KR20160074963A - 양극 탭과 음극 탭들이 동일한 방향으로 돌출되어 있는 원통형 이차전지 - Google Patents

양극 탭과 음극 탭들이 동일한 방향으로 돌출되어 있는 원통형 이차전지 Download PDF

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KR20160074963A
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Abstract

본 발명은 양극 탭과 음극 탭들이 동일한 방향으로 돌출되어 있는 원통형 이차전지에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 분리막이 개재된 상태에서 양극과 음극이 권취되어 있는 구조의 전극조립체(젤리-롤); 상기 전극조립체가 전해액이 함침된 상태에서 장착되는 원통형 전지케이스; 및 상기 원통형 전지케이스의 개방 상단에 장착되는 캡 어셈블리;를 포함하고 있고, 상기 젤리-롤의 양극 탭과 음극 탭은 젤리-롤의 상부로부터 돌출되어 있으며, 상기 양극 탭은 캡 어셈블리의 하면에 결합되어 있고, 상기 음극 탭은 원통형 전지케이스의 내측면에 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지를 제공한다.

Description

양극 탭과 음극 탭들이 동일한 방향으로 돌출되어 있는 원통형 이차전지 {Cylindrical Secondary Battery Comprising Cathode Tab and Anode Tab Protruding toward the Same direction}
본 발명은 양극 탭과 음극 탭들이 동일한 방향으로 돌출되어 있는 원통형 이차전지에 관한 것이다.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 그러한 이차전지 중 높은 에너지 밀도와 방전 전압의 리튬 이차전지에 대해 많은 연구가 행해졌고 또한 상용화되어 널리 사용되고 있다.
이차전지는 전지케이스의 형상에 따라, 전극조립체가 원통형 또는 각형의 금속 캔에 내장되어 있는 원통형 전지 및 각형 전지와, 전극조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 내장되어 있는 파우치형 전지로 분류된다.
전지케이스에 내장되는 상기 전극조립체는 양극/분리막/음극의 적층 구조로 이루어진 충방전이 가능한 발전소자로서, 활물질이 도포된 긴 시트형의 양극과 음극 사이에 분리막을 개재하여 권취한 젤리-롤형과, 소정 크기의 다수의 양극과 음극을 분리막이 개재된 상태에서 순차적으로 적층한 스택형, 및 바이셀, 풀셀 등의 스택형 유닛셀들을 긴 길이의 분리막 시트를 사용하여 권취한 구조의 스택/폴딩형으로 분류된다. 그 중 젤리-롤형 전극조립체는 제조가 용이하고 중량당 에너지 밀도가 높은 장점을 가지고 있어 계속하여 사용되고 있고, 주로 원통형 전지와 각형 전지에 사용되고 있다.
도 1에는 종래의 젤리-롤형 전극조립체가 내장되어 있는 원통형 전지의 구조가 모식적으로 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 원통형 전지(100)는 양극 탭(110)과 음극 탭(도시하지 않음)이 서로 상이한 방향으로 돌출된 상태의 젤리-롤형 전극조립체(120)가 원통형 케이스(130)에 수납되어 있는 구조로 이루어져 있다.
이때, 젤리-롤형 전극조립체(120)는, 전극조립체를 고정 및 지지하는 작용과 충방전 및 작동시 내부 반응에 의해 발생되는 가스를 방출하는 통로로서 작용하는 원통형의 센터 핀(150)이 그것의 권심(젤리-롤의 중심부)에 위치하도록, 센터 핀(150)에 양극(121)과 음극(122) 및 이들 사이에 개재되어 있는 분리막(123)을 둥근 형태로 감은 구조로, 원통형 케이스(130)에 수납되어 있다.
이러한 원통형 전지(100)는, 원통형 케이스(130) 내에 젤리-롤형 전극조립체(120)을 수납하고, 전해액을 주입한 후에, 케이스(130)의 개방 상단에 양극 단자(도시하지 않음)가 형성되어 있는 탑 캡(140)을 결합하여 제작된다. 이때, 전극조립체(120)의 상단 절연부재(160) 상부에 돌출되어 있는 양극 탭(110)은 탑 캡(140)에 결합되고, 음극 탭은 전극조립체(120)의 하단 절연부재(170) 하부에서 돌출되어 케이스(130)의 하단에 결합된다.
