KR20120062254A - 전극 조립체 및 이를 이용한 이차 전지 - Google Patents

Abstract

본 발명은 집전 효율을 향상시켜 전류의 흐름 특성을 개선하고 전지 캔과 양극 탭의 쇼트 발생 가능성을 낮추어 안전성이 확보될 수 있도록 구조가 개선된 전극 조립체 및 이를 이용한 이차 전지를 개시한다. 본 발명에 따른 전극 조립체는, 비딩부가 구비되지 않은 전지 캔에 수납되는 이차 전지용 전극 조립체로서, 양극 활물질이 도포된 양극 집전체에 다수의 양극 탭이 상부 방향으로 돌출되도록 부착된 양극판; 음극 활물질이 도포된 음극 집전체에 다수의 음극 탭이 하부 방향으로 돌출되도록 부착된 음극판; 및 상기 양극판과 상기 음극판 사이를 절연시키도록 배치된 세퍼레이터를 포함한다.

Description

전극 조립체 및 이를 이용한 이차 전지{Electrode assembly and secondary battery using the same}

본 발명은 이차 전지 및 그에 사용되는 전극 조립체(electrode assembly)에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전류의 집전 효율을 증대시키고 쇼트 발생 위험성을 낮출 수 있도록 구조가 개선된 전극 조립체 및 이를 포함하는 이차 전지에 관한 것이다.

일반적으로, 이차 전지는 충전이 불가능한 일차 전지와 달리, 충방전이 가능한 전지를 의미하며, 휴대폰, 노트북 컴퓨터, 캠코더 등의 전자기기 또는 전기 자동차 등에 널리 사용되고 있다. 특히, 리튬 이차 전지는 작동 전압이 3.6V 가량으로서, 전자 장비의 전원으로 많이 사용되는 니켈-카드뮴 전지 또는 니켈-수소 전지보다 약 3배의 용량을 가지며, 단위 중량당 에너지 밀도가 높기 때문에 그 활용 정도가 급속도로 증가되는 추세에 있다.

이러한 리튬 이차 전지는 주로 리튬계 산화물과 탄소재를 각각 양극 활물질과 음극 활물질로 사용한다. 리튬 이차 전지는, 이러한 양극 활물질과 음극 활물질이 각각 도포된 양극판과 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 배치된 전극 조립체와, 전극 조립체를 전해액과 함께 밀봉 수납하는 외장재를 구비한다.

한편, 리튬 이차 전지는 전지 케이스의 형상에 따라, 전극 조립체가 금속 캔에 내장되어 있는 캔형 이차 전지와 전극 조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치에 내장되어 있는 파우치형 이차 전지로 분류될 수 있다. 그리고, 캔형 이차 전지는 다시 금속 캔의 형태에 따라 원통형 전지와 각형 전지로 분류될 수 있다. 이러한 각형 또는 원통형 이차 전지의 외장재는 개방단이 형성된 케이스, 즉 전지 캔 및 전지 캔의 개방단에 밀봉 결합되는 캡 조립체를 구비한다.

도 1은, 종래의 원통형 이차 전지의 개략적인 단면도이다.

도 1을 참조하면, 일반적으로 원통형 이차 전지는 원통형 전지 캔(20), 전지 캔(20)의 내부에 수용되는 전극 조립체(10), 전지 캔(20)의 상부에 결합되는 캡 조립체(30), 캡 조립체(30)를 장착하기 위해 전지 캔(20)의 선단에 마련된 비딩부(40) 및 전지를 밀봉하기 위한 클림핑 부위(50)를 구비한다.

전극 조립체(10)는, 양극판(11)과 음극판(12) 사이에 세퍼레이터(seperator)(13)가 개재된 상태로 젤리-롤 형태로 권취된 구조이며, 양극판(11)에는 양극 탭(11a)이 부착되어 통상적으로 캡 조립체(30)에 접속되고, 음극판(12)에는 음극 탭(12a)이 부착되어 전지 캔(20)의 하단에 접속된다.

