KR20150083634A - 젤리롤 전극조립체 및 그를 포함하는 리튬 이차전지 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 양극탭이 부착된 양극판; 음극탭이 부착된 음극판; 및 상기 양극판과 상기 음극판의 사이에 개재되는 세퍼레이터;를 구비하는 전극조립체가 권취되어 형성된 젤리롤 전극조립체로서, 상기 양극탭은, 상기 양극판의 중간부에 형성되되, 상기 양극판의 일면 중 상기 세퍼레이터와 대면하지 아니하는 면에 형성되어, 상기 젤리롤 전극조립체의 상부로 돌출되고, 상기 음극탭은, 상기 음극판의 중간부에 형성되되, 상기 음극판의 일면 중 상기 세퍼레이터와 대면하지 아니하는 면에 형성되어, 상기 젤리롤 전극조립체의 하부로 돌출되는 것을 특징으로 하는 젤리롤 전극조립체 및 그를 포함하는 리튬 이차전지를 제공한다.
본 발명에 따르면, 종래의 멀티탭 구조에 비해 양극탭에서 음극탭으로 흐르는 전류의 통로를 짧게 형성시켜 전체 저항 측면에서 효율이 상승되고, 종래의 멀티탭 구조와 달리 하나의 음극탭만을 형성함으로써 공정 상의 효율을 상승시킬 수 있고, 생산 비용을 감소시킬 수 있으며, 양극탭은, 양극판의 일면 중 세퍼레이터와 대면하지 아니하는 면에 형성시키고, 음극탭은, 음극판의 일면 중 세퍼레이터와 대면하지 아니하는 면에 형성시킴으로써, 전극의 내부단락을 방지할 수 있다.
본 발명에 따르면, 종래의 멀티탭 구조에 비해 양극탭에서 음극탭으로 흐르는 전류의 통로를 짧게 형성시켜 전체 저항 측면에서 효율이 상승되고, 종래의 멀티탭 구조와 달리 하나의 음극탭만을 형성함으로써 공정 상의 효율을 상승시킬 수 있고, 생산 비용을 감소시킬 수 있으며, 양극탭은, 양극판의 일면 중 세퍼레이터와 대면하지 아니하는 면에 형성시키고, 음극탭은, 음극판의 일면 중 세퍼레이터와 대면하지 아니하는 면에 형성시킴으로써, 전극의 내부단락을 방지할 수 있다.
Description
본 발명은 젤리롤 전극조립체 및 그를 포함하는 리튬 이차전지에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 양극탭과 음극탭이 각각의 전극판의 중간부에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 젤리롤 전극조립체 및 그를 포함하는 리튬 이차전지에 관한 것이다.
일반적으로, 이차전지는 충전이 불가능한 일차전지와 달리, 충방전이 가능한 전지를 의미하며, 휴대폰, 노트북 컴퓨터, 캠코더 등의 전자기기 또는 전기 자동차 등에 널리 사용되고 있다. 특히, 리튬 이차전지는 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 이차전지는 주로 리튬계 산화물과 탄소재를 각각 양극 활물질과 음극 활물질로 사용한다. 리튬 이차전지는, 이러한 양극 활물질과 음극 활물질이 각각 도포된 양극판과 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 배치된 전극조립체와, 전극조립체를 전해액과 함께 밀봉 수납하는 외장재를 구비한다.
한편, 리튬 이차전지는 전지 케이스의 형상에 따라, 전극조립체가 금속 캔에 내장되어 있는 캔형(원통형 또는 각형) 이차전지와 전극조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치에 내장되어 있는 파우치형 이차전지로 분류될 수 있다. 통상적으로 캔형 이차전지의 경우 양극판과 음극판, 즉 전극판이 권취된 형태로 전지 캔에 수납되고, 파우치형 이차전지의 경우 전극판이 적층 또는 권취된 형태로 전지 캔에 수납된다.
특히, 전동공구용 전원으로 사용되는 원통형 리튬 이차전지의 경우, 가능한 내부 저항을 작게 설계하는 것이 중요하다. 저항이 작을수록 실 사용환경에서 발열이 적게 나타나며, 고율 방전시에 유리하게 된다. 이를 달성하기 위해서, 양극은 양극탭을 전체 양극판의 중간부에 위치하도록 설계하며, 음극은 음극탭을 전체 음극판의 양 끝단에 위치하도록 설계(멀티탭 구조)하여 저항이 감소하도록 하였다. 그러나, 공정상 2개의 음극탭을 절곡해서 캔에 넣고, 또 2개의 음극탭이 캔과 완벽하게 용접이 되어야 제대로 된 성능을 발휘하게 되는데, 이는 높은 용접기술 수준을 요구하게 된다.