그러나, 전극조립체(120)의 상부로 돌출되어 탑 캡과의 결합이 용이한 양극 탭(110)과는 달리, 전극조립체(120)의 하부에 돌출되어 있는 음극 탭은 케이스(130)를 용접하기 위한 용접봉(도시하지 않음)이 전극조립체(120)의 중심부에 삽입되는 공간을 확보하기 위해, 전극조립체(120)에 리폼핀을 삽입하는 리폼 공정이 필요하였고, 이에 따라 리폼핀과 용접봉 등의 별도의 부재 또한 필요하여, 결과적으로 생산성 및 생산 수율 측면에서 손실이 발생하는 문제점이 있었다.
따라서, 별도의 리폼 공정 없이, 음극 탭과 케이스를 용이하게 용접함으로써 원통형 전지의 생산성 및 생산 수율을 향상시킬 수 있는 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
구체적으로, 본 발명의 목적은, 별도의 리폼 공정과 리폼핀이나 용접봉 등의 부품 없이도 전극 탭들을 용이하게 전지케이스 및 캡 어셈블리에 결합할 수 있게 하여, 전지의 생산성 및 생산 수율이 향상된 구조의 원통형 이차전지를 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 원통형 이차전지는, 분리막이 개재된 상태에서 양극과 음극이 권취되어 있는 구조의 전극조립체(젤리-롤);
상기 전극조립체가 전해액이 함침된 상태에서 장착되는 원통형 전지케이스; 및
상기 원통형 전지케이스의 개방 상단에 장착되는 캡 어셈블리;
를 포함하고 있고,
상기 젤리-롤의 양극 탭과 음극 탭은 젤리-롤의 상부로부터 돌출되어 있으며, 상기 양극 탭은 캡 어셈블리의 하면에 결합되어 있고, 상기 음극 탭은 원통형 전지케이스의 내측면에 결합되어 있는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 양극 탭과 음극 탭은 각각 용접에 의해 캡 어셈블리와 원통형 전지케이스에 결합될 수 있다.
상기와 같이, 본 발명의 원통형 이차전지는 젤리-롤의 양극 탭과 음극 탭이 모두 젤리-롤의 상부로부터 돌출되어 있도록 구성되어 음극 탭이 전지케이스의 내측면에 결합되는 바, 음극 탭이 젤리-롤의 하부로부터 돌출되어 있던 종래의 원통형 이차전지와 달리, 음극 탭과 전지케이스의 용접을 위한 용접봉의 삽입이 요구되지 않는다. 따라서, 용접봉을 삽입하는 공간을 확보하기 위해 실시하던 리폼 공정의 삭제가 가능하여, 전지의 생산성 및 생산 수율을 향상시킬 수 있고, 별도의 공정에 따른 비용도 절감할 수 있다.
구체적으로, 상기 양극 탭은 젤리-롤의 중심부로부터 상향 돌출되어 있을 수 있고, 상기 음극 탭은 젤리-롤의 외주면으로부터 상향 돌출되어 있을 수 있다.
상기 구조의 젤리-롤은, 양극 탭과 음극 탭을 젤리-롤의 권취 전 시트 상에서 대향되는 면, 상세하게는 양극 탭은 시트가 권취되는 ??향의 면의 권취 시작부에 위치시키고, 음극 탭은 시트가 권취되는 방향의 반대 방향의 면의 권취 종료부에 위치시킴으로써 제조할 수 있다. 여기서, 시트는 양극, 분리막과 음극을 적층한 것을 의미한다.
이와 같이, 음극 탭을 젤리-롤의 외주면에서 상향 돌출되는 구조로 제조하면, 음극 탭은 전지케이스의 내측면에 근접하게 위치하게 됨으로써 캡 어셈블리의 하면과 젤리-롤의 상단 사이의 공간에서 원통형 전지케이스의 내측면에 용이하게 결합되어 있을 수 있다.
