KR20110058658A - 이차 전지 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지는, 전극 조립체; 및 상기 전극 조립체를 수용하는 케이스를 포함하고, 상기 전극 조립체는, 각각 제1 활물질이 도포된 제1 코팅부와, 제1 정렬 개구부와 제2 정렬 개구부를 갖는 제1 무지부를 포함하는 복수의 제1 전극들; 각각 제2 활물질이 도포된 제2 코팅부와, 제3 정렬 개구부와 제4 정렬 개구부를 갖는 제2 무지부를 포함하는 복수의 제2 전극들; 및 상기 각각의 제1 코팅부와 각각의 제2 코팅부 사이에 개재되는 세퍼레이터를 포함한다. 상기 복수의 제1 전극들의 제1 정렬 개구부들은 서로 정렬되고, 상기 복수의 제1 전극들의 제2 정렬 개구부들은 서로 정렬되며, 상기 복수의 제2 전극들의 제3 정렬 개구부들은 서로 정렬되고, 상기 복수의 제2 전극들의 제4 정렬 개구부들은 서로 정렬된다.

Description

이차 전지 {RECHARGEABLE BATTERY}
본 발명은 이차 전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 양극 무지부와 음극 무지부를 포함하는 전극 조립체에 관한 것이다.
이차 전지는 충전이 불가능한 일차 전지와 달리 충전이 가능한 전지이다. 저용량의 이차 전지는 휴대폰이나 노트북 컴퓨터와 같은 휴대가 가능한 소형 전자기기에 사용되고, 중ㆍ대용량의 이차 전지는 전기 자동차, 하이브리드 자동차 등의 모터 구동용 전원 또는 전력 저장용으로 사용된다.
이차 전지는 양극과 음극이 세퍼레이터를 사이에 두고 배치되는 전극 조립체와, 전극 조립체를 수용하는 케이스와, 전극 조립체와 전기적으로 연결되며 케이스의 외측으로 인출되는 전극 단자를 포함한다.
전극 조립체는 젤리롤 형태로 감겨 형성되거나, 지그재그 방식으로 접혀 적층되거나, 여러장의 양극과 음극 및 세퍼레이터가 적층된 형태로 이루어질 수 있다. 그리고 전극 조립체에서 세퍼레이터의 외측으로 노출된 양극 무지부와 음극 무지부에 양극 단자와 음극 단자가 각각 용접 등의 방법으로 고정된다.
전술한 이차 전지에서 출력 성능과 수명 및 신뢰성 등은 주로 전극 조립체의 정렬 상태와 집전 구조에 의해 결정된다. 예를 들어, 전극 조립체를 구성하는 양극, 음극, 및 세퍼레이터가 정확하게 정렬하지 못하면 용접 및 조립과 같은 후속 공정에서 불량이 발생하기 쉽고, 단락을 유발할 수 있다.
본 발명은 전극 조립체를 구성하는 양극과 음극 및 세퍼레이터를 정확하게 정렬시키면서 양극과 음극 각각의 집전 효율을 높여 출력 성능과 수명 및 신뢰성을 향상시킬 수 있는 이차 전지를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지는, 전극 조립체; 및 상기 전극 조립체를 수용하는 케이스를 포함하고, 상기 전극 조립체는, 각각 제1 활물질이 도포된 제1 코팅부와, 제1 정렬 개구부와 제2 정렬 개구부를 갖는 제1 무지부를 포함하는 복수의 제1 전극들; 각각 제2 활물질이 도포된 제2 코팅부와, 제3 정렬 개구부와 제4 정렬 개구부를 갖는 제2 무지부를 포함하는 복수의 제2 전극들; 및 상기 각각의 제1 코팅부와 각각의 제2 코팅부 사이에 개재되는 세퍼레이터를 포함한다. 상기 복수의 제1 전극들의 제1 정렬 개구부들은 서로 정렬되고, 상기 복수의 제1 전극들의 제2 정렬 개구부들은 서로 정렬되며, 상기 복수의 제2 전극들의 제3 정렬 개구부들은 서로 정렬되고, 상기 복수의 제2 전극들의 제4 정렬 개구부들은 서로 정렬된다.
상기 제1 정렬 개구부는 상기 제1 무지부의 제1 절반 상에 형성되고, 상기 제2 정렬 개구부는 상기 제1 무지부의 제2 절반 상에 형성되며, 상기 제3 정렬 개구부는 상기 제2 무지부의 제1 절반 상에 형성되고, 상기 제4 정렬 개구부는 상기 제2 무지부의 제2 절반 상에 형성될 수 있다.