캡 조립체(30)는 양극 단자를 형성하는 탑 캡, 전지 내부의 온도 상승시 저항이 증가하여 전류를 차단하는 PTC(Positive Temperature Coefficient) 소자와 같은 안전 소자, 전지 내부의 압력 상승시 전류를 차단하고 가스를 배기하는 안전 벤트, 양극 탭(11a)이 접속되어 있는 전류차단부재 등이 구비된다. 이러한 캡 조립체(30)는 전지 캔(20) 상단의 개방단에 결합되며, 전지 캔(20)의 비딩부(40)에 장착된다.

그런데, 이와 같은 종래의 이차 전지에 의하면, 양극 탭(11a) 및 음극 탭(12a)이 하나씩 존재하기 때문에 저항이 크고 열이 많이 발생하며 집전 효율이 좋지 않다. 특히, 종래 이차 전지의 경우 전지 캔(20)이 내부로 굴곡된 비딩부(40)로 인해, 음극 탭(12a)에 연결된 전지 캔(20)과 양극 탭(11a)이 접촉되는 쇼트 현상이 발생할 우려가 있다. 그러므로, 양극 탭(11a)의 개수를 늘리는 것이 어려운 것은 물론, 권취된 전극 조립체(10)의 외곽 부분에 양극 탭(11a)을 배치하는 것이 곤란하다는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 집전 효율을 향상시켜 전류의 흐름 특성을 개선하고 전지 캔과 양극 탭의 쇼트 발생 가능성을 낮추어 안전성이 확보될 수 있도록 구조가 개선된 전극 조립체 및 이를 이용한 이차 전지를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전극 조립체는, 비딩부가 구비되지 않은 전지 캔에 수납되는 이차 전지용 전극 조립체로서, 양극 활물질이 도포된 양극 집전체에 다수의 양극 탭이 상부 방향으로 돌출되도록 부착된 양극판; 음극 활물질이 도포된 음극 집전체에 다수의 음극 탭이 하부 방향으로 돌출되도록 부착된 음극판; 및 상기 양극판과 상기 음극판 사이를 절연시키도록 배치된 세퍼레이터를 포함한다.

바람직하게는, 상기 전극 조립체가 권취되는 경우, 상기 권취된 전극 조립체의 가장 중심에 위치한 음극 탭이 상기 권취된 전극 조립체의 가장 외곽에 위치한 음극 탭보다 큰 면적을 갖는다.

또한 바람직하게는, 상기 양극 탭의 부착된 부분의 길이와 상기 음극 탭의 부착된 부분의 길이의 합이 상기 양극 집전체 또는 음극 집전체의 상하 길이보다 짧다.

또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 이차 전지는, 다수의 양극 탭이 상부 방향으로 돌출되도록 부착된 양극판 및 다수의 음극 탭이 하부 방향으로 돌출되도록 부착된 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 배치되어 권취된 전극 조립체; 비딩부를 구비하지 않고, 상기 전극 조립체 및 전해액을 수납하는 전지 캔; 및 상기 전지 캔의 개방단에 결합되고, 상기 양극 탭과 접촉하는 캡 조립체를 포함한다.

바람직하게는, 상기 권취된 전극 조립체의 가장 중심에 위치한 음극 탭이 상기 권취된 전극 조립체의 가장 외곽에 위치한 음극 탭보다 큰 면적을 갖는다.

또한 바람직하게는, 상기 양극 탭의 부착된 부분의 길이와 상기 음극 탭의 부착된 부분의 길이의 합이 상기 양극 집전체 또는 음극 집전체의 상하 길이보다 짧다.

본 발명에 의하면, 다수의 양극 탭 및 음극 탭이 양극판 및 음극판에 부착되어 저항이 감소되고 열 발생이 줄어들며 전극탭의 집전 효율이 향상될 수 있다. 따라서, 이차 전지의 전류 흐름 특성이 개선되어, 이차 전지의 출력 성능이 향상될 수 있다.

