KR20130112380A - 신규한 전극리드-전극 탭 결합부로 이루어진 전극조립체 및 이를 포함하는 전기화학 셀 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 양극/분리막/음극 구조로 이루어진 전극조립체로서, 전극조립체를 구성하는 각각의 극판에는 활물질이 도포되어 있지 않은 전극 탭이 일측 단부로부터 돌출되어 있고, 각각의 극판의 전극 탭들은 하나의 전극리드에 결합되어 전극리드-전극 탭 결합부를 형성하며, 상기 전극 탭-전극리드 결합부에서 둘 이상의 전극 탭들은 적어도 일부가 전극리드에 직접 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 전극조립체를 제공한다.
Description
본 발명은 신규한 전극리드-전극 탭 결합부로 이루어진 전극조립체 및 이를 포함하는 전기화학 셀에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 양극/분리막/음극 구조로 이루어진 전극조립체로서, 전극조립체를 구성하는 각각의 극판에는 활물질이 도포되어 있지 않은 전극 탭이 일측 단부로부터 돌출되어 있고, 각각의 극판의 전극 탭들은 하나의 전극리드에 결합되어 전극리드-전극 탭 결합부를 형성하며, 상기 전극 탭-전극리드 결합부에서 둘 이상의 전극 탭들은 적어도 일부가 전극리드에 직접 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 전극조립체에 관한 것이다.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 그에 따라 다양한 요구에 부응할 수 있는 전지에 대한 많은 연구가 행해지고 있다.
대표적으로 전지의 형상 면에서는 얇은 두께로 휴대폰 등과 같은 제품들에 적용될 수 있는 각형 이차전지와 파우치형 이차전지에 대한 수요가 높고, 재료 면에서는 높은 에너지 밀도, 방전 전압, 출력 안정성의 리튬 이온 전지, 리튬이온 폴리머 전지 등과 같은 리튬 이차전지에 대한 수요가 높다.
또한, 이차전지는 양극/분리막/음극 구조의 전극조립체가 어떠한 구조로 이루어져 있는지에 따라 분류되기도 하는 바, 대표적으로는, 긴 시트형의 양극들과 음극들을 분리막이 개재된 상태에서 권취한 구조의 젤리-롤(권취형) 전극조립체, 소정 크기의 단위로 절취한 다수의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 순차적으로 적층한 스택형(적층형) 전극조립체, 소정 단위의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 적층한 바이셀(Bi-cell) 또는 풀셀(Full cell)들을 권취한 구조의 스택/폴딩형 전극조립체 등을 들 수 있다.
최근에는, 스택형 또는 스택/폴딩형 전극조립체를 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 전지케이스에 내장한 구조의 파우치형 전지가, 낮은 제조비, 적은 중량, 용이한 형태 변형 등을 이유로, 많은 관심을 모으고 있고 또한 그것의 사용량이 점차적으로 증가하고 있다.
전술한 바와 같이 파우치형 이차전지는 전극조립체를 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 장착한 구조로 이루어져 있고, 상기 전극조립체의 전극 탭들에 연결되어 있는 전극리드는 전극 탭들과의 연결부에 대향하는 단부가 전지케이스의 외부로 노출된 상태에서 전지케이스와 함께 열 융착된다.
이러한 구조의 이차전지에서, 다수의 전극 탭들은 하나의 전극리드에 초음파 융착 등의 방법으로 결합되는데, 전지의 용량을 증가시키기 위해 종래보다 많은 수의 극판들로 전극조립체를 구성하는 경우에는, 전극 탭들의 수가 증가하여 초음파 융착 과정에서 미융착 부위가 발생하기 쉽고, 전극리드에 대한 각각의 전극 탭들의 전기적 접속 경로에 차이를 유발하는 문제점이 발생한다.
이러한 현상은 특히, 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 전력저장장치 등과 같은 고출력 대용량의 전지팩에 사용되는 이차전지에서 더욱 심각하게 발생하는 경향이 있다.