또한, 상기 음극 탭은 전지케이스에 근접하게 위치하여 외부로부터의 충격에 취약할 수 있는 바, 안전성의 향상을 위해 상기 전지케이스의 내측면에 결합된 음극 탭의 외면에는 절연성 테이프가 부착되어 있거나 또는 절연 물질이 코팅되어 있을 수 있다.
이때, 젤리-롤의 상부에 위치하는 캡 어셈블리는 내측에서 중심부가 양끝단보다 만입되어 있는 구조를 가지는 바, 외주면에 상향 돌출되어 있는 음극 탭의 돌출 길이는 젤리-롤의 중심부에 상향 돌출되어 있는 양극 탭의 돌출 길이보다 짧은 것이 바람직하고, 상세하게는 상기 음극 탭의 돌출 길이는 양극 탭의 돌출 길이보다 짧은 범위에서 0.5 내지 3 mm일 수 있고, 보다 상세하게는 1 내지 2 mm일 수 있다. 여기서 돌출 길이는 양극 탭과 음극 탭의 젤리-롤의 상부로부터 돌출되어 있는 부분의 길이를 의미한다.
상기 범위를 벗어나 음극 탭의 돌출 길이가 0.5 mm 미만일 경우, 음극 탭과 전지케이스의 내측면의 결합이 어렵거나 약해지는 문제점이 발생하고, 반면에 음극 탭의 돌출 길이가 3 mm 이상인 경우, 캡 어셈블리와 접촉될 수 있어 전지의 안정성이 떨어질 뿐만 아니라, 공간 활용 측면에서 불리하여 구조적 이점이 없어지는 문제점이 있다.
한편, 상기와 같은 이유로, 본 발명에 따른 음극 탭은, 돌출 길이 최소화를 위해 별도의 2차 커팅 공정을 거칠 수 있고, 이 경우, 캡 어셈블리의 하면과 젤리-롤의 상단 사이의 간격보다 짧은 돌출 길이를 가지도록 구성될 수 있는 바, 상기 음극 탭은 비절곡 상태로 원통형 전지케이스의 내측면에 결합되어 있을 수 있다.
반면에, 상기 전지케이스의 내측면에 결합하는 음극 탭과 달리, 상기 양극 탭은 상단의 캡 어셈블리에 결합되어야 하므로, 보다 용이한 용접을 위해 절곡된 상태로 캡 어셈블리의 하면에 결합되어 있을 수 있다. 따라서, 상기 양극 탭은 절곡을 용이하게 하고, 진동 등에 의한 외부 충격에 대해서도 안정적인 접속 상태를 유지할 수 있도록 소정의 유연성을 가져야 한다.
더 나아가, 하나의 구체적인 예에서, 젤리-롤의 흔들림을 방지하고, 외부 충격시 젤리-롤과 외부의 접촉 발생을 방지하여 내부단락을 방지하고 전지 안전성을 향상시키기 위해, 상기 젤리-롤의 상단에는 양극 탭과 음극 탭이 각각 관통하는 개구들이 천공되어 있는 상단 절연부재가 추가로 장착되어 있을 수 있고, 상기 젤리-롤의 하단과 원통형 전지케이스의 하단 내면 사이에는 개구가 천공되어 있지 않은 하단 절연부재가 추가로 장착되어 있을 수 있다.
이는, 앞서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 이차전지에서 양극 탭과 음극 탭은 모두 젤리-롤의 상부로부터 돌출되어 있는 바, 상단 절연부재에만 양극 탭과 음극 탭의 관통을 위한 개구들이 천공되어 있고, 하단 절연부재에는 별도의 개구가 천공될 필요가 없기 때문이다.
한편, 본 발명에 따른 이차전지는 리튬 이차전지일 수 있다.
본 발명에 따른 리튬 이차전지의 기타 구성요소들에 대하여 이하에서 상세히 설명한다.
일반적으로 리튬 이차전지는 양극, 음극, 분리막을 포함하는 전극조립체에 리튬염 함유 비수 전해액이 함침되어 있는 구조로 이루어져 있다.
상기 양극은, 예를 들어, 양극 집전체 상에 양극 활물질, 도전재 및 바인더의 혼합물을 도포한 후 건조하여 제조되며, 필요에 따라서는, 충진제를 더 첨가하기도 한다.
