KR20150117135A - 전극 조립체 및 이를 구비한 이차 전지 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예는 양극 집전체의 제1 면 상에 양극 활물질이 도포된 양극 활물질부와 상기 양극 활물질이 미도포된 영역인 제1 양극 무지부를 포함하는 양극판, 상기 제1 양극 무지부에 부착된 양극 탭, 상기 양극 집전체의 상기 제1 면과 대향하는 음극 금속 집전체의 제1 면 상에 음극 활물질이 도포된 음극 활물질부와 상기 음극 활물질이 미도포된 영역인 제1 음극 무지부를 포함하는 음극판 및 상기 양극판과 상기 음극판 사이의 세퍼레이터를 포함하고, 상기 제1 양극 무지부는 상기 양극판의 길이 방향에 따른 상기 양극판의 일단부와 타단부 사이에 위치하고, 상기 제1 음극 무지부는 상기 제1 양극 무지부와 중첩하는 위치에 형성된 전극 조립체를 개시한다.

Description

전극 조립체 및 이를 구비한 이차 전지{Electrode assembly and secondary battery comprising the same}
본 발명은 전극 조립체 및 이를 구비한 이차 전지에 관한 것이다.
이차 전지는 충전이 불가능한 일차 전지와는 달리, 충전 및 방전을 반복하여 사용할 수 있는 전지로써, 경제적이고, 친환경적이므로 그 사용이 장려되고 있다.
이차 전지는 전지케이스의 형상에 따라, 전극 조립체가 원통형 또는 각형의 금속 캔에 내장되어 있는 원통형 전지 및 각형 전지와, 전극 조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 내장되어 있는 파우치형 전지로 분류된다.
전지케이스에 내장되는 전극조립체는 활물질이 도포된 긴 시트형의 양극과 음극 및 양극과 음극 사이에 개재된 세퍼레이터를 포함한다. 다만, 양극과 음극을 절연시키기 위한 세퍼레이터는, 고온에 의해 수축 또는 변형될 수 있으며, 그 결과 양극과 음극이 물리적으로 접촉하여 내부단락이 발생할 수 있다. 이와 같은 이차 전지의 내부 단락시에는 이차 전지의 발화, 폭발 등이 발생하여 안전사고가 발생할 수 있다.
본 발명의 목적은, 안정성이 우수한 전극 조립체 및 이를 구비한 이차 전지를 제공함에 있다.
본 발명의 일 실시예는 양극 집전체의 제1 면 상에 양극 활물질이 도포된 양극 활물질부와 상기 양극 활물질이 미도포된 영역인 제1 양극 무지부를 포함하는 양극판, 상기 제1 양극 무지부에 부착된 양극 탭, 상기 양극 집전체의 상기 제1 면과 대향하는 음극 금속 집전체의 제1 면 상에 음극 활물질이 도포된 음극 활물질부와 상기 음극 활물질이 미도포된 영역인 제1 음극 무지부를 포함하는 음극판 및 상기 양극판과 상기 음극판 사이의 세퍼레이터를 포함하고, 상기 제1 양극 무지부는 상기 양극판의 길이 방향에 따른 상기 양극판의 일단부와 타단부 사이에 위치하고, 상기 제1 음극 무지부는 상기 제1 양극 무지부와 중첩하는 위치에 형성된 전극 조립체를 개시한다.