따라서 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 음극판에 음극탭이 형성되는 위치를 변경하여 내부 저항을 더욱 감소시키며, 종래와 달리 하나의 음극탭만을 형성함으로써 공정 상의 효율을 상승시킬 수 있고, 생산 비용을 감소시킬 수 있으며, 나아가, 양극탭과 음극탭을 각각의 전극판의 특정면에 부착하여 전극의 내부단락을 방지할 수 있는 젤리롤 전극조립체 및 그를 포함하는 리튬 이차전지를 제공한다.
상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 일 측면에 따르면, 양극탭이 부착된 양극판; 음극탭이 부착된 음극판; 및 상기 양극판과 상기 음극판의 사이에 개재되는 세퍼레이터;를 구비하는 전극조립체가 권취되어 형성된 젤리롤 전극조립체로서, 상기 양극탭은, 상기 양극판의 중간부에 형성되되, 상기 양극판의 일면 중 상기 세퍼레이터와 대면하지 아니하는 면에 형성되어, 상기 젤리롤 전극조립체의 상부로 돌출되고, 상기 음극탭은, 상기 음극판의 중간부에 형성되되, 상기 음극판의 일면 중 상기 세퍼레이터와 대면하지 아니하는 면에 형성되어, 상기 젤리롤 전극조립체의 하부로 돌출되는 것을 특징으로 하는 젤리롤 전극조립체가 제공된다.
여기서, 상기 양극탭은, 알루미늄으로 이루어진 것일 수 있다.
그리고, 상기 음극탭은, 니켈로 이루어진 것일 수 있다.
그리고, 상기 젤리롤 전극조립체는, 원통형인 것일 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 전술한 본 발명의 젤리롤 전극조립체를 포함하는 리튬 이차전지가 제공된다.
여기서, 상기 리튬 이차전지는, 전동공구용 전원일 수 있다.
본 발명에 따르면, 종래의 멀티탭 구조에 비해 양극탭에서 음극탭으로 흐르는 전류의 통로를 짧게 형성시켜 전체 저항 측면에서 효율이 상승된다.
그리고, 종래의 멀티탭 구조와 달리 하나의 음극탭만을 형성함으로써 공정 상의 효율을 상승시킬 수 있고, 생산 비용을 감소시킬 수 있다.
나아가, 양극탭은, 양극판의 일면 중 세퍼레이터와 대면하지 아니하는 면에 형성시키고, 음극탭은, 음극판의 일면 중 세퍼레이터와 대면하지 아니하는 면에 형성시킴으로써 전극의 내부단락을 방지할 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 발명의 후술되는 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은 종래기술에 따른 음극탭이 음극판의 양 끝단에 위치하도록 설계한 멀티탭 구조를 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 양극탭은 양극판의 중간부에, 음극탭은 음극판의 중간부에 위치하도록 설계한 구조를 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 비교예에 따른 전극조립체의 측면을 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극조립체의 측면을 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 1은 종래기술에 따른 음극탭이 음극판의 양 끝단에 위치하도록 설계한 멀티탭 구조를 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 양극탭은 양극판의 중간부에, 음극탭은 음극판의 중간부에 위치하도록 설계한 구조를 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 비교예에 따른 전극조립체의 측면을 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극조립체의 측면을 모식적으로 나타낸 도면이다.
이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 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 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은 종래기술에 따른 음극탭이 음극판의 양 끝단에 위치하도록 설계한 멀티탭 구조를 모식적으로 나타낸 도면이고, 도 2는 양극탭은 양극판의 중간부에, 음극탭은 음극판의 중간부에 위치하도록 설계한 구조를 모식적으로 나타낸 도면이며, 도 3은 본 발명의 일 비교예에 따른 전극조립체의 측면을 모식적으로 나타낸 도면이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극조립체의 측면을 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 종래의 원통형 리튬 이차전지, 특히 전동공구용 전지의 경우 내부 저항을 가능하면 작게 설계하는 것이 중요하다. 저항이 작을수록 실 사용환경에서 발열이 적게 나타나며, 고율 방전시에 특히 유리하게 된다. 종래에는 도 1에서와 같이, 양극은 전체 양극판(10)의 중간부에 양극탭(11)이 위치하도록 설계하였고, 음극은 전체 음극판(20)의 양 끝단에 음극탭(21)이 위치하도록 설계(멀티탭 구조)하였다. 종래의 상기 멀티탭 구조에서 전류가 흐를 때에는, 양극탭에서부터 음극탭까지 흐르는 전류의 이동거리는 전체 양극의 중간부에서 전체 음극의 양 끝단까지 길어지게 된다. 그리고, 공정상 2개의 음극탭을 절곡해서 캔에 넣고, 2개의 음극탭이 캔과 완벽하게 용접이 되어야만 했었다.
