KR20170101648A - 이차전지 - Google Patents

이차전지 Download PDF

Info

Publication number
KR20170101648A
KR20170101648A KR1020160024475A KR20160024475A KR20170101648A KR 20170101648 A KR20170101648 A KR 20170101648A KR 1020160024475 A KR1020160024475 A KR 1020160024475A KR 20160024475 A KR20160024475 A KR 20160024475A KR 20170101648 A KR20170101648 A KR 20170101648A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
layer
electrode assembly
electrode
case
finishing material
Prior art date
Application number
KR1020160024475A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102547065B1 (ko
Inventor
김대규
Original Assignee
삼성에스디아이 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성에스디아이 주식회사 filed Critical 삼성에스디아이 주식회사
Priority to KR1020160024475A priority Critical patent/KR102547065B1/ko
Priority to US15/441,502 priority patent/US10177399B2/en
Publication of KR20170101648A publication Critical patent/KR20170101648A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102547065B1 publication Critical patent/KR102547065B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/02—Details
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/058—Construction or manufacture
    • H01M10/0587—Construction or manufacture of accumulators having only wound construction elements, i.e. wound positive electrodes, wound negative electrodes and wound separators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/04—Construction or manufacture in general
    • H01M10/0431—Cells with wound or folded electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2220/00—Batteries for particular applications
    • H01M2220/30—Batteries in portable systems, e.g. mobile phone, laptop
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/10—Primary casings; Jackets or wrappings
    • H01M50/102—Primary casings; Jackets or wrappings characterised by their shape or physical structure
    • H01M50/107—Primary casings; Jackets or wrappings characterised by their shape or physical structure having curved cross-section, e.g. round or elliptic
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y02E60/122—
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

본 발명은 전극조립체의 유동 및 전극탭의 파단을 방지할 수 있는 이차전지에 관한 것으로, 제1 극판, 제2 극판, 및 제1 극판과 제2 극판 사이에 개재된 세퍼레이터를 구비한 전극조립체, 상기 전극조립체와 전해액을 수용하는 케이스, 및 상기 전극조립체의 외면에 부착되는 마감재를 포함하고, 상기 마감재는 일면이 상기 전극조립체에 부착되는 제1 층, 상기 제1 층의 타면에 순차적으로 구비되며, 상기 전해액과 반응하는 서로 다른 제2 층 및 제3 층을 포함하는 구성을 마련한다. 이러한 구성에 의하여, 전극조립체가 케이스의 내면에 보다 더 긴밀하게 밀착되어 전극조립체의 유동 및 전극탭의 파단을 방지할 수 있으므로 이차전지의 안전성 및 품질이 향상될 수 있다.

