KR20160133194A - 상호 연결된 전극을 포함하는 전극조립체 - Google Patents

상호 연결된 전극을 포함하는 전극조립체 Download PDF

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Abstract

본 발명은 분리막이 개재된 상태로 복수의 양극판들과 복수의 음극판들이 높이 방향으로 적층되어 있는 구조의 전극조립체로서, 일변에 전극 탭이 형성되어 있는 구조의 적어도 둘 이상의 제 1 양극판들; 일변에 전극 탭이 형성되어 있는 구조의 적어도 둘 이상의 제 1 음극판들; 하기 제 2 음극판과 연결되는 제 1 연결부가 일변에 형성되어 있고, 상기 제 1 음극판 및 하기 제 2 음극판 사이에 개재되어 있는 적어도 하나 이상의 제 2 양극판; 상기 제 2 양극판과 연결되는 제 2 연결부가 일변에 형성되어 있고, 상기 제 1 양극판 및 상기 제 2 양극판 사이에 개재되어 있는 적어도 하나 이상의 제 2 음극판; 및 양극판과 음극판 사이 각각에 개재되어 있는 분리막;을 포함하는 것을 특징으로 하는 전극조립체에 관한 것이다.

Description

상호 연결된 전극을 포함하는 전극조립체 {Electrode Assembly Including Electrodes Being Interconnected}
본 발명은 상호 연결된 전극을 포함하는 전극조립체에 관한 것이다.
IT(Information Technology) 기술이 눈부시게 발달함에 따라 다양한 휴대형 정보통신 기기의 확산이 이뤄짐으로써, 21세기는 시간과 장소에 구애 받지 않고 고품질의 정보서비스가 가능한 ‘유비쿼터스 사회’로 발전되고 있다.
이러한 유비쿼터스 사회로의 발전 기반에는, 리튬 이차전지가 중요한 위치를 차지하고 있다. 구체적으로, 충방전이 가능한 리튬 이차전지는 와이어리스 모바일 기기의 에너지원으로 광범위하게 사용되고 있을 뿐만 아니라, 화석 연료를 사용하는 기존의 가솔린 차량, 디젤 차량 등의 대기오염 등을 해결하기 위한 방안으로 제시되고 있는 전기자동차, 하이브리드 전기자동차 등의 에너지원으로서도 사용되고 있다.
상기와 같이, 리튬 이차전지가 적용되는 디바이스들이 다양화됨에 따라, 리튬 이차전지는, 적용되는 디바이스에 알맞은 출력과 용량을 제공할 수 있도록 다양화되고 있다. 더불어, 소형 경박화가 강력히 요구되고 있다.
상기한 리튬 이차전지는, 그것의 형상에 따라 원통형 전지셀, 각형 전지셀, 파우치형 전지셀 등으로 구분할 수 있다. 그 중에서도 높은 집적도로 적층될 수 있고 중량당 에너지 밀도가 높으며 저렴하고 변형이 용이한 파우치형 전지셀이 많은 관심을 모으고 있다.
도 1에는 종래의 파우치형 이차전지의 분해도가 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 이차전지(10)는 스택형의 전극조립체(20)가 라미네이트 시트의 전지케이스(40)의 수납부(41)에 수납되고, 전해액과 함께 내장되어 밀봉되는 구조로 이루어져 있다.
전극조립체(20)는 다수의 양극 및 음극과 양극 및 음극 사이에 개재되는 분리막을 높이 방향으로 적층하는 구조로 이루어져 있다. 전극조립체(20)의 상단에는 양극 및 음극으로부터 연장된 다수의 전극 탭들(21, 22)이 돌출되어 형성되어 있고, 전극 탭들(21, 22)은 전극 리드(30, 31)에 연결되는 구조로 이루어져 있다.
그러나, 이와 같이 일반적인 구조의 전극조립체는 최근 고출력을 요구하는 디바이스 또는 시스템에 충족되기 어려운 문제점이 있다.
따라서, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 새로운 전극조립체의 개발이 필요한 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 목적은 고출력을 요구하는 시스템 및 디바이스에 장착되어 소망하는 출력을 제공할 수 있고, 종래의 이차전지에 대비하여 에너지 밀도가 높은 전극조립체를 제공하는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한, 본 발명에 따른 전극조립체는,
분리막이 개재된 상태로 복수의 양극판들과 복수의 음극판들이 높이 방향으로 적층되어 있는 구조의 전극조립체로서,
일변에 전극 탭이 형성되어 있는 구조의 적어도 둘 이상의 제 1 양극판들;
일변에 전극 탭이 형성되어 있는 구조의 적어도 둘 이상의 제 1 음극판들;
하기 제 2 음극판과 연결되는 제 1 연결부가 일변에 형성되어 있고, 상기 제 1 음극판 및 하기 제 2 음극판 사이에 개재되어 있는 적어도 하나 이상의 제 2 양극판;
상기 제 2 양극판과 연결되는 제 2 연결부가 일변에 형성되어 있고, 상기 제 1 양극판 및 상기 제 2 양극판 사이에 개재되어 있는 적어도 하나 이상의 제 2 음극판; 및
양극판과 음극판 사이 각각에 개재되어 있는 분리막;
