KR20150057716A

KR20150057716A - 이차 전지

Info

Publication number: KR20150057716A
Application number: KR1020130141421A
Authority: KR
Inventors: 김윤웅; 최창영; 변순철; 김영창
Original assignee: 삼성에스디아이 주식회사
Priority date: 2013-11-20
Filing date: 2013-11-20
Publication date: 2015-05-28
Also published as: US9825325B2; US20150140381A1

Abstract

본 발명의 일 측면은, 집전체에 활물질의 도포량을 최대화하여 셀의 용량이 증대되고, 안전성이 향상되는 이차 전지를 제공하는 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지는, 세퍼레이터의 양면에 제1 전극과 제2 전극을 배치하여 상기 세퍼레이터와 상기 제1 전극과 상기 제2 전극을 권취하여 형성되는 전극 조립체, 상기 전극 조립체를 내장하는 케이스, 상기 케이스의 개구에 결합되는 캡 조립체, 및 상기 캡 조립체에 상기 제1 전극을 연결하는 리드탭을 포함하며, 상기 제1 전극은 집전체의 양면에 활물질로 코팅된 코팅부, 상기 전극 조립체의 중심와 최외곽에 배치되는 상기 집전체의 제1단부와 제2단부 사이에서, 상기 코팅부의 일측에 설정되어 상기 리드탭에 연결되는 제1 무지부, 및 상기 제1단부의 일면에서 상기 코팅부의 일측에 설정되는 제2 무지부를 포함한다.

Description

이차 전지 {RECHARGEABLE BATTERY}

본 기재는 양극의 집전체에 활물질의 도포량을 최대화하는 이차 전지에 관한 것이다.

모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요에 따라 에너지원으로써 이차 전지에 대한 수요가 증가되고 있다. 예를 들면, 원통형 이차 전지는 세퍼레이터(separator)의 양면에 전극을 배치하여 젤리롤(Jelly Roll) 형태로 권취하여 형성되는 전극 조립체, 전극 조립체를 내장하는 케이스, 및 케이스의 개방 측을 밀폐하는 캡 조립체를 포함한다.

전극 조립체에서, 전극은 집전체에 활물질(합제 슬러리(composite slurry))을 도포하여 형성되는 코팅부(합제부)와 코팅부의 단부에서 집전체를 노출하여 설정되는 무지부를 포함한다. 무지부는 전극 조립체의 폭 방향 양단에 각각 구비되고, 음극 집전판을 통하여 케이스에 연결되거나, 양극 집전판과 리드탭을 통하여 캡 조립체에 연결된다.

제한된 용적을 갖는 원통형 이차 전지에서, 양극 활물질이 셀(cell) 용량을 결정한다. 따라서 고용량화를 위하여, 양극 활물질을 최대로 포함할 필요가 있다. 그러나 일례의 양극은 집전체의 양면에 활물질을 구비하지 않은 무지부를 집전체의 양단에 구비한다. 이 경우, 일측 무지부는 리드탭에 연결되지만, 다른측 무지부는 셀 용량에 기여하지 못하고 셀 내부 공간을 차지한다. 즉 무지부는 제한된 용적의 이차 전지에서 용량을 감소시키게 된다.

용량 감소 문제를 보완하기 위하여, 양극 집전체의 양단에 무지부를 구비하지 않는 양극이 적용되고 있다. 양극은 권극 조립체의 권취 공정에서 코팅부의 컷팅으로 형성된다. 또한 양극은 중앙에 무지부를 구비하여, 무지부에 리드탭이 용접된다.

그러나 양극의 선단과 종단에서 무지부가 제거되므로 코팅부의 두께에 의하여, 선단이 변형(deform)되고, 선단과 종단이 세퍼레이터를 누르게 된다. 따라서 전극 조립체의 내부에서 단락(short)이 발생될 수 있다.