Description

이차전지{Secondary battery}
본 발명은 이차전지에 관한 것으로, 상세하게는 전극조립체의 유동 및 전극탭의 파단을 방지할 수 있는 이차전지에 관한 것이다.
최근 소형 전자기기의 전원으로서 각종 전지가 사용되고 있는데, 특히 휴대전화, 노트북 컴퓨터, 캠코더 등의 전원으로는 소형이면서 대용량인 리튬 이차전지 등의 전해액을 사용하는 전지가 주로 사용된다.
리튬 이차전지는 전극조립체 및 이를 파우치 또는 캔과 같은 케이스 내부에 수납하고 전해액을 주입하여 밀폐시킨 것이 사용된다. 전극조립체에는 크게 양극판과 음극판 사이에 세퍼레이터를 개재시켜 이들을 젤리롤 형태로 권취함으로써 형성되는 권취형 또는 양극판과 음극판 및 그 사이에 세퍼레이터가 개재된 구조를 다수 적층하여 형성된 적층형이 있다.
이 중, 권취형 전극조립체는 마감되는 부분을 고정시키기 위하여 전극조립체의 외부 단면에 마감테이프가 사용된다. 그리고, 마감테이프가 부착된 전극조립체는 케이스에 수납되고, 내부로 전해액이 주입된 후 밀봉된다.
그러나, 상기한 바와 같은 이차전지의 전극조립체는 캔 내부에 삽입되더라도 케이스의 내측면에 전극조립체가 밀착된 상태가 아니기 때문에 이차전지가 외부로부터 충격을 받게 되면 케이스 내부에서 전극조립체가 상하 또는 전후 방향으로 유동하게 된다. 이에 의해 전극탭이 파손되는 문제가 발생될 수 있다. 그리고, 리튬염 등이 포함된 전해액이 윤활유 역할을 하면서 전극조립체의 유동을 촉진시킬 수 있으며, 이는 내부단락의 원인이 될 수도 있다.
이에 따라 케이스 내에서의 전극조립체의 유동 및 전극탭의 파손을 방지하기 위한 방법에 대한 다양한 연구가 진행되고 있다.
본 발명의 목적은 전극조립체와 케이스 내면 간의 밀착력을 강화할 수 있는 마감재의 구성을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 멀티탭을 포함하는 전극조립체에 최적화된 마감재를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 이차전지는 제1 극판, 제2 극판, 및 상기 제1 극판과 상기 제2 극판 사이에 개재된 세퍼레이터를 구비하는 전극조립체, 상기 전극조립체와 전해액을 수용하는 케이스, 및 상기 전극조립체의 외면에 부착되는 마감재를 포함하고, 상기 마감재는 일면이 상기 전극조립체에 부착되는 제1 층, 상기 제1 층의 타면에 순차적으로 구비되며, 상기 전해액과 반응하는 서로 다른 제2 층 및 제3 층을 포함한다.
여기서, 상기 제2 층은 상기 제1 층보다 두께가 두껍고, 상기 제3 층보다 두께가 얇을 수 있다.
그리고, 상기 제3 층은 상기 제1 층 및 상기 제2 층보다 두께가 두꺼울 수 있다.
이때, 상기 제1 층은 아크릴계 수지를 포함할 수 있다.
그리고, 상기 제2 층은 폴리 비닐리덴 플루오라이드(Poly Vinylidene Fluoride, PVDF) 또는 우레탄(Urethane)을 포함할 수 있다.
또한, 상기 제3 층은 오리엔티드 폴리스티렌(Oriented Polystyrene, OPS)을 포함할 수 있다.
여기서, 상기 마감재에 전해액이 함침되면, 상기 제3 층은 상기 케이스의 내면에 부착되고, 상기 제2 층은 부피가 증가할 수 있다.
이때, 상기 제2 층은 팽윤될 수 있다.
여기서, 상기 제1 극판은 제1 활물질이 코팅되지 않은 복수의 제1 무지부, 및 상기 복수의 제1 무지부에 각각 부착되어 상부로 연장되는 복수의 제1 전극탭을 포함할 수 있다.
그리고, 상기 마감재는 상기 전극조립체의 적어도 일면 또는 상기 전극조립체의 일면 및 이와 대향하는 타면에 구비될 수 있다.
여기서, 상기 전극조립체의 일면은 상기 전극조립체의 권취 종단이 위치하는 부분을 포함할 수 있다.
그리고, 상기 전극조립체의 일면은 상기 전극조립체의 외주면 상에서 상기 제1 전극탭이 존재하는 부분과 어긋나도록 위치할 수 있다.
또한, 상기 마감재는 상기 전극조립체의 외면 전체를 둘러싸도록 구비될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 이차전지에 의하면, 마감재가 제2 층을 포함함으로써 전극조립체가 케이스 내면에 보다 더 긴밀하게 밀착되어 전극조립체의 유동 및 전극탭의 파단을 방지할 수 있으므로 이차전지의 안전성이 향상될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 이차전지에 의하면, 상대적으로 젤리롤의 진원율이 좋지 않은 멀티탭 구조의 전극조립체에서도 전극조립체의 정렬 상태를 안정적으로 유지하여 이차전지의 저항 증가 억제 및 품질 향상을 도모할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지를 나타내는 사시도이고,
도 2는 도 1에 도시된 이차전지의 분해 사시도이고,
도 3은 전극조립체에 마감재가 구비되는 다른 실시예를 나타낸 도면이고,
도 4a는 전해액 함침 전의 도 1의 I-I' 단면도이고,
도 4b는 전해액 함침 후의 도 1의 I-I' 단면도이고,
도 5는 전해액 침지 전(A)과 후(B)를 나타낸 비교 도표이고,
도 6은 전해액 함침 후(B) 필름을 광학현미경을 이용하여 관찰한 사진이다.
