KR20090132195A - 전극조립체 및 이를 포함하는 이차전지 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 실시예에 따른 전극조립체 및 이를 포함하는 이차전지는 전극조립체의 내주부에 전기 전도성판을 포함할 수 있다. 상기 전기 전도성판은 전극조립체가 압축력을 받을 시에 집전체들을 단락시킬 수 있다. 따라서, 상기 단락을 통해 이차전지의 에너지를 소모시켜 발화 및 폭발의 위험성을 막을 수 있다.
상기 이차전지는 제 1 전극판, 제 2 전극판 및 제 1 전극판과 제 2 전극판 사이에 위치하는 세퍼레이터를 포함하고, 제 1 전극판, 제 2 전극판 및 세퍼레이터를 권취하여 이루어지는 젤리롤 타입의 전극조립체, 개구부를 통해 전극조립체를 수용하는 캔 및 캔의 개구부를 덮는 캡조립체를 포함하며, 전극조립체의 내주부에 위치하는 전기 전도성판을 포함할 수 있다.
전극조립체, 이차전지, 전기 전도성판
Description
본 발명은 전지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전극조립체 및 이를 포함하는 이차전지에 관한 것이다.
리튬이온 이차전지는 양극판, 음극판, 전해질 및 세퍼레이터로 구성되어, 충방전을 거듭하여 사용할 수 있다.
리튬이온전지는 안전성 측면에 있어서, 사용 중에 벌어질 수 있는 파손에 따른 위험을 제거하고자 관통실험, 압축실험 및 오븐실험을 포함하는 많은 안전검사들이 행해지고 있다.
특히, 리튬이온 이차전지가 외부충격 등으로 압축, 파손시 그 전지로서 기능의 상실은 물론 발화 및 폭발할 수 있는 가능성을 배제할 수 없다. 이는 압축시 전지 내부에 있는 양극 집전체, 음극 집전체, 양극 활물질층, 음극 활물질층 간에 일어나는 단락(short)에 기인한다. 따라서, 외부충격 등으로 인한 리튬이온 이차전지 의 압축 및 파손시 발화 또는 폭발 등의 위험성을 제거하고자 하는 많은 연구가 진행되고 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 외부충격으로 인한 압축 또는 파손시 발화 및 폭발의 위험성을 막아 이차전지의 안정성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있는 전극조립체 및 이를 포함하는 이차전지를 제공하는데 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 이차전지는 제 1 전극판, 제 2 전극판 및 제 1 전극판과 제 2 전극판 사이에 위치하는 세퍼레이터를 포함하고, 제 1 전극판, 제 2 전극판 및 상기 세퍼레이터를 권취하여 이루어지는 젤리롤 타입의 전극조립체, 개구부를 통해 전극조립체를 수용하는 캔 및 캔의 개구부를 덮는 캡조립체를 포함하며, 전극조립체의 내주부에 전기 전도성판을 포함할 수 있다.
또한, 전기 전도성판은 금속일 수 있다.
또한, 금속은 니켈(Ni)일 수 있다.
또한, 전기 전도성판의 두께(T)는 0.1 내지 0.2mm일 수 있다.
또한, 전기 전도성판은 사각 형상으로 이루어질 수 있다.
또한, 전기 전도성판은 직사각 형상 또는 마름모 형상으로 이루어질 수 있다.
또한, 전기 전도성판의 양 측단은 톱니 형태로 이루어질 수 있다.
또한, 전기 전도성판의 높이(H)는 1mm 이상이고, 전극조립체의 높이(I)의 1/2 이하일 수 있다.
또한, 전기 전도성판의 폭(W)의 기준이 되는 측단과 측단에서 최인접하는 전극조립체의 내주부 사이의 거리(L)는 1 내지 3.5mm일 수 있다.
또한, 전기 전도성판은 원 형상을 가질 수 있다.
또한, 전기 전도성판의 외주부는 톱니 형태로 이루어질 수 있다.
또한, 전기 전도성판의 지름(D)은 1mm 이상이고, 전극조립체의 높이(I)의 1/2 이하일 수 있다.
또한, 전기 전도성판의 외주부와 외주부에서 최인접하는 전극조립체의 내주부 사이의 거리(L)는 1 내지 3.5mm일 수 있다.
또한, 전극조립체는 제 1 전극판에 위치하고 제 1 전극 무지부에 부착되는 제 1 전극탭 및 제 2 전극판에 위치하고 제 2 전극 무지부에 부착되는 제 2 전극탭을 포함하며, 전기 전도성판은 제 1 전극탭 또는 제 2 전극탭 중 내주부에 위치하는 어느 한 전극탭과 겹치지 않도록 위치할 수 있다.