본 발명의 일 측면은, 집전체에 활물질의 도포량을 최대화하여 셀의 용량이 증대되고, 안전성이 향상되는 이차 전지를 제공하는 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지는, 세퍼레이터의 양면에 제1 전극과 제2 전극을 배치하여 상기 세퍼레이터와 상기 제1 전극과 상기 제2 전극을 권취하여 형성되는 전극 조립체, 상기 전극 조립체를 내장하는 케이스, 상기 케이스의 개구에 결합되는 캡 조립체, 및 상기 캡 조립체에 상기 제1 전극을 연결하는 리드탭을 포함하며, 상기 제1 전극은 집전체의 양면에 활물질로 코팅된 코팅부, 상기 전극 조립체의 중심과 최외곽에 배치되는 상기 집전체의 제1단부와 제2단부 사이에서, 상기 코팅부의 일측에 설정되어 상기 리드탭에 연결되는 제1 무지부, 및 상기 제1단부의 일면에서 상기 코팅부의 일측에 설정되는 제2 무지부를 포함한다.

상기 제1 무지부 및 상기 제2 무지부는, 라미네이션 테이프로 피복될 수 있다.

상기 제1 전극은, 상기 제2단부의 일면에서 상기 코팅부의 일측에 설정되는 제3 무지부를 더 포함할 수 있다.

상기 제3 무지부는, 라미네이션 테이프로 피복될 수 있다.

상기 제2 무지부와 상기 제1 무지부 사이의 제1 길이는, 상기 제1 무지부와 상기 제3 무지부 사이의 제2 길이 이하로 설정될 수 있다.

상기 제1 길이는 권취되는 상기 집전체 전체 길이의 1/3~1/2로 설정되고, 상기 제2 길이는 상기 집전체 전체 길이의 1/2~2/3로 설정될 수 있다.

상기 제1 무지부의 길이는, 상기 제2 무지부의 길이와 상기 제3 무지부의 길이의 합과 동일할 수 있다.

상기 제2 무지부의 길이와 상기 제3 무지부의 길이는 7:3의 비율을 가질 수 있다.

상기 제1 전극의 상기 코팅부는, 상기 제1단부에서 상기 집전체의 내면에 코팅되어 상기 제2 무지부를 설정하는 내면 코팅부, 및 상기 집전체의 외면에 코팅되는 외면 코팅부를 포함하며, 상기 외면 코팅부는, 상기 제2 전극의 코팅부보다 더 돌출될 수 있다.

상기 제2 전극의 코팅부는, 상기 외면 코팅부의 시작점과 상기 내면 코팅부의 시작점 사이에 얼라인부를 설정할 수 있다.

상기 제1 전극의 상기 외면 코팅부는, 상기 얼라인부에 대응하여 추가 작용부를 설정할 수 있다.

이와 같이 본 발명의 일 실시예에 따르면, 활물질의 코팅부를 컷팅하여 제1 전극에 제1 무지부 및 제2 무지부를 구비하므로 집전체에서 활물질의 도포량을 최대화하여 셀의 용량을 증대시키는 효과가 있다.

아울러, 전극 조립체의 중심 측에서 제1 전극의 제1단부의 두께 차이를 완충하여 두께 차이에 따른 응력을 완화하므로 제1단부 및 이에 대향하는 제2전극의 변형이 방지되고, 세퍼레이터에 의한 제1단부의 눌림이 방지된다. 즉 전극 조립체 내에서의 단락이 방지되므로 셀의 안전성이 향상된다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차 전지의 단면도이다.
도 2는 제1 전극의 컷팅 전 상태의 단면도이다.
도 3은 도 2에서 컷팅된 제1 전극의 단면도이다.
도 4는 도 3의 제1 전극과 세퍼레이터 및 제2 전극의 권취 전 단면도이다.
도 5는 도 4에서 제1 전극과 세퍼레이터 및 제2 전극의 권취 시작 상태의 단면도이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 이차 전지에서, 제1 전극과 세퍼레이터 및 제2 전극의 권취 전 단면도이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차 전지의 단면도이다. 도 1을 참조하면, 이차 전지는 충전 및 방전 작용하는 전극 조립체(10), 전극 조립체(10)를 내장하는 케이스(20), 케이스(20)의 개구에 결합되는 캡 조립체(30), 및 캡 조립체(30)를 전극 조립체(10)에 전기적으로 연결하는 리드탭(40, 예를 들면 양극 리드탭)을 포함한다.