특히, 본 발명에 의하면, 비딩부가 구비되지 않은 전지 캔에 전극 조립체가 수납됨으로써, 전극 조립체에 다수의 양극 탭을 구비하도록 구현하는 것이 용이하며, 전지 캔과 양극 탭의 접촉으로 인한 쇼트 발생 우려가 없다. 따라서, 이차 전지의 안전성을 더욱 향상시킬 수 있다.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은, 종래의 원통형 이차 전지의 개략적인 단면도이다.
도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지용 전극 조립체의 각 구성을 분리된 상태로 나타내는 도면이다.
도 3은, 도 2의 전극 조립체의 각 구성을 조립된 상태로 나타내는 도면이다.
도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체가 권취된 상태의 구성을 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 5는, 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 조립체가 권취된 상태의 구성을 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 6은, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 구성을 개략적으로 도시하는 단면도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상에 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지용 전극 조립체의 각 구성을 분리된 상태로 나타내는 도면이다. 그리고, 도 3은, 도 2의 전극 조립체의 각 구성을 조립된 상태로 나타내는 도면이다. 한편, 도 2 및 도 3에서 전극 조립체는 일부만 도시되었다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 이차 전지용 전극 조립체는, 양극판(110), 음극판(120) 및 세퍼레이터(130)를 포함한다.

상기 양극판(110)은, 양극 집전체의 적어도 일면에 양극 활물질이 도포되어 형성된다. 특히, 본 발명에 따른 양극판(110)은 다수의 양극 탭(111)이 상부 방향으로 돌출되도록 부착된다. 이와 같은 양극 탭(111)은 양극 집전체에서 양극 활물질이 도포되지 않은 무지부에 초음파 융착 등의 방식에 의해 부착될 수 있다. 그러나, 본 발명이 이와 같은 양극 탭(111)의 부착 방식에 의해 제한되는 것은 아니며, 본 발명의 출원 시점에서 공지된 다양한 탭 부착 기술이 본 발명에 채용될 수 있다.

상기 음극판(120)은, 음극 집전체의 적어도 일면에 음극 활물질이 도포되어 형성된다. 특히, 본 발명에 따른 음극판(120)은 다수의 음극 탭(121)이 하부 방향으로 돌출되도록 부착된다. 이와 같은 음극 탭(121) 역시 양극 탭(111)과 마찬가지로, 음극 집전체에서 음극 활물질이 도포되지 않은 무지부에 부착될 수 있으며, 초음파 융착 방식과 같은 다양한 부착 방식이 적용될 수 있다.

한편, 본 발명의 명세서 및 도면에서는 양극 탭(111)이 상부로 음극 탭(121)이 하부로 돌출된 것으로 설명되었으나, 이와 같은 '상부' 및 '하부'의 용어는 서로 반대 방향이라는 것을 나타낼 뿐, 전극 조립체를 바라보는 위치 등에 따라 달라질 수 있음은 본 발명의 당업자에게 자명하다. 예를 들어, 도 2 및 도 3에 도시된 전극 조립체의 상하를 뒤집어서 바라보는 경우, 양극 탭(111)이 하부로 음극 탭(121)이 상부로 돌출된 것으로 설명될 수 있으며, 이러한 구성 또한 본 발명의 범위에 포함될 수 있다.

상기 세퍼레이터(130)는, 양극판(110)과 음극판(120) 사이에 배치되어 상기 양극판(110)과 상기 음극판(120) 사이를 절연시키고, 상기 양극판(110)과 상기 음극판(120) 사이에 활물질 이온이 교환될 수 있도록 한다. 또한, 도면에 도시된 바와 같이, 상기 양극판(110) 또는 음극판(120)의 외측에 또 다른 세퍼레이터(130)가 위치되어 전극 조립체의 권취시 양극판(110)과 음극판(120) 사이에 절연 상태가 이루어지도록 할 수 있다.

상기 양극판(110), 음극판(120) 및 세퍼레이터(130)의 구성이나 재질, 제조 방법 등에 대하여 본 명세서에 설명된 내용 이외에는, 본 발명의 당업자에게 널리 알려져 있는 내용이 본 발명에 채용될 수 있으며, 이러한 내용에 대해서는 본 명세서에서 그 상세한 설명을 생략한다.

