KR102480958B1 - 이차전지 - Google Patents

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KR102480958B1
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Abstract

본 발명은 이차전지에 관한 것으로, 본 발명에 따른 이차전지는, 양극, 분리막, 음극이 교대로 적층된 전극 조립체 및 상기 전극 조립체를 수용하는 캔을 포함하고, 상기 음극은 음극 활물질이 코팅되지 않는 음극 무지부가, 상기 전극 조립체의 권취 중심축방향을 기준으로, 상기 분리막 보다 더 돌출되도록 일측 방향 단부에 위치되며, 상기 양극은 양극 활물질이 코팅되지 않는 양극 무지부가, 상기 전극 조립체의 권취 중심축방향을 기준으로, 상기 분리막 보다 더 돌출되도록 타측 방향 단부에 위치되고, 상기 캔은 제1 캔 및 제2 캔을 포함하고, 상기 음극 무지부는 상기 제1 캔의 내면에 직접 접촉하고, 상기 양극 무지부는 상기 제2 캔의 내면에 직접 접촉한다.

Description

이차전지{RECHARGEABLE BATTERY}
본 발명은 이차전지에 관한 것이다.
이차 전지는 일차 전지와는 달리 재충전이 가능하고, 또 소형 및 대용량화 가능성으로 인해 근래에 많이 연구 개발되고 있다. 모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차 전지의 수요가 급격하게 증가하고 있다.
이차 전지는 전지 케이스의 형상에 따라, 코인 셀, 원통형 셀, 각형 셀, 및 파우치형 셀로 분류된다. 이차 전지에서 전지 케이스 내부에 장착되는 전극 조립체는 전극 및 분리막의 적층 구조로 이루어진 충방전이 가능한 발전소자이다.
전극 조립체는 활물질이 도포된 시트형의 양극과 음극 사이에 분리막을 개재(介在)하여 권취한 젤리 롤(Jelly-roll)형, 다수의 양극과 음극을 분리막이 개재된 상태에서 순차적으로 적층한 스택형, 및 스택형의 단위 셀들을 긴 길이의 분리 필름으로 권취한 스택/폴딩형으로 대략 분류할 수 있다. 이중 젤리 롤형 전극 조립체는 제조가 용이하면서도 중량당 에너지 밀도가 높은 장점을 가지고 있어 널리 사용되고 있다.
한국 공개특허 제10-2016-0010121호
본 발명의 하나의 관점은 권취된 전극 조립체에서 전극의 위치 별 저항과 온도 편차를 줄일 수 있는 이차전지를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 관점은 전극 조립체의 권취 시 우수한 사행 정렬도를 갖는 이차전지를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 이차전지는, 양극, 분리막, 음극이 교대로 적층된 전극 조립체 및 상기 전극 조립체를 수용하는 캔을 포함하고, 상기 음극은 음극 활물질이 코팅되지 않는 음극 무지부가, 상기 전극 조립체의 권취 중심축방향을 기준으로, 상기 분리막 보다 더 돌출되도록 일측 방향 단부에 위치되며, 상기 양극은 양극 활물질이 코팅되지 않는 양극 무지부가, 상기 전극 조립체의 권취 중심축방향을 기준으로, 상기 분리막 보다 더 돌출되도록 타측 방향 단부에 위치되고, 상기 캔은 제1 캔 및 제2 캔을 포함하고, 상기 음극 무지부는 상기 제1 캔의 내면에 직접 접촉하고, 상기 양극 무지부는 상기 제2 캔의 내면에 직접 접촉할 수 있다.
본 발명에 따르면, 권취된 전극 조립체의 모든 전극이 연속적으로 캔과 직접 연결될 수 있어 전극의 위치별 저항과 온도 편차를 줄일 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 전극을 캔의 바닥면과 연결 시 용접면적을 늘리기 위해 전극 집전체를 압착할 경우 센터 핀이 기준면을 제공하여 용접품질과 저항편차를 일정수준으로 확보할 수 있다.
아울러, 본 발명에 따르면, 이차전지에서 전극 조립체의 코어부에 센터 핀이 구비되어, 충방전 사이클(Cycle) 진행에 따라 전극 조립체의 코어부에 위치된 전극의 깨짐 발생을 방지할 수 있다.
그리고, 본 발명에 따르면, 센터 핀에 전극 조립체를 권취함에 따라, 전극 및 분리막의 사행 정렬도가 우수할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 원통형 센터 핀이 전극 조립체가 전해액에 함침되기 전까지 전해액 저장공간을 제공할 수 있고, 충방전 사이클 진행에 따른 내부 가스의 포집 공간을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지를 예시적으로 나타낸 단면도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지에서 캔의 다른 예를 예시적으로 나타낸 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지에서 전극 조립체를 나타낸 사시도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지에서 전극 조립체를 나타낸 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지에서 전극 조립체를 권취하기 전 펼쳐진 상태를 나타낸 분해 사시도이다.