본 실시예에 있어서, 상기 양극판의 상기 길이 방향에 따른 상기 제1 양극 무지부의 폭은, 상기 음극판의 길이 방향에 따른 상기 제1 음극 무지부의 폭보다 작을 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 양극 탭은 구리로 형성될 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 양극판은 상기 일단부와 상기 타단부에 각각 제2 양극 무지부와 제3 양극 무지부를 포함하고, 상기 음극판은 상기 제2 양극 무지부와 상기 제3 양극 무지부와 중첩하는 제2 음극 무지부와 제3 음극 무지부를 포함하며, 상기 제2 음극 무지부와 상기 제3 음극 무지부에는 각각 음극 탭이 부착될 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 양극 탭과 상기 음극 탭은 서로 반대 방향으로 상기 전극 조립체의 외부로 돌출될 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 양극판, 상기 세퍼레이터 및 상기 음극판은 함께 권취되어 젤리롤 구조를 형성하며, 상기 젤리롤 구조의 중앙에는 센터핀을 포함할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 양극 집전체의 제2 면에는 상기 양극 활물질이 도포되고, 상기 음극 집전체의 제2 면에는 상기 음극 활물질이 도포될 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 양극판의 상기 일단부로부터 상기 제1 양극 무지부의 중앙까지의 거리는 상기 양극판의 길이의 1/3 내지 2/3일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예는, 양극판, 음극판 및 상기 양극판과 상기 음극판 사이의 세퍼레이터를 포함하는 전극 조립체, 상기 전극 조립체를 수용하는 캔 및 상기 캔의 상부면에 결합된 캡 조립체를 포함하고, 상기 양극판은, 양극 집전체의 제1 면 상에 양극 활물질이 도포된 양극 활물질부와 상기 양극 활물질이 미도포된 영역인 제1 양극 무지부를 포함하고, 상기 음극판은, 상기 양극 집전체의 상기 제1 면과 대향하는 음극 금속 집전체의 제1 면 상에 음극 활물질이 도포된 음극 활물질부와 상기 음극 활물질이 미도포된 영역인 제1 음극 무지부를 포함하며, 상기 제1 음극 무지부는 상기 제1 양극 무지부와 중첩하는 위치에 형성되고, 상기 제1 양극 무지부에는 양극 탭이 부착되며, 상기 제1 음극 무지부의 폭은 상기 제1 양극 무지부의 폭보다 큰 이차 전지를 개시한다.
본 실시예에 있어서, 상기 제1 양극 무지부는 상기 양극판의 길이 방향에 따른 상기 양극판의 일단부와 타단부 사이에 위치할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 양극판의 상기 일단부로부터 상기 제1 양극 무지부의 중앙까지의 거리는 상기 양극판의 길이의 1/3 내지 2/3일 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 양극판, 상기 세퍼레이터 및 상기 음극판은 함께 권취되어 젤리롤 구조를 형성하고, 상기 젤리롤 구조의 중앙에 센터핀을 더 포함할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 양극 탭은 구리로 형성될 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 양극판은 상기 일단부와 상기 타단부에 각각 제2 양극 무지부와 제3 양극 무지부를 포함하고, 상기 음극판은 상기 제2 양극 무지부와 상기 제3 양극 무지부와 중첩하는 제2 음극 무지부와 제3 음극 무지부를 포함하며, 상기 제2 음극 무지부와 상기 제3 음극 무지부에는 각각 음극 탭이 부착될 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 전극 조립체의 상부에 배치된 상부 절연부와 상기 전극 조립체의 하부에 배치된 하부 절연부를 포함할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 양극 탭과 상기 음극 탭은 서로 반대 방향으로 상기 전극 조립체의 외부로 돌출될 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 양극 탭은 상기 상부 절연부를 관통하여 상기 캡 조립체와 접속하고, 상기 음극 탭은 각각 상기 하부 절연부를 관통하여 상기 캔과 접속할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 양극 집전체의 제2 면에는 상기 양극 활물질이 도포되고, 상기 음극 집전체의 제2 면에는 상기 음극 활물질이 도포될 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 캔은 원통형일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 이차 전지의 내부 단락시 저항을 최소화함으로써, 내부 단락에 의한 이차 전지의 폭발, 발화 등을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지를 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1의 I-I 단면을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 3은 도 2의 이차 전지에 포함된 전극 조립체를 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 4는 도 3의 전극 조립체를 개략적으로 도시한 분해 사시도이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명의 효과 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 다양한 형태로 구현될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 하며, 도면을 참조하여 설명할 때 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
이하의 실시예에서, 제1, 제2 등의 용어는 한정적인 의미가 아니라 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하는 목적으로 사용되었다.
이하의 실시예에서, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
이하의 실시예에서, 포함하다 또는 가지다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 또는 구성요소가 존재함을 의미하는 것이고, 하나 이상의 다른 특징들 또는 구성요소가 부가될 가능성을 미리 배제하는 것은 아니다.
