KR20160129571A - Electrode assembly and secondary battery comprising the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 이차전지 및 그에 사용되는 전극 조립체에 관한 것으로, 보다 상세하게는 양극 탭(tab)과 음극 탭의 구조가 개선된 전극 조립체 및 이를 포함하는 이차전지에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있다. 그러한 이차전지 중 높은 에너지 밀도와 방전 전압을 갖는 리튬 이차전지에 대해 특히 많은 연구가 행해지고 있으며, 또한 상용화 되어 널리 사용되고 있다. As technology development and demand for mobile devices increase, the demand for secondary batteries as energy sources is rapidly increasing. Among such secondary batteries, many studies have been made especially on lithium secondary batteries having a high energy density and a discharge voltage, and they have also been widely used in commercial applications.
이차전지는 그 용도나 전지 용량을 감안하면 하나 또는 수 개의 이차전지를 포함하여 사용하는 저용량 이차전지와, 전지 셀을 수십 개 모아 사용하는 전지 팩 단위의 모터 구동용 대용량 이차전지로 구분할 수 있다. The secondary battery can be classified into a low-capacity secondary battery including one or several secondary batteries, and a large-capacity secondary battery for driving a motor in a battery pack unit using dozens of battery cells.
이 중, 저용량 이차전지(이하, "소형전지")는 주로 셀룰러 폰, 노트북 컴퓨터 및 캠코더와 같은 소형 전자장치의 전원으로 사용되며, 대용량 이차전지(이하, "전지모듈")는 HEV(하이브리드 전기 자동차), EV(전기 자동차), 전동 자전거, 전동 스쿠터 등과 같이 모터를 사용하여 작동하는 기기에 있어, 해당 기기의 모터를 구동하기 위한 에너지원으로 사용된다. Among them, a low-capacity secondary battery (hereinafter referred to as a "small battery") is mainly used as a power source for small electronic devices such as a cellular phone, a notebook computer and a camcorder, (Electric vehicles), electric bicycles, electric scooters, etc., are used as energy sources for driving the motors of the devices.
소형전지가 하나의 셀로서 구성될 때에는 주로 원통형이나 사각형의 외형으로 형성되는 바, 이를 위해 양, 음극 집전체 사이에 절연체인 세퍼레이터(separator)를 개재하여 이를 와류 상으로 권취하여 전극 조립체(또는, 젤리 롤)를 형성하고, 이를 전지캔 내부에 삽입하여 전지를 구성한다. 그리고 상기 양, 음극 집전체에는 리드 단자, 즉, 전지의 작용시 양, 음극 집전체에서 발생된 전류를 집전하기 위한 역할로서 도전성 탭이 각기 부착되며, 이 도전성 탭은 전극 조립체에 용접 등으로 부착되어 각기 양, 음극 집전체에 발생된 전류를 양, 음극 단자로 유도하게 된다. When the small-sized battery is formed as a single cell, it is mainly formed into a cylindrical or rectangular shape. For this purpose, a separator, which is an insulator, is interposed between positive and negative current collectors, Jelly roll), which is inserted into the battery can to construct a battery. Each of the positive and negative current collectors is provided with a lead terminal, that is, an amount of current generated by the battery and a current tap generated by the negative current collector. The conductive tab is attached to the electrode assembly by welding or the like Thus, currents generated in the positive and negative current collectors are led to positive and negative terminals.
도 1은 일반적인 전극 조립체를 나타내는 사시도이다.1 is a perspective view showing a conventional electrode assembly.
도 1을 참조하면, 전극 조립체(5)는 양극 집전체(1)와 음극 집전체(3) 사이에 세퍼레이터(2)가 개재되어 권취된 것이다. 하나의 셀이 되는 전극 조립체(5)는 하나로서 발생시킬 수 있는 전력에 한계가 있다. 따라서, 전극 조립체(5)를 복수개 연결하여 필요한 전력을 얻고, 전류 충전량을 보존할 필요가 있다. 그런데, 이와 같은 종래의 전극 조립체(5)에 의하면, 양극 탭(1a) 및 음극 탭(1b)이 하나씩 존재하기 때문에 저항이 크고 열이 많이 발생하며 집전 효율이 좋지 않다.1, the electrode assembly 5 is wound with the
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 저항이 낮으면서 높은 용량으로 설계할 수 있는 전극 조립체를 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an electrode assembly which can be designed with a high resistance while having a low resistance.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 상기와 같은 전극 조립체를 포함하는 이차전지를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a secondary battery including the electrode assembly.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명에 따른 전극 조립체는, 양극 활물질이 도포된 양극 집전체에 양극 탭이 상부 방향 및 하부 방향으로 돌출되도록 부착된 양극판; 음극 활물질이 도포된 음극 집전체에 음극 탭이 상부 방향 및 하부 방향으로 돌출되도록 부착된 음극판; 및 상기 양극 판과 상기 음극 판 사이를 절연시키도록 배치된 세퍼레이터를 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided an electrode assembly comprising: a positive electrode plate attached to a positive electrode collector coated with a positive electrode active material so that a positive electrode tab protrudes upward and downward; A negative electrode plate attached to the negative electrode collector coated with the negative electrode active material so that the negative electrode tab protrudes upward and downward; And a separator arranged to isolate the positive electrode plate and the negative electrode plate from each other.
