KR20170014476A - 원형 전극을 포함하는 원통형 이차전지 - Google Patents

Abstract

본 발명은 평면상으로 원형의 양극과 원형의 음극 사이에 분리막이 개재되어 있는 구조의 단위셀이 복수 개 적층되어 형성된 전극조립체가 전해액과 함께 원통형 전지케이스에 내장되어 있으며, 상기 전극조립체는 단위셀을 구성하는 원형의 양극과 원형의 음극이 전지케이스의 원형 바닥에 평행하도록 적층되어 있는 구조로 이루어져 있고, 상기 전지케이스의 내면과 전극조립체 사이에 절연부재가 위치하는 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지를 제공한다.

Description

원형 전극을 포함하는 원통형 이차전지 {Cylindrical Secondary Battery Having Circular Electrode}

본 발명은 원형 전극을 포함하는 원통형 이차전지에 대한 것이다.

최근, 전기 디바이스에 대한 기술 개발과 수요의 증가로, 이차전지의 수요 또한 급격히 증가하고 있으며, 슬림 타입(slim type) 구조 또는 곡면 구조를 포함하는 다양한 디자인의 디바이스의 등장으로 인하여 이차전지의 새로운 형태가 요구되고 있다.

이와 관련하여, 종래의 이차전지는 단순한 육면체 구조가 주류를 이루고 있기 때문에 곡면구조 또는 원형 구조의 디바이스에 대해 형상의 불일치가 발생하는 바, 평면상 곡면 또는 원형 구조의 디바이스에 평면상 사각형 형상의 이차전지를 사용하는 경우, 손실되는 부피만큼 용량면에서 손실이 발생하는 문제가 있었다.

한편, 리튬 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, 바이셀, 풀셀 등의 스택형 유닛셀들을 긴 길이의 분리막 시트를 사용하여 권취한 구조의 스택/폴딩형 및 스택형 유닛셀들을 분리막이 개재된 상태로 적층한 라미네이션/스택형으로 분류된다.

전기 디바이스의 소형화 및 다양화에 대한 최근의 경향으로 인해, 두께가 얇은 각형 전지, 파우치형 전지에 대한 수요가 증가하고 있으며, 특히, 파우치형 전지는 형태의 변형이 용이하고 제조비용이 저렴하며 중량이 작다는 점에서 선호되고 있다.

그러나, 파우치형 전지는 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트로 제조되기 때문에 금속 캔을 전지케이스로 사용하는 원통형 전지 및 각형 전지에 비해 내구성이 떨어지는 단점이 있다. 따라서, 파우치형 전지를 내장한 디바이스의 사용 중에, 형태 변형의 위험 및 이로 인한 화재 및 폭발의 위험이 문제점으로 지적되고 있다.

따라서, 다양한 형태의 디바이스가 개발되는 추세를 반영하면서, 안전성에 대한 요구를 만족시킬 수 있는 이차전지에 대한 필요성이 높은 실정이다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.

본 출원의 발명자들은 심도 있는 연구와 다양한 실험을 거듭한 끝에, 평면상으로 원형의 양극 및 원형의 음극 사이에 분리막이 개재되어 적층된 구조의 전극조립체가 금속 소재의 원통형 전지케이스 내에 내장된 구조의 원통형 이차전지의 경우에, 평면상 원형의 디바이스에 적용시, 불필요하게 낭비되는 공간을 최소화할 수 있는 바, 다기능 소형화 제품에 대해서도 고용량의 전지를 제공할 수 있음을 발견하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

또한, 상기 전극조립체를 금속 소재의 원통형 캔에 내장 후 사용하는 경우, 내구성이 향상됨으로써, 외부로부터 인가되는 충격 등에 의한 화재 및 발화 등의 발생을 최소화할 수 있다. 따라서, 이차전지의 용량 증가뿐만 아니라, 안전성이 향상된 이차전지를 제공할 수 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 원통형 이차전지는, 평면상으로 원형의 양극과 원형의 음극 사이에 분리막이 개재되어 있는 구조의 단위셀이 복수 개 적층되어 형성된 전극조립체가 전해액과 함께 원통형 전지케이스에 내장되어 있으며, 상기 전극조립체는 단위셀을 구성하는 원형의 양극과 원형의 음극이 전지케이스의 원형 바닥에 평행하도록 적층되어 있는 구조로 이루어져 있고, 상기 전지케이스의 내면과 전극조립체 사이에 절연부재가 위치하는 구조로 이루어져 있다.

