KR20120026266A - 전극 조립체 및 이를 이용한 이차 전지 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 적어도 하나의 제1 가이드부를 구비하는 제1 전극 부재; 적어도 하나의 제2 가이드부를 구비하는 제2 전극 부재; 및 상기 제1 전극 부재 및 상기 제2 전극 부재 사이에 개재되는 세퍼레이터;를 포함하되, 상기 제1 가이드부 및 제2 가이드부의 어느 하나에 의하여 결합된 영역을 구비하는 전극 조립체와 상기 전극 조립체를 이용한 이차 전지에 관한 것이다.
Description
본 발명은 전극 조립체 및 상기 전극 조립체를 이용한 이차 전지에 관한 것이다.
일반적으로, 전극 조립체는 양극판 및 음극판과, 이들 극판들 사이에 개재되는 세퍼레이터로 구성되고, 이차 전지는 상기 전극 조립체를 전해액과 함께 전지 케이스에 수용시킴으로써 제조된다.
고용량 이차 전지에 있어서, 다수의 양극판 및 음극판과 세퍼레이터로 구성된 전극 조립체가 사용될 수 있다. 이러한 구조의 전극 조립체는 극판들의 적층 또는 권취 횟수가 증가할 경우에 상기 극판들을 정확하게 정렬시키는 것이 용이하지 않다.
본 발명의 목적은 양극판 및 음극판들의 정렬이 용이한 전극 조립체 및 상기 전극 조립체를 이용한 이차 전지를 제공하는 것이다.
본 발명의 일실시예에 의하면, 적어도 하나의 제1 가이드부를 구비하는 제1 전극 부재; 적어도 하나의 제2 가이드부를 구비하는 제2 전극 부재; 및 상기 제1 전극 부재 및 상기 제2 전극 부재 사이에 개재되는 세퍼레이터;를 포함하되, 상기 제1 가이드부 및 제2 가이드부의 어느 하나 이상에 의하여 결합된 영역을 구비하는 전극 조립체를 제공한다.
본 발명에서 상기 제1 및 제2 전극 부재는 활물질이 도포된 활물질층과 활물질이 도포되지 않은 제1 및 제2 무지부를 포함하고, 상기 제1 및 제2 가이드부는 각각 상기 제1 및 제2 무지부의 어느 하나 이상에 구비된다.
또한, 본 발명에서 상기 제1 및 제2 가이드부는 서로 반대 방향으로 노출되도록 상기 제1 및 제2 전극 부재가 교대로 적층된다.
또한, 본 발명에서 상기 세퍼레이터는 시트형으로, 세퍼레이터의 동일면이 대면하도록 복수회 접혀서 지그재그 형태로 구비된다.
또한, 본 발명에서 상기 제1 및 제2 전극 부재와 상기 전극 부재들 사이에 개재된 세퍼레이터를 권취하여 형성가능하다.
또한, 본 발명에서 상기 제1 가이드부 및 제2 가이드부의 어느 하나 이상은 고정수단에 의하여 결합되고, 상기 고정수단은 리벳을 이용할 수 있다.
본 발명에서 상기 전극 조립체는 상기 제1 가이드부 또는 제2 가이드부의 어느 하나 이상과 연결되는 전극 리드를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에서 상기 전극 리드는 상기 제1 가이드부에 연결되는 제1 전극 리드와 상기 제2 가이드부에 연결되는 제2 전극 리드를 포함하되, 상기 제1 및 2 전극 리드는 각각 제1 가이드부와 제2 가이드부를 관통하는 하나 이상의 고정수단을 구비한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 상술한 전극 조립체와, 상기 전극 조립체를 수용하는 케이스를 포함하는 파우치형 이차 전지를 제공한다.
본 발명에 의한 전극 조립체는 양극판 및 음극판의 무지부에 하나 이상의 가이드부를 포함하고, 상기 가이드부들은 연장되어 형성된 통로를 형성함으로써 극판들의 적층 또는 권취 횟수와 무관하게 양극판 및 음극판을 용이하게 정렬시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 의한 전극 조립체는 상기 가이드부들을 관통하는 고정수단을 이용하여 전극 부재들의 결합을 더욱 견고하게 할 수 있다.
또한, 본 발명에 의한 상기 전극 조립체를 이용한 이차 전지는 안전성 및 신뢰성이 향상되고, 제조 공정 중에서 발생할 수 있는 불량을 감소시킬 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 이차 전지의 분해도이다.
도 2는 도 1에 도시한 전극 조립체의 분해도이다.
도 3은 도 1의 A-A'선에 따른 단면도이다.
도 4는 도 1에 도시한 전극 조립체의 사시도이다.
도 5은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 조립체의 분해도이다.
도 6a는 본 발명에 따른 전극 조립체의 상부면을 도시한 도면이다.
도 6b는 도 6a의 B-B'선에 따른 단면도이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전극 조립체의 분해도이다.
도 8a는 도 7에 도시한 전극 조립체의 상부면을 도시한 도면이다.
도 8b는 도 8a의 C-C'선에 따른 단면도이다.
도 9는 본 발명에 따른 이차 전지의 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시한 전극 조립체의 분해도이다.
도 3은 도 1의 A-A'선에 따른 단면도이다.