이하의 실시예에서, 구성 요소 등의 부분이 다른 부분 위에 또는 상에 있다고 할 때, 다른 부분의 바로 위에 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 구성 요소 등이 개재되어 있는 경우도 포함한다.
도면에서는 설명의 편의를 위하여 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다. 예컨대, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지를 개략적으로 도시한 사시도, 도 2는 도 1의 I-I 단면을 개략적으로 도시한 단면도, 도 3은 도 2의 이차 전지에 포함된 전극 조립체를 개략적으로 도시한 사시도, 그리고 도 4는 도 3의 전극 조립체를 개략적으로 도시한 분해 사시도이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(10)는 전극 조립체(100), 전극 조립체(100)를 수용하는 캔(140), 캔(140)을 밀봉하는 캡 조립체(150)를 포함할 수 있다.
먼저 도 4에 도시된 바와 같이, 전극 조립체(100)는 양극판(110), 음극판(120) 및 양극판(110)과 음극판(120) 사이의 세퍼레이터(130)를 포함할 수 있다.
양극판(110)은 양극 집전체(112)와, 양극 집전체(112)의 적어도 제1 면(S22) 상에 양극 활물질이 도포된 양극 활물질부(114) 및 양극 활물질이 미도포된 영역인 제1 양극 무지부(115)를 포함할 수 있다.
양극 집전체(112)는 예를 들어, 알루미늄, 스테인레스강, 티탄, 구리, 은 또는 이들로부터 선택된 물질의 조합으로 형성된 금속일 수 있다.
양극 활물질부(114)는 양극 활물질을 양극 집전체(112)의 표면에 도포하여 형성할 수 있으며, 양극 활물질 외에 바인더 및 도전제를 더 포함할 수 있다.
양극 활물질은 리튬 이온을 가역적으로 흡장 및 방출할 수 있는 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 양극 활물질은 코발트산 리튬, 니켈산 리튬, 니켈 코발트산 리튬, 니켈 코발트 알루미늄산 리튬, 니켈 코발트 망간산 리튬, 망간산 리튬 및 인산철 리튬과 같은 리튬 전이금속 산화물, 황화 니켈, 황화 구리, 황, 산화철 및 산화 바나듐으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 물질을 포함할 수 있다.
바인더는 폴리비닐리덴플루오라이드, 비닐리덴 플루오라이드/헥사플루오로프로필렌 코폴리머, 비닐리덴플루오라이드/테트라플루로에틸린 코폴리머 등의 폴리비닐리덴플루오라이드계 바인더, 나트륨-카르복시메틸셀룰로오스, 리튬-카르복시메틸셀룰로오스 등의 카르복시메틸셀룰로오스계 바인더, 폴리아크릴산, 리튬-폴리아크릴산, 아크릴, 폴리아크릴로니트릴, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리부틸아크릴레이트 등의 아크릴레이트계 바인더, 폴리아미드이미드, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리피롤, 리튬-나피온 및 스티렌 부타디엔 고무계 폴리머로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 물질을 포함할 수 있다.
도전제는 카본블랙, 탄소섬유 및 흑연과 같은 탄소계 도전제, 금속섬유와 같은 도전성 섬유, 불화카본 분말, 알루미늄 분말 및 니켈 분말과 같은 금속 분말, 산화아연 및 티탄산칼륨과 같은 도전성 휘스커, 산화티탄과 같은 도전성 금속 산화물 및 폴리페닐렌 유도체 등의 전도성 고분자로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 물질을 포함할 수 있다.
제1 양극 무지부(115)는 양극판(110)의 길이 방향에 따른 양극판(110)의 일단부와 타단부 사이에 위치할 수 있다. 예를 들어, 양극판(110)의 일단부로부터 제1 양극 무지부(115)의 중앙까지의 거리는 양극판(110)의 길이의 1/3 내지 2/3일 수 있다. 따라서, 제1 양극 무지부(115)의 양측에는 양극 활물질부(114)가 위치할 수 있다.
한편, 제1 양극 무지부(115)에는 양극 탭(119)이 부착될 수 있다. 양극 탭(119)은 전기 전도성이 우수한 금속으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 양극 탭(119)은 구리(Cu) 또는 구리 합금으로 형성될 수 있다. 양극 탭(119)은 초음파 용접, 저항 용접 또는 레이저 용접 등의 다양한 방법으로 제1 양극 무지부(115)에 부착될 수 있다.
