KR20110087559A - 전극 조립체, 상기 전극 조립체를 제조하는 방법 및 상기 전극 조립체를 포함하는 이차전지 - Google Patents

전극 조립체, 상기 전극 조립체를 제조하는 방법 및 상기 전극 조립체를 포함하는 이차전지 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전극 조립체, 상기 전극 조립체를 제조하는 방법 및 상기 전극 조립체를 포함하는 이차전지에 관한 것이다. 본 발명에 의하면, 제1활물질이 코팅된 제1전극, 제2활물질이 코팅된 제2전극 및 상기 제1전극과 제2전극 사이에 개재되어 상기 제1전극과 제2전극 사이를 절연하는 세퍼레이터를 구비하는 전극 조립체를 포함하며, 상기 전극 조립체는 제1전극, 제2전극 및 세퍼레이터가 젤리롤 형태로 권취되어 있으며, 상기 제1전극 및 제2전극 중 적어도 하나의 전극은 먼저 권취된 끝단인 선단 또는 나중에 권취된 끝단인 종단에 활물질이 코팅되지 않는 무지부를 구비하며, 상기 무지부는 상기 적어도 하나의 전극과는 다른 극성의 전극과 상기 세퍼레이터를 사이에 두고 대면하지 않는 상기 적어도 하나의 전극의 일측 표면 또는 타측 표면의 일정 영역에 구비되는 것을 특징으로 하는 전극 조립체가 제공된다.

Description

전극 조립체, 상기 전극 조립체를 제조하는 방법 및 상기 전극 조립체를 포함하는 이차전지{Electrode assembly, method for fabricating the electrode assembly and secondary battery including the electrode assembly}
본 발명은 전극 조립체, 상기 전극 조립체를 제조하는 방법 및 상기 전극 조립체를 포함하는 이차전지에 관한 것이다.
최근 전자, 통신 컴퓨터 산업의 급속한 발전에 따라 휴대용 전자기기의 보급이 늘어나고 있다. 휴대용 전자기기의 전원으로는 재충전이 가능한 이차전지가 주로 사용되고 있다.
상기 이차전지는 실질적으로 전기 에너지를 충전 및 방전하는 전극 조립체를 구비하고 있다.
상기 전극 조립체에 의해 상기 이차전지의 특성 및 성능이 결정되므로 상기 전극 조립체에 대한 많은 연구 및 개발이 이루어지고 있다.
본 발명의 목적은 충방전에 관여하지 않는 코팅부를 최소화한 전극을 구비한 전극 조립체를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 용량 대비 체적을 최소화한 전극 조립체를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 전극 조립체를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
또한 본 발명의 또 다른 목적은 상기 전극 조립체를 구비한 이차전지를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일측면에 따르면, 제1활물질이 코팅된 제1전극, 제2활물질이 코팅된 제2전극 및 상기 제1전극과 제2전극 사이에 개재되어 상기 제1전극과 제2전극 사이를 절연하는 세퍼레이터를 구비하는 전극 조립체를 포함하며, 상기 전극 조립체는 제1전극, 제2전극 및 세퍼레이터가 젤리롤 형태로 권취되어 있으며, 상기 제1전극 및 제2전극 중 적어도 하나의 전극은 먼저 권취된 끝단인 선단 또는 나중에 권취된 끝단인 종단에 활물질이 코팅되지 않는 무지부를 구비하며, 상기 무지부는 상기 적어도 하나의 전극과는 다른 극성의 전극과 상기 세퍼레이터를 사이에 두고 대면하지 않는 상기 적어도 하나의 전극의 일측 표면 또는 타측 표면의 일정 영역에 구비되는 것을 특징으로 하는 전극 조립체가 제공된다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 전극 조립체; 상기 전극 조립체를 수용하는 외장재; 및 상기 전극 조립체의 양극 탭과 음극 탭이 전기적으로 연결되는 보호회로모듈;를 포함하며, 상기 전극 조립체:는 제1활물질이 코팅된 제1전극, 제2활물질이 코팅된 제2전극 및 상기 제1전극과 제2전극 사이에 개재되어 상기 제1전극과 제2전극 사이를 절연하는 세퍼레이터를 구비하는 전극 조립체를 포함하며, 상기 전극 조립체는 제1전극, 제2전극 및 세퍼레이터가 젤리롤 형태로 권취되어 있으며, 상기 제1전극 및 제2전극 중 적어도 하나의 전극은 먼저 권취된 끝단인 선단 또는 나중에 권취된 끝단인 종단에 활물질이 코팅되지 않는 무지부를 구비하며, 상기 무지부는 상기 적어도 하나의 전극과는 다른 극성의 전극과 상기 세퍼레이터를 사이에 두고 대면하지 않는 상기 적어도 하나의 전극의 일측 표면 또는 타측 표면의 일정 영역에 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 이차전지가 제공된다.
상기 제1전극은 양극이고, 상기 제2전극은 음극일 수 있다.
상기 무지부는 상기 제1전극의 일측 표면 중 상기 제1전극의 종단의 일정 영역에 구비되어 있을 수 있다.
상기 전극 조립체는 상기 무지부에 전기적 물리적으로 연결되며, 상기 전극 조립체로부터 인출되는 제1전극탭을 더 포함할 수 있다.
상기 제1전극탭은 상기 전극 조립체의 외각부에 구비될 수 있다.
