KR20150013014A - 전극 어셈블리 및 이를 포함하는 이차 전지 - Google Patents

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Abstract

전극 어셈블리는, 양극, 음극, 및 세퍼레이터를 포함하고, 상기 세퍼레이터는 상기 양극과 음극 사이에 개재되는 전극 적층체와, 상기 전극 적층체의 에지로부터 돌출되는 양극 탭, 및 상기 전극 적층체의 에지로부터 돌출되는 음극 탭을 포함하고, 상기 전극 적층체는 높이 방향, 너비 방향, 및 두께 방향을 가지며, 상기 두께 방향은 상기 높이 방향 및 너비 방향을 포함하는 평면에 실질적으로 직교하며, 상기 전극 적층체는 적어도 하나의 양극 탭 및 음극 탭에 대응되는 제1 위치에서 두께 방향으로 제1 두께를 가지며, 상기 전극 적층체는 상기 제1 위치의 주변인 제2 위치에서 두께 방향으로 제2 두께를 가지며, 상기 제1 두께는 상기 제2 두께보다 더 크다.

Description

전극 어셈블리 및 이를 포함하는 이차 전지{ELECTRODE ASSEMBLY, AND RECHARGEABLE BATTERY}
본 발명은 전극 어셈블리 및 이차 전지에 관한 것이다.
이차 전지(rechargeable battery)는 반복적으로 충전 및 방전이 가능하다. 저용량의 이차 전지는 휴대폰이나 노트북 컴퓨터 및 캠코더와 같이 휴대가 가능한 소형 전자기기에 사용될 수 있고, 대용량 전지는 하이브리드 자동차 등의 모터 구동용 전원으로 널리 사용될 수 있다.
고에너지 밀도의 비수전해액을 이용한 대용량, 고출력 이차 전지가 개발되고 있으며, 상기한 고출력 이차 전지는 직렬 또는 병렬로 연결되어 고출력 대용량의 전지 모듈로 구성될 수 있다.
통상 이차 전지는 양극과 음극, 및 양극과 음극 사이에 개재된 세퍼레이터를 포함하는 전극 어셈블리를 구비한다. 양극 및 음극은 금속으로 이루어진 집전체에 활물질이 도포된 구조로 이루어지는 데, 집전체에는 활물질이 코팅된 코팅부와 활물질이 코팅되지 아니한 무지부가 형성된다.
전극 어셈블리는 권취된 후, 열압착된다. 열압착된 전극 어셈블리는 강도가 증가하여 외부 충격에서 형상을 유지하며 셀의 두께가 감소하여 단위 부피당 에너지밀도가 증가한다. 또한 열압착에 의하여 두께가 감소된 전극 어셈블리는 케이스 내부에 삽입하기가 용이하다.
그러나 케이스에 종방향으로 충격이 작용할 경우 전극 어셈블리가 부러져서 내부 단락이 발생할 수 있다. 또한 열압착으로 전극 어셈블리 사이의 간격이 감소하여 전해액 함습에 불리한 문제가 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 전극 어셈블리 및 이차 전지의 중압축에 대한 안전성을 향상시키는 것에 있다.
본 발명에 따른 전극 어셈블리는, 양극, 음극, 및 세퍼레이터를 포함하고, 상기 세퍼레이터는 상기 양극과 음극 사이에 개재되는 전극 적층체와, 상기 전극 적층체의 에지로부터 돌출되는 양극 탭, 및 상기 전극 적층체의 에지로부터 돌출되는 음극 탭을 포함하고, 상기 전극 적층체는 높이 방향, 너비 방향, 및 두께 방향을 가지며, 상기 두께 방향은 상기 높이 방향 및 너비 방향을 포함하는 평면에 실질적으로 직교하며, 상기 전극 적층체는 적어도 하나의 양극 탭 및 음극 탭에 대응되는 제1 위치에서 두께 방향으로 제1 두께를 가지며, 상기 전극 적층체는 상기 제1 위치의 주변인 제2 위치에서 두께 방향으로 제2 두께를 가지며, 상기 제1 두께는 상기 제2 두께보다 더 크다.
상기 제2 위치는 상기 제1 위치와 상기 전극 적층체의 에지 사이에서 대략 중간일 수 있다.
상기 전극 적층체는 제1 에지 및 제2 에지를 가지며, 상기 제1 및 제2 에지들은 높이 방향으로 이격되어 있으며, 상기 양극 탭 및 음극 탭은 상기 제1 에지로부터 돌출되고, 상기 전극 적층체는 실질적으로 상기 제1 에지로부터 상기 제2 에지까지 상기 제1 두께를 가질 수 있다.
상기 전극 적층체는 제1 에지 및 제2 에지를 가지며, 상기 제1 및 제2 에지들은 높이 방향으로 이격되어 있으며, 상기 양극 탭 및 음극 탭은 상기 제1 에지로부터 돌출되고, 상기 전극 적층체는 상기 제1 및 제2 에지들 사이에서 실질적으로 상기 제1 에지로부터 상기 제2 에지까지 상기 제2 두께를 가질 수 있다.
상기 전극 어셈블리는, 가압 영역 및 비가압 영역을 가지며, 상기 제2 위치는 상기 가압 영역에 있으며, 상기 제1 위치는 상기 비가압 영역에 있으며, 상기 가압 영역은 압축되어 비가압 영역보다 더 작은 두께를 가지며, 상기 비가압 영역은 적어도 하나의 상기 양극 탭 및 음극 탭에 대응될 수 있다.
상기 전극 어셈블리는, 제1 에지 및 상기 제1 에지와 마주하는 제2 에지를 가지며, 상기 제1 에지 및 제2 에지를 연결하는 마주하는 제3 에지 및 제4 에지를 가지며, 상기 양극 탭은 상기 제1 에지로부터 돌출되고, 상기 음극 탭은 상기 제2 에지로부터 돌출되고, 상기 가압 영역은 실질적으로 상기 제3 에지 및 제4 에지를 모두 포함할 수 있다.
상기 전극 어셈블리는, 제1 에지 및 상기 제1 에지와 마주하는 제2 에지를 가지며, 상기 제1 에지 및 제2 에지를 연결하는 마주하는 제3 에지 및 제4 에지를 가지며, 상기 양극 탭 및 음극 탭은 상기 제1 에지로부터 돌출되고, 상기 가압 영역은 실질적으로 상기 제2 에지, 제3 에지, 및 제4 에지를 모두 포함할 수 있다.
상기 전극 어셈블리는 제1 에지 및 상기 제1 에지와 마주하는 제2 에지를 가지며, 상기 제1 에지 및 제2 에지를 연결하는 마주하는 제3 에지 및 제4 에지를 가지며, 상기 양극 탭 및 음극 탭은 상기 제1 에지로부터 돌출되고, 상기 가압 영역은 실질적으로 상기 제3 에지 및 제4 에지를 모두 포함할 수 있다.
이차 전지는 일 실시예에 의한 전극 어셈블리를 포함한다.