이와 같이, 제1 양극 무지부(115)가 양극판(110)의 일단부와 타단부 사이에 위치하고, 전기 전도성이 우수한 양극 탭(119)이 제1 양극 무지부(115)에 부착됨으로써, 이차 전지(10)의 전기 화학 반응에 따른 전자의 이동 거리 및 양극 탭(119)에서 저항에 의한 발열 현상을 감소시킬 수 있다.
한편, 양극판(110)은 일단부와 타단부에 각각 제2 양극 무지부(116)와 제3 양극 무지부(117)를 포함할 수 있다. 제2 양극 무지부(116)와 제3 양극 무지부(117)는 후술하는 제2 음극 무지부(126) 및 제3 음극 무지부(127)와 각각 중첩하도록 형성될 수 있다.
또한, 양극 집전체(112)의 제1 면(S22)과 반대면인 양극 집전체(112)의 제2 면에도 양극 활물질이 도포될 수 있다. 따라서, 양극 활물질의 도포 면적이 증가하여 이차 전지(10)의 용량이 증가할 수 있다.
음극판(120)은 음극 집전체(122)와 음극 집전체(122)의 적어도 제1 면(S21)상에 음극 활물질이 도포되어 형성된 음극 활물질부(124) 및 음극 활물질이 미도포된 영역인 제1 음극 무지부(125)를 포함할 수 있다. 여기서, 음극 집전체(122)의 제1 면(S21)은 양극 집전체(112)의 제1 면(S22)과 대향하는 면을 의미한다. 즉, 도 4에서는 설명의 편의상 음극 집전체(122)의 제1 면(S21)이 양극 집전체(112)의 제1 면(S22)과 동일한 방향을 향하도록 도시하고 있으나, 실질적으로 음극 집전체(122)의 제1 면(S21)은 도 3에서 도시하는 바와 같이 양극 집전체(112)의 제1 면(S22)을 바라보는 면을 의미한다.
음극 집전체(122)는 구리, 스테인레스강, 니켈, 알루미늄 및 티탄으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 금속을 포함할 수 있다.
음극 활물질부(124)는 음극 활물질을 음극 집전체(122)의 표면에 도포하여 형성할 수 있으며, 음극 활물질 외에 바인더 및 도전제를 더 포함할 수 있다. 또한, 음극 집전체(122)의 제1 면(S21)과 반대면인 음극 집전체(122)의 제2 면에도 음극 활물질이 도포될 수 있다.
음극 활물질은 리튬과의 합금화 또는 리튬의 가역적인 흡장 및 방출이 가능한 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 음극 활물질은 금속, 탄소계 재료, 금속산화물 및 리튬금속질화물로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 물질을 포함할 수 있다.
금속은 리튬, 규소, 마그네슘, 칼슘, 알루미늄, 게르마늄, 주석, 납, 비소, 안티몬, 비스무트, 은, 금, 아연, 카드뮴, 수은, 구리, 철, 니켈, 코발트 및 인듐으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 물질을 포함할 수 있다.
탄소계 재료는 흑연, 흑연 탄소섬유, 코크스, 메소카본 마이크로비즈(MCMB), 폴리아센, 피치계 탄소섬유 및 난흑연화성 탄소(hard carbon)로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 물질을 포함할 수 있다.
금속산화물은 리튬티탄산화물, 산화티탄, 산화몰리브덴, 산화니오븀, 산화철, 산화텅스텐, 산화주석, 비정질 주석복합산화물, 실리콘 모노옥사이드, 산화코발트 및 산화니켈로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.
바인더 및 도전제는 각각 양극 활물질부에 포함된 바인더 및 도전제와 동일한 것을 사용할 수 있다.