캡 조립체(30)는 개스킷(50)을 개재하여 케이스(20)의 개구에 결합되어 케이스(20)와 전기적으로 절연되고, 전극 조립체(10)와 전해액을 수용하는 케이스(20)을 밀폐한다.

캡 조립체(30)는 전류차단장치 및 양극 리드탭(40)을 통하여 전극 조립체(10)에 전기적으로 연결된다. 이때, 양극 절연판(60)은 캡 조립체(30)와 전극 조립체(10) 사이에 개재되어, 양자를 전기적으로 절연시키며, 양극 리드탭(40)을 관통시킨다.

전극 조립체(10)는 순차적으로 적층 배치되는 제1 전극(11, 예를 들면, 양극), 세퍼레이터(12) 및 제2 전극(13, 예를 들면, 음극)을 포함한다. 전극 조립체(10)는 양극(11)과 음극(13) 및 이들 사이에 배치되는 절연 세퍼레이터(12)를 젤리롤(Jelly Roll) 상태로 권취하여 형성된다.

일례로서, 전극 조립체(10)는 원통형으로 형성될 수 있다. 원통형 전극 조립체(10)는 중심에 센터 핀(14)을 구비한다. 센터 핀(14)은 전극 조립체(10)를 원통 형상으로 유지시킨다.

도 2는 제1 전극의 컷팅 전 상태의 단면도이고, 도 3은 도 2에서 컷팅된 제1 전극의 단면도이다. 도 2 및 도 3을 참조하면, 양극(11)은 얇은 금속판으로 형성되는 집전체(114)의 양면에 활물질로 코팅된 코팅부(115), 및 활물질이 코팅되지 않아 노출된 집전체(114)로 형성되는 제1 무지부(111)와 제2 무지부(112) 및 제3 무지부(113)를 포함한다. 예를 들면, 양극(11)의 집전체는 알루미늄으로 형성될 수 있다.

제1 무지부(111)는 집전체(114)에서 전극 조립체(10)의 중심에 배치되는 제1단부와 최외곽에 배치되는 제2단부 사이에서, 코팅부(115)의 일측에 설정된다. 제1 무지부(111)에 양극 리드탭(40)이 연결된다.

본 실시예에서 제1 무지부(111)는 집전체(114)의 양면에 대칭 구조로 설정되어 권취 불량을 방지할 수 있다. 양극 리드탭(40)은 집전체(114)의 일면에서 제1 무지부(111)에 용접될 수 있다. 도시하지 않았지만 제1 무지부는 집전체의 일면에 형성될 수도 있다.

제2 무지부(112)는 제1단부의 일면에서 코팅부(115)의 일측에 설정된다. 제3 무지부(113)는 제2단부의 일면에서 코팅부(115)의 일측에 설정된다. 예를 들면, 제1단부는 권취 완료된 전극 조립체(10)에서 중심에 배치되고, 제2단부는 전극 조립체(10)의 최외곽에 배치된다.

도 2를 참조하여, 양극(11)의 제조 과정에 대하여 설명한다. 집전체(114)의 양면에 설정된 코팅 패턴(P1)으로 활물질을 코팅하여 코팅부(115)를 형성하고, 단위 셀 패턴(P2)으로 컷팅하여, 1개의 전극 조립체(10)를 형성하는 양극(11)을 획득한다. 이때, 제2, 제3 무지부(112, 113) 및 이에 대응하는 코팅부(115)가 컷팅된다.