도 4는 도 1에 도시한 전극 조립체의 사시도이다.
도 5은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 조립체의 분해도이다.
도 6a는 본 발명에 따른 전극 조립체의 상부면을 도시한 도면이다.
도 6b는 도 6a의 B-B'선에 따른 단면도이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전극 조립체의 분해도이다.
도 8a는 도 7에 도시한 전극 조립체의 상부면을 도시한 도면이다.
도 8b는 도 8a의 C-C'선에 따른 단면도이다.
도 9는 본 발명에 따른 이차 전지의 사시도이다.
이하 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 실시예 및 그 밖에 당업자가 본 발명의 내용을 쉽게 이해하기 위하여 필요한 사항에 대하여 상세히 기재한다. 다만, 본 발명은 특허 청구 범위에 기재된 범위 안에서 여러 가지 상이한 형태로 변형 및 변경될 수 있으므로 이하에서 설명하는 실시예는 예시적인 것에 불과함을 당업자는 이해할 수 있다.
본 실시예를 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 도면에 있어서 동일한 구성 요소들이 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 참조 번호 또는 부호로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 아울러, 도면에서 각 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장 또는 축소될 수 있으므로 실제의 층 두께나 크기와 다를 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전극 조립체를 구비하는 이차 전지의 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시한 전극 조립체의 분해도이다.
도 1에 도시된 바와 같이 본 실시예에 따른 이차 전지 (10)는 파우치형 이차 전지로, 전지 케이스 (20)와, 상기 전지 케이스 (20)에 수용되는 전극 조립체 (100)를 포함한다.
상기 전지 케이스 (20)는 커버 (21)와 본체 (22)로 구성될 수 있다. 본체 (22)에는 전극 조립체 (100)를 수용하는 공간인 수용부 (22a)와, 상기 수용부 (22a)의 입구측에서 외측으로 연장되어 형성된 플랜지형의 밀봉부 (23)가 형성된다. 커버 (21)는 밀봉부 (23)의 일측변과 일체로 연결되어 형성된다. 상기 전극 조립체 (100)를 본체 (22)의 수용부 (22a)에 수용시킨 다음, 본체 (22)와 커버 (21)가 밀착된 상태에서 밀봉부 (23)를 열융착한다.
본 실시예에 따른 전극 조립체 (100)는 적어도 하나의 제1 가이드부를 구비하는 제1 전극 부재 (110), 적어도 하나의 제2 가이드부를 구비하는 제2 전극 부재 (120), 및 상기 제1 전극 부재 (110) 및 상기 제2 전극 부재 (120) 사이에 개재되는 세퍼레이터 (130);를 포함하되, 상기 제1 가이드부 및 제2 가이드부의 어느 하나 이상에 의하여 결합된 영역을 구비한다. 상기 제1 및 제2 가이드부는 홀의 형태일 수 있다.
제1 전극 부재(110)는 집전체에 제1 활물질을 도포한 제1 활물질층과, 상기 제1 활물질이 도포되지 않은 제1 무지부 (112)를 포함한다. 이하에서, 상기 제1 전극 부재 (110)를 편의상 양극판이라 한다. 일반적으로 양극 집전체는 높은 도전성을 가진 물질로 화학적 변화를 유발하지 않는 것이면 특별히 제한되지 않는다. 양극 활물질층은 리튬을 포함하는 층상 화합물인 양극 활물질과, 전도성을 향상시키는 도전재와, 상기 층상 화합물과 도전재 간의 결합력을 향상시키는 바인더를 포함한다.
제1 무지부 (112)는 하나 이상의 제1 가이드부를 포함할 수 있다. 도면에서는 상기 제1 가이드부는 제1 홀 (113a, 113b, 113c, 113d, 113e) 및 제2 홀 (114a, 114b, 114c, 114d, 114e)로 도시되어 있으나 홀의 형성위치와 개수가 이에 제한되는 것은 아니다. 이하에서는 설명의 편의를 위하여 상기 제1 홀과 제2 홀을 각각 참조번호 113과 114로 통칭하여 사용하기로 한다. 상기 제1 무지부 (112)에서, 상기 제1 및 제2 홀 (113, 114)은 양극 집전체에 드릴 작업 또는 타공 작업 (천공 작업) 등의 통상의 홀을 형성하는 방식에 의하여 형성시킬 수 있다. 이때, 상기 제1 및 제2 홀 (113, 114)은 원형일 수 있다.
또한, 상기 제1 및 제2 홀 (113, 114)은 각각의 홀이 존재하는 양극판 (110a, 110b, 110c, 110d, 110e)에서 동일한 위치에 형성되면 족하므로 그 위치에 제한되는 것은 아니다. 상기 양극판 (110a, 110b, 110c, 110d, 110e)에 있어서, 제1 무지부 (112)가 동일한 방향을 향하도록 상기 양극판들 (110a, 110b, 110c, 110d, 110e)을 적층시킨 경우에, 상기 제1 및 제2 홀들 (113, 114)은 제1 무지부 (112)의 동일한 위치에 존재한다. 따라서 상기 제1 홀 (113)은 제1 홀끼리, 제2 홀 (114)은 제2 홀끼리 각각 연결되어 하나의 통로를 형성하게 된다.