따라서, 이러한 문제점들을 해결할 수 있는 기술에 대한 필요성이 매우 높은 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
본 출원의 발명자들은 심도 있는 연구와 다양한 실험들을 계속한 끝에, 이후 설명하는 바와 같이, 적어도 일부 전극 탭들이 그것의 적어도 일부가 전극리드에 직접 결합하도록 구성하는 경우, 대응하는 각각의 전극 탭-전극리드가 견고하게 결합하여, 미융착 현상을 감소시킴과 동시에 결합력을 향상시킬 뿐만 아니라, 전극리드에 대한 각각의 전극 탭들의 전기적 접속 경로를 최대한 균등화하여 전지의 작동 성능을 최적화할 수 있음을 확인하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
따라서, 본 발명의 전극조립체는, 양극/분리막/음극 구조로 이루어진 전극조립체로서, 전극조립체를 구성하는 각각의 극판에는 활물질이 도포되어 있지 않은 전극 탭이 일측 단부로부터 돌출되어 있고, 각각의 극판의 전극 탭들은 하나의 전극리드에 결합되어 전극리드-전극 탭 결합부를 형성하며, 상기 전극 탭-전극리드 결합부에서 둘 이상의 전극 탭들은 적어도 일부가 전극리드에 직접 결합되어 있는 것을 특징으로 한다.
일반적인 구조의 전극조립체에서, 극판들은 전극 탭들의 단부들이 일치하도록 적층된 상태에서 이들 전극 탭들이 전극리드에 결합된다. 이와 같이 단부가 일치하도록 적층된 전극 탭들의 구조로 인해, 실질적으로 하나의 전극 탭, 즉, 전극리드에 직접 접하는 전극 탭만이 전극리드에 결합되고, 나머지 전극 탭들은 상호 간에 결합된다.
반면에, 본 발명에 따르면, 적어도 둘 이상의 전극 탭들이 그것의 적어도 일부가 전극리드에 직접 결합하는 구조를 가진다. 이러한 차별적인 결합 구조는, 전극리드에 직접 결합되는 전극 탭의 수를 종래보다 증가시켜 결합력을 향상시킬 뿐만 아니라, 전극 탭과 전극리드 간의 전기적 접속 경로를 최소화하여 전지의 작동 성능을 최적화할 수 있는 특별한 효과를 발휘한다.
전극 탭이 전극리드와 결합되는 구조의 전극조립체로는 대표적으로 다수의 양극과 음극을 분리막이 개재된 상태로 적층한 스택형 구조와 스택/폴딩형 구조일 수 있지만, 이들 만으로 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 긴 분리필름에 단일 극판들을 배열한 상태에서 권취하거나 지그재그 형태로 절곡한 구조 등도 가능한다. 결과적으로, 다수의 전극 탭들이 하나의 전극리드에 결합되는 구조의 전극조립체라면 그것의 종류에 관계없이 본 발명이 적용될 수 있다.
하나의 바람직한 예에서, 상기 전극 탭은 전극 탭의 양면 중 일면의 폭을 기준으로 1/10 이상의 길이가 전극리드에 직접 결합되어 있는 구조일 수 있으며, 더욱 바람직하게는, 1/10 내지 1/2의 길이 범위에서 직접 결합되어 있는 구조일 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 전극 탭-전극리드 결합부에서 적어도 둘 이상의 전극 탭들이 전극리드에 직접 결합되어 있는 바, 바람직하게는 셋 이상의 전극 탭들이, 더욱 바람직하게는 전극조립체를 구성하는 전극 탭들 중 적어도 50% 이상의 전극 탭들이, 특히 바람직하게는 모든 전극 탭들이 전극리드에 직접 결합되어 있는 구조일 수 있다.
본 발명에 있어서, 전극 탭들을 배열하는 방법은 다양할 수 있다. 하나의 바람직한 예에서, 모든 전극 탭들은 평면상으로 보았을 때 균일한 간격으로 상호 겹칠 수 있게 순차적으로 측면 배열되어 있는 구조일 수 있다. 이러한 구조에서, 전극 탭들은 상기 순차적인 측면 배열에 대응하는 위치에서 각각의 극판으로부터 돌출되어 있는 구조일 수 있다.