상기 이차 전지는, 제1 단자와 제2 단자를 더 포함하고, 상기 제1 단자는 상기 전극 조립체로부터 제1 방향으로 연장되며, 상기 제2 단자는 상기 전극 조립체로부터, 상기 제1 방향에 실질적으로 반대 방향인 제2 방향으로 연장될 수 있다.
상기 케이스를 폐쇄하는 적어도 하나의 캡 플레이트를 더 포함할 수 있다.
상기 전극 조립체는 적층된 형태로 이루어질 수 있다.
상기 이차 전지는, 상기 전극 조립체와 전기적으로 연결되고, 제1 연결 개구부 및 제2 연결 개구부를 갖는 제1 집전판과, 상기 전극 조립체와 전기적으로 연결되고, 제3 연결 개구부 및 제4 연결 개구부를 갖는 제2 집전판을 더 포함할 수 있다.
상기 이차 전지는, 복수의 체결부재들을 더 포함하고, 상기 복수의 체결부재들 각각이 상기 각각의 정렬 개구부들 및 상기 각각의 연결 개구부들을 통해 삽입될 수 있다. 상기 복수의 체결부재들은 너트와 볼트, 리벳 또는 용접을 포함할 수 있다.
상기 케이스는 제1 라미네이트 시트와 제2 라미네이트 시트를 포함할 수 있다.
상기 이차 전지는, 복수의 체결부재, 제1 단자 및 제2 단자를 더 포함하고, 상기 제1 단자와 상기 제2 단자는 복수의 상기 각 체결부재들에 의해 상기 전극 조립체에 각각 연결될 수 있다. 복수의 상기 체결부재들은 상기 정렬 개구부들 각각을 통해 삽입될 수 있다.
상기 제1 정렬 개구부, 제2 정렬 개구부, 제3 정렬 개구부 및 제4 정렬 개구부는 실질적으로 원형 또는 타원형으로 이루어질 수 있다.
상기 제1 정렬 개구부와 상기 제2 정렬 개구부 사이의 간격은 상기 제3 정렬 개구부와 상기 제4 정렬 개구부 사이의 간격과 다르게 형성될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지는, 전극 조립체; 및 상기 전극 조립체를 수용하는 케이스를 포함하고, 상기 전극 조립체는, 제1 활물질이 도포된 제1 코팅부와, 복수의 제1 정렬 개구부들과 복수의 제2 정렬 개구부들을 갖는 제1 무지부를 포함하는 제1 전극; 제2 활물질이 도포된 제2 코팅부와, 복수의 제3 정렬 개구부들과 복수의 제4 정렬 개구부들을 갖는 제2 무지부를 포함하는 제2 전극; 및 상기 제1 코팅부와 제2 코팅부 사이에 개재되며, 상기 전극 조립체의 외면을 형성하는 세퍼레이터를 포함한다. 상기 제1 정렬 개구부들은 서로 정렬되고, 상기 제2 정렬 개구부들은 서로 정렬되며, 상기 제3 정렬 개구부들은 서로 정렬되고, 상기 제4 정렬 개구부들은 서로 정렬된다.
상기 전극 조립체는 접혀 적층되어 이루어지거나 권취되어 이루어질 수 있다.
상기 제1 정렬 개구부, 제2 정렬 개구부, 제3 정렬 개구부 및 제4 정렬 개구부는 실질적으로 원형 또는 타원형으로 이루어질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 전극 조립체를 적층 또는 권취하는 과정에서 전극 조립체의 두께 방향을 따라 정렬하는 개구부들을 이용하여 양극과 음극의 정렬 상태를 정확하게 확인할 수 있다. 따라서 전극 조립체의 적층 또는 권취 이후 진행되는 후속 공정에서 불량 발생을 억제하고, 단락을 방지할 수 있으므로 이차 전지의 수명과 신뢰성을 높일 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차 전지의 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시한 이차 전지의 단면도이다.
도 3은 도 2에 도시한 이차 전지 중 전극 조립체를 나타낸 사시도이다.
도 4는 도 3에 도시한 전극 조립체 가운데 양극과 음극의 일부를 나타낸 사시도이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 이차 전지의 단면도이다.