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지에서 전극 조립체를 권취하기 전 펼쳐진 상태를 나타낸 평면도이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 이차전지를 예시적으로 나타낸 단면도이다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 이차전지에서 전극 조립체를 나타낸 사시도이다.
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 이차전지에서 전극 조립체를 나타낸 단면도이다.
도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 이차전지에서 전극 조립체를 권취하기 전 펼쳐진 상태를 나타낸 분해 사시도이다.
도 11은 본 발명의 제2 실시예에 따른 이차전지에서 전극 조립체를 권취하기 전 펼쳐진 상태를 나타낸 평면도이다.
도 12는 본 발명의 제3 실시예에 따른 이차전지를 나타낸 단면도이다.
도 13은 본 발명의 제3 실시예에 따른 이차전지에서 전극 조립체를 나타낸 사시도이다.
도 14는 본 발명의 제4 실시예에 따른 이차전지를 나타낸 단면도이다.
도 15는 본 발명의 제4 실시예에 따른 이차전지에서 전극 조립체를 나타낸 사시도이다.
도 16은 본 발명의 제5 실시예에 따른 이차전지를 나타낸 단면도이다.
도 17은 본 발명의 제5 실시예에 따른 이차전지에서 전극 조립체를 나타낸 사시도이다.
도 18은 본 발명의 제6 실시예에 따른 이차전지를 나타낸 단면도이다.
본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고, 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련된 공지 기술에 대한 상세한 설명은 생략하도록 한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지를 예시적으로 나타낸 단면도이다.
도 1을 참고하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지(100)는 양극(112), 분리막(114), 음극(111)이 교대로 적층된 전극 조립체(110) 및 제1 캔(121) 및 제2 캔(122)을 포함하여 전극 조립체(110)를 수용하는 캔(120)으로 구성되어, 음극 무지부(111c)는 제1 캔(121)에 접촉하고, 양극 무지부(112c)는 제2 캔(122)의 내면에 접촉한다.
이하에서, 도 1 내지 도 6을 참조하여, 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지에 대해 보다 상세히 설명하기로 한다.
도 1을 참고하면, 이차전지(100)는 전극 조립체(110) 및 전극 조립체(110)를 수용하는 캔(120)을 포함한다. 여기서, 이차전지(100)는 전극 조립체(110)와 함께 캔(120)에 수용되는 전해액을 더 포함할 수 있다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지에서 캔의 다른 예를 예시적으로 나타낸 단면도이다.
캔(120)은 제1 캔(121) 및 제2 캔(122)을 포함하여 전극 조립체(110)를 내부에 수용할 수 있다.
또한, 제1 캔(121)에 음극(111)의 단부가 접속되고, 제2 캔(122)의 단부에 양극(112)의 단부가 접속될 수 있지만, 본 발명이 여기에 반드시 한정되는 것은 아니며, 예를 들어 제1 캔(121)에 양극(112)의 단부가 접속되고, 제2 캔(122)에 음극(111)의 단부가 접속될 수 있음은 물론이다. 이때, 제1 캔(121)은 음극(111)이 접속되어 음전위를 갖게 되고, 제2 캔(122)은 양극(112)이 접속되어 양전위를 갖을 수 있다. 여기서, 제1 캔(121)은 예를 들어 스틸(Steel)로 이루어지고, 제2 캔(122)은 예를 들어 알루미늄(Al)으로 이루어질 수 있다.
도 1에서는 제1 캔(121) 및 제2 캔(122)이 전극 조립체(110)의 상,하부에만 위치되는 것으로 도시되어 있지만, 이는 이차전지(100)에서 캔(120)의 일례로서 예시적으로 도시한 것에 불과하고, 도 2에 도시된 바와 같이 이차전지(100')에서 캔(120')의 다른 예로서 제1 캔(121') 및 제2 캔(122')은 상호 마주보는 방향으로 개구된 통형으로 형성될 수도 있다. 이때, 캔(120')은 제1 캔(121') 및 제2 캔(122') 사이의 중첩 부분을 절연하는 절연체(123')를 더 포함할 수 있다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지에서 전극 조립체를 나타낸 사시도이고, 도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지에서 전극 조립체를 나타낸 단면도이다.
또한, 도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지에서 전극 조립체를 권취하기 전 펼쳐진 상태를 나타낸 분해 사시도이고, 도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지에서 전극 조립체를 권취하기 전 펼쳐진 상태를 나타낸 평면도이다.
도 3 및 도 4를 참고하면, 전극 조립체(110)는 충방전이 가능한 발전소자로서, 전극(113)과 분리막(114)이 결집되어 교대로 적층된 구조를 형성한다. 여기서, 전극 조립체(110)는 권취된 형태를 가질 수 있다.