전극 어셈블리는, 양극, 음극, 및 세퍼레이터를 포함하고, 상기 세퍼레이터는 상기 양극과 음극 사이에 개재되는 전극 적층체와, 상기 전극 적층체의 에지로부터 돌출되는 양극 탭, 및 상기 전극 적층체의 에지로부터 돌출되는 음극 탭을 포함하고, 상기 전극 적층체는 상기 전극 탭들과 중첩되는 영역에서, 상기 전극 탭들의 주변 영역에서보다 더 큰 두께를 가질 수 있다.
본 발명에 따른 전극 어셈블리 제조 방법은, 양극, 음극, 및 세퍼레이터를 포함하는 전극 적층체를 제공하는 단계, 및 상기 제1 영역을 제외한 전극 적층체의 두께를 줄이도록 상기 양극 탭 및 음극 탭 중 적어도 하나에 대응되는 제1 영역을 제외한 제2 영역에서 상기 전극 적층체를 가압하는 단계를 포함한다.
상기 전극 적층체를 가압하는 단계는, 상기 양극 탭 및 음극 탭 중 적어도 하나와 함께 정렬된 슬릿부를 가지는 가압판을 이용하여 상기 전극 적층체에 압력을 가하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 가압판은, 상기 전극 적층체의 제1 측에 제공되는 제1 가압판 및 상기 전극 적층체의 제2 측에 제공되는 제2 가압판을 포함하여 상기 전극 적층체는 상기 제1 가압판 및 제2 가압판 사이에 위치하며, 상기 제1 가압판 및 제2 가압판 각각은, 슬릿부에 의해 이격된 복수의 부분들을 포함하고, 상기 슬릿부 각각은 상기 전극 적층체의 에지와 중첩하며, 상기 양극 탭 및 음극 탭 중 적어도 하나는 슬릿부에 대응되는 영역에서 상기 전극 적층체의 에지로부터 돌출될 수 있다.
상기 양극 탭 및 음극 탭 각각은 상기 전극 적층체의 동일한 에지로부터 돌출될 수 있다.
상기 양극 탭 및 음극 탭은 상기 전극 적층체의 마주하는 에지들로부터 돌출될 수 있다.
상기 가압판은, 상기 전극 적층체의 제1 측에 제공되는 제1 가압판 및 상기 전극 적층체의 제2 측에 제공되는 제2 가압판을 포함하여 상기 전극 적층체는 상기 제1 가압판 및 제2 가압판 사이에 위치하며, 상기 제1 가압판 및 제2 가압판 각각은, 상기 슬릿부에 의해 형성된 개방 영역을 제외한 상기 전극 적층체의 실질적으로 모든 측에 중첩하는 연속적인 판으로 형성되고, 상기 양극 탭 및 음극 탭 각각은 상기 슬릿부들에 대응되는 영역에서 상기 전극 적층체의 동일한 에지로부터 돌출될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 전극 어셈블리에 두께 및 유연성이 서로 다른 부분이 형성되므로 종압축력이 작용하더라도 파손되지 않고 용이하게 휘어질 수 있다.
또한, 전극 어셈블리에 열압착되지 않는 부분이 형성되므로 열압착된 부분에 비하여 전해액 함습 성능이 향상된다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 분해 사시도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 전극 어셈블리를 열압착하는 과정을 도시한 사시도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 전극 어셈블리를 열압착하는 과정을 도시한 측면도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따라 열압착된 전극 어셈블리를 도시한 평면도이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 전극 어셈블리를 도시한 단면도이다.
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차 전지에 종압축력이 작용하여 구부러진 상태를 도시한 단면도이다.
도 7a는 종래의 방식으로 열압착한 전극 어셈블리의 표면을 나타낸 사진이고, 도 7b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 전극 어셈블리의 표면을 나타낸 사진이다.
도 8a는 비교예에 따른 이차 전지가 종압축력에 의하여 변형된 상태를 나타낸 사진이고, 도 8b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차 전지가 종압축력에 의하여 변형된 상태를 나타낸 사진이다.
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 전극 어셈블리를 열압착하는 과정을 도시한 사시도이다.
도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따라 열압착된 전극 어셈블리를 도시한 측면도이다.
도 11은 본 발명의 제3 실시예에 따른 전극 어셈블리를 열압착하는 과정을 도시한 사시도이다.
도 12는 본 발명의 제3 실시예에 따라 열압착된 전극 어셈블리를 도시한 측면도이다.
도 13은 본 발명의 제4 실시예에 따른 전극 어셈블리를 열압착하는 과정을 도시한 사시도이다.
도 14는 본 발명의 제4 실시예에 따라 열압착된 전극 어셈블리를 도시한 측면도이다.
도 15는 본 발명의 제5 실시예에 따른 전극 어셈블리를 열압착하는 과정을 도시한 사시도이다.
도 16은 본 발명의 제5 실시예에 따라 열압착된 전극 어셈블리를 도시한 측면도이다.
도 17은 본 발명의 제6 실시예에 따른 전극 어셈블리를 열압착하는 과정을 도시한 사시도이다.
도 18은 본 발명의 제6 실시예에 따라 열압착된 전극 어셈블리를 도시한 측면도이다.
도 19는 본 발명의 제7 실시예에 따른 전극 어셈블리를 열압착하는 과정을 도시한 사시도이다.
도 20은 본 발명의 제7 실시예에 따라 열압착된 전극 어셈블리를 도시한 측면도이다.
도 21은 본 발명의 제8 실시예에 따른 전극 어셈블리를 열압착하는 과정을 도시한 사시도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 이하에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 본 명세서 및 도면에서 동일한 부호는 동일한 구성요소를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 분해 사시도이다.
도 1을 참조하여 설명하면 본 실시예에 따른 이차 전지(100)는 전극 어셈블리(10), 캡 어셈블리(20), 캡 어셈블리(20)과 접합된 케이스(60)를 포함한다. 이하에서는 각형 전지를 예로써 설명하나, 본 발명은 파우치 전지, 리튬 폴리머 전지 등 다양한 이차 전지에 대하여 적용될 수 있다.
전극 어셈블리(10)는 양극(11), 음극(12) 및 양극(11)과 음극(12) 사이에 배치된 세퍼레이터(13, 14)를 포함한다. 전극 어셈블리는 전극/세퍼레이터/음극의 반복되는 배열로 적층되어 배치되는 양극(11), 음극(12), 및 세퍼레이터(13, 14)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 젤리 롤 등을 이용한, 복수의 양극 부재들, 복수의 음극 부재들, 및 복수의 세퍼레이터 부재들을 사용할 수 있다. 양극(11)은 띠 형상으로 이루어지며, 양극 활물질층이 형성된 영역인 양극 코팅부와 활물질이 코팅되지 않는 영역인 양극 무지부를 포함한다. 양극 무지부는 양극의 길이방향 일측 단부에 위치한다.
음극(12)은 띠 형상으로 이루어지며, 음극 활물질층이 형성된 영역인 음극 코팅부와 활물질이 코팅되지 않는 영역인 음극 무지부를 포함한다. 음극 무지부는 음극의 길이방향 일측 단부에 위치한다. 양극(11) 및 음극(12)은 절연체인 세퍼레이터(13, 14)를 사이에 개재한 후 권취되어 젤리-롤 형태가 된다.