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 이차 전지 중 양극 무지부, 양극 집전판, 음극 무지부, 및 음극 집전판을 나타낸 분해 사시도이다.
도 7은 본 발명의 제4 실시예에 따른 이차 전지의 단면도이다.
도 8은 본 발명의 제5 실시예에 따른 이차 전지 중 전극 조립체의 개략도이다.
도 9는 본 발명의 제6 실시예에 따른 이차 전지 중 전극 조립체의 사시도이다.
도 10은 본 발명의 제7 실시예에 따른 이차 전지 중 전극 조립체의 정면도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차 전지의 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시한 이차 전지의 단면도이다.
도 1과 도 2를 참고하면, 이차 전지(100)는 양극(21)과 음극(22) 및 세퍼레이터(23)를 포함하는 전극 조립체(20)와, 대향하는 양단이 개방되고 내부에 전극 조립체(20)를 수용하는 케이스(30)와, 케이스(30)의 양측 개방단에 결합되어 케이스(30)를 밀폐하는 캡 플레이트(40)와, 캡 플레이트(40)에 설치되어 전극 조립체(20)와 전기적으로 연결되는 양극 단자(51) 및 음극 단자(52)를 포함한다.
도 3은 도 2에 도시한 이차 전지 중 전극 조립체를 나타낸 사시도이고, 도 4는 도 3에 도시한 전극 조립체 가운데 양극과 음극의 일부를 나타낸 사시도이다.
도 3과 도 4를 참고하면, 전극 조립체(20)는 여러장의 양극(21)과 여러장의 음극(22)이 그 사이 각각에 세퍼레이터(23)를 끼운 상태에서 적층된 형태로 이루어진다. 양극(21)은 양극 집전체의 양면에 양극 활물질이 도포된 형태이며, 음극(22)은 음극 집전체의 양면에 음극 활물질이 도포된 형태로 이루어진다.
이때, 양극(21)은 세퍼레이터(23)의 외측으로 연장되는 양극 무지부(24)를 형성하고, 음극(22) 또한 세퍼레이터(23)의 외측으로 연장되는 음극 무지부(25)를 형성한다. 양극 무지부(24)와 음극 무지부(25)는 양극 집전체와 음극 집전체에 양극 활물질과 음극 활물질이 도포되지 않은 영역을 의미한다. 양극 무지부(24)와 음극 무지부(25)는 서로 반대 방향으로 인출된다.
전극 조립체(20)는 대략 직사각 모양으로 형성될 수 있다. 이로써 도면을 기준으로 도면의 x축을 전극 조립체(20)의 길이 방향으로 설정하고, 도면의 y축을 전극 조립체(20)의 폭 방향으로 설정할 수 있다. 양극 무지부(24)와 음극 무지부(25)는 전극 조립체(20)의 길이 방향(x축 방향)을 따라 서로 반대쪽 단부에 배치되거나, 전극 조립체(20)의 폭 방향(y축 방향)을 따라 서로 반대쪽 단부에 배치될 수 있다. 도 3과 도 4에서는 첫 번째 경우를 도시하였다.
아래에 언급되는 전극 조립체(20)의 '길이 방향'과 '폭 방향'은 도 3과 도 4에 도시한 실시예를 기준으로 한다. 즉, 양극 무지부(24)와 음극 무지부(25)가 전극 조립체(20)의 폭 방향(y축 방향)을 따라 서로 마주하는 경우, 아래에 언급되는 전극 조립체(20)의 '길이 방향'은 '폭 방향'으로 이해되고, '폭 방향'은 '길이 방향'으로 이해된다.
양극 무지부(24)는 양극(21)의 개수만큼 적층되며, 적층된 양극 무지부들(24) 각각에는 서로 인접한 위치에 적어도 2개의 개구부(241a, 241b)가 형성된다. 음극 무지부(25) 또한 음극(22)의 개수만큼 적층되고, 적층된 음극 무지부들(25) 각각에는 서로 인접한 위치에 적어도 2개의 개구부(251a, 251b)가 형성된다. 이 개구부(241a, 241b, 251a, 251b)는 적층 이전에 양극 무지부(24)와 음극 무지부(25)에 미리 형성된다. 도면에서는 일례로 양극 무지부(24)와 음극 무지부(25) 각각에 2개의 원형 개구부(241a, 241b, 251a, 251b)가 위치하는 경우를 도시하였다.