이때, 코팅 패턴(P1)은 코팅부(115)와 제1 무지부(111)와 제2 무지부(112)를 포함한다. 이웃하는 코팅 패턴(P1)은 코팅부(115)와 제1 무지부(111)와 제3 무지부(113)를 포함한다. 단위 전극 조립체(10)의 양극(11)을 형성하는 단위 셀 패턴(P2)은 이웃하는 2개의 코팅 패턴(P1, P1)에서 제1 무지부(111)와 제2 무지부(112)의 간격만큼 시프트되어 설정된다.

제1 무지부(111)는 양극 리드탭(40)과 연결된 상태에서, 라미네이션 테이프(117)로 피복된다. 양극 리드탭(40)이 연결되지 않는 제1 무지부(111)의 일면도 라미네이션 테이프(117)로 피복된다. 또한, 이웃하는 1쌍의 코팅 패턴들(P1, P1)의 단부에서 이웃하는 제2, 제3 무지부(112, 113)는 라미네이션 테이프(118, 119)로 각각 피복된다.

라미네이션 테이프(117)는 제1 무지부(111)의 양측에 배치되는 코팅부(115)의 단면에서 활물질의 탈락을 방지하고, 제1 무지부(111)의 노출을 방지한다. 라미네이션 테이프(117)는 집전체(114)의 양면에서 제1 무지부(111)로 인한 코팅부(115)의 두께 차이를 완화할 수 있다.

라미네이션 테이프(118, 119)는 제2, 제3 무지부(112, 113) 각각의 양측에 배치되어, 단위 셀 패턴(P2) 컷팅시, 코팅부(115)의 단면에서 활물질의 탈락을 방지하고, 제2, 제3 무지부(112, 113)의 노출을 방지한다. 라미네이션 테이프(118, 119)는 전극 조립체(10)에서 제1단부측과 제2단부측으로 분리된다. 분리된 라미네이션 테이프(118, 119)는 집전체(114)의 일면에서 제2, 제3 무지부(112, 113)로 인한 코팅부(115)의 두께 차이를 완충할 수 있다.

다시 도 1 및 도 4를 참조하면, 음극(13)은 얇은 금속판으로 형성되는 집전체(130)의 양면에 활물질이 도포된 영역의 코팅부(131), 및 활물질이 도포되지 않아 노출된 집전체(130)로 설정되는 무지부(132)를 포함한다. 예를 들면, 음극(13)의 집전체(130)는 구리로 형성될 수 있다.

젤리롤(Jelly Roll) 상태에서, 양극 리드탭(40)은 양극(11) 집전체(114)의 제1 무지부(111)에 용접으로 연결되고, 양극 절연판(60)을 관통하여 캡 조립체(30)에 전기적으로 연결된다. 캡 조립체(30)는 이차 전지에서 양극 단자로 작용한다.

음극 절연판(133)은 전극 조립체(10)와 케이스(20) 사이에 개재되어, 양자를 전기적으로 절연시킨다. 음극 리드탭(41)은 전극 조립체(10)의 최외곽(또는 중심)에 구비되는 음극(13)의 무지부(132)에 용접으로 연결된다. 또한 음극 리드탭(41)은 음극 절연판(133)을 관통하여 케이스(20)에 용접으로 연결된다 따라서 케이스(20)는 이차 전지에서 음극 단자로 작용하며, 알루미늄, 알루미늄 합금 또는 니켈 도금 강과 같은 도전성 금속으로 형성될 수 있다.

케이스(20)는 전극 조립체(10)를 외부로부터 삽입할 수 있도록 일측에 개구를 형성하고, 원통형 전극 조립체(10)를 수용하도록 원통으로 형성된다.

예를 들면, 캡 조립체(30)는 외측에서 케이스(20)의 내측으로 가면서 순차적으로 배치되는, 캡 플레이트(31), 양성 온도 소자(PTC, positive temperature coefficient element)(35), 벤트 플레이트(32), 절연부재(33), 미들 플레이트(38) 및 서브 플레이트(34)를 포함한다.