이하에서는 본 발명에 대하여 첨부된 도면에 도시된 실시 예에 따라 구체적으로 설명하기는 하나, 본 발명이 도시된 실시 예만으로 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 상기 및 그 밖의 목적과 새로운 특징은 본 명세서의 기술 및 첨부 도면에 의해 더욱 명확하게 될 것이다.
이하, 본 발명의 구성을 도면에 따라서 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지를 나타내는 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 이차전지의 분해 사시도이며, 도 4a는 전해액 함침 전의 도 1의 I-I' 단면도이다.
도 1, 도 2, 및 도 4a에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지(100)는 제1 극판(111), 제2 극판(112), 및 제1 극판(111)과 제2 극판(112) 사이에 개재된 세퍼레이터(113)를 구비한 전극조립체(110), 전극조립체(110)와 전해액을 수용하는 케이스(120), 및 전극조립체(110)의 외면에 부착되는 마감재(150)를 포함할 수 있다.
전극조립체(110)는 제1 극판(111), 제2 극판(112) 및, 제1 극판(111)과 제2 극판(112) 사이에 개재되어 쇼트를 방지하고, 리튬 이온의 이동만 가능하게 하는 세퍼레이터(113)를 구비한다. 이때, 제1 극판(111)에는 제1 기재에 제1 활물질을 간헐적으로 코팅하여 형성된 제1 활물질코팅부, 상기 제1 활물질이 코팅되지 않아 제1 기재가 노출되는 부분인 제1 무지부로 이루어지고, 이때, 제1 활물질은 LiCoO2, LiNiO2 또는 LiMn2O4 등의 전이금속산화물을 포함하는 양극 활물질일 수 있다.
제2 극판(112)은 제1 극판(111)과 다른 극성을 갖는 것으로, 제2 기재에 제2 활물질을 간헐적으로 코팅하여 형성된 제2 활물질코팅부, 상기 제2 활물질이 코팅되지 않아 상기 제2 기재가 노출되는 부분인 제2 무지부로 이루어지고, 이때, 제2 활물질은 흑연 또는 탄소 등을 포함하는 음극 활물질 일 수 있다. 이러한 제1 극판(111), 제2 극판(112) 및 세퍼레이터(113)는 대략 젤리롤 형태로 권취되어, 케이스(120)에 수납된다. 이때, 제1 극판(111)은 양극판이고, 제2 극판(112)은 음극판일 수 있다.
제1 극판(111)은 알루미늄을 포함하고, 제2 극판(112)은 구리를 포함하며, 세퍼레이터(113)는 폴리에틸렌(polyethylene) 또는 폴리프로필렌(polypropylene)을 포함하여 구성될 수 있으나, 본 발명에서는 상기 재질로 한정하는 것은 아니다. 또한, 제1 극판(111)의 제1 무지부에는 상부로 일정 길이 돌출된 복수의 제1 전극탭(114)이 용접될 수 있으며, 제2 극판(112)의 제2 무지부에는 하부로 일정 길이 돌출되어 연장된 제2 전극탭(115)이 용접될 수 있다. 여기서 복수의 제1 전극탭(114)은 상대적으로 전극조립체(110)의 중심축에 가깝게 위치하는 내측 탭(114a) 과 상대적으로 전극조립체(110)의 중심축에서 멀리 위치하는 외측 탭(114b)을 포함한다. 상기 내측 탭(114a)과 상기 외측 탭(114b)은 전극조립체(110)의 중심축을 기준으로 동일한 쪽에 정렬되고 서로 중첩될 수 있다. 여기서, 복수의 제1 전극탭(114)은 전극조립체(110)의 다수의 영역으로부터 인출되어 서로 전기적으로 연결되는 것으로서, 출력을 높이기 위해 전지의 저항을 낮출 수 있는 멀티탭에 해당한다. 이때, 제1 전극탭(114)은 양극탭이고, 제2 전극탭(115)은 음극탭일 수 있으며, 양극과 음극은 그 반대로 형성되어도 무방하다. 또한, 도면에서는 제2 전극탭(115)을 하나로 도시하였지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 제1 전극탭(114)은 복수 개가 아닌 하나만이 구비될 수도 있으나, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지(100)는 제1 전극탭(114)이 복수 개로 구비되는 멀티탭 구조에 보다 효율적으로 적용될 수 있는 바, 본 발명에서는 설명의 편의를 위해 멀티탭 구조의 이차전지를 중심으로 설명하기로 한다.
그리고, 세퍼레이터(113)는 전극조립체(110)가 수축 및 팽창되더라도 제1 극판(111)과 제2 극판(112) 사이를 완전히 절연할 수 있도록 충분한 길이로 이루어질 수 있다.
상기 전극조립체(110)는 원통 형상의 젤리롤 형태로 권취되며, 전극조립체(110)의 중앙에는 일정 공간이 형성될 수 있다. 이러한 공간에는 중공이 형성된 봉 형상의 센터핀(140)이 위치될 수 있다. 센터핀(140)은 권취된 전극조립체(110)가 풀리지 않도록 지탱해줄 수 있다. 또한, 센터핀(140)의 하단부는 제2 전극탭(115)을 눌러서 케이스(120)에 밀착시켜 줄 수 있다. 즉, 전극조립체(110)를 케이스(120)에 장입하고, 그 중심 공간에 상기 센터핀(140)을 끼워서, 그 센터핀(140)이 상기 제2 전극탭(115)을 케이스(120)에 밀착시킴과 동시에 젤리롤이 느슨하게 풀리지 않도록 지탱해준다.