양극(11)에는 양극 탭(36)이 고정 설치되고, 음극(12)에는 음극 탭(37)이 고정 설치된다. 양극 탭(36)과 음극 탭(37)은 권회축(X1)과 평행하도록 배치되고, 전극 어셈블리(10)에서 레이어가 노출된 단면부에서 돌출되도록 설치된다.
캡 어셈블리(20)은 회로기판(21)과, 제1 리드 탭(22)과, 제2 리드 탭(23)을 구비한다. 캡 어셈블리(20)는 케이스(60)의 개구(61)에 결합되며, 전극 어셈블리(10)와 연결되어 전극 어셈블리(10)의 작동을 제어한다.
제1 리드 탭(22)은 니켈과 같은 전기 전도성 재질로 이루어지며, 회로기판(21)에 전기적으로 연결된다. 제1 리드 탭(22)은 회로기판(21)을 전극 어셈블리(10)에 전기적으로 연결시키며, 회로기판(21)의 제1 면의 중앙부에 설치되어 있다. 제1 리드 탭(22)은 용접에 의해 전극 어셈블리(10)의 양극 탭(36)과 연결된다.
제2 리드 탭(23)은 회로기판(21)의 길이방향 일측 단부에 위치하며, 회로기판(21)을 전극 어셈블리(10)에 전기적으로 연결시킨다. 제2 리드 탭(23)은 니켈과 같은 전기 전도성 재질로 이루어지며, 용접에 의해 음극 탭(37)과 연결된다.
회로기판(21)은 배선 패턴이 인쇄된 인쇄회로기판으로서, 일 방향으로 따라 길게 연장된 직사각형의 얇은 판형상으로 이루어진다. 회로기판(21)에는 보호회로소자가 실장 되어있다. 보호회로소자는 제어 IC, 충방전 스위치 등의 소자로 이루어진다. 회로기판(21)의 하부에는 보호회로소자를 감싸는 몰딩부(24)가 형성된다.
회로기판(21)에는 외부 부하 또는 충전기와 전기적으로 연결되는 외부단자(21a)가 설치되어 있다. 회로기판(21)에는 전해액의 주입을 위한 전해액 주입구가 형성되고 전해액 주입구에는 전해액 주입구를 밀봉하는 밀봉마개(28)가 설치되어 있다.
캡 어셈블리(20)의 가장자리에는 회로기판(21)의 둘레방향을 따라 이어진 접합부(25)가 형성되어 있다. 회로기판(21)은 직사각형의 판상으로 이루어지는 바, 접합부(25)는 회로기판(21)의 측단에서 외측으로 돌출되어 대략 4각의 고리형상을 이룬다. 접합부(25)는 케이스(60)에 형성된 개구(61)에 용접 등의 방식으로 접합되어 케이스(60)를 밀봉한다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 전극 어셈블리를 열압착하는 과정을 도시한 사시도이며, 도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 전극 어셈블리를 열압착하는 과정을 도시한 측면도이다.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 전극 어셈블리(10)는 권취된 후 제1 가압판(41)과 제2 가압판(42)에 의하여 열압착된다. 제1 가압판(41)과 제2 가압판(42)은 미리 가열되어 전극 어셈블리(10)를 눌러서 압착하여 이에 따라 양극(11) 및 음극(12)은 세퍼레이터(13, 14)와 밀착된다.
제1 가압판(41)은 제1 판재(41a)와 제1 판재(41a)에서 이격된 제2 판재(41b)를 포함한다. 제1 판재(41a)와 제2 판재(41b)는 설정된 간격으로 이격되는 바, 제1 판재(41a)와 제2 판재(41b)는 각각 양극 탭(36) 및 음극 탭(37)보다 더 외측에 위치한다. 그러므로, 제1 판재(41a)는 음극 탭(37) 보다 전극 어셈블리의 폭방향으로 더 외측에 위치하고, 제2 판재(41b)는 양극 탭(36) 보다 전극 어셈블리(10)의 폭방향으로 더 외측에 위치한다.
제2 가압판(42)은 제1 가압판(41)과 동일한 형상으로 이루어지며 제1 판재(42a)와 제1 판재(42a)에서 이격된 제2 판재(42b)를 포함한다. 제1 판재(42a)와 제2 판재(42b)는 설정된 간격으로 이격되는 바, 제1 판재(42a)와 제2 판재(42b)는 각각 양극 탭(36) 및 음극 탭(37)보다 더 외측에 위치한다. 그러므로, 제1 판재(42a)는 음극 탭(37) 보다 전극 어셈블리(10)의 폭방향으로 더 외측에 위치하고, 제2 판재(42b)는 양극 탭(36) 보다 전극 어셈블리(10)의 폭방향으로 더 외측에 위치한다. 제1 가압판(41)과 제2 가압판(42)은 전극 어셈블리(10)에서 평편한 전면과 후면을 각각 가압한다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따라 열압착된 전극 어셈블리를 도시한 평면도이며, 도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 전극 어셈블리를 도시한 단면도이다.
도 4 및 도 5를 참조하여 설명하면, 전극 어셈블리(10)에는 가압판들(41, 42)에 의하여 압착된 영역인 가압 영역(51)과 압착되지 않은 비가압 영역(52)이 형성된다. 전극 어셈블리(10)를 가압하는 단계는, 하나 이상의 양극 탭(36) 및 음극 탭(37)과 함께 정렬된 개구 또는 슬릿에 가압 판을 이용하여 전극 어셈블리에 압력을 가하는 단계를 포함할 수 있다.
2개의 가압 영역(51)이 전극 어셈블리(10)의 폭방향을 기준으로 외측에 각각 형성되며, 비가압 영역(52)은 가압 영역들(51) 사이에 형성된다. 비가압 영역(52)은 전극 어셈블리(10)의 폭방향 중앙에 위치하여 가압 영역(51)에 의하여 측면이 감싸진다. 비가압 영역(52)은 전극 어셈블리(10)가 권취되는 권회축(X1)의 길이 방향으로 이어져 형성되며 전극 어셈블리(10)의 일측 단부에서 타측 단부까지 이어져 형성된다.
전극 어셈블리(10)는 전극 탭들(36, 37)의 주변 영역에서보다 전극 탭들(36, 37)과 중첩되는 영역에서 더 큰 두께를 가질 수 있다. 도 5를 참조하면, 가압 영역(51)에서 양극(11) 및 음극(12)은 세퍼레이터들(13, 14)과 밀착되며, 이에 따라 가압 영역(51)의 두께(T1)는 비가압 영역(52)의 두께(T2)보다 더 작게 형성된다. 전극 어셈블리(10)는 비가압 영역(52)의 측면 사이의 중앙 위치에서 제2 두께(T2)를 가질 수 있다. 제2 두께(T2)를 가지는 비가압 영역(52)은 비가압 영역(52)에서 높이 방향으로 에지로부터 에지까지 연장될 수 있다. 가압 영역(51)에서 양극(11)과 세퍼레이터(13, 14) 사이의 간격은 비가압 영역(52)에서 양극(11)과 세퍼레이터(13, 14) 사이의 간격보다 더 작게 형성된다. 또한, 가압 영역(51)에서 음극(12)과 세퍼레이터(13, 14) 사이의 간격은 비가압 영역(52)에서 음극(12)과 세퍼레이터(13, 14) 사이의 간격보다 더 작게 형성된다. 이에 따라 비가압 영역(52)은 가압 영역(51) 보다 더 많은 양의 전해액을 함습할 수 있다.