상기 양극 집전체는 일반적으로 3 내지 500 ㎛의 두께로 만든다. 이러한 양극 집전체는, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 또는 알루미늄이나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리한 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.
상기 양극 활물질은 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 산화물; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 소재 등이 사용될 수 있다. 경우에 따라서는 양극 활물질에 도전성의 제 2 피복층이 부가됨으로 인해 상기 도전재의 첨가를 생략할 수도 있다.
상기 바인더는 활물질과 도전재 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 공중합체 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 중합체; 유리섬유, 탄소섬유 등의 섬유상 물질이 사용된다.
상기 음극은 음극 집전체 상에 음극 재료를 도포, 건조하여 제작되며, 필요에 따라, 앞서 설명한 바와 같은 성분들이 더 포함될 수도 있다.
상기 음극 집전체는 일반적으로 3 내지 500 ㎛의 두께로 만들어진다. 이러한 음극 집전체는, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 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.
상기 음극 재료는, 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 산화물; 폴리아세틸렌 등의 도전성 고분자; Li-Co-Ni 계 재료 등을 사용할 수 있다.
상기 분리막은 음극과 양극 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.
상기 리튬염 함유 비수계 전해액은, 비수 전해액과 리튬 염으로 이루어져 있다. 비수 전해액으로는 액상 비수 전해액, 고체 전해질, 무기 고체 전해질 등이 사용된다.
상기 액상 비수 전해액으로는, 예를 들어, N-메틸-2-피롤리디논, 프로필렌 카보네이트, 에틸렌 카보네이트, 부틸렌 카보네이트, 디메틸 카보네이트, 디에틸 카보네이트, 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 카보네이트 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 중합체 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 리튬 염은 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, 리튬염 함유 비수계 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 이산화탄소 가스를 더 포함시킬 수도 있다.
본 발명은 또한, 상기 이차전지를 전원으로 포함하는 디바이스를 제공한다.
상기 디바이스는 휴대용, 웨어러블 전자기기, 휴대용 컴퓨터, 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 및 전력저장장치로부터 선택될 수 있으나, 이들로 한정되는 것은 아니다.
도 1은 젤리-롤형 전극조립체를 내장하고 있는 종래 원통형 전지의 단면 모식도이다;
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 원통형 이차전지의 단면 모식도이다;
도 3은 도 2의 원통형 이차전지에서 젤리-롤의 일부분과 캡 어셈블리의 내부를 나타낸 모식도이다;
도 4는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 젤리-롤의 권취 전 구조를 나타낸 모식도이다.
이하에서는 도면을 참조하여, 본 발명의 내용을 더욱 상술하지만, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
도 2에는 본 발명에 따른 양극 탭과 음극 탭이 동일한 방향으로 돌출되어 있는 전극조립체를 포함하는 원통형 이차전지의 단면 모식도가 도시되어 있고, 도 3에는 양극 탭과 음극 탭의 위치관계 및 전지케이스와 캡 어셈블리와의 결합 관계를 구체적으로 나타낸 모식도가 도시되어 있다.
이들 도면을 참조하면, 원통형 이차전지(200)는, 전지케이스(230) 내에 전극조립체(250)가 내장되고 전극조립체(250)의 상부에 캡 어셈블리(240)가 위치하도록 구성되어 있다.
먼저, 양극 탭(210)과 음극 탭(220)은 모두 전극조립체(250)의 상부로부터 돌출되어 있으며, 양극 탭(210)은 캡 어셈블리(240)의 하면에 결합되어 있고, 음극 탭(220)은 캡 어셈블리(240)의 하면과 전극조립체(250)의 상단 사이의 공간에서 전지케이스(230)의 내측면에 결합되어 있다.
나아가, 음극 탭(220)은 전극조립체(250)의 외주면에서 비절곡된 상태로 상향 돌출되어 있고, 반면에 양극 탭(210)은 전극조립체(250)의 중심부에서 절곡된 상태로 상향 돌출되어 있으며, 따라서, 전극조립체(250)의 상부로 돌출되어 있는 음극 탭(220)의 길이는 양극 탭(210)의 길이보다 짧도록 구성되어 있다.