케이스(120)는 대략 원통 형태로서, 일정 직경을 갖는 원통면이 형성되고, 원통면 하부에는 대략 원판 형태의 바닥면이 형성되며, 상부는 개방된다. 이에 의해 전극조립체(110)는 원통형 케이스(120)의 상부를 통해 그 내부로 삽입될 수 있다. 여기서, 전극조립체(110)의 제2 전극탭(115)은 원통형 케이스(120)의 바닥면에 용접되어 원통형 케이스(120)는 음극으로 동작할 수 있다. 물론, 반대로 제1 전극탭(114)이 원통형 케이스(120)의 바닥면에 용접될 수 있다. 이 경우 원통형 케이스(120)는 양극으로 동작할 수 있다. 도 1에서는 상기 케이스(120)를 원통형으로 도시하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니고, 직육면체, 파우치형 및 코인형 등 다양한 형상으로 제작 가능하다.
캡조립체(130)는 원통형 케이스(120)의 상부에 결합되며, 안전 벤트(131), 회로기판(132), 양성온도소자(Positive Temperature Coefficient, 133), 캡 업(134), 절연성 가스켓(135) 및 캡 다운(136)을 포함한다. 여기서, 안전 벤트(131)는 케이스(120)의 내부 압력 상승 시 변형되거나 파열되어 그 상부에 위치된 회로기판(132)을 파손시키거나 또는 가스를 외부로 방출시키는 역할을 한다. 이때, 회로기판(132)은 파손되며, 전지 내부에 흐르는 전류를 차단한다.
그리고, 회로기판(132)의 상부에는 과전류 시 전류가 차단되는 양성온도소자(133)가 위치된다. 또한, 양성온도소자(133)의 상부에는 외부에 양극 전압(또는 음극 전압)을 제공하며, 가스 배출이 용이하도록 다수의 통공이 형성된 도전성 캡 업(134)이 위치된다. 이러한 안전 벤트(131), 회로기판(132), 양성온도소자(133), 캡 업(134) 및 캡 다운(136)은 케이스(120)와 맞닿는 영역이 절연성 가스켓(135)으로 감싸져 있으므로, 케이스(120)와의 직접적인 쇼트는 일어나지 않는다.
전해액은 충ㆍ방전 시 전지 내부의 양극 및 음극 사이에서 리튬 이온이 이동할 수 있도록 매개체 역할을 한다. 전해액는 리튬이온이 지나갈 수 있는 이동통로인 염, 염을 용해시키는 용매, 및 첨가제로 구성되고, 이때, 용매는 유기 용매 일 수 있다. 따라서, 전해액은 리튬염과 고순도 유기 용매류의 혼합물일 수 있다. 더불어, 전해액은 고분자 전해질을 이용한 폴리머일 수도 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
마감재(150)는 전극조립체(110)의 외면의 적어도 일 영역에 케이스(120)와의 밀착력을 강화하면서 전극조립체(110)의 형태가 안정적으로 유지될 수 있도록 구비된다. 여기서 일 영역이라 함은 전극조립체(110)의 권취 종단(119)이 위치되는 영역으로, 마감재(150)가 전극조립체(150)의 권취 종단(119)에 구비됨으로써 젤리롤 형태로 권취된 전극조립체(110)가 풀리는 것을 방지할 수 있다.
이때, 마감재(150)는 다수의 층으로 이루어질 수 있는데, 제1 층(152), 제2 층(154) 및 제3 층(156)을 포함할 수 있다.
이하에서는 앞서 설명한 도 2, 도 4a와 함께 도 3을 참조하여, 본 발명의 마감재가 구비되는 위치를 보다 상세하게 설명한다.
도 3은 전극조립체에 마감재가 구비되는 다른 실시예를 나타낸 도면이다.
도 2, 도 3, 및 도 4a를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전극조립체(110)는 제1 극판(111), 제2 극판(112) 및, 제1 극판(111)과 제2 극판(112) 사이에 세퍼레이터(113)가 개재되어 원통 형상의 젤리롤 형태로 권취된다. 제1 극판(111)에는 내측 탭(114a) 및 외측 탭(114b)이 용접되어 전극조립체(110)의 상부로 돌출되고, 제2 극판(112)에는 제2 전극탭(115)이 용접되어 전극조립체(110)의 하부로 돌출된다. 그리고, 전극조립체(110)의 중앙에는 권취된 전극조립체(110)가 풀리지 않도록 봉 형상의 센터핀(140)이 위치될 수 있다. 또한, 이러한 전극조립체(110)의 외면의 적어도 일 영역에는 케이스(120)와의 밀착력을 강화하면서 전극조립체(110)의 형태가 안정적으로 유지될 수 있도록 마감재(150)가 구비될 수 있다. 이때, 일 영역은 전극조립체(110)의 권취 종단(119)이 위치되는 영역일 수 있음은 앞서 설명한 바와 같다.
먼저, 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 마감재(150)는 권취형 전극조립체(110)의 전체를 감싸도록 부착될 수 있다.
또는, 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 마감재(150)는 권취형 전극조립체(110)의 일면, 또는 일면 및 이와 대향하는 타면에 부착될 수 있다. 이 경우, 젤리롤의 진원율에 영향을 미치는 부분은 복수의 제1 전극탭(114)이 존재하는 부분일 가능성이 높으므로, 마감재(150)는 전극조립체(110)의 외주면 상에서 복수의 제1 전극탭(114)이 존재하는 부분과 어긋나는 부분에 부착될 수 있다. 일례로, 전극조립체(110)를 위에서 보았을 때, 전극조립체(110)에서 12시 방향(A)에 복수의 제1 전극탭(114)이 존재하면, 마감재(150)는 3시 방향(B) 또는 3시 방향(B) 및 9시 방향(C)에 부착될 수 있다.