상기 양극 탭 및 음극 탭은 복수개가 구비될 수 있다. 이 때, 상기 전극 조립체가 권취되는 경우, 상기 권취된 전극 조립체의 가장 중심에 위치한 음극 탭이 상기 권취된 전극 조립체의 가장 외곽에 위치한 음극 탭보다 큰 면적을 가질 수 있다. 그리고, 상기 전극 조립체가 권취되는 경우, 상기 양극 탭 또는 상기 음극 탭은 일렬로 배열될 수도 있다. 상기 양극 탭의 개수와 상기 음극 탭의 개수가 동일한 것이 바람직하다. 상기 음극 탭 중 적어도 둘 이상의 음극 탭이 서로 다른 재질로 이루어질 수 있다. 상기 음극 탭 중 적어도 둘 이상의 음극 탭은 니켈, 구리 및 니켈과 구리의 합판으로 이루어진 군으로부터 선택된 서로 다른 재질로 이루어질 수 있다. 상기 전극 조립체가 권취되는 경우, 상기 권취된 전극 조립체의 가장 중심에 위치한 음극 탭은 구리 재질 또는 니켈과 구리의 합판 재질로 이루어지고, 상기 권취된 전극 조립체의 가장 외곽에 위치한 음극 탭은 니켈 재질로 이루어질 수 있다.A plurality of the positive electrode tab and the negative electrode tab may be provided. At this time, when the electrode assembly is wound, the negative electrode tab located at the center of the wound electrode assembly may have a larger area than the negative electrode tab located at the outermost position of the wound electrode assembly. When the electrode assembly is wound, the positive electrode tab or the negative electrode tab may be arranged in a line. It is preferable that the number of the positive electrode tabs and the number of the negative electrode tabs are the same. At least two of the negative electrode tabs may be made of different materials. At least two of the negative electrode tabs may be made of different materials selected from the group consisting of nickel, copper, and a laminate of nickel and copper. When the electrode assembly is wound, the negative electrode tab located at the very center of the wound electrode assembly is made of a copper material or a laminated material of nickel and copper, and the negative electrode tab located at the outermost position of the wound electrode assembly is made of nickel Lt; / RTI >
상기 전극 조립체는 원통형 또는 플랫 튜브(flat tube)형일 수 있다.The electrode assembly may be cylindrical or flat tube type.
상기 양극 탭은 상기 양극 집전체의 상부 방향 및 하부 방향으로 돌출되도록 상기 양극 집전체보다 길게 형성되고, 상기 음극 탭은 상기 음극 집전체의 상부 방향 및 하부 방향으로 돌출되도록 상기 음극 집전체보다 길게 형성된 것일 수 있다.The positive electrode tab is longer than the positive electrode collector so as to protrude upward and downward of the positive electrode collector, and the negative electrode tab is longer than the negative electrode collector so as to protrude upward and downward of the negative electrode collector. Lt; / RTI >
다른 예로, 상기 양극 탭은 상기 양극 집전체의 상부 방향으로 돌출되도록 형성된 제1 양극 탭과 상기 양극 집전체의 하부 방향으로 돌출되도록 형성된 제2 양극 탭을 포함하고, 상기 음극 탭은 상기 음극 집전체의 상부 방향으로 돌출되도록 형성된 제1 음극 탭과 상기 음극 집전체의 하부 방향으로 돌출되도록 형성된 제2 음극 탭을 포함하는 것일 수 있다.As another example, the positive electrode tab may include a first positive electrode tab protruding upward in the positive electrode collector and a second positive electrode tab protruding in a downward direction of the positive electrode collector, And a second negative electrode tab formed to protrude downward from the negative electrode current collector.
본 발명에 따른 이차전지는, 양극 탭이 상부 방향 및 하부 방향으로 돌출되도록 부착된 양극 판 및 음극 탭이 상부 방향 및 하부 방향으로 돌출되도록 부착된 음극 판이 세퍼레이터를 사이에 두고 배치되어 권취된 전극 조립체; 상기 전극 조립체 및 전해액을 수납하며 상부 및 하부에 개구부가 형성된 케이스; 및 상기 케이스의 개구부를 밀봉하며, 전극단자를 구비하는 캡플레이트;를 포함하되, 상기 양극 탭 및 음극 탭 중 어느 하나는 상기 전극단자에 연결하고, 상기 양극 탭 및 음극 탭 중 다른 하나는 상기 캡플레이트에 연결된다.The secondary battery according to the present invention includes a negative electrode plate attached so that the positive electrode tab and the negative electrode tab protruded upward and downward so that the positive electrode tab protrudes in the upward direction and the downward direction, ; A case for accommodating the electrode assembly and the electrolyte solution and having openings formed at upper and lower portions thereof; And a cap plate sealing the opening of the case and having an electrode terminal, wherein one of the positive electrode tab and the negative electrode tab is connected to the electrode terminal, and the other of the positive electrode tab and the negative electrode tab is connected to the cap Plate.
상기 케이스는 원형 또는 각형일 수 있다.The case may be circular or angular.
상기 전극 조립체와 상기 캡플레이트 사이에는 상기 양극 탭 및 상기 음극 탭이 관통되는 복수개의 홀이 형성된 절연케이스를 더 포함할 수 있다. 상기 절연케이스는 탄성을 가진 재질로 제작될 수 있다.And an insulation case formed between the electrode assembly and the cap plate and having a plurality of holes through which the positive electrode tab and the negative electrode tab are inserted. The insulating case may be made of a material having elasticity.
상기 양극 탭 및 음극 탭 중 어느 하나와 상기 전극단자, 상기 양극 탭 및 음극 탭 중 다른 하나와 상기 캡플레이트는 각각 용접에 의해 연결될 수 있다.One of the positive electrode tab and the negative electrode tab and the other one of the electrode terminal, the positive electrode tab and the negative electrode tab and the cap plate may be connected by welding.
상기 캡플레이트와 상기 전극단자는 전기적으로 절연되어 있는 것일 수 있다. 상기 캡플레이트와 상기 전극단자의 절연은 상기 전극단자에 절연층을 코팅하여 형성되는 것일 수 있다. The cap plate and the electrode terminal may be electrically insulated. And the insulation between the cap plate and the electrode terminal may be formed by coating an insulating layer on the electrode terminal.