따라서 양극(21)과 음극(22) 및 세퍼레이터(23)를 여러번 적층하여 전극 조립체(20)을 형성하는 과정에서, 전극 조립체(20)의 두께 방향(z축 방향)을 따라 정렬하는 개구부들(241a, 241b, 251a, 251b)을 이용하여 양극(21)과 음극(22)의 정렬 상태를 정확하게 확인할 수 있다.
이때, 양극 무지부(24)에 형성된 2개의 개구부(241a, 241b) 각각은 전극 조립체(20)의 길이 방향(x축 방향)을 따라 그 중심을 가로지르는 가상의 중심선(도 3에서 쇄선으로 표시)에 의해 분할되는 한 절반에 나누어 배치될 수 있다. 이와 유사하게, 음극 무지부(25)에 형성된 2개의 개구부(251a, 251b) 각각 또한 상기 음극 무지부(25)를 분할하는 중심선의 양쪽에 하나씩 배치될 수 있다. 양극 무지부(24)와 음극 무지부(25)에 형성된 두 개구부(241a, 241b, 251a, 251b)는 같은 피치(pitch) 또는 크기를 가질 수 있다. 나아가, 상기 제1 및 제2 개구부(241a, 241b) 사이의 간격은 상기 제3 및 제4 개구부(251a, 251b) 사이의 간격과 같거나 다르게 형성될 수도 있다.
각 무지부의 중심선의 양쪽에 개구부(241a, 241b, 251a, 251b)를 하나씩 형성함에 따라, 적층 과정에서 전극 조립체(20)의 폭 방향(y축 방향)과 따른 어긋남과 길이 방향(x축 방향)에 따른 어긋남 모두를 정확하게 확인할 수 있다. 즉, 중심선에 하나의 개구부가 위치하거나, 중심선의 한쪽에만 여러개의 개구부를 형성하는 경우를 가정하면, 전극 조립체 전체에서 전극 조립체의 폭 방향과 길이 방향에 따른 어긋남을 높은 정밀도로 확인하기 어려워진다.
도 3과 도 4에서는 중심선의 양쪽에 개구부(241a, 241b, 251a, 251b)를 하나씩 형성한 경우를 도시하였으나, 개구부(241a, 241b, 2511, 251b)의 개수는 전술한 예에 한정되지 않는다.
이와 같이 제1 실시예의 이차 전지(100)는 전극 조립체(20)을 구성하는 여러장의 양극(21)과 여러장의 음극(22)을 정확하게 정렬시킬 수 있으므로, 전극 조립체가 적층 이후 진행되는 후속 공정에서 불량 발생을 억제하고, 단락을 방지할 수 있다. 그 결과 제1 실시예의 이차 전지(100)는 장수명 특성과 높은 신뢰성을 확보할 수 있다.
적층된 양극 무지부들(24)은 서로 접하도록 밀착된 후 용접 등의 방법으로 접합된다. 적층된 음극 무지부들(25) 또한 서로 접하도록 밀착된 후 용접 등의 방법으로 접합된다.
이때, 양극 무지부(24)와 음극 무지부(25)는 양극(21) 및 음극(22)의 폭보다 작은 폭을 가질 수 있다. 도 4에서 양극 무지부(24)와 음극 무지부(25)의 폭을 w1으로 표시하였고, 양극(21)과 음극(22)의 폭을 w2로 표시하였다. 그러면 양극 무지부(24)와 음극 무지부(25)를 밀착 후 접합시키는 과정에서 전극 조립체(20)의 틀어짐을 예방할 수 있다.
다시 도 1과 도 2를 참고하면, 전극 조립체(20)은 양극 무지부(24)가 케이스(30)의 일측 개방단을 향하고, 음극 무지부(25)가 케이스(30)의 타측 개방단을 향하도록 케이스(30) 내부에 배치된다. 그리고 케이스(30)의 일측 개방단에는 양극 단자(51)를 구비하는 캡 플레이트(40)가 결합되며, 케이스(30)의 타측 개방단에는 음극 단자(52)를 구비하는 캡 플레이트(40)가 결합된다.
양극 단자(51)와 음극 단자(52)는 절연 개스킷(53)을 사이에 두고 캡 플레이트(40)에 설치된다. 전극 조립체(20)을 향한 캡 플레이트(40)의 내면에는 양극 단자(51)와 연결되는 양극 집전판(54)과, 음극 단자(52)와 연결되는 음극 집전판(55)이 설치된다.