상기 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 다수의 양극 탭(111) 및 다수의 음극 탭(121)이 구비된 본 발명에 따른 전극 조립체는 비딩부가 구비되지 않은 전지 캔에 수납될 수 있다. 만일, 이와 같은 전극 조립체를 종래의 비딩부가 구비되어 있는 전지 캔에 수납하는 경우, 양극 탭(111), 특히 권취된 전극 조립체의 외곽에 위치한 양극 탭(111)과 전지 캔의 비딩부가 접촉되어 쇼트가 발생할 가능성이 높으므로 안전성에 문제가 생길 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 전극 조립체는 비딩부가 구비되지 않은 전지 캔에 수납함으로써, 그 안전성을 확보하는 것이 용이하다.

바람직하게는, 양극 탭(111)의 부착된 부분의 길이와 음극 탭(121)의 부착된 부분의 길이의 합이 전극 조립체 중 탭을 제외한 집전체 부분의 상하 길이보다 짧은 것이 좋다. 즉, 도 3을 참조하면, 양극 탭(111)의 전체 길이 중 양극 집전체에 부착된 부분의 길이를 L1이라 하고, 음극 탭(121)의 전체 길이 중 음극 집전체에 부착된 부분의 길이를 L2라 하며, 음극 집전체 및 양극 집전체의 길이를 L3이라 할 때, L1과 L2의 합은 L3보다 작은 것이 좋다. 이 경우, 양극 탭(111)이 부착된 양극판(110)과 음극 탭(121)이 부착된 음극판(120)을 세퍼레이터(130)와 함께 배치하여 전극 조립체를 구성하더라도, 전극 조립체의 정면에서 바라보았을 때 양극 탭(111)과 음극 탭(121)은 서로 겹쳐지지 않게 된다.

비록 양극판(110)과 음극판(120) 사이에는 세퍼레이터(130)가 존재하여 양극 탭(111)과 음극 탭(121) 또한 세퍼레이터(130)에 의해 물리적으로 절연될 수 있지만, 세퍼레이터(130)의 일부가 훼손되는 경우 양극 탭(111)과 음극 탭(121)이 접촉되어 쇼트가 발생할 우려가 있다. 특히, 양극 탭(111) 및 음극 탭(121)은 양극 집전체 및 음극 집전체와는 별도로 일정한 두께를 갖고 있기 때문에, 양극판(110)과 음극판(120)이 세퍼레이터(130)를 사이에 두고 적층될 때, 양극 탭(111)과 음극 탭(121) 자체의 두께로 세퍼레이터(130)에 굴곡이 생겨 세퍼레이터(130)가 손상될 가능성이 있다. 더욱이, 전극 조립체는 권취된 상태로 전지 캔에 수납되기 때문에, 세퍼레이터(130)의 손상 가능성이 더욱 높아지며, 따라서 이로 인한 쇼트 발생 가능성이 높아지게 된다. 그러나, 상기 실시예에 따르면, 양극 탭(111)과 음극 탭(121)이 겹치는 부분이 없어 세퍼레이터(130)의 손상 가능성이 낮으며, 세퍼레이터(130)가 손상되더라도 양극 탭(111)과 음극 탭(121)은 서로 접촉될 우려가 없다. 그러므로, 양극 탭(111)과 음극 탭(121)의 쇼트 발생 가능성을 현저하게 낮추어 전지의 안전성을 확보할 수 있다.

더욱 바람직하게는, 상기 양극 탭(111)의 부착된 부분의 길이가 상기 음극 탭(121)의 부착된 부분의 길이보다 짧은 것이 좋다. 즉, 상기 도 3의 실시예를 참조하면, 양극 탭(111)의 부착된 부분의 길이를 나타내는 L1이, 음극 탭(121)의 부착된 부분의 길이를 나타내는 L2보다 짧은 것이 좋다. 이차 전지용 전극 조립체의 경우 양극 탭(111)에서보다 음극 탭(121)에서 상대적으로 많은 열이 발생하기 때문에, 이와 같이 음극 탭(121)의 부착 부분의 길이를 보다 길게 하여 음극 탭(121)의 저항을 낮춤으로써 음극 탭(121)에서 발생하는 열을 감소시킬 수 있다.