도 3 내지 도 6을 참고하면, 전극(113)은 양극(112) 및 음극(111)을 포함할 수 있다. 그리고, 분리막(114)은 양극(112) 및 음극(111)을 분리하여 전기적으로 절연시킨다. 여기서, 양극(112) 및 음극(111)은 시트(Sheet) 형태로 형성되어 분리막(114)과 함께 권취되고, 젤리 롤(Jelly roll) 형으로 형성될 수 있다. 이때, 전극 조립체(110)는 예를 들어 원기둥 형태로 권취될 수 있다. 그리고, 양극(112), 분리막(114), 및 음극(111)은 전극 조립체(110)의 권취 중심축(C)에 대하여 수직인 전극 조립체(110)의 두께 방향으로 각각 다수의 겹(Layer)을 형성할 수 있다.
도 4 및 도 5를 참고하면, 음극(111)은 음극 집전체(111a) 및 음극 집전체(111a)에 도포된 음극 활물질(111b)을 포함할 수 있다.
또한, 음극(111)은 음극 집전체(111a)에 음극 활물질(111b)이 도포되지 않은 영역인 음극 무지부(111c)가 형성될 수 있다.
음극 무지부(111c)는 예를 들어 전극 조립체(110)의 권취 중심축(C) 방향을 기준으로, 분리막(114) 보다 더 돌출되도록 일측(C1) 방향 단부에 위치될 수 있다.
또한, 음극 무지부(111c)는 권취 방향을 따라 음극(111)의 일측 단부 전체에서 형성될 수 있다.
아울러, 음극 무지부(111c)는 전극 조립체(110)의 권취 중심축(C)에서 일측(C1) 방향으로 양극(112)의 단부 보다 더 연장되어 형성될 수 있다. 즉, 예를 들어 도 1에 도시된 사항을 참고로 할 때 음극 무지부(111c) 영역의 음극 집전체(111a) 단부가 양극(112) 보다 전극 조립체(110)의 상부 방향으로 더 돌출형성될 수 있다. 따라서, 상부에 위치되는 제1 캔(121)의 내측 상면과 직접 접촉되어 제1 캔(121)이 음극 단자를 형성할 수 있다. 이에 따라, 음극(111)의 단부가 제1 캔(121)에 직접 접촉되어 별도의 연결선을 통해 연결되는 것에 비하여 저항이 현저히 감소되고, 결국 위치별 열편차에 의한 특정부위의 열화 방지 및 전체 열을 낮추어 열화에 의한 전지(cell)성능 퇴화를 방지할 수 있다.
음극 집전체(111a)는 예를 들어 구리(Cu) 또는 니켈(Ni) 재질로 이루어진 포일(foil)로 이루어질 수 있다. 음극 활물질(111b)은 예를 들어 인조흑연, 리튬금속, 리튬합금, 카본, 석유코크, 활성화 카본, 그래파이트, 실리콘 화합물, 주석 화합물, 티타늄 화합물 또는 이들의 합금으로 이루어질 수 있다. 이때, 음극 활물질(111b)은 예를 들어 비흑연계의 SiO(silica, 실리카) 또는 SiC(silicon carbide, 실리콘카바이드) 등이 더 포함되어 이루어질 수 있다.
도 4 및 도 5를 참고하면, 양극(112)은 양극 집전체(112a) 및 양극 집전체(112a)에 도포된 양극 활물질(112b)을 포함할 수 있다.
또한, 양극(112)은 양극 집전체(112a)에 양극 활물질(112b)이 도포되지 않은 영역인 양극 무지무(112c)가 형성될 수 있다.
양극 무지무(112c)는 예를 들어 전극 조립체(110)의 권취 중심축(C) 방향을 기준으로, 분리막(114) 보다 더 돌출되도록 타측(C2) 방향 단부에 위치될 수 있다.
또한, 양극 무지부(112c)는 권취 방향을 따라 양극(112)의 타측 단부 전체에서 형성될 수 있다.
아울러, 양극 무지부(112c)는 전극 조립체(110)의 권취 중심축(C)에서 일측(C1) 방향으로 음극(111)의 단부 보다 더 연장되어 형성될 수 있다. 즉, 예를 들어 도 1에 도시된 사항을 참고로 할 때 양극 무지부(112c) 영역의 양극 집전체(112a) 단부가 음극(111) 보다 전극 조립체(110)의 하부 방향으로 더 돌출 형성될 수 있다. 따라서, 예를 들어 하부에 위치되는 제2 캔(122)의 내측 하면과 직접 접촉되어 제2 캔(122)이 양극 단자를 형성할 수 있다. 이에 따라, 양극(112)의 단부가 제2 캔(122)에 직접 접촉되어 별도의 연결선을 통해 연결되는 것에 비하여 저항이 현저히 감소되고, 결국 위치별 열편차에 의한 특정부위의 열화 방지 및 전체 열을 낮추어 열화에 의한 전지(cell)성능 퇴화를 방지할 수 있다.
이처럼 본원발명의 제1 실시예에 따른 이차전지에서, 전극 조립체(110)의 모든 전극(113)은 연속적으로 캔(120)과 직접 연결될 수 있어 전극(113)의 위치별 저항과 온도 편차를 줄일 수 있다.