상기 무지부는 상기 제2전극의 타측 표면 중 상기 제2전극의 선단의 일정 영역에 구비되어 있을 수 있다.
상기 전극 조립체는 상기 무지부에 전기적 물리적으로 연결되며, 상기 전극 조립체로부터 인출되는 제2전극탭을 더 포함할 수 있다.
상기 제2전극탭은 상기 전극 조립체의 중심부에 구비될 수 있다.
상기 제1전극 및 제2전극 각각은 상기 무지부를 제외한 일측 표면 또는 타측 표면 상에 제1활물질 또는 제2활물질이 코팅된 제1활물질 코팅부 또는 제2활물질 코팅부를 구비할 수 있다.
상기 제1활물질 코팅부 또는 제2활물질 코팅부는 상기 제1전극 및 제2전극의 선단과 종단을 제외한 두 측면인 상단 및 하단 중 적어도 하나의 일정 영역에는 구비되지 않을 수 있다.
상기 무지부는 상기 전극 조립체가 사각형인 경우 적어도 상기 전극 조립체의 세 면을 권취하는 길이로 구비될 수 있다.
상기 무지부는 상기 전극 조립체의 네 면을 권취하는 길이 이하로 구비될 수 있다.
상기 세퍼레이터는 상기 제1전극의 길이에 비해 더 길고, 상기 제2전극의 길이와는 동일하거나 더 긴 것일 수 있다.
상기 외장재는 파우치이며, 상기 파우치:는 상기 전극 조립체를 수용하는 수용부를 구비한 본체 및 상기 본체를 덮는 덮개로 이루어질 수 있다.
상기 외장재는 각형 캔이며, 상기 이차전지는 캡 조립체를 더 포함하며, 상기 캡 조립체:는 상기 각형 캔의 개구부를 밀폐하는 캡 플레이트; 상기 캡 플레이트와 절연되며, 상기 캡 플레이트를 관통하는 전극 단자; 상기 전극 단자와 전기적으로 연결되는 도전성 플레이트; 및 상기 도전성 플레이트와 상기 캡 플레이트 사이를 절연하는 절연 플레이트;를 포함할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 제1전극, 제2전극 및 세퍼레이터를 준비하는 단계; 및 상기 제1전극, 제2전극 및 세퍼레이터를 상기 제1전극 및 제2전극의 선단을 기준으로 권취하여 전극 조립체를 형성하는 단계;를 포함하되, 상기 제1전극 및 제2전극 중 적어도 하나의 전극은 선단 또는 종단의 일측 표면 또는 타측 표면에 무지부를 구비하며, 상기 무지부는 상기 적어도 하나의 전극과는 다른 극성의 전극과 상기 세퍼레이터를 사이에 두고 대면하지 않는 상기 적어도 하나의 전극의 일측 표면 또는 타측 표면의 일정 영역에 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 전극 조립체 제조 방법이 제공된다.
상기 제2전극은 상기 제1전극 보다 길이가 더 길다.
상기 제2전극의 선단은 상기 제1전극의 선단 보다 돌출되고, 상기 제2전극의 종단은 상기 제1전극의 종단 보다 돌출되어 있다.
본 발명의 구성을 따르면 앞서서 기재한 본 발명의 목적을 모두 달성할 수 있다. 구체적으로는 본 발명에 의하면, 충방전에 관여하지 않는 코팅부를 최소화한 전극을 구비한 전극 조립체를 제공하는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 용량 대비 체적을 최소화한 전극 조립체를 제공하는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 상기 전극 조립체를 제조하는 방법을 제공하는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 상기 전극 조립체를 포함하는 이차전지를 제공하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전극 조립체를 도시한 사시도이다.
도 2a 및 2b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전극 조립체의 일 구성인 제1전극의 일 실시 예를 도시한 도들이다.
도 3a 및 3b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전극 조립체의 일 구성인 제1전극의 다른 실시 예를 도시한 도들이다.
도 4a 및 4b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전극 조립체의 일 구성인 제2전극의 일 실시 예를 도시한 도들이다.
도 5a 및 5b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전극 조립체의 일 구성인 제2전극의 다른 실시 예를 도시한 도들이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전극 조립체의 권취 전의 모습을 도시한 개념도이다.
도 7은 도 1의 A-A'의 절취선을 따라 절취한 단면도이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 전극 조립체를 구비한 이차전지의 일 실시 예를 도시한 도이다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 전극 조립체를 구비한 이차전지의 다른 실시 예를 도시한 도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전극 조립체를 도시한 사시도이고, 도 2a 및 2b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전극 조립체의 일 구성인 제1전극의 일 실시 예를 도시한 도들(이때, 상기 도 2a는 상기 제1전극의 일측 표면을, 상기 도 2b는 상기 제1전극의 타측 표면을 도시하고 있음)이고, 도 3a 및 3b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전극 조립체의 일 구성인 제1전극의 다른 실시 예를 도시한 도들(이때, 상기 도 3a는 상기 제1전극의 일측 표면을, 상기 도 3b는 상기 제1전극의 타측 표면을 도시하고 있음)이고, 도 4a 및 4b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전극 조립체의 일 구성인 제2전극의 일 실시 예를 도시한 도들(이때, 상기 도 4a는 상기 제2전극의 일측 표면을, 상기 도 4b는 상기 제2전극의 타측 표면을 도시하고 있음)이고, 도 5a 및 5b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전극 조립체의 일 구성인 제2전극의 다른 실시 예를 도시한 도들(이때, 상기 도 5a는 상기 제2전극의 일측 표면을, 상기 도 5b는 상기 제2전극의 타측 표면을 도시하고 있음)이고, 도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전극 조립체의 권취 전의 모습을 도시한 개념도이고, 도 7은 도 1의 A-A'의 절취선을 따라 절취한 단면도이다.