또한, 비가압 영역(52)은 열압착되지 아니하여 가압 영역(51)에 비하여 유연성이 더 크므로 쉽게 부서지지 않고 용이하게 휘어질 수 있다. 예를 들어, 도 6에 도시된 바와 같이 이차 전지(100)에 종방향으로 압축력이 작용하는 경우, 비가압 영역(52)이 휘어지면서 전극 어셈블리(10)가 파손되는 것을 방지할 수 있다.
도 7a는 비교예에 따른 열압착한 전극 어셈블리의 표면을 나타낸 사진이고, 도 7b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 전극 어셈블리의 표면을 나타낸 사진이다.
도 7a 및 도 7b를 참조하여 설명하면 비교예에 따른 전극 어셈블리는 양극 탭과 음극 탭이 위치하는 부분에서 음극의 표면에 리튬이 석출된 것을 알 수 있다.
양극 탭과 음극 탭이 위치하는 부분은 다른 부분에 비하여 상대적으로 두께가 두꺼우므로 가압판들에 의하여 더 많이 가압되어 리튬이 석출되었다.
도 7b를 참조하면, 양극 탭과 음극 탭이 위치하는 부분은 비가압 영역으로서 가압판들에 의하여 가압되지 않으므로 음극의 표면이 리튬이 석출되지 않는다.
도 8a는 비교예에 따른 이차 전지가 종압축력에 의하여 변형된 상태를 나타낸 사진이고, 도 8b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차 전지가 종압축력에 의하여 변형된 상태를 나타낸 사진이다.
도 8a 및 도 8b를 참조하여 설명하면, 용량이 2800mA, 전압이 3.8V, 두께가 5mm, 폭이 57mm, 높이가 61mm인 금속 케이스를 갖는 각형 이차 전지를 충전한 후, 종압축력을 작용시켜서 안전성을 테스트하였다.
도 8a에 도시된 바와 같이 비교예에 따른 전극 어셈블리의 전면을 가압한 경우에는 이차 전지에 종압축력이 작용할 때, 10개의 이차 전지 중에서 4개의 이차 전지가 발화하여 검게 그을린 것을 알 수 있다. 그러나 도 8b에 도시된 바와 같이 제1 실시예의 이차 전지는 이차 전지들이 변형될 뿐 화재가 발생하지 않은 것을 알 수 있다.
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 전극 어셈블리를 열압착하는 과정을 도시한 사시도이며, 도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따라 열압착된 전극 어셈블리를 도시한 측면도이다.
도 9 및 도 10을 참조하여 설명하면, 본 실시예에 따른 전극 어셈블리는 열압착된 구조를 제외하고는 상기한 제1 실시예에 따른 이차 전지와 동일한 구조로 이루어지므로 동일한 구조에 대한 중복 설명은 생략한다.
도 9를 참조하면, 전극 어셈블리(10)는 권취된 후 제1 가압판(43)과 제2 가압판(44)에 의하여 열압착된다. 제1 가압판(43)과 제2 가압판(44)은 미리 가열되어 전극 어셈블리(10)를 눌러서 압착하여 이에 따라 양극(11) 및 음극(12)은 세퍼레이터(13, 14)와 밀착된다.
본 실시예에서, 제1 가압판(43)은 사각형의 판 형상으로 이루어지며 제1 가압판(43)에는 절개 또는 슬릿부(43a)가 형성되어 있다. 슬릿부(43a)는 전극 어셈블리(10)에서 양극 탭(36)과 음극 탭(37)이 위치하는 상부의 단부와 대응되는 위치에 형성된다.
또한 제2 가압판(42)은 제1 가압판(41)과 동일한 형상으로 이루어지며 제2 가압판(44)에는 절개 또는 슬릿부(44a)가 형성되어 있다. 슬릿부(43a)는 제2 가압판(44)의 상단에 형성된다.
상기한 가압판들(43, 44)을 이용하여 전극 어셈블리(10)를 열압착하면, 전극 어셈블리(10)에는 도 10에 도시된 바와 같이 가압 영역(53)과 비가압 영역(54)이 형성된다. 본 실시예에 따르면, T2의 두께를 가질 수 있는 비가압 영역(54)은, 전극 탭들(36, 37)이 높이 방향에서 마주하는 에지로부터 이격된 위치로 돌출되는 지점의 에지로부터 연장될 수 있고, 비가압 영역(54)을 둘러싸는 가압 영역(53)은 T1의 두께를 가질 수 있다. 전극 탭들(36, 37)이 돌출되는 지점의 에지 외의 에지들은 T1의 두께를 가질 수 있고, 전극 탭들(36, 37)이 돌출되는 지점의 에지의 측면 부분들 또한 T1의 두께를 가질 수 있다. 비가압 영역(54)은 전극 어셈블리(10)의 폭방향 중앙에서 리드 탭들(36, 37)이 돌출된 단부와 접하도록 형성된다. 비가압 영역(54)은 리드 탭들(36, 37)이 돌출된 단부에서 권회축(X1)의 길이방향으로 이어져 형성되며 비가압 영역(54)은 가압 영역(53)에 의하여 둘러싸여 있다.
도 11은 본 발명의 제3 실시예에 따른 전극 어셈블리를 열압착하는 과정을 도시한 사시도이며, 도 12는 본 발명의 제3 실시예에 따라 열압착된 전극 어셈블리를 도시한 측면도이다.
도 11 및 도 12를 참조하여 설명하면, 본 실시예에 따른 전극 어셈블리는 열압착된 구조를 제외하고는 상기한 제1 실시예에 따른 이차 전지와 유사한 구조로 이루어지므로 동일한 구조에 대한 중복 설명은 반복하지 않는다.
전극 어셈블리(10)는 권취된 후 제1 가압판(45)과 제2 가압판(46)에 의하여 열압착된다. 제1 가압판(45)과 제2 가압판(46)은 미리 가열되어 전극 어셈블리(10)를 눌러서 압착하여 이에 따라 양극(11) 및 음극(12)은 세퍼레이터(13, 14)와 밀착된다.
본 실시예에 따르면, 제1 가압판(45)은 제1 판재(45a)와 제1 판재(45a)에서 이격된 제2 판재(45b) 및 제1 판재(45a)와 제2 판재(45b) 사이에 배치된 제3 판재(45c)를 포함한다.
제3 판재(45c)는 각각의 제1 판재(45a)와 제2 판재(45b)와 이격될 수있다.
