KR20190054617A - 전극 조립체, 이를 포함하는 이차전지 및 그 제조방법 - Google Patents

전극 조립체, 이를 포함하는 이차전지 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전극 조립체, 이를 포함하는 이차전지 및 그 제조방법 관한 것으로, 본 발명에 따른 이차전지 제조방법은 다수개의 전극 및 복수개의 분리막이 교대로 결집된 전극 적층체 및 다수개의 상기 전극과 각각 연결되어 상기 전극 적층체의 측면으로 연장된 다수개의 전극탭으로 구성된 전극탭부를 포함하고, 상기 전극탭부는 일측에 구비된 경사부 및 타측에 구비된 탭 모음부를 포함하며, 상기 경사부는 상기 전극 적층체의 측면에서 연장되며 다수개의 상기 전극탭이 상호 모아지는 방향으로 벤딩되어 경사를 형성하도록 구비되고, 상기 탭 모음부는 상기 경사부에서 연장되며 다수개의 상기 전극탭이 상호 모아진 형태로 구비되며, 상기 경사부에 위치된 다수개의 상기 전극탭에서 최외측에 위치되는 전극탭의 벤딩각도는 상기 전극 적층체의 적층방향 기준으로 측정할때 30도 이하가 된다.

Description

전극 조립체, 이를 포함하는 이차전지 및 그 제조방법{ELECTRODE ASSEMBLY, RECHARGEABLE BATTERY COMPRISING THE SAME AND RECHARGEABLE BATTERY MANUFACTURING METHOD}
본 발명은 전극 조립체, 이를 포함하는 이차전지 및 그 제조방법에 관한 것이다.
이차 전지는 일차 전지와는 달리 재충전이 가능하고, 또 소형 및 대용량화 가능성으로 인해 근래에 많이 연구 개발되고 있다. 모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차 전지의 수요가 급격하게 증가하고 있다.
이차 전지는 전지 케이스의 형상에 따라, 코인형 전지, 원통형 전지, 각형 전지, 및 파우치형 전지로 분류된다.
도 1은 종래의 전극 조립체 및 이를 포함하는 이차전지를 나타낸 단면도이고, 도 2는 종래의 전극 조립체 및 이를 포함하는 이차전지에서 전극 리드와 연결된 부분에서 꺾임 현상이 발생된 상태를 나타낸 단면도이다.
도 1을 참고하면, 이차 전지에서 전지 케이스 내부에 장착되는 전극 조립체(12)는 전극 및 분리막의 적층 구조로 이루어진 충방전이 가능한 발전소자이다.
또한, 전극 조립체(12)는 활물질이 도포된 시트형의 양극과 음극 사이에 분리막을 개재(介在)하여 권취한 젤리 롤(Jelly-roll)형, 다수의 양극과 음극을 분리막이 개재된 상태에서 순차적으로 적층한 스택형, 및 스택형의 단위 셀들을 긴 길이의 분리 필름으로 권취한 스택/폴딩형으로 대략 분류할 수 있다.
아울러, 전극 조립체(12)는 다수로 적층된 전극과 연결되는 다수의 전극탭(13)을 포함할 수 있다. 이때, 다수의 전극탭(13)을 전극 리드(14)와 연결하기 위해 다수의 전극탭(13)을 모으게 된다. 종래에는 전극과 다수의 전극탭(13)에서 모아지는 부분의 길이가 긴 형태로 이루어져, 전극탭이 위치되는 전지 케이스(11)의 수용부의 폭(a)이 길게 형성된다. 이로인해, 에너지 밀도가 낮아지게 되고, 공정상의 수율이 좋지 않은 문제가 있다.
특히, 도 2를 참고하면, 전극탭(13)과 연결되는 전극 리드(14)를 통해 꺾임 현상이 발생될 때, 최외각의 전극탭에서 장력이 크게 작용하여 단선이 빈번하게 발생되는 문제가 있다.
