KR20160109915A - 전극 조립체 및 이를 포함하는 이차 전지 - Google Patents

전극 조립체 및 이를 포함하는 이차 전지 Download PDF

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Abstract

본 발명에서는 권심부를 효율적으로 구성함으로써 전극 조립체의 두께를 감소시키고 용량을 증가시킬 수 있는 전극 조립체 및 이를 포함하는 이차 전지가 개시된다.
일 예로, 이차 전지용 전극 조립체에 있어서, 제 1 전극 집전체, 상기 제 1 전극 집전체의 적어도 일부 영역에 도포된 제 1 전극 활물질층을 포함하는 제 1 전극판; 제 2 전극 집전체, 상기 제 2 전극 집전체의 적어도 일부 영역에 도포된 제 2 전극 활물질층을 포함하는 제 2 전극판; 상기 제 1 전극판과 제 2 전극판 사이에 개재되는 세퍼레이터; 상기 제 1 전극 집전체의 권심부에 결합되는 제 1 전극탭; 및 상기 제 2 전극 집전체의 권심부에 결합되는 제 2 전극탭을 포함하고, 상기 권심부에서, 상기 제 1 전극 집전체 중 제 1 전극탭이 형성된 영역은 권취된 제 1 전극판과 마주보고, 상기 제 2 전극 집전체 중 제 2 전극탭이 형성된 영역은 권취된 제 2 전극판과 마주보며, 상기 제 2 전극판의 최초 1회 권취 턴이 이루어지기 전, 상기 제 2 전극 집전체의 일면에 상기 제 2 전극 활물질층이 형성되는 전극 조립체가 개시된다.

Description

전극 조립체 및 이를 포함하는 이차 전지 {electrode assembly and secondary battery having electrode assembly}
본 발명은 전극 조립체 및 이를 포함하는 이차 전지에 관한 것이다.
이차 전지(Secondary Battery)는 충전이 불가능한 일차 전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 전지로서, 하나의 전지 셀이 팩 형태로 포장된 저용량 전지의 경우 휴대폰 및 캠코더와 같은 휴대가 가능한 소형 전자기기에 사용되고, 전지 팩이 수십 개 연결된 전지 팩 단위의 대용량 전지의 경우 하이브리드 자동차 등의 모터 구동용 전원으로 널리 사용되고 있다.
이러한 이차 전지는 여러 가지 형상으로 제조되고 있는데, 대표적인 형상으로는 원통형, 각형 및 파우치형을 들 수 있으며, 양, 음극판 사이에 절연체인 세퍼레이터(separator)를 개재하여 형성된 전극 조립체와 전해액을 케이스에 내장 설치하여 구성된다. 물론, 상기 전극 조립체에는 양극 단자 및 음극 단자가 연결되며, 이는 케이스 외부로 노출 및 돌출된다.
본 발명은 권심부를 효율적으로 구성함으로써 전극 조립체의 두께를 감소시키고 용량을 증가시킬 수 있는 전극 조립체 및 이를 포함하는 이차 전지를 제공한다.
본 발명에 따른 이차 전지용 전극 조립체에 있어서, 제 1 전극 집전체, 상기 제 1 전극 집전체의 적어도 일부 영역에 도포된 제 1 전극 활물질층을 포함하는 제 1 전극판; 제 2 전극 집전체, 상기 제 2 전극 집전체의 적어도 일부 영역에 도포된 제 2 전극 활물질층을 포함하는 제 2 전극판; 상기 제 1 전극판과 제 2 전극판 사이에 개재되는 세퍼레이터; 상기 제 1 전극 집전체의 권심부에 결합되는 제 1 전극탭; 및 상기 제 2 전극 집전체의 권심부에 결합되는 제 2 전극탭을 포함하고, 상기 권심부에서, 상기 제 1 전극 집전체 중 제 1 전극탭이 형성된 영역은 권취된 제 1 전극판과 마주보고, 상기 제 2 전극 집전체 중 제 2 전극탭이 형성된 영역은 권취된 제 2 전극판과 마주보며, 상기 제 2 전극판의 최초 1회 권취 턴이 이루어지기 전, 상기 제 2 전극 집전체의 일면에 상기 제 2 전극 활물질층이 형성될 수 있다.
여기서, 상기 제 2 전극 활물질층은 상기 제 2 전극 집전체 중 상기 전극 조립체의 외측을 향하는 면에 형성될 수 있다.
그리고 상기 제 1 전극판의 1회 권취 턴 이후, 상기 제 1 전극 집전체의 양면에 상기 제 1 전극 활물질층이 형성될 수 있다.
또한, 상기 제 2 전극판의 2회 권취 턴 이후, 상기 제 1 전극 활물질층과 대응되는 영역에서부터 상기 제 2 전극 집전체의 양면에 상기 제 2 전극 활물질층이 형성될 수 있다.
또한, 상기 제 2 전극판의 1회 권취 턴과 2회 권취 턴 사이에서, 상기 제 2 전극 집전체의 양면에 상기 제 2 전극 활물질층이 형성될 수 있다.
또한, 상기 제 1 전극판의 최초 1회 권취 턴이 이루어지기 전, 상기 제 1 전극 집전체의 일면에 상기 제 1 전극 활물질층이 형성되며, 상기 제 1 전극 활물질층은 상기 제 1 전극 집전체 중 상기 전극 조립체의 외측을 향하는 면에 형성될 수 있다.
또한, 상기 제 2 전극판의 1회 권취 턴과 2회 권취 턴 사이에서, 상기 제 1 전극 활물질층과 대응되는 영역에서부터 상기 제 2 전극 집전체의 양면에 상기 제 2 전극 활물질층이 형성될 수 있다.
또한, 상기 제 1 전극판의 1회 권취 턴과 2회 권취 턴 사이에서, 상기 권심부에 위치한 상기 제 1 전극판의 단부의 연장선과 대응되는 영역에서부터 상기 제 1 전극 집전체의 양면에 상기 제 1 전극 활물질층이 형성될 수 있다.
또한, 상기 권심부 내의 상기 제 1 전극판의 단부 및 제 2 전극판의 단부의 연장선 사이 영역에서, 상기 제 1 전극 활물질층과 제 2 전극 활물질층은 서로 마주보도록 형성될 수 있다.
또한, 상기 권심부의 상기 제 1 전극 활물질층과 제 2 전극 활물질층이 서로 마주보는 영역에서, 상기 제 1 전극 활물질층 및 제 2 전극 활물질층은 각각 상기 제 1 전극 집전체 및 제 2 전극 집전체의 양면에 형성될 수 있다.
또한, 상기 세퍼레이터는 하나로 구성되어 상기 권심부 내에서 상기 제 1 전극판의 단부를 완전히 감싸도록 접혀질 수 있다.
또한, 상기 제 1 전극 집전체는 상기 전극 조립체의 최외각을 감싸도록 적어도 1회 연장 형성되며, 상기 전극 조립체의 최외각에서 상기 제 1 전극 집전체와 제 2 전극 집전체는 서로 마주볼 수 있다.
또한, 상기 권심부의 상기 제 1 전극탭과 제 2 전극탭 사이에서 상기 제 1 전극 집전체와 제 2 전극 집전체는 서로 마주보도록 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 이차 전지는 내부에 공간이 형성된 케이스; 및 상기 케이스의 공간 내에 삽입되는 전극 조립체를 포함하고, 상기 전극 조립체는, 제 1 전극 집전체, 상기 제 1 전극 집전체의 적어도 일부 영역에 도포된 제 1 전극 활물질층을 포함하는 제 1 전극판; 제 2 전극 집전체, 상기 제 2 전극 집전체의 적어도 일부 영역에 도포된 제 2 전극 활물질층을 포함하는 제 2 전극판; 상기 제 1 전극판과 제 2 전극판 사이에 개재되는 세퍼레이터; 상기 제 1 전극 집전체의 권심부에 결합되는 제 1 전극탭; 및 상기 제 2 전극 집전체의 권심부에 결합되는 제 2 전극탭을 포함하고, 상기 권심부에서, 상기 제 1 전극 집전체 중 제 1 전극탭이 형성된 영역은 권취된 제 1 전극판과 마주보고, 상기 제 2 전극 집전체 중 제 2 전극탭이 형성된 영역은 권취된 제 2 전극판과 마주보며, 상기 제 2 전극판의 최초 1회 권취 턴이 이루어지기 전, 상기 제 2 전극 집전체의 일면에 상기 제 2 전극 활물질층이 형성될 수 있다.