또한, 전극조립체는 제 1 전극판에 위치하고 제 1 전극 무지부에 부착되는 제 1 전극탭 및 제 2 전극판에 위치하고 제 2 전극 무지부에 부착되는 제 2 전극탭을 포함하며, 전기 전도성판은 제 1 전극탭 또는 제 2 전극탭 중 내주부에 위치하 는 어느 한 전극탭과 연결될 수 있다.
또한, 전기 전도성판은 제 1 전극탭 또는 제 2 전극탭 중 내주부에 위치하는 어느 한 전극탭과 용접되거나 일체형으로 이루어질 수 있다.
또한, 제 1 전극판은 제 1 전극 집전체, 제 1 전극 활물질층 및 제 1 전극 무지부로 구성되고, 제 2 전극판은 제 2 전극 집전체, 제 2 전극 활물질층 및 제 2 전극 무지부로 구성되며, 전극 조립체는 내주부로부터 세퍼레이터-제 2 전극 무지부-세퍼레이터-제 1 전극 무지부-세퍼레이터-제 2 전극 활물질층-제 2 전극 집전체-제 2 전극 활물질층-세퍼레이터-제 1 전극 활물질층-제 1 전극 집전체-제 1 전극 활물질층-세퍼레이터-제 2 전극활물질층의 순서로 권취될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 전극조립체는 제 1 전극판, 제 2 전극판 및 제 1 전극판 및 제 2 전극판 사이에 위치하는 세퍼레이터를 포함하고, 제 1 전극판, 제 2 전극판 및 세퍼레이터를 권취하여 이루어지는 젤리롤 타입의 전극조립체에 있어서, 전극조립체의 내주부에 위치하는 전기 전도성판을 포함할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예들에 따른 전극조립체 및 이를 포함하는 이차전지는 전극조립체의 내주부에 전기 전도성판을 포함할 수 있다.
상기 전기 전도성판은 외부충격으로 인해 전극조립체가 압축력을 받을 시에 제 1 전극 집전체 및 제 2 전극 집전체를 먼저 단락시켜 이차전지의 에너지를 대부분 소모시킬 수 있다. 따라서, 발화 및 폭발의 위험성을 막아 이차전지의 안정성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
후술하는 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 전극조립체(200) 및 이를 포함하는 이차전지(1000)에 대하여 상세히 설명한다. 여기서 언급하는 이차전지(1000)는 리튬이온 이차전지를 지칭할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 이차전지의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전극조립체의 사시도이며, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전극조립체에서 A 영역의 확대도이다.
본 발명의 실시예에서는 각형 이차전지(1000)에 대하여 도시하였지만, 본 발명은 각형 이차전지(1000)에 한정되지 않으며, 원통형 이차전지나 파우치형 이차전지에도 적용될 수 있음은 후술하는 실시예들에 의해 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 이차전지(1000)는 캔(100), 캔(100)의 내부에 수용되는 전극조립체(200), 캔(100)의 상단개구부(101)를 덮는 캡조립체(300) 및 전기 전도성판(400)을 포함할 수 있다.
상기 캔(100), 전극조립체(200) 및 캡조립체(300)가 결합된 구성요소를 베어셀로 지칭할 수 있다. 상기 전기 전도성판(400)은 상기 베어셀이 외부 압력에 의해 압축될 시에, 단락에 의해 이차전지(1000)의 에너지를 대부분 소모시킬 수 있다. 이에 대한 자세한 설명은 후술하기로 한다.
캔(100)은 대략 직육면체의 형상을 가지며 일측부가 개구된 상단개구부(101)를 포함할 수 있다. 캔(100)은 금속재료로 이루어질 수 있고, 그 자체가 단자 역할을 수행할 수 있다. 상기 캔(100)에는 상기 상단개구부(101)를 통해 후술하는 전극조립체(200)가 삽입될 수 있다.
전극조립체(200)는 제 1 전극판(210), 제 2 전극판(220), 세퍼레이터(230)를 포함할 수 있다. 또한, 전극조립체(200)는 제 1 전극판(210)과 제 2 전극판(220) 사이에 세퍼레이터(230)가 위치하여, 젤리롤(Jelly-Roll) 형태로 권취될 수 있다.
제 1 전극판(210)은 제 1 전극 집전체(211) 및 제 1 전극 활물질층(212)으로 이루어질 수 있다.