이와 같이, 본 발명에 따른 원통형 이차전지는, 원형 전극으로 이루어진 구조인 바, 종래의 육면체 구조의 이차전지를 평면상 원통형 구조의 디바이스에 사용하는 경우, 디바이스의 외형과 이차전지 형상의 불일치로 인해 사장(死藏)되는 공간을 최소화할 수 있기 때문에, 버려졌던 면적만큼 전지의 용량을 증대할 수 있다. 따라서, 다기능 소형화 추세에 있는 휴대용 전자기기(Portable Device) 또는 웨어러블 전자기기(Wearable Device) 등에서 요구하는 고용량의 이차전지를 제공할 수 있다.

또한, 원형의 전극들로 이루어진 전극조립체를 금속 소재의 원통형 캔에 삽입하는 구조인 바, 종래 파우치형 이차전지의 전지케이스로 사용되는 라미네이트 시트의 내구성이 떨어지는 문제를 해결할 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 원통형 이차전지는, 원형의 전극들이 전지케이스의 원형 바닥에 평행하도록 적층되는 구조인 바, 전극판들과 전지케이스 내부의 접촉이 발생하여 쇼트가 발생할 가능성을 방지하기 위해 전지케이스의 내면과 전극조립체 사이에 절연부재를 포함하는 구조로 이루어져 있다.

하나의 구체적인 예에서, 상기 전극조립체는 원형의 양극 및 원형의 음극 사이에 분리막을 개재한 구조의 단위셀들이 복수 개 적층된 형태라면 특별히 제한되는 것은 아니지만, 상세하게는, 상기 단위셀들을 분리필름 위에 위치시킨 후, 분리필름을 권취하여 형성되는 스택/폴딩형 구조일 수 있으며, 또는 추가적인 분리막이 개재된 상태로, 반대 극성의 전극들이 대면하면서 단위셀들이 적층된 라미네이션/스택형 구조일 수 있다.

더욱 상세하게는, 상기 스택/폴딩형 전극조립체는 전극들의 일측면과 만나는 분리필름이 전극조립체의 내부에 개재된 상태로 권취되는 구조인 바, 분리필름의 두께만큼 전극조립체의 두께가 증가하게 되므로 전지의 용량 측면을 고려할 때, 이와 같은 부피 증가의 문제가 없는 라미네이션/스택형 전극조립체가 더욱 바람직한 구조일 수 있다.

한편, 상기 원통형 전지케이스의 소재는 소정의 강도를 가지고 내전해액성을 발휘할 수 있는 것이라면 특별히 제한되지 않으며, 바람직하게는, 스테인리스 스틸, 스틸, 알루미늄 또는 그 합금 중 어느 하나로 형성될 수 있으며, 경우에 따라서는 니켈 등의 도금층이 형성되어 있을 수 있다.

하나의 구체적인 예에서, 상기 전극조립체의 전극들 각각에는 전극 본체의 외주변 단부로부터 돌출된 형상의 전극 탭이 형성되어 있고, 상기 전극 탭으로부터 이격된 외주변의 다른 부위에 전극 본체의 중심 쪽으로 도입된 형상의 만입홈이 형성되어 있다. 이와 같이 전극 탭과 만입홈은 서로 겹쳐지지 않도록 이격되어 형성되는 바, 하기에서 설명되는 바와 같이 서로 다른 전극들 간의 쇼트발생을 방지하기 위함이다. 또한, 이와 같은 전극의 구조는 양극 및 음극에 모두 동일하게 적용되는 것은 물론이다.

예를 들어, 상기 전극 탭과 만입홈은 전극 본체의 중심을 기준으로 대칭이 되는 위치에 각각 형성될 수 있는 바, 이와 같이 상기 전극 탭과 만입홈이 180도의 간격을 두고 서로 이격되도록 형성되는 경우에는 스택/폴딩형 전극조립체를 형성하는 경우에도 양극 탭 및 음극 탭이 서로 반대 방향으로 돌출되도록 형성할 수 있기 때문에 더욱 효율적인 전극조립체의 제조가 가능하다.

본 발명에 따른 원통형 이차전지에 있어서, 상기 전극 탭의 양측 하단 단부가 전극 본체의 내측에 위치하도록, 전극 탭의 양 측면들이 전극 본체의 외주변과 접하는 부위들로부터 전극 본체의 중심 쪽으로 연장되어 있는 이격용 슬릿들이 각각 형성되어 있는 구조일 수 있다.

이와 같은 구조를 형성하는 경우, 상기 전극조립체에서 전극 본체의 외주변 단부로부터 돌출된 형상의 전극 탭들이 전기적인 연결이 된 상태에서 전지케이스의 상부 또는 하부로 연장되는 경우, 겹쳐진 전극 탭들의 상하 방향 위치 형성에 유연성을 부여할 수 있다. 따라서, 상기 전극 탭들은 하단부가 전극 본체와 연결된 상태에서 전극 본체를 기준으로 상향 또는 하향으로 연장될 수 있다.

상기 이격용 슬릿의 형상은 전극 탭들의 상하방향 이동에 유연성을 부여할 수 있는 구조라면 특별히 제한되지 않는 바, 예를 들어, 일정한 두께로 형성될 수 있을 뿐만 아니라, 일정한 두께로 형성되지 않을 수 있다. 구체적으로, 상기 이격용 슬릿은 집전체의 외주변 단부로부터 전극 본체의 중심 쪽으로 좁아지는 형상으로 이루어질 수 있으며, 본 발명의 전극조립체가 원형의 전극으로 이루어진 점 및 전극 탭의 두께가 균일하게 형성될 필요가 있는 점 등을 고려할 때, 바람직하게는, 전극 본체의 중심 쪽으로 갈수록 좁아지는 형상의 이격용 슬릿이 형성될 수 있다.

또 다른 예에서, 상기 상기 이격용 슬릿에서 집전체의 외주변에 접하는 단부는 동그스름하게 처리한 모따기 형상으로 이루어질 수 있다.

하나의 구체적인 예에서, 상기 전극조립체는 서로 다른 전극이 대면하도록 적층된 구조인 바, 상기 만입홈에는 상이한 전극의 일부가 위치하는 구성일 수 있다. 따라서, 상기 만입홈의 폭은 전극 탭의 너비보다 넓게 형성되는 것이 바람직한 바, 상세하게는 상기 만입홈의 폭은 전극 탭의 너비를 기준으로 110% 내지 180%일 수 있으며, 더욱 상세하게는 120% 내지 160%일 수 있다. 상기 만입홈의 폭이 전극 탭 너비의 110%보다 작은 경우에는, 고정되지 않은 전극의 이동이 발생함으로써 단락이 발생할 우려가 있으며, 180%보다 클 경우에는, 전극의 용량 저하가 발생하므로 바람직하지 않다.

한편, 상기 이격용 슬릿의 폭은 상기에서 설명한 바와 같이 일정하게 형성될 수 있을 뿐만 아니라, 집전체의 외주변 단부로부터 전극 본체의 중심쪽으로 좁아지는 형상으로 이루어질 수 있는 바, 예를 들어, 상기 이격용 슬릿의 폭은 전극 탭의 너비를 기준으로 1% 내지 30% 크기로 형성될 수 있으며, 상세하게는 5% 내지 25%로 형성될 수 있다. 이 때, 전극 본체의 중심부에서 이격용 슬릿의 폭은 전극 탭의 너비를 기준으로 1%에 가까우며, 집전체의 외주변 단부에서 이격용 슬릿의 폭은 전극 탭의 너비를 기준으로 30%에 가깝게 형성될 수 있다. 상기 이격용 슬릿의 폭이 전극 탭의 너비를 기준으로 1% 보다 작을 경우에는 전극 탭이 다른 전극과 접촉하여 단락발생의 위험이 높아지고, 30%보다 클 경우에는 집전체의 크기가 작아짐에 따라 용량 저하의 문제가 발생하므로 바람직하지 않다.

하나의 구체적인 예에서, 상기 이격용 슬릿에 의해 경계가 형성되는 전극 탭은 전극 리드 또는 전극 탭들 간의 전기적인 연결부가 형성될 수 있으며, 결합된 전극 탭들이 집전체의 상부 또는 하부로 연장되는 경우 단락 발생을 방지하기 위하여, 상기 전극 탭 상에는 전극 활물질이 도포되어 있지 않는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 원통형 이차전지에 있어서, 상기 전극 탭은, 전극 본체의 외주변으로부터 돌출된 부위에서, 양극 탭이 양극 리드에 연결되고 음극 탭이 음극 리드에 연결되는 구성일 수 있다. 상기 양극 리드 및 음극 리드는 전지케이스의 상부 및/또는 하부로 연장되는 구성일 수 있다. 이 때, 상기 양극 리드는 음극에 형성된 만입홈 상에 위치하고, 상기 음극 리드는 양극에 형성된 만입홈 상에 위치하는 구성일 수 있다.

이 때, 상기 만입홈에 위치한 다른 전극의 전극 리드들의 두께가 만입홈의 깊이보다 두꺼운 경우에는, 전지 케이스 내에 삽입된 전극조립체의 외주변 둘레가 커지기 때문에 원형 전극의 반지름이 작아지게 된다. 이로 인하여, 전지의 용량이 감소될 수 있는 바, 예를 들어, 상기 양극 리드의 외면은 음극 만입홈의 가상 외주변에 접하거나 또는 그 보다 내측에 위치하고, 상기 음극 리드의 외면은 양극 만입홈의 가상 외주변에 접하거나 또는 그 보다 내측에 위치하는 구성일 수 있다.

다른 하나의 구체적인 예에서, 상기 전극조립체의 양측 최외곽 전극들을 제외한 양극 탭들 간 또는 음극 탭들 간에 전기적 연결을 이루고 있으며, 최외곽 양극의 양극 탭에 양극 리드가 부착되어 있고, 최외곽 음극의 음극 탭에 음극 리드가 부착되어 있는 구조일 수 있다. 이와 같이 전극 리드를 최외곽 전극에만 부착하는 경우에는, 전극리드로 인한 전극조립체의 부피 증가의 문제가 발생할 염려가 적다는 장점이 있다.

본 발명에 따른 원통형 이차전지를 구성하는 전극조립체는 원통형 전지케이스에 내장되는 구조인 바, 원형의 양극 및 원형의 음극의 면적을 초과하는 분리막 또는 분리필름은 전극조립체의 부피 증가의 원인이 되는 문제가 된다. 따라서, 이와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 상기 전극조립체가 원통형 전지케이스에 삽입되기 전에, 분리막 또는 분리필름은 평면상으로 원형 전극에 대응하는 형상으로 가공되는 것이 바람직하다.

한편, 서로 다른 전극들이 대면하여 적층된 전극조립체가 전지케이스와 접촉하는 경우 단락을 유발할 수 있으므로, 예를 들어, 상기 전지케이스의 내면과 전극조립체 사이에 위치하는 절연부재는 전극리드의 용접 부위를 제외하고 원통형 전지케이스의 내측면에 부착되어 있는 구성이거나, 또는, 상기 절연부재가 전극리드들의 단부들이 돌출된 상태로 전극조립체의 외면을 감싸고 있는 구성일 수 있다.

본 발명은 또한, 상기 원통형 이차전지를 단위전지로 포함하는 전지팩 및 상기 전지팩을 전원으로서 포함하는 디바이스를 제공한다.

구체적으로, 상기 전지팩은 고온 안전성 및 긴 사이클 특성과 높은 레이트 특성 등이 요구되는 디바이스의 전원으로 사용될 수 있으며, 이러한 디바이스의 상세한 예로는, 모바일 전자기기(mobile device), 웨어러블 전자기기(wearable device), 전지적 모터에 의해 동력을 받아 움직이는 파워 툴(power tool); 전기자동차(Electric Vehicle, EV), 하이브리드 전기자동차(Hybrid Electric Vehicle, HEV), 플러그-인 하이브리드 전기자동차(Plug-in Hybrid Electric Vehicle, PHEV) 등을 포함하는 전기차; 전기 자전거(E-bike), 전기 스쿠터(E-scooter)를 포함하는 전기 이륜차; 전기 골프 카트(electric golf cart); 전력 저장 장치(Energy Storage System) 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

이들 디바이스의 구조 및 그것의 제작 방법은 당업계에 공지되어 있으므로, 본 명세서에서는 그에 대한 자세한 설명은 생략한다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 원통형 이차전지와 같이 원형 전극을 포함하는 이차전지는 원형의 디바이스에 사용하는 경우에, 사장(死藏)되는 공간을 최소화할 수 있으므로 공간을 효율적으로 활용할 수 있는 바, 결과적으로, 고용량의 이차전지를 제공할 수 있다. 또한, 원통형 이차전지의 전지케이스를 금속 소재로 사용하기 때문에, 전지의 내구성이 향상됨으로써, 외부의 충격으로부터 안전성이 향상된 이차전지를 제공할 수 있다.

도 1은 하나의 실시예에 따른 원형 전극의 평면 모식도이다;
도 2는 다른 하나의 실시예에 따른 원형 전극의 평면 모식도이다;
도 3은 전극리드가 연결된 원형 전극의 평면 모식도이다;
도 4는 하나의 실시예에 따른 스택/폴딩형 전극조립체의 측면 모식도이다;
도 5는 다른 하나의 실시예에 따른 라미네이션/스택형 전극조립체의 측면 모식도이다;
도 6은 전극리드가 부착된 전극들을 적층하여 형성된 전극조립체를 모식적으로 나타낸 사시도이다;
도 7은 전극 탭끼리 연결된 상태의 분해 사시도이다; 및
도 8은 내측면에 절연부재가 부착된 전지케이스의 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 1 및 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 원형 전극의 평면도를 모식적으로 도시하고 있다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 전극은 원형의 집전체(111, 121)로 이루어져 있으며, 원형의 집전체(111, 121)는 외주변 단부로부터 돌출된 형상의 전극 탭(112, 122)이 형성되어 있고, 전극 중심을 기준으로 전극 탭(112, 122)과 대칭이 되는 위치에 만입홈(113, 123)이 형성되어 있다. 또한, 전극 탭(112, 122)의 하단부(116, 126)가 전극의 내측에 위치하고 있으며, 전극 탭(112, 122)의 양 측면에는 이격용 슬릿(114, 124)이 형성되어 있다. 이격용 슬릿(114, 124)은 외주변으로부터 전극의 중심쪽으로 연장되어 있는 바, 이격용 슬릿(114)은 동일한 간격으로 형성되어 있고, 이격용 슬릿(124)은 집전체의 외주변 단부로부터 전극 본체의 중심쪽으로 좁아지는 형상으로 이루어져 있다. 또한, 이격용 슬릿(114, 124)에서 집전체의 외주변에 접하는 단부(117, 127)는 모서리를 라운딩처리 한 모따기 형상으로 이루어져 있기 때문에 분리막의 손상을 방지할 수 있다.

집전체(111, 121)의 상면 및 하면에는 전극 활물질(115, 125)이 도포되어 있으나, 전극 탭(112, 122) 상에는 전극 활물질(115, 125)이 도포되어 있지 않다.

만입홈(113, 123)은 다른 전극의 전극 탭(112, 122) 및 이에 연결된 전극리드가 위치하게 되는 바, 서로 다른 전극의 접촉에 의한 단락을 방지하기 위해 만입홈(113, 123)의 폭(b)은 전극 탭의 너비(a)를 기준으로 110% 내지 180%에 해당한다.

도 3은 원형 전극에 형성된 전극 탭에 전극리드가 부착된 상태의 평면도를 모식적으로 도시하고 있다.

도 3을 참조하면, 도 2에 도시된 원형 전극으로서, 집전체(121)에는 전극 활물질(125)이 도포되어 있고, 집전체 외주변으로 돌출된 전극 탭(122)의 말단부에는 전극리드(151)가 용접(152)에 의해 부착되어 있다.

도 4 및 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 전극조립체의 측면을 모식적으로 도시하고 있다.

도 4를 참조하면, 전극조립체(200)는 스택/폴딩형 전극조립체로서, 양극(201), 음극(202) 사이에 분리막(203)이 개재된 상태로 적층된 단위셀들(210, 220, 230, 240, 250, 260, 270, 280)을 분리필름(290) 상에 위치시킨 후 권취하여 전극조립체(200)를 형성하였다. 전극조립체(200)는 음극/분리막/양극/분리막/음극의 순서대로 적층되거나 양극/분리막/음극/분리막/양극의 순서대로 적층하여 형성된 바이셀(bi-cell) 구조의 단위셀들로 이루어져 있으나, 상기 단위셀들은 풀셀들(full-cell) 또는 바이셀들(bi-cell)로만 구성될 수 있을 뿐만 아니라, 풀셀 및 바이셀이 혼합되어 구성될 수 있다.

도 5를 참조하면, 전극조립체(300)는 라미네이션/스택형 전극조립체로서, 양극(301) 및 음극(302) 사이에 분리막(303)을 개재한 상태로 적층된 단위셀들이, 단위셀들 사이에 분리막(303)을 추가로 개재하며 적층되어 전극조립체(300)를 형성하였다. 단위셀 내부에 개재되는 분리막과 단위셀들 사이에 개재되는 분리막은 서로 동일한 것일 수 있을 뿐만 아니라, 사용되는 디바이스의 크기 및 안전성 등을 고려하여 상이한 분리막을 이용할 수 있음은 물론이다.

도 6은 전극 리드가 부착된 원형 전극이 적층된 전극조립체를 모식적으로 도시하고 있다.

도 6을 참조하면, 양극(311) 및 음극(321) 사이에 분리막(도시하지 않음)을 개재한 상태로 형성된 풀셀들(320) 5개가 지면을 기준으로 수직 방향으로 적층되어 있으며, 상기 풀셀들(320) 사이에도 분리막(도시하지 않음)이 개재되어 있다.

양극(311)은 집전체 외주변으로 돌출된 양극 탭(312)의 말단에 양극 리드(361)가 부착되어 있고, 음극(321)은 집전체 외주변으로 돌출된 음극 탭(322)의 말단에 음극 리드(362)가 부착되어 있다. 양극 리드(361)는 음극(321)에 형성된 만입부에 위치하며 상향으로 연장되어 있으며, 음극 리드(362)는 양극(311)에 형성된 만입부에 위치하며 상향으로 연장되어 있다.

양극 리드(361) 및 음극 리드(362)는 상향으로 연장된 상태로 도시되어 있으나, 양극 리드(361)는 상향으로 연장되고 음극 리드(362)는 하향으로 연장되어 전지케이스와 연결되는 구조일 수 있다.

또한, 전극 리드에 의해 전극조립체의 부피가 불필요하게 증가하지 않도록 하기 위하여, 양극 리드(361)의 외면은 음극 만입홈의 가상 외주변보다 내측에 위치하고, 음극 리드(362)의 외면은 양극 만입홈의 가상 외주변보다 내측에 위치한다.

도 7은 전극조립체를 완성하기 위해 양극들 및 음극들이 배치된 상태의 분해 사시도를 모식적으로 도시하고 있다.

도 7은 서로 다른 전극인 양극(221) 및 음극(231)이 교대로 적층되도록 위치시킨 상태로서, 양극들(221) 및 음극들(231)은 서로 완전히 포개지도록 이동된 후 전극조립체를 완성하며, 양극들(221) 및 음극들(231)의 사이사이에는 절연성을 확보하기 위하여 분리막(도시하지 않음)이 개재된다. 양극들(221)은 양극 탭들(222) 간의 용접(252)에 의해 전기적인 연결이 이루어지며, 음극들(231)은 음극 탭들(232) 간의 용접(252)에 의해 전기적인 연결이 이루어진다. 이와 같이 양극 탭들(222) 간의 연결 및 음극 탭들(232) 간의 연결에 의해 완성된 전극조립체는 라미네이션/스택형 구조이며, 별도의 분리필름과 같은 구성요소를 포함하지 않기 때문에 경제적이며, 용량 면에서도 더욱 바람직하다.

또한, 최외곽에 위치한 양극(231) 및 음극(221)의 전극 탭에는 전극 리드를 부착하여 전기적인 연결이 가능한 구조를 완성한다.

도 8은 원형 전극으로 구성된 전극조립체가 원통형 전지케이스에 내장된 상태를 모식적으로 도시하고 있다.

도 8을 참조하면, 전극조립체는 양극(221) 및 음극(231)이 분리막(도시하지 않음)을 사이에 개재한 상태로 적층되어 이루어지며, 양극(221)의 양극 탭들(222) 및 음극(231)의 음극 탭(232)들은 각각 용접(252)에 의한 전기적인 연결이 이루어지고 있다. 한편, 최외곽 양극(221)의 양극 탭(222)에는 양극 리드(251)가 용접(252)에 의해 연결되고, 최외곽 음극의 음극 탭에는 음극 리드가 용접에 의해 연결됨으로써 전지케이스(261)의 양극단자 및 음극단자와 전기적인 연결이 완성되며, 전지케이스(261)의 내측면에는 절연부재(271)를 부착하여 전극조립체와 전지케이스 간의 단락을 방지하고 있다.

본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 수행하는 것이 가능할 것이다.

Claims (21)

1. 평면상으로 원형의 양극과 원형의 음극 사이에 분리막이 개재되어 있는 구조의 단위셀이 복수 개 적층되어 형성된 전극조립체가 전해액과 함께 원통형 전지케이스에 내장되어 있으며;
   상기 전극조립체는 단위셀을 구성하는 원형의 양극과 원형의 음극이 전지케이스의 원형 바닥에 평행하도록 적층되어 있는 구조로 이루어져 있고;
   상기 전지케이스의 내면과 전극조립체 사이에 절연부재가 위치하는 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 전극조립체는, 단위셀들을 분리필름 위에 위치시킨 후, 상기 분리필름을 권취하여 형성되는 스택/폴딩형 구조인 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 전극조립체는, 추가적인 분리막이 개재된 상태로, 반대 극성의 전극들이 대면하면서 단위셀들이 적층된 라미네이션/스택형 구조인 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 원통형 전지케이스는 스테인리스 스틸, 스틸, 알루미늄 또는 그 합금 중 어느 하나의 소재로 이루어진 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 전극조립체의 전극들 각각에는 전극 본체의 외주변 단부로부터 돌출된 형상의 전극 탭이 형성되어 있고, 상기 전극 탭으로부터 이격된 외주변의 다른 부위에 전극 본체의 중심 쪽으로 도입된 형상의 만입홈이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 전극 탭과 만입홈은 전극 본체의 중심을 기준으로 대칭이 되는 위치에 각각 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지.
7. 제 5 항에 있어서, 상기 전극 탭의 양측 하단 단부가 전극 본체의 내측에 위치하도록, 전극 탭의 양 측면들이 전극 본체의 외주변과 접하는 부위들로부터 전극 본체의 중심 쪽으로 연장되어 있는 이격용 슬릿들이 각각 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지.
8. 제 7 항에 있어서, 상기 이격용 슬릿은 집전체의 외주변 단부로부터 전극 본체의 중심 쪽으로 좁아지는 형상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지.
9. 제 7 항에 있어서, 상기 이격용 슬릿에서 집전체의 외주변에 접하는 단부는 모따기 형상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지.
10. 제 5 항에 있어서, 상기 만입홈의 폭은 전극 탭의 너비를 기준으로 110% 내지 180%인 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지.
11. 제 7 항에 있어서, 상기 이격용 슬릿의 폭은 전극 탭의 너비를 기준으로 1% 내지 30% 크기인 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지.
12. 제 7 항에 있어서, 상기 이격용 슬릿에 의해 경계가 형성하는 전극 탭 상에는 전극 활물질이 도포되어 있지 않은 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지.
13. 제 5 항에 있어서, 상기 전극 탭은, 전극 본체의 외주변으로부터 돌출된 부위에서, 양극 탭이 양극 리드에 연결되고 음극 탭이 음극 리드에 연결되는 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지.
14. 제 13 항에 있어서, 상기 양극 리드는 음극에 형성된 만입홈 상에 위치하고, 상기 음극 리드는 양극에 형성된 만입홈 상에 위치하는 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지.
15. 제 13 항에 있어서, 상기 양극 리드의 외면은 음극 만입홈의 가상 외주변에 접하거나 또는 그 보다 내측에 위치하고, 상기 음극 리드의 외면은 양극 만입홈의 가상 외주변에 접하거나 또는 그 보다 내측에 위치하는 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지.
16. 제 1 항에 있어서, 상기 전극조립체의 양측 최외곽 전극들을 제외한 양극 탭들 간 또는 음극 탭들 간에 전기적 연결을 이루고 있으며, 최외곽 양극의 양극 탭에 양극 리드가 부착되어 있고, 최외곽 음극의 음극 탭에 음극 리드가 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지.
17. 제 1 항에 있어서, 상기 전극조립체가 원통형 전지케이스에 삽입되기 전에, 분리막 또는 분리필름은 평면상으로 원형 전극에 대응하는 형상으로 가공되는 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지.
18. 제 1 항에 있어서, 상기 절연부재는 전극리드의 용접 부위를 제외하고 원통형 전지케이스의 내측면에 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지.
19. 제 1 항에 있어서, 상기 절연부재는 전극리드들의 단부들이 돌출된 상태로 전극조립체의 외면을 감싸고 있는 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지.
20. 제 1 항 내지 제 19 항 중 어느 하나에 따른 원통형 이차전지를 단위전지로서 포함하는 전지팩.
21. 제 20 항에 따른 전지팩을 전원으로 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 디바이스.

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