도 12를 참조하면, 제1 판재(45a)와 제2 판재(45b)는 각각 양극 탭(36) 및 음극 탭(37)보다 더 외측에 위치한다. 또한, 음극 탭(37)은 제1 판재(45a)와 제3 판재(45c) 사이에 배치되며, 양극 탭(36)은 제2 판재(45b)와 제3 판재(45c) 사이에 배치된다.
또한 제2 가압판(46)은 제1 가압판(45)과 동일한 형상으로 이루어지며 제1 판재(46a)와 제1 판재(46a)에서 이격된 제2 판재(46b) 및 제1 판재(46a)와 제2 판재(46b) 사이에 배치된 제3 판재(46c)를 포함한다. 제1 판재(46a)와 제2 판재(46b)는 설정된 간격으로 이격되는바, 제1 판재(46a)와 제2 판재(46b)는 각각 양극 탭(36) 및 음극 탭(37)보다 더 외측에 위치한다. 또한, 음극 탭(37)은 제1 판재(46a)와 제3 판재(46c) 사이에 배치되며, 양극 탭(36)은 제2 판재(46b)와 제3 판재(46c) 사이에 배치된다.
전극 어셈블리(10)에는 가압판들(45, 46)에 의하여 압착된 영역인 가압 영역(55)과 가압파에 의해 압착되지 않은 비가압 영역(56)이 형성된다. 3개의 가압 영역(55)이 전극 어셈블리(10)의 폭방향을 기준으로 양쪽 외측과 중앙에 각각 형성되며, 2개의 비가압 영역(56)이 가압 영역들(55) 사이에 형성된다. 비가압 영역(56)은 가압 영역(55)들에 의하여 감싸진다.
비가압 영역(56)은 전극 어셈블리(10)가 권취되는 권회축(X1)의 길이 방향으로 이어져 형성되며 전극 어셈블리(10)의 일측 단부에서 타측 단부까지, 예를 들어 도 12에서 상부에서 하부까지 이어져 형성된다.
도 13은 본 발명의 제4 실시예에 따른 전극 어셈블리를 열압착하는 과정을 도시한 사시도이고, 도 14는 본 발명의 제4 실시예에 따라 열압착된 전극 어셈블리를 도시한 측면도이다.
도 13 및 도 14를 참조하여 설명하면, 본 실시예에 따른 전극 어셈블리는 열압착된 구조를 제외하고는 상기한 제1 실시예에 따른 이차 전지와 동일한 구조로 이루어지므로 동일한 구조에 대한 중복 설명은 반복하지 않는다.
전극 어셈블리(10)는 권취된 후 제1 가압판(47)과 제2 가압판(48)에 의하여 열압착된다. 제1 가압판(47)과 제2 가압판(48)은 미리 가열되어 전극 어셈블리(10)를 눌러서 압착하여 이에 따라 양극(11) 및 음극(12)은 세퍼레이터(13, 14)와 밀착된다.
본 실시예에 따르면, 제1 가압판(47)은 사각형의 판 형상으로 이루어지며 제1 가압판(47)에는 제1 슬릿부(47a)와 제2 슬릿부(47b)가 형성되어 있다. 제1 슬릿부(47a)와 제2 슬릿부(47b)는 전극 어셈블리의 폭 방향으로 이격 배치되며, 제1 슬릿부(47a)와 제2 슬릿부(47b) 사이에는 돌기(47d)가 형성된다. 그리고, 판부(47c, 47)는 각각 슬릿부(47a, 47b)의 외측에 위치한다.
제1 슬릿부(47a)는 전극 어셈블리(10)에서 음극 탭(37)과 대응되는 위치에 형성되고, 제2 슬릿부(47b)는 전극 어셈블리(10)에서 양극 탭(36)과 대응되는 위치에 형성된다.
제2 가압판(48)은 제1 가압판(47)과 동일한 형상으로 이루어지며, 제2 가압판(48)에는 제1 슬릿부(48a)와 제2 슬릿부(48b)가 형성되어 있다. 제1 슬릿부(48a)와 제2 슬릿부(48b)는 전극 어셈블리의 폭 방향으로 이격 배치되며, 제1 슬릿부(48a)와 제2 슬릿부(48b) 사이에는 돌기(48c)가 형성된다.
제1 슬릿부(48a)는 전극 어셈블리(10)에서 음극 탭(37)과 대응되는 위치에 형성되고, 제2 슬릿부(48b)는 전극 어셈블리(10)에서 양극 탭(36)과 대응되는 위치에 형성된다.
상기한 가압판들(47, 48)을 이용하여 전극 어셈블리(10)를 열압착하면, 전극 어셈블리(10)에는 도 14에 도시된 바와 같이 가압 영역(57)과 비가압 영역(58)이 형성된다. 이격 배치된 2개의 비가압 영역(58)이 전극 어셈블리(10)에서 리드 탭들(36, 37)이 돌출된 단부와 중첩하도록 형성된다. 비가압 영역(58)은 리드 탭들(36, 37)이 돌출된 단부에서 권회축(X1)의 길이방향으로 이어져 형성되며 비가압 영역(58)은 가압 영역(57)에 의하여 둘러싸여 있다.
도 15는 본 발명의 제5 실시예에 따른 전극 어셈블리를 열압착하는 과정을 도시한 사시도이고, 도 16은 본 발명의 제5 실시예에 따라 열압착된 전극 어셈블리를 도시한 측면도이다.
도 15 및 도 16을 참조하여 설명하면, 본 실시예에 따른 전극 어셈블리는 리드 탭의 설치 구조와 열압착된 구조를 제외하고는 상기한 제1 실시예에 따른 이차 전지와 동일한 구조로 이루어지므로 동일한 구조에 대한 중복 설명은 반복하지 않는다.
전극 어셈블리(10)는 양극과 음극이 세퍼레이터를 사이에 두고 권취된 구조로 이루어지며, 전극 어셈블리(10)에는 양극 탭(38)과 음극 탭(39)이 설치된다. 양극 탭(38)과 음극 탭(39)은 전극 어셈블리(10)의 폭방향 중앙에 배치되며, 양극 탭(38)은 전극 어셈블리(10)의 일측 단부에서 돌출되고, 음극 탭(39)은 일측 단부와 반대방향을 향하는 단부에서 돌출된다. 또한, 본 실시예에서, 양극 탭(38)과 음극 탭(39)은 일진선 상에 배치된다.
전극 어셈블리(10)는 제1 가압판(71)과 제2 가압판(72)에 의하여 열압착된다. 제1 가압판(71)과 제2 가압판(72)은 미리 가열되어 전극 어셈블리(10)를 눌러서 압착하여 이에 따라 양극(11) 및 음극(12)은 세퍼레이터(13, 14)와 밀착된다.
본 실시예에 따르면, 제1 가압판(71)은 제1 판재(71a)와 제1 판재(71a)에서 이격된 제2 판재(71b)를 포함한다. 제1 판재(71a)와 제2 판재(71b)는 각각 양극 탭(38) 및 음극 탭(39)보다 더 외측에 위치하며, 제1 판재(71a)와 제2 판재(71b) 사이에 양극 탭(38) 및 음극 탭(39)이 배치된다.