본 발명에서 전극리드는 그것의 일측 단부의 폭과 대향 단부의 폭이 동일할 수도 있고 서로 다를 수도 있다. 다만, 둘 이상의 전극 탭들과 결합해야 하는 점을 고려할 때, 전극 탭들이 결합하는 부위의 폭이 하나의 전극탭과 결합하던 종래의 결합부위의 폭에 비해 상대적으로 넓은 것이 바람직할 수 있다. 이 경우, 전극리드는 전극 탭들이 결합되는 부위의 폭이 나머지 전극리드의 폭을 기준으로 10 내지 400% 범위만큼 큰 구조일 수 있다.
본 발명에서 상기 전극리드는 전극 탭들을 전기적으로 연결할 수 있는 소재로 이루어진 것이라면 특별히 제한되지 않으며, 바람직하게는 금속 플레이트일 수 있다. 이러한 금속 플레이트의 예로는, 니켈 플레이트, 니켈이 도금된 구리 플레이트, 알루미늄 플레이트, 구리 플레이트, 및 SUS 플레이트 등을 들 수 있지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
상기 전극리드와 전극 탭 결합부에서 전극리드와 전극 탭은 다양한 방식으로 결합될 수 있는 바, 바람직하게는 용접에 의해 더욱 안정적으로 결합될 수 있으며, 그러한 용접은 예를 들어 초음파 용접 등에 의해 수행될 수 있다.
본 발명에서 극판은 전류 집전체의 일면 또는 양면에 전극 활물질을 포함하는 전극 합체가 도포된 구조로 이루어져 있다. 전극조립체는 이러한 극판들, 즉, 양극판과 음극판을 분리막이 개재된 상태로 적층한 구조를 갖는다.
양극 집전체는 일반적으로 3 내지 500 ㎛의 두께로 만들어진다. 이러한 양극 집전체는, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 또는 알루미늄이나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면 처리한 것 등이 사용될 수 있다. 집전체는 그것의 표면에 미세한 요철을 형성하여 양극 활물질의 접착력을 높일 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태가 가능하다.
음극 집전체는 일반적으로 3 내지 500 ㎛의 두께로 만든다. 이러한 음극 집전체는, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 구리, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 구리나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리한 것, 알루미늄-카드뮴 합금 등이 사용될 수 있다. 또한, 양극 집전체와 마찬가지로, 표면에 미세한 요철을 형성하여 음극 활물질의 결합력을 강화시킬 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태로 사용될 수 있다.
양극 합제에는 양극 활물질, 도전재, 바인더, 충진제 등이 포함될 수 있다.
상기 양극 활물질은 리튬 이차전지인 경우, 예를 들어, 리튬 코발트 산화물(LiCoO2), 리튬 니켈 산화물(LiNiO2) 등의 층상 화합물이나 1 또는 그 이상의 전이금속으로 치환된 화합물; 화학식 Li1+xMn2-xO4 (여기서, x 는 0 ~ 0.33 임), LiMnO3, LiMn2O3, LiMnO2 등의 리튬 망간 산화물; 리튬 동 산화물(Li2CuO2); LiV3O8, LiFe3O4, V2O5, Cu2V2O7 등의 바나듐 산화물; 화학식 LiNi1-xMxO2 (여기서, M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B 또는 Ga 이고, x = 0.01 ~ 0.3 임)으로 표현되는 Ni 사이트형 리튬 니켈 산화물; 화학식 LiMn2-xMxO2 (여기서, M = Co, Ni, Fe, Cr, Zn 또는 Ta 이고, x = 0.01 ~ 0.1 임) 또는 Li2Mn3MO8 (여기서, M = Fe, Co, Ni, Cu 또는 Zn 임)으로 표현되는 리튬 망간 복합 산화물; 화학식의 Li 일부가 알칼리토금속 이온으로 치환된 LiMn2O4; 디설파이드 화합물; Fe2(MoO4)3 등을 들 수 있지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
상기 도전재는 통상적으로 양극 활물질을 포함한 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 30 중량%로 첨가된다. 이러한 도전재는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연; 카본블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙 등의 카본블랙; 탄소 섬유나 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 불화 카본, 알루미늄, 니켈 분말 등의 금속 분말; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 위스키; 산화 티탄 등의 도전성 금속 산화물; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 소재 등이 사용될 수 있다.