도 1 내지 도 7을 참조하여 설명하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 전극 조립체(100)는 제1전극(110), 제2전극(120) 및 세퍼레이터(130)를 포함하고 있다.
상기 제1전극(110)은 도 2a, 도 2b 및 도 6에서 도시하고 있는 바와 같이 전체적으로 길이가 긴 띠 형태로 구비된다.
상기 제1전극(110)은 도 2a에 도시된 일측 표면(111)과 상기 일측 표면(111)의 반대측 표면인 도 2b에 도시된 타측 표면(112)을 구비하고 있으며, 상기 제1전극(110)의 일측 표면(111)과 타측 표면(112) 상에는 각각 제1활물질이 코팅된 제1활물질 코팅부(113,114)를 구비하고 있다.
이때, 상기 제1전극(110)은 젤리롤 형태로 권취되는데, 상기 제1전극(110)의 양 끝단 중 상기 제1전극(110)이 권취될 때, 권취의 기준이 되며 먼저 권취되는 끝단을 선단(115)이라 정의하고, 상기 제1전극(110)이 권취될 때, 가장 나중에 권취되는 끝단을 종단(116)이라 정의한다.
상기 제1전극(110)의 종단(116), 정확하게는 상기 제1전극(110)의 종단(116)의 일측 표면(111)의 일정 영역에 무지부(117)를 구비하고 있다.
상기 무지부(117)는 상기 제1전극(110)의 종단(116)에서 선단(115) 쪽으로 일정 영역에 형성되어 있다.
상기 무지부(117)의 일정 영역은 적어도 상기 전극 조립체(100)의 세 면은 감싸도록 상기 제1전극(110)이 권취되는 길이로 구비된다. 또한 상기 무지부(117)의 일정 영역은 상기 전극 조립체(100)의 네 면 이하를 감싸도록 구비되는 것이 바람직하다. 이는 상기 제1전극(110)의 무지부(117), 즉, 상기 제1활물질 코팅부(113)의 면적은 최대로 하면서 상기 제1전극(110)의 길이는 최소화하여 상기 전극 조립체(100)의 최적 또는 부피는 최소화하기 위해서이다. 바꾸어 말하면 상기 전극 조립체(100)의 단위 체적 당 상기 제1활물질 코팅부(113)의 면적을 최대화하기 위해서이다.
이때, 상기 무지부(117)의 일정 영역이 세 면 또는 네 면 이하를 감싸도록 구비된다는 의미는 도 1에 도시된 바와 같이 상기 전극 조립체(100)가 원형으로 권취한 후, 측면을 눌러 대략 사각형이 되도록 변형된 전극 조립체(100)에서 네 측면(이때, 상기 네 측면은 상기 도 2a 및 도 2b에서 도시된 제1전극(110)의 표면 상에 표시된 점선에 의해 구분된다. 즉, 상기 점선은 상기 전극 조립체(100)의 측면들의 경계선을 의미한다.) 중 세 면 또는 네 면 이하로 감싸는 것을 의미한다.
상기 무지부(117)가 상기 제1전극(110)의 종단(116)의 일정 영역에 구비되는 것은 상기 제2전극(120)과 관련이 있다. 즉, 상기 전극 조립체(100)는 상기 제1전극(110)과 상기 제1전극(110)과는 반대 극성인 상기 제2전극(120)이 상기 세퍼레이터(130)를 사이에 두고 서로 대면되는 영역에서 실질적으로 에너지를 충방전하게 되는데, 상기 제1전극(110)이 상기 제2전극(120)과 권취될 때, 도 1 및 도 7에 도시된 바와 같이 상기 무지부(117)는 상기 제2전극(120)과는 대면하지 않게 되므로 상기 무지부(117)에 대응되는 영역에 상기 제1활물질 코팅부(113)를 구비한다고 하여도 상기 무지부(117)에 대응되는 영역에 구비된 상기 제1활물질 코팅부(113)를 실질적으로 에너지를 충방전하지 않게 되므로 불필요한 영역이 된다.
따라서 상기 제1전극(110)은 반대 극성인 제2전극(120)과 상기 세퍼레이터(130)를 사이에 두고 대면하지 않은 종단(116)의 일정 영역에 무지부(117)를 구비할 수 있다.
한편, 상기 제1전극(110)은 상기 일측 표면(111)의 반대측 표면인 타측 표면(112)은 그 전면에 상기 제1활물질 코팅부(114)를 구비하고 있다. 이는 상기 제1전극(110)의 타측 표면(112)는 그 전체 표면이 상기 제2전극(120)과 상기 세퍼레이터(130)를 사이에 두고 대면하기 때문이다.