여기서, 상기 제 1 전극판의 최초 1회 권취 턴이 이루어지기 전, 상기 제 1 전극 집전체의 일면에 상기 제 1 전극 활물질층이 형성될 수 있다.
그리고 상기 권심부 내의 상기 제 1 전극판의 단부 및 제 2 전극판의 단부의 연장선 사이 영역에서, 상기 제 1 전극 활물질층과 제 2 전극 활물질층은 서로 마주보도록 형성될 수 있다.
또한, 상기 세퍼레이터는 하나로 구성되어 상기 권심부 내에서 상기 제 1 전극판의 단부를 완전히 감싸도록 접혀질 수 있다.
본 발명에 의한 전극 조립체 및 이를 포함하는 이차 전지는 권심부의 제 1 전극탭 및 제 2 전극탭 사이의 영역에서 제 1 전극 활물질층 및 제 2 전극 활물질층이 서로 마주보도록 형성함으로써 전극 조립체의 용량을 증가시킬 수 있다.
또한, 권심부의 동일 전극판이 마주보는 영역에는 활물질층을 형성하지 않음으로써 전극 조립체의 두께를 감소시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 분해사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지용 전극 조립체의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지용 전극 조립체의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이차 전지용 전극 조립체의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이차 전지용 전극 조립체의 단면도이다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이차 전지용 전극 조립체의 단면도이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이차 전지용 전극 조립체의 단면도이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이차 전지용 전극 조립체의 단면도이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이차 전지용 전극 조립체의 단면도이다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이차 전지의 분해 사시도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.
또한, 이하의 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이며, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는" 는 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및 /또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.
본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들은 이들 용어에 의해 한정되어서는 안 됨은 자명하다. 이들 용어는 하나의 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 다른 영역, 층 또는 부분과 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서, 이하 상술할 제1부재, 부품, 영역, 층 또는 부분은 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제2부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 지칭할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 분해사시도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지용 전극 조립체의 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(10)는 전극 조립체(100) 및 전극 조립체(100)를 수용하는 케이스(11)로 이루어질 수 있다.
상기 전극 조립체(100)는 제 1 전극판(110), 제 2 전극판(120) 및 그 사이에 개재된 세퍼레이터(130)가 적층 또는 권취되어 형성된다. 여기서, 상기 제 1 전극판(110)은 양극일 수 있고, 상기 제 2 전극판(120)은 음극일 수 있다. 물론, 반대의 경우도 가능하다.
상기 제 1 전극판(110)이 양극일 경우, 상기 제 1 전극판(110)은 도전성이 우수한 금속 박판, 예를 들면 알루미늄(Al) 호일로 이루어진 제 1 전극 집전체(111)의 양면에 제 1 전극 활물질층(112)을 코팅하여 형성된다. 여기서 상기 제 1 전극 활물질층(112)은 칼코게나이트(chalcogenide) 화합물을 사용하여 형성될 수 있으며, 그 예로 LiCoO2, LiMn2O4, LiNiO2, LiNiMnO2 등의 복합 금속 산화물들이 사용될 수 있으나, 본 발명에서 그 물질을 한정하는 것은 아니다. 상기 제 1 전극판(110)의 제 1 전극 활물질층(112)이 형성되지 않은 제 1 전극 무지부(113)에는 제 1 전극탭(140)이 형성된다. 상기 제 1 전극탭(140)의 일단은 상기 제 1 전극 무지부(113)에 전기적으로 연결되며, 타단은 상기 케이스(11)의 외부로 인출된다. 한편, 상기 제 1 전극 탭(140)의 상기 케이스(11)와 접촉하는 영역에는 절연을 위한 절연 필름(160)이 부착된다. 상기 절연 필름(160)은 PPS(polyphenylene sulfide), PI(polyimide) 또는 PP(polypropylene)로 이루어질 수 있으나, 본 발명에서 그 물질을 한정하는 것은 아니다.
상기 제 2 전극판(120)이 음극일 경우, 상기 제 2 전극판(120)은 전도성 금속 박판, 예를 들면, 구리(Cu) 또는 니켈(Ni) 호일로 이루어진 제 2 전극 집전체(121)의 양면에 제 2 전극 활물질층(122)을 코팅하여 형성된다. 여기서, 상기 제 2 전극 활물질층(122)은 탄소 계열 물질, Si, Sn, 틴 옥사이드, 틴 합금 복합체, 전이 금속 산화물, 리튬 금속 나이트라이트 또는 금속 산화물 등을 사용하여 형성될 수 있으나, 본 발명에서 그 물질을 한정하는 것은 아니다. 상기 제 2 전극판(120)의 제 2 전극 활물질층(122)이 형성되지 않은 제 2 전극 무지부(123)에는 제 2 전극 탭(150)이 형성된다. 상기 제 2 전극 탭(150)의 일단은 제 2 전극 무지부(123)에 전기적으로 연결되며, 타단은 상기 케이스(11)의 외부로 인출된다. 한편, 상기 제 2 전극 탭(150)의 상기 케이스(11)와 접촉하는 영역에는 절연을 위한 절연 필름(160)이 부착된다.
상기 세퍼레이터(130)는 상기 제 1 전극판(110)과 제 2 전극판(120) 사이에 개재되어 상기 제 1, 2 전극판(110, 120) 사이의 단락을 방지한다. 또한, 상기 세퍼레이터(130)는 다공성 막으로 이루어져 상기 제 1 전극판(110)과 제 2 전극판(120) 사이에서 리튬 이온의 이동을 가능하게 할 수 있다. 상기 세퍼레이터(130)는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 및 폴리에틸렌과 폴리프로필렌의 공중합체로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나로 이루어질 수 있으나, 본 발명에서 그 물질을 한정하는 것은 아니다. 상기 세퍼레이터(130)는 상기 제 1, 2 전극판(110, 120)의 단락을 방지하기 위하여 상기 제 1, 2 전극판(110, 120)보다 폭을 넓게 형성할 수 있다.
상기 전극 조립체(100)의 구조에 대해서는 후에 보다 구체적으로 설명하도록 한다.
상기 케이스(11)에는 전극 조립체(100)와 함께 전해액(미도시)이 수용된다. 이러한 전해액은 충방전 시 이차 전지(100) 내부의 양극 및 음극에서 전기 화학적 반응에 의해 생성되는 리튬 이온의 이동 매체 역할을 하며, 이는 리튬염과 고순도 유기 용매류의 혼합물인 비수질계 유기 전해액일 수 있다. 더불어, 상기 전해액은 고분자 전해질을 이용한 폴리머일 수도 있다.
상기 케이스(11)는 일체로 형성된 직방형의 파우치막을 한 변의 길이 방향을 기준으로 중간을 절곡하여 상부 케이스(12)와 하부 케이스(13)를 이루도록 한다. 그리고 상기 하부 케이스(13)에는 프레스(press) 가공 등을 통해 전극 조립체(100)가 수용될 홈(13a)이 형성되고, 상기 상부 케이스(12)와 실링을 위한 실링부(13b)가 형성된다.
특히, 도 2를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(100)에 대하여 보다 자세히 살펴보면, 상기 전극 조립체(100)의 단면에서 중심부의 단축(X)을 기준으로 일측에는 제 1 전극탭(140)이 위치하고, 타측에는 제 2 전극탭(150)이 위치한다. 또한, 상기 제 1 전극판(110)은 일측에서 최초 1회 권취 턴이 이루어지고, 상기 제 2 전극판(120)은 타측에서 최초 1회 권취 턴이 이루어진다. 여기서, 1회 권취 턴이라 함은 전극판이 반원 형태로 권취된 것을 의미한다.
또한, 상기 전극 조립체(100)의 권심부에서, 상기 제 1 전극 집전체(111) 중 제 1 전극탭(140)이 형성된 영역은 1회 권취 턴 직후의 제 1 전극판(110)과 마주보고, 상기 제 2 전극 집전체(121) 중 제 2 전극탭(150)이 형성된 영역은 1회 권취 턴 직후의 제 2 전극판(120)과 마주본다. 여기서, 권심부는 상기 전극 조립체(100)의 권취가 시작된 중앙부 영역을 의미한다.