상기 바인더는 활물질과 도전제 등의 결합과 집전체에 대한 결합에 조력하는 성분으로서, 통상적으로 양극 활물질을 포함하는 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 30 중량%로 첨가된다. 이러한 바인더의 예로는, 폴리불화비닐리덴, 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로우즈, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 테르 폴리머(EPDM), 술폰화 EPDM, 스티렌 브티렌 고무, 불소 고무, 다양한 공중합제 등을 들 수 있다.
상기 충진제는 양극의 팽창을 억제하는 성분으로서 선택적으로 사용되며, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 섬유상 재료라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 올리핀계 중합제; 유리섬유, 탄소섬유 등의 섬유상 물질이 사용된다.
양극판은 상기와 같은 화합물들을 포함하는 양극 합제를 NMP 등의 용매에 혼합하여 만들어진 슬러리를 양극 집전체 상에 도포한 후 건조 및 압연하여 제조될 수 있다.
음극판은, 예를 들어, 음극 집전체 상에 음극 활물질을 포함하고 있는 음극 합제를 도포한 후 건조하여 제조되며, 상기 음극 합제에는, 필요에 따라, 앞서 설명한 바와 같은 성분들이 포함될 수 있다.
상기 음극 활물질은, 예를 들어, 난흑연화 탄소, 흑연계 탄소 등의 탄소; LixFe2O3(0≤x≤1), LixWO2(0≤x≤1), SnxMe1 - xMe'yOz (Me: Mn, Fe, Pb, Ge; Me': Al, B, P, Si, 주기율표의 1족, 2족, 3족 원소, 할로겐; 0<x≤1; 1≤y≤3; 1≤z≤8) 등의 금속 복합 산화물; 리튬 금속; 리튬 합금; 규소계 합금; 주석계 합금; SnO, SnO2, PbO, PbO2, Pb2O3, Pb3O4, Sb2O3, Sb2O4, Sb2O5, GeO, GeO2, Bi2O3, Bi2O4, and Bi2O5 등의 금속 산화물; 폴리아세틸렌 등의 도전성 고분자; Li-Co-Ni 계 재료 등을 사용할 수 있다.
상기 분리막은 양극과 음극 사이에 개재되며, 높은 이온 투과도와 기계적 강도를 가지는 절연성의 얇은 박막이 사용된다. 분리막의 기공 직경은 일반적으로 0.01 ~ 10 ㎛이고, 두께는 일반적으로 5 ~ 300 ㎛이다. 이러한 분리막으로는, 예를 들어, 내화학성 및 소수성의 폴리프로필렌 등의 올레핀계 폴리머; 유리섬유 또는 폴리에틸렌 등으로 만들어진 시트나 부직포 등이 사용된다. 전해질로서 폴리머 등의 고체 전해질이 사용되는 경우에는 고체 전해질이 분리막을 겸할 수도 있다.
본 발명은 또한, 이러한 전극조립체를 포함하는 것으로 구성된 전기화학 셀을 제공한다.
상기 전기화학 셀은 단위 셀로서 서너 개가 조합되어 소형 전기화학 세로 제조될 수 있으며, 단위 셀로서 다수 개가 조합되어 중대형 전기화학 셀로 제조될 수도 있다.
상기 전기화학 셀은 전기화학 반응을 통해 전기를 제공하는 것으로서, 예를 들어, 전기화학 이차전지 또는 전기화학 캐패시터일 수 있으며, 그 중에서도 리튬 이차전지에서 바람직하게 적용될 수 있다.
리튬 이차전지는 전극조립체에 리튬염 함유 비수 전해액이 함침되어 있는 구조로 이루어져 있다.
상기 리튬염 함유 비수계 전해액은 전해액과 리튬염으로 이루어져 있으며, 상기 전해액으로는 비수계 유기용매, 유기 고체 전해질, 무기 고체 전해질 등이 사용된다.