캡 플레이트(31)는 최종적으로 양극 리드탭(40)에 연결되어 이차 전지에서 양극 단자로 작용하며, 케이스(20)의 외부로 돌출되는 돌출부(311)와 돌출부(311)의 측방으로 개방되어 내부 가스를 배출하는 배기구(312)를 형성한다.

실질적으로, 캡 조립체(30)에서 전류차단장치는 벤트 플레이트(32), 서브 플레이트(34) 및 이들의 연결부로 형성된다. 이 연결부는 벤트 플레이트(32)와 서브 플레이트(34)의 용접으로 연결함으로써 형성될 수 있다.

전류차단장치의 일측을 형성하는 벤트 플레이트(32)는 캡 플레이트(31)의 내측에 설치되어, 전류차단장치의 다른 일측을 형성하는 서브 플레이트(34)에 전기적으로 연결된다.

또한, 벤트 플레이트(32)는 벤트(321)를 포함하며, 벤트(321)는 기설정된 압력 조건에서 파손되어, 내부 가스를 방출하고 서브 플레이트(34)와의 전기적 연결을 차단한다.

예를 들면, 벤트(321)는 벤트 플레이트(32)에서 케이스(20)의 내측을 향하여 돌출 형성된다. 벤트 플레이트(32)는 벤트(321) 주위에 벤트(321)의 파손을 안내하는 노치(322)를 구비한다.

따라서 가스의 발생으로 케이스(20)의 내부 압력이 상승하는 경우, 노치(322)가 미리 파손되어 벤트 플레이트(32)와 배기구(312)를 통하여 가스를 외부로 배출함으로써 이차 전지의 폭발을 방지할 수 있다.

이때, 벤트(321)의 파손으로 벤트 플레이트(32)와 서브 플레이트(34)의 연결부가 분리되면, 전극 조립체(10)와 캡 플레이트(31)는 전기적으로 서로 분리된다.

양성 온도 소자(35)는 캡 플레이트(31)와 벤트 플레이트(32) 사이에 설치되어, 이차 전지의 내부 온도에 따라, 캡 플레이트(31)와 벤트 플레이트(32) 사이에서 전류 흐름을 단속할 수 있다.

내부 온도가 기설정된 온도를 초과하는 상태에서, 양성 온도 소자(35)는 무한대까지 커지는 전기 저항을 가진다. 이로 인하여, 양성 온도 소자(35)는 캡 플레이트(31)와 벤트 플레이트(32) 사이에서 충전 또는 방전 전류의 흐름을 차단할 수 있다.

서브 플레이트(34)는 절연부재(33)를 사이에 두고 벤트 플레이트(32)와 마주하여, 벤트(321)에 전기적으로 연결된다. 미들 플레이트(38)는 절연부재(33)와 서브 플레이트(34) 사이에 배치된다. 벤트(321)는 절연부재(33)와 미들 플레이트(38)의 관통구들을 통하여 돌출되어 서브 플레이트(34)에 연결된다.

따라서 미들 플레이트(38)는 서브 플레이트(34)와 벤트(321)에 전기적으로 연결된다. 또한 미들 플레이트(38)는 양극 리드탭(40)에 용접으로 연결되고, 양극 리드탭(40)은 양극(11)의 제1 무지부(111)에 용접으로 연결된다.

결국, 양극 리드탭(40)은 미들 플레이트(38), 서브 플레이트(34)와 벤트(321) 및 벤트 플레이트(32), 그리고 양성 온도 소자(35)를 순차적으로 경유하여 캡 플레이트(31)에 전기적으로 연결된다.

양극 절연판(60)은 서브 플레이트(34)와 전극 조립체(10) 사이에 배치되어, 양극(11) 및 양극 리드탭(40)을 서브 플레이트(34) 또는 미들 플레이트(38)에 대하여 전기적으로 절연한다. 양극 리드탭(40)은 양극(11)의 제1 무지부(111)에 연결되어 양극 절연판(60)을 관통하여 미들 플레이트(38)에 연결된다.