제 1 전극 집전체(211)는 제 1 전극판(210)이 양극인 경우, 도전성이 우수한 알루미늄(Al) 포일로 이루어질 수 있다.
제 1 전극 활물질층(212)은 제 1 전극 집전체(211) 상에 위치하고, 제 1 전극 활물질, 도전재료 및 바인더 등으로 이루어질 수 있다. 여기서 제 1 전극 활물 질은 리튬코발트옥사이드(LiCoO2), 리튬망간옥사이드(LiMn2O4) 또는 리튬니켈옥사이드(LiNiO2) 등이 될 수 있다. 도전재료로는 카본블랙(carbon black) 등이 사용될 수 있다. 바인더로는 PVDF, SBR 또는 PTFE 등을 휘발성 용매인 NMP나 유기용제 또는 물 등으로 용해, 분산시켜 사용할 수 있다.
제 1 전극 집전체(211)는 양 측단에 제 1 전극 활물질층(212)이 형성되지 않은 제 1 전극 무지부(215)를 구비할 수 있다. 제 1 전극 무지부(215)에는 제 1 전극탭(217)이 부착되어 캔(100)의 상단개구부(101) 방향으로 돌출될 수 있다. 제 1 전극탭(217)은 알루미늄 등으로 이루어질 수 있다. 제 1 전극탭(217)이 전극조립체(200)로부터 인출되는 부분에는 캔(100) 이외의 부분과의 단락을 방지하기 위하여 제 1 절연테이프(미도시)가 형성될 수 있다.
제 2 전극판(220)은 제 2 전극 집전체(221) 및 제 2 전극 활물질층(222)으로 이루어질 수 있다.
제 2 전극 집전체(221)는 제 2 전극판(220)이 음극인 경우, 도전성이 우수한 구리(Cu) 포일로 이루어질 수 있다.
제 2 전극 활물질층(222)은 상기 제 2 전극 집전체(221) 상에 위치하며, 제 2 전극 활물질, 도전재료 및 바인더 등으로 이루어질 수 있다. 여기서 제 2 전극 활물질은 탄소(C) 계열 물질, Si, Sn, 틴 옥사이드, 틴 합금 복합체(composite tin alloys), 전이 금속 산화물, 리튬 금속 나이트라이드 또는 리튬 금속 산화물 등이 사용될 수 있다. 대표적으로는 탄소(C) 계열 물질이 될 수 있다. 도전재료로는 카 본블랙(carbon black) 등이 사용될 수 있다. 바인더로는 PVDF, SBR 또는 PTFE 등을 휘발성 용매인 NMP나 유기용제 또는 물 등으로 용해, 분산시켜 사용할 수 있다. 제 2 전극판(220)의 경우 제 2 전극 활물질 자체의 도전성이 높아 도전재료를 사용하지 않을 수 있다.
제 2 전극 집전체(221)는 양 측단에 제 2 전극 활물질층(222)이 형성되지 않은 제 2 전극 무지부(225)를 구비할 수 있다. 제 2 전극 무지부(225)에는 제 2 전극탭(227)이 부착되어 캔(100)의 상단개구부(101) 방향으로 돌출될 수 있다. 제 2 전극탭(227)은 구리(Cu) 또는 니켈(Ni) 등으로 이루어질 수 있다. 제 2 전극탭(227)이 전극조립체(200)로부터 인출되는 부분에는 전극단자(310) 이외의 부분과의 단락을 방지하기 위하여 제 2 절연테이프(미도시)가 형성될 수 있다.
상술한 설명에서는 제 1 전극판(210)이 양극, 제 2 전극판(220)이 음극인 경우를 예를 들어 설명하였으나 제 1 전극판(210)이 음극, 제 2 전극판(220)이 양극이 될 수도 있다. 이 경우 각각의 집전체 및 활물질층을 이루는 재료들은 서로 반대가 될 수 있다.
일반적으로 각형 이차전지(1000)에 있어서 단자 기능을 수행하는 캔(100)은 양극일 수 있다. 이 경우 제 1 전극판(210)이 양극이라면 젤리롤 전극조립체(200)의 최외각 전극판은 양극인 제 1 전극판(210)이 될 수 있다. 또한, 제 1 전극판(210)이 음극이라면 젤리롤 전극조립체(200)의 최외각 전극판은 양극인 제 2 전극판(220)이 될 수 있다.
이하에서는 제 1 전극판(210)이 양극, 제 2 전극판(220)이 음극일 때의 실시 예를 가정하여 설명을 전개해 나가기로 한다.