양극 무지부(24)는 접힌 상태에서 용접 등의 방법으로 양극 집전판(54)에 고정되고, 음극 무지부(25) 또한 접힌 상태에서 용접 등의 방법으로 음극 집전판(55)에 고정된다. 따라서 양극(21)과 양극 단자(51)가 전기적으로 연결되고, 음극(22)과 음극 단자(52)가 전기적으로 연결된다.
한편, 상기에서는 양극 단자(51)와 음극 단자(52)가 서로 반대 방향으로 인출되는 경우를 도시하였으나, 하나의 캡 플레이트에 양극 단자와 음극 단자가 나란하게 배치되는 구성도 가능하다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 이차 전지의 단면도이다.
도 5를 참고하면, 제2 실시예의 이차 전지(200)에서는 케이스(31)가 단일 개방단을 형성하고, 양극 단자(51)와 음극 단자(52)를 구비하는 캡 플레이트(41)가 개방단에 설치된다. 그리고 양극 단자(51)와 양극 무지부(24) 사이에 꺽인 플레이트 형상의 양극 집전판(56)이 위치하며, 음극 단자(52)와 음극 무지부(25) 사이에도 꺽인 플레이트 형상의 음극 집전판(57)이 위치한다.
양극 무지부(24)는 용접 등의 방법으로 양극 집전판(56)에 고정되고, 음극 무지부(25) 또한 용접 등의 방법으로 음극 집전판(57)에 고정된다. 캡 플레이트(41)와 양극 집전판(56) 사이, 그리고 캡 플레이트(41)와 음극 집전판(57) 사이에는 이들을 절연시키는 절연 부재(58)가 위치한다. 전극 조립체(20)는 전술한 제1 실시예의 전극 조립체와 동일한 구성으로 이루어진다.
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 이차 전지 중 양극 무지부, 양극 집전판, 음극 무지부, 및 음극 집전판을 나타낸 분해 사시도이다.
도 6을 참고하면, 제3 실시예의 이차 전지(300)에서는 양극 무지부(24)와 음극 무지부(25)에 형성된 개구부(241a, 241b, 251a, 251b)가 양극 집전판(56) 및 음극 집전판(57)과의 기계적 결합을 위한 체결공으로도 사용된다. 즉, 제3 실시예에서는 용접 대신 볼트-너트 조립체 또는 리벳과 같은 체결 부재에 의해 양극 무지부(24)와 양극 집전판(56)이 결합되고, 음극 무지부(25)와 음극 집전판(57)이 결합된다.
이를 위해 양극 집전판(56)과 음극 집전판(57)에도 양극 무지부(24) 및 음극 무지부(25)에 형성된 개구부(241a, 241b, 251a, 251b)에 대응하는 개구부(561a, 561b, 571a, 571b)가 형성된다. 볼트-너트 조립체의 경우, 볼트(61)는 양극 집전판(56)과 양극 무지부(24)를 관통하고, 너트(62)에 의해 조여져 고정된다. 리벳의 경우, 가열된 리벳이 양극 집전판과 양극 무지부에 끼워진 다음 외력에 의해 단부가 변형되어 고정될 수 있다. 도 6에서는 체결 부재의 예로 볼트(61)와 너트(62)의 조립체를 도시하였다.
이와 같이 제3 실시예의 이차 전지(300)에서 개구부들(241a, 241b, 251a, 251b)은 전극 조립체(20)의 정렬 상태를 확인하는 기능과 더불어 양극 무지부(24)와 양극 집전판(56) 및 음극 무지부(25)와 음극 집전판(57)의 기계적인 결합을 용이하게 하는 기능도 포함한다.
전술한 제1 실시예 내지 제3 실시예에서 케이스(30, 31)는 알루미늄, 알루미늄 합금, 또는 니켈이 도금된 도전성 금속으로 제조되며, 전극 조립체(20)에 대응하는 모양으로 형성된다.
도 7은 본 발명의 제4 실시예에 따른 이차 전지의 단면도이다.
도 7을 참고하면, 제4 실시예의 이차 전지(400)는 라미네이트 시트로 제조되는 케이스(32), 양극 무지부(24) 및 음극 무지부(25)에 직접 고정되면서 케이스(32)의 외부로 인출되는 양극 단자(511) 및 음극 단자(521)를 포함한다. 케이스(32)는 상부 케이스(33)와 하부 케이스(34)를 포함한다. 제4 실시예의 이차 전지(400)는 전술한 실시예들의 캡 플레이트를 구비하지 않는다.