한국 공개특허 제10-2014-0015647호
본 발명의 하나의 관점은 전극탭의 단선을 방지할 수 있는 전극 조립체, 이를 포함하는 이차전지 및 그 제조방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 관점은 에너지 밀도를 상승시킬 수 있는 전극 조립체, 이를 포함하는 이차전지 및 그 제조방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 전극 조립체, 이를 포함하는 이차전지 및 그 제조방법은, 다수개의 전극 및 복수개의 분리막이 교대로 결집된 전극 적층체 및 다수개의 상기 전극과 각각 연결되어 상기 전극 적층체의 측면으로 연장된 다수개의 전극탭으로 구성된 전극탭부를 포함하고, 상기 전극탭부는 일측에 구비된 경사부 및 타측에 구비된 탭 모음부를 포함하며, 상기 경사부는 상기 전극 적층체의 측면에서 연장되며 다수개의 상기 전극탭이 상호 모아지는 방향으로 벤딩되어 경사를 형성하도록 구비되고, 상기 탭 모음부는 상기 경사부에서 연장되며 다수개의 상기 전극탭이 상호 모아진 형태로 구비되며, 상기 경사부에 위치된 다수개의 상기 전극탭에서 최외측에 위치되는 전극탭의 벤딩각도는 상기 전극 적층체의 적층방향 기준으로 측정할때 30도 이하가 될 수 있다.
본 발명에 따르면, 다수개의 전극탭에서 최외각의 전극탭이 받는 외력을 감소시켜 전극탭의 단선을 방지할 수 있다.
특히, 다수개의 전극탭을 벤딩시켜 모으되, 최외각에 위치된 전극탭을 전극 적층체의 적층방향 기준으로 30도 이하가 되도록 벤딩시켜 최외각의 전극탭이 받는 외력을 현저히 감소시킬 수 있다. 이때, 전극 적층체와 다수개의 전극탭의 모이는 부분 사이의 거리가 짧아져 에너지 밀도가 현저히 높아질 수 있고, 전극탭을 짧게 형성할 수 있어 공정상의 수율이 상승할 수 있다.
도 1은 종래의 전극 조립체 및 이를 포함하는 이차전지를 나타낸 단면도이다.
도 2는 종래의 전극 조립체 및 이를 포함하는 이차전지에서 전극 리드와 연결된 부분에서 꺾임 현상이 발생된 상태를 나타낸 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 및 이를 포함하는 이차전지를 나타낸 단면도이다.
도 4는 도 3에서 A영역을 확대하여 나타낸 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 및 이를 포함하는 이차전지에서 전극 리드와 연결된 부분에서 꺾임 현상이 발생된 상태를 나타낸 단면도이다.
도 6은 종래 기술과, 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 및 이를 포함하는 이차전지에서 전극탭에 작용하는 장력을 측정한 그래프이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 조립체 및 이를 포함하는 이차전지를 나타낸 단면도이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전극 조립체 및 이를 포함하는 이차전지를 나타낸 단면도이다.
도 9는 도 8에서 B영역을 확대하여 나타낸 단면도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지 제조방법에서 준비 과정을 나타낸 단면도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지 제조방법의 탭 프레스 과정에서 전극탭을 가압하기 전 상태를 나타낸 단면도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지 제조방법에서 탭 프레스 과정에서 전극탭을 가압 후 상태를 나타낸 단면도이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지 제조방법에서 접합 과정을 나타낸 단면도이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지 제조방법에서 리드 고정과정을 나타낸 단면도이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지 제조방법에서 수용과정을 나타낸 단면도이다.
본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고, 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련된 공지 기술에 대한 상세한 설명은 생략하도록 한다.
도 3 및 도 4를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체(E)는 다수개의 전극(123) 및 복수개의 분리막(124)이 교대로 적층된 전극 적층체(120) 및 다수개의 전극(123)과 연결된 다수개의 전극탭(130a,130b,130c,130d,130e,130f,130g)으로 구성된 전극탭부(130)를 포함한다. 여기서, 전극 적층체(120)는 전해액과 전지 케이스(110)의 내측에 형성된 수용부(111)에 수용되어 이차전지(100)를 구성할 수 있다.