세퍼레이터(230)는 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP) 또는 이들의 복합필름을 사용한 다공성막으로 이루어질 수 있다. 세퍼레이터(230)는 전극조립체(200)에서 제 1 전극판(210)과 제 2 전극판(220)과의 전자전도를 차단하고 리튬 이온의 이동을 원활히 할 수 있다. 세퍼레이터(230)는 제 1 전극판(210)과 제 2 전극판(220)의 접촉을 방지하는 역할 외에 외부쇼트 등으로 인한 이차전지(1000)의 온도 상승시 셧다운(Shut-down) 등을 통해 온도 상승을 방지하는 역할을 할 수 있다.
상기 제 1 전극판(210) 및 제 2 전극판(220)의 일면 또는 양면에는 제 1 전극판(210)과 제 2 전극판(220) 간의 단락을 방지하기 위하여 세퍼레이터(230) 외에도 세라믹 물질을 바인더와 혼합한 세라믹층이 더 형성될 수 있다. 그러나 이는 본 발명의 기술적 사상이 아니므로 자세한 설명을 생략하기로 한다.
전극조립체(200)에서는 충전시 리튬 이온이 제 1 전극판(210)으로부터 제 2 전극판(220)으로 이동하여 도프(intercalation)될 수 있다. 방전시에는 리튬 이온이 제 2 전극판(220)으로부터 제 1 전극판(210)으로 탈도프(deintercalation)되며 외부 전원에 전압을 인가할 수 있다.
캡조립체(300)는 전극단자(310), 가스켓(320), 캡플레이트(330), 절연플레이트(340) 및 터미널플레이트(350)를 포함할 수 있다. 캡조립체(300)는 별도의 절연케이스(360)와 함께 캔(100)의 상단개구부(101)에서 전극조립체(200)와 결합되어 캔(100)을 밀봉할 수 있다.
캡플레이트(330)의 중앙에는 소정 크기의 단자통공(331)이 형성될 수 있다. 캡플레이트(330)의 일측에는 전해액 주입구(332)가 형성될 수 있고, 단자통공(331)을 중심으로 전해액 주입구(332)와 대응하는 캡플레이트(330)의 일면에는 안전벤트(safty bent, 미도시)가 형성될 수 있다. 전해액 주입구(332)는 전해액을 캔(100)에 넣은 후 볼 등의 덮개(333)를 통해 밀폐될 수 있다. 캡플레이트(330)는 캔(100)의 상단개구부(101)와 상응하는 크기를 가지는 금속판으로 형성될 수 있다.
전극단자(310)는 캡플레이트의 단자통공(331)에 삽입될 수 있다. 여기서 전극단자(310)는 음극단자일 수 있다.
가스켓(320)은 전극단자(310)가 캡플레이트(330)의 단자통공(331)에 삽입될 때는 전극단자(310)와 캡플레이트(330)의 절연을 위하여 전극단자(310)와 단자통공(331) 사이에 위치할 수 있다.
절연플레이트(340)는 캡플레이트(330)의 하면에 결합될 수 있고 가스켓(320)을 만드는 절연물질로 이루어질 수 있다.
터미널플레이트(350)는 상기 절연 플레이트(340)의 하면에 결합될 수 있고, 니켈 합금으로 형성될 수 있다.
절연플레이트(340) 및 터미널 플레이트에도 캡플레이트(330)의 단자통공(331)에 대응되는 위치에 동일한 단자통공(341, 351)이 형성될 수 있다.
전극단자(310)는 캡플레이트(330), 절연플레이트(340) 및 터미널플레이트(350)의 단자통공을 통해 삽입되어, 전극조립체(200)의 제 2 전극탭(227)과 전기적으로 연결될 수 있다. 제 1 전극탭(217)은 제 1 전극탭(217)과 대응하는 캡플레이트(330)의 어느 일측에 전기적으로 연결될 수 있다.
전기 전도성판(400)은 젤리롤 형상을 가지는 전극조립체(200)의 내주부(201)에 위치할 수 있다. 바람직하게는 전극조립체(200)의 하부면과 전극탭 사이에 위치할 수 있다.
젤리롤 형태의 전극조립체(200)에서 가장 내부로부터 1회 권취된 전극조립체(200)의 안쪽 부분을 일컬어 내주부(201)로 지칭할 수 있다.