본 발명에 따르면, 이차전지의 전극 조립체에서 양극 탭과 음극 탭이 전극 조립체의 상부 방향 및 하부 방향으로 돌출되도록 구비되므로, 양극 탭과 음극 탭이 전극 조립체의 위와 아래로 적어도 두 개씩은 형성이 된다. 이로써 전극 조립체끼리의 연결 혹은 이를 포함하는 이차전지간의 연결시 연결 자유도가 증가하고 다양한 용량의 전지 설계가 가능해진다.According to the present invention, since the positive electrode tab and the negative electrode tab of the electrode assembly of the secondary battery are provided so as to protrude upward and downward of the electrode assembly, at least two positive electrode tabs and negative electrode tabs are formed above and below the electrode assembly . This increases the degree of freedom of connection between the electrode assemblies or between the secondary batteries including the electrode assemblies, and it is possible to design batteries of various capacities.
특히 본 발명의 전극 조립체에서 각각의 탭끼리 병렬로 연결하면 저항을 반으로 낮출 수 있다. 이와 같이 둘 이상의 음극 및 양극을 병렬 연결한 전극 조립체를 제공함으로써 높은 용량을 가지면서도 각 전극에 부하되는 전기 저항을 낮추어 발열에 의한 전지의 위험성을 낮춤으로서 이차전지의 안전성을 개선하고 Rate 특성을 향상시키는 효과를 제공한다.In particular, when the tabs are connected in parallel to each other in the electrode assembly of the present invention, the resistance can be reduced to half. Thus, by providing an electrode assembly in which two or more cathodes and anodes are connected in parallel, it is possible to improve the safety of the secondary battery and improve the rate characteristics by lowering the electric resistance applied to each electrode while having a high capacity, .
본 발명에 의하면, 양극 탭 및 음극 탭이 양극 집전체 및 음극 집전체에 부착되어 저항이 감소되고 열 발생이 줄어들며 전극 탭의 집전 효율이 향상될 수 있다. 따라서, 이차전지의 전류 흐름 특성이 개선되어, 이차전지의 출력 성능이 향상될 수 있다.According to the present invention, the positive electrode tab and the negative electrode tab are attached to the positive electrode collector and the negative electrode collector, thereby reducing the resistance, reducing heat generation, and improving the current collecting efficiency of the electrode tab. Therefore, the current flow characteristics of the secondary battery are improved, and the output performance of the secondary battery can be improved.
또한 본 발명에 따르면 전극 조립체의 전극 탭과, 전극단자 또는 캡플레이트를 연결할 때, 용접의 다양화를 통해서 전력을 용이하게 조절할 수 있는 이차전지를 제공할 수 있다. 본 발명에 의하면, 용접의 다양화를 통해서 전력을 용이하게 조절할 수 있음으로써, 고출력이나 고충전량의 전지를 생산할 수 있다. 그리고, 전극단자 또는 캡플레이트와, 전극 탭 간의 결합력을 향상시킬 수 있음으로써, 집전과 내구성을 향상시킬 수 있다. Further, according to the present invention, it is possible to provide a secondary battery which can easily adjust electric power through various welding when connecting an electrode tab of an electrode assembly and an electrode terminal or a cap plate. According to the present invention, the power can be easily controlled through diversification of welding, so that it is possible to produce a battery having a high output or a high battery capacity. Further, since the coupling force between the electrode terminal or the cap plate and the electrode tab can be improved, current collection and durability can be improved.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 발명의 내용과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은 일반적인 전극 조립체를 나타내는 사시도이다.
도 2 내지 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 전극 조립체를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 케이스에 도 4의 전극 조립체가 내장되어 제조되는 이차전지의 모습을 나타내는 사시도이다.
도 6은 도 5에 도시된 이차전지를 나타내는 단면도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 조립체를 권취하기 전의 평면도이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전극 조립체가 권취된 상태의 구성을 개략적으로 도시하는 도면이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The accompanying drawings, which are incorporated in and constitute a part of the specification, illustrate preferred embodiments of the invention and, together with the description, serve to further understand the technical idea of the invention, It should not be interpreted.
1 is a perspective view showing a conventional electrode assembly.
2 to 4 are views for explaining an electrode assembly according to an embodiment of the present invention.
5 is a perspective view illustrating a secondary battery in which the electrode assembly of FIG. 4 is built in a case according to an embodiment of the present invention.
6 is a cross-sectional view showing the secondary battery shown in Fig.
7 is a plan view of an electrode assembly according to another embodiment of the present invention before winding.
8 is a view schematically showing a configuration in a state in which an electrode assembly according to another embodiment of the present invention is wound.
이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어진 것이고 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 가리킨다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the scope of the invention to those skilled in the art. It is provided to let you know. The shape of the elements and the like in the drawings are exaggerated in order to emphasize a clearer description, and the same reference numerals denote the same elements.
도 2 내지 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 전극 조립체를 설명하기 위한 도면이다. 2 to 4 are views for explaining an electrode assembly according to an embodiment of the present invention.