이와 같은 양극판(110)과 음극판(120) 사이에는 세퍼레이터(130)가 위치하여 양극판(110)과 음극판(120)을 서로 절연 시킬 수 있다. 세퍼레이터(130)는 예를 들어, 폴리에틸렌(Polyethylene), 폴리프로필렌(Polypropylene)막과 같은 다공성 고분자막으로 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 이차 전지(10)는 외부 단락의 발생시 큰 전류가 양극 탭(119)으로 흐를 수 있고, 양극 탭(119)에 큰 전류가 흐르는 경우는 양극 탭(119)의 온도가 증가하여, 양극 탭(119)의 주변에서 열에 의해 세퍼레이터(130)가 수축 또는 변형될 수 있다. 세퍼레이터(130)의 수축 또는 변형시에는 양극판(110)과 음극판(120) 간의 단락이 발생할 수 있는데, 이때, 양극 탭(119)과 음극 활물질부(124)가 접하는 경우는 급격한 저항의 증가로 인해 이차 전지(10)가 발화 또는 폭발하는 안전 사고가 발생할 수 있다. 따라서, 이를 방지하기 위해 제1 음극 무지부(125)는 제1 양극 무지부(115)와 중첩하는 위치에 형성될 수 있으며, 또한, 양극판(110)의 길이 방향에 따른 제1 음극 무지부(125)의 폭(W2)은 제1 양극 무지부(115)의 폭(W1)보다 크게 형성될 수 있다.
제1 음극 무지부(125)가 양극 탭(119)이 부착된 제1 양극 무지부(115)와 중첩하여 형성되면, 양극 탭(119) 주변의 세퍼레이터(130)가 열에 의해 수축 또는 변형되어 양극판(110)과 음극판(120) 간의 단락이 발생하더라도, 양극 탭(119)과 제1 음극 무지부(125)가 서로 접함에 따라, 상대적으로 낮은 저항을 가진 상태로 내부 단락을 유도되어, 이차 전지(10)가 발화 또는 폭발되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 제1 음극 무지부(125)의 폭(W2)이 제1 양극 무지부(115)의 폭(W1)보다 크게 형성되면, 전극 조립체(100)의 제조 공정 시 오차가 발생하더라도, 제1 음극 무지부(125)와 제1 양극 무지부(115)는 서로 중첩될 수 있다. 이때, 제1 양극 무지부(115)의 폭(W1)과 제1 음극 무지부(125)의 폭(W2)은, 제1 양극 무지부(115)의 형성 위치, 전극 조립체(100)의 제조 공정 시 발생하는 오차 등을 고려하여 다양하게 설정될 수 있다.
한편, 양극판(110), 세퍼레이터(130) 및 음극판(120)은 함께 권취되어 젤리롤 구조를 형성할 수 있는데, 이때 제1 양극 무지부(115)가 형성된 양극 집전체(112)의 제1 면(S22)과 제1 음극 무지부(125)가 형성된 음극 집전체(122)의 제1 면(S21)이 서로 마주보도록 배치됨으로써, 양극 탭(119)의 두께가 보상되어 양극 탭(119) 상에 권취되는 양극판(110)과 음극판(120)이 양극 탭(119)에 의해 눌리는 현상을 방지할 수 있다.
구체적으로, 도 3에 도시된 바와 같이, 양극 탭(119)을 감싸는 세퍼레이터(130)의 일부는 양극 탭(119)의 두께에 의해 외부로 볼록한 형상을 가지지만, 서로 마주보고 중첩된 제1 양극 무지부(115)와 제1 음극 무지부(125)에 의해 양극 탭(119)의 두께가 보상됨으로써, 양극판(110)과 음극판(120)은 양극 탭(119)과 중첩된 위치에서 눌림 현상 없이 권취될 수 있다. 따라서, 양극 탭(119)과 중첩된 위치에서 양극 활물질부(114) 및 음극 활물질부(124)에 응력이 집중되는 현상이 방지되며, 이에 따라 양극 활물질부(114)와 음극 활물질부(124)에 크랙이 발생하거나, 양극 활물질부(114)와 음극 활물질부(124)가 탈락되는 현상을 방지할 수 있다.
다시 도 4를 참조하면, 음극판(120)은 일단부와 타단부에 각각 제2 음극 무지부(126)와 제3 음극 무지부(127)를 포함할 수 있다. 제2 음극 무지부(126)와 제3 음극 무지부(127)에는 제1 음극 탭(128)과 제2 음극 탭(129)이 각각 부착될 수 있다. 제1 음극 탭(128)과 제2 음극 탭(129)은 예를 들어 니켈로 형성될 수 있으며, 초음파 용접, 저항 용접 또는 레이저 용접 등의 다양한 방법으로 제2 음극 무지부(126)와 제3 음극 무지부(127)에 각각 부착될 수 있다.