상기 비수계 유기용매로는, 예를 들어, N-메틸-2-피롤리디논, 프로필렌 카르보네이트, 에틸렌 카르보네이트, 부틸렌 카르보네이트, 디메틸 카르보네이트, 디에틸 카르보네이트, 감마-부틸로 락톤, 1,2-디메톡시 에탄, 테트라히드록시 프랑(franc), 2-메틸 테트라하이드로푸란, 디메틸술폭시드, 1,3-디옥소런, 포름아미드, 디메틸포름아미드, 디옥소런, 아세토니트릴, 니트로메탄, 포름산 메틸, 초산메틸, 인산 트리에스테르, 트리메톡시 메탄, 디옥소런 유도체, 설포란, 메틸 설포란, 1,3-디메틸-2-이미다졸리디논, 프로필렌 카르보네이트 유도체, 테트라하이드로푸란 유도체, 에테르, 피로피온산 메틸, 프로피온산 에틸 등의 비양자성 유기용매가 사용될 수 있다.
상기 유기 고체 전해질로는, 예를 들어, 폴리에틸렌 유도체, 폴리에틸렌 옥사이드 유도체, 폴리프로필렌 옥사이드 유도체, 인산 에스테르 폴리머, 폴리 에지테이션 리신(agitation lysine), 폴리에스테르 술파이드, 폴리비닐 알코올, 폴리 불화 비닐리덴, 이온성 해리기를 포함하는 중합제 등이 사용될 수 있다.
상기 무기 고체 전해질로는, 예를 들어, Li3N, LiI, Li5NI2, Li3N-LiI-LiOH, LiSiO4, LiSiO4-LiI-LiOH, Li2SiS3, Li4SiO4, Li4SiO4 -LiI-LiOH, Li3PO4 -Li2S-SiS2 등의 Li의 질화물, 할로겐화물, 황산염 등이 사용될 수 있다.
상기 리튬염은 상기 비수계 전해질에 용해되기 좋은 물질로서, 예를 들어, LiCl, LiBr, LiI, LiClO4, LiBF4, LiB10Cl10, LiPF6, LiCF3SO3, LiCF3CO2, LiAsF6, LiSbF6, LiAlCl4, CH3SO3Li, CF3SO3Li, (CF3SO2)2NLi, 클로로 보란 리튬, 저급 지방족 카르본산 리튬, 4 페닐 붕산 리튬, 이미드 등이 사용될 수 있다.
또한, 전해액에는 충방전 특성, 난연성 등의 개선을 목적으로, 예를 들어, 피리딘, 트리에틸포스파이트, 트리에탄올아민, 환상 에테르, 에틸렌 디아민, n-글라임(glyme), 헥사 인산 트리 아미드, 니트로벤젠 유도체, 유황, 퀴논 이민 염료, N-치환 옥사졸리디논, N,N-치환 이미다졸리딘, 에틸렌 글리콜 디알킬 에테르, 암모늄염, 피롤, 2-메톡시 에탄올, 삼염화 알루미늄 등이 첨가될 수도 있다. 경우에 따라서는, 불연성을 부여하기 위하여, 사염화탄소, 삼불화에틸렌 등의 할로겐 함유 용매를 더 포함시킬 수도 있고, 고온 보존 특성을 향상시키기 위하여 이산화탄산 가스를 더 포함시킬 수도 있으며, FEC(Fluoro-Ethylene carbonate), PRS(Propene sultone), FPC(Fluoro-Propylene carbonate) 등을 더 포함시킬 수 있다.
이차전지는 적당한 전지케이스에 밀봉되어 있는 바, 바람직하게는 금속층과 수지층을 포함하는 라미네이트 시트의 전지케이스에 전극조립체가 밀봉된 상태로 내장되어 있는 구조일 수 있다.
또한, 이차전지는, 다수 개의 전지셀들을 포함하여, 고출력 대용량의 전지팩을 제조할 때 단위전지로서 바람직하게 사용될 수 있다. 고출력 대용량의 전지팩에 사용되는 단위전지는 소형 전지팩의 전지셀에 비해 매우 크고 두꺼우므로, 본 발명과 같이 전극리드-전극 탭 결합부의 융착이 견고한 구조는 중대형 전지셀에 더욱 바람직하게 적용될 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전극조립체는 적어도 일부 전극 탭들이 그것의 적어도 일부가 전극리드에 직접 결합하도록 구성되어 있어서, 대응하는 각각의 전극 탭-전극리드가 견고하게 결합하여, 미융착 현상을 감소시킴과 동시에 결합력을 향상시킬 뿐만 아니라, 전극리드에 대한 각각의 전극 탭들의 전기적 접속 경로를 최대한 균등화하여 전지의 작동 성능을 최적화할 수 있다.