이때, 상기 제1전극(110)은 양극이고, 상기 제2전극(120)은 음극일 수 있다. 이와 반대로 상기 제1전극(110)이 음극이고, 상기 제2전극(120)이 양극이 될 수 있다. 그러나 설명의 편의성을 위해 본 발명의 일 실시 예에 따른 전극 조립체(100)는 상기 제1전극(110)은 양극이고 상기 제2전극(120)은 음극인 것으로 가정하고 설명한다.
도 3a 및 도 3b에 도시된 제1전극(110a)은 상기에서 상술한 제1전극(110)의 다른 실시 예로 상기 제1전극(110)과 거의 동일하다. 다만 상기 제1전극(110a)의 네 측면 중 상기 선단(115)과 종단(116)을 제외한 두 측면인 상단(118a) 및 하단(118b)에 각각 상기 제1활물질 코팅부(113,114)가 구비되지 않는, 즉, 제1활물질이 코팅되지 않은 상단 무지부(119a) 및 하단 무지부(119b)를 구비하고 있다는 점에서 차이가 있을 뿐 다른 구성은 동일하므로 상세한 설명은 생략한다.
이때, 상기 도 3a 및 도 3b에 도시된 제1전극(110a)은 상기 상단 무지부(119a) 및 하단 무지부(119b) 모두를 구비하고 있는 것을 도시하고 있으나, 필요하다면, 상기 상단 무지부(119a) 및 하단 무지부(119b) 중 어느 하나만을 구비하고 있어도 무방하다.
상기 전극 조립체(100)는 상기 제1전극(110)과 전기적 물리적으로 연결되며, 상기 전극 조립체(100)로부터 인출되는 제1전극탭(140)을 구비할 수 있다.
상기 제1전극탭(140)은 도 2a 내지 도 3b에 도시된 상기 제1전극(110,110a)의 무지부(117), 정확하게는 상기 제1전극(110,110a)의 종단(116)의 일측 표면(111) 상에 구비될 수 있다. 따라서, 상기 제1전극탭(140)은 상기 제1전극(110,110a)의 나중에 권취되는 종단(116)에 구비되므로, 상기 전극 조립체(100)의 외각부에 구비된다.
도에서 도시하고 있지 않지만, 상기 제1전극탭(140)은 도 3a 및 도 3b에 도시된 상기 제1전극(110a)의 상단 무지부(119a) 또는 하단 무지부(119b)의 일정 위치에 적어도 하나 구비될 수 있다. 따라서 상기 제1전극탭(140)은 도에서 도시하고 있지 않지만 상기 상단 무지부(119a) 또는 하단 무지부(119b)의 일정 위치에 적어도 하나 구비된다면, 상기 전극 조립체(100)의 외각부 뿐만 아니라 중심부에도 구비될 수 있다.
상기 제1전극(110)과 제1전극탭(140)의 체결은 저항 용접, 스폿 용접, 레이저 용접 등과 같은 용접법을 포함하는 여러 가지 체결법으로 체결될 수 있다.
상기 제2전극(120)은 도 4a, 도 4b 및 도 6에서 도시하고 있는 바와 같이 전체적으로 길이가 긴 띠 형태로 구비된다.
상기 제2전극(120)은 도 4a에 도시된 일측 표면(121)과 상기 일측 표면(121)의 반대측 표면인 도 4b에 도시된 타측 표면(122)을 구비하고 있으며, 상기 제2전극(120)의 일측 표면(121)과 타측 표면(122) 상에는 각각 제2활물질이 코팅된 제2활물질 코팅부(123,124)를 구비하고 있다.
이때, 상기 제2전극(120)은 젤리롤 형태로 권취되는데, 상기 제2전극(120)의 양 끝단 중 상기 제2전극(120)이 권취될 때, 권취의 기준이 되며 먼저 권취되는 끝단을 선단(125)이라 정의하고, 상기 제2전극(120)이 권취될 때, 가장 나중에 권취되는 끝단을 종단(126)이라 정의한다.
상기 제2전극(120)의 선단(125), 정확하게는 상기 제2전극(120)의 선단단(126)의 타측 표면(112)의 일정 영역에 무지부(127)를 구비하고 있다.
상기 무지부(127)는 상기 제2전극(120)의 선단(125)에서 종단(126) 쪽으로 일정 영역에 형성되어 있다.
상기 무지부(127)의 일정 영역은 적어도 상기 전극 조립체(100)의 세 면은 감싸도록 상기 제2전극(120)이 권취되는 길이로 구비된다. 또한 상기 무지부(127)의 일정 영역은 상기 전극 조립체(100)의 네 면 이하를 감싸도록 구비되는 것이 바람직하다. 이는 상기 제2전극(120)의 무지부(127), 즉, 상기 제2활물질 코팅부(124)의 면적은 최대로 하면서 상기 제2전극(120)의 길이는 최소화하여 상기 전극 조립체(100)의 최적 또는 부피는 최소화하기 위해서이다. 바꾸어 말하면 상기 전극 조립체(100)의 단위 체적 당 상기 제2활물질 코팅부(123)의 면적을 최대화하기 위해서이다.
이때, 상기 무지부(127)의 일정 영역이 세 면 또는 네 면 이하를 감싸도록 구비된다는 의미는 도 1에 도시된 바와 같이 상기 전극 조립체(100)가 원형으로 권취한 후, 측면을 눌러 대략 사각형이 되도록 변형된 전극 조립체(100)에서 네 측면(이때, 상기 네 측면은 상기 도 4a 및 도 4b에서 도시된 제2전극(120)의 표면 상에 표시된 점선에 의해 구분된다. 즉, 상기 점선은 상기 전극 조립체(100)의 측면들의 경계선을 의미한다.) 중 세 면 또는 네 면 이하로 감싸는 것을 의미한다.