도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체(100)가 권취된 상태의 구성을 개략적으로 도시하는 도면이다.

도 4를 참조하면, 양극판(110)과 음극판(120)이 세퍼레이터(130)를 사이에 두고 권취되어 권취된 전극 조립체(100)를 구성하며, 다수의 양극 탭(111)이 전극 조립체(100)의 상부로 돌출되고 다수의 음극 탭(121)이 전극 조립체(100)의 하부로 돌출된다.

이때, 상기 음극 탭(121)은 권취된 전극 조립체(100)의 가장 중심에 위치한 음극 탭(121)이 전극 조립체(100)의 가장 외곽에 위치한 음극 탭(121)보다 큰 면적을 갖는 것이 바람직하다. 일례로, 도 4에서, 권취된 전극 조립체(100)의 가장 중심에 위치한 제1 음극 탭(121a)의 폭을 D1이라 하고, 전극 조립체(100)의 가장 외곽에 있는 제4 음극 탭(121d)의 폭을 D4라 할 때, D1이 D4보다 크도록 구성하는 것이 좋다. 본 발명과 같이 전극 조립체(100)에 다수의 음극 탭(121)을 구비하는 경우, 권취된 전극 조립체(100)의 중심 부분에 위치한 음극 탭(121)에 가장 많은 열이 발생할 수 있다. 따라서, 상기 실시예와 같이, 권취된 전극 조립체(100)의 가장 중심에 위치한 음극 탭(121)의 면적을 가장 크게 구성함으로써, 해당 음극 탭(121)의 저항을 낮추어 발생하는 열을 감소시킬 수 있다.

더욱 바람직하게는, 권취된 전극 조립체(100)의 가장 중심에 위치한 음극 탭(121)에서 가장 외곽에 위치한 음극 탭(121)으로 갈수록 음극 탭(121)의 면적이 순차적으로 작아지도록 구성할 수 있다. 이는 권취된 전극 조립체(100)의 중심에서 외곽으로 갈수록 음극 탭(121)에서 발생하는 열이 순차적으로 작아지기 때문이다. 예를 들어, 도 4의 실시예에서, 제1 음극 탭(121a), 제2 음극 탭(121b), 제3 음극 탭(121c) 및 제4 음극 탭(121d)의 폭을 D1, D2, D3 및 D4라 할 때, D1 > D2 > D3 > D4가 되도록 구성할 수 있다.

상기 실시예에서는 음극 탭(121)의 폭을 조절하여 그 면적을 달리하는 구성을 위주로 설명되었으나, 음극 탭(121)의 길이를 조절하는 것과 같이 음극 탭(121)의 면적을 달리하는 방법에는 여러 가지 방식이 이용될 수 있다.

한편, 상기 실시예와 같이 권취된 전극 조립체(100)의 가장 중심에 위치한 음극 탭(121)이, 권취된 전극 조립체(100)의 가장 외곽에 위치한 음극 탭(121)보다 큰 면적을 갖도록 하는 구성은, 양극 탭(111)에도 적용될 수 있다. 따라서, 전극 조립체(100)의 가장 중심에 위치한 양극 탭(111)이, 권취된 전극 조립체(100)의 가장 외곽에 위치한 양극 탭(111)보다 큰 면적을 갖도록 할 수 있다.

도 5는, 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 조립체(100)가 권취된 상태의 구성을 개략적으로 도시하는 도면이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 전극 조립체(100)가 권취되는 경우, 도 4와 같이 다수의 양극 탭(111) 및 음극 탭(121)이 전극 조립체(100)의 중심에서 외곽 방향으로 일렬로 배치되지 않고, 임의로 배치될 수 있다. 도 5에 도시된 전극 조립체(100)의 경우, 양극 탭(111) 및 음극 탭(121)의 배치가 자유로워지므로 전극 조립체(100)의 제조 공정이 보다 용이해질 수 있다.