을 포함하는 구조로 이루어져 있을 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 전극조립체는, 전극조립체를 구성하는 다수의 전극판 중 일부의 양극판 및 음극판을 상호 연결함으로써, 고출력을 요구하는 시스템 및 디바이스에 장착되어 소망하는 출력을 제공할 수 있고, 종래의 이차전지에 대비하여 에너지 밀도가 높은 구조를 달성할 수 있다.
상기 전극조립체는 스택형 또는 스택/폴딩형 전극조립체일 수 있다.
상기 제 2 양극판과 제 2 음극판을 전기적으로 연결하기 위해서, 상기 제 1 연결부 및 제 2 연결부는 활물질이 도포되어 있지 않은 무지부로 이루어져 있을 수 있다.
상기 무지부는, 상기 제 1 연결부 및 제 2 연결부가 접하는 면에만 형성되어 있을 수 있고, 상기 연결부들이 접하는 면의 대향하는 면에는 활물질이 도포되어 있을 수 있다.
구체적으로, 상기 제 1 연결부는 제 2 양극판의 상변의 중앙 부위에 형성되어 있을 수 있고, 상기 제 2 연결부는 제 2 음극판의 상변의 중앙 부위에 형성되어 있을 수 있다. 상기 연결부들은 완전히 겹친 상태로 연결될 수 있도록, 동일한 위치에 형성되어 있을 수 있다.
상기 제 1 연결부 및 제 2 연결부의 위치는 상기 제 1 양극판 및 제 2 양극판의 전극 탭의 위치와 겹치지 않도록 중앙 부위에 형성되어 있는 것이 바람직할 수 있지만, 경우에 따라서, 일측변에 가까이 형성되어 있을 수도 있다.
상기 연결부들의 형상의 하나의 예로서, 상기 제 1 연결부와 제 2 연결부는 직사각형 형상으로 이루어져 있을 수 있지만, 경우에 따라서, 다각형 또는 원호 형상으로 이루어져 있을 수도 있다.
다만, 상기 연결부들은 결합력을 높이기 위해서, 상기 제 1 연결부와 제 2 연결부는 동일한 형상으로 이루어져 있을 수 있다.
상기 연결부들을 결합하기 위한 구체적인 예로서, 상기 제 1 연결부 및 제 2 연결부는 용접, 또는 솔더링, 또는 기계적 체결에 의해 상호 결합되어 있을 수 있다.
상기 기계적 체결은 예를들어, 상기 제 1 연결부에 체결홈을 형성하고, 상기 제 2 연결부에는 상기 체결홈에 대응하는 체결돌기를 형성하며, 상기 제 1 연결부 및 제 2 연결부가 접한 상태에서, 상기 체결홈에 상기 체결돌기가 삽입되어 상기 연결부들이 연결되어 결합되는 구조일 수 있다.
상기 제 2 양극판 및 제 2 음극판의 연결부와 상기 제 1 양극판 및 제 1 음극판의 전극 탭 사이에 외부 충격에 의한 단락이 발생하지 않도록, 상기 제 1 연결부 및 제 2 연결부는 절연성 테이프로 감싸여 있을 수 있다.
또한, 상기 절연성 테이프는 상기 연결부들에 소정의 결합력을 추가로 증진시킬 수 있다.
구체적으로, 상기 절연성 테이프는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리카보네이트 또는 고무로 이루어져 있을 수 있지만, 절연성을 갖는 소재라면 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 제 1 연결부 및 제 2 연결부는, 상호 결합된 상태에서 높이 방향 또는 지면 방향으로 수직 절곡되어 있을 수 있다. 이와 같은 구조는, 상기 전극조립체가 전지케이스에 내장된 상태에서 불필요한 사공간이 발생하는 것을 방지하기 위한 구조일 수 있다. 상기 높이 방향은 전극조립체를 구성하는 전극판 및 분리막이 적층되는 방향을 의미할 수 있다.
상기 전극조립체에서 음극판은 양극판보다 상대적으로 큰 평면을 가지는 구조로 이루어져 있을 수 있다.
본 발명은 또한, 상기 전극조립체를 전해액과 함께 셀 케이스에 내장하여 밀봉한 구조로 이루어져 있는 전지셀을 제공한다.
상기 전지셀은 파우치형 전지셀일 수 있고, 상기 셀 케이스는 라미네이트 시트로 이루어져 있을 수 있다.
상기 전지셀은 리튬 이차전지일 수 있고, 구체적으로 리튬 이온 전지 또는 리튬 이온 폴리머 전지일 수 있다.
상기 전지셀의 하나의 예에서, 상기 전극조립체의 제 1 연결부와 제 2 연결부의 상호 결합 부위는 셀 케이스의 내부에 위치해 있을 수 있다.
상기 전지셀의 또 다른 예에서, 상기 전극조립체의 제 1 연결부와 제 2 연결부의 상호 결합 부위는 셀 케이스의 외부에 위치해 있을 수 있다. 상기 결합 부위가 셀 케이스의 외부에 위치해 있는 경우에는, 상기 셀 케이스 내에 내장되는 전극조립체의 크기가 증가하여 전지의 용량이 커질 수 있다.
본 발명은 또한 상기 전지셀을 포함하는 구조의 전지팩을 제공한다.
본 발명은 또한 상기 전지팩을 전원으로 포함하는 구조의 디바이스를 제공한다.
상기 디바이스는 휴대폰, 휴대용 컴퓨터, 스마트폰, 스마트 패드, 넷북, 웨어러블 전자기기, LEV(Light Electronic Vehicle), 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 및 전력저장장치로부터 선택되는 것일 수 있다.