상기 무지부(127)가 상기 제2전극(120)의 선단(125)의 일정 영역에 구비되는 것은 상기에서도 상술한 상기 제1전극(110)의 무지부(117)과 동일한 이유에서 구비된다. 즉, 상기 전극 조립체(100)는 상기 제2전극(120)과 상기 제2전극(120)과는 반대 극성인 상기 제1전극(110)이 상기 세퍼레이터(130)를 사이에 두고 서로 대면되는 영역에서 실질적으로 에너지를 충방전하게 되는데, 상기 제2전극(120)이 상기 제1전극(110)과 권취될 때, 도 1 및 도 7에 도시된 바와 같이 상기 무지부(127)는 상기 제1전극(110)과는 대면하지 않게 되므로 상기 무지부(127)에 대응되는 영역에 상기 제2활물질 코팅부(123)를 구비한다고 하여도 상기 무지부(127)에 대응되는 영역에 구비된 상기 제2활물질 코팅부(123)를 실질적으로 에너지를 충방전하지 않게 되므로 불필요한 영역이 된다.
따라서 상기 제2전극(120)은 반대 극성인 제1전극(110)과 상기 세퍼레이터(130)를 사이에 두고 대면하지 않은 선단(125)의 일정 영역에 무지부(127)를 구비할 수 있다.
한편, 상기 제1전극(110)은 상기 타측 표면(122)의 반대측 표면인 일측 표면(121)은 그 전면에 상기 제2활물질 코팅부(123)를 구비하고 있다. 이는 상기 제1전극(110)의 일측 표면(111)는 그 전체 표면이 상기 제1전극(110)과 상기 세퍼레이터(130)를 사이에 두고 대면하기 때문이다.
도 5a 및 도 5b에 도시된 제2전극(120a)은 상기에서 상술한 제2전극(120)의 다른 실시 예로 상기 제2전극(120)과 거의 동일하다. 다만 상기 제2전극(120a)의 네 측면 중 상기 선단(125)과 종단(126)을 제외한 두 측면인 상단(128a) 및 하단(128b)에 각각 상기 제2활물질 코팅부(123,124)가 구비되지 않는, 즉, 제2활물질이 코팅되지 않은 상단 무지부(129a) 및 하단 무지부(129b)를 구비하고 있다는 점에서 차이가 있을 뿐 다른 구성은 동일하므로 상세한 설명은 생략한다.
이때, 상기 도 5a 및 도 5b에 도시된 제2전극(120a)은 상기 상단 무지부(129a) 및 하단 무지부(129b) 모두를 구비하고 있는 것을 도시하고 있으나, 필요하다면, 상기 상단 무지부(129a) 및 하단 무지부(129b) 중 어느 하나만을 구비하고 있어도 무방하다.
상기 전극 조립체(100)는 상기 제2전극(120)과 전기적 물리적으로 연결되며, 상기 전극 조립체(100)로부터 인출되는 제2전극탭(150)을 구비할 수 있다.
상기 제2전극탭(150)은 도 4a 내지 도 5b에 도시된 상기 제2전극(120,120a)의 무지부(127), 정확하게는 상기 제2전극(120,120a)의 선단(125)의 타측 표면(122) 상에 구비될 수 있다. 따라서, 상기 제2전극탭(150)은 상기 제2전극(110,120a)의 먼저 권취되는 선단(125)에 구비되므로, 상기 전극 조립체(100)의 중심부에 구비될 수 있다.
도에서 도시하고 있지 않지만, 상기 제2전극탭(150)은 도 5a 및 도 5b에 도시된 상기 제2전극(120a)의 상단 무지부(129a) 또는 하단 무지부(129b)의 일정 위치에 적어도 하나 구비될 수 있다. 따라서 상기 제2전극탭(150)은 도에서 도시하고 있지 않지만 상기 상단 무지부(129a) 또는 하단 무지부(129b)의 일정 위치에 적어도 하나 구비된다면, 상기 전극 조립체(100)의 외각부 뿐만 아니라 중심부에도 구비될 수 있다.
상기 제2전극(120)과 제2전극탭(150)의 체결은 저항 용접, 스폿 용접, 레이저 용접 등과 같은 용접법을 포함하는 여러 가지 체결법으로 체결될 수 있다.
상기 제2전극(120)은 상기 제1전극(110)에 비해 그 길이가 길도록 구비된다.
상기 세퍼레이터(130)는 상기 제1전극(110)과 제2전극(120) 사이에 개재되어 상기 제1전극(110)과 제2전극(120) 사이를 절연하는 역할을 한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 전극 조립체(100)는 젤리롤 형태로 구비되므로 상기 세퍼레이터(130)는 적어도 두 장이 필요하다. 즉, 도 6에 도시된 바와 같이 상기 두 장의 세퍼레이터(130) 중 한 장은 상기 제1전극(110)과 제2전극(120) 사이에 위치하고, 나머지 한 장은 상기 제2전극(120)의 타측 표면에 구비될 수 있다.