한편, 권심부에 위치한 상기 제 1 전극판(110)의 내측 단부로부터 최초 1회 권취 턴이 완료되는 영역까지는 제 1 전극 무지부(113)가 형성된다. 즉, 상기 제 1 전극판(110)은 최초 1회 권취 턴이 완료되는 영역까지는 상기 제 1 전극 집전체(111)의 양면에 아무것도 코팅되지 않는다. 그리고 상기 제 1 전극판(110)의 최초 1회 권취 턴이 완료되는 시점부터 상기 제 1 전극 집전체(111)에 제 1 전극 활물질층(112)이 양면 코팅되어 형성된다. 여기서, 양면 코팅은 집전체의 양면에 전극 활물질층이 형성된 것을 의미하며, 일면 코팅은 집전체의 일면에만 전극 활물질층이 형성된 것을 의미한다.
상기 제 1 전극탭(140)은 권심부에 위치한 제 1 전극 무지부(113)의 내측 단부와 인접한 영역에 부착된다. 즉, 상기 제 1 전극탭(140)은 상기 제 1 전극 무지부(113)의 최초 1회 권취 턴이 이루어지기 전 영역에 부착된다. 이 때, 상기 제 1 전극탭(140)은 상기 제 1 전극 활물질층(112)의 시작점의 연장선(L1)보다 상기 전극 조립체(100)의 단축(X)에 더 가깝게 위치한다. 또한, 상기 제 1 전극탭(140)은 상기 제 1 전극 무지부(113)의 양면 중 상기 전극 조립체(100)의 외측을 향하는 면에 형성될 수 있다.
상기 제 1 전극탭(140)의 상부에는 절연을 위한 제 1 절연 테이프(170)가 부착된다. 즉, 서로 마주보는 제 1 전극탭(140)과 제 2 전극판(120) 사이의 전기적 절연을 위하여 제 1 절연 테이프(170)가 형성될 수 있다. 한편, 상기 제 1 전극탭(140)이 부착된 반대 면의 제 1 전극 무지부(113)에는 절연 테이프가 형성되지 않는다. 즉, 상기 제 1 전극탭(140)의 반대면의 제 1 전극 무지부(113)는 권취되어 제 1 전극판(110)과 마주보게 되므로 절연 테이프가 생략되어도 무방하다.
상기 제 2 전극판(120)의 제 2 전극 활물질층(122)은 상기 제 2 전극판(120)의 최초 1회 권취 턴이 이루어지기 전 영역에서 일면 코팅되어 형성된다. 이 때, 상기 제 2 전극 활물질층(122)은 상기 제 2 전극 집전체(121)의 양면 중 상기 전극 조립체(100)의 외측을 향하는 면에 형성된다. 여기서, 상기 제 2 전극 집전체(121) 중 상기 제 2 전극 활물질층(122)이 형성되지 않은 면은 제 2 전극 무지부(123)로 이루어짐은 당연하다. 그리고 이러한 상기 제 2 전극 무지부(123)는 상기 제 1 전극 활물질층(112)과 마주보는 영역 전까지 형성될 수 있다. 즉, 상기 제 2 전극판(120) 중 상기 제 1 전극 활물질층(112)의 시작점의 연장선(L1)과 대응되는 영역부터 상기 제 2 전극 활물질층(122)이 양면 코팅되어 형성된다. 다시 말해서, 상기 제 2 전극 활물질층(122)의 양면 코팅은 상기 제 2 전극판(120)이 2회 권취 턴을 완료한 후에 이루어진다.
상기 제 2 전극탭(150)은 권심부에 위치한 제 2 전극 무지부(123)의 내측 단부와 인접한 영역에 부착된다. 즉, 상기 제 2 전극탭(150)은 상기 제 2 전극 전극판(120)의 최초 1회 권취 턴이 이루어지기 전 영역에 부착된다. 이 때, 상기 제 2 전극탭(150)은 상기 제 2 전극 활물질층(122)의 반면 코팅 시작점의 연장선(L2)보다 상기 전극 조립체(100)의 단축(X)에 더 가깝게 위치한다. 또한, 상기 제 2 전극탭(150)은 상기 전극 조립체(100)의 외측을 향하는 제 2 전극 무지부(123)에 형성될 수 있다.
상기 제 2 전극탭(150)과 대응되는 영역 중 첫번째로 마주보는 상기 제 1 전극 활물질층(112)에는 절연을 위한 제 2 절연 테이프(180)가 부착될 수 있다. 즉, 서로 마주보는 제 2 전극탭(150)과 제 1 전극 활물질층(112) 사이의 전기적 절연을 위하여 제 2 절연 테이프(180)가 형성될 수 있다. 한편, 상기 제 2 전극탭(150)이 부착된 반대 면의 제 2 전극 무지부(123)에는 절연 테이프가 형성되지 않는다. 즉, 상기 제 2 전극탭(150)의 반대면의 제 2 전극 무지부(123)는 권취되어 제 2 전극판(120)과 마주보게 되므로 절연 테이프가 생략되어도 무방하다.
상기 세퍼레이터(130)는 상기 제 1 전극판(110) 및 제 2 전극판(120) 사이에 개재된다. 특히, 상기 세퍼레이터(130)는 권심부에 위치한 내측 단부가 상기 제 2 전극판(120)의 1회 권취 턴이 완료되는 영역과 인접하게 위치할 수 있다. 또한, 상기 세퍼레이터(130)는 도시된 바와 같이 적어도 2개로 구성될 수 있다.
상기 세퍼레이터(130)는 다수의 미세한 기공을 포함하는 다공성 막으로 이루어진다. 따라서, 상기 세퍼레이터(130)의 다공성으로 인해 전해액이 채워질 공간이 다수 존재하여 양극과 음극 간 리튬 이온의 전달이 용이하게 이루어질 수 있다. 즉, 상기 양극과 음극 간 리튬 이온의 전달로 이차 전지의 충방전이 이루어지게 된다.
한편, 상기 전극 조립체(100)의 충방전은 상기 제 1 전극 활물질층(112) 및 제 2 전극 활물질층(122)이 서로 마주보는 영역에서 이루어질 수 있다. 따라서, 상기 제 2 전극 활물질층(122)의 시작점의 연장선(L2)에서부터 상기 제 1, 2 전극 활물질층(112, 122)이 서로 마주봄으로써, 이러한 영역은 충방전이 이루어질 수 있는 활성 공간이 된다. 또한, 상기 제 2 전극 활물질층(122)의 양면 코팅 시작점의 연장선(L1)과 제 1 전극 활물질층(112)의 시작점의 연장선(L1)은 동일하다. 따라서, 상기 전극 조립체(100)의 외부를 향하는 제 1 전극 활물질층(112)도 상기 제 2 전극 활물질층(122)과 마주보게 되어 충방전이 이루어지는 활성 공간이 될 수 있다.
한편, 비록 상기 제 1, 2 전극 활물질층(112, 122) 사이에 세퍼레이터(130)가 개재되기는 하나, 앞서 설명한 바와 같이 상기 세퍼레이터(130)는 다공성으로 이루어지므로 리튬 이온의 이동의 가능하여 전극 조립체(100)의 충방전이 이루어질 수 있다.
이와 같이 하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지용 전극 조립체(100)는 일측에 제 1 전극판(110)의 내측 단부 및 제 1 전극탭(140)이 위치하고, 타측에 제 2 전극판(120)의 내측 단부 및 제 2 전극탭(150)이 위치한다. 또한, 상기 전극 조립체(100)의 일측에서 제 1 전극판(110)의 최초 1회 권취 턴이 이루어지고, 타측에서 제 2 전극판(120)의 최초 1회 권취 턴이 이루어진다.
즉, 제 1, 2 전극판(110, 120)의 제 1, 2 전극탭(140, 150)이 각각 일측 및 타측에 위치하고, 제 1, 2 전극판(110, 120)의 내측 단부들이 각각 일측 및 타측에 위치함으로써 서로 겹치지 않으므로 두께 감소 효과를 얻을 수 있다. 따라서, 전극 조립체(100)의 권심부 공간 활용이 증대되고 에너지 밀도 향상이 가능하다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지용 전극 조립체의 단면도이다. 앞서 설명한 실시예와 동일한 구성 및 동작을 갖는 부분에 대해서는 동일한 도면부호를 붙였으며, 이하에서는 앞선 실시예와의 차이점을 위주로 설명하도록 한다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지(200)는, 제 1 전극판(110), 제 2 전극판(220) 및 그 사이에 개재된 적어도 2개의 세퍼레이터(130)가 권취되어 형성된다.