이때, 일면이 전극조립체(110)의 권취 종단(119)이 위치하는 부분을 포함하는 것이 더욱 바람직하다. 이에 의해, 전극조립체(110)의 외면의 적어도 일 영역에 구비되는 마감재(150)는 젤리롤 형태로 권취된 전극조립체(110)가 풀리는 것을 방지함과 동시에 젤리롤에서 진원율이 좋지 않은 부분을 보완하여 전극조립체(110)가 케이스(120)와 완전히 밀착되도록 할 수 있다.
이러한 마감재(150)에 전해액이 함침되면, 전해액 내의 유기 용매와 반응하여 팽윤 및 접착성을 갖게 된다.
이에 의해 마감재(150)가 부착된 전극조립체(110)의 적어도 일면 또는 전체가 케이스(120)의 내면에 강하게 밀착될 수 있으므로 전극조립체(110)의 정렬 상태가 안정적으로 유지되어 쇼트결함이 방지되고, 스웰링에 의한 미충전 영역 발생이 방지될 수 있다.
특히, 멀티탭 구조에서는, 복수의 제1 전극탭이 전극조립체의 다수의 영역으로부터 인출되어 서로 중첩되는 특성 상, 단일의 제1 전극탭만이 전극조립체로부터 인출되는 구조 대비, 젤리롤의 높은 진원율을 확보하기가 쉽지 않다. 단일의 제1 전극탭 구조에서는 하나의 제1 전극탭의 두께 만이 젤리롤의 진원율에 영향을 미치게 되나, 복수의 제1 전극탭이 중첩될수록 그 두께가 두꺼워져 젤리롤의 진원율에 더 많은 영향을 미치게 된다.
그러나, 본 발명의 일 실시예에 따른 마감재(150)를 적용하면, 상대적으로 젤리롤의 진원율이 좋지 않은 멀티탭 구조에서도 전극조립체의 적어도 일면 또는 전체가 케이스의 내면에 강하게 밀착되게 함으로써 전극조립체의 정렬 상태를 안정적으로 유지할 수 있다.
즉, 본 발명에 따르면, 상대적으로 진원율이 좋지 않은 멀티탭 구조의 전극조립체에서도 젤리롤의 유동을 효과적으로 방지할 수 있다.
또한, 젤리롤의 유동은 통상적으로 전극탭의 파단을 유발하게 되는데, 본 발명에 따르면, 젤리롤의 유동이 억제됨으로써 전극탭의 파단을 방지하고 이차전지의 안전성을 향상시킬 수 있다.
이하에서는 앞서 설명한 도 2, 도 4a와 함께 도 4b를 참조하여, 본 실시예에 따른 이차전지(100)의 마감재(150)의 구성을 구체적으로 설명한다.
도 4a는 전해액 함침 전의 도 1의 I-I' 단면도이고, 도 4b는 전해액 함침 후의 도 1의 I-I' 단면도이다.
도 2, 도 4a, 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 마감재(150)는 일면이 상기 전극조립체(110)에 부착되는 제1 층(152), 제1 층(152)의 타면에 순차적으로 구비되며, 상기 전해액과 반응하는 서로 다른 제2 층(154) 및 제3 층(156)을 포함한다. 예컨대, 제1 층(152)의 일면은 전극조립체(110)에 부착되며, 제1 층(152)의 타면에는 제2 층(154), 제3 층(156)이 순차적으로 구비된다. 이때, 제1 층(152)은 전극조립체(110)에 직접적으로 부착되어 전극조립체(110)의 권취 종단(119)이 전극조립체(110)로부터 풀리는 것을 방지하는 역할만을 하는 것으로 전해액과는 아무런 반응도 하지 않는다. 따라서, 제1 층(152)의 두께(t1)는 전극조립체(110)에 점착력을 제공할 수 있는 최소한의 두께로 형성될 수 있다. 즉, 제1 층(152)의 두께(t1)는 전해액과 반응하여 부피가 증가되는 제2 층(154)의 두께(t2) 및 제3 층(156)의 두께(t3)보다 얇게 구비될 수 있다. 반면, 제2 층(154)의 두께(t2) 및 제3 층(156)의 두께(t3)는 마감재(150)의 팽윤을 극대화하여 전극조립체(110)를 케이스(120)의 내면에 보다 더 긴밀하게 밀착시킬 수 있도록 제1 층(152)의 두께(t1)보다 두껍게 구비될 수 있다. 또한, 제3 층(156)은 전해액과 일차적으로 반응하는 층으로, 팽윤 효과가 유도될 수 있도록 제2 층(154)의 두께(t2)보다 더 두껍게 구비될 수 있다.
따라서, 제2 층(154)의 두께(t2)는 제1 층(152)의 두께(t1)보다 두껍고, 제3 층(156)의 두께(t3)보다 얇을 수 있다. 또한, 제3 층(156)의 두께(t3)는 제1 층(152)의 두께(t1) 및 제2 층(154)의 두께(t2)보다 두꺼울 수 있다.
제1 층(152)은 전극조립체(110)의 일면에 직접적으로 부착되어 전극조립체(110)에 점착력을 제공하는 층으로, 아크릴계 수지를 포함한다. 그리고, 2um~8um, 바람직하게는 5um의 두께로 형성될 수 있다. 제1 층(152)은 점착성을 가지므로 권취된 전극조립체(110)의 권취 종단(119)이 전극조립체(110)로부터 풀리는 것을 방지한다. 이에 전극조립체(110)가 젤리롤 형태를 안정적으로 유지할 수 있다. 또한, 제1 층(152)의 점착력에 의해 제1 층(152)의 타면에 하기 후술할 제2 층(154)이 부착되어 구비될 수 있다. 그러나, 이러한 제1 층(152)은 다른 층과는 달리 전해액과 반응을 하지 않는 유일한 층이다.
제2 층(154)은 제1 층(152)의 타면에 구비되고, 15um~25um, 바람직하게는 20um의 두께로 형성될 수 있다. 그리고, 제2 층(154)은 제1 층(152) 및 하기 후술할 제3 층(156)과는 달리 점착성을 갖지 못하므로, 제1 층(152) 및 제3 층(156)의 사이에 구비될 수 있다. 따라서, 제2 층(154)의 일면은 제1 층(152)에 부착되고, 제2 층(154)의 타면은 제3 층(156)에 부착되어 구비될 수 있다. 제2 층(154)은 전해액과 반응하여 부피가 증가하는 특성을 가지므로, 마감재(150)가 부착된 전극조립체(110)를 케이스(120)에 수용한 뒤 전해액을 주입하면, 제2 층(154)이 전해액을 흡수 또는 반응하여 팽윤되면서, 마감재(150)의 외면에 구비되는 제3 층(156)과 케이스(120) 간의 밀착이 긴밀하게 이루어질 수 있도록 한다.