전극조립체(200)의 최내각을 이루는 내주부(201)는 세퍼레이터(230)로 이루어질 수 있다. 전극조립체(200)는 내주부(201)를 이루는 세퍼레이터(230)로부터 시작하여 외측으로 진행시 세퍼레이터(230)->제 2 전극 무지부(225)->세퍼레이터(230)->제 1 전극 무지부(215)->세퍼레이터(230)->제 2 전극 활물질층(222):제 2 전극 집전체(221):제 2 전극 활물질층(222)->세퍼레이터(230)->제 1 전극 활물질층(212):제 1 전극 집전체(211):제 1 전극 활물질층(212)->세퍼레이터(230)->제 2 전극 활물질층(222)의 순서로 권취될 수 있다.
전기 전도성판(400)에 관한 구조, 재료 및 그 기능에 관한 사항은 후술하는 도면을 통해 보다 상세히 설명하기로 한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 전극조립체에서 외부압력에 대한 전기 전도성판의 기능을 나타내는 도이고, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 전극조립체에서 B 영역의 확대도이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 이차전지(1000)가 종방향 압축 시험 또는 사용자의 부주의로 인한 외부충격 등으로 압축, 파손시 그 전지로서 기능의 상실은 물론 발화 및 폭발할 수 있는 가능성을 배제할 수 없다. 이는 압축시 이차전지 내부에 있는 제 1 전극 집전체(211), 제 2 전극 집전체(221), 제 1 전극 활물질층(212), 제 2 전극 활물질층(222) 간에 일어나는 단락(short)에 기인한다. 특히, 연구결과, 제 1 전극 활물질층(212)과 제 2 전극 집전체(221)간에 단락이 일어나는 경우 발화 및 폭발의 위험성이 크다는 사실이 밝혀지고 있다.
상기 전기 전도성판(400)은 도면에서와 같이 종방향으로 압축력이 작용할 시에 전극조립체(200)의 내부에 위치하는 전기 전도성판(400)이 제 2 전극 집전체(221)와 제 1 전극 집전체(211)를 먼저 통과할 수 있다. 보다 상세하게는 제 2 전극 무지부(225)와 제 1 전극 무지부(215)를 먼저 관통하여 지나갈 수 있다.
즉, 종방향 압축력으로 인한 이차전지(1000)의 파손시 전기 전도성판(400)은 제 1 전극 집전체(211)로만 이루어지는 제 1 전극 무지부(215)와 제 2 전극 집전체(221)로만 이루어지는 제 2 전극 무지부(225)를 먼저 관통할 수 있다. 따라서, 제 1 전극 무지부(215)와 제 2 전극 무지부(225)를 가장 먼저 단락시킬 수 있다. 이로 인해 전극조립체(200)가 가지고 있는 대부분의 전기 에너지가 상기 제 1 전극 무지부(215)와 제 2 전극 무지부(225)에서 소모될 수 있다.
이와 같이 제 1 전극 활물질층(212)과 제 2 전극 집전체(221)간에 단락이 일어나기 전에 제 1 전극 무지부(215)와 제 2 전극 무지부(225)가 먼저 단락됨으로써 발화 및 폭발의 가능성을 현저하게 줄일 수 있다.
도 4에서는 종방향 압축력이 전극조립체(200)의 일정한 부분에만 가해지는 것으로 도시하였지만, 종방향 압축력은 전극조립체(200)의 내주부선(N1, N2)을 기 준으로 전체적으로 일정하게 가해질 수도 있다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 전극조립체의 사시도이다.
도 6을 참조하면, 상기 전기 전도성판(400)은 다각 형상을 가질 수 있다. 보다 바람직하게는 사각 형상을 가질 수 있고, 더욱 바람직하게는 직사각 형상을 가질 수 있다.
전기 전도성판(400)의 두께(T)는 0.1 내지 0.2mm일 수 있다. 전기 전도성판(400)의 두께(T)가 0.1mm 미만이면 이차전지(1000), 특히 전극조립체(200)가 종방향 압축력을 받는 경우, 전기 전도성판(400)이 제 1 전극 무지부와 제 2 전극 무지부를 단락시키기 위해 전극조립체(200)를 관통시, 종방향과 수직인 방향으로 휘어질 수 있다. 또한, 전기 전도성판(400)의 두께(T)가 0.2mm를 초과하는 경우, 전극조립체(200)가 부분적으로 두꺼워져 일정한 형상에 변형을 가져올 수 있다.