제2 전극 부재 (120)는 집전체에 제2 활물질을 도포한 제2 활물질층 과 상기 활물질이 도포되지 않은 제2 무지부 (122)를 포함한다. 이하에서, 편의상 제2 전극 부재 (120)은 음극판이라 한다. 일반적으로 음극 집전체는 전도성 금속으로 형성될 수 있다. 음극 활물질층은 음극 활물질 및 상기 음극 활물질의 결합력을 향상시키는 바인더를 용매와 혼합하여 슬러리 형태로 만든 후, 상기 슬러리를 음극 집전체에 도포하여 형성된다.
제2 무지부 (122)는 하나 이상의 제2 가이드부를 포함할 수 있다. 도면에서는 상기 제2 가이드부는 제3 홀 (123a, 123b, 123c, 123d, 123e) 및 제4 홀 (124a, 124b, 124c, 124d, 124e)로 도시되어 있으나 홀의 형성위치와 개수가 이에 제한되는 것은 아니다. 이하에서는 설명의 편의를 위하여 상기 제3 홀과 제4 홀을 각각 참조번호 123과 124로 통칭하여 사용하기로 한다. 상기 제3 및 제4 홀 (123, 124)은 음극 집전체에 드릴 작업 또는 타공 작업 (천공 작업) 등의 통상의 방식에 의하여 형성시킬 수 있다.
또한, 상기 제3 및 제4 홀 (123, 124)은 각각 음극판 (120a, 120b, 120c, 120d, 120e)에서 동일한 위치에 형성되면 족하다. 따라서, 제2 무지부 (122)가 동일한 방향을 향하도록 상기 음극판 (120a, 120b, 120c, 120d, 120e)을 적층시키는 경우에, 상기 제3 및 제4 홀들 (123, 124)은 제3 홀은 제3 홀끼리, 제4 홀은 제4 홀끼리 연결되어 각각 하나의 통로를 형성하게 된다.
세퍼레이터 (130)는 시트형으로 연장된 형태일 수 있다. 상기 세퍼레이터 (130)는 이온의 통로가 되는 동시에 제1 전극 부재 (110) 및 제2 전극 부재 (120)가 직접 접촉하여 전기적으로 연결되는 것을 막는다.
본 발명의 실시예에 의한 전극 조립체(100)는 상기 제1 및 제2 전극 부재 (110, 120)의 제1 및 제2 무지부 (112, 122) 상에 각각 형성된 제1 가이드부 및 제2 가이드부가 각각 연통되는 통로를 구비하게 된다. 그리고 이와 같이 연통된 제1 가이드부 및 제2 가이드부는 각각 결합되어 복수개의 제1 및 제2 전극 부재 (110, 120)가 체결 고정될 수 있다. 이때 상기 제1 가이드부 및 제2 가이드부는 각각 별도의 고정수단이 상기 연통되는 통로를 관통하여 체결되는 것이 바람직하다.
상기 고정수단은 리벳을 이용할 수 있다. 이때 리벳은 상기 제1 및 제2 가이드부의 연통되는 통로를 관통하여 제1 및 제2 가이드부를 결합시킬 수 있다. 또한 리벳팅 작업이 이루어진 후에 상기 리벳팅 주변부에 별도의 용접을 수행하여 그 체결을 더욱 견고하게 할 수 있다.
상기와 같은 제1 및 제2 가이드부의 결합에 관한 리벳팅 작업을 더욱 상세히 설명하기 위하여 전극 조립체에 외부와 전기적으로 연결하는 수단인 전극 리드가 추가된 경우를 보다 구체적으로 살펴보기로 한다.
본 발명의 실시예에 의한 전극 조립체 (100)는 제1 및 제2 전극 리드 (140, 150)를 추가로 포함할 수 있다.
상기 제1 전극 리드 (140) 및 제2 전극 리드 (150)는 상기 제1 및 2 전극 부재 (110, 120)의 제1 및 제2 무지부 (112, 122)에 부착되어 전극 조립체 (100)를 외부와 전기적으로 연결한다.
또한, 상기 제1 및 제2 전극 리드 (140, 150)는 고정수단이 구비될 수 있다. 상기 고정수단은 돌기 또는 리벳일 수 있다. 본 실시예에서는 상기 고정수단을 돌기로 하여 설명한다.
즉, 본 실시예에 따른 제1 및 제2 전극 리드 (140, 150)에는 각각 제1 가이드부를 관통하는 제1 돌기 (141a, 141b)와, 제2 가이드부를 관통하는 제2 돌기 (151a, 151b)를 더 포함할 수 있다. 이들 제1 및 제2 돌기들 (141a, 141b, 151a, 151b)은 일정한 간격으로 이격되어 존재할 수 있다. 이때, 상기 돌기들의 크기 및 높이는 동일하도록 형성되는 것이 바람직하다. 상기 돌기들은 상기 극판들에 구비된 홀들에 의하여 연장 형성된 통로를 관통함으로써, 상기 전극 리드들과 상기 제1 및 제2 전극 부재 (110, 120)를 결합시킨다. 상기 홀들 및 돌기들에 의하여, 상기 제1 및 제2 전극 리드 (140, 150)는 제1 전극 부재 (110) 및 제2 전극 부재 (120)에 견고하게 결합될 수 있다. 즉, 본 실시예에서 상기 제1 및 제2 전극 리드 (140, 150)상에 형성된 제1 및 제2 돌기 (141a, 141b, 151a, 151b)는 상술한 고정수단의 일종으로서 리벳과 동일한 역할을 수행한다.
또한, 상기 제1 및 제2 가이드부를 관통한 제1 및 제2 돌기들 (141a, 141b, 151a, 151b)의 주변에는 용접부를 더 포함할 수 있다. 상기 용접부는 저항 용접 또는 레이저 용접 등을 이용하여 형성시킬 수 있으며, 상기 용접부에 의하여 상기 제1 및 제2 전극 리드 (140, 150)는 제1 전극 부재 (110) 및 제2 전극 부재 (120)에 더욱 견고하게 결합된다.
상기 제1 및 제2 전극 리드 (110, 120)에서 상기 제1 및 제2 돌기 (141a, 141b, 151a, 151b) 의 위치 및 그 개수가 특정된 것은 아니다. 반면, 공정 효율 등을 감안할 때, 상기 돌기들 (141a, 141b, 151a, 151b)은 상기 전극 리드 (110, 120)의 중심부 (140a, 150a)에서 동일한 간격으로 이격되어 존재하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 제1 전극 리드 (140) 및 제2 전극 리드 (150)는 동일한 재질 및 형상으로 제작되어 사용되는 것이 바람직하다.
도 3은 도 1의 A-A'선에 따른 단면도이고, 도 4는 도 1에 도시한 전극 조립체의 사시도이다.
도 3을 참조하면, 세퍼레이터 (130)는 중심부 (130a)로부터 반시계 방향으로 권취된다. 이와 같이 권취된 세퍼레이터 (130)는 1개 이상의 대면부 (131a, 131b, 131c, 131d, 131e, 131f, 131g, 131h, 131i, 131j, 131k, 131l)와, 상기 대면부 (131a, 131b, 131c, 131d, 131e, 131f, 131g, 131h, 131i, 131j, 131k, 131l)를 이어주는 1개 이상의 연결부 (132a, 132b, 132c, 132d 132e, 132f, 132g, 132h, 132i, 132j, 132k, 132l)로 이루어진다. 1개 이상의 대면부 (131a, 131b, 131c, 131d, 131e, 131f, 131g, 131h, 131i, 131j, 131k, 131l)는 양극판 (110a, 110b, 110c, 110d, 110e) 음극판 (120a, 120b, 120c, 120d, 120e) 사이에 위치하여 상기 양극판 (110a, 110b, 110c, 110d, 110e)과 음극판 (120a, 120b, 120c, 120d, 120e)가 직접 접촉하는 것을 막는다. 세퍼레이터 (130)의 외측 끝단 (130b)은 접착 테이프 (160)에 의하여 세퍼레이터 (130)의 최외각에 부착된다.
양극판 (110a, 110b, 110c, 110d, 110e) 및 음극판 (120a, 120b, 120c, 120d, 120e)는 세퍼레이터 (130)의 대면부 (131a, 131b, 131c, 131d, 131e, 131f, 131g, 131h, 131i, 131j, 131k, 131l) 사이에 각각에 하나씩 교대로 적층된다. 도 3을 참조하면, 상기 양극판 (110a)은 세퍼레이터 (130)의 대면부들 (131a, 131b) 사이에 위치하고, 상기 세퍼레이터 (130)는 양극판 (110a)의 상부면 및 하부면을 감싸면서 권취된다. 또한, 양극판 (110a)의 하부측에는 세퍼레이터 (130)를 사이에 두고 음극판 (120a)이 적층되고 상기 세퍼레이터 (130)의 다른 대면부들 (131a, 131c) 사이에 존재하게 된다. 위와 같이, 양극판 (110a, 110b, 110c, 110d, 110e)과 음극판 (120a, 120b, 120c, 120d, 120e)은 그 사이에 세퍼레이터 (130)를 개재하면서 적층되어 본 실시예에 따른 전극 조립체 (100)를 형성한다.
상기 전극 조립체 (100)에서, 양극판인 제1 전극 부재 (110) 및 음극판인 제2 전극 부재 (120)는 상기 제1 무지부 (112) 및 제2 무지부 (122)가 서로 반대 방향을 향하도록 적층되는 것이 바람직하다 (도 1 참조). 또한, 이웃한 두 극판들은 세퍼레이터 (130)을 사이에 두고 중심부가 동일하도록 정렬된다. 따라서, 상기 제1 전극 부재 (110)의 제1 무지부 (112)에 존재하는 제1 홀 (113)은 제1 홀 (113)끼리, 제2 홀 (114)은 제2 홀 (114)끼리 각각 연결되어 하나의 통로를 형성하게 된다. 또한, 제2 전극 부재 (120)의 제2 무지부 (122)에 존재하는 제3 홀 (123) 및 제4 홀 (124)도 전술한 바와 같이 각각 제3 홀끼리, 제4 홀은 제4 홀끼리의 홀들끼리 연결되어 하나의 통로를 형성하게 된다 (도 2 참조).
도 4를 참조하면, 양극판인 제1 전극 부재 (110)와 음극판인 제2 전극 부재 (120)는 교대로 적층되며, 상기 제1 및 제2 전극 부재 (110, 120) 사이에는 세퍼레이터 (130)가 개재된다. 이때, 제1 무지부 (112)와 제2 무지부 (122)는 세퍼레이터 (130)를 통하여 서로 반대 방향으로 노출된다. 상기 세퍼레이터 (130)의 외측 끝단은 접착 테이프 (160)를 부착하여 고정시킨다.
따라서, 본 실시예에 따른 전극 조립체 (100)는 이웃한 제1 및 제2 전극 부재 (110, 120)는 세퍼레이터 (130)의 대면부 (131a, 131b, 131c, 131d, 131e, 131f, 131g, 131h, 131i, 131j, 131k, 131l)를 사이에 두고 중심부가 동일하도록 적층된다. 이때, 상기 제1 및 제2 전극 부재 (110, 120) 에 존재하는 제1 및 제2 무지부 (112, 122)는 세퍼레이터 (130)를 끼고 서로 반대 방향을 향하도록 노출되어, 제1 무지부는 제1 무지부끼리, 제2 무지부는 제2 무지부끼리 정렬된다. 따라서, 제1 및 제2 무지부 (112, 122)에 존재하는 홀들은 동일한 위치에 존재하는 홀들끼리 연장된 하나의 통로를 형성한다.
본 발명에 있어서, 상기 제1 및 제2 무지부 (112, 122)에 존재하는 홀들은 제1 및 제2 전극 부재 (110, 120)를 적층하는 경우 가이드의 역할을 한다. 따라서, 상기 극판들의 중심부를 보다 용이하게 정렬시킬 수 있다. 양극판인 제1 전극 부재 (110)의 양극 활물질층은 세퍼레이터 (130)를 사이에 두고 음극판인 제2 전극 부재 (120)의 음극 활물질층과 정확한 위치에 대면하고, 이와 같은 적층이 반복되어 본 실시예에 따른 전극 조립체 (100)를 형성하게 된다.
전술한 방식에 의하여 제작된 전극 조립체 (100)를 이용하는 이차 전지는 수명 및 충방전 효율 등의 성능이 향상된다.
도 4에 있어서, 제1 및 제2 전극 부재 (110, 120)에 존재하는 제1 및 제2 무지부들 (112, 122)은 각각 용접 등의 방식에 의하여 일체로 결합되어 용착부를 형성하고, 상기 용착부는 하나의 제1 및 제2 전극 리드 (140, 150)에 연결된다. 이때, 상기 제1 및 제2 전극 리드 (140, 150)의 제1 및 제2 돌기 (141a, 141b, 151a, 151b)는 상기 제1 및 제2 무지부 (112, 122)에 존재하는 다수의 홀들에 의하여 연장 형성된 하나의 통로를 관통한다. 따라서, 상기 돌기에 의하여 전극 리드와 상기 전극 조립체는 안정적으로 결합된다.
도 4에서는 무지부들을 용착부로 형성시킨 다음, 상기 용착부와 전극 리드를 연결하는 방식으로 도시되어 있으나, 용착부를 형성하지 않고 직접 전극 리드의 돌기를 관통시킴으로써 연결시킬 수도 있다. 제1 및 제2 돌기 (141a, 141b, 151a, 151b) 사이의 간격은 본 실시예에 따른 전극 조립체 (100)의 제1 및 제2 무지부 (112, 122)에 구비된 홀들 사이의 간격에 의하고, 상기 제1 및 제2 돌기 (141a, 141b, 151a, 151b)의 높이도 적층된 전극 조립체의 두께에 의하여 적절하게 변형될 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 조립체의 분해도이다.
도 5를 참조하면, 상기 전극 조립체 (200)는 제1 전극 부재 (210) 및 제2 전극 부재 (220), 세퍼레이터 (230), 제1 전극 리드 (240) 및 제2 전극 리드 (250)를 포함한다.
제1 전극 부재 (210) 및 제2 전극 부재 (220)와, 제1 전극 리드 (240) 및 제2 전극 리드 (250)의 구성 및 작용은 도 2에 도시한 실시예에 기재한 바와 동일하므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 5에 도시한 바와 같이, 본 실시예에 따른 전극 조립체 (200)는 양극판 (210a, 210b, 210c, 210d, 210e)과 교대로 적층된 음극판 (220a, 220b, 220c, 220d, 220e) 및 세퍼레이터 (230)을 포함한다. 상기 세퍼레이터 (230)는 동일면이 대면하도록 복수회 접힌 형태로, 양극판 (210a, 210b, 210c, 210d, 210e) 및 음극판 (220a, 220b, 220c, 220d, 220e) 사이에 개재된다. 세퍼레이터 (230)는 연장된 시트형일 수 있다. 상기 세퍼레이터 (230)는 세퍼레이터의 동일면이 대면하도록 복수회 접혀서 지그재그 형태로 구비된다.
상기 양극판 (210a, 210b, 210c, 210d, 210e) 및 음극판 (220a, 220b, 220c, 220d, 220e)을 적층하기에 앞서, 먼저 세퍼레이터 (230)를 일정한 간격으로 접는다. 이때, 간격은 세퍼레이터 (230)가 개재될 전극 부재들의 크기에 의하여 적절하게 조절될 수 있다.
도 6a는 본 발명에 따른 전극 조립체의 상부면을 도시한 도면이고, 도 6b는 도 6a의 B-B'선에 따른 단면도이다
도 6a 및 6b을 참조하면, 세퍼레이터 (230)는 동일한 면이 대면하도록 일정한 간격으로 접는다. 상기 접힌 세퍼레이터 (230)는 지그재그 형상을 갖는다. 이와 같은 세퍼러이터 (230)는 1개 이상의 대면부 (231a, 231b, 231c, 231d, 231e, 231f, 231g, 231h, 231i, 231j, 231k)와, 상기 대면부들 (231a, 231b, 231c, 231d, 231e, 231f, 231g, 231h, 231i, 231j, 231k) 사이를 이어주는 1개 이상의 연결부 (232a, 232b, 232c, 232d 232e, 232f, 232g, 232h, 232i, 232j)를 포함한다. 상기 대면부 (231a, 231b, 231c, 231d, 231e, 231f, 231g, 231h, 231i, 231j, 231k)들 사이에 양극판 (210a, 210b, 210c, 210d, 210e) 및 음극판 (220a, 220b, 220c, 220d, 220e)이 교대로 적층되어 상기 세퍼레이터의 대면부들 (231a, 231b, 231c, 231d, 231e, 231f, 231g, 231h, 231i, 231j, 231k)을 사이에 두고 이웃한다. 따라서 상기 극판들은 직접 대면하지 않는다. 세퍼레이터 (230)의 외측 끝단 (230b)은 접착 테이프 (260)에 의하여 최외각에 부착되어 고정된다.
도 6b에 있어서 본 실시예에 따른 전극 조립체 (200)는, 먼저 세퍼레이터 (230)의 중심부 (230a)를 시작으로 대면부들 (231a, 231b) 사이에 양극판 (210a)을 적층하고, 이어서 음극판 (220a)을 상기 양극판 (210a) 상부측으로 하여 상기 양극판 (210a)의 무지부측이 반대 방향을 향하도록 적층시킨다. 따라서, 상기 음극판 (220a)은 세퍼레이터 (230)의 대면부 (231b)에 의하여 양극판 (210a)과 직접 대면하지 않고, 다른 대면부 (231b, 231c)를 사이에 존재한다. 또한, 도 6a에 도시한 바와 같이, 각각의 제1 및 제2 무지부 (212, 222)는 상기 세퍼레이터 (230)를 끼로 서로 반대 방향으로 노출되어 대면하지 않게 된다.
전술한 방식에 따른 전극 조립체 (200)에 있어서, 양극판 (210a, 210b, 210c, 210d, 210e) 및 음극판 (220a, 220b, 220c, 220d, 220e)는 이웃한 두 극판들의 중심부가 동일하도록 상기 세퍼레이터 (230)의 대면부 (231a, 231b, 231c, 231d, 231e, 231f, 231g, 231h, 231i, 231j, 231k)를 사이에 두고 정렬된다.
본 실시예에 따른 지그재그 형태로 접힌 세퍼레이터 (230)에서, 그 대면부 (231a, 231b, 231c, 231d, 231e, 231f, 231g, 231h, 231i, 231j, 231k) 사이에 다수의 극판들을 적층하는 경우, 제1 및 제2 무지부 (212, 222)는 세퍼레이터 (230)를 통하여 서로 반대 방향으로 노출되고, 상기 무지부들에 존재하는 홀들은 적층시 가이드의 역할을 하여 적층 위치를 정확하게 조정할 수 있게 한다.
또한, 제1 및 제2 무지부 (212, 222) 존재하는 홀들은 정렬되어 연장된 통로를 형성하고, 상기 제1 전극 리드 (240) 및 제2 전극 리드 (250)에 구비되어 있는 돌기 (213a, 213b, 223a, 223b)는 상기 통로를 관통한다. 따라서, 상기 홀들이 연장되어 형성된 통로에 상기 돌기들이 관통하여 제1 전극 리드 (240) 및 제2 전극 리드 (250)와 제1 전극 부재 (210) 및 제2 전극 부재 (220)와의 결합을 견고하게 할 수 있다. 전극 조립체 (200)에 대한 그 외의 구성 및 작용은 도 2에 도시한 실시예의 전극 조립체 (100)와 동일하므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전극 조립체의 분해도이다.
도 7을 참조하면, 상기 전극 조립체 (300)는 제1 전극 부재 (310)와 제2 전극 부재 (320), 세퍼레이터 (330), 제1 전극 리드 (340) 및 제2 전극 리드 (350)를 포함하고, 상기 제1 및 제2 전극 부재 (310, 320)과, 세퍼레이터 (330)은 시트형으로 연장된 형태이다.
상기 제1 전극 부재 (310) 및 제2 전극 부재 (320)의 무지부측에는 각각 다수의 홀들 (313, 323)이 두 개가 한 쌍을 이루고, 이와 같이 짝을 이룬 한쌍의 홀들 (313, 323)은 점점 간격이 더 넓은 간격을 갖도록 이격되어 구비된다. 후술할 내용을 제외하고는 제1 및 제2 전극 부재 (310, 320)와 세퍼레이터 (330), 제1 및 제2 전극 리드 (340, 350)의 구성 및 작용은 도 2 및 도 5에 도시한 실시예에 기재된 내용과 동일하므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
상기 다수의 홀들 (313, 323)은 전술한 바와 같이, 두 개가 한쌍을 이루며, 상기 한쌍의 홀들 (313, 323)은 점점 더 넓은 간격으로 이격되어 구비된다. 이들 제1 전극 부재 (310)와 제2 전극 부재 (320) 권취할 경우에는, 제1 전극 부재 (310)의 무지부측에 구비되는 한쌍의 홀들 (313)과, 제2 전극 부재 (310)의 무지부측에 구비되는 한쌍의 홀들 (323)은 각각 결합된 영역을 형성할 수 있다. 또한, 이와 같이 점점 더 멀어지는 간격은 제1 및 제2 전극 부재 (310, 320)의 두께와 세퍼레이터 (330)의 두께에 의하여 결정될 수 있다. 상기 전극 조립체 (300)의 권취가 진행될수록, 상기 전극 부재들 및 세퍼레이터에 의하여 증가되는 두께만큼 한쌍의 홀들 (313, 323) 사이의 간격은 이격되도록 구비된다. 상기 제1 및 제2 전극 부재 (310, 320)와 세퍼레이터 (330)는 각각의 무지부측에 구비된 홀들 (313, 323)이 결합된 영역을 형성하도록 권취시키면, 상기 홀들 (313, 323)은 권취시의 가이드의 역할을 하게 된다. 따라서, 상기 홀들 (313, 323)을 가이드로 하여 권취한 전극 조립체 (300)는 전극 부재들의 정렬이 용이하여, 권취시의 불량률을 감소시킬 수 있다.
도 8a는 도 7에 도시한 전극 조립체의 상부면을 도시한 도면이고, 도 8b는 도 8a의 C-C'선에 따른 단면도이다.
도 8a는 제1 및 제2 전극 부재 (310, 320)와 그 사이에 개재된 세퍼레이터 (330)를 권취한 전극 조립체 (300)를 도시한 도면이다. 도 8a를 참조하면, 본 실시예에 따른 전극 조립체 (300)는 무지부측이 서로 반대 방향을 향하도록 적층된 극판돌과 상기 극판들 사이에 개재된 세퍼레이터 (330)를 권취하여 형성된다. 따라서, 상기 제1 및 제2 무지부 (312, 322)에 구비되는 한쌍의 홀들 (313, 314)은 서로 연결되어 결합된 영역을 형성한다. 본 실시예에서는 권취 후에 구비되는 상기 제1 및 제2 전극 부재 (310, 320)의 무지부측에 구비되어 하나의 결합된 영역을 형성하는 홀들 (313, 323)은 하나 또는 두개 이상의 홀들을 짝을 이루도록 할 수 있으며, 또한, 상기 짝을 이룬 홀들 (313, 323)의 이격 간격 등도 사용되는 전극 부재 및 세퍼레이터의 두께 등에 의하여 변경이 가능하다.
도 8b를 보면, 세퍼레이터 (330)는 제1 및 제2 전극 부재 (310, 320) 사이에 위치하여 두 전극 부재의 직접적인 접촉을 막는다. 세퍼레이터 (330)의 외측 끝단 (330b)은 접착 테이프 (360)를 이용하여 세퍼레이터 (330)의 최외각에 고정시킨다.
본 실시예에 따른 전극 조립체 (300)에 있어서, 세퍼러이터 (300), 양극판인 제1 전극 부재 (310), 세퍼레이터 (300) 및 음극판인 제2 전극 부재 (320)이 각각 서로 대면하도록 적층한 후, 소정의 폭으로 권취된다. 이때, 제1 및 제2 전극 부재 (310, 320)은 각각의 제1 및 제2 무지부 (312, 322)가 서로 반대 방향을 향하도록 적층한다. 따라서, 제1 및 제2 무지부 (312, 322)는 세퍼레이터들 (330)를 끼고 서로 반대 방향으로 노출되고, 전술한 방식에 의하여 권취된 전극 조립체 (300)의 제1 및 제2 무지부 (312, 322)에 존재하는 각각의 홀들 (313, 323)은 정렬되어 하나의 통로를 형성한다. 이 외의 전극 조립체 (300)에 대한 구성 및 작용은 도 2 및 도 5에 도시한 실시예의 전극 조립체 (100, 200)와 동일하므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 9는 본 발명에 따른 전극 조립체를 이용하는 이차 전지의 사시도이다.
도 9를 참조하면, 상기 이차 전지 (10)는 전극 조립체들 및 케이스를 포함한다. 상기 전극 조립체들 전술한 실시예들에 의하여 제조되어, 파우치형 케이스의 본체 (22)의 수용부에 수용된다. 전극 조립체를 수용한 상기 파우치형 케이스의 본체 (22)와 커버 (21)를 밀착시킨 상태에서 밀봉부 (23)를 열융착 등을 통하여 밀봉시켜서 제작된다. 이때, 상기 제1 및 제2 전극 리드 (140, 150)는 상기 밀봉부 (23)를 통하여 상기 케이스의 외부로 노출되어, 상기 적층된 전극 부재들을 외부와 전기적으로 연결시킨다 (도 1 참조).
상기 파우치형 케이스는 내부에 전극 조립체가 장착될 수 있는 수납부 (22a, 도1 참조)와 실링부 (23)가 구비된다. 상기 실링부 (23)는 상기 파우치형 케이스의 외주면을 따라 형성되어 있으며, 열융착 등의 방식에 의하여 상기 파우치형 케이스를 밀봉하여 제작된다.
본 발명의 기술 사상은 양호한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기 실시예들는 본 발명을 설명하기 위한 것으로, 본 발명을 제한하기 위함이 아님을 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 변형 및 변경이 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
전술한 발명의 권리 범위는 이하의 특허 청구 범위에 의하여 정해지는 것으로, 본 명세서의 기재에 구속되지 않으며, 특허 청구 범위의 균등 범위에 속하는 변형과 변경은 모두 본 발명의 범위에 속할 것이다.
10: 이차 전지
20: 파우치 케이스
100, 200, 300: 전극 조립체
110, 210, 310: 제1 전극 부재
120, 220, 320: 제2 전극 부재
130, 230, 330: 세퍼레이터
140, 240, 340: 제1 전극 리드
150, 250, 350: 제2 전극 리드
160, 260, 360: 접착 테이프
20: 파우치 케이스
100, 200, 300: 전극 조립체
110, 210, 310: 제1 전극 부재
120, 220, 320: 제2 전극 부재
130, 230, 330: 세퍼레이터
140, 240, 340: 제1 전극 리드
150, 250, 350: 제2 전극 리드
160, 260, 360: 접착 테이프
Claims (18)
- 적어도 하나의 제1 가이드부를 구비하는 제1 전극 부재;
적어도 하나의 제2 가이드부를 구비하는 제2 전극 부재; 및
상기 제1 전극 부재 및 상기 제2 전극 부재 사이에 개재되는 세퍼레이터;를 포함하되,
상기 제1 가이드부 및 제2 가이드부의 어느 하나 이상에 의하여 결합된 영역을 구비하는 전극 조립체. - 제1항에 있어서,
상기 제1 및 제2 전극 부재는 활물질이 도포된 활물질층과 활물질이 도포되지 않은 제1 및 제2 무지부를 포함하고, 상기 제1 및 제2 가이드부는 각각 상기 제1 및 제2 무지부의 어느 하나 이상에 구비되는 전극 조립체. - 제2항에 있어서,
상기 제1 및 제2 가이드부가 서로 반대 방향으로 노출되도록 상기 제1 및 제2 전극 부재는 교대로 적층되는 전극 조립체. - 제1항에 있어서,
상기 세퍼레이터는 시트형으로, 세퍼레이터의 동일면이 대면하도록 복수회 접혀서 지그재그 형태로 구비되는 전극 조립체. - 제4항에 있어서,
상기 세퍼레이터의 접힌 면 사이에는 상기 제1 및 제2 가이드부가 서로 반대 방향으로 노출되도록 상기 제1 및 제2 전극 부재가 교대로 적층되는 전극 조립체. - 제1항에 있어서,
상기 제1 가이드부 및 제2 가이드부는 원형을 포함하는 전극 조립체. - 제2항에 있어서,
상기 제1 및 제2 전극 부재와 상기 전극 부재들 사이에 개재된 세퍼레이터를 권취하여 형성되는 전극 조립체. - 제7항에 있어서,
상기 제1 및 제2 전극 부재의 가이드부는 서로 반대 방향으로 노출되도록 권취되는 전극 조립체. - 제1항에 있어서,
상기 제1 가이드부 및 제2 가이드부의 어느 하나 이상은 고정수단에 의하여 결합되는 전극 조립체. - 제9항에 있어서,
상기 고정수단은 리벳인 전극 조립체. - 제10항에 있어서,
상기 리벳은 상기 제1 및 제2 가이드부를 관통하여 상기 제1 및 제2 전극 부재를 결합하는 전극 조립체. - 제11항에 있어서,
상기 제1 및 제2 가이드부를 관통한 리벳의 주변에는 용접부를 더 포함하는 전극 조립체. - 제1항에 있어서,
상기 전극 조립체는 상기 제1 가이드부 또는 제2 가이드부의 어느 하나 이상과 연결되는 전극 리드를 더 포함하는 전극 조립체. - 제13항에 있어서,
상기 전극 리드는 상기 제1 가이드부에 연결되는 제1 전극 리드와 상기 제2 가이드부에 연결되는 제2 전극 리드를 포함하되, 상기 제1 및 제2 전극 리드는 각각 제1 가이드부와 제2 가이드부를 관통하는 하나 이상의 고정수단을 구비하는 전극 조립체. - 제14항에 있어서,
상기 제1 고정수단은 리벳 또는 돌기인 전극 조립체. - 제15항에 있어서,
상기 제1 및 제2 가이드부를 관통한 리벳 또는 돌기의 주변에는 용접부를 더 포함하는 전극 조립체. - 제1항 내지 제16항 중 어느 하나의 항에 관한 전극 조립체와, 상기 전극 조립체를 수용하는 케이스를 포함하는 이차 전지.
- 제17항에 있어서,
상기 케이스는 파우치를 포함하는 이차 전지.
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