상기 제 1 전극판(110)은 제 1 전극 집전체(111), 제 1 전극 활물질층(112) 및 제 1 전극 무지부(113)를 포함한다. 또한, 상기 제 1 전극 무지부(113)에는 제 1 전극탭(140)이 부착된다. 상기 제 2 전극판(220)은 제 2 전극 집전체(221), 제 2 전극 활물질층(222) 및 제 2 전극 무지부(223)를 포함한다. 또한, 상기 제 2 전극 무지부(223)에는 제 2 전극탭(150)이 부착된다. 여기서는, 상기 제 2 전극판(220)을 제외하고는 앞선 실시예와 동일하므로, 상기 제 2 전극판(220)을 위주로 설명하도록 한다.
상기 제 2 전극판(220)의 제 2 전극 활물질층(222)은 상기 제 2 전극판(220)의 최초 1회 권취 턴이 이루어지기 전 영역에서 일면 코팅되어 형성된다. 이 때, 상기 제 2 전극 활물질층(222)은 상기 제 2 전극 집전체(221)의 양면 중 상기 전극 조립체(200)의 외측을 향하는 면에 형성된다. 여기서, 상기 제 2 전극 집전체(221) 중 상기 제 2 전극 활물질층(222)이 형성되지 않은 면은 제 2 전극 무지부(223)로 이루어짐은 당연하다.
상기 제 2 전극 무지부(223)는 상기 제 2 전극판(220)의 1회 권취 턴 및 2회 권취 턴 사이의 영역까지 형성될 수 있다. 즉, 상기 제 2 전극 활물질층(222)은 상기 제 2 전극판(220)의 1회 권취 턴 및 2회 권취 턴 사이의 영역에서부터 양면 코팅되어 형성된다. 보다 바람직하게는, 상기 제 2 전극 활물질층(222)의 양면 코팅 시작점의 연장선(L3)은 상기 제 1 전극탭(140)의 연장선과 상기 제 2 전극판(220)의 2회 권취 턴 사이의 영역에 위치한다. 이 때, 상기 제 1 전극탭(140) 및 제 1 전극탭(140)과 마주보는 면의 제 2 전극 활물질층(222)은 서로 겹치지 않는 것이 바람직하다. 즉, 상기 제 1 전극탭(140)은 상기 제 2 전극판(220) 중 제 2 전극 무지부(223)를 바라보게 된다.
이와 같이 하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지용 전극 조립체(200)는 상기 제 2 전극판(220)의 1회 권취 턴 및 2회 권취 턴 사이의 영역에서부터 상기 제 2 전극 활물질층(222)의 양면 코팅이 이루어진다. 보다 구체적으로, 상기 제 2 전극 활물질층(222)의 양면 코팅 시작점은 상기 제 1 전극탭(140)과 제 2 전극판(220)의 2회 권취 턴 시작점의 사이에 위치한다.
따라서, 상기 전극 조립체(200)의 권심부 중 상대적으로 활물질층이 적게 형성되는 일측의 두께가 보상되는 효과를 얻을 수 있다. 즉, 상기 전극 조립체(200)의 일측 및 타측의 두께가 보다 균형을 이루도록 하여 전극 조립체(200) 평탄도를 향상시킬 수 있다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이차 전지용 전극 조립체의 단면도이다. 앞서 설명한 실시예와 동일한 구성 및 동작을 갖는 부분에 대해서는 동일한 도면부호를 붙였으며, 이하에서는 앞선 실시예와의 차이점을 위주로 설명하도록 한다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이차 전지(300)는, 제 1 전극판(310), 제 2 전극판(220) 및 그 사이에 개재된 적어도 2개의 세퍼레이터(130)가 권취되어 형성된다. 여기서, 상기 제 1 전극판(310)은 제 1 전극 집전체(311), 제 1 전극 활물질층(312) 및 제 1 전극 무지부(313)를 포함한다. 또한, 상기 제 1 전극 무지부(313)에는 제 1 전극탭(140)이 부착된다. 상기 제 2 전극판(220)은 제 2 전극 집전체(221), 제 2 전극 활물질층(222) 및 제 2 전극 무지부(223)를 포함한다. 또한, 상기 제 2 전극 무지부(223)에는 제 2 전극탭(150)이 부착된다. 여기서는, 상기 제 1 전극판(310)을 제외하고는 앞선 실시예와 동일하므로, 상기 제 1 전극판(310)을 위주로 설명하도록 한다.
상기 제 1 전극판(310)의 제 1 전극 활물질층(312)은 상기 제 1 전극판(310)의 최초 1회 권취 턴이 이루어지기 전 영역에서 일면 코팅되어 형성된다. 이 때, 상기 제 1 전극 활물질층(312)은 상기 제 1 전극 집전체(311)의 양면 중 상기 전극 조립체(300)의 외측을 향하는 면에 형성된다. 또한, 상기 제 1 전극 활물질층(312)의 일면 코팅 시작점의 연장선(L4)과 상기 제 2 전극 활물질층(222)의 양면 코팅 시작점의 연장선(L4)은 동일하게 이루어지는 것이 바람직하다.
한편, 상기 제 1 전극 집전체(311) 중 상기 제 1 전극 활물질층(312)이 형성되지 않은 면은 제 1 전극 무지부(313)로 이루어짐은 당연하다. 그리고 상기 제 1 전극판(310)의 최초 1회 권취 턴이 완료되는 시점부터 상기 제 1 전극 집전체(311)에 제 1 전극 활물질층(312)이 양면 코팅되어 형성된다.
이와 같이 하여, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이차 전지용 전극 조립체(300)는 상기 제 1 전극 활물질층(312)이 제 1 전극판(310)의 1회 권취 턴 전부터 일면 코팅되어 형성된다. 특히, 상기 제 1 전극 활물질층(312)의 일면 코팅 시작점의 연장선(L4)과 상기 제 2 전극 활물질층(222)의 양면 코팅 시작점의 연장선(L4)은 동일하게 이루어지는 것이 바람직하다.
다시 말해서, 상기 전극 조립체(300)의 제 1 전극판(310)의 1회 권취 턴이 이루어지는 영역과 제 2 전극판(210)의 2회 권취 턴이 이루어지는 영역에서 상기 제 1 전극 활물질층(312)과 제 2 전극 활물질층(222)이 서로 마주보도록 형성된다. 즉, 상기 전극 조립체(300)의 권심부 일측에 충방전이 이루어지는 활성 공간이 더 추가될 수 있다. 따라서, 상기 전극 조립체(300)의 권심부를 보다 효율적으로 활용이 가능하고, 전극 조립체(300)의 용량이 증가될 수 있다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이차 전지용 전극 조립체의 단면도이다. 앞서 설명한 실시예와 동일한 구성 및 동작을 갖는 부분에 대해서는 동일한 도면부호를 붙였으며, 이하에서는 앞선 실시예와의 차이점을 위주로 설명하도록 한다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이차 전지(400)는, 제 1 전극판(410), 제 2 전극판(220) 및 그 사이에 개재된 적어도 2개의 세퍼레이터(130)가 권취되어 형성된다. 여기서, 상기 제 1 전극판(410)은 제 1 전극 집전체(411), 제 1 전극 활물질층(412) 및 제 1 전극 무지부(413)를 포함한다. 또한, 상기 제 1 전극 무지부(413)에는 제 1 전극탭(140)이 부착된다. 상기 제 2 전극판(220)은 제 2 전극 집전체(221), 제 2 전극 활물질층(222) 및 제 2 전극 무지부(223)를 포함한다. 또한, 상기 제 2 전극 무지부(223)에는 제 2 전극탭(150)이 부착된다. 여기서는, 상기 제 1 전극판(410)을 제외하고는 앞선 실시예와 동일하므로, 상기 제 1 전극판(410)을 위주로 설명하도록 한다.