또한, 전극조립체(250)의 상부와 하부에는 전지의 안전성 향상을 위해 각각 상단 절연부재(260)와 하단 절연부재(270)가 놓여있다. 이때, 비록 도시되어 있지 아니하나, 상단 절연부재(260)에는 상부로 전극조립체(250)의 양극 탭(210)과 음극 탭(220)이 각각 돌출될 있도록 양극 탭(210)과 음극 탭(220)이 각각 관통하는 개구들이 천공되어 있음은 물론이다.
한편, 도 4에는 전극조립체(250)을 제조하는 방법을 설명하기 위한, 전극조립체의 권취 전 상태를 나타낸 모식도가 도시되어 있다.
도 4를 참조하면, 전극조립체(250)는 크게 양극(251), 분리막(253), 음극(252)로 구성되어 있고, 양극(251)과 음극(252) 사이에 분리막(253)이 위치한 구조로 되어 있다. 시트가 권취되는 방향의 면인 양극(251)의 앞면의 권취 시작부에는 양극 탭(210)이 상향 돌출되도록 배치되어 있고, 시트가 권취되는 방향의 반대 방향의 면인 음극(252)의 뒷면의 권취 종료부에는 음극 탭(220)이 양극 탭(210)과 같은 방향으로 돌출되도록 배치되어 있다. 따라서, 권심(도시하지 않음)을 삽입한 후, 권심을 축으로 하여 양극 탭이 안쪽으로 위치하도록 화살표 방향으로 권취할 경우, 도 3과 같이 양극 탭(210)이 전극조립체(250)의 중심부에 위치하고, 음극 탭(220)이 전극조립체(250)의 외주면에 위치한 전극조립체(250)가 만들어질 수 있다.
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)

  1. 분리막이 개재된 상태에서 양극과 음극이 권취되어 있는 구조의 전극조립체(젤리-롤);
    상기 전극조립체가 전해액이 함침된 상태에서 장착되는 원통형 전지케이스; 및
    상기 원통형 전지케이스의 개방 상단에 장착되는 캡 어셈블리;
    를 포함하고 있고,
    상기 젤리-롤의 양극 탭과 음극 탭은 젤리-롤의 상부로부터 돌출되어 있으며, 상기 양극 탭은 캡 어셈블리의 하면에 결합되어 있고, 상기 음극 탭은 원통형 전지케이스의 내측면에 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 양극 탭은 젤리-롤의 중심부로부터 상향 돌출되어 있고, 상기 음극 탭은 젤리-롤의 외주면으로부터 상향 돌출되어 있는 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 양극 탭과 음극 탭은 각각 용접에 의해 캡 어셈블리와 원통형 전지케이스에 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 젤리-롤의 상단에는 양극 탭과 음극 탭이 각각 관통하는 개구들이 천공되어 있는 상단 절연부재가 추가로 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 젤리-롤의 하단과 원통형 전지케이스의 하단 내면 사이에는 개구가 천공되어 있지 않은 하단 절연부재가 추가로 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 음극 탭의 돌출 길이는 양극 탭의 돌출 길이보다 상대적으로 짧은 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 음극 탭의 돌출 길이는 양극 탭의 돌출 길이보다 짧은 범위에서 0.5 내지 3 mm인 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 음극 탭의 돌출 길이는 양극 탭의 돌출 길이보다 짧은 범위에서 1 내지 2 mm인 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 음극 탭은 캡 어셈블리의 하면과 젤리-롤의 상단 사이의 공간에서 원통형 전지케이스의 내측면에 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 양극 탭은 절곡된 상태로 캡 어셈블리의 하면에 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 음극 탭은 비절곡 상태로 원통형 전지케이스의 내측면에 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 전지케이스의 내측면에 결합된 음극 탭의 외면에는 절연성 테이프가 부착되어 있거나 또는 절연 물질이 코팅되어 있는 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지.
  13. 제 1 항에 있어서, 상기 이차전지는 리튬 이차전지인 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지.
  14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 하나에 따른 이차전지를 전원으로 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스.
  15. 제 13 항에 있어서, 상기 디바이스는 휴대용, 웨어러블 전자기기, 휴대용 컴퓨터, 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 및 전력저장장치로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 디바이스.
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