전기 전도성판(400)의 높이(H)는 1mm 이상이고, 전극조립체(200)의 높이(I)의 1/2 이하일 수 있다. 전기 전도성판(400)의 높이(H)가 1mm 미만인 경우 이차전지(1000), 특히 전극조립체(200)가 종방향 압축력을 받는 경우, 전기 전도성판(400)이 제 1 전극 무지부(215)와 제 2 전극 무지부(225)를 단락시키기 위해 전극조립체(200)를 관통시, 종방향과 수직인 방향으로 휘어질 수 있다. 또한, 전기 전도성판(400)의 높이(H)가 전극조립체(200)의 높이(I)의 1/2을 초과하는 경우, 전기 전도성판(400)이 제 2 전극탭(227)과 겹치는 부분이 발생할 수 있으므로 전극조립체(200)가 부분적으로 두꺼워져 일정한 형상에 변형을 가져올 수 있다.
전기 전도성판(400)의 폭(W)의 기준이 되는 측단(400a, 400b) 및 상기 측단(400a, 400b)와 최인접하는 전극조립체(200)의 내주부(201) 사이의 거리, 보다 상세하게는 전기 전도성판(400)의 측단(400a, 400b) 및 상기 측단(400a, 400b) 와 최인접하는 전극조립체(200)의 내주부(201)의 내주부선(N1, N2) 사이의 거리(L)는 1 내지 3.5mm일 수 있다. 상기 거리(L)가 1mm 미만인 경우, 매우 작은 종방향 압축력에 의해 전기 전도성판(400)과 전극조립체(200)가 단락되는 결과 이차전지(1000)를 더 이상 사용할 수 없게 된다. 3.5mm를 초과하는 경우, 종방향 압축력이 가해질시 상기 전기 전도성판(400)이 제 1 전극 무지부 및 제 2 전극 무지부와 단락되기 전에 전극조립체(200) 내부적으로 변형이 생겨 집전체들과 활물질층간에 단락이 일어날 수 있다.
전기 전도성판(400)은 금속재질로 이루어질 수 있고, 바람직하게는 니켈(Ni)로 이루어질 수 있다.
도 7 내지 도 10은 본 발명의 다른 실시예들에 따른 전기 전도성판의 사시도이다.
도 7를 참조하면, 도 7에 따른 전기 전도성판(500)은 마름모 형상을 가질 수 있다.
상기 전기 전도성판(500)은 양 측단이 뾰족한 형상을 가질 수 있다. 따라서, 이차전지(1000), 특히전극조립체(200)가 종방향 압축력을 받을시에 제 1 전극 집전체와 제 2 전극 집전체를 쉽게 관통할 수 있다. 이 결과 종방향 압축력에 의해 전 극조립체(200)의 집전체들과 활물질층간에 단락이 일어나기 전에 전기 전도성판(500)과 제 1 전극 집전체 및 제 2 전극 집전체 간의 단락을 유도 할 수 있다. 보다 상세하게는 전기 전도성판(500)과 제 1 전극 무지부, 제 2 전극 무지부 간의 단락을 먼저 유도하여 전기에너지를 소비시킬 수 있다.
도 7에 따른 전기 전도성판(500)의 두께(T), 높이(H) 및 전기 전도성판(500)의 측단(500a, 500b)와 전극조립체(200)의 내주부(201)의 내주부선(N1, N2) 사이의 거리(L)에 관한 사항은 도 6의 기재와 동일하므로 그에 관한 설명은 생략하기로 한다.
도 8을 참조하면, 도 8에 따른 전기 전도성판(600)은 직사각 형상을 가질 수 있고, 양 측단(600a, 600b)은 톱니 형상을 가질 수 있다.
상기 전기 전도성판(600)은 양 측단(600a, 600b)가 톱니 형상을 가지고 있으므로, 이차전지(1000), 특히 전극조립체(200)가 종방향 압축력을 받을시에 제 1 전극 집전체와 제 2 전극 집전체를 쉽게 관통할 수 있다. 이 결과 종방향 압축력에 의해 전극조립체(200)의 집전체들과 활물질층간에 단락이 일어나기 전에 전기 전도성판(600)과 제 1 전극 집전체 및 제 2 전극 집전체 간의 단락을 유도 할 수 있다. 보다 상세하게는 전기 전도성판(600)과 제 1 전극 무지부, 제 2 전극 무지부 간의 단락을 먼저 유도하여 전기에너지를 소비시킬 수 있다.
도 8에 따른 전기 전도성판(600)의 두께(T), 높이(H) 및 전기 전도성판(600)의 측단(600a, 600b)과 전극조립체(200)의 내주부(201)의 내주부선(N1, N2) 사이의 거리(L)에 관한 사항은 도 6의 기재와 동일하므로 그에 관한 설명은 생략하기로 한다.