이러한 제2 층(154)으로는 예컨대, 전해액이 함침되면, 전해액과 반응하여 팽윤되는 폴리 비닐리덴 플루오라이드(Poly Vinylidene Fluoride, PVDF) 또는 우레탄(Urethane)을 포함할 수 있다. 또한, 추가적으로 첨가제를 포함할 수 있다. 폴리 비닐리덴 플루오라이드는 전해액 내의 유기 용매, 상세하게는 디메틸 카보네이트(Dimethyl carbonate, DMC), 에틸렌 카보네이트(Ethylene carbonate, EC), 디에틸 카보네이트(Diethyl carbonate, DEC), 에틸메틸 카보네이트(Ethyl methyl carbonate, EMC), 프로필렌 카보네이트(Propylene carbonate, PC) 등과 반응하면 팽윤되는 것으로, 0.1um 내지 0.2um, 상세하게는 0.12um 내지 0.16um 범위로 팽윤될 수 있다.
제3층(156)은 일반적으로 접착성을 가지지 않으나, 전해액과 반응하여 접착성을 가지며, 20um~30um, 바람직하게는 25um의 두께로 형성될 수 있다. 이에 의해 마감재(150)가 부착된 전극조립체(110)를 케이스(120)에 수용한 뒤 전해액을 주입하면, 제3 층(156)이 팽창되면서 접착성을 갖게 되어 전극조립체(110)를 케이스(120)의 내면에 밀착시켜 이들 사이의 밀착성이 강화된다.
이러한 제3 층(156)으로는 예컨대, 전해액과 반응하게 되면 접착성을 갖도록 물성이 변하는 오리엔티드 폴리스티렌(Oriented Polystyrene, OPS)일 수 있다. 오리엔티드 폴리스티렌은 평상시에는 접착력이 없다가 유기 용매, 상세하게는 디메틸 카보네이트, 에틸렌 카보네이트, 디에틸 카보네이트, 에틸메틸 카보네이트, 프로필렌 카보네이트 중 적어도 어느 하나, 상세하게는 디메틸 카보네이트와 반응하게 되면 고체 상태가 점성의 액체 상태로 상 변화가 이루어지고, 이러한 과정에 의하여 접착성을 갖으며, 수축 및 응고되어 케이스(120)의 내면에 부착된다.
즉, 마감재(150)가 부착된 전극조립체(110)가 케이스(120) 내에 수용되고 전해액이 함침되면, 우선, 마감재(150)의 외면에 위치하는 제3 층(156)이 전해액과 반응하여 액체로 상이 변하면서 점성을 갖고, 그 다음에 제2 층(154)이 전해액과 반응하여 팽윤됨으로써, 제3 층(156)이 케이스(120)의 내면에 수축 및 응고되어 부착된다. 따라서, 제2 층(154)의 팽윤에 의해 제3 층(156)이 케이스(120)의 내면에 보다 더 긴밀하게 밀착될 수 있다.
이러한 제2 층(154)은 전해액과 반응하는 경우, 팽윤되어 제3 층(156)이 케이스(120) 내면과 강하게 밀착될 수 있도록 하고, 오리엔티드 폴리스티렌으로 이루어진 제3 층(156)은 전해액과 반응하여 강한 접착 강도를 갖는다.
도 4a에 도시된 바와 같이, 마감재(150)에 전해액이 함침되기 전에는 전극조립체(110)와 케이스(120)의 내면 간은 이격되게 구비되나, 마감재(150)에 전해액이 함침됨으로써 도 4b에 도시된 바와 같이 전극조립체(110)가 케이스(120)의 내면에 강하게 밀착된다.
이와 같이 이차전지(100)는 제1 층(152)과 제3 층(156) 사이에 구비된 제2 층(154)의 팽윤에 의해 제3 층(156)과 케이스(120) 내의 밀착력이 강화됨으로써 전극조립체(110)의 유동 및 전극탭(114, 115)의 파단을 방지할 수 있으므로 이차전지(100)의 안전성을 향상시킬 수 있다. 또한, 상대적으로 젤리롤의 진원율이 좋지 않은 멀티탭(114) 구조의 전극조립체(110)에서도 전극조립체(110)의 정렬 상태를 안정적으로 유지할 수 있으므로 이차전지의 저항 증가 억제 및 품질 향상을 도모할 수 있다.
실험 예 1. 제2 층의 팽윤 특성 확인
본 발명의 제2 층의 우수한 팽윤 특성을 확인하기 위하여 하기와 같이 실험을 실시하였다.
우선, PVDF 및 첨가제로 이루어진 필름을 17.43um의 두께로 준비한다. 그 다음, 전해액이 담긴 용기에 넣어 일정 시간 동안 침지 시킨 후, 꺼내어 두께를 측정하고, 광학현미경을 이용하여 단면을 관찰하였다.
도 5는 전해액 침지 전(A)과 후(B)를 나타낸 비교 도표이고, 도 6은 전해액 함침 후(B) 필름을 광학현미경을 이용하여 관찰한 사진이다.
그 결과, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 전해액 침지 전(A)에는 두께가 17.43um였으나, 전해액 침지 후에는 두께가 17.57um으로 측정되어, 두께가 약 0.14um 증가됨을 알 수 있었다. 또한, 사진을 통해서도 입자 간의 간격이 증가했음을 알 수 있었다.
따라서, PVDF 및 첨가제로 이루어진 필름이 팽윤 특성이 있음을 확인할 수 있었다.
이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.
100 : 이차전지 110 : 전극조립체
120 : 케이스 130 : 캡조립체
140 : 센터핀 150 : 마감재
152 : 제1 층 154 : 제2 층
156 : 제3 층