양극 집전체(112a)는 예를 들어 알루미늄 재질의 포일(Foil)로 이루어질 수 있고, 양극 활물질은 예를 들어 리튬망간산화물, 리튬코발트산화물, 리튬니켈산화물, 리튬인산철, 또는 이들 중 1종 이상이 포함된 화합물 및 혼합물 등으로 이루어질 수 있다.
도 3 및 도 4를 참고하면, 분리막(114)은 절연 재질로 이루어져 양극(112) 및 음극(111)과 교대로 적층된다. 여기서, 분리막(114)은 양극(112) 및 음극(111) 사이와, 양극(112) 및 음극(111)의 외측면에 위치될 수 있다. 이때, 분리막(114)은 전극 조립체(110)의 권취 시 폭방향으로 최외각에도 위치될 수 있다.
또한, 분리막(114)은 연성이 있는 재질로 이루어질 수 있다. 이때, 분리막(114)은 예를 들어 미다공성을 가지는 폴리에칠렌, 폴리프로필렌 등 폴리올레핀계 수지막으로 형성될 수 있다.
이하에서는 제2 실시예에 따른 이차전지를 설명하기로 한다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 이차전지를 예시적으로 나타낸 단면도이다.
도 7을 참고하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 이차전지(200)는 양극(212), 분리막(214), 음극(211)이 교대로 적층된 전극 조립체(210)와, 제1 캔(221) 및 제2 캔(222)을 포함하여 전극 조립체(210)를 수용하는 캔(220) 및 전극 조립체(210)의 권취 중심부에 위치되는 센터 핀(230)을 포함하고, 음극 무지부(211c)는 제1 캔(221)에 접촉하고, 양극 무지부(212c)는 제2 캔(222)의 내면에 접촉한다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 이차전지(200)는 전술한 제1 실시예에 따른 이차전지와 비교할 때, 센터 핀(230)을 더 포함하는 차이가 있다. 따라서, 본 실시예는 제1 실시예와 중복되는 내용은 간략히 기술하고, 차이점을 중심으로 기술하도록 한다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 이차전지에서 전극 조립체를 나타낸 사시도이고, 도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 이차전지에서 전극 조립체를 나타낸 단면도이다.
또한, 도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 이차전지에서 전극 조립체를 권취하기 전 펼쳐진 상태를 나타낸 분해 사시도이며, 도 11은 본 발명의 제2 실시예에 따른 이차전지에서 전극 조립체를 권취하기 전 펼쳐진 상태를 나타낸 평면도이다.
도 8 내지 도 11을 참고하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 이차전지(200)에서 센터 핀(230)은 전극 조립체(210)의 권취 중심부에 위치되어 전극 조립체(210)의 권취 시 기준축 또는 기준면을 제공할 수 있다. 여기서, 전극 조립체(210)는 센터 핀(230)을 감싸며 센터 핀(230)을 기준으로 권취될 수 있다. 이에 따라, 양극(212), 분리막(214), 및 음극(211)의 권취 시, 센터 핀(230)을 통해 양극(212), 분리막(214), 및 음극(211)의 사행정렬도를 잡아줄 수 있다(참고로, 사행은 권취 시 고르게 말리지 않고 경사지게 말리는 현상을 의미한다).
또한, 센터 핀(230)이 전극 조립체(210)의 중심부인 코어부에 구비되어, 충방전 사이클(Cycle) 진행에 따라 전극 조립체(210)의 코어부에 위치된 전극(113)의 깨짐 발생을 방지할 수 있다.
아울러, 양극(212), 분리막(214), 및 음극(211)은 센터 핀(230)의 외주면에 권취되어, 전극 조립체(210)의 권취 중심축(C)에 대하여 수직인 전극 조립체(210)의 두께 방향으로 각각 다수의 겹(Layer)을 형성할 수 있다.
그리고, 전극 조립체(210)는 센터 핀(230)에 테이프(Tape)(240)로 고정된 채로 권취될 수 있다(도 11 참조). 테이프 고정 방식을 이용할 경우 권취시의 사행정렬도는 더욱 좋아질 수 있다.
또한, 센터 핀(230)은 절연 재질을 포함하여 형성될 수 있다.
아울러, 센터 핀(230)은 중심축을 기준으로 중앙측이 비어있는 원통형 형태로 구비될 수 있다.
그리고, 센터 핀(230)은 두께가 예를 들어 0.1~1mm로 형성될 수 있다. 여기서, 센터 핀(230)은 두께가 구체적으로 예를 들어 0.2~0.5mm로 형성될 수 있다.
또한, 센터 핀(230)의 외경(d1)은 전극 조립체(210)의 외경(d2)에 대하여 5~30%로 형성될 수 있다. 이때, 센터 핀(230)의 외경(d1)은 구체적으로 예를 들어 전극 조립체(210)의 외경(d2)에 대하여 10~20%로 형성될 수 있다.