도 9를 참조하면, 도 9에 따른 전기 전도성판(700)은 원 형상을 가질 수 있다.
원 형상을 가지는 전기 전도성판(700)의 지름(D)은 도 6의 전기 전도성판(400)의 폭(W) 또는 높이(H)와 같을 수 있다. 또한, 상기 전기 전도성판(700)의 외주부(700a)는 도 6의 전기 전도성판(400)의 측단(400a)과 대응될 수 있다.
따라서, 상기 전기 전도성판(700)의 두께(T), 지름(D) 및 전기 전도성판(700)의 외주부(700a)와 전극조립체(200)의 내주부(201)의 내주부선(N1, N2) 사이의 거리(L)에 관한 사항은 도 6의 기재와 동일하므로 그에 관한 설명은 생략하기로 한다.
도 10을 참조하면, 도 10에 따른 전기 전도성판(800)은 원 형상을 가질 수 있고, 외주부(800a)는 톱니 형상으로 이루어질 수 있다. 톱니 형상은 전기 전도성판(800)의 외주부(800a)에 모두 형성될 수 있지만, 전극조립체(200)의 내주부(201)와 만나는 부분에만 형성될 수 있다.
상기 전기 전도성판(800)은 외주부(800a)가 톱니 형상을 가지고 있으므로, 이차전지(1000), 특히 전극조립체(200)가 종방향 압축력을 받을시에 제 1 전극 집전체와 제 2 전극 집전체를 쉽게 관통할 수 있다. 이 결과 종방향 압축력에 의해 전극조립체(200)의 집전체들과 활물질층간에 단락이 일어나기 전에 전기 전도성판(800)과 제 1 전극 집전체 및 제 2 전극 집전체 간의 단락을 유도 할 수 있다. 보다 상세하게는 전기 전도성판(800)과 제 1 전극 무지부, 제 2 전극 무지부 간의 단락을 먼저 유도하여 전기에너지를 소비시킬 수 있다.
도 10에 따른 전기 전도성판(800)의 두께(T), 지름(D) 및 전기 전도성판(800)의 외주부(800a)와 전극조립체(200)의 내주부(201)의 내주부선(N1, N2) 사이의 거리에 관한 사항은 도 6의 기재와 동일하므로 그에 관한 설명은 생략하기로 한다.
도 11 내지 도 12는 본 발명의 또 다른 실시예들에 따른 전극조립체의 사시도이다.
도 11 및 도 12를 참조하면, 상기 전기 전도성판(900a, 900b)은 제 2 전극탭(227)과 전기적으로 연결될 수 있다. 전기 전도성판(900a)은 세퍼레이터(230)와 제 2 전극 무지부(225) 사이에 위치하여 제 2 전극탭(227)과 일체로 제조될 수 있다. 또한 전기 전도성판(900b)은 제 2 전극탭(227)과 용접되어 연결될 수 있다.
도 11 및 도 12에 따른 전기 전도성판(900a, 900b)에 대한 구조, 재료 및 위치 등 기타 사항은 상기에서 설명한 바와 같으므로 이에 관한 설명은 생략하기로 한다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 이차전지의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전극조립체의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전극조립체에서 A 영역의 확대도이다.
도 4은 본 발명의 실시예에 따른 전극조립체에서 외부압력에 대한 전기 전도성판의 기능을 나타내는 도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 전극조립체에서 B 영역의 확대도이다.
도 6는 본 발명의 실시예에 따른 전극조립체의 사시도이다.
도 7 내지 도 10은 본 발명의 다른 실시예들에 따른 전기 전도성판의 사시도이다.
도 11 내지 도 12는 본 발명의 또 다른 실시예들에 따른 전극조립체의 사시도이다.
(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)
1000 : 이차전지
200 : 전극조립체
300 : 캡조립체
400 : 전기 전도성판
Claims (19)
- 제 1 전극판;제 2 전극판; 및상기 제 1 전극판 및 상기 제 2 전극판 사이에 위치하는 세퍼레이터;를 포함하고, 상기 제 1 전극판, 상기 제 2 전극판 및 상기 세퍼레이터를 권취하여 이루어지는 젤리롤 타입의 전극조립체;개구부를 통해 상기 전극조립체를 수용하는 캔; 및상기 캔의 상기 개구부를 덮는 캡조립체;를 포함하며, 상기 전극조립체의 내주부에 전기 전도성판을 포함하는 이차전지.
- 제 1 항에 있어서,상기 전기 전도성판은 금속인 것을 특징으로 하는 이차전지.