이와 같이 형성되는 캡 조립체(30)는 개스킷(50)을 개재하여 케이스(20)의 개구에 끼워진 후, 클림핑(crimping) 공정을 통하여 케이스(20)의 개구에 고정되어 이차 전지를 이루게 된다.

이때, 케이스(20)는 개구 측에 케이스(20)의 직경 방향의 중심으로 함입되는 비딩부(21)와 개스킷(50)을 개재하여 캡 조립체(30)의 외주 테두리를 잡아주는 클림핑부(22)를 형성한다.

도 4는 도 3의 제1 전극과 세퍼레이터 및 제2 전극의 권취 전 단면도이다. 도 4를 참조하면, 양극(11)에서, 제1 무지부(111), 제2 무지부(112) 및 제3 무지부(113)는 라미네이션 테이프(117, 118, 119)로 각각 피복된다.

제2 무지부(112)와 제1 무지부(111) 사이의 제1 길이(L1)는 제1 무지부(111)와 제3 무지부(113) 사이의 제2 길이(L2) 이하로 설정된다. 예를 들면, 제1 길이(L1)는 집전체(114) 전체 길이의 1/3~1/2로 설정되고, 제2 길이(L2)는 집전체(114) 전체 길이의 1/2~2/3로 설정될 수 있다.

따라서 권취된 전극 조립체(10) 상태에서 양극 리드탭(40)은 전극 조립체(10)의 직경 방향에서 반경의 중앙 부위에 위치하여 충전 및 방전 과정에서 전자의 이동 통로 역할을 하는 양극 리드탭(40)이 중앙에 위치하여 셀 저항이 감소될 수 있다.

또한, 제1 무지부(111)의 길이(L11)는 제2 무지부(112)의 길이(L12)와 제3 무지부(113)의 길이(L13)의 합(L11=L12+L13)과 동일할 수 있다. 따라서 라미네이션 테이프(117, 118, 119)의 공용화가 가능하다.

제2 무지부(112) 또는 제3 무지부(113)는 집전체(114)의 제1, 제2단부에서 각각 컷팅되어, 길이(L12)와 길이(L13)로 분리된다. 이때, 제1단부를 형성하는 제2 무지부(112)의 길이(L12)와 제2단부를 형성하는 제3 무지부(113)의 길이(L13)는 7:3의 비율을 가질 수 있다. 제1단부는 전극 조립체(10)에서 중심에 배치되고, 제2단부는 전극 조립체(10)의 최외곽에 배치된다.

한편, 양극(11)의 코팅부(115)는 제1단부에서 집전체(114)의 내면에 코팅되어 제2 무지부(112)를 설정하는 내면 코팅부(151), 및 집전체(114)의 외면에 코팅되는 외면 코팅부(152)를 포함한다. 이때, 외면 코팅부(152)는 음극(13)의 코팅부(131)보다 더 돌출된다.

내면 코팅부(151)가 형성되지 않은 제2 무지부(112)는 권취시, 내면 코팅부(151)의 두께에 상응하는 차이를 완충하므로 코팅부(115)의 두께 차이에 의하여 외면 코팅부(152)에 작용하는 응력을 완화하고, 전극 조립체(10)의 중심에서 양극(11) 집전체(114)의 제1단부 및 이에 대향하는 음극(13)의 코팅부(131)와 무지부(132)의 변형을 방지할 수 있다.

이에 더하여, 제2 무지부(112) 및 내면 코팅부(151)의 단부는 라미네이션 테이프(118)로 피복되므로 권취시 외면 코팅부(152)에 작용하는 응력을 흡수하여 더욱 완화하고, 양극(11) 집전체(114)의 제1단부 및 이에 대향하는 음극(13)의 코팅부(131)와 무지부(132)의 변형을 더욱 방지할 수 있다(도 5 참조).

한편, 내면 코팅부(151)가 형성되지 않은 제3 무지부(113)는 권취시, 내면 코팅부(151)의 두께에 상응하는 차이를 완충하므로 코팅부(115)의 두께 차이에 의하여 이에 대향하는 음극(13)의 코팅부(131)와 무지부(132)에 작용하는 응력을 완화하고, 전극 조립체(10)의 최외곽에서 양극(11) 집전체(114)의 제2단부 및 이에 대향하는 음극(13)의 코팅부(131)와 무지부(132)의 변형을 방지할 수 있다.

도 5는 도 4에서 제1 전극과 세퍼레이터 및 제2 전극의 권취 시작 상태의 단면도이다. 도 5를 참조하면, 음극(13)의 코팅부(131)는 코팅부(131)의 시작점과 내면 코팅부(151)의 시작점 사이에 얼라인부(A1)를 설정한다.

양극(11)의 외면 코팅부(152)는 음극(13)의 코팅부(131)보다 더 돌출된다. 즉 음극(13)의 코팅부(131)의 끝은 양극(11)의 외면 코팅부(152)의 도중에 대응한다.

따라서 양극(11)의 외면 코팅부(152)는 얼라인부(A1)에 대응하여 추가 작용부(A2)를 설정한다. 양극(11)의 추가 작용부(A2)는 음극(13) 얼라인부(A1)의 전체에 대응하도록 양극(11)의 시작 단에서 음극(13) 얼라인부(A1)의 끝까지 대응하여 설정된다. 양극(11)의 추가 작용부(A2)는 음극(13)의 얼라인부(A1)와 상호 작용하는 충전 및 방전 작용할 수 있다. 따라서 셀 용량이 향상될 수 있다.

이 상태에서, 전극 조립체(10)의 중심에서 라미네이션 테이프(118)는 제2 무지부(112) 및 내면 코팅부(151)의 단부를 피복하여, 외면 코팅부(152)에 작용하는 응력을 흡수할 수 있다.

이하에서 본 발명의 제2 실시예에 대하여 설명하며, 제1 실시예와 비교하여 동일 구성에 대한 설명을 생략하고, 서로 다른 구성에 대하여 설명한다.

도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 이차 전지에서, 제1 전극과 세퍼레이터 및 제2 전극의 권취 전 단면도이다. 도 6을 참조하면, 제2 실시예에서 양극(71)은 제1 무지부(711)와 제2 무지부(712)를 포함하며, 제1 실시예의 제3 무지부(113)를 구비하지 않는다.

양극(71)의 코팅부(116)는 제1단부에서 집전체(214)의 내면에 코팅되어 제2 무지부(712)를 설정하는 내면 코팅부(261), 및 집전체(214)의 외면에 코팅되는 외면 코팅부(262)를 포함한다. 이때, 외면 코팅부(262)는 음극(13)의 코팅부(131)보다 더 돌출된다.

내면 코팅부(261)가 형성되지 않은 제2 무지부(712)는 권취시, 내면 코팅부(261)의 두께에 상응하는 차이를 완충하므로 코팅부(116)의 두께 차이에 의하여 외면 코팅부(262)에 작용하는 응력을 완화하고, 전극 조립체의 중심에서 양극(71) 집전체(214)의 제1단부 및 이에 대향하는 음극(13)의 코팅부(131)와 무지부(132)의 변형을 방지할 수 있다.

이에 더하여, 제2 무지부(712) 및 내면 코팅부(261)의 단부는 라미네이션 테이프(218)로 피복되므로 코팅부(116)의 단면에서 활물질의 탈락을 방지하고, 권취시 외면 코팅부(262)에 작용하는 응력을 흡수하여 더욱 완화하고, 양극(71) 집전체(214)의 제1단부 및 이에 대향하는 음극(13)의 코팅부(131)와 무지부(132)의 변형을 더욱 방지할 수 있다.