이하에서, 도 3 내지 도 6을 참조하여, 본 발명의 일 실시예인 전극 조립체, 이를 포함하는 이차전지 및 그 제조방법에 대해 보다 상세히 설명하기로 한다.
보다 상세히, 도 3 및 도 4를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 적층체(120)는 충방전이 가능한 발전소자로서, 다수개의 전극(123)과 다수개의 분리막(124)이 결집되어 교대로 적층된 구조를 형성한다.
전극(123)은 양극(121) 및 음극(122)으로 구성될 수 있다. 이때, 전극 적층체(120)는 양극(121)/분리막(124)/음극(122)이 교대로 적층된 구조로 이루어질 수 있다. 여기서, 분리막(124)은 양극(121)과 음극(122) 사이와, 양극(121)의 외측 및 음극(122)의 외측에 위치될 수 있다.
분리막(124)은 절연 재질로 이루어져 양극(121)과 음극(122) 사이를 전기적으로 절연한다. 여기서, 분리막(124)은 예를 들어 미다공성을 가지는 폴리에칠렌, 폴리프로필렌 등 폴리올레핀계 수지막으로 형성될 수 있다.
전극탭부(130)는 다수개의 전극(123)과 각각 연결되어 전극 적층체(120)의 측면으로 연장된 다수개의 전극탭(130a,130b,130c,130d,130e,130f,130g)으로 구성된다.
또한, 전극탭부(130)는 다수개의 양극(121)과 연결된 다수개의 양극탭(미도시) 및 다수개의 음극(122)과 연결된 다수개의 음극탭(미도시)을 포함할 수 있다.
다수개의 전극탭(130a,130b,130c,130d,130e,130f,130g)은 전극 적층체(120)의 일측면으로부터 연장되거나, 양측면으로부터 연장될 수 있다.
여기서, 다수개의 전극탭(130a,130b,130c,130d,130e,130f,130g)은 일례로 알루미늄(Al) 또는 구리(Cu) 재질을 포함하여 이루어질 수 있다.
또한, 다수개의 전극탭(130a,130b,130c,130d,130e,130f,130g)은 다른 예로 CNT(Carbon nanotube; 탄소나노튜브) 재질로 이루어질 수 있다. 이에 따라, 전기 전도성이 좋고, 장력에 강하며, 플랙서블 재질인 CNT를 포함하여 전극탭(130a,130b,130c,130d,130e,130f,130g)을 형성함으로써, 다양한 방향에서 강한 장력이 발생 시 전극탭(130a,130b,130c,130d,130e,130f,130g)의 단선을 방지하거나 변형되는 것을 현저히 감소시킬 수 있다.
여기서, 다수개의 전극탭(130a,130b,130c,130d,130e,130f,130g)은 또 다른 예로 알루미늄(Al)과 CNT의 포함하거나, 구리(Cu) 및 CNT를 포함하여 형성될 수 있다. 이때, 보다 구체적으로 예를 들어 양극탭은 알루미늄(Al)과 CNT를 포함하여 이루어지고, 음극탭은 구리(Cu) 및 CNT를 포함하여 형성될 수 있다.
한편, 전극탭부(130)는 일측에 구비된 경사부(131) 및 타측에 구비된 탭 모음부(132)를 포함할 수 있다.
경사부(131)는 전극 적층체(120)의 측면에서 연장되며 다수개의 전극탭(130a,130b,130c,130d,130e,130f,130g)이 상호 모아지는 방향으로 벤딩되어 경사를 형성하도록 구비될 수 있다.