- 제 2 항에 있어서,상기 금속은 니켈(Ni)인 것을 특징으로 하는 이차전지.
- 제 1 항에 있어서,상기 전기 전도성판의 두께(T)는 0.1 내지 0.2mm인 것을 특징으로 하는 이차 전지.
- 제 1 항에 있어서,상기 전기 전도성판은 사각 형상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 이차전지.
- 제 5 항에 있어서,상기 전기 전도성판은 직사각 형상 또는 마름모 형상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 이차전지.
- 제 5 항에 있어서,상기 전기 전도성판의 양 측단은 톱니 형태로 이루어지는 것을 특징으로 하는 이차전지.
- 제 5 항에 있어서,상기 전기 전도성판의 높이(H)는 1mm 이상이고, 상기 전극조립체의 높이(I)의 1/2 이하인 것을 특징으로 하는 이차전지.
- 제 5 항에 있어서,상기 전기 전도성판의 폭(W)의 기준이 되는 측단과 상기 측단에서 최인접하는 상기 전극조립체의 내주부 사이의 거리(L)는 1 내지 3.5mm인 것을 특징으로 하 는 이차전지.
- 제 1 항에 있어서,상기 전기 전도성판은 원 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 이차전지.
- 제 10 항에 있어서,상기 전기 전도성판의 외주부는 톱니 형태로 이루어지는 것을 특징으로 하는 이차전지.
- 제 10 항에 있어서,상기 전기 전도성판의 지름(D)은 1mm 이상이고, 상기 전극조립체의 높이(I)의 1/2 이하인 것을 특징으로 하는 이차전지.
- 제 10 항에 있어서,상기 전기 전도성판의 외주부와 상기 외주부에서 최인접하는 상기 전극조립체의 내주부 사이의 거리(L)는 1 내지 3.5mm인 것을 특징으로 하는 이차전지.
- 제 1 항에 있어서,상기 전극조립체는상기 제 1 전극판에 위치하고 제 1 전극 무지부에 부착되는 제 1 전극탭; 및상기 제 2 전극판에 위치하고 제 2 전극 무지부에 부착되는 제 2 전극탭;을 포함하며, 상기 전기 전도성판은 상기 제 1 전극탭 또는 상기 제 2 전극탭 중 상기 내주부에 위치하는 어느 한 전극탭과 겹치지 않도록 위치하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
- 제 1 항에 있어서,상기 전극조립체는상기 제 1 전극판에 위치하고 제 1 전극 무지부에 부착되는 제 1 전극탭; 및상기 제 2 전극판에 위치하고 제 2 전극 무지부에 부착되는 제 2 전극탭;을 포함하며, 상기 전기 전도성판은 상기 제 1 전극탭 또는 상기 제 2 전극탭 중 상기 내주부에 위치하는 어느 한 전극탭과 연결된 것을 특징으로 하는 이차전지.
- 제 15 항에 있어서,상기 전기 전도성판은 상기 제 1 전극탭 또는 상기 제 2 전극탭 중 상기 내주부에 위치하는 어느 한 전극탭과 용접되거나 일체형으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 이차전지.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 1 전극판은 제 1 전극 집전체, 제 1 전극 활물질층 및 제 1 전극 무 지부로 구성되고,상기 제 2 전극판은 제 2 전극 집전체, 제 2 전극 활물질층 및 제 2 전극 무지부로 구성되며,상기 전극조립체는 상기 내주부로부터 상기 세퍼레이터-상기 제 2 전극 무지부-상기 세퍼레이터-상기 제 1 전극 무지부-상기 세퍼레이터-상기 제 2 전극 활물질층-상기 제 2 전극 집전체-상기 제 2 전극 활물질층-상기 세퍼레이터-상기 제 1 전극 활물질층-상기 제 1 전극 집전체-상기 제 1 전극 활물질층-상기 세퍼레이터-상기 제 2 전극활물질층의 순서로 권취되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
- 제 1 전극판;제 2 전극판; 및상기 제 1 전극판 및 상기 제 2 전극판 사이에 위치하는 세퍼레이터;를 포함하고, 상기 제 1 전극판, 상기 제 2 전극판 및 상기 세퍼레이터를 권취하여 이루어지는 젤리롤 타입의 전극조립체에 있어서,상기 전극조립체의 내주부에 위치하는 전기 전도성판;을 포함하는 이차전지의 전극조립체.
- 제 18 항에 있어서,상기 전기 전도성판은 청구항 1 내지 청구항 17 중 어느 한 항에 해당하는 전기 전도성판으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전극조립체.
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