아울러, 센터 핀(230)의 길이는 전극 조립체(210)의 권취 중심축(C) 방향으로 음극 무지부(211c)의 일측 단부에서 양극 무지부(212c)의 타측 단부 까지의 길이 보다 짧게 형성될 수 있다. 여기서, 음극 무지부(211c)는 권취 중심축(C)을 기준으로 센터 핀(230) 보다 일측(C1) 방향으로 더 길게 연장형성되고, 양극 무지부(212c)가 권취 중심축(C)을 기준으로 센터 핀(230) 보다 타측(C2) 방향으로 더 길게 연장 형성될 수 있다. 이때, 전극 조립체(210)의 권취 중심축(C) 방향으로 분리막(214)의 길이는, 센터 핀(230)의 길이와 동일하게 형성될 수 있다.
그리고, 센터 핀(230)의 일측부가 제1 캔(221)의 내면에 면접촉하고, 센터 핀(230)의 타측부가 제2 캔(222)의 내면에 면접촉할 수 있다.
상기와 같이 구성된, 본 발명의 제2 실시예에 따른 이차전지(200)는, 음극 무지부(211c)가 전극 조립체(210)의 권취 중심축(C) 방향을 기준으로 분리막(214) 보다 더 돌출되도록 일측 방향 단부에 위치되며, 양극 무지부(212c)가 분리막(214) 보다 더 돌출되도록 타측(C2) 방향 단부에 위치되고, 전극 조립체(210)의 권취 중심부에 위치되는 센터 핀(230)의 길이가 음극 무지부(211c)의 일측 단부에서 양극 무지부(212c)의 타측 단부 까지의 길이 보다 짧게 형성된다.
따라서, 음극 무지부(211c)가 제1 캔(221)에 접촉되고, 양극 무지부(212c)가 제2 캔(222)의 내면에 접촉하는 형태에서, 용접면적을 늘리기 위해 음극 집전체(111b) 및 양극 집전체(112a)를 압착할 경우 센터 핀(230)이 기준면을 제공하여 용접품질과 저항편차를 일정수준으로 확보할 수 있다. 즉, 제1 캔(221) 및 제2 캔(222)을 상호 마주보는 방향으로 가압 시, 센터 핀(230)이 위치된 곳 까지 가압하게 되면, 센터 핀(230) 보다 더 돌출되었던, 양극 무지부(212c) 및 음극 무지부(211c)의 돌출부위가 벤딩되어(도 7 참조), 제1 캔(221) 및 제2 캔(222)의 내면에 고루게 직접 접촉되게 할 수 있다. 이에 따라, 캔(220)의 내면에 양극(212) 및 음극(211)의 단부를 용접 시 용접 품질이 향상되고, 저항 편차를 일정 수준으로 확보할 수 있다.
이하에서는 제3 실시예에 따른 이차전지를 설명하기로 한다.
도 12는 본 발명의 제3 실시예에 따른 이차전지를 나타낸 단면도이다.
도 12 및 도 13을 참고하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 이차전지(300)는 양극(312), 분리막(314), 음극(311)이 교대로 적층된 전극 조립체(310)와, 제1 캔(321) 및 제2 캔(322)을 포함하여 전극 조립체(310)를 수용하는 캔(320) 및 전극 조립체(310)의 권취 중심부에 위치되는 센터 핀(330)을 포함하고, 음극 무지부(311c)는 제1 캔(321)에 접촉하고, 양극 무지부(312c)는 제2 캔(322)의 내면에 접촉한다.
본 발명의 제3 실시예에 따른 이차전지(300)는 전술한 제1 실시예 및 제 2 실시예에 따른 이차전지와 비교할 때, 센터 핀(330)과 전극 조립체(310)의 길이에 차이가 있다. 따라서, 본 실시예는 제1 실시예 및 제2 실시예와 중복되는 내용은 간략히 기술하고, 차이점을 중심으로 기술하도록 한다.
도 13은 본 발명의 제3 실시예에 따른 이차전지에서 전극 조립체를 나타낸 사시도이다.
도 12 및 도 13을 참고하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 이차전지(300)에서 센터 핀(330)은 전극 조립체(310)의 권취 중심부에 위치되어 전극 조립체(310)의 권취 시 기준축 또는 기준면을 제공할 수 있다. 여기서, 전극 조립체(310)는 센터 핀(330)을 감싸며 센터 핀(330)을 기준으로 권취될 수 있다. 이때, 양극(312), 분리막(314), 및 음극(311)은 센터 핀(330)의 외주면에 권취되어, 전극 조립체(310)의 권취 중심축(C)에 대하여 수직인 전극 조립체(310)의 두께 방향으로 각각 다수의 겹(Layer)을 형성할 수 있다.
아울러, 센터 핀(330)은 절연 재질을 포함하여 형성될 수 있다.
그리고, 센터 핀(330)은 중심축을 기준으로 중앙측이 비어있는 원통형 형태로 구비될 수 있다.
또한, 센터 핀(330)의 길이는 전극 조립체(310)의 권취 중심축(C) 방향으로 음극 무지부(311c)의 일측 단부에서 양극 무지부(312c)의 타측 단부 까지의 길이와 동일하게 형성될 수 있다. 이때, 전극 조립체(310)의 권취 중심축(C) 방향으로 분리막(314)의 길이는, 센터 핀(330)의 길이 보다 짧게 형성될 수 있다.