상기 제 1 전극판(410)의 제 1 전극 활물질층(412)은 상기 제 1 전극판(410)의 최초 1회 권취 턴이 이루어지기 전 영역에서 일면 코팅되어 형성된다. 이 때, 상기 제 1 전극 활물질층(412)은 상기 제 1 전극 집전체(411)의 양면 중 상기 전극 조립체(400)의 외측을 향하는 면에 형성된다. 또한, 상기 제 1 전극 활물질층(412)의 일면 코팅 시작점의 연장선(L4)과 상기 제 2 전극 활물질층(222)의 양면 코팅 시작점의 연장선(L4)은 동일하게 이루어지는 것이 바람직하다.
한편, 상기 제 1 전극 집전체(411) 중 상기 제 1 전극 활물질층(412)이 형성되지 않은 면은 제 1 전극 무지부(413)로 이루어짐은 당연하다. 그리고 상기 제 1 전극 활물질층(412)의 양면 코팅은 상기 제 1 전극판(410)의 1회 권취 턴 이후, 상기 제 1 전극판(410)의 내측 단부의 연장선(L5)과 대응되는 영역에서부터 이루어질 수 있다. 따라서, 상기 제 1 전극판(410) 중 전극 조립체(400)의 내부를 향하는 면은, 상기 연장선(L5)의 일측에서 제 1 전극 무지부(413)로 이루어진다.
이와 같이 하여, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전극 조립체(400)는 제 1 전극 활물질층(412)의 양면 코팅 시작점을 제 1 전극판(410)의 내측 단부의 연장선(L5)과 동일하게 형성한다. 즉, 상기 전극 조립체(400)의 권심부에서, 상기 제 1 전극판(410)이 권취되어 서로 마주보는 영역은 제 1 전극 무지부(413)로 이루어진다.
이처럼, 상기 제 1 전극판(410)끼리 마주봄으로써 충방전이 이루어지지 않는 비활성 공간에 제 1 전극 활물질층(412)이 형성되지 않으므로 전극 조립체(400)의 두께 감소가 가능하고 권심부 공간 활용이 증대되는 효과를 얻을 수 있다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이차 전지용 전극 조립체의 단면도이다. 앞서 설명한 실시예와 동일한 구성 및 동작을 갖는 부분에 대해서는 동일한 도면부호를 붙였으며, 이하에서는 앞선 실시예와의 차이점을 위주로 설명하도록 한다.
도 6a 및 도 6b를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이차 전지(500)는, 제 1 전극판(410), 제 2 전극판(520) 및 그 사이에 개재된 적어도 2개의 세퍼레이터(530)가 권취되어 형성된다. 여기서, 상기 제 1 전극판(410)은 제 1 전극 집전체(411), 제 1 전극 활물질층(412) 및 제 1 전극 무지부(413)를 포함한다. 또한, 상기 제 1 전극 무지부(413)에는 제 1 전극탭(140)이 부착된다. 상기 제 2 전극판(520)은 제 2 전극 집전체(521), 제 2 전극 활물질층(522) 및 제 2 전극 무지부(523)를 포함한다. 또한, 상기 제 2 전극 무지부(523)에는 제 2 전극탭(150)이 부착된다. 여기서는, 상기 제 2 전극판(520) 및 세퍼레이터(530)를 제외하고는 앞선 실시예와 동일하므로, 이러한 구성들을 위주로 설명하도록 한다.
상기 제 2 전극판(520)의 제 2 전극 활물질층(522)은 상기 제 2 전극판(520)의 최초 1회 권취 턴이 이루어지기 전 영역에서 일면 코팅되어 형성된다. 이 때, 상기 제 2 전극 활물질층(522)은 상기 제 2 전극 집전체(521)의 양면 중 상기 전극 조립체(500)의 외측을 향하는 면에 형성된다.
한편, 상기 제 2 전극 집전체(521) 중 상기 제 2 전극 활물질층(522)이 형성되지 않은 면은 제 2 전극 무지부(523)로 이루어짐은 당연하다. 그리고 상기 제 2 전극 활물질층(522)의 양면 코팅은 상기 제 2 전극판(520)의 1회 권취 턴 이후, 상기 제 2 전극판(510)의 내측 단부의 연장선(L6)과 대응되는 영역에서부터 이루어질 수 있다.
즉, 상기 제 1 전극 활물질층(412)은 상기 제 1 전극판(410)의 단부의 연장선(L5)에서부터 양면 코팅되고, 상기 제 2 전극 활물질층(522)은 상기 제 2 전극판(520)의 단부의 연장선(L6)에서부터 양면 코팅된다. 따라서, 상기 제 1 전극판(410)의 단부의 연장선(L5)과 제 2 전극판(520)의 단부의 연장선(L6) 사이에서 상기 제 1 전극 활물질층(412)과 제 2 전극 활물질층(522)은 서로 마주본다.
특히, 도 6b를 참조하면, 상기 전극 조립체(500)의 권심부에서, 이격된 제 1, 2 전극판(410, 520)의 단부 사이에 제 1, 2 전극 활물질층(412, 522)끼리 서로 마주보는 활성 공간(A)이 형성된다. 이러한 활성 공간(A)에서는, 화살표로 도시된 것처럼, 상기 제 1, 2 전극판(410, 520) 사이의 리튬 이온의 전달로 이차 전지의 충방전이 이루어질 수 있다. 즉, 상기 권심부 내에서 전극 조립체(500)의 충방전이 이루어지는 활성 공간(A)이 추가되므로 상기 전극 조립체(500)의 용량 증가에 기여할 수 있다.
상기 세퍼레이터(530)의 내측 단부는 상기 제 1 전극판(410)의 단부의 연장선(L5)과 대응되는 영역과 인접하게 위치한다. 보다 바람직하게는, 상기 세퍼레이터(530)의 단부는 상기 제 1 전극판(410)의 단부보다 다소 돌출되어 위치할 수 있다.
이와 같이 하여, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전극 조립체(500)는 제 1 전극판(410) 단부의 연장선(L5)과 제 2 전극판(520) 단부의 연장선(L6) 사이에서 제 1, 2 전극 활물질층(412, 522)이 서로 마주보도록 형성된다. 즉, 이러한 영역은 상기 전극 조립체(500)의 충방전이 이루어질 수 있는 활성 공간이 될 수 있다.
또한, 상기 세퍼레이터(530)의 단부가 상기 제 1 전극판(410)의 단부의 연장선(L5)보다 다소 돌출되어 위치한다. 즉, 상기 세퍼레이터(530)의 단부는 제 1 전극판(410)의 단부로부터 과도하게 돌출되지 않는다.
이처럼, 상기 전극 조립체(500)의 권심부 중앙에는 충방전이 이루어지는 활성 공간이 더 추가될 수 있다. 따라서, 상기 전극 조립체(500)의 권심부를 보다 효율적으로 활용이 가능하고, 전극 조립체(500)의 용량이 증가될 수 있다. 또한, 상기 세퍼레이터(530)의 단부가 과도하게 돌출되지 않으므로 상기 전극 조립체(500)의 두께를 감소시킬 수 있다.
더불어, 제 1 전극탭(140) 및 제 2 전극탭(150)이 형성된 영역은 비활성 공간으로 작용하고, 권심부의 일측, 타측 및 중앙은 제 1, 2 전극 활물질층(412, 522)이 서로 마주보도록 위치하여 활성 공간으로 작용한다. 여기서, 상기 제 1, 2 전극탭(140, 150)은 비교적 두께가 두꺼우므로, 전극 조립체(500)의 권취 완료 시 전극탭(140, 150)이 위치한 영역에서의 두께가 다소 두껍게 된다. 한편, 전극 조립체(500)는 충방전이 반복됨에 따라 스웰링이 일어나 두께가 다소 두꺼워진다.
따라서, 활성 공간인 권심부의 일측, 타측 및 중앙에서의 두께가 증가되므로 초기의 전극탭(140, 150)의 두께에 의한 전극 조립체(500)의 두께 편차가 보상될 수 있다. 즉, 전극 조립체(500)의 지속적인 충방전에 의해 전체적인 평탄도가 향상되므로 이차 전지의 장기 수명 특성에 유리하다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이차 전지용 전극 조립체의 단면도이다. 앞서 설명한 실시예와 동일한 구성 및 동작을 갖는 부분에 대해서는 동일한 도면부호를 붙였으며, 이하에서는 앞선 실시예와의 차이점을 위주로 설명하도록 한다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이차 전지(600)는, 제 1 전극판(410), 제 2 전극판(520) 및 그 사이에 개재된 세퍼레이터(630)가 권취되어 형성된다. 여기서, 상기 제 1 전극판(410)은 제 1 전극 집전체(411), 제 1 전극 활물질층(412) 및 제 1 전극 무지부(413)를 포함한다. 또한, 상기 제 1 전극 무지부(413)에는 제 1 전극탭(140)이 부착된다. 상기 제 2 전극판(520)은 제 2 전극 집전체(521), 제 2 전극 활물질층(522) 및 제 2 전극 무지부(523)를 포함한다. 또한, 상기 제 2 전극 무지부(523)에는 제 2 전극탭(150)이 부착된다. 여기서는, 상기 세퍼레이터(630)를 제외하고는 앞선 실시예와 동일하므로, 상기 세퍼레이터(630)를 위주로 설명하도록 한다.