한편, 상기 도 4 및 도 5에 도시된 양극 탭(111)이나 음극 탭(121)의 개수 및 배치 등의 구성은 일례에 불과하며, 본 발명이 이러한 구성에 의해 한정되는 것은 아니다.

바람직하게는, 양극 탭(111)의 개수와 음극 탭(121)의 개수는 동일한 것이 좋다. 이 경우, 양극 탭(111)과 음극 탭(121)을 통한 전류의 흐름 특성이 좋아져 이차 전지의 성능이 개선될 수 있다.

또한 바람직하게는, 다수의 음극 탭(121) 중 적어도 둘 이상의 음극 탭(121)이 서로 다른 재질로 이루어질 수 있다. 즉, 다수의 음극 탭(121) 중 적어도 하나 이상의 음극 탭(121)이 나머지 음극 탭(121)과 다른 재질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 도 4의 실시예에서, 제1 음극 탭(121a)이 제2 내지 제4 음극 탭(121b~121d)과 다른 재질로 이루어지거나, 제3 음극 탭(121c) 및 제4 음극 탭(121d)이 제1 음극 탭(121a) 및 제2 음극 탭(121b)과 다른 재질로 이루어질 수 있다.

보다 구체적으로, 다수의 음극 탭(121) 중 적어도 둘 이상의 음극 탭(121)은, 니켈, 구리 및 니켈과 구리의 합판(clad)으로 이루어진 군으로부터 선택된 서로 다른 재질로 이루질 수 있다. 여기서, 니켈과 구리의 합판은 니켈과 구리를 접착하여 구성된 것일 수 있다. 음극 탭(121)의 재질 중, 구리는 저항이 낮고 집전 특성이 좋으며, 비용이 저렴하고 잘 산화되지 않는 특성을 갖는다. 반면, 니켈은 용접이 잘 되는 등 공정성이 좋고 잘 끊어지지 않는다는 특성을 갖는다. 그리고, 니켈과 구리의 합판은 이와 같은 니켈과 구리의 중간 특성을 갖는다. 상기 실시예와 같이 둘 이상의 음극 탭(121)이 니켈, 구리 또는 니켈과 구리의 합판 재질 중 서로 다른 재질로 이루어질 경우, 각 재질의 장점을 적절하게 이용할 수 있다.

더욱 바람직하게는, 전극 조립체(100)가 권취되는 경우, 권취된 전극 조립체(100)의 가장 중심에 위치한 음극 탭(121)은 구리 재질 또는 니켈과 구리의 합판 재질로 이루어지고, 상기 권취된 전극 조립체(100)의 가장 외곽에 위치한 음극 탭(121)은 니켈과 구리의 합판 재질 또는 니켈 재질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 도 4의 실시예에서, 권취된 전극 조립체(100)의 가장 중심에 위치한 제1 음극 탭(121a)은 구리 재질로 이루어지고, 권취된 전극 조립체(100)의 가장 외곽에 위치한 제4 음극 탭(121d)은 니켈 재질로 이루어질 수 있다. 권취된 전극 조립체(100)의 중심에 위치한 음극 탭(121)일 수록 열이 많이 발생할 수 있기 때문에 저항이 낮은 구리를 사용하고, 권취된 전극 조립체(100)의 외곽에 위치한 음극 탭(121)일 수록 열 발생량이 상대적으로 적어 공정성이 좋은 니켈을 사용하는 것이 좋다. 이 경우, 열 발생량을 낮추어 이차 전지 성능을 향상시키면서도 이차 전지 제조에 대한 공정성을 개선할 수 있다.

본 발명에 따른 이차 전지는 상술한 전극 조립체(100)를 이용한다. 특히, 본 발명에 따른 이차 전지는 다수의 양극 탭(111) 및 음극 탭(121)이 구비된 상술한 전극 조립체(100)를 비딩부가 구비되지 않은 전지 캔에 수납함으로써 용이하게 달성될 수 있다.

도 6은, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 구성을 개략적으로 도시하는 단면도이다.

도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 이차 전지는 전극 조립체(100), 전지 캔(200) 및 캡 조립체(300)를 포함한다.