이와 같이 음극판(120)은 일단부와 타단부에 제2 음극 무지부(126)와 제3 음극 무지부(127)가 형성되면, 전자의 이동 거리를 최소화할 수 있고, 이에 의해 이차 전지(10)의 고율 방전 특성이 향상될 수 있으며, 전류의 이동에 의한 발열 현상을 최소화할 수 있다.
또한, 제2 음극 무지부(126)는 제2 양극 무지부(116)와 중첩될 수 있고, 제3 음극 무지부(127)는 제3 양극 무지부(117)와 중첩될 수 있다. 따라서, 제1 음극 탭(128) 및 제2 음극 탭(129)의 두께가 보상되어 양극판(110)과 음극판(120)은 눌림 현상 없이 권취될 수 있다.
한편, 제1 음극 탭(128)과 제2 음극 탭(129)은 양극 탭(119)과 반대 방향으로 전극 조립체(100)의 외부로 도출될 수 있다. 따라서, 제1 음극 탭(128)과 양극 탭(119) 사이 및 제2 음극 탭(129)과 양극 탭(119) 사이의 단락을 효과적으로 방지할 수 있다.
전극 조립체(100)는 중앙에 센터 핀(C)을 더 포함할 수 있으며, 도 2에 도시된 바와 같이 캔(140)에 수용될 수 있다.
센터핀(C)은 이차 전지(10)의 충방전 중 전극 조립체(100)의 변형을 억제하는 역할을 할 수 있다. 센터 핀(C)은 중공이 형성된 긴 원통형일 수 있다. 그러나, 센터핀(C)의 구조는 이에 제한되지 않으며 내부가 관통되지 않고 메워져 있는 구조를 구비할 수도 있다.
캔(140)은 스틸, 스테인레스 스틸, 알루미늄 또는 이의 등가물로 형성 가능하며, 측면(141)과 바닥면(142)이 일체적으로 형성되고, 상부면은 개구가 형성될 수 있다. 개구를 통해 전극 조립체(100)는 캔(140)의 내부로 삽입되고, 개구는 캡 조립체(150)가 결합되어 밀봉될 수 있다. 예를 들어, 캔(140)은 전극 조립체(100)의 형상과 같이 원통형으로 형성될 수 있다.
캔(140)의 내부에는 전극 조립체(100)와 함께 전해질이 주입될 수 있다. 전해액은 리튬염과 고순도 유기 용매류의 혼합물인 비수질계 유기 전해액일 수 있다. 이와 달리 전해액은 고분자 전해질을 이용한 폴리머일 수도 있으나 본 발명의 보호 범위는 이에 한정되는 것이 아니며 전해액의 종류는 다양하게 변형 가능하다.
캔(140)에 수용된 전극 조립체(100)의 상부와 하부에는 각각 상부 절연부(145)와 하부 절연부(146)가 배치될 수 있다. 상부 절연부(145)는 전극 조립체(100)의 상부와 캡 조립체(150) 사이를 절연시키고, 하부 절연부(146)는 전극 조립체(100)의 하부와 캔(140)의 바닥면(142) 사이를 절연시킬 수 있다.
상부 절연부(145)와 하부 절연부(146)는 전해액을 흡수하여 수직방향으로 부피가 팽창할 수 있다. 따라서, 캔(140)의 내부에서 전극 조립체(100)의 유동을 방지할 수 있다. 상부 절연부(145)와 하부 절연부(146)는 PET(Polyethylen terephthalate) 또는 PVDF(Polyvinylidene fluoride)로 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 양극 탭(119)은 상부 절연부(145)를 관통하여 캡 조립체(150)와 접속하고, 제1 음극 탭(126)과 제2 음극 탭(129)은 하부 절연부(146)를 관통하여 캔(140)과 접속할 수 있다.