상기 세퍼레이터(630)는 상기 이차 전지(600) 내측의 단부를 완전히 감싸도록 형성된다. 즉, 앞선 실시예에서는 세퍼레이터가 제 1 전극판(410)의 양면에 각각 하나씩 2개가 배치된 형태였으나, 본 실시예에서는 세퍼레이터가 하나로 구성된다.
보다 구체적으로, 상기 세퍼레이터(630)는 하나로 구성되어 상기 제 1 전극판(410)의 단부를 감싸도록 접혀진 상태로 권취될 수 있다. 또는, 상기 제 1 전극판(410)의 양면에 각각 하나씩 배치된 2개의 세퍼레이터의 단부를 융착함으로써 일체로 형성하여 권취시킬 수도 있다.
이와 같이 하여, 상기 세퍼레이터(630)는 하나로 구성되어 제 1 전극판(410)의 단부를 완전히 감싼 채로 전극 조립체(600)의 권취가 이루어진다. 이 때, 접혀진 상기 세퍼레이터(630)의 단부를 잡고 전극 조립체(600)의 권취가 이루어진다. 즉, 상기 세퍼레이터(630)에 의해 제 1 전극판(410)이 노출되지 않으므로 권취시 제 1 전극판(410)의 보호가 가능하며, 최종적으로 전극 조립체(600)의 완성도가 향상될 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전극 조립체(600)는 앞선 전극 조립체(500)와 세퍼레이터(630)의 구성만 다르므로, 권심부의 공간 활용, 전극 조립체의 용량 증가, 두께 감소 및 평탄도 측면에서 동일한 효과를 갖는다. 따라서, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전극 조립체(600)는 전극 조립체의 용량 증가, 두께 감소, 평탄도 향상 및 완성도 측면에서 가장 효과적이라고 할 수 있다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이차 전지용 전극 조립체의 단면도이다. 앞서 설명한 실시예와 동일한 구성 및 동작을 갖는 부분에 대해서는 동일한 도면부호를 붙였으며, 이하에서는 앞선 실시예와의 차이점을 위주로 설명하도록 한다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전극 조립체(700)는, 제 1 전극판(710), 제 2 전극판(720) 및 그 사이에 개재된 세퍼레이터(730)가 권취되어 형성된다. 여기서, 상기 제 1 전극판(710)은 제 1 전극 집전체(711), 제 1 전극 활물질층(712) 및 제 1 전극 무지부(713)를 포함한다. 또한, 상기 제 1 전극 무지부(713)에는 제 1 전극탭(140)이 부착된다. 상기 제 2 전극판(720)은 제 2 전극 집전체(721), 제 2 전극 활물질층(722) 및 제 2 전극 무지부(723)를 포함한다. 또한, 상기 제 2 전극 무지부(723)에는 제 2 전극탭(150)이 부착된다. 여기서, 상기 전극 조립체(700)의 권심부의 구조는 앞선 실시예(도 6a 참조)와 동일하므로 중복된 설명은 생략하도록 하며, 상기 전극 조립체(700)의 최외각의 구조를 위주로 설명하도록 한다. 또한, 상기 전기 전극 조립체(700)의 구조는 도 6a의 실시예에만 한정되지 않으며, 경우에 따라 앞선 실시예들 중 어떠한 구조로 형성되어도 무방하다.
상기 전극 조립체(700)는 최외각이 제 1 전극 집전체(711)로 둘러싸이도록 형성될 수 있다. 즉, 상기 전극 조립체(700)의 최외각은 제 1 전극 무지부(713)에 의해 둘러싸인다. 이 때, 상기 제 1 전극 무지부(713)는 상기 전극 조립체(700)의 외면을 적어도 1회 감싸도록 권취된다.
보다 구체적으로, 상기 제 1, 2 전극 활물질층(712, 722)의 외측 단부는 동일한 연장선(L7) 상에 위치한다. 또한, 상기 제 2 전극 집전체(721)의 외측 단부도 상기 연장선(L7) 상에 위치하며, 상기 세퍼레이터(730)의 외측 단부는 연장선(L7)보다 다소 연장되어 위치한다. 여기서, 최외각에 위치한 상기 제 2 전극판(720)에는 상기 제 2 전극 활물질층(722)이 일면에만 코팅되어 있다. 즉, 상기 제 2 전극판(720) 중 최외각에 위치하여 외부를 바라보는 면은 제 2 전극 무지부(723)로 이루어진다. 그리고 상기 제 1 전극 집전체(711), 즉, 상기 제 1 전극 무지부(713)는 상기 연장선(L7)으로부터 상기 전극 조립체(700) 전체를 감싸도록 연장된다. 따라서, 상기 전극 조립체(700)의 최외각에서 상기 제 1 전극 무지부(713)와 제 2 전극 무지부(723)는 서로 마주보도록 형성된다.
한편, 상기 권취된 전극 조립체(700)의 단부에는 마감 테이프(790)가 부착된다.
이와 같이 하여, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전극 조립체(700)는, 그 최외각에서 제 1, 2 전극 무지부(713, 723)가 서로 마주보도록 형성된다. 따라서, 상기 전극 조립체(700)에 못과 같은 외부 물질이 관통되었을 때, 외측에 위치한 제 1, 2 전극 집전체(711, 721) 사이의 쇼트가 유발되어 관통 안정성이 향상될 수 있다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이차 전지용 전극 조립체의 단면도이다. 앞서 설명한 실시예와 동일한 구성 및 동작을 갖는 부분에 대해서는 동일한 도면부호를 붙였으며, 이하에서는 앞선 실시예와의 차이점을 위주로 설명하도록 한다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전극 조립체(800)는, 제 1 전극판(810), 제 2 전극판(820) 및 그 사이에 개재된 세퍼레이터(830)가 권취되어 형성된다. 여기서, 상기 제 1 전극판(810)은 제 1 전극 집전체(811), 제 1 전극 활물질층(812) 및 제 1 전극 무지부(813)를 포함한다. 또한, 상기 제 1 전극 무지부(813)에는 제 1 전극탭(140)이 부착된다. 상기 제 2 전극판(820)은 제 2 전극 집전체(821), 제 2 전극 활물질층(822) 및 제 2 전극 무지부(823)를 포함한다. 또한, 상기 제 2 전극 무지부(823)에는 제 2 전극탭(150)이 부착된다. 여기서, 상기 전극 조립체(800)의 권심부 중 제 1, 2 전극 집전체(811, 821) 및 상기 전극 조립체(800)의 최외각의 구조를 제외하고는 앞선 실시예와 동일하므로, 이러한 구성들을 위주로 설명하도록 한다.
먼저, 상기 전극 조립체(800)는 최외각이 제 2 전극 집전체(821)로 둘러싸이도록 형성될 수 있다. 즉, 상기 전극 조립체(800)의 최외각은 제 2 전극 무지부(823)에 의해 둘러싸인다.
보다 구체적으로, 상기 제 1, 2 전극 활물질층(812, 822)의 외측 단부는 동일한 연장선(L8) 상에 위치한다. 또한, 상기 제 1 전극 집전체(811)의 외측 단부도 상기 연장선(L8) 상에 위치하며, 상기 세퍼레이터(830)의 외측 단부는 연장선(L8)보다 다소 연장되어 위치한다. 여기서, 최외각에 위치한 상기 제 2 전극판(820)에는 상기 제 2 전극 활물질층(822)이 일면에만 코팅되어 있다. 즉, 상기 제 2 전극판(820) 중 최외각에 위치하여 외부를 바라보는 면은 제 2 전극 무지부(823)로 이루어진다. 그리고 상기 제 2 전극 집전체(821), 즉, 상기 제 2 전극 무지부(823)의 단부는 상기 연장선(L8)으로부터 상기 세퍼레이터(830)의 단부보다 다소 연장되어 위치한다.
한편, 상기 권취된 전극 조립체(800)의 단부에는 마감 테이프(890)가 부착된다.
상기 전극 조립체(800)의 권심부에서는, 상기 제 1 전극 집전체(811)의 내측 단부가 상기 전극 조립체(800)의 중심부의 단축(X')을 기준으로 타측까지 연장된다. 또한, 상기 제 2 전극 집전체(821)의 내측 단부는 상기 단축(X')을 기준으로 일측까지 연장된다. 이 때, 상기 제 1 전극탭(140)과 제 2 전극탭(150)은 상기 단축을 기준으로 각각 일측 및 타측에 위치한다. 즉, 상기 제 1 전극탭(140)과 제 2 전극탭(150) 사이에서 상기 제 1 전극 집전체(811)와 제 2 전극 집전체(821)는 서로 마주보도록 형성된다.
보다 구체적으로, 상기 제 1 전극 집전체(811)의 내측 단부는 상기 제 2 전극 활물질층(822)의 양면 코팅 시작점의 연장선(L9)과 인접하도록 위치할 수 있다. 또한, 상기 제 2 전극 집전체(821)의 내측 단부는 상기 제 1 전극 활물질층(812)의 양면 코팅 시작점의 연장선(L10)과 인접하도록 위치할 수 있다. 즉, 상기 권심부에서 상기 제 1, 2 전극 집전체(811, 821), 다시 말해서, 상기 제 1, 2 전극 무지부(813, 823)가 서로 마주보도록 형성된다.
특히, 상기 제 1 전극 집전체(811)는 상기 제 2 전극탭(150)이 형성된 영역과 겹치지 않도록 형성되며, 상기 제 2 전극 집전체(821)는 상기 제 1 전극탭(140)이 형성된 영역과 겹치지 않도록 형성되는 것이 바람직하다. 이는 상기 전극 집전체(811, 821)와 전극탭(140, 150)이 겹침으로써 두께가 증가되는 것을 최소화하기 위함이다.
이와 같이 하여, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전극 조립체(800)는, 권심부에서 제 1, 2 전극 무지부(813, 823)가 서로 직접 마주보도록 형성된다. 따라서, 상기 전극 조립체(800)에 못과 같은 외부 물질이 관통되었을 때, 내측에 위치한 제 1, 2 전극 집전체(811, 821) 사이의 쇼트가 유발되어 관통 안정성이 향상될 수 있다.
한편, 전극탭 사이의 길이가 길 경우 권심부의 활성화 공간이 크고, 짧을 경우 권심부의 활성화 공간이 상대적으로 작다. 따라서, 도 8의 실시예는 전극탭 사이의 길이가 길 경우 적용될 수 있으며, 도 9의 실시예는 전극탭 사이의 길이가 짧을 경우 적용될 수 있다. 그러나, 이것으로 본 발명을 한정하지는 않는다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이차 전지의 분해 사시도이다. 앞서 설명한 실시예와 동일한 구성 및 동작을 갖는 부분에 대해서는 동일한 도면부호를 붙였으며, 이하에서는 앞선 실시예와의 차이점을 위주로 설명하도록 한다.
도 10을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(20)는 전극 조립체(100), 케이스(21), 캡 조립체(22) 및 절연 케이스(27)를 포함한다. 여기서, 상기 이차 전지(20)는 도 2의 실시예에 따른 전극 조립체(100)를 포함하여 구성되었으나, 경우에 따라 도 3 내지 도 9의 실시예에 따른 전극 조립체를 포함하도록 형성될 수도 있다. 또한, 이러한 전극 조립체를 포함하는 이차 전지는 경우에 따라 파우치형(도 1), 각형(도 10)뿐 아니라 원통형 전지나 그 밖의 다른 구성들로 형성될 수도 있다.
상기 전극 조립체(100)는 제 1 전극판(110), 제 2 전극판(120) 및 그 사이에 개재된 세퍼레이터(130)가 적층 또는 권취되어 형성된다. 상기 전극 조립체(100)에 대해서는 앞선 실시예에서 설명되었으므로 중복된 설명은 생략하도록 한다.
상기 케이스(21)는 상부가 개방된 상단 개구부를 가지며, 대략 직육면체 형태를 갖는다. 상기 케이스(21)에는 전극 조립체(100)와 함께 전해액(미도시)이 수용된다. 상기 케이스(21)는 딥 드로잉 방식으로 제조되며, 스틸, 알루미늄 또는 그 등가물 중 선택된 어느 하나를 이용하여 형성될 수 있으나, 이것으로 본 발명을 한정하지는 않는다.
상기 캡 조립체(22)는 캡 플레이트(23), 절연 플레이트(24), 단자 플레이트(25) 및 전극 단자(26)를 포함한다. 상기 캡 조립체(22)는 별도의 절연케이스(27)와 결합되어 케이스(21)의 상단 개구부에 결합되어, 케이스(21)를 밀봉할 수 있다.
상기 캡 플레이트(23)는 케이스(21)의 상단 개구부에 상응하는 크기와 형상의 금속판일 수 있다. 상기 캡 플레이트(23)는 하면에 상기 절연 케이스(27)를 관통한 전극 조립체(100)의 제 1 전극탭(140)이 용접될 수 있다. 즉, 상기 캡 플레이트(23)는 전극 조립체(100)의 제 1 전극탭(140)과 동일한 극성을 갖는다.
상기 캡 플레이트(23)의 중앙에는 상면과 하면 사이를 관통하는 단자 통공(23a)이 형성되며, 단자 통공(23a)에는 전극 단자(26)가 삽입되어 결합된다. 상기 단자 통공(23a)의 내면에는 전극 단자(26)와 캡 플레이트(23) 사이의 절연을 위해, 튜브형의 가스켓(23c)이 장착된다. 상기 가스켓(23c)은 상기 단자 통공(23a)과 상기 전극 단자(26) 사이에 밀착되며, 전극 단자(26)와 캡 플레이트(23) 사이를 전기적으로 분리한다.
상기 캡 플레이트(23)의 일측에는 케이스(21)의 상단 개구부에 조립된 후, 케이스(21)의 내부 공간에 전해액을 주입하기 위한 전해액 주입구(23b)가 더 구비될 수 있다. 또한 상기 전해액 주입구(23b)는 케이스(21)에 전해액이 주입된 이후에 마개(23d)에 의해서 밀폐된다.
상기 절연 플레이트(24)는 절연 물질로 형성되며, 캡 플레이트(23)와 단자 플레이트(25) 사이에 개재되어 캡 플레이트(23)와 단자 플레이트(25)를 전기적으로 분리한다. 상기 절연 플레이트(24)는 상기 캡 플레이트(23)의 단자 통공(23a)과 대응되는 위치에 전극 단자(26)가 삽입되기 위한 단자 통공(24a)이 구비되어 있다. 상기 절연 플레이트(24)는 상기 절연 플레이트(24)의 단자 통공(24a)에 전극 단자(26)가 삽입되어 결합된다.
상기 단자 플레이트(25)는 상면이 상기 절연 플레이트(24)의 하면에 밀착된 금속판일 수 있다. 상기 단자 플레이트(25)는 하면이 상기 절연 케이스(27)의 상면과 대향한다. 즉, 상기 단자 플레이트(25)는 상기 절연 플레이트(24)와 상기 절연 케이스(27) 사이에 개재된다. 상기 단자 플레이트(25)는 상기 절연 플레이트(24)에 의해서 상기 캡 플레이트(23)와 전기적으로 분리된다. 상기 단자 플레이트(25)는 하면이 절연 케이스(27)를 관통한 전극 조립체(100)의 제 2 전극탭(150)과 용접되어 동일한 극성을 가질 수 있다.
상기 단자 플레이트(25)는 상기 캡 플레이트(23)의 단자 통공(23a)과 대응되는 위치에 전극 단자(26)가 삽입되기 위한 단자 통공(25a)이 구비되어 있다. 상기 단자 플레이트(25)의 단자 통공(25a)에는 상기 전극 단자(26)가 삽입되어 결합된다.