아울러, 센터 핀(330)의 일측부가 제1 캔(321)의 내면에 면접촉하고, 센터 핀(330)의 타측부가 제2 캔(322)의 내면에 면접촉할 수 있다.
이하에서는 제4 실시예에 따른 이차전지를 설명하기로 한다.
도 14는 본 발명의 제4 실시예에 따른 이차전지를 나타낸 단면도이고, 도 15는 본 발명의 제4 실시예에 따른 이차전지에서 전극 조립체를 나타낸 사시도이다.
도 14 및 도 15를 참고하면, 본 발명의 제4 실시예에 따른 이차전지(400)는 양극(412), 분리막(414), 음극(411)이 교대로 적층된 전극 조립체(410)와, 제1 캔(421) 및 제2 캔(422)을 포함하여 전극 조립체(410)를 수용하는 캔(420) 및 전극 조립체(410)의 권취 중심부에 위치되는 센터 핀(430)을 포함하고, 음극 무지부(411c)는 제1 캔(421)에 접촉하고, 양극 무지부(412c)는 제2 캔(422)의 내면에 접촉한다.
본 발명의 제4 실시예에 따른 이차전지(400)는 전술한 제1 실시예 내지 제3 실시예에 따른 이차전지와 비교할 때, 센터 핀(430)과 전극 조립체(410)의 길이에 차이가 있다. 따라서, 본 실시예는 전술한 실시예들과 중복되는 내용은 간략히 기술하고, 차이점을 중심으로 기술하도록 한다.
본 발명의 제4 실시예에 따른 이차전지(400)에서 센터 핀(430)은 전극 조립체(410)의 권취 중심부에 위치되어 전극 조립체(410)의 권취 시 기준축 또는 기준면을 제공할 수 있다. 여기서, 전극 조립체(410)는 센터 핀(430)을 감싸며 센터 핀(430)을 기준으로 권취될 수 있다. 이때, 양극(412), 분리막(414), 및 음극(411)은 센터 핀(430)의 외주면에 권취되어, 전극 조립체(410)의 권취 중심축(C)에 대하여 수직인 전극 조립체(410)의 두께 방향으로 각각 다수의 겹(Layer)을 형성할 수 있다.
아울러, 센터 핀(430)은 절연 재질을 포함하여 형성될 수 있다.
그리고, 센터 핀(430)은 중심축을 기준으로 중앙측이 비어있는 원통형 형태로 구비될 수 있다.
또한, 센터 핀(430)의 길이는 전극 조립체(410)의 권취 중심축(C) 방향으로 음극 무지부(411c)의 일측 단부에서 양극 무지부(412c)의 타측 단부 까지의 길이 보다 짧게 형성될 수 있다. 여기서, 음극 무지부(411c)는 권취 중심축(C)을 기준으로 센터 핀(430) 보다 일측(C1) 방향으로 더 길게 연장형성되고, 양극 무지부(412c)가 권취 중심축(C)을 기준으로 센터 핀(430) 보다 타측(C2) 방향으로 더 길게 연장 형성될 수 있다.
이때, 전극 조립체(410)의 권취 중심축(C) 방향으로 분리막(414)의 길이는, 센터 핀(430)의 길이 보다 길게 형성되고, 음극 무지부(411c)의 일측 단부에서 양극 무지부(412c)의 타측 단부 까지의 길이 보다는 짧게 형성될 수 있다.
한편, 센터 핀(430)의 일측부가 제1 캔(421)의 내면과 이격되도록 위치되고, 센터 핀(430)의 타측부가 제2 캔(422)의 내면과 이격되도록 위치될 수 있다.
상기와 같이 구성된, 본 발명의 제4 실시예에 따른 이차전지(400)에서 센터 핀(430)의 길이는 전극 조립체(410)의 권취 중심축(C) 방향으로 음극 무지부(411c)의 일측 단부에서 양극 무지부(412c)의 타측 단부 까지의 길이 및 분리막 보다 짧게 형성되고, 센터 핀(430)의 양측부가 제1 캔(421) 및 제2 캔(422)과 더 많이 이격되도록 위치되어, 전해액 포집공간과 가스 포집 공간이 증가될 수 있다.
이하에서는 제5 실시예에 따른 이차전지를 설명하기로 한다.
도 16은 본 발명의 제5 실시예에 따른 이차전지를 나타낸 단면도이고, 도 17은 본 발명의 제5 실시예에 따른 이차전지에서 전극 조립체를 나타낸 사시도이다.
도 16 및 도 17을 참고하면, 본 발명의 제5 실시예에 따른 이차전지(500)는 양극(512), 분리막(514), 음극(511)이 교대로 적층된 전극 조립체(510)와, 제1 캔(521) 및 제2 캔(522)을 포함하여 전극 조립체(510)를 수용하는 캔(520) 및 전극 조립체(510)의 권취 중심부에 위치되는 센터 핀(530)을 포함하고, 음극 무지부(511c)는 제1 캔(521)에 접촉하고, 양극 무지부(512c)는 제2 캔(522)의 내면에 접촉한다.