이때, 본 발명의 일 실시 예에 따른 전극 조립체(100)는 상기 제1전극(110) 및 제2전극(120)의 선단들(115,125), 정확하게는 상기 제2전극(120)의 선단(125)을 선단을 기준으로 시계 방향으로 권취되므로 상기 나머지 한 장의 세퍼레이터(130)가 상기 제2전극(120)의 타측 표면에 구비된다.
상기 세퍼레이터(130)는 그 길이가 상기 제1전극(110)의 길이보다는 길고 상기 제2전극(120)의 길이와 동일하거나 긴 길이로 구비된다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 전극 조립체(100)를 제조하는 방법을 설명하면, 우선, 도 6에 도시한 바와 같이 상기 제1전극(110)(이때, 상기 제1전극(110)은 도 3a 및 도 3b를 참조하여 설명한 상기 제1전극(110a)으로 대체될 수 있다.), 상기 제2전극(120)(이때, 상기 제2전극(120)은 도 5a 및 도 5b를 참조하여 설명한 상기 제2전극(120a)으로 대체될 수 있다.) 및 두 장의 세퍼레이터(130)를 준비한다.
그리고 상기 제1전극(110), 제2전극(120) 및 두 장의 서페레이터(130)를 정렬한다.
이때, 상기 제1전극(110), 제2전극(120) 및 두 장의 서페레이터(130)의 정렬은 상기 제2전극(120)의 선단(125)이 상기 제1전극(110)의 선단(115) 보다는 돌출(162)되고, 상기 제2전극(120)의 종단(126)이 상기 제1전극(110)의 종단(116) 보다는 돌출(164)되도록 정렬한다. 이는 상기 제2전극(120)이 상기 제1전극(110)에 비해 길이가 길게 구비되기 때문이고, 상기 제1전극(110)이 양극이고, 상기 제2전극(120)이 음극이기 때문이다.
그리고 상기 제1전극(110) 및 제2전극(120)의 선단들(115,125)을 기준, 정확하게는 상기 제2전극(120)의 선단(125)을 기준으로 상기 제1전극(110), 제2전극(120) 및 두 장의 서페레이터(130)를 대략 원통형으로 권취한 후, 측면을 눌러 대략 사각형 형상의 전극 조립체(100)를 형성한다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 전극 조립체를 구비한 이차전지의 일 실시 예를 도시한 도이다.
도 8을 참조하여 설명하면, 본 발명의 실시 예에 따른 이차전지(1000)는 전극 조립체(1100)를 포함하고 있다. 이때 상기 전극 조립체(1100)는 도 1 내지 도 7을 참조하여 설명한 전극 조립체(100)를 구비할 수 있다. 또한 전극 조립체(1100)는 제1전극탭(1110) 및 제2전극탭(1120)을 구비하고 있는데, 상기 제1전극탭(1110) 및 제2전극탭(1120)은 각각 도 1 내지 도 7을 참조하여 설명한 제1전극탭(114) 및 제2전극탭(115)일 수 있다.
상기 이차전지(1000)는 상기 전극 조립체(1100)를 수용하는 파우치(1200) 및 보호회로모듈(1300)을 구비한다.
상기 파우치(1200)는 본체(1210) 및 커버(1220)를 구비하고 있다.
상기 본체(1210)는 상기 전극 조립체(1100)가 수용되는 공간인 수용부(1212) 및 상기 수용부(1212)의 입구로부터 연장된 확장되어 형성된 밀봉부(1214)를 구비하고 있다.
상기 커버(1220)는 상기 본체(1210)의 밀봉부(1214)의 어느 가장자리로부터 연장되어 있다. 상기 커버(1220)는 상기 본체(1210)의 수용부(1212)를 모두 덮으면서 상기 본체(1210)의 밀봉부(1214)와 밀봉됨으로 상기 본체(1210)의 수용부(1212)와 대응되는 수용부 덮개 영역(1222) 및 상기 본체(1210)의 밀봉부(1214)에 대응되는 밀봉부(1224)를 구비하고 있다.
따라서, 상기 이차전지(1000)는 상기 전극 조립체(1100)가 상기 본체(1210)의 수용부(1212)에 수용되면, 상기 커버(1220)를 덮은 후 밀착되고, 상기 본체(1210)의 밀봉부(1214)와 상기 커버(1220)의 밀봉부(1224)를 열융착과 같은 방법으로 밀봉하여 형성된다.
상기 파우치(1200)를 밀봉한 후에는 상기 전극 조립체(1100)에서 연장된 제1전극탭(1110) 및 제2전극탭(1120)이 외부로 노출된 상태로 구비된다. 한편, 상기 제1전극탭(1110) 및 제2전극탭(1120)은 보호회로 모듈(1300)에 연결된다.
상기 보호회로 모듈(Protection Circuit Module)(1300)은 상기 전극 조립체(1100)의 충방전을 제어할 뿐만 아니라 이차전지(1000)의 동작을 제어하는 역할을 한다. 한편, 상기 보호회로 모듈(1300)에는 IC 소자 등과 같은 제어 소자(1310), 상기 이차전지(1000)에 과전류가 흐르는 것을 방지하는 이차보호 소자(1320) 및 상기 이차전지(1000)와 외부 기기를 연결하는 외부 단자(1330) 등이 구비된다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 전극 조립체를 구비한 이차전지의 다른 실시 예를 도시한 도이다.