상기 전극 단자(26)는 캡 플레이트(23), 절연 플레이트(24) 및 단자 플레이트(25)의 단자 통공(23a, 24a, 25a)을 관통하도록 삽입된다. 상기 전극 단자(26)는 원기둥 형상의 금속핀일 수 있다. 상기 전극 단자(26)는 단자 플레이트(25)를 통하여 전극 조립체(100)의 제 2 전극탭(150)에 전기적으로 연결된다. 상기 전극 단자(26)는 캡 플레이트(23)의 단자 통공(23a)에 삽입될 때 가스켓(23c)에 의하여 캡 플레이트(23)와 전기적으로 절연된다. 한편, 상기 전극 단자(26)에는 전극 조립체(100)의 형성방법에 의하여 제 1 전극탭(140)이 연결될 수 있음은 물론이다. 상기 전극 단자(26)는 일반적으로 음극 단자로 형성된다. 그러나, 이차 전지의 구조에 따라서는 반대로 형성될 수 있음은 물론이다.
상기 절연 케이스(27)는 절연 물질로 이루어지며, 상기 캡 조립체(22)와 상기 전극 조립체(100)사이에 개재되어 상기 캡 조립체(22)와 상기 전극 조립체(100) 사이를 전기적으로 절연시킨다. 또한 상기 절연 케이스(27)는 캡 조립체(100)의 제 1 전극탭(140) 및 제 2 전극탭(150)을 상부로 돌출시키기 위한 탭홀을 구비한다. 즉, 절연 케이스(27)는 상기 전극 조립체(100)의 제 1 전극탭(140) 및 제 2 전극탭(150)이 인출된 전극 조립체(100)의 상단부와 캡 조립체(22) 사이를 전기적으로 분리시킨다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 의한 전극 조립체 및 이를 포함하는 이차 전지를 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
10, 20; 이차 전지
100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800; 전극 조립체
110, 310, 410, 710, 810; 제 1 전극판
111, 311, 411, 711, 811; 제 1 전극 집전체
112, 312, 412, 712, 812; 제 1 전극 활물질층
113, 313, 413, 713, 813; 제 1 전극 무지부
120, 220, 520, 720, 820; 제 2 전극판
121, 221, 521, 721, 821; 제 2 전극 집전체
122, 222, 522, 722, 822; 제 2 전극 활물질층
123, 223, 523, 723, 823; 제 2 전극 무지부
130, 530, 630, 730, 830; 세퍼레이터
140; 제 1 전극탭 150; 제 2 전극탭
160; 절연 필름 170; 제 1 절연 테이프
180; 제 2 절연 테이프 790, 890; 마감 테이프

Claims (17)

  1. 이차 전지용 전극 조립체에 있어서,
    제 1 전극 집전체, 상기 제 1 전극 집전체의 적어도 일부 영역에 도포된 제 1 전극 활물질층을 포함하는 제 1 전극판;
    제 2 전극 집전체, 상기 제 2 전극 집전체의 적어도 일부 영역에 도포된 제 2 전극 활물질층을 포함하는 제 2 전극판;
    상기 제 1 전극판과 제 2 전극판 사이에 개재되는 세퍼레이터;
    상기 제 1 전극 집전체의 권심부에 결합되는 제 1 전극탭; 및
    상기 제 2 전극 집전체의 권심부에 결합되는 제 2 전극탭을 포함하고,
    상기 권심부에서, 상기 제 1 전극 집전체 중 제 1 전극탭이 형성된 영역은 권취된 제 1 전극판과 마주보고, 상기 제 2 전극 집전체 중 제 2 전극탭이 형성된 영역은 권취된 제 2 전극판과 마주보며,
    상기 제 2 전극판의 최초 1회 권취 턴이 이루어지기 전, 상기 제 2 전극 집전체의 일면에 상기 제 2 전극 활물질층이 형성되는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 전극 활물질층은 상기 제 2 전극 집전체 중 상기 전극 조립체의 외측을 향하는 면에 형성되는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 전극판의 1회 권취 턴 이후, 상기 제 1 전극 집전체의 양면에 상기 제 1 전극 활물질층이 형성되는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 2 전극판의 2회 권취 턴 이후, 상기 제 1 전극 활물질층과 대응되는 영역에서부터 상기 제 2 전극 집전체의 양면에 상기 제 2 전극 활물질층이 형성되는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 전극판의 1회 권취 턴과 2회 권취 턴 사이에서, 상기 제 2 전극 집전체의 양면에 상기 제 2 전극 활물질층이 형성되는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 전극판의 최초 1회 권취 턴이 이루어지기 전, 상기 제 1 전극 집전체의 일면에 상기 제 1 전극 활물질층이 형성되며,
    상기 제 1 전극 활물질층은 상기 제 1 전극 집전체 중 상기 전극 조립체의 외측을 향하는 면에 형성되는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 2 전극판의 1회 권취 턴과 2회 권취 턴 사이에서, 상기 제 1 전극 활물질층과 대응되는 영역에서부터 상기 제 2 전극 집전체의 양면에 상기 제 2 전극 활물질층이 형성되는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 전극판의 1회 권취 턴과 2회 권취 턴 사이에서, 상기 권심부에 위치한 상기 제 1 전극판의 단부의 연장선과 대응되는 영역에서부터 상기 제 1 전극 집전체의 양면에 상기 제 1 전극 활물질층이 형성되는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  9. 제 1 항에 있어서
    상기 권심부 내의 상기 제 1 전극판의 단부 및 제 2 전극판의 단부의 연장선 사이 영역에서, 상기 제 1 전극 활물질층과 제 2 전극 활물질층은 서로 마주보도록 형성되는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 권심부의 상기 제 1 전극 활물질층과 제 2 전극 활물질층이 서로 마주보는 영역에서, 상기 제 1 전극 활물질층 및 제 2 전극 활물질층은 각각 상기 제 1 전극 집전체 및 제 2 전극 집전체의 양면에 형성되는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 세퍼레이터는 하나로 구성되어 상기 권심부 내에서 상기 제 1 전극판의 단부를 완전히 감싸도록 접혀지는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 전극 집전체는 상기 전극 조립체의 최외각을 감싸도록 적어도 1회 연장 형성되며, 상기 전극 조립체의 최외각에서 상기 제 1 전극 집전체와 제 2 전극 집전체는 서로 마주보는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 권심부의 상기 제 1 전극탭과 제 2 전극탭 사이에서 상기 제 1 전극 집전체와 제 2 전극 집전체는 서로 마주보도록 형성되는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  14. 내부에 공간이 형성된 케이스; 및
    상기 케이스의 공간 내에 삽입되는 전극 조립체를 포함하고,
    상기 전극 조립체는,
    제 1 전극 집전체, 상기 제 1 전극 집전체의 적어도 일부 영역에 도포된 제 1 전극 활물질층을 포함하는 제 1 전극판;
    제 2 전극 집전체, 상기 제 2 전극 집전체의 적어도 일부 영역에 도포된 제 2 전극 활물질층을 포함하는 제 2 전극판;
    상기 제 1 전극판과 제 2 전극판 사이에 개재되는 세퍼레이터;
    상기 제 1 전극 집전체의 권심부에 결합되는 제 1 전극탭; 및
    상기 제 2 전극 집전체의 권심부에 결합되는 제 2 전극탭을 포함하고,
    상기 권심부에서, 상기 제 1 전극 집전체 중 제 1 전극탭이 형성된 영역은 권취된 제 1 전극판과 마주보고, 상기 제 2 전극 집전체 중 제 2 전극탭이 형성된 영역은 권취된 제 2 전극판과 마주보며,
    상기 제 2 전극판의 최초 1회 권취 턴이 이루어지기 전, 상기 제 2 전극 집전체의 일면에 상기 제 2 전극 활물질층이 형성되는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 제 1 전극판의 최초 1회 권취 턴이 이루어지기 전, 상기 제 1 전극 집전체의 일면에 상기 제 1 전극 활물질층이 형성되는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 권심부 내의 상기 제 1 전극판의 단부 및 제 2 전극판의 단부의 연장선 사이 영역에서, 상기 제 1 전극 활물질층과 제 2 전극 활물질층은 서로 마주보도록 형성된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  17. 제 14 항에 있어서,
    상기 세퍼레이터는 하나로 구성되어 상기 권심부 내에서 상기 제 1 전극판의 단부를 완전히 감싸도록 접혀지는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
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