또한, 캔(140)에는 캡 조립체(150)를 중심으로 캡 조립체(150)의 하부에 내부로 움푹 파인 비딩부(beading part)(143)가 형성되고, 캡 조립체(150)의 상부에는 내부로 절곡된 크림핑부(crimping part)(144)가 형성될 수 있다. 이러한 비딩부(143) 및 크림핑부(144)는 캡 조립체(150)를 원통형 캔(140)에 단단히 고정 및 지지하여 캡 조립체(150) 이탈을 방지하는 역할을 하며, 또한 전해액이 외부로 누액되지 않도록 하는 역할을 한다.
캡 조립체(150)는 가스켓(151), 안전 벤트(152), 회로기판(153), 양성 온도 소자(PTC)(154) 및 양극 캡(155)을 구비할 수 있다. 캡 조립체(150)는 원통형 캔(140)의 상부 측에 배치될 수 있다.
가스켓(151)은 대략 링 형태로 원통형 캔(140)의 일 측에 배치될 수 있다. 이때, 절연성 가스켓(151)에는 양극 탭(119)과 접속되는 도전성 안전 벤트(152)가 결합되어 이루어질 수 있다. 여기서, 안전 벤트(152)는 캔(140) 내부의 압력 상승 시 변형되거나 파열되어 회로기판(153)을 파손시키거나 또는 가스를 외부로 방출시키는 역할을 한다.
회로기판(153)은 안전 벤트(152)의 일 측에 배치되어 안전 벤트(152)의 변형 시 파손 또는 파괴되어 전류가 차단된다. 양성 온도 소자(154)는 회로기판(153)의 상부에는 배치되어 과전류시 전류가 차단되는 역할을 한다.
양극 캡(155)은 양성 온도 소자(154)의 일 측에 배치되어 외부에 양극 전압을 인가할 수 있다. 또한 양극 캡(155)은 가스 배출이 용이하도록 다수의 통공(155a)을 구비할 수 있다. 이러한 안전 벤트(152), 회로기판(153), 양성 온도 소자(154) 및 양극 캡(155)은 모두 절연성 가스켓(151) 내측에 장착되어 있음으로써, 원통형 캔(140)과의 직접적인 쇼트가 방지되도록 되어 있다. 더불어, 회로기판(153)의 표면에는 배선 패턴(153a)이 형성되어 있는데, 이러한 배선 패턴(153a)은 회로기판(153)이 파손되거나 파괴되면 자연스럽게 끊어지도록 되어 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.
10: 이차 전지 100: 전극 조립체
110: 양극판 112: 양극 집전체
114: 양극 활물질부 115: 제1 양극 무지부
116: 제2 양극 무지부 117: 제3 양극 무지부
119: 양극 탭 120: 음극판
122: 음극 집전체 124: 음극 활물질부
125: 제1 음극 무지부 126: 제2 음극 무지부
127: 제3 음극 무지부 128: 제1 음극 탭
129: 제2 음극 탭 130: 세퍼레이터
140: 캔 145: 제1 절연부
146: 제2 절연부 150: 캡 조립체

Claims (19)

  1. 양극 집전체의 제1 면 상에 양극 활물질이 도포된 양극 활물질부와 상기 양극 활물질이 미도포된 영역인 제1 양극 무지부를 포함하는 양극판;
    상기 제1 양극 무지부에 부착된 양극 탭;
    상기 양극 집전체의 상기 제1 면과 대향하는 음극 금속 집전체의 제1 면 상에 음극 활물질이 도포된 음극 활물질부와 상기 음극 활물질이 미도포된 영역인 제1 음극 무지부를 포함하는 음극판; 및
    상기 양극판과 상기 음극판 사이의 세퍼레이터;를 포함하고,
    상기 제1 양극 무지부는 상기 양극판의 길이 방향에 따른 상기 양극판의 일단부와 타단부 사이에 위치하고, 상기 제1 음극 무지부는 상기 제1 양극 무지부와 중첩하는 위치에 형성된 전극 조립체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 양극판의 상기 길이 방향에 따른 상기 제1 양극 무지부의 폭은, 상기 음극판의 길이 방향에 따른 상기 제1 음극 무지부의 폭보다 작은 전극 조립체.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 양극 탭은 구리로 형성된 전극 조립체.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 양극판은 상기 일단부와 상기 타단부에 각각 제2 양극 무지부와 제3 양극 무지부를 포함하고,
    상기 음극판은 상기 제2 양극 무지부와 상기 제3 양극 무지부와 중첩하는 제2 음극 무지부와 제3 음극 무지부를 포함하며,
    상기 제2 음극 무지부와 상기 제3 음극 무지부에는 각각 음극 탭이 부착된 전극 조립체.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 양극 탭과 상기 음극 탭은 서로 반대 방향으로 상기 전극 조립체의 외부로 돌출된 전극 조립체.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 양극판, 상기 세퍼레이터 및 상기 음극판은 함께 권취되어 젤리롤 구조를 형성하며,
    상기 젤리롤 구조의 중앙에는 센터핀을 포함하는 전극 조립체.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 양극 집전체의 제2 면에는 상기 양극 활물질이 도포되고, 상기 음극 집전체의 제2 면에는 상기 음극 활물질이 도포된 전극 조립체.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 양극판의 상기 일단부로부터 상기 제1 양극 무지부의 중앙까지의 거리는 상기 양극판의 길이의 1/3 내지 2/3인 전극 조립체.