본 발명의 제5 실시예에 따른 이차전지(500)는 전술한 제1 실시예 내지 제4 실시예에 따른 이차전지와 비교할 때, 센터 핀(530)과 전극 조립체(510)의 길이에 차이가 있다. 따라서, 본 실시예는 전술한 실시예들과 중복되는 내용은 간략히 기술하고, 차이점을 중심으로 기술하도록 한다.
본 발명의 제5 실시예에 따른 이차전지(500)에서 센터 핀(530)은 전극 조립체(510)의 권취 중심부에 위치되어 전극 조립체(510)의 권취 시, 기준축 또는 기준면을 제공할 수 있다. 여기서, 전극 조립체(510)는 센터 핀(530)을 감싸며 센터 핀(530)을 기준으로 권취될 수 있다. 이때, 양극(512), 분리막(514), 및 음극(511)은 센터 핀(530)의 외주면에 권취되어, 전극 조립체(510)의 권취 중심축(C)에 대하여 수직인 전극 조립체(510)의 두께 방향으로 각각 다수의 겹(Layer)을 형성할 수 있다.
또한, 센터 핀(530)은 절연 재질을 포함하여 형성될 수 있다.
아울러, 센터 핀(530)은 중심축을 기준으로 중앙측이 비어있는 원통형 형태로 구비될 수 있다.
그리고, 센터 핀(530)의 길이는 전극 조립체(510)의 권취 중심축(C) 방향으로 음극 무지부(511c)의 일측 단부에서 양극 무지부(512c)의 타측 단부 까지의 길이 보다 길게 형성될 수 있다. 이때, 전극 조립체(510)의 권취 중심축(C) 방향으로 분리막(514)의 길이는, 음극 무지부(511c)의 일측 단부에서 양극 무지부(512c)의 타측 단부 까지의 길이 보다 짧게 형성될 수 있다.
그리고, 센터 핀(530)의 일측부가 제1 캔(521)의 내면에 면접촉하고, 센터 핀(530)의 타측부가 제2 캔(522)의 내면에 면접촉할 수 있다.
이하에서는 제6 실시예에 따른 이차전지를 설명하기로 한다.
도 18은 본 발명의 제6 실시예에 따른 이차전지를 나타낸 단면도이다.
도 18을 참고하면, 본 발명의 제6 실시예에 따른 이차전지(600)는 양극(612), 분리막(614), 음극(611)이 교대로 적층된 전극 조립체(610)와, 제1 캔(621) 및 제2 캔(622)을 포함하여 전극 조립체(610)를 수용하는 캔(620) 및 전극 조립체(610)의 권취 중심부에 위치되는 센터 핀(630)을 포함하고, 음극 무지부(611c)는 제1 캔(621)에 접촉하고, 양극 무지부(612c)는 제2 캔(622)의 내면에 접촉한다.
본 발명의 제6 실시예에 따른 이차전지(600)는 전술한 제1 실시예 내지 제5 실시예에 따른 이차전지와 비교할 때, 센터 핀(630)이 단자 기능을 하는데 차이가 있다. 따라서, 본 실시예는 전술한 실시예들과 중복되는 내용은 간략히 기술하고, 차이점을 중심으로 기술하도록 한다.
본 발명의 제6 실시예에 따른 이차전지(600)는 센터 핀(630)은 전극 조립체(610)의 권취 중심부에 위치되어 전극 조립체(610)의 권취 시 기준축 또는 기준면을 제공할 수 있다. 여기서, 전극 조립체(610)는 센터 핀(630)을 감싸며 센터 핀(630)을 기준으로 권취될 수 있다. 이때, 양극(612), 분리막(614), 및 음극(611)은 센터 핀(630)의 외주면에 권취되어, 전극 조립체(610)의 권취 중심축(C)에 대하여 수직인 전극 조립체(610)의 두께 방향으로 각각 다수의 겹(Layer)을 형성할 수 있다.
또한, 센터 핀(630)은 절연 재질을 포함하여 형성될 수 있다.
아울러, 센터 핀(630)은 원기둥 형태 또는 중심축을 기준으로 중앙측이 비어있는 원통형 형태로 구비될 수 있다.
그리고, 센터 핀(630)의 길이는 전극 조립체(610)의 권취 중심축(C) 방향으로 음극 무지부(611c)의 일측 단부에서 양극 무지부(612c)의 타측 단부 까지의 길이 보다 길게 형성될 수 있다. 이때, 전극 조립체(610)의 권취 중심축(C) 방향으로 분리막(614)의 길이는, 음극 무지부(611c)의 일측 단부에서 양극 무지부(612c)의 타측 단부 까지의 길이 보다 짧게 형성될 수 있다.
한편, 센터 핀(630)은 제1 캔(621) 및 제2 캔(622)의 외측으로 돌출될 수 있다. 이때, 제1 캔(621) 및 제2 캔(622)은 중앙측이 센터 핀(630)에 고정될 수 있다.