이러한 디바이스의 구조 및 제작 방법은 당업계에 공지되어 있으므로, 본 명세서에서는 그에 대한 자세한 설명을 생략한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전극조립체는, 전극조립체를 구성하는 다수의 전극판 중 일부의 양극판 및 음극판을 상호 연결함으로써, 고출력을 요구하는 시스템 및 디바이스에 장착되어 소망하는 출력을 제공할 수 있고, 종래의 이차전지에 대비하여 에너지 밀도가 높은 구조를 달성할 수 있다.
도 1은 종래의 대표적인 파우치형 이차전지의 분해 사시도이다;
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전극조립체를 구성하는 전극판들의 평면도이다;
도 3은 도 2의 전극판들로 구성된 전극조립체의 평면도이다;
도 4는 도 3의 전극조립체의 측면도이다;
도 5는 본 발명의 또 하나의 실시예에 따른 전극조립체의 측면도이다;
도 6은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지셀의 평면도이다;
도 7은 본 발명의 또 하나의 실시예에 따른 전지셀의 평면도이다.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
도 2에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전극조립체를 구성하는 전극판들의 평면도가 모식적으로 도시되어 있고, 도 3에는 도 2의 전극판들로 구성된 전극조립체의 평면도가 모식적으로 도시되어 있으며, 도 4에는 도 3의 전극조립체의 측면도가 모식적으로 도시되어 있다.
도 2 내지 도 4을 참조하면, 전극조립체(100)는 제 1 양극판(110), 제 1 음극판(120), 제 2 양극판(130) 및 제 2 음극판(140)으로 이루어져 있다.
제 1 양극판(110) 및 제 1 음극판(120)의 상변에는 전극탭들(111, 121)이 각각 형성되어 있고, 제 2 양극판(130) 및 제 음극판(140)의 상변에는 제 1 연결부(131) 및 제 2 연결부(141)가 각각 형성되어 있다.
전극조립체(100)는 제 1 양극판(110) 및 제 1 음극판(120의 사이에 제 2 양극판(130) 및 제 2 음극판(140)이 개재되고, 전극판들(110, 120, 130, 140) 사이의 각각에는 분리막(도시하지 않음)이 개재되는 구조로 이루어져 있다.
제 1 연결부(131) 및 제 2 연결부(141)는 활물질이 도포되어 있지 않은 무지부로 이루어져 있다.
제 1 연결부(131) 및 제 2 연결부(141)는 제 2 양극판(130) 및 제 음극판(140)의 상변의 중앙 부위에 형성되어 있어서, 제 1 양극판(110) 및 제 1 음극판(120)의 상변의 일측에 형성되어 있는 전극 탭들(111, 121)과 위치가 겹치지 않는다.
제 1 연결부(131) 및 제 2 연결부(141)는 직사각형 형상으로 이루어져 있고, 동일한 형상으로 이루어져 있다. 제 1 연결부(131) 및 제 2 연결부(141)는 결합력을 높이기 위해서 용접방식에 의해 결합되어 있다.
제 1 연결부(131) 및 제 2 연결부(141)는 외부 충격에 의한 제 1 양극판(110) 및 제 1 음극판(120)의 전극탭들(111, 121)과의 단락을 방지하기 위해서, 절연성 테이프(150)에 의해 감싸여 있다.
제 1 음극판(120) 및 제 2 음극판(140)은 제 1 양극판(110) 및 제 2 양극판(130) 보다 상대적으로 큰 평면으로 이루어져 있다.
도 5는 본 발면의 또 하나의 실시예에 따른 전극조립체의 측면도가 도시되어 있다.
도 5를 참조하면, 제 1 연결부(231) 및 제 2 연결부(241)는, 상호 결합된 상태에서 높이 방향으로 절곡되어 있다. 이와 같은 구조는, 전극조립체가 전지케이스에 내장된 상태에서 사공간이 발생하는 것을 방지하기 위한 구조이다. 연결부들의 절곡된 구조를 제외한 나머지 구조는 도 1 내지 도 3의 전극조립체의 실시예와 동일하므로 이에 대한 자세한 설명은 생략하기로 한다.
도 6에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지셀의 평면도가 모식적으로 도시되어 있고, 도 7에는 본 발명의 또 하나의 실시예에 따른 전지셀의 평면도가 모식적으로 도시되어 있다.
도 6을 참조하면, 전지셀(300)은 셀 케이스(320)에 전극조립체(310)가 내장된 구조로 이루어져 있고, 전극조립체(310)의 제 1 연결부 및 제 2 연결부의 결합 부위(311)는 셀 케이스(320)의 내부에 위치해 있다.
도 7을 참조하면, 도 5의 전지셀 구조와는 다르게, 전극조립체(410)의 제 1 연결부 및 제 2 연결부의 결합 부위(411)는 셀 케이스(420)의 외부에 위치해 있다.
본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.