Claims (13)

  1. 제1 극판, 제2 극판, 및 상기 제1 극판과 상기 제2 극판 사이에 개재된 세퍼레이터를 구비하는 전극조립체;
    상기 전극조립체와 전해액을 수용하는 케이스; 및
    상기 전극조립체의 외면에 부착되는 마감재를 포함하고,
    상기 마감재는 일면이 상기 전극조립체에 부착되는 제1 층, 상기 제1 층의 타면에 순차적으로 구비되며, 상기 전해액과 반응하는 서로 다른 제2 층 및 제3 층을 포함하는 이차전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 층은 상기 제1 층보다 두께가 두껍고, 상기 제3 층보다 두께가 얇은 이차전지.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제3 층은 상기 제1 층 및 상기 제2 층보다 두께가 두꺼운 이차전지.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 층은 아크릴계 수지를 포함하는 이차전지.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제2 층은 폴리 비닐리덴 플루오라이드(Poly Vinylidene Fluoride, PVDF) 또는 우레탄(Urethane)을 포함하는 이차전지.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제3 층은 오리엔티드 폴리스티렌(Oriented Polystyrene, OPS)을 포함하는 이차전지.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 마감재에 전해액이 함침되면, 상기 제3 층은 상기 케이스의 내면에 부착되고, 상기 제2 층은 부피가 증가하는 이차전지.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제2 층은 팽윤되는 이차전지.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1 극판은 제1 활물질이 코팅되지 않은 복수의 제1 무지부 및
    상기 복수의 제1 무지부에 각각 부착되어 상부로 연장되는 복수의 제1 전극탭을 포함하는 이차전지.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 마감재는 상기 전극조립체의 적어도 일면 또는 상기 전극조립체의 일면 및 이와 대향하는 타면에 구비되는 이차전지.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 전극조립체의 일면은 상기 전극조립체의 권취 종단이 위치하는 부분을 포함하는 이차전지.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 전극조립체의 일면은 상기 전극조립체의 외주면 상에서 상기 제1 전극탭이 존재하는 부분과 어긋나도록 위치하는 이차전지.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 마감재는 상기 전극조립체의 외면 전체를 둘러싸도록 구비되는 이차전지.
KR1020160024475A 2016-02-29 2016-02-29 이차전지 KR102547065B1 (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160024475A KR102547065B1 (ko) 2016-02-29 2016-02-29 이차전지
US15/441,502 US10177399B2 (en) 2016-02-29 2017-02-24 Secondary battery