먼저 도 2를 참조하면, 양극 판(10), 음극 판(20) 및 2 매의 세퍼레이터(30)가 권취 전에 적층되어 있는 상태를 나타낸다. 양극 판(10), 음극 판(20) 및 세퍼레이터(30)의 매수는 이보다 더 많을 수도 있다. 2, the
양극 판(10)은 양극 활물질이 도포된 양극 집전체(11)에 양극 탭(12)이 상부 방향 및 하부 방향으로 돌출되도록 부착된 것이다. 음극 판(20)은 음극 활물질이 도포된 음극 집전체(21)에 음극 탭(22)이 상부 방향 및 하부 방향으로 돌출되도록 부착된 것이다. 세퍼레이터(30)는 양극 판(10)과 음극 판(20) 사이를 절연시키도록 배치된다. 양극 판(10)과 음극 판(20)은 세퍼레이터(30)를 통해 서로 전기적으로 분리되는 상태로 권취되어 전극 조립체가 된다. The
양극 판(10)은, 알루미늄과 같은 양극 집전체(11)의 적어도 일면에 양극 활물질이 도포되어 형성된다. 리튬 이온을 흡장 방출 가능한 양극 활물질, 활성탄, 도전재, 결착제 등이 배합된 슬러리를 도포하여 제조한다. 양극 활물질로서는, 스피넬형 입방정, 층상형 육방정, 올리빈형 사방정, 삼사정 등의 결정 구조를 가지는, 리튬과 천이 금속과의 복합화합물이 이용될 수 있다. 고출력, 고에너지 밀도 또한 장수명 등의 관점에서는, 리튬과 니켈, 망간, 코발트를 함유하는 층상형 육방정이 바람직할 수 있다. 특히, 본 발명에 따른 양극 판(10)은 양극 탭(12)이 상부 방향 및 하부 방향으로 돌출되도록 부착된다. 이와 같은 양극 탭(12)은 양극 집전체(11)에서 양극 활물질이 도포되지 않은 무지부에 초음파 용접, 레이저 용접, 저항 용접 등의 방식에 의해 부착될 수 있다. 그러나, 본 발명이 이와 같은 양극 탭(12)의 부착 방식에 의해 제한되는 것은 아니며, 본 발명의 출원 시점에서 공지된 다양한 탭 부착 기술이 본 발명에 채용될 수 있다. The
음극 판(20)은, 구리와 같은 음극 집전체(21)의 적어도 일면에 음극 활물질이 도포되어 형성된다. 음극 활물질은 대부분 인산철리튬, 인산망간리튬, 리튬코발트산화물, 리튬니켈산화물 또는 기타 적절한 리튬 함유물을 함유하는 조성물일 수 있다. 특히, 본 발명에 따른 음극 탭(22)이 상부 방향 및 하부 방향으로 돌출되도록 부착된다. 이와 같은 음극 탭(22) 역시 양극 탭(12)과 마찬가지로, 음극 집전체에서 음극 활물질이 도포되지 않은 무지부에 부착될 수 있으며, 초음파 용접, 레이저 용접, 저항 용접 방식과 같은 다양한 부착 방식이 적용될 수 있다. The
양극 집전체(11)의 재질에는 알루미늄이 이용되고 음극 집전체(21)의 재질에는 구리가 이용되면, 양극 집전체(11)가 음극 집전체(21)에 비해 경량인 것으로부터 이차전지 전체적으로 경량화를 도모할 수 있어 중량 에너지 밀도의 향상을 도모할 수 있다. 양극 탭(12)과 음극 탭(22)은 금속성이며 도전성이고, 예를 들면 양극 집전체(11)나 음극 집전체(21)을 형성하는 것과 같거나 유사한 금속 호일일 수도 있다. When aluminum is used as the material of the
세퍼레이터(30)는, 양극 판(10)과 음극 판(20) 사이에 배치되어 양극 판(10)과 음극 판(20) 사이를 절연시키고, 양극 판(10)과 음극 판(20) 사이에 활물질 이온이 교환될 수 있도록 한다. 또한, 도면에 도시된 바와 같이, 양극 판(10) 또는 음극 판(20)의 외측에 또 다른 세퍼레이터(30)가 위치되어 전극 조립체의 권취시 양극 판(10)과 음극 판(20) 사이에 절연 상태가 이루어지도록 할 수 있다.The
양극 판(10), 음극 판(20) 및 세퍼레이터(30)의 구성이나 재질, 제조 방법 등에 대하여 본 명세서에 설명된 내용 이외에도, 본 발명이 속하는 기술분야에서 숙련된 자에게 널리 알려져 있는 내용이 본 발명에 채용될 수 있으며, 이러한 내용에 대해서는 본 명세서에서 그 상세한 설명을 생략한다.In addition to the structure and material of the
양극 집전체(11)의 권취 방향(길이 방향)의 일 측에는, 띠 형의 양극 탭(12)이 접속되어 있다. 양극 탭(12)은 양극 집전체(11)의 상부 방향 및 하부 방향으로 돌출되도록 양극 집전체(11)보다 길게 형성된다. 음극 집전체(21)의 권취 방향(길이 방향)의 일 측에도 띠 형의 음극 탭(22)이 접속되어 있다. 음극 탭(22)은 음극 집전체(21)의 상부 방향 및 하부 방향으로 돌출되도록 음극 집전체(21)보다 길게 형성된다. 양극 탭(12)과 음극 탭(22)이 형성되어 있는 쪽을 권취 개시점으로 하면 양극 탭(12)과 음극 탭(22)이 센터 부분에 위치하는 전극 조립체를 제조할 수 있다. 반대로, 양극 탭(12)과 음극 탭(22)이 형성되어 있지 않은 쪽을 권취 개시점으로 하면 양극 탭(12)과 음극 탭(22)이 가장자리 부분에 위치하는 전극 조립체를 제조할 수 있다.A strip-shaped
양극 탭(12)의 길이가 음극 탭(22)의 길이는 서로 같거나 다를 수 있다. 예를 들어, 양극 탭(12)의 길이가 음극 탭(22)의 길이보다 짧을 수 있다. 이차전지용 전극 조립체의 경우 양극 탭(12)에서보다 음극 탭(22)에서 상대적으로 많은 열이 발생하기 때문에, 이와 같이 음극 탭(22)의 길이를 보다 길게 하여 음극 탭(22)의 저항을 낮춤으로써 음극 탭(22)에서 발생하는 열을 감소시킬 수 있다. 음극 탭(22)에서의 열 방산이 쉬워지면 이것에 의해, 이차전지 온도 상승이 억제되기 때문에, 전지 성능을 유지할 수 있다.The length of the
또한, 양극 탭(12)과 음극 탭(22)의 위치는 다양하게 변경될 수 있다. 도 3에 도시한 바와 같이 양극 집전체(11)의 권취 방향(길이 방향)의 타 측에 띠 형의 양극 탭(12)이 접속되고, 음극 집전체(21)의 권취 방향(길이 방향)의 일 측에 띠 형의 음극 탭(22)이 접속되어 있을 수 있다. 이와 반대의 경우도 가능하다. 뿐만 아니라, 양극 집전체(11)의 양쪽 방향에 양극 탭(12)이 구비될 수도 있고, 음극 집전체(21)의 양쪽 방향에 음극 탭(22)이 구비될 수도 있다. 양극 집전체(11)와 음극 집전체(21)의 각 단부에 탭들을 놓음으로써, 양극 탭(12) 및 음극 탭(22)에, 또는 그들로부터 더욱 균일한 전하 커플링을 제공할 수 있다. 물론 양극 집전체(11)나 음극 집전체(21)의 중간 부분에 양극 탭(12)이나 음극 탭(22)이 형성되는 경우도 가능하다. In addition, the positions of the
한편 본 실시예에서는 양극 집전체(11)에 양극 탭(12)이 접속되고 음극 집전체(21)에 음극 탭(22)이 접속되는 경우를 예로 들었으나, 양극 집전체(11)와 양극 탭(12)이 일체형으로 구성되고 음극 집전체(21)에 음극 탭(22)이 일체형으로 구성되는 경우도 가능하다. 이러한 경우, 집전체에 탭을 부착하는 공정이 생략되므로 제조공정이 줄어들고 이로써 제조비용이 절감된다. In this embodiment, the
도 4는 도 3의 적층 구조를 권취하여 제조한 전극 조립체를 나타내는 사시도이다. Fig. 4 is a perspective view showing an electrode assembly manufactured by winding the laminated structure of Fig. 3; Fig.
도 4를 참조하면, 전극 조립체(50)는 양극 판(10)과 음극 판(20) 사이에 세퍼레이터(30)가 개재되어 권취된 후에 외장테이프(미도시)로 마감한 것일 수 있다. 도 4에서 전극 조립체(50)는 원통형인 경우를 예로 들어 도시하였으나, 전극 조립체(50)는 플랫 튜브형일 수도 있다. 이와 같이 단면 형상이 다른 전극 조립체 는 예를 들면, 권취 시의 축심의 단면 형상을 바꿈으로써 제작할 수 있다. 또, 본 실시 형태에서는, 특히 언급하고 있지 않지만, 전극 조립체(50)가 권취 중심부에 축심을 가지고 있어도 좋고, 권취 시에 이용한 축심을 전극 조립체(50) 제작 후에 제거하여도 무방하다. Referring to FIG. 4, the
전극 조립체(50)에서 양극 탭(12)은 양극 집전체(도 3의 11)의 상부 방향 및 하부 방향으로 돌출되어 있고, 음극 탭(22)은 음극 집전체(도 3의 21)의 상부 방향 및 하부 방향으로 돌출되어 있다. 이와 같이 양극 탭(12)와 음극 탭(22)이 전극 조립체(50)의 위와 아래로 두 개 이상씩 구비되므로, 팩 조립시에 양극 및 음극을 각각 병렬로 연결하면 저항을 반으로 낮출 수 있다. 내부 저항이 감소하면 출력 향상을 도모할 수 있다. The
그리고, 양극 탭(12)와 음극 탭(22)이 전극 조립체(50)의 위와 아래로 두 개 이상씩 구비되므로 이들을 자유롭게 병렬 연결하면 에너지밀도가 향상된 전지를 얻을 수 있고, 필요한 용량에 따라 얼마든지 다양한 구조를 설계하는 것이 가능한 장점이 있다. 따라서, 이차전지에 대한 용량 증가의 필요성을 충족하면서도 저항이 낮은 전극 조립체 및 이를 포함하는 이차전지를 제공할 수 있다. Since the
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 케이스에 도 4의 전극 조립체가 내장되어 제조되는 이차전지의 모습을 나타내는 사시도이다. 도 6은 도 5에 도시된 이차전지를 나타내는 단면도이다. 5 is a perspective view illustrating a secondary battery in which the electrode assembly of FIG. 4 is built in a case according to an embodiment of the present invention. 6 is a cross-sectional view showing the secondary battery shown in Fig.
도 5 및 도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지(100)는 도 4의 전극 조립체(50) 및 이 전극 조립체(50)를 수용하는 케이스(60)를 포함한다. 전극 조립체(50) 각각은 양극 탭(12)과 음극 탭(22)이 상부 방향 및 하부 방향으로 돌출되어 있으며, 케이스(60)의 상부 및 하부에는 개구부가 형성된다. 또한, 케이스(60)의 개구부에는 캡플레이트(70)가 형성되어, 개구부를 밀봉하면서 그 내부에 전극 조립체(50)와 함께 전해액을 수납하게 된다. Referring to FIGS. 5 and 6, a
캡플레이트(70)의 내측에는 전극단자(80)가 구비되며, 양극 탭(12) 및 음극 탭(22)은 각각 캡플레이트(70) 또는 전극단자(80)와 전기적으로 연결된다. 케이스(60)와 캡플레이트(70)는 알루미늄, 스테인리스 스틸 또는 이들의 합금과 같은 경량의 전도성 금속 재질로 구성될 수 있다. 이와 같이 양극 탭(12)과 음극 탭(22)은 캡플레이트(70)나 케이스(60) 몸체에 형성되는 전극단자(80)와 연결되어, 외부의 전자기기와 연결시킬 수 있는 상태로 결합된다. The
보다 상세히 설명하자면, 양극 탭(12)과 음극 탭(22)은 캡플레이트(70)나 전극단자(80)에 연결되어, 양극이나 음극으로 활용되어야 한다. 만일 본 발명의 이차전지가 사용되기 위한 전자기기가 있다면, 전자기기의 활용을 위해서 양극과 음극이 접속되어야 한다. 이 때 본 발명의 이차전지에서 전자기기에 연결을 위한 전극단자는 캡플레이트(70)일 수도 있고, 캡플레이트(70)에 형성된 전극단자(80)일 수도 있다. 본 실시예에서 음극 탭(22)은 전극단자(80)와 연결되고, 양극 탭(12)은 캡플레이트(70)에 연결된다. 각각의 연결은 용접에 의할 수 있다. More specifically, the
본 실시예에서 케이스(60)는 각형인 경우를 예로 들어 도시하였으나, 케이스(60)는 원형일 수도 있다. 전극 조립체(50)가 원형인 경우에는 원형 케이스가 적절하고 전극 조립체(50)가 플랫 튜브형인 경우에는 각형 케이스가 적절할 수 있다. In this embodiment, the
전극 조립체(50)와 캡플레이트(70) 사이에는 양극 탭(12) 및 음극 탭(22)이 관통되는 복수개의 홀(H)이 형성된 절연케이스(75)를 더 포함할 수 있다. 전극 조립체(50)의 상부와 캡플레이트(70) 사이의 공간에 절연케이스(75)를 장착하면 불필요한 전기적인 접촉으로 쇼트가 발생하는 것을 방지할 수 있다. 절연케이스(75)는 전기가 통하지 않은 부도체로 형성될 수 있다. 바람직하게, 부도체(세라믹, 고무, 실리콘, 각종의 합성수지 및 부도체 금속) 중에서 고무와 같이 약간의 탄성을 가진 형태의 재질이 사용됨이 바람직하다. 이유는 절연케이스(75)가 케이스(60)의 개구부 상단 및 하단에 끼워져, 절연케이스(75)의 외곽측면이 케이스(60)의 내주면과 밀착되면서 내측의 가스 및 액상 전해액 등이 새어 나오는 것을 방지하기 위함이다. 다소 큰 부피나 면적이 넓은 절연케이스(75)가 케이스(60)의 내주면에 억지 끼움 방식으로 끼워져 그 탄성력을 통해서 케이스의 내주면과 절연케이스(75) 외곽측면과의 사이로 전해액이 흘러나오지 않도록 하면 바람직하다. 그러므로, 절연케이스(75)는 탄성을 가진 재질로 제작됨이 바람직하다.The
절연케이스(75)에는 도시된 것처럼 별도의 홀(H)이 복수개 형성되는데, 양극 탭(12) 및 음극 탭(22)이 관통하여 캡플레이트(70)와 접촉하거나 전극단자(80)와 체결될 수 있도록 한다. 홀(H)은, 관통하는 양극 탭(12)과 음극 탭(22)의 개수에 맞추어 각각 별도로 형성됨이 바람직하다. A plurality of separate holes H are formed in the insulating
캡플레이트(70)와 전극단자(80)는 전기적으로 절연되어 있는 것일 수 있다. 캡플레이트(70)와 전극단자(80)의 절연은 전극단자(80)에 절연층(85)을 코팅하여 형성되는 것일 수 있다. The
도 5에서는 직사각형의 전극단자(80)가 형성된 캡플레이트(70)를 도시한다. 만일 본 발명의 전극 조립체(50)에서 돌출된 음극 탭(22)이 직사각형의 전극단자(80)에 연결된다면, 양극 탭(12)은 직사각형의 전극단자(80) 외측인 캡플레이트(70) 자체에 연결될 것이다. 따라서 전극단자(80)는 음극이 되고 캡플레이트(70)는 양극이 되는 것이다. 반대로 음극 탭(22)이 캡플레이트(70)에 연결되어 캡플레이트(70)가 음극이 되고 양극 탭(12)이 전극단자(80)에 연결되어 전극단자(80)가 음극이 되는 구성도 가능하다. Fig. 5 shows a
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 이차전지(100)는, 전극 조립체(50)를 케이스(60)에 내장시킨다. 그리고, 전극 조립체(50)는 상부에도 양극 탭(12)과 음극 탭(22)이 돌출되고 하부에도 양극 탭(12)와 음극 탭(22)이 돌출된다. 양극 탭(12)와 음극 탭(22)이 위 아래로 형성되므로, 위 아래 병렬로 전극 조립체(50) 또는 이차전지(100)를 연결하는 것이 용이하다. 따라서, 병렬 연결을 통해서 그 전력을 다양하게 높이고, 그 충전량을 조절할 수 있다. As described above, in the
케이스(60)는 다양한 형상으로 형성될 수 있고, 그 크기도 필요에 따라 얼마든지 조절할 수 있다. 이에 따라 그 내부에 축적되는 전극 조립체(50)의 개수도 케이스(60)의 부피에 따라 대응되도록 조절이 가능하다. 즉, 케이스(60) 안에 전극 조립체(50)를 복수개 수용하도록 하고 각 전극 조립체(50)의 양극 탭(12) 및 음극 탭(22)을 서로 병렬 연결하거나 조립에 의해 병렬 연결 상태가 되도록 한 후 각각을 전극단자(80)나 캡플레이트(70)에 연결하여 이차전지를 만들 수 있다. 예를 들어, 케이스(60) 안에 2열 3행과 같은 평면 배열로 전극 조립체(50)를 내장한 후 이를 직렬 또는 병렬 접속할 수가 있다. 이 때, 캡플레이트(70)의 전극단자(80)는 여러 개의 양극 탭 혹은 음극 탭을 동시에 접속할 수 있도록 구성될 수 있고, 절연케이스(75)에 형성되는 홀(H)도 양극 탭(12)과 음극 탭(22)의 개수에 맞추어 여러 개 형성될 수 있다. The
전극 조립체(50)를 여러 개 연결하여 이차전지를 구성하거나, 이차전지(100)를 여러 개 연결하여 전지모듈을 구성하면 상술한 것처럼 출력 성능이나 에너지 밀도가 우수한 전극 조립체를 배열해 접속하는 것이기 때문에 고출력화, 고에너지 밀도화를 도모할 수 있다.When a plurality of
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 조립체를 권취하기 전의 평면도이다.7 is a plan view of an electrode assembly according to another embodiment of the present invention before winding.
도 7을 참조하면, 양극 판(10), 음극 판(20) 및 2매의 세퍼레이터(30)가 권취 전에 적층되어 있다. 이 때, 양극 탭(12)은 양극 집전체(11)의 상부 방향으로 돌출되도록 형성된 제1 양극 탭(13)과 양극 집전체(11)의 하부 방향으로 돌출되도록 형성된 제2 양극 탭(14)을 포함한다. 음극 탭(22)은 음극 집전체(21)의 상부 방향으로 돌출되도록 형성된 제1 음극 탭(23)과 음극 집전체(21)의 하부 방향으로 돌출되도록 형성된 제2 음극 탭(24)을 포함한다. 7, a
제1 양극 탭(13)과 제2 양극 탭(14)이 서로 분리되어 있지만 양극 집전체(11) 상부 및 하부로 돌출되는 양극 탭(12)을 구성하고, 제1 음극 탭(23)과 제2 음극 탭(24)이 서로 분리되어 있지만 음극 집전체(21) 상부 및 하부로 돌출되는 음극 탭(22)을 구성하므로, 본 실시예의 나머지 사항들은 앞선 실시예들에서와 동일하다. The first
도 8은, 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 조립체(150)가 권취된 상태의 구성을 개략적으로 도시하는 도면이다.Fig. 8 is a view schematically showing a configuration in a state in which the
도 8을 참조하면, 양극 판(10)과 음극 판(20)이 세퍼레이터(30)를 사이에 두고 권취되어 권취된 전극 조립체(150)를 구성하며, 복수개의 양극 탭(12)이 전극 조립체(150)의 상부 및 하부로 돌출되고 복수개의 음극 탭(22)이 전극 조립체(150)의 상부 및 하부로 돌출된다. 양극 탭(12)과 음극 탭(22)을 이와 같이 복수개로 구성하는 경우, 전류 경로를 증대시켜 저저항화를 도모할 수 있다. 8, a
양극 탭(12)은 양극 판(10)의 길이를 따라 여러 개가 놓여진다. 음극 탭(22)은 음극 판(20)의 길이를 따라 여러 개가 놓여진다. 여러 개의 양극 탭(12) 또는 여러 개의 음극 탭(22)끼리는 같은 간격을 가지거나 불균일한 간격을 가질 수도 있다. 어떤 경우이거나 양극 탭(12)과 음극 탭(22)을 복수개로 구성함으로써 균일한 전하 커플링을 더욱 촉진할 수 있다.A plurality of
이 때, 음극 탭(22)은 권취된 전극 조립체(150)의 가장 중심에 위치한 음극 탭(22a)이 전극 조립체(150)의 가장 외곽에 위치한 음극 탭(22d)보다 큰 면적을 갖는 것이 바람직하다. 일례로, 도 8에서, 권취된 전극 조립체(150)의 가장 중심에 위치한 제1 음극 탭(22a)의 폭을 D1이라 하고, 전극 조립체(150)의 가장 외곽에 있는 제4 음극 탭(22d)의 폭을 D4라 할 때, D1이 D4보다 크도록 구성하는 것이 좋다. 본 발명과 같이 전극 조립체(150)에 음극 탭(22)을 구비하는 경우, 권취된 전극 조립체(150)의 중심 부분에 위치한 음극 탭(22)에 가장 많은 열이 발생할 수 있다. 따라서, 상기 실시예와 같이, 권취된 전극 조립체(150)의 가장 중심에 위치한 음극 탭(22)의 면적을 가장 크게 구성함으로써, 해당 음극 탭(22)의 저항을 낮추어 발생하는 열을 감소시킬 수 있다. 이와 같이 방열성이 더하기 때문에, 충방전에 수반해 전극 조립체(150)가 발열해도 온도 분포를 감소시켜 출력 저하를 억제할 수 있다. The
더욱 바람직하게는, 권취된 전극 조립체(150)의 가장 중심에 위치한 음극 탭(22a)에서 가장 외곽에 위치한 음극 탭(22d)으로 갈수록 음극 탭(22)의 면적이 순차적으로 작아지도록 구성할 수 있다. 이는 권취된 전극 조립체(150)의 중심에서 외곽으로 갈수록 음극 탭(22)에서 발생하는 열이 순차적으로 작아지기 때문이다. 예를 들어, 도 8의 실시예에서, 제1 음극 탭(22a), 제2 음극 탭(22b), 제3 음극 탭(22c) 및 제4 음극 탭(22d)의 폭을 D1, D2, D3 및 D4라 할 때, D1 > D2 > D3 > D4가 되도록 구성할 수 있다. More preferably, the area of the
상기 실시예에서는 음극 탭(22)의 폭을 조절하여 그 면적을 달리하는 구성을 위주로 설명되었으나, 음극 탭(22)의 길이를 조절하는 것과 같이 음극 탭(22)의 면적을 달리하는 방법에는 여러 가지 방식이 이용될 수 있다.The width of the
한편, 상기 실시예와 같이 권취된 전극 조립체(150)의 가장 중심에 위치한 음극 탭(22a)이, 권취된 전극 조립체(150)의 가장 외곽에 위치한 음극 탭(22d)보다 큰 면적을 갖도록 하는 구성은, 양극 탭(12)에도 적용될 수 있다. 따라서, 전극 조립체(150)의 가장 중심에 위치한 양극 탭(12)이, 권취된 전극 조립체(150)의 가장 외곽에 위치한 양극 탭(12)보다 큰 면적을 갖도록 할 수 있다.The
도 8의 전극 조립체(150)는 양극 탭(12) 및 음극 탭(22)이 전극 조립체(150)의 중심에서 외곽 방향으로 일렬로 배치된 경우를 예로 들어 도시하였다. 물론 일렬로 배치되지 않고, 임의로 배치될 수도 있다. The
한편, 도 8에 도시된 양극 탭(12)이나 음극 탭(22)의 개수 및 배치 등의 구성은 일례에 불과하며, 본 발명이 이러한 구성에 의해 한정되는 것은 아니다. 바람직하게는, 양극 탭(12)의 개수와 음극 탭(22)의 개수는 동일한 것이 좋다. 이 경우, 양극 탭(12)과 음극 탭(22)을 통한 전류의 흐름 특성이 좋아져 이차전지의 성능이 개선될 수 있다.On the other hand, the number of the
또한 바람직하게는, 음극 탭(22) 중 적어도 둘 이상의 음극 탭(22)이 서로 다른 재질로 이루어질 수 있다. 즉, 음극 탭(22) 중 적어도 하나 이상의 음극 탭(22)이 나머지 음극 탭(22)과 다른 재질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 도 8의 실시예에서, 제1 음극 탭(22a)이 제2 내지 제4 음극 탭(22b~22d)과 다른 재질로 이루어지거나, 제3 음극 탭(22c) 및 제4 음극 탭(22d)이 제1 음극 탭(22a) 및 제2 음극 탭(22b)과 다른 재질로 이루어질 수 있다. Also, preferably, at least two of the
보다 구체적으로, 음극 탭(22) 중 적어도 둘 이상의 음극 탭(22)은, 니켈, 구리 및 니켈과 구리의 합판(clad)으로 이루어진 군으로부터 선택된 서로 다른 재질로 이루질 수 있다. 여기서, 니켈과 구리의 합판은 니켈과 구리를 접착하여 구성된 것일 수 있다. 음극 탭(22)의 재질 중, 구리는 저항이 낮고 집전 특성이 좋으며, 비용이 저렴하고 잘 산화되지 않는 특성을 갖는다. 반면, 니켈은 용접이 잘 되는 등 공정성이 좋고 잘 끊어지지 않는다는 특성을 갖는다. 그리고, 니켈과 구리의 합판은 이와 같은 니켈과 구리의 중간 특성을 갖는다. 상기 실시예와 같이 둘 이상의 음극 탭(22)이 니켈, 구리 또는 니켈과 구리의 합판 재질 중 서로 다른 재질로 이루어질 경우, 각 재질의 장점을 적절하게 이용할 수 있다.More specifically, the at least two
더욱 바람직하게는, 전극 조립체(150)가 권취되는 경우, 권취된 전극 조립체(150)의 가장 중심에 위치한 음극 탭(22a)은 구리 재질 또는 니켈과 구리의 합판 재질로 이루어지고, 상기 권취된 전극 조립체(150)의 가장 외곽에 위치한 음극 탭(22d)은 니켈과 구리의 합판 재질 또는 니켈 재질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 도 8의 실시예에서, 권취된 전극 조립체(150)의 가장 중심에 위치한 제1 음극 탭(22a)은 구리 재질로 이루어지고, 권취된 전극 조립체(150)의 가장 외곽에 위치한 제4 음극 탭(22d)은 니켈 재질로 이루어질 수 있다. 권취된 전극 조립체(150)의 중심에 위치한 음극 탭(22)일 수록 열이 많이 발생할 수 있기 때문에 저항이 낮은 구리를 사용하고, 권취된 전극 조립체(150)의 외곽에 위치한 음극 탭(22)일 수록 열 발생량이 상대적으로 적어 공정성이 좋은 니켈을 사용하는 것이 좋다. 이 경우, 열 발생량을 낮추어 이차전지 성능을 향상시키면서도 이차전지 제조에 대한 공정성을 개선할 수 있다. More preferably, when the
양극 탭(12)과 음극 탭(22)이 복수개로 형성되는 점을 제외하고는 이차전지의 조립 방법이나 구성에 관하여 본 실시예의 나머지 사항들은 앞선 실시예들의 것을 원용할 수 있다.Except for the fact that a plurality of the
이상, 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but many variations and modifications may be made without departing from the spirit and scope of the invention as defined in the appended claims. It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and detail may be made therein without departing from the scope of the appended claims.
10 : 양극 판
11 : 양극 집전체
12 : 양극 탭
20 : 음극 판
21 : 음극 집전체
22 : 음극 탭
30 : 세퍼레이터
50, 150 : 전극 조립체
60 : 케이스
70 : 캡플레이트
75 : 절연케이스
80 : 전극 단자
85 : 절연층
100 : 이차전지10: positive electrode plate 11: positive electrode collector
12: positive electrode tab 20: negative electrode plate
21: cathode current collector 22: negative electrode tab
30:
60: Case 70: Cap plate
75: Insulation case 80: Electrode terminal
85: insulating layer 100: secondary battery
Claims (28)
음극 활물질이 도포된 음극 집전체에 음극 탭이 상부 방향 및 하부 방향으로 돌출되도록 부착된 음극판; 및
상기 양극 판과 상기 음극 판 사이를 절연시키도록 배치된 세퍼레이터를 포함하는 이차전지용 전극 조립체. A positive electrode plate attached to the positive electrode current collector coated with the positive electrode active material so that the positive electrode tab protrudes upward and downward;
A negative electrode plate attached to the negative electrode collector coated with the negative electrode active material so that the negative electrode tab protrudes upward and downward; And
And a separator arranged to isolate the positive electrode plate and the negative electrode plate from each other.
상기 전극 조립체 및 전해액을 수납하며 상부 및 하부에 개구부가 형성된 케이스; 및
상기 케이스의 개구부를 밀봉하며, 전극단자를 구비하는 캡플레이트;를 포함하되,
상기 양극 탭 및 음극 탭 중 어느 하나는 상기 전극단자에 연결하고, 상기 양극 탭 및 음극 탭 중 다른 하나는 상기 캡플레이트에 연결된 이차전지. A negative electrode plate attached so that a positive electrode tab and a negative electrode tab protrude upward and downward so that the positive electrode tab protrudes upwardly and downwardly, and the negative electrode plate is wound with the separator interposed therebetween;
A case for accommodating the electrode assembly and the electrolyte solution and having openings formed at upper and lower portions thereof; And
And a cap plate sealing the opening of the case and having an electrode terminal,
Wherein one of the positive electrode tab and the negative electrode tab is connected to the electrode terminal and the other of the positive electrode tab and the negative electrode tab is connected to the cap plate.
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