제2 가압판(72)은 제1 가압판(71)과 동일한 형상으로 이루어지며 제1 판재(72a)와 제1 판재(72a)에서 이격된 제2 판재(72b)를 포함한다. 제1 판재(72a)와 제2 판재(72b)는 설정된 간격으로 이격되는바, 제1 판재(72a)와 제2 판재(72b) 사이에 양극 탭(38)과 음극 탭(39)이 위치한다.
도 16을 참조하면, 전극 어셈블리(10)에는 가압판들(71, 72)에 의하여 압착된 영역인 가압 영역(81)과 압착되지 않은 비가압 영역(82)이 형성된다. 가압 영역(81)이 전극 어셈블리(10)의 폭방향을 기준으로 양극 탭(38)과 음극 탭(39)의 외측에 각각 형성되며, 비가압 영역(82)이 가압 영역들(81) 사이에 형성된다.
도 17은 본 발명의 제6 실시예에 따른 전극 어셈블리를 열압착하는 과정을 도시한 사시도이고, 도 18은 본 발명의 제6 실시예에 따라 열압착된 전극 어셈블리를 도시한 측면도이다.
도 17 및 도 18을 참조하여 설명하면, 본 실시예에 따른 전극 어셈블리는 열압착된 구조를 제외하고는 상기한 제1 실시예에 따른 이차 전지와 유사한 구조로 이루어지므로 동일한 구조에 대한 중복 설명은 반복하지 않는다.
전극 어셈블리(10)는 양극과 음극이 세퍼레이터를 사이에 두고 권취된 구조로 이루어지며, 전극 어셈블리(10)에는 양극 탭(36)과 음극 탭(37)이 설치된다. 본 실시예에서, 양극 탭(36)과 음극 탭(37)은 전극 어셈블리(10)의 폭방향으로 이격 배치된다.
전극 어셈블리(10)는 제1 가압판(73)과 제2 가압판(74)에 의하여 열압착된다. 제1 가압판(73)과 제2 가압판(74)은 미리 가열되어 전극 어셈블리(10)를 눌러서 압착하여 이에 따라 양극(11) 및 음극(12)은 세퍼레이터(13, 14)와 밀착된다.
제1 가압판(73)은 제1 판재(73a)와 제1 판재(73a)에서 이격된 제2 판재(73b)를 포함한다. 제1 판재(73a)와 제2 판재(73b)는 양극 탭(36) 보다 더 외측에 위치하며, 제1 판재(71a)와 제2 판재(71b) 사이에 양극 탭(38)이 배치된다. 본 실시예에서, 음극 탭(37)은 제1 판재(73a)와 겹치도록 배치되어 제1 판재(73a)에 의하여 가압된다.
또한 제2 가압판(74)은 제1 가압판(73)과 동일한 형상으로 이루어지며 제1 판재(74a)와 제1 판재(74a)에서 이격된 제2 판재(74b)를 포함한다. 제1 판재(74a)와 제2 판재(74b)는 설정된 간격으로 이격되는바, 제1 판재(74a)와 제2 판재(74b) 사이에 양극 탭(36)이 위치한다. 한편, 음극 탭(37)은 제1 판재(74a)와 겹치도록 배치되어 제1 판재(74a)에 의하여 가압된다.
도 18을 참조하면, 전극 어셈블리(10)에는 가압판들(73, 74)에 의하여 압착된 영역인 가압 영역(83)과 압착되지 않은 비가압 영역(84)이 형성된다. 가압 영역(83)이 전극 어셈블리(10)의 폭방향을 기준으로 외측에 각각 형성되며, 비가압 영역(84)이 가압 영역들(83) 사이에 형성되고 비가압 영역은 전극 어셈블리(10)의 폭방향 중앙에서 일방향으로 편심되어 배치된다.
도 19는 본 발명의 제7 실시예에 따른 전극 어셈블리를 열압착하는 과정을 도시한 사시도이고, 도 20은 본 발명의 제7 실시예에 따라 열압착된 전극 어셈블리를 도시한 측면도이다.
도 19 및 도 20을 참조하여 설명하면, 본 실시예에 따른 전극 어셈블리는 리드 탭의 설치 구조와 열압착된 구조를 제외하고는 상기한 제1 실시예에 따른 이차 전지와 유사한 구조로 이루어지므로 동일한 구조에 대한 중복 설명은 반복하지 않는다.
전극 어셈블리(10)는 양극과 음극이 세퍼레이터를 사이에 두고 권취된 구조로 이루어지며, 전극 어셈블리(10)에는 양극 탭(65)과 음극 탭(66)이 설치된다. 양극 탭(65)과 음극 탭(66)은 전극 어셈블리(10)의 폭방향 중앙에 배치되며, 양극 탭(65)과 음극 탭(66)은 전극 어셈블리(10)에서 동일한 단부에서 단부에서 돌출된다. 양극 탭(65)과 음극 탭(66)은 전극 어셈블리(10)의 두께 방향으로 이격 배치되며 겹쳐지도록 배치된다.
전극 어셈블리(10)는 제1 가압판(75)과 제2 가압판(76)에 의하여 열압착된다. 제1 가압판(75)과 제2 가압판(76)은 미리 가열되어 전극 어셈블리(10)를 눌러서 압착하여 이에 따라 양극(11) 및 음극(12)은 세퍼레이터(13, 14)와 밀착된다.
제1 가압판(75)에는 슬릿부(75a)가 형성되고, 이 슬릿부(75a)는 양극 탭(65) 및 음극 탭(66)과 대응되는 위치에 형성된다. 또한 제2 가압판(76)은 제1 가압판(75)과 동일한 구조로 이루어지는 데, 제2 가압판(76)에는 슬릿부(76a)가 형성되고, 이 슬릿부(76a)는 양극 탭(65) 및 음극 탭(66)과 대응되는 위치에 각각 형성된다.
도 20을 참조하면, 상기한 가압판들(75, 76)을 이용하여 전극 어셈블리(10)를 열압착하면, 전극 어셈블리(10)에는 가압 영역(85)과 비가압 영역(86)이 형성된다. 비가압 영역(86)은 전극 어셈블리(10)의 폭방향 중앙에서 리드 탭들(36, 37)이 돌출된 단부와 중첩하도록 형성된다. 비가압 영역(86)은 리드 탭들(36, 37)이 돌출된 단부에서 권회축(X1)의 길이방향으로 이어져 형성되며 비가압 영역(86)은 가압 영역(85)에 의하여 둘러싸여 있다
도 21은 본 발명의 제8 실시예에 따른 전극 어셈블리를 열압착하는 과정을 도시한 사시도이다.
도 21을 참조하여 설명하면, 본 실시예에 따른 전극 어셈블리는 권취 구조와 열압착된 구조를 제외하고는 상기한 제1 실시예에 따른 이차 전지와 동일한 구조로 이루어지므로 동일한 구조에 대한 중복 설명은 반복하지 않는다.
전극 어셈블리(90)는 양극(91)과 음극(92)이 세퍼레이터(93)를 사이에 두고 권취된 구조로 이루어지며, 전극 어셈블리(90)에는 양극 탭(96)과 음극 탭(97)이 설치된다. 본 발명에서, 전극 어셈블리는 적층된 레이어가 노츨된 단면부와 감겨진 외주면을 갖고, 외주면은 평편한 전면부와 전면부를 연결하는 굴곡면을 포함한다.