여기서, 전극 조립체(100)는 상술한 전극 조립체(100)가 이용될 수 있으므로, 이에 대해서는 상세한 설명을 생략한다.

상기 전지 캔(200)은, 알루미늄, 스테인리스 스틸 또는 이들의 합금과 같은 경량의 전도성 금속 재질로 구성되며, 상단이 개방된 개방부와 그에 대향되는 밀폐된 바닥부를 가진 원통형 구조를 가질 수 있다. 이러한 전지 캔(200)의 내부 공간에는 상기 전극 조립체(100)와 함께 전해액이 수납된다.

특히, 본 발명에 따른 이차 전지의 전지 캔(200)은, 도 6에 도시된 바와 같이, 그 선단에 비딩부가 구비되어 있지 않다. 도 1에 도시된 바와 같은 종래의 비딩부가 구비된 전지 캔(200)의 경우, 다수의 양극 탭(111)을 구비한 전극 조립체(100)를 수납하면 양극 탭(111)과 전지 캔의 비딩부가 접촉될 가능성이 있어 쇼트가 발생할 위험이 있다. 그러나, 본 발명에 따른 이차 전지의 경우 전지 캔(200)에 비딩부가 구비되어 있지 않기 때문에, 전극 조립체(100)가 다수의 양극 탭(111)을 포함하더라도 양극 탭(111)이 전지 캔(200)과 접촉될 가능성은 낮다. 즉, 본 발명에 따른 전극 조립체(100)는 이와 같이 비딩부가 구비되어 있지 않은 이차 전지에서 용이하게 구현될 수 있다.

상기 캡 조립체(300)는, 최상부에 돌출된 형태로 배치되어 양극 단자를 형성하는 탑 캡(310), 전지의 과열에 의해 전지 내부의 전류 흐름을 차단하는 안전 소자(320), 이차 전지의 내압이 일정 수준 이상으로 증가하는 경우 파열되는 안전 벤트(330), 안전 벤트(330)와 전류차단부재(350)를 절연시키는 절연부재(340), 양극 탭(111)이 부착되고 가스 발생으로 내압이 증가하여 안전 벤트(330)의 형상이 역전되면 안전 벤트(330)와 전기적 접속이 차단되는 전류차단부재(350) 및 탑 캡(310), 안전 소자(320), 안전 벤트(330), 절연부재(340) 및 전류차단부재(350)의 테두리 부위를 감싸는 가스켓(360)을 포함할 수 있다. 특히, 본 발명에 따른 캡 조립체(300)는, 전지 캔(200)에 비딩부가 마련되어 있지 않기 때문에, 가스켓(360)을 둘러싸고 전지 캔(200)의 개방단에 용접되기 위한 커버(370)를 더 포함할 수 있다.

한편, 이와 같은 캡 조립체(300)의 구성은 일 실시예에 불과하며, 본 발명은 이와 같은 캡 조립체(300)의 구체적인 구성에 의해 제한되지 않는다.

또한, 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 이차 전지는 전극 조립체(100)의 상단 및 하단에 상부 절연판(600) 및 하부 절연판(700)이 배치되도록 할 수 있다. 이러한 상부 절연판(600) 및 하부 절연판(700)은 전극 조립체(100)를 이차 전지의 다른 구성 요소들과 절연시키고 물리적으로 지지하는 역할을 하기도 한다. 한편, 본 발명에 따른 전극 조립체(100)는 다수의 양극 탭(111) 및 음극 탭(121)을 구비하고 있기 때문에, 상부 절연판(600) 및 하부 절연판(700)에는 이러한 다수의 양극 탭(111) 및 음극 탭(121)이 통과할 수 있도록 다수의 구멍이 형성될 수 있다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

100: 전극 조립체
110: 양극판
111: 양극 탭
120: 음극판
121: 음극 탭
130: 세퍼레이터
200: 전지 캔
300: 캡 조립체
600: 상부 절연판
700: 하부 절연판

Claims (17)