이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

10: 전극 조립체 11, 71: 제1 전극(양극)
12: 세퍼레이터 13: 제2 전극(음극)
14: 센터 핀 20: 케이스
21: 비딩부 22: 클림핑부
30: 캡 조립체 31: 캡 플레이트
32: 벤트 플레이트 33: 절연부재
34: 서브 플레이트 35: 양성 온도 소자(PTC)
38: 미들 플레이트 40, 41: 양, 음극 리드탭
50: 개스킷 60, 133: 양, 음극 절연판
111, 711: 제1 무지부 112, 712: 제2 무지부
113: 제3 무지부 114, 214, 130: 집전체
115, 131, 116: 코팅부 117, 118, 119, 218: 라미네이션 테이프
132: 무지부 151, 261: 내면 코팅부
152, 262: 외면 코팅부 311: 돌출부
312: 배기구 321: 벤트
A1: 얼라인부 A2: 추가 작용부
L1, L2: 제1, 제2 길이 L11: 제1 무지부의 길이
L12: 제2 무지부의 길이 L13: 제3 무지부의 길이
P1: 코팅 패턴 P2: 단위 셀 패턴

Claims

세퍼레이터의 양면에 제1 전극과 제2 전극을 배치하여 상기 세퍼레이터와 상기 제1 전극과 상기 제2 전극을 권취하여 형성되는 전극 조립체;
상기 전극 조립체를 내장하는 케이스;
상기 케이스의 개구에 결합되는 캡 조립체; 및
상기 캡 조립체에 상기 제1 전극을 연결하는 리드탭을 포함하며,
상기 제1 전극은
집전체의 양면에 활물질로 코팅된 코팅부,
상기 전극 조립체의 중심과 최외곽에 배치되는 상기 집전체의 제1단부와 제2단부 사이에서, 상기 코팅부의 일측에 설정되어 상기 리드탭에 연결되는 제1 무지부, 및
상기 제1단부의 일면에서 상기 코팅부의 일측에 설정되는 제2 무지부
를 포함하는 이차 전지.
제1항에 있어서,
상기 제1 무지부 및 상기 제2 무지부는,
라미네이션 테이프로 피복되는 이차 전지.
제2항에 있어서,
상기 제1 전극은,
상기 제2단부의 일면에서 상기 코팅부의 일측에 설정되는 제3 무지부
를 더 포함하는 이차 전지.
제3항에 있어서,
상기 제3 무지부는,
라미네이션 테이프로 피복되는 이차 전지.
제3항에 있어서,
상기 제2 무지부와 상기 제1 무지부 사이의 제1 길이는
상기 제1 무지부와 상기 제3 무지부 사이의 제2 길이 이하로 설정되는
이차 전지.
제5항에 있어서,
상기 제1 길이는
권취되는 상기 집전체 전체 길이의 1/3~1/2로 설정되고,
상기 제2 길이는
상기 집전체 전체 길이의 1/2~2/3로 설정되는 이차 전지.
제3항에 있어서,
상기 제1 무지부의 길이는,
상기 제2 무지부의 길이와 상기 제3 무지부의 길이의 합과 동일한 이차 전지.
제7항에 있어서,
상기 제2 무지부의 길이와 상기 제3 무지부의 길이는 7:3의 비율을 가지는 이차 전지.
제1항에 있어서,
상기 제1 전극의 상기 코팅부는,
상기 제1단부에서 상기 집전체의 내면에 코팅되어 상기 제2 무지부를 설정하는 내면 코팅부, 및
상기 집전체의 외면에 코팅되는 외면 코팅부
를 포함하며,
상기 외면 코팅부는,
상기 제2 전극의 코팅부보다 더 돌출되는 이차 전지.
제9항에 있어서,
상기 제2 전극의 코팅부는,
상기 외면 코팅부의 시작점과 상기 내면 코팅부의 시작점 사이에 얼라인부를 설정하는 이차 전지.
제10항에 있어서,
상기 제1 전극의 상기 외면 코팅부는,
상기 얼라인부에 대응하여 추가 작용부를 설정하는 이차 전지.