본 실시예에서 전극 어셈블리에(90)는 양극 탭(96)과 음극 탭(97)이 설치되며, 양극 탭(96)과 음극 탭(97)은 굴곡면에서 돌출되도록 설치된다. 양극 탭(96)과 음극 탭(97)은 전극 어셈블리(90)의 권회축(X2)에 수직으로 교차하는 방향으로 돌출된다.
전극 어셈블리(10)는 제1 가압판(41)과 제2 가압판(42)에 의하여 열압착된다. 제1 가압판(41)과 제2 가압판(42)은 미리 가열되어 전극 어셈블리(10)를 눌러서 압착하여 이에 따라 양극(11) 및 음극(12)은 세퍼레이터(13, 14)와 밀착된다.
본 실시예에서, 제1 가압판(41)은 제1 판재(41a)와 제1 판재(41a)에서 이격된 제2 판재(41b)를 포함한다. 제1 판재(41a)와 제2 판재(41b)는 양극 탭(96) 및 음극 탭(97) 보다 더 외측에 위치하며, 제1 판재(41a)와 제2 판재(41b) 사이에 양극 탭(96) 및 음극 탭(97)이 배치된다.
또한 제2 가압판(42)은 제1 가압판(41)과 동일한 형상으로 이루어지며 제1 판재(42a)와 제1 판재(42a)에서 이격된 제2 판재(42b)를 포함한다. 제1 판재(42a)와 제2 판재(42b)는 설정된 간격으로 이격되는바, 제1 판재(42a)와 제2 판재(42b) 사이에 양극 탭(96)과 음극 탭(97)이 위치한다.
전극 어셈블리(10)에는 가압판들(41, 42)에 의하여 압착된 영역인 가압 영역과 압착되지 않은 비가압 영역이 형성된다. 가압 영역이 전극 어셈블리(10)의 폭방향을 기준으로 양쪽 외측에 각각 형성되며, 비가압 영역이 가압 영역들 사이에 형성되고 비가압 영역은 권회축(X2)에 수직인 방향으로 이어져 형성된다.
본 발명의 실시예에 따르면, 전극 어셈블리에 두께 및 유연성이 서로 다른 부분이 형성되므로 종압축력이 작용하더라도 파손되지 않고 용이하게 휘어질 수 있다.
또한, 전극 어셈블리에 열압착되지 않는 부분이 형성되므로 열압착된 부분에 비하여 전해액 함습 성능이 향상된다.
이상 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시할 수 있다.
10, 90: 전극 어셈블리 100: 이차 전지
11, 91: 양극 12, 92: 음극
13: 제1 세퍼레이터 13a, 14a: 세라믹층
13b, 14b: 폴리머층 13c, 13d: 접착층
14: 제2 세퍼레이터 20: 캡 어셈블리
21: 회로기판 21a: 외부단자
22: 제1 리드 탭 23: 제2 리드 탭
24: 몰딩부 25: 접합부
28: 밀봉마개 36, 38, 65, 96: 양극 탭
37, 39, 66, 97: 음극 탭
41, 43, 45, 47, 71, 73, 75: 제1 가압판
41a, 42a, 45a, 46a, 71a, 72a, 73a, 74a: 제1 판재
41b, 42b, 45b, 46b, 71b, 72b, 73b, 74b: 제2 판재
42, 44, 46, 48, 72, 74, 76: 제2 가압판
43a, 44a, 75a, 76a: 슬릿부 45c, 46c: 제3 판재
47a, 48a: 제1 슬릿부 47b, 48b: 제2 슬릿부
47c, 48c: 돌기
51, 53, 55, 57, 81, 83, 85: 가압 영역
52, 54, 56, 58, 82, 84, 86: 비가압 영역
60: 케이스

Claims (16)

  1. 양극, 음극, 및 세퍼레이터를 포함하고, 상기 세퍼레이터는 상기 양극과 음극 사이에 개재되는 전극 적층체;
    상기 전극 적층체의 에지로부터 돌출되는 양극 탭; 및
    상기 전극 적층체의 에지로부터 돌출되는 음극 탭을 포함하고,
    상기 전극 적층체는 높이 방향, 너비 방향, 및 두께 방향을 가지며,
    상기 두께 방향은 상기 높이 방향 및 너비 방향을 포함하는 평면에 실질적으로 직교하며,
    상기 전극 적층체는 적어도 하나의 양극 탭 및 음극 탭에 대응되는 제1 위치에서 두께 방향으로 제1 두께를 가지며,
    상기 전극 적층체는 상기 제1 위치의 주변인 제2 위치에서 두께 방향으로 제2 두께를 가지며,
    상기 제1 두께는 상기 제2 두께보다 더 큰 전극 어셈블리.
  2. 제1항에서,
    상기 제2 위치는 상기 제1 위치와 상기 전극 적층체의 에지 사이에서 대략 중간인 전극 어셈블리.
  3. 제1항에서,
    상기 전극 적층체는 제1 에지 및 제2 에지를 가지며, 상기 제1 및 제2 에지들은 높이 방향으로 이격되어 있으며,
    상기 양극 탭 및 음극 탭은 상기 제1 에지로부터 돌출되고,
    상기 전극 적층체는 실질적으로 상기 제1 에지로부터 상기 제2 에지까지 상기 제1 두께를 가지는 전극 어셈블리.
  4. 제1항에서,
    상기 전극 적층체는 제1 에지 및 제2 에지를 가지며, 상기 제1 및 제2 에지들은 높이 방향으로 이격되어 있으며,
    상기 양극 탭 및 음극 탭은 상기 제1 에지로부터 돌출되고,
    상기 전극 적층체는 상기 제1 및 제2 에지들 사이에서 실질적으로 상기 제1 에지로부터 상기 제2 에지까지 상기 제2 두께를 가지는 전극 어셈블리.
  5. 제1항에서,
    상기 전극 어셈블리는, 가압 영역 및 비가압 영역을 가지며, 상기 제2 위치는 상기 가압 영역에 있으며, 상기 제1 위치는 상기 비가압 영역에 있으며, 상기 가압 영역은 압축되어 비가압 영역보다 더 작은 두께를 가지며, 상기 비가압 영역은 적어도 하나의 상기 양극 탭 및 음극 탭에 대응되는 전극 어셈블리.
  6. 제5항에서,
    상기 전극 어셈블리는, 제1 에지 및 상기 제1 에지와 마주하는 제2 에지를 가지며, 상기 제1 에지 및 제2 에지를 연결하는 마주하는 제3 에지 및 제4 에지를 가지며, 상기 양극 탭은 상기 제1 에지로부터 돌출되고, 상기 음극 탭은 상기 제2 에지로부터 돌출되고,
    상기 가압 영역은 실질적으로 상기 제3 에지 및 제4 에지를 모두 포함하는 전극 어셈블리.