하지만, 본 발명의 일 측면에 따른 젤리롤 전극조립체는, 양극탭(11)이 부착된 양극판(10); 음극탭(21)이 부착된 음극판(20); 및 상기 양극판(10)과 상기 음극판(20)의 사이에 개재되는 세퍼레이터(30);를 구비하는 전극조립체가 권취되어 형성된 젤리롤 전극조립체로서, 상기 양극탭(11)은, 상기 양극판(10)의 중간부에 형성되되, 상기 양극판(10)의 일면 중 상기 세퍼레이터(30)와 대면하지 아니하는 면에 형성되어, 상기 젤리롤 전극조립체의 상부로 돌출되고, 상기 음극탭(21)은, 상기 음극판(20)의 중간부에 형성되되, 상기 음극판(20)의 일면 중 상기 세퍼레이터(30)와 대면하지 아니하는 면에 형성되어, 상기 젤리롤 전극조립체의 하부로 돌출되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 종래의 멀티탭 구조에 비해 양극탭에서 음극탭으로 흐르는 전류의 통로를 비교적 짧도록 하여, 전체 저항 측면에서 효율이 상승될 수 있고, 종래의 멀티탭 구조와 달리 하나의 음극탭만을 형성함으로써 공정 상의 효율을 상승시킬 수 있고, 생산 비용을 감소시킬 수 있다.
특히, 도 3에서와 같이, 양극탭(11)과 음극탭(21) 중 어느 하나가 세퍼레이터(30)와 대면하는 양극판(10) 또는 음극판(20)의 일면에 형성되게 되면, 전체 전극조립체 내에서 가장 두꺼운 탭부분이 동일한 위치에 존재하게 되는데, 이 경우 그 부분(A)이 국부적으로 가장 두껍게 형성되고, 열이 발생하여 핫 스폿(hot spot)이 된다. 그리고, 탭에 의해 세퍼레이터가 외력을 받게 되고, 그로 인해 세퍼레이터가 손상되어 내부단락이 발생할 수도 있다.
하지만, 도 4에서와 같이, 양극탭(11)은, 양극판(10)의 일면 중 세퍼레이터(30)와 대면하지 아니하는 면에 형성시키고, 음극탭(21)은, 음극판(20)의 일면 중 세퍼레이터(30)와 대면하지 아니하는 면에 형성시킴으로써, 세퍼레이터의 손상을 미연에 방지할 수 있고, 이로써 내부단락을 방지할 수 있다.
상기 양극판(10)은, 양극 집전체의 적어도 일면에 양극 활물질이 도포되어 형성되고, 양극판(10)에는 양극탭(11)이 부착된다. 이와 같은 양극탭(11)은 양극 집전체에서 양극 활물질이 도포되지 않은 무지부에 초음파 융착 등의 방식에 의해 부착될 수 있다. 그러나, 본 발명은 이와 같은 양극탭(11)의 부착 방식에 의해 제한되는 것은 아니며, 본 발명의 출원 시점에서 공지된 다양한 탭 부착 기술이 본 발명에 채용될 수 있다. 그리고, 상기 양극 집전체로는, 도전성이 우수한 금속 박판, 예를 들면, 알루미늄(Al) 호일(foil)이 사용될 수 있고, 상기 양극탭(11)은 예를 들어 알루미늄(Al)으로 이루어질 수 있다.
그리고, 상기 음극판(20)은, 음극 집전체의 적어도 일면에 음극 활물질이 도포되어 형성되고, 음극판(20)에는 음극탭(21)이 부착된다. 이와 같은 음극탭(21) 역시 양극탭(11)과 마찬가지로, 음극 집전체에서 음극 활물질이 도포되지 않은 무지부에 부착될 수 있으며, 초음파 융착 방식과 같은 다양한 부착 방식이 적용될 수 있다. 그리고, 상기 음극 집전체로는, 전도성 금속 박판, 예를 들면, 구리(Cu) 또는 니켈(Ni) 호일(foil)이 사용될 수 있고, 상기 음극탭(21)은 예를 들어 니켈(Ni)로 이루어질 수 있다.