도 1은 종래의 스택형 전극조립체의 상단부에 대한 부분 모식도이다;
도 2는 도 1의 구조에서 전극 탭-리드 결합부의 부분 확대도이다;
도 3은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전극 탭-전극리드 결합부의 부분 확대도이다;
도 4 및 5는 본 발명의 또 다른 실시예들에 따른 전극 탭-전극리드 결합부들의 부분 확대도들이다;
도 2는 도 1의 구조에서 전극 탭-리드 결합부의 부분 확대도이다;
도 3은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전극 탭-전극리드 결합부의 부분 확대도이다;
도 4 및 5는 본 발명의 또 다른 실시예들에 따른 전극 탭-전극리드 결합부들의 부분 확대도들이다;
이하에서는 실시예를 통해 본 발명의 내용을 상술하지만, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
우선, 이해의 편의를 위하여, 도 1 및 도 2를 참조하여 종래기술을 설명한다. 구체적으로, 도 1에는 종래의 대표적인 스택형 전극조립체의 상단부가 모식적으로 도시되어 있고, 도 2에는 전극 탭-리드 결합부의 부분확대도가 모식적으로 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 스택형 전극조립체(30)는 양극 집전체의 양면에 양극 활물질이 도포되어 있는 양극판과 음극 집전체의 양면에 음극 활물질이 도포되어 있는 음극판이 분리막을 개재시킨 상태에서 순차적으로 적층되어 있는 구조로 이루어져 있다.
양극 집전체 및 음극 집전체의 일측 단부에는, 전지의 전극단자를 구성하는 전극리드(60)에 각각 전기적으로 연결될 수 있도록, 활물질이 도포되어 있지 않은 다수의 전극 탭들(40)이 돌출되어 있고, 각각의 전극 탭들(40)은 전극리드(60) 상에 용접에 의해 부착되어 전극 탭-리드 결합부(90)를 형성한다.
도 2를 참조하면, 각각의 전극 탭들(40)은 그것의 단부들이 상호 일치하도록 적층된 구조를 가진다. 따라서, 전극 탭들(40) 중 최상단의 전극 탭만이 전극리드(60)에 결합되고, 나머지 전극 탭들은 상호 인접한 전극 탭들과 결합된다.
참고로, 전극리드(60)에는 전극조립체를 전지케이스(도시하지 않음)에 장착한 후 열융착에 의해 밀봉하는 과정에서 전지케이스에 대한 밀봉성을 높이기 위한 절연 필름(70)이 부착되어 있다.
도 3에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 양극 탭-리드 결합부(90)의 부분 확대도가 모식적으로 도시되어 있다. 또한, 도 4 및 도 5에는 본 발명의 또 다른 실시예들에 따른 구조들이 도시되어 있다.
우선, 도 3을 참조하면, 다수의 양극 탭들(40) 중 최상단의 전극 탭(41)과 그것의 하단에 인접하여 위치한 전극 탭(42)가 전극리드(60)에 직접 결합되어 있다.
전극 탭(42)가 전극리드(60)에 결합된 폭(Wa)는 전극 탭(42)의 일면의 폭(W)을 기준으로 약 1/7의 크기에 대응하며, 전극 탭(41)은 전극 탭(42) 보다는 큰 폭으로 전극리드(60)에 결합되어 있다. 따라서, 도 2에서와 같이, 전극 탭(42)가 전극 탭(41)에 결합된 구조와 비교할 때, 전극리드(60)에 대해 우수한 결합력뿐만 아니라 짧은 접속 경로를 제공할 수 있다.
이러한 직접 결합은 전극 탭(42)를 제외한 나머지 모든 전극 탭들에 대해서도 적용될 수 있도록 구성할 수 있으며, 이는 도 4 및 도 5의 구조에서 더욱 바람직하게 구현될 수 있다.
구체적으로, 도 4의 전극리드(61)과 도 5의 전극리드(62)는 각각 전극 탭들(40)이 결합되는 부위의 폭(Hb)이 그것의 대향 위치의 폭(Ha)보다 상대적으로 큰 크기 (Hb>Ha)로 이루어져 있다. 이러한 넓은 폭은 모든 전극 탭들(40)이 전극리드(61, 62)에 직접 결합되는 구조를 더욱 용이하게 달성할 수 있게 해준다. 이는, 도 4의 전극리드(61)에서와 같이 일정 부위만이 넓은 폭을 가진 구조와, 도 5의 전극리드(62)에서와 같이 순차적으로 넓은 폭을 가진 구조에 의해 달성될 수 있지만, 이들 구조는 일부 예에 지나지 않으며, 본 발명의 범주내에서 다양한 변형예들이 가능할 것이다.
본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.
Claims (15)
- 양극/분리막/음극 구조로 이루어진 전극조립체로서, 전극조립체를 구성하는 각각의 극판에는 활물질이 도포되어 있지 않은 전극 탭이 일측 단부로부터 돌출되어 있고, 각각의 극판의 전극 탭들은 하나의 전극리드에 결합되어 전극리드-전극 탭 결합부를 형성하며, 상기 전극 탭-전극리드 결합부에서 둘 이상의 전극 탭들은 적어도 일부가 전극리드에 직접 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 전극조립체.
- 제 1 항에 있어서, 상기 전극조립체는 스택형 또는 스택/폴딩형 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 전극조립체.
- 제 1 항에 있어서, 상기 전극 탭은 전극 탭의 양면 중 일면의 폭을 기준으로 1/10 이상의 길이가 전극리드에 직접 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 전극조립체.
- 제 1 항에 있어서, 상기 전극 탭-전극리드 결합부에서 모든 전극 탭들은 적어도 일부가 전극리드에 직접 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 전극조립체.
- 제 4 항에 있어서, 상기 모든 전극 탭들은 평면상으로 보았을 때 균일한 간격으로 상호 겹칠 수 있게 순차적으로 측면 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 전극조립체.
- 제 5 항에 있어서, 각각의 극판에서 전극 탭들은 상기 순차적인 측면 배열에 대응하는 위치에서 돌출되어 있는 것을 특징으로 하는 전극조립체.
- 제 1 항에 있어서, 상기 전극리드는 전극 탭들이 결합되는 부위의 폭이 상대적으로 넓은 것을 특징으로 하는 전극조립체.
- 제 7 항에 있어서, 상기 전극리드는 전극 탭들이 결합되는 부위의 폭이 나머지 전극리드의 폭을 기준으로 10 내지 400% 큰 것을 특징으로 하는 전극조립체.
- 제 1 항에 있어서, 상기 전극리드는 니켈 플레이트, 니켈이 도금된 구리 플레이트, 알루미늄 플레이트, 구리 플레이트, 및 SUS 플레이트로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 전극조립체.
- 제 1 항에 있어서, 상기 전극리드는 용접에 의해 전극 탭들과 결합되는 것을 특징으로 하는 전극조립체.
- 제 10 항에 있어서, 상기 용접은 초음파 용접인 것을 특징으로 하는 전극조립체.
- 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 하나에 따른 전극조립체를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기화학 셀.
- 제 12 항에 있어서, 상기 전기화학 셀은 이차전지 또는 캐패시터인 것을 특징으로 하는 전기화학 셀.
- 제 12 항에 있어서, 상기 전기화학 셀은 금속층과 수지층을 포함하는 라미네이트 시트의 전지케이스에 전극조립체가 밀봉된 상태로 내장되어 있는 것을 특징으로 하는 전기화학 셀.
- 제 12 항에 따른 전기화학 셀을 단위전지로 포함하는 것을 특징으로 하는 전지팩.
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| KR101637890B1 (ko) | 2개 이상의 음극 탭들을 포함하는 이차전지 | |
| KR101326082B1 (ko) | 낮은 저항과 우수한 제조 공정성의 전극 탭을 포함하는 이차전지 | |
| KR20170021027A (ko) | 분리막 시트에 의해 권취된 구조의 단위셀을 포함하는 전극조립체 | |
| KR20170022511A (ko) | 모서리에 경사부를 포함하고 있는 전지셀 | |
| KR20170021000A (ko) | 용량과 크기가 상이한 단위셀들로 구성된 비정형 전극조립체 및 이를 포함하는 전지셀 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
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