라미네이트 시트는 금속층과 수지층이 접착층에 의해 접합된 형태로 이루어진다. 상부 케이스(33)와 하부 케이스(34)는 그 내부에 전해액이 함침된 상태의 전극 조립체(20)을 수용한 다음 열 융착에 의해 그 가장자리가 일체로 접합되어 전극 조립체(20)을 밀폐시킨다.
양극 단자(511)와 음극 단자(521)는 일정한 두께를 가지는 플레이트 형상으로 이루어지며, 상부 케이스(33) 및 하부 케이스(34)와 중첩되는 영역에 절연 폴리머 등으로 형성된 실링부(도시하지 않음)를 구비할 수 있다. 실링부는 케이스(32)로부터 양극 단자(511)와 음극 단자(521)를 절연시키며, 열 융착 과정에서 양극 단자(511)와 음극 단자(521)를 보호하는 기능을 한다.
양극 단자(511)와 음극 단자(521)에도 개구부가 형성되어 볼트-너트 조립체 또는 리벳과 같은 체결 부재에 의해 양극 무지부(24) 및 음극 무지부(25)와 결합될 수 있다. 도 7에서는 체결 부재의 예로 볼트(61)와 너트(62)의 조립체를 도시하였다. 한편, 체결 부재를 이용하지 않고 양극 무지부(24)와 양극 단자(511)를 용접으로 고정하고, 음극 무지부(25)와 음극 단자(521)를 용접으로 고정하는 구성도 가능하다.
도 8은 본 발명의 제5 실시예에 따른 이차 전지 중 전극 조립체의 개략도이다.
도 8을 참고하면, 제5 실시예의 이차 전지(500)는 전극 조립체(201)가 지그재그 방식으로 접혀 적층되는 구성을 제외하고, 전술한 제1 실시예 내지 제4 실시예 중 어느 한 실시예의 이차 전지와 동일한 구성으로 이루어진다.
전극 조립체(201)에서 한 장의 양극(21)과 한 장의 음극(22) 사이에 한 장의 세퍼레이터(23)가 배치되고, 양극(21)과 음극(22) 중 어느 하나의 외면에 다른 한 장의 세퍼레이터(23)가 배치되어 상기 전극 조립체의 외부면을 형성한다. 양극(21)과 음극(22) 및 세퍼레이터(23)는 길이 방향을 따라 여러번 접혀 전극 조립체(201)를 형성한다.
세퍼레이터(23)의 외측으로 연장된 양극 무지부(24)와 음극 무지부(25)에는 복수의 개구부(241c, 241d, 251c, 251d)가 형성된다. 이 개구부들(241c, 241d, 251c, 251d)은 전극 조립체(201)가 접히는 지점을 고려하여 양극 무지부(24)와 음극 무지부(25)에 미리 형성된 것으로서, 전극 조립체(201)를 접어 적층하는 과정에서 전극 조립체(201)의 두께 방향(z축 방향)을 따라 정렬하는 개구부들(241c, 241d, 251c, 251d)을 이용하여 전극 조립체(201)의 정렬도를 용이하게 확인할 수 있다.
적층된 양극 무지부들(24)과 적층된 음극 무지부들(25)은 양쪽 가장자리가 절단되어 그 폭이 축소될 수 있으며, 서로 접하도록 밀착된 후 용접 등의 방법으로 접합된다.
도 9는 본 발명의 제6 실시예에 따른 이차 전지 중 전극 조립체의 사시도이다.
도 9를 참고하면, 제6 실시예의 이차 전지(600)는 전극 조립체(202)가 젤리롤 형태로 감겨 형성된 것을 제외하고 전술한 제1 실시예 내지 제4 실시예 중 어느 한 실시예의 이차 전지와 동일한 구성으로 이루어진다.
전극 조립체(202)에서 한 장의 양극(21)과 한 장의 음극(22) 사이에 한 장의 세퍼레이터(23)가 배치되고, 양극(21)과 음극(22) 중 어느 하나의 외면에 다른 한 장의 세퍼레이터(23)가 배치된다. 양극(21)과 음극(22) 및 세퍼레이터(23)는 여러번 감긴 후 가압되어 전극 조립체(202)를 형성한다.