Claims (19)

  1. 분리막이 개재된 상태로 복수의 양극판들과 복수의 음극판들이 높이 방향으로 적층되어 있는 구조의 전극조립체로서,
    일변에 전극 탭이 형성되어 있는 구조의 적어도 둘 이상의 제 1 양극판들;
    일변에 전극 탭이 형성되어 있는 구조의 적어도 둘 이상의 제 1 음극판들;
    하기 제 2 음극판과 연결되는 제 1 연결부가 일변에 형성되어 있고, 상기 제 1 음극판 및 하기 제 2 음극판 사이에 개재되어 있는 적어도 하나 이상의 제 2 양극판;
    상기 제 2 양극판과 연결되는 제 2 연결부가 일변에 형성되어 있고, 상기 제 1 양극판 및 상기 제 2 양극판 사이에 개재되어 있는 적어도 하나 이상의 제 2 음극판; 및
    양극판과 음극판 사이 각각에 개재되어 있는 분리막;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 전극조립체는 스택형 또는 스택/폴딩형 전극조립체인 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 연결부 및 제 2 연결부는 활물질이 도포되어 있지 않은 무지부인 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 연결부는 제 2 양극판의 상변의 중앙 부위에 형성되어 있고, 상기 제 2 연결부는 제 2 음극판의 상변의 중앙 부위에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 연결부와 제 2 연결부는 직사각형 형상으로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 연결부와 제 2 연결부는 동일한 형상으로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 연결부 및 제 2 연결부는 용접, 또는 솔더링, 또는 기계적 체결에 의해 상호 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 연결부 및 제 2 연결부는 절연성 테이프로 감싸여 있는 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 절연성 테이프는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리카보네이트 또는 고무로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 연결부 및 제 2 연결부는, 상호 결합된 상태에서 높이 방향 또는 지면 방향으로 수직 절곡되어 있는 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 전극조립체에서 음극판은 양극판보다 상대적으로 큰 평면을 가지는 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  12. 제 1 항에 따른 전극조립체를 전해액과 함께 셀 케이스에 내장하여 밀봉한 구조로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 전지셀은 파우치형 전지셀인 것을 특징으로 하는 전지셀.
  14. 제 12 항에 있어서, 상기 전지셀은 리튬 이차전지인 것을 특징으로 하는 전지셀.
  15. 제 12 항에 있어서, 상기 전극조립체의 제 1 연결부와 제 2 연결부의 상호 결합 부위는 셀 케이스의 내부에 위치하는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  16. 제 12 항에 있어서, 상기 전극조립체의 제 1 연결부와 제 2 연결부의 상호 결합 부위는 셀 케이스의 외부에 위치하는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  17. 제 12 항에 따른 전지셀을 포함하는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  18. 제 17 항에 따른 전지팩을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 디바이스.
  19. 제 18 항에 있어서, 상기 디바이스는 휴대폰, 휴대용 컴퓨터, 스마트폰, 스마트 패드, 넷북, 웨어러블 전자기기, LEV(Light Electronic Vehicle), 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 및 전력저장장치로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 디바이스.
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