여기서, 경사부(131)에 위치된 다수개의 전극탭(130a,130b,130c,130d,130e,130f,130g)에서 최외측에 위치되는 전극탭(130a,130g)의 벤딩각도(α1,α2)는 전극 적층체(120)의 적층방향(125)을 기준으로 측정할 때 30도 이하가 될 수 있다. 보다 상세히, 전극 적층체(120)는 예를들어 상,하방향으로 적층되고, 상하방향의 직선을 기준선으로 경사부(131)에 위치된 다수개의 전극탭(130a,130b,130c,130d,130e,130f,130g)에서 최상측에 위치되는 전극탭(130a)의 벤딩각도(α1) 및 최하측에 위치되는 전극탭(130g)의 벤딩각도(α2)는 30도 이하로 형성될 수 있다. 즉, 다수개의 전극탭(130a,130b,130c,130d,130e,130f,130g)에서 최외측에 위치되는 전극탭(130a,130g)이 30도 이하로 벤딩되며 다수개의 전극탭(130a,130b,130c,130d,130e,130f,130g)이 모이는 부분(133)이 예를들어 종래의 60도 이상으로 형성될 때 보다 전극 적층체(120)에 현저히 가까워지게된다. 이에 따라, 도 5를 참고하면, 경사부(131)에서 최외측에 위치되는 전극탭(130a,130g)에 작용하는 장력이 현저히 감소되어 단선되는 현상을 현저히 감소 또는 방지할 수 있다. 도 2와 비교할 때, 도 2에서는 전극 리드(140)가 꺾일 때, 그 장력이 경사부(131)의 얇은 전극 탭(특히 최외각 전극 탭)에 크게 작용하여 전극 탭(130a,130b,130c,130d,130e,130f,130g)이 쉽게 끊어질 수 있는 반면, 도 5에서는 전극 리드(140)가 꺾일 때, 전극 적층체(120)에 바짝 붙은 짧은 경사부(131) 보다는 길고 두꺼운 탭 모음부(132) 측에 장력이 걸리기 때문에 단선이 현저히 방지될 수 있다. 이는 전극 적층체(120)에 바짝 붙은 경사부(131)로부터 소정의 거리 이격된 위치에서 탭 모음부(132)에 전극 리드(140)가 부착될 수 있어 가능할 수 있다. 경사부(131)가 전극 적층체(120) 측에 바짝 붙기 때문에 공간을 거의 차지하지 않으면서도 위와 같은 효과가 달성 될 수 있다.
또한, 전지 케이스(110)에서 차지하는 전극탭부(130)의 폭이 전체적으로 감소되어, 전극탭부(130)가 위치되는 전지 케이스(110)의 수용부(111) 부분의 폭(b)을 현저히 감소시킬 수 있게됨으로써, 에너지밀도도 현저히 상승시킬 수 있다.
아울러, 전극탭부(130)의 폭이 짧게 형성됨으로써 공정상이 수율이 현저히 좋아질 수 있다.
한편, 경사부(131)에 위치된 다수개의 전극탭(130a,130b,130c,130d,130e,130f,130g)에서 최외측에 위치되는 전극탭(130a,130g)의 벤딩각도(α1,α2)는 전극 적층체(120)의 적층방향(125)을 기준으로 측정할 때 예를들어 1~30도가 될 수 있다. 여기서, 경사부(131)에 위치된 다수개의 전극탭(130a,130b,130c,130d,130e,130f,130g)에서 최외측에 위치되는 전극탭(130a,130g)의 벤딩각도(α1,α2)는 전극 적층체(120)의 적층방향(125)을 기준으로 측정할 때 구체적으로 예를들어 10~30도가 될 수 있다. 이때, 경사부(131)에 위치된 다수개의 전극탭(130a,130b,130c,130d,130e,130f,130g)에서 최외측에 위치되는 전극탭(130a,130g)의 벤딩각도(α1,α2)는 전극 적층체(120)의 적층방향(125)을 기준으로 측정할 때 보다 구체적으로 예를들어 20~30도가 될 수 있다.
탭 모음부(132)는 경사부(131)에서 연장되며 다수개의 전극탭(130a,130b,130c,130d,130e,130f,130g)이 상호 모아진 형태로 구비될 수 있다.
또한, 탭 모음부(132)는 일례로 경사부(131)에 인접한 일측부(132a)는 비접합되고, 경사부(131)에서 먼 타측부(132b)는 상호 접합된 형태로 형성될 수 있다.