세퍼레이터(23)의 외측으로 연장된 양극 무지부(24)와 음극 무지부(25)에는 복수의 개구부(241c, 241d, 251c, 251d)가 형성된다. 이 개구부들(241c, 241d, 251c, 251d)은 전극 조립체(202)가 감기는 지점을 고려하여 양극 무지부(24)와 음극 무지부(25)에 미리 형성된 것으로서, 전극 조립체(202)를 감는 과정에서 전극 조립체(202)의 두께 방향(z축 방향)을 따라 정렬하는 개구부들(241c, 241d, 251c, 251d)을 이용하여 전극 조립체(202)의 정렬도를 확인할 수 있다.
다만 권취형 전극 조립체(202)의 경우, 양극(21)과 음극(22) 및 세퍼레이터(23)의 두께, 양극(21)과 음극(22) 및 세퍼레이터(23)가 180도 방향 전환될 때 생기는 곡선부의 곡률, 및 기타 여러 가지 공정 편차 등으로 인해 전극 조립체(202)를 감는 과정에서 개구부들(241c, 241d, 251c, 251d)이 전극 조립체(202)의 두께 방향을 따라 정확하게 정렬하지 않을 수 있다.
이 경우에는 개구부들(241c, 241d, 251c, 251d)의 위치 편차에 대한 수용 가능한 허용치를 설정하고, 광학 기계 등을 이용하여 전극 조립체(202)의 두께 방향(z축 방향)에 따른 개구부들(241c, 241d, 251c, 251d)의 위치 편차를 측정한 다음, 허용치를 기준으로 전극 조립체(202)의 불량 판정과 적합 판정을 내릴 수 있다.
도 10은 본 발명의 제7 실시예에 따른 이차 전지 중 전극 조립체의 정면도이다.
도 10을 참고하면, 제7 실시예의 이차 전지(700)는 양극 무지부(24)와 음극 무지부(25)에 원형의 제1 개구부(241e, 251e)와 비원형의 제2 개구부(242, 252)가 형성되는 것을 제외하고 전술한 제1 실시예 내지 제6 실시예 중 어느 한 실시예의 이차 전지와 동일한 구성으로 이루어진다. 도 10에서 부호 203은 전극 조립체를 나타낸다.
제2 개구부(242, 252)는 대략 타원형을 가지도록 이루어져, 가상의 원형 개구부(점선으로 표시)를 기준으로 제1 개구부(241, 251)를 향한 일측에 소정의 여유 공간을 더 형성하고, 그 반대편의 타측에도 소정의 여유 공간을 더 형성한 모양으로 이루어진다. 이때, 제2 개구부(242, 252)의 양측 가장자리 곡률은 가상의 원형 개구부의 곡률과 동일하다.
그러면 제1 개구부(241e, 251e)와 제2 개구부(242, 252)에 체결 부재(도시하지 않음)를 진입시킬 때, 제1 개구부(241e, 251e)에 투입되는 체결 부재와 제2 개구부(242, 252)에 투입되는 체결 부재 사이에 약간의 공정 오차가 발생하더라도 불량 발생 없이 전술한 체결 부재를 양극 무지부(24)와 음극 무지부(25)에 용이하게 체결할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
100, 200, 300, 400, 500, 600, 700: 이차 전지
20, 201, 202, 203: 전극 조립체 21: 양극
22: 음극 23: 세퍼레이터
24: 양극 무지부 25: 음극 무지부
241, 251: 개구부 30, 31, 32: 케이스
40, 41: 캡 플레이트 51, 511: 양극 단자
52, 521: 음극 단자 54, 56: 양극 집전판
55, 57: 음극 집전판

Claims (16)

  1. 전극 조립체; 및
    상기 전극 조립체를 수용하는 케이스
    를 포함하고,
    상기 전극 조립체는,
    각각 제1 활물질이 도포된 제1 코팅부와, 제1 정렬 개구부와 제2 정렬 개구부를 갖는 제1 무지부를 포함하는 복수의 제1 전극들;
    각각 제2 활물질이 도포된 제2 코팅부와, 제3 정렬 개구부와 제4 정렬 개구부를 갖는 제2 무지부를 포함하는 복수의 제2 전극들; 및
    상기 각각의 제1 코팅부와 각각의 제2 코팅부 사이에 개재되는 세퍼레이터를 포함하며,
    상기 복수의 제1 전극들의 제1 정렬 개구부들은 서로 정렬되고, 상기 복수의 제1 전극들의 제2 정렬 개구부들은 서로 정렬되며, 상기 복수의 제2 전극들의 제3 정렬 개구부들은 서로 정렬되고, 상기 복수의 제2 전극들의 제4 정렬 개구부들은 서로 정렬되는 이차 전지.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 정렬 개구부는 상기 제1 무지부의 제1 절반 상에 형성되고, 상기 제2 정렬 개구부는 상기 제1 무지부의 제2 절반 상에 형성되며, 상기 제3 정렬 개구부는 상기 제2 무지부의 제1 절반 상에 형성되고, 상기 제4 정렬 개구부는 상기 제2 무지부의 제2 절반 상에 형성되는 이차 전지.