  9. 양극판, 음극판 및 상기 양극판과 상기 음극판 사이의 세퍼레이터를 포함하는 전극 조립체;
    상기 전극 조립체를 수용하는 캔; 및
    상기 캔의 상부면에 결합된 캡 조립체;를 포함하고,
    상기 양극판은, 양극 집전체의 제1 면 상에 양극 활물질이 도포된 양극 활물질부와 상기 양극 활물질이 미도포된 영역인 제1 양극 무지부를 포함하고,
    상기 음극판은, 상기 양극 집전체의 상기 제1 면과 대향하는 음극 금속 집전체의 제1 면 상에 음극 활물질이 도포된 음극 활물질부와 상기 음극 활물질이 미도포된 영역인 제1 음극 무지부를 포함하며,
    상기 제1 음극 무지부는 상기 제1 양극 무지부와 중첩하는 위치에 형성되고, 상기 제1 양극 무지부에는 양극 탭이 부착되며, 상기 제1 음극 무지부의 폭은 상기 제1 양극 무지부의 폭보다 큰 이차 전지.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1 양극 무지부는 상기 양극판의 길이 방향에 따른 상기 양극판의 일단부와 타단부 사이에 위치하는 이차 전지.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 양극판의 상기 일단부로부터 상기 제1 양극 무지부의 중앙까지의 거리는 상기 양극판의 길이의 1/3 내지 2/3인 이차 전지.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 양극판, 상기 세퍼레이터 및 상기 음극판은 함께 권취되어 젤리롤 구조를 형성하고,
    상기 젤리롤 구조의 중앙에 센터핀을 더 포함하는 이차 전지.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 양극 탭은 구리로 형성된 이차 전지.
  14. 제9항에 있어서,
    상기 양극판은 상기 일단부와 상기 타단부에 각각 제2 양극 무지부와 제3 양극 무지부를 포함하고,
    상기 음극판은 상기 제2 양극 무지부와 상기 제3 양극 무지부와 중첩하는 제2 음극 무지부와 제3 음극 무지부를 포함하며,
    상기 제2 음극 무지부와 상기 제3 음극 무지부에는 각각 음극 탭이 부착된 이차 전지.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 전극 조립체의 상부에 배치된 상부 절연부와 상기 전극 조립체의 하부에 배치된 하부 절연부를 포함하는 이차 전지.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 양극 탭과 상기 음극 탭은 서로 반대 방향으로 상기 전극 조립체의 외부로 돌출된 이차 전지.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 양극 탭은 상기 상부 절연부를 관통하여 상기 캡 조립체와 접속하고, 상기 음극 탭은 각각 상기 하부 절연부를 관통하여 상기 캔과 접속하는 이차 전지.
  18. 제9항에 있어서,
    상기 양극 집전체의 제2 면에는 상기 양극 활물질이 도포되고, 상기 음극 집전체의 제2 면에는 상기 음극 활물질이 도포된 이차 전지.
  19. 제9항에 있어서,
    상기 캔은 원통형인 이차 전지.
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