탭의 개수를 극대화하도록 할 수 있다. 포일 탭(111)의 수가 많아지면 전체 전극 탭의 저항은 줄어들게 된다.
포일 탭(111)의 개수는 1개 ~ 10개 사이로 형성되는 것이 바람직할 수 있다.
포일 탭(111)의 폭은 2mm ~ 120mm로 형성하여 전극의 크기에 영향을 미치지 않으면서 포일 탭(111)의 크기를 최적화하고 저항을 극소화할 수 있다.
포일 탭(111)의 길이는 5mm ~ 16mm로 형성하는 것이 좋은데, 이러한 이유는 포일 탭(111)의 길이가 5mm 미만이면 캔부재와의 전기적 접촉이 어렵고, 포일 탭(111)의 길이가 16mm를 초과하면 캔부재와의 전기적 접촉을 위한 필요 이상의 길이로 인해 원자재 비용을 낭비하고 캔부재 내의 공간을 너무 많이 차지할 수 있기 때문이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극조립체가 권취된 상태를 도시한 사시도이고, 도 5는 도 4의 저면도이고, 도 6은 도 4의 측면도이다.
도 1 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 전극조립체는 전극(100)을 권취하면, 포일 탭(111)은 권취된 전극(100)의 중심에서 외측으로 갈수록 길이가 증가되도록 전극에 복수 개로 형성될 수 있다.
즉, 음극의 전극(100)은 권취된 상태에서 포일 탭(111)이 캔부재의 저면 중앙 방향으로 절곡되어 캔부재의 저면과 전기적으로 연결되기 때문에 포일 탭(111)을 권취된 전극(100)의 외측으로 갈수록 길이가 길게 형성하여 캔부재와의 전기적 연결을 원활하게 할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 전극 탭 개수를 극대화하여 저항을 극소화하는 효과가 있다.
본 발명에 따르면, 복수 개의 전극 탭을 권취 내측과 외측의 길이를 다르게 하여 캔부재와의 전기적 접촉을 원활하게 하는 효과가 있다.
본 발명에 따르면, 복수 개의 전극 탭이 전극집전체의 유지부로부터 연장되어 형성되기 때문에 용량을 보전하면서 저항을 낮추는 효과가 있다.
이상과 같이 본 발명에 따른 전극조립체를 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 실시가 가능하다.
100: 전극
110: 유지부
111: 포일 탭
120: 무지부
121: 탭부재

Claims (10)

  1. 권취된 상태를 펼치면, 전극집전체 상에 활물질(a)이 도포된 유지부(110)와 상기 전극집전체 상에 활물질(a)이 도포되지 않은 무지부(120)를 상기 전극집전체의 길이방향을 따라 구비하는 전극(100);
    상기 무지부(120)에 형성된 탭부재(121); 및
    상기 전극집전체의 폭방향으로 상기 유지부(110)로부터 연장되고, 상기 활물질(a)이 도포되지 않은 포일 탭(111); 을 포함하고,
    상기 전극(100)을 권취하면,
    상기 포일 탭(111)은 권취된 상기 전극(100)의 권취 중심에서 외측으로 갈수록 길이가 증가되도록 상기 전극에 복수 개로 형성되고,
    상기 포일 탭(111)의 길이는 5mm ~ 16mm이며,
    상기 포일 탭(111)의 폭은 2mm ~ 120mm이며,
    상기 전극은 음극을 포함하고,
    상기 음극은 권취된 상태에서 상기 포일 탭이 캔부재의 저면 중앙방향으로 절곡되어 상기 캔부재의 저면과 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 포일 탭(111)은 상기 유지부(110)로부터 두 개 이상 형성되는 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 포일 탭(111)은 2개 ~ 10개로 형성되는 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 무지부(120)는 상기 전극(100)의 양단부에 형성되는 것을 특징으로 하는 전극조립체
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 전극(100)의 양단부에 형성된 상기 무지부(120)에는 각각 상기 탭부재(121)가 형성되는 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 포일 탭(111)은 상기 전극(100)에 노칭(notching) 또는 타발에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  10. 삭제
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