1. 비딩부가 구비되지 않은 전지 캔에 수납되는 이차 전지용 전극 조립체에 있어서,
   양극 활물질이 도포된 양극 집전체에 다수의 양극 탭이 상부 방향으로 돌출되도록 부착된 양극판;
   음극 활물질이 도포된 음극 집전체에 다수의 음극 탭이 하부 방향으로 돌출되도록 부착된 음극판; 및
   상기 양극판과 상기 음극판 사이를 절연시키도록 배치된 세퍼레이터
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
2. 제1항에 있어서,
   상기 전극 조립체가 권취되는 경우, 상기 권취된 전극 조립체의 가장 중심에 위치한 음극 탭이 상기 권취된 전극 조립체의 가장 외곽에 위치한 음극 탭보다 큰 면적을 갖는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
3. 제1항에 있어서,
   상기 양극 탭의 부착된 부분의 길이와 상기 음극 탭의 부착된 부분의 길이의 합이 상기 양극 집전체 또는 음극 집전체의 상하 길이보다 짧은 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
4. 제3항에 있어서,
   상기 양극 탭의 부착된 부분의 길이가 상기 음극 탭의 부착된 부분의 길이보다 짧은 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
5. 제1항에 있어서,
   상기 양극 탭의 개수와 상기 음극 탭의 개수가 동일한 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
6. 제1항에 있어서,
   상기 다수의 음극 탭 중 적어도 둘 이상의 음극 탭이 서로 다른 재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
7. 제6항에 있어서,
   상기 다수의 음극 탭 중 적어도 둘 이상의 음극 탭은 니켈, 구리 및 니켈과 구리의 합판으로 이루어진 군으로부터 선택된 서로 다른 재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
8. 제7항에 있어서,
   상기 전극 조립체가 권취되는 경우, 상기 권취된 전극 조립체의 가장 중심에 위치한 음극 탭은 구리 재질 또는 니켈과 구리의 합판 재질로 이루어지고, 상기 권취된 전극 조립체의 가장 외곽에 위치한 음극 탭은 니켈 재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
9. 다수의 양극 탭이 상부 방향으로 돌출되도록 부착된 양극판 및 다수의 음극 탭이 하부 방향으로 돌출되도록 부착된 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 배치되어 권취된 전극 조립체;
   비딩부를 구비하지 않고, 상기 전극 조립체 및 전해액을 수납하는 전지 캔; 및
   상기 전지 캔의 개방단에 결합되고, 상기 양극 탭과 접촉하는 캡 조립체
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
10. 제9항에 있어서,
    상기 권취된 전극 조립체의 가장 중심에 위치한 음극 탭이 상기 권취된 전극 조립체의 가장 외곽에 위치한 음극 탭보다 큰 면적을 갖는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
11. 제9항에 있어서,
    상기 양극 탭의 부착된 부분의 길이와 상기 음극 탭의 부착된 부분의 길이의 합이 상기 양극 집전체 또는 음극 집전체의 상하 길이보다 짧은 것을 특징으로 하는 이차 전지.
12. 제11항에 있어서,
    상기 양극 탭의 부착된 부분의 길이가 상기 음극 탭의 부착된 부분의 길이보다 짧은 것을 특징으로 하는 이차 전지.
13. 제9항에 있어서,
    상기 양극 탭의 개수와 상기 음극 탭의 개수가 동일한 것을 특징으로 하는 이차 전지.
14. 제9항에 있어서,
    상기 다수의 음극 탭 중 적어도 둘 이상의 음극 탭이 서로 다른 재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 이차 전지.
15. 제14항에 있어서,
    상기 다수의 음극 탭 중 적어도 둘 이상의 음극 탭은 니켈, 구리 및 니켈과 구리의 합판으로 이루어진 군으로부터 선택된 서로 다른 재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 이차 전지.
16. 제15항에 있어서,
    상기 권취된 전극 조립체의 가장 중심에 위치한 음극 탭은 구리 재질 또는 니켈과 구리의 합판 재질로 이루어지고, 상기 권취된 전극 조립체의 가장 외곽에 위치한 음극 탭은 니켈 재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 이차 전지.
17. 제9항에 있어서,
    상기 전지 캔은 원형인 것을 특징으로 하는 이차 전지.

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