여기서, 센터 핀(630)은 절연 재질 포함하여 형성되고, 전극 조립체(610)의 권취 중심축(C) 방향으로 센터 핀(630)의 일측부 및 타측부에 전도성 물질(633,634)이 코팅될 수 있다.
이때, 제1 캔(621)과 센터 핀(630)의 일측부가 전기적으로 접속되어 센터 핀(630)의 일측부가 음극 단자(631)를 형성하고, 제2 캔(622)과 센터 핀(630)의 타측부가 전기적으로 접속되어 센터 핀(630)의 타측부가 양극 단자(632)를 형성할 수 있다.
상기와 같이 구성된, 본 발명의 제6 실시예에 따른 이차전지(600)에서 센터 핀(630)은 제1 캔(621) 및 제2 캔(622)의 외측으로 돌출되고, 센터 핀(630)의 일측부가 음극 단자(631)를 형성하며, 타측부가 양극 단자(632)를 형성함에 따라, 전지 팩으로 제조 시 센터 핀(630)을 외부 터미널(Terminal) 단자로 활용할 수 있다.
이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명에 따른 이차전지는 이에 한정되지 않는다. 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 실시가 가능하다고 할 것이다.
또한, 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.
100,200,300,400,500,600: 이차전지
110,210,310,410,510,610: 전극 조립체
111,211,311,411,511,611: 음극
112,212,312,412,512,612: 양극
113: 전극
114,214,314,414,514,614: 분리막
120,210,320,410,520,610: 캔
121,211,321,411,521,611: 제1 캔
122,212,322,412,522,612: 제2 캔
230, 330, 330, 430, 530, 630: 센터 핀
631: 음극 단자
632: 양극 단자
633,634: 전도성 물질

Claims (17)

  1. 양극, 분리막, 음극이 교대로 적층된 전극 조립체; 및
    상기 전극 조립체를 수용하는 캔을 포함하고,
    상기 음극은 음극 활물질이 코팅되지 않는 음극 무지부가, 상기 전극 조립체의 권취 중심축방향을 기준으로, 상기 분리막 보다 더 돌출되도록 일측 방향 단부에 위치되며,
    상기 양극은 양극 활물질이 코팅되지 않는 양극 무지부가, 상기 전극 조립체의 권취 중심축방향을 기준으로, 상기 분리막 보다 더 돌출되도록 타측 방향 단부에 위치되고,
    상기 캔은 제1 캔 및 제2 캔을 포함하고,
    상기 음극 무지부는 상기 제1 캔의 내면에 직접 접촉하고, 상기 양극 무지부는 상기 제2 캔의 내면에 직접 접촉하며,
    상기 전극 조립체의 권취 중심부에 위치되는 센터 핀을 더 포함하고,
    상기 센터 핀은 상기 제1 캔 및 상기 제2 캔의 외측으로 돌출되며,
    상기 센터 핀은 절연 재질 포함하여 형성되고,
    상기 전극 조립체의 권취 중심축 방향으로 상기 센터 핀의 일측부 및 타측부에 전도성 물질이 코팅되며,
    상기 제1 캔과 상기 센터 핀의 일측부가 전기적으로 접속되어 상기 센터 핀의 일측부가 음극 단자를 형성하고,
    상기 제2 캔과 상기 센터 핀의 타측부가 전기적으로 접속되어 상기 센터 핀의 타측부가 양극 단자를 형성하는 이차전지.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 음극 무지부는 권취 방향을 따라 상기 음극의 일측 단부 전체에서 형성되어 있고,
    상기 양극 무지부는 권취 방향을 따라 상기 양극의 타측 단부 전체에서 형성되어 있는 이차전지.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 전극 조립체는 상기 센터 핀을 감싸며 권취된 이차전지.
  4. 청구항 3에 있어서
    상기 전극 조립체는 상기 센터 핀에 테이프로 고정된 채로 권취되어 있는 이차전지.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 양극, 상기 분리막, 상기 음극은 상기 센터 핀의 외주면에 권취되어, 상기 전극 조립체의 권취 중심축에 대하여 수직인 상기 전극 조립체의 두께 방향으로 각각 다수의 겹(Layer)을 형성하는 이차전지.
  6. 삭제
  7. 청구항 3에 있어서,
    상기 센터 핀은 원통형 형태로 구비되는 이차전지.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 전극 조립체의 권취 중심축 방향으로 상기 분리막의 길이는,
    상기 음극 무지부의 일측 단부에서 상기 양극 무지부의 타측 단부의 길이 보다 짧게 형성되는 이차전지.
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 청구항 3에 있어서,
    상기 전극 조립체의 권취 중심축 방향으로 상기 센터 핀의 길이는,
    상기 음극 무지부의 일측 단부에서 상기 양극 무지부의 타측 단부의 길이 보다 길게 형성되는 이차전지.
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 캔 및 상기 제2 캔은 중앙측이 상기 센터 핀에 고정되는 이차전지.
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