  3. 제 1 항에 있어서,
    제1 단자와 제2 단자를 더 포함하고,
    상기 제1 단자는 상기 전극 조립체로부터 제1 방향으로 연장되고,
    상기 제2 단자는 상기 전극 조립체로부터, 상기 제1 방향에 실질적으로 반대 방향인 제2 방향으로 연장되는 이차 전지.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 케이스를 폐쇄하는 적어도 하나의 캡 플레이트를 더 포함하는 이차 전지.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 전극 조립체는 적층된 형태로 이루어지는 이차 전지.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 전극 조립체와 전기적으로 연결되고, 제1 연결 개구부 및 제2 연결 개구부를 갖는 제1 집전판과,
    상기 전극 조립체와 전기적으로 연결되고, 제3 연결 개구부 및 제4 연결 개구부를 갖는 제2 집전판을 더 포함하는 이차 전지.
  7. 제 6 항에 있어서,
    복수의 체결부재들을 더 포함하고,
    상기 복수의 체결부재들 각각이 상기 각각의 정렬 개구부들 및 상기 각각의 연결 개구부들을 통해 삽입되는 이차 전지.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 복수의 체결부재들은 너트와 볼트, 리벳 또는 용접을 포함하는 이차 전지.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 케이스는 제1 라미네이트 시트와 제2 라미네이트 시트를 포함하는 이차 전지.
  10. 제 9 항에 있어서,
    복수의 체결부재, 제1 단자 및 제2 단자를 더 포함하고,
    상기 제1 단자와 상기 제2 단자는 복수의 상기 각 체결부재들에 의해 상기 전극 조립체에 각각 연결되는 이차 전지.
  11. 제 10 항에 있어서,
    복수의 상기 체결부재들은 상기 정렬 개구부들 각각을 통해 삽입되는 이차 전지.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 정렬 개구부, 제2 정렬 개구부, 제3 정렬 개구부 및 제4 정렬 개구부는 실질적으로 원형 또는 타원형으로 이루어지는 이차 전지.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 정렬 개구부와 상기 제2 정렬 개구부 사이의 간격은 상기 제3 정렬 개구부와 상기 제4 정렬 개구부 사이의 간격과 다르게 형성되는 이차 전지.
  14. 전극 조립체; 및
    상기 전극 조립체를 수용하는 케이스
    를 포함하고,
    상기 전극 조립체는,
    제1 활물질이 도포된 제1 코팅부와, 복수의 제1 정렬 개구부들과 복수의 제2 정렬 개구부들을 갖는 제1 무지부를 포함하는 제1 전극;
    제2 활물질이 도포된 제2 코팅부와, 복수의 제3 정렬 개구부들과 복수의 제4 정렬 개구부들을 갖는 제2 무지부를 포함하는 제2 전극; 및
    상기 제1 코팅부와 제2 코팅부 사이에 개재되며, 상기 전극 조립체의 외면을 형성하는 세퍼레이터를 포함하며,
    상기 제1 정렬 개구부들은 서로 정렬되고, 상기 제2 정렬 개구부들은 서로 정렬되며, 상기 제3 정렬 개구부들은 서로 정렬되고, 상기 제4 정렬 개구부들은 서로 정렬되는 이차 전지.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 전극 조립체는 접혀 적층되어 이루어지거나 권취되어 이루어지는 이차 전지.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 제1 정렬 개구부, 제2 정렬 개구부, 제3 정렬 개구부 및 제4 정렬 개구부는 실질적으로 원형 또는 타원형으로 이루어지는 이차 전지.
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