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160024475A KR102547065B1 (ko) 2016-02-29 2016-02-29 이차전지

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20170101648A true KR20170101648A (ko) 2017-09-06
KR102547065B1 KR102547065B1 (ko) 2023-06-23

Family

ID=59679817

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020160024475A KR102547065B1 (ko) 2016-02-29 2016-02-29 이차전지

Country Status (2)

Country Link
US (1) US10177399B2 (ko)
KR (1) KR102547065B1 (ko)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20190066410A (ko) * 2017-12-05 2019-06-13 삼성에스디아이 주식회사 이차전지
WO2020071656A1 (ko) * 2018-10-01 2020-04-09 삼성에스디아이(주) 이차전지
KR20200078639A (ko) * 2017-12-18 2020-07-01 삼성에스디아이 주식회사 마감 테이프 및 이를 포함하는 이차 전지

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10700384B2 (en) * 2016-11-02 2020-06-30 Lg Chem, Ltd. Electrode assembly and method for manufacturing the same
KR102179486B1 (ko) * 2017-06-02 2020-11-16 주식회사 엘지화학 이차전지
CN110737318A (zh) * 2019-10-15 2020-01-31 深圳市杰和科技发展有限公司 一种智能电源管理系统

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20110127830A (ko) * 2010-05-20 2011-11-28 삼성에스디아이 주식회사 이차전지

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100719725B1 (ko) * 2005-12-29 2007-05-17 삼성에스디아이 주식회사 리튬 이차전지용 전극조립체 및 이를 이용한 리튬 이차전지
KR101254800B1 (ko) 2006-03-27 2013-04-15 삼성에스디아이 주식회사 리튬 이차전지용 전극조립체 및 이를 이용한 리튬 이차전지
US8288036B2 (en) * 2009-05-18 2012-10-16 Samsung Sdi Co., Ltd. Secondary battery and method of making the secondary battery
US8048559B2 (en) * 2009-07-08 2011-11-01 Samsung Sdi Co., Ltd Secondary battery and method of making the secondary battery
US8062787B2 (en) * 2009-09-11 2011-11-22 Samsung Sdi Co., Ltd Secondary battery and method of manufacturing the secondary battery
EP2477252B1 (en) 2010-10-04 2020-08-19 LG Chem, Ltd. Seal tape and secondary battery using the same
KR101877568B1 (ko) * 2012-02-03 2018-07-11 삼성에스디아이 주식회사 파우치 타입 배터리
KR20150004678A (ko) 2013-07-03 2015-01-13 삼성에스디아이 주식회사 리튬 파우치형 전지
KR102121737B1 (ko) * 2013-10-16 2020-06-11 삼성에스디아이 주식회사 이차 전지

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20110127830A (ko) * 2010-05-20 2011-11-28 삼성에스디아이 주식회사 이차전지

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20190066410A (ko) * 2017-12-05 2019-06-13 삼성에스디아이 주식회사 이차전지
KR20200078639A (ko) * 2017-12-18 2020-07-01 삼성에스디아이 주식회사 마감 테이프 및 이를 포함하는 이차 전지
WO2020071656A1 (ko) * 2018-10-01 2020-04-09 삼성에스디아이(주) 이차전지
US11876166B2 (en) 2018-10-01 2024-01-16 Samsung Sdi Co., Ltd. Secondary battery

Also Published As

Publication number Publication date
US10177399B2 (en) 2019-01-08
KR102547065B1 (ko) 2023-06-23
US20170250437A1 (en) 2017-08-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9761845B2 (en) Secondary battery
KR100876270B1 (ko) 이차 전지
KR20170101648A (ko) 이차전지
KR100635761B1 (ko) 전극조립체 및 이를 이용하는 이차전지
KR101040826B1 (ko) 이차전지
KR100973310B1 (ko) 이차 전지용 전극 탭 및 이를 구비하는 이차 전지
US8999559B2 (en) Secondary battery
KR100778980B1 (ko) 리튬 이차전지
KR20110111700A (ko) 이차전지
EP2985812B1 (en) Secondary battery
KR102279223B1 (ko) 보호 테이프를 갖는 전극 조립체 및 이를 포함하는 이차 전지
US20200091492A1 (en) Secondary battery
KR102238367B1 (ko) 전극 조립체 및 이를 포함하는 이차 전지
KR102137706B1 (ko) 파우치 외장재 및 이를 이용한 파우치형 이차전지
KR100601551B1 (ko) 전극 조립체 및 이를 이용한 리튬이차전지
KR20070101444A (ko) 전극 조립체 및 이를 구비한 이차전지
KR20160011983A (ko) 내식성이 향상된 원통형 전지 및 그의 제조방법
KR20180035510A (ko) 전극 조립체 및 이를 포함하는 이차 전지
KR100591453B1 (ko) 이차 전지용 전극판
KR20080037195A (ko) 파우치 외장재 및 이를 이용한 파우치형 리튬 이차 전지
EP4290673A1 (en) Secondary battery
US10505217B2 (en) Rechargeable battery
KR20230021915A (ko) 이차전지
KR20170094666A (ko) 파우치형 이차전지
JP2004139809A (ja) 密閉型電池

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant