KR20120060537A

KR20120060537A - 젤리-롤형 전극조립체 구조

Info

Publication number: KR20120060537A
Application number: KR1020100122079A
Authority: KR
Inventors: 최제훈
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2010-12-02
Filing date: 2010-12-02
Publication date: 2012-06-12

Abstract

본 발명은 전해액의 분포를 균일하게 하여 전지의 성능을 향상시킬 수 있고, 젤리-롤의 변형 및 그에 따른 전지의 두께 변동을 최소화하여 설계 자유도를 향상시킬 수 있도록 한 젤리-롤형 전극조립체 구조를 제공하고, 양극판, 분리막, 음극판 및 분리막이 순차적으로 적층되어 롤 형태로 권취된 젤리-롤형 전극조립체에 있어서, 상기 젤리-롤형 전극조립체의 좌우 양측 라운드부에 위치하는 상기 양극판과 음극판에는 활물질이 도포되지 않은 무지부가 형성된 것을 특징으로 한다.

Description

젤리-롤형 전극조립체 구조{Jelly-Roll type electrode assembly}

본 발명은 이차전지의 전극조립체에 관한 것으로, 특히 젤리-롤의 라운드부에 무지부를 형성하여 배터리 성능을 향상시키도록 한 이차전지의 젤리-롤형 전극조립체 구조에 관한 것이다.

각종 기기나 장치의 에너지원으로서 이차전지의 수요가 증가하고 있고, 이러한 이차전지 중에 높은 에너지 밀도를 갖는 리듐 이온 이차전지가 널리 사용되고 있는 바, 이러한 이차전지는 전지케이스의 형상에 따라 젤리-롤이 원통형 또는 각형의 금속 캔에 내장된 원통형 전지 혹은 각형 전지와, 젤리-롤이 알루미늄 시트의 파우치형 케이스에 내장된 파우치형 전지 등으로 분류된다.

또한 전지케이스에 내장되는 전극조립체는 양극/분리막/음극의 적층 구조로 이루어진 충방전이 가능한 발전소자로서 활물질이 도포된 긴 시트형의 양극판과 음극판 사이에 분리판을 개재하여 권취한 폴딩형 전극조립체, 즉 젤리-롤형과, 소정 크기의 다수의 양극판과 음극판 사이에 분리판이 개재된 상태에서 순차적으로 적층한 스택형 전극조립체 등으로 분류되고, 상기 젤리-롤은 제조가 용이하고 중량당 에너지 밀도가 높은 장점이 있다.

도 1에는 종래 기술에 따른 권취형 젤리-롤을 가진 이차전지의 구조가 도시되어 있는 바, 각형 전지케이스(1)의 내부에는 권취된 젤리-롤형 전극조립체(2)가 삽입되고, 상기 젤리-롤 전극조립체는 양극판(2a)과 분리막(2b), 음극판(2c) 및 분리막(2b)이 순차적으로 적층된 상태에서 롤 형상으로 권취된 구조를 갖는다.

상기와 같은 젤리-롤형 전극조립체를 가진 이차전지의 제조 과정에 리듐 이온의 이동매질은 전해액은 화살표로 도시한 바와 같이 젤리 롤형 전극조립체의 상부 및 하부를 통해 이동하는 데, 대형 이차전지의 경우 모세관 현상에 의해 진행되는 전해액 함침 이동 경로가 길어서 전해액이 균일하게 함침되지 않는 결점이 있었고, 이는 전지의 충방전 반복시에 극판 중앙부의 결함 발생의 원인이 되어 전지의 신뢰성에 치명적인 영향을 주게 된다.

또한 충방전 수축/팽창의 반복에 따른 젤리-롤의 변형에 의해 배터리 두께가 증가되는 등의 결점이 있었다.

이에 본 발명은 상기한 사정을 감안하여 안출된 것으로, 전해액의 분포를 균일하게 하여 전지의 성능을 향상시킬 수 있고, 젤리-롤의 변형 및 그에 따른 전지의 두께 변동을 최소화하여 설계 자유도를 향상시킬 수 있도록 한 젤리-롤형 전극조립체 구조를 제공함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 양극판, 분리막, 음극판 및 분리막이 순차적으로 적층되어 롤 형태로 권취된 젤리-롤형 전극조립체에 있어서, 상기 젤리-롤형 전극조립체의 좌우 양측 라운드부에 위치하는 상기 양극판과 음극판에는 활물질이 도포되지 않은 무지부가 형성된 것을 특징으로 한다.

바람직하기로는 상기 활물질은 상기 양극판과 음극판의 전체 폭에 걸쳐 도포됨과 더불어 그 길이 방향을 따라서는 소정 간격을 두고 불연속되게 도포되어 상기 활물질 도포층 사이에 상기 무지부가 다수개로 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 라운드부는 내측에서 외측으로 갈수록 반경이 증대되는 것에 대응하여 상기 라운드부에 위치하는 무지부들의 길이도 제일 내측에서부터 외측으로 갈수록 점차적으로 증대되게 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 라운드부의 제일 내측에 위치하는 양극판의 무지부는 상기 라운드부의 제일 내측에 위치하는 상기 음극판의 무지부와 대응되고, 상기 라운드부의 제일 외측에 위치하는 양극판의 무지부는 상기 라운드부의 제일 외측에 위치하는 상기 음극판의 무지부와 대응되게 형성된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 젤리-롤형 전극조립체 구조에 의하면, 젤리-롤의 라운드부에 무지부를 형성하여 줌으로써, 상기 무지부를 통한 전해액의 이동 공간이 확보되고, 이에 따라 전해액이 균일하게 분포될 수 있어서 전지의 성능을 향상시킬 수 있고, 전지가 충방전되면서 극판이 팽창/수축 운동을 반복할 경우에 상기 무지부가 극판의 팽창/수축 운동에 의한 응력을 원만하게 흡수할 수 있게 됨으로써 젤리-롤의 변형이 최소화되어 내구성이 향상될 뿐만 아니라 전지의 두께 변동을 최소화할 수 있어서 설계 자유도도 향상되는 등의 효과가 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 젤리-롤형 전극조립체의 구조를 나타낸 도면,
도 2는 본 발명에 따른 젤리-롤형 전극조립체의 구조를 나타낸 도면이다.

이하 본 발명을 첨부된 예시도면에 의거 상세히 설명한다.

도 2에는 본 발명에 따른 젤리-롤형 전극조립체의 구조가 도시되어 있는 바, 즉 각형을 이루는 전지케이스(10)에는 음국 단자(10a)와 양극 단자(10b)가 상부에 각각 구비되고, 상기 전지케이스(10)의 내부에는 권취된 젤리-롤형 전극조립체(11)가 삽입된다.

상기 젤리-롤형 전극조립체(11)는 단면도로 자세히 도시된 바와 같이 롤 형태로 권취되는 데, 양극판(11a)과 분리막(11b), 음극판(11c) 및 분리막(11b)이 순차적으로 적층된 상태로 권취되고, 롤 형태의 좌우 양측에 라운드부(11d)가 형성된다.

상기 양극판(11a)의 표면에는 활물질(12)이 도포되는 바, 이 활물질(12)은 상기 양극판(11a)의 전체 폭에 걸쳐 도포되지만 양극판(11a)의 길이 방향을 따라서는 소정 간격을 두고 불연속되게 도포된다.

즉 상기 양극판(11a)에 도포된 활물질(12) 도포층 사이에는 다수개의 무지부(11aa,...,11af)가 형성되게 활물질(12)이 양극판에 불연속성을 가지고 도포된다.

그리고 상기 다수개의 무지부(11aa,...,11af)는 양극판(11a)이 롤 형태로 권취된 상태에서 라운드부(11d)에 각각 위치되게 형성되는 데, 상기 라운드부(11d)의 제일 외측에 위치되는 무지부(11af)는 제일 내측에 위치되는 무지부(11aa)에 비해 그 길이가 길게 형성된다.

즉 상기 라운드부는 내측에서 외측으로 갈수록 그 반경이 비례적으로 증대되게 되므로, 상기 제일 내측의 무지부(11a)로부터 제일 외측 무지부(11af)로 갈수록 무지부의 길이도 비례적으로 증대되게 형성된다.

또한 상기 음극판(11c)에 형성되는 무지부(11ca,...,11cf)도 상기 양극판에 형성된 무지부와 동일한 형태로 형성되어, 상기 양극판과 음극판이 롤 형태로 권취될 경우에 상기 양극판(11a)의 제일 내측 무지부(11aa)는 음극판의 제일 내측 무지부(11ca)와 대응되고, 상기 양극판의 제일 외측 무지부(11af)는 상기 음극판의 제일 외측 무지부(11cf)와 대응되게 위치된다.

상기와 같이 라운드부에 위치하는 양극판과 음극판에 각각 무지부를 형성한 상태에서 전지 제조 과정에 전지케이스(10)의 상부 및 하부에서 전해액을 주입하면, 도 2에서 화살표로 도시한 바와 같이 전해액이 상기 무지부들을 통해 원활하게 이동할 수 있으므로, 전해액의 분포가 균일해진다.

또한 상기 무지부들이 극판의 팽창 및 수축 운동을 원만하게 흡수하여 주므로 전지의 충방전 과정에 반복적으로 발생하는 응력이 원활하게 해소되어 전지의 내구성도 향상되게 된다.

10-전지케이스 11-젤리-롤형 전극조립체
11a-양극판 11b-분리막
11c-음극판 11aa,11ca-무지부

Claims

양극판, 분리막, 음극판 및 분리막이 순차적으로 적층되어 롤 형태로 권취된 젤리-롤형 전극조립체에 있어서,
상기 젤리-롤형 전극조립체의 좌우 양측 라운드부에 위치하는 상기 양극판과 음극판에는 활물질이 도포되지 않은 무지부가 형성된 것을 특징으로 하는 젤리-롤형 전극조립체 구조.
청구항 1에 있어서, 상기 활물질은 상기 양극판과 음극판의 전체 폭에 걸쳐 도포됨과 더불어 그 길이 방향을 따라서는 소정 간격을 두고 불연속되게 도포되어 상기 활물질 도포층 사이에 상기 무지부가 다수개로 형성되는 것을 특징으로 하는 젤리-롤형 전극조립체 구조.
청구항 2에 있어서, 상기 라운드부는 내측에서 외측으로 갈수록 반경이 증대되는 것에 대응하여 상기 라운드부에 위치하는 무지부들의 길이도 제일 내측에서부터 외측으로 갈수록 점차적으로 증대되게 형성되는 것을 특징으로 하는 젤리-롤형 전극조립체 구조.
청구항 3에 있어서, 상기 라운드부의 제일 내측에 위치하는 양극판의 무지부는 상기 라운드부의 제일 내측에 위치하는 상기 음극판의 무지부와 대응되고, 상기 라운드부의 제일 외측에 위치하는 양극판의 무지부는 상기 라운드부의 제일 외측에 위치하는 상기 음극판의 무지부와 대응되게 형성된 것을 특징으로 하는 젤리-롤형 전극조립체 구조.