한편, 상기 세퍼레이터는, 양극판(10)과 음극판(20) 사이에 배치되어 양극판(10)과 음극판(20) 사이를 절연시키고, 양극판(10)과 음극판(20) 사이에 활물질 이온이 교환될 수 있도록 한다.
상기 양극판(10), 음극판(20) 및 세퍼레이터의 구성이나 재질, 제조방법 등에 대하여 본 명세서에 설명된 내용 이외에는, 본 발명의 통상의 기술자에게 널리 알려져 있는 내용이 본 발명에 채용될 수 있으며, 이러한 내용에 대해서는 본 명세서에서 그 상세한 설명을 생략한다.
그리고, 상기 젤리롤 전극조립체는, 원통형 또는 각형으로 권취되어 형성될 수 있지만, 그 형상은 특별히 제한되는 것은 아니다.
한편, 본 발명의 다른 측면에 다른 리튬 이차전지는, 전술한 본 발명의 젤리롤 전극조립체를 포함한다. 상기 젤리롤 전극조립체는, 원통형 전지케이스 또는 각형 전지케이스에 비수 전해액과 같이 수납 및 주입되어, 리튬 이차전지로 작동될 수 있게 된다.
이때, 상기 리튬 이차전지는, 전동공구 사용환경과 같은 대전류/고출력 사용환경에서 적절히 사용될 수 있다. 즉, 전술한 본 발명의 저항이 작게 설계된 젤리롤 전극조립체를 사용함으로써, 실 사용환경에서 발열이 적게 나타나게 되고, 고율 방전시에 특히 유리하게 작용한다.
이상에서 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.
10: 양극판
11: 양극탭
20: 음극판 21: 음극탭
30: 세퍼레이터
20: 음극판 21: 음극탭
30: 세퍼레이터
Claims (6)
- 양극탭이 부착된 양극판; 음극탭이 부착된 음극판; 및 상기 양극판과 상기 음극판의 사이에 개재되는 세퍼레이터;를 구비하는 전극조립체가 권취되어 형성된 젤리롤 전극조립체로서,
상기 양극탭은, 상기 양극판의 중간부에 형성되되, 상기 양극판의 일면 중 상기 세퍼레이터와 대면하지 아니하는 면에 형성되어, 상기 젤리롤 전극조립체의 상부로 돌출되고,
상기 음극탭은, 상기 음극판의 중간부에 형성되되, 상기 음극판의 일면 중 상기 세퍼레이터와 대면하지 아니하는 면에 형성되어, 상기 젤리롤 전극조립체의 하부로 돌출되는 것을 특징으로 하는 젤리롤 전극조립체. - 제1항에 있어서,
상기 양극탭은, 알루미늄으로 이루어진 것을 특징으로 하는 젤리롤 전극조립체. - 제1항에 있어서,
상기 음극탭은, 니켈로 이루어진 것을 특징으로 하는 젤리롤 전극조립체. - 제1항에 있어서,
상기 젤리롤 전극조립체는, 원통형인 것을 특징으로 하는 젤리롤 전극조립체. - 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 따른 젤리롤 전극조립체를 포함하는 리튬 이차전지.
- 제5항에 있어서,
상기 리튬 이차전지는, 전동공구용 전원인 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020140003409A KR20150083634A (ko) | 2014-01-10 | 2014-01-10 | 젤리롤 전극조립체 및 그를 포함하는 리튬 이차전지 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020140003409A KR20150083634A (ko) | 2014-01-10 | 2014-01-10 | 젤리롤 전극조립체 및 그를 포함하는 리튬 이차전지 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20150083634A true KR20150083634A (ko) | 2015-07-20 |
Family
ID=53873937
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020140003409A KR20150083634A (ko) | 2014-01-10 | 2014-01-10 | 젤리롤 전극조립체 및 그를 포함하는 리튬 이차전지 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20150083634A (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2024136620A1 (ko) * | 2022-12-23 | 2024-06-27 | 주식회사 엘지에너지솔루션 | 전극 조립체, 원통형 배터리 셀 및 이를 포함하는 배터리 팩 |
-
2014
- 2014-01-10 KR KR1020140003409A patent/KR20150083634A/ko not_active Application Discontinuation
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2024136620A1 (ko) * | 2022-12-23 | 2024-06-27 | 주식회사 엘지에너지솔루션 | 전극 조립체, 원통형 배터리 셀 및 이를 포함하는 배터리 팩 |
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