  7. 제5항에서,
    상기 전극 어셈블리는, 제1 에지 및 상기 제1 에지와 마주하는 제2 에지를 가지며, 상기 제1 에지 및 제2 에지를 연결하는 마주하는 제3 에지 및 제4 에지를 가지며, 상기 양극 탭 및 음극 탭은 상기 제1 에지로부터 돌출되고,
    상기 가압 영역은 실질적으로 상기 제2 에지, 제3 에지, 및 제4 에지를 모두 포함하는 전극 어셈블리.
  8. 제5항에서,
    상기 전극 어셈블리는, 제1 에지 및 상기 제1 에지와 마주하는 제2 에지를 가지며, 상기 제1 에지 및 제2 에지를 연결하는 마주하는 제3 에지 및 제4 에지를 가지며, 상기 양극 탭 및 음극 탭은 상기 제1 에지로부터 돌출되고,
    상기 가압 영역은 실질적으로 상기 제3 에지 및 제4 에지를 모두 포함하는 전극 어셈블리.
  9. 제1항에 따른 전극 어셈블리를 포함하는 이차 전지.
  10. 양극, 음극, 및 세퍼레이터를 포함하고, 상기 세퍼레이터는 상기 양극과 음극 사이에 개재되는 전극 적층체;
    상기 전극 적층체의 에지로부터 돌출되는 양극 탭; 및
    상기 전극 적층체의 에지로부터 돌출되는 음극 탭을 포함하고,
    상기 전극 적층체는 상기 전극 탭들과 중첩되는 영역에서, 상기 전극 탭들의 주변 영역에서보다 더 큰 두께를 가지는 전극 어셈블리.
  11. 양극, 음극, 및 세퍼레이터를 포함하는 전극 적층체를 제공하는 단계; 및
    상기 제1 영역을 제외한 전극 적층체의 두께를 줄이도록 상기 양극 탭 및 음극 탭 중 적어도 하나에 대응되는 제1 영역을 제외한 제2 영역에서 상기 전극 적층체를 가압하는 단계를 포함하는 전극 어셈블리 제조 방법.
  12. 제11항에서,
    상기 전극 적층체를 가압하는 단계는, 상기 양극 탭 및 음극 탭 중 적어도 하나와 함께 정렬된 슬릿부를 가지는 가압판을 이용하여 상기 전극 적층체에 압력을 가하는 단계를 포함하는 전극 어셈블리 제조 방법.
  13. 제12항에서,
    상기 가압판은, 상기 전극 적층체의 제1 측에 제공되는 제1 가압판 및 상기 전극 적층체의 제2 측에 제공되는 제2 가압판을 포함하여 상기 전극 적층체는 상기 제1 가압판 및 제2 가압판 사이에 위치하며,
    상기 제1 가압판 및 제2 가압판 각각은, 슬릿부에 의해 이격된 복수의 부분들을 포함하고, 상기 슬릿부 각각은 상기 전극 적층체의 에지와 중첩하며, 상기 양극 탭 및 음극 탭 중 적어도 하나는 슬릿부에 대응되는 영역에서 상기 전극 적층체의 에지로부터 돌출되는 전극 어셈블리 제조 방법.
  14. 제13항에서,
    상기 양극 탭 및 음극 탭 각각은 상기 전극 적층체의 동일한 에지로부터 돌출되는 전극 어셈블리 제조 방법.
  15. 제13항에서,
    상기 양극 탭 및 음극 탭은 상기 전극 적층체의 마주하는 에지들로부터 돌출되는 전극 어셈블리 제조 방법.
  16. 제12항에서,
    상기 가압판은, 상기 전극 적층체의 제1 측에 제공되는 제1 가압판 및 상기 전극 적층체의 제2 측에 제공되는 제2 가압판을 포함하여 상기 전극 적층체는 상기 제1 가압판 및 제2 가압판 사이에 위치하며,
    상기 제1 가압판 및 제2 가압판 각각은, 상기 슬릿부에 의해 형성된 개방 영역을 제외한 상기 전극 적층체의 실질적으로 모든 측에 중첩하는 연속적인 판으로 형성되고, 상기 양극 탭 및 음극 탭 각각은 상기 슬릿부들에 대응되는 영역에서 상기 전극 적층체의 동일한 에지로부터 돌출되는 전극 어셈블리 제조 방법.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20170063222A (ko) * 2015-11-30 2017-06-08 주식회사 엘지화학 가스 트랩 현상을 개선시킨 이차전지
KR20180025805A (ko) * 2016-09-01 2018-03-09 주식회사 엘지화학 가압 지그 및 이를 이용한 이차전지 제조 방법

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9780381B2 (en) * 2016-01-21 2017-10-03 Bosch Battery Systems, Llc Current collectors

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20060028177A (ko) * 2004-09-24 2006-03-29 삼성에스디아이 주식회사 젤리롤 형 전극 조립체를 가지는 이차전지
WO2012165323A1 (ja) * 2011-05-30 2012-12-06 三洋電機株式会社 角形非水電解質二次電池

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1126009A (ja) 1997-06-30 1999-01-29 Toshiba Battery Co Ltd 二次電池の製造方法
KR100804522B1 (ko) 2001-11-29 2008-02-20 삼성에스디아이 주식회사 이차전지의 제조방법
KR100560498B1 (ko) 2004-05-19 2006-03-14 삼성에스디아이 주식회사 이차 전지와 이를 이용한 전지 모듈
KR100627374B1 (ko) * 2005-07-29 2006-09-22 삼성에스디아이 주식회사 이차 전지
JP2007324074A (ja) 2006-06-05 2007-12-13 Matsushita Electric Ind Co Ltd 非水系二次電池用電極板とその製造方法およびこれを用いた非水系二次電池
KR101308294B1 (ko) 2006-09-08 2013-09-13 삼성에스디아이 주식회사 두께평탄부재가 구비된 전극조립체 및 이를 이용한 이차전지
WO2011118032A1 (ja) * 2010-03-26 2011-09-29 トヨタ自動車株式会社 リチウムイオン二次電池、車両及び電池搭載機器
CN103053058B (zh) * 2010-09-13 2016-07-06 凸版印刷株式会社 膜电极接合体、膜电极接合体的制造方法以及燃料电池
JP5527176B2 (ja) * 2010-11-25 2014-06-18 ソニー株式会社 非水電解質電池
KR20130135017A (ko) * 2012-05-31 2013-12-10 주식회사 엘지화학 단차를 갖는 전극 조립체 및 이를 포함하는 전지셀, 전지팩 및 디바이스

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20060028177A (ko) * 2004-09-24 2006-03-29 삼성에스디아이 주식회사 젤리롤 형 전극 조립체를 가지는 이차전지
WO2012165323A1 (ja) * 2011-05-30 2012-12-06 三洋電機株式会社 角形非水電解質二次電池

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20170063222A (ko) * 2015-11-30 2017-06-08 주식회사 엘지화학 가스 트랩 현상을 개선시킨 이차전지
KR20180025805A (ko) * 2016-09-01 2018-03-09 주식회사 엘지화학 가압 지그 및 이를 이용한 이차전지 제조 방법

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