도 9를 참조하여 설명하면, 본 발명의 실시 예에 따른 이차전지(2000)는 전극 조립체(2100)를 포함하고 있다.
이때 상기 전극 조립체(2100)는 도 1 내지 도 7를 참조하여 설명한 전극 조립체(100)일 수 있다.
상기 이차전지(2000)는 상기 전극 조립체(2100)를 일측 방향으로 오픈된 개구부를 구비한 캔(2200)에 수용하고 있다.
또한 전극 조립체(2100)는 제1전극탭(2110) 및 제2전극탭(2120)을 구비하고 있는데, 상기 제1전극탭(2110) 및 제2전극탭(2120)은 각각 도 1 내지 도 7을 참조하여 설명한 제1전극탭(114) 및 제2전극탭(115)일 수 있다.
상기 전극 조립체(2100)를 수용한 캔(2200)의 개구부를 통해 절연 케이스(2300)이 삽입된다.
상기 절연 케이스(2300)는 상기 전극 조립체(2100)가 상기 캔(2200) 내부에서 요동하는 것을 방지하는 역할과 이후 설명될 캡 플레이트(2400)와 상기 전극 조립체(2100) 사이를 절연하는 역할을 한다.
상기 절연 케이스(2300)는 상기 제1전극탭(2110) 및 제2전극탭(2110)이 관통하는 제1관통홀(2310) 및 제2관통홀(2320)을 구비하고 있으며, 전해액 주입을 위한 전해액 주입구멍(2330)을 구비하고 있다.
상기 캡 플레이트(2400)는 상기 전극 조립체(2100)가 수용된 캔(2200)의 개구부를 덮어 상기 캔(2200)을 밀봉한다.
상기 캡 플레이트(2400)는 그 일정 위치에 전극단자(2410)를 구비하고 있다. 이때, 상기 전극단자(2410)는 상기 캡 플레이트(2400)의 일정 위치 이외의 다른 영역인 플레이트 단자(2420)와는 절연된 상태로 구비된다. 상기 캡 플레이트(2400)는 그 일정 위치에 전해액 주입공(2430)을 구비하고 있다. 상기 전해액 주입공(2430)은 전해액을 주입하는 구멍이다. 상기 전해액 주입공(2430)은 전해액의 주입이 완료되면 주입공 마개(2440)로 밀봉된다.
상기 전극단자(2410)는 상기 전극 조립체(1100)의 제1전극탭(2110) 또는 제2전극탭(2120)과 전기적으로 연결되고, 상기 플레이트 단자(2420)는 제2전극탭(2120) 또는 제1전극탭(2110)과 전기적으로 연결되어 있다.
상기 이차전지(2000)는 상기 이차전지(2000)의 충방전을 제어할 뿐만 아니라 동작을 제어하는 보호회로 모듈(2500)을 구비하고 있다.
상기 보호회로 모듈(2500)에는 IC 소자 등과 같은 제어 소자(2510) 및 상기 이차전지(2000)를 외부 기기와 연결하는 외부 단자(2520) 등이 구비된다
상기 보호회로 모듈(2500)은 상기 전극단자(2410) 및 플레이트 단자(2420)와 전기적으로 연결되어 있다.
이때, 상기 보호회로 모듈(2500)과 전극단자(2410) 사이에는 상기 이차전지(2000)에 과전류가 흐르는 것을 방지하는 이차보호 소자(2530)가 구비될 수 있다.
상기 이차보호 소자(2530)은 상기 전극단자(2410)에 연결되는 제1단자 리드(2532), 상기 보호회로 모듈(2500)에 연결되는 제2단자 리드(2534) 및 상기 제1단자 리드(2532)와 제2단자 리드(2534) 사이에 구비된 PTC(Positive Temperature Coefficient) 소자(2536)를 포함하고 있다.
한편, 상기 보호회로 모듈(2500)은 상기 플레이트 단자(2420)와 전기적으로 연결된다.
상기 보호회로 모듈(2500)과 플레이트 단자(2420)의 전기적 연결은 접속 부재(2540)로 이루어진다. 상기 접속 부재(2540)는 상기 보호회로 모듈(2500)과 솔더링과 같은 방법으로 연결되고, 상기 플레이트 단자(2420)와는 솔더링, 레이저 용접 및 저항 용접 등과 같은 방법 또는 볼트 등과 같은 체결 부재에 의한 체결로 연결될 수 있다.
이상 본 발명을 상기 실시예들을 들어 설명하였으나, 본 발명은 이에 제한되는 것이 아니다. 당업자라면, 본 발명의 취지 및 범위를 벗어나지 않고 수정, 변경을 할 수 있으며 이러한 수정과 변경 또한 본 발명에 속하는 것임을 알 수 있을 것이다.
110,110a : 제1전극 111 : 일측 표면
112 : 타측 표면 113,114 : 제1활물질 코팅부
115 : 선단 116 : 종단
117 : 무지부 120,120a : 제2전극
121 : 일측 표면 122 : 타측 표면
123,124 : 제1활물질 코팅부 125 : 선단
126 : 종단 127 : 무지부
140 : 제1전극탭 150 : 제2전극탭

Claims (19)

  1. 제1활물질이 코팅된 제1전극, 제2활물질이 코팅된 제2전극 및 상기 제1전극과 제2전극 사이에 개재되어 상기 제1전극과 제2전극 사이를 절연하는 세퍼레이터를 구비하는 전극 조립체를 포함하며,
    상기 전극 조립체는 제1전극, 제2전극 및 세퍼레이터가 젤리롤 형태로 권취되어 있으며,
    상기 제1전극 및 제2전극 중 적어도 하나의 전극은 먼저 권취된 끝단인 선단 또는 나중에 권취된 끝단인 종단에 활물질이 코팅되지 않는 무지부를 구비하며,
    상기 무지부는 상기 적어도 하나의 전극과는 다른 극성의 전극과 상기 세퍼레이터를 사이에 두고 대면하지 않는 상기 적어도 하나의 전극의 일측 표면 또는 타측 표면의 일정 영역에 구비되는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1전극은 양극이고, 상기 제2전극은 음극인 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 무지부는 상기 제1전극의 일측 표면 중 상기 제1전극의 종단의 일정 영역에 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 전극 조립체는 상기 무지부에 전기적 물리적으로 연결되며, 상기 전극 조립체로부터 인출되는 제1전극탭을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1전극탭은 상기 전극 조립체의 외각부에 구비되는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 무지부는 상기 제2전극의 타측 표면 중 상기 제2전극의 선단의 일정 영역에 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 전극 조립체는 상기 무지부에 전기적 물리적으로 연결되며, 상기 전극 조립체로부터 인출되는 제2전극탭을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제2전극탭은 상기 전극 조립체의 중심부에 구비되는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1전극 및 제2전극 각각은 상기 무지부를 제외한 일측 표면 또는 타측 표면 상에 제1활물질 또는 제2활물질이 코팅된 제1활물질 코팅부 또는 제2활물질 코팅부를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1활물질 코팅부 또는 제2활물질 코팅부는 상기 제1전극 및 제2전극의 선단과 종단을 제외한 두 측면인 상단 및 하단 중 적어도 하나의 일정 영역에는 구비되지 않는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 무지부는 상기 전극 조립체가 사각형인 경우 적어도 상기 전극 조립체의 세 면을 권취하는 길이로 구비되는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 무지부는 상기 전극 조립체의 네 면을 권취하는 길이 이하로 구비되는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 세퍼레이터는 상기 제1전극의 길이에 비해 더 길고, 상기 제2전극의 길이와는 동일하거나 더 긴 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  14. 제1전극, 제2전극 및 세퍼레이터를 준비하는 단계; 및
    상기 제1전극, 제2전극 및 세퍼레이터를 상기 제1전극 및 제2전극의 선단을 기준으로 권취하여 전극 조립체를 형성하는 단계;를 포함하되,
    상기 제1전극 및 제2전극 중 적어도 하나의 전극은 선단 또는 종단의 일측 표면 또는 타측 표면에 무지부를 구비하며,
    상기 무지부는 상기 적어도 하나의 전극과는 다른 극성의 전극과 상기 세퍼레이터를 사이에 두고 대면하지 않는 상기 적어도 하나의 전극의 일측 표면 또는 타측 표면의 일정 영역에 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 전극 조립체 제조 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제2전극은 상기 제1전극 보다 길이가 더 긴 것을 특징으로 하는 전극 조립체 제조 방법.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 제2전극의 선단은 상기 제1전극의 선단 보다 돌출되고, 상기 제2전극의 종단은 상기 제1전극의 종단 보다 돌출된 것을 특징으로 하는 전극 조립체 제조 방법.
  17. 전극 조립체;
    상기 전극 조립체를 수용하는 외장재; 및
    상기 전극 조립체의 양극 탭과 음극 탭이 전기적으로 연결되는 보호회로모듈;를 포함하며,
    상기 전극 조립체:는
    제1활물질이 코팅된 제1전극, 제2활물질이 코팅된 제2전극 및 상기 제1전극과 제2전극 사이에 개재되어 상기 제1전극과 제2전극 사이를 절연하는 세퍼레이터를 구비하는 전극 조립체를 포함하며,
    상기 전극 조립체는 제1전극, 제2전극 및 세퍼레이터가 젤리롤 형태로 권취되어 있으며,
    상기 제1전극 및 제2전극 중 적어도 하나의 전극은 먼저 권취된 끝단인 선단 또는 나중에 권취된 끝단인 종단에 활물질이 코팅되지 않는 무지부를 구비하며,
    상기 무지부는 상기 적어도 하나의 전극과는 다른 극성의 전극과 상기 세퍼레이터를 사이에 두고 대면하지 않는 상기 적어도 하나의 전극의 일측 표면 또는 타측 표면의 일정 영역에 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 외장재는 파우치이며,
    상기 파우치:는
    상기 전극 조립체를 수용하는 수용부를 구비한 본체 및
    상기 본체를 덮는 덮개로 이루어지는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  19. 제 17 항에 있어서,
    상기 외장재는 각형 캔이며,
    상기 이차전지는 캡 조립체를 더 포함하며,
    상기 캡 조립체:는 상기 각형 캔의 개구부를 밀폐하는 캡 플레이트;
    상기 캡 플레이트와 절연되며, 상기 캡 플레이트를 관통하는 전극 단자;
    상기 전극 단자와 전기적으로 연결되는 도전성 플레이트; 및
    상기 도전성 플레이트와 상기 캡 플레이트 사이를 절연하는 절연 플레이트;를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
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