아울러, 탭 모음부(132)는 다른 예로 경사부(131)에 인접한 일측부(132a) 및 경사부(131)에서 먼 타측부(132b) 모두 상호 접합된 형태로 형성될 수 있다.
도 6은 종래 기술과, 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 및 이를 포함하는 이차전지에서 전극탭에 작용하는 장력을 측정한 그래프이다.
도 6에 도시된 그래프는 전극 리드를 상부방향으로 잡아당길 때, 종래의 전극 조립체의 전극탭(W1) 및 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체의 전극 탭(W2)에 각각 작용하는 장력을 나타낸다.
도 6에 도시된 그래프에서, 종래의 전극탭(W1)에 작용하는 장력이 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체의 전극탭(W2)에 장력에 비해 현저히 큰 힘이 작용됨을 알 수 있다. 즉, 종래의 전극탭(W1)은 전극 적층체(120)로부터 4~5mm 이격된 구간에서 약 200~400(gf)의 장력이 발생하는 반면, 본 발명의 전극탭(W2)은 전극 적층체(120)로부터 4~5mm 이격된 구간에서 약 50~150(gf)의 장력이 발생하는 것을 알 수 있다. 여기서, 종래의 다수개의 전극탭(W1)에서 최외측에 위치된 전극탭은 장력이 약 320~330(gf) 작용하는 P부분에서 파단될 수 있다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 조립체 및 이를 포함하는 이차전지를 나타낸 단면도이다.
도 7을 참고하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 조립체(E')는 전술한 일 실시예에 따른 전극 조립체(E)와 비교할 때, 전극탭(130a,130b,130c,130d,130e,130f,130g)을 지지하는 지지체(250)를 더 포함할 수 있다. 따라서, 본 실시예는 일 실시예와 중복되는 내용은 간략히 기술하고, 차이점을 중심으로 기술하도록 한다.
보다 상세히, 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 조립체(E')는 다수개의 전극(123) 및 복수개의 분리막(124)이 교대로 적층된 전극 적층체(120) 및 다수개의 전극(123)과 연결된 다수개의 전극탭(130a,130b,130c,130d,130e,130f,130g)으로 구성된 전극탭부(130)를 포함한다. 여기서, 전극 적층체(120)는 전해액과 전지 케이스(110)의 내측에 형성된 수용부(111)에 수용되어 이차전지(200)를 구성할 수 있다.
전극탭부(130)는 다수개의 전극(123)과 각각 연결되어 전극 적층체(120)의 측면으로 연장된 다수개의 전극탭(130a,130b,130c,130d,130e,130f,130g)으로 구성된다.
또한, 전극탭부(130)는 일측에 구비된 경사부(131) 및 타측에 구비된 탭 모음부(132)를 포함할 수 있다.
경사부(131)는 전극 적층체(120)의 측면에서 연장되며 다수개의 전극탭(130a,130b,130c,130d,130e,130f,130g)이 상호 모아지는 방향으로 벤딩되어 경사를 형성하도록 구비될 수 있다.
이때, 경사부(131)에 위치된 다수개의 전극탭(130a,130b,130c,130d,130e,130f,130g) 사이에는 지지체(250)가 구비되어 다수개의 전극탭(130a,130b,130c,130d,130e,130f,130g)을 지지할 수 있다.
여기서, 지지체(250)는 절연성 및 플랙서블(Flexible) 재질의 실리콘으로 형성될 수 있다.
이에 따라, 플랙서블 재질의 지지체(250)에 다수개의 전극탭(130a,130b,130c,130d,130e,130f,130g)이 지지되어 전극 리드(140)가 꺽이며 다양한 방향에서 전극탭(130a,130b,130c,130d,130e,130f,130g)으로 장력이 발생될 때 전극탭(130a,130b,130c,130d,130e,130f,130g)을 플랙서블하게 지지하여 전극탭(130a,130b,130c,130d,130e,130f,130g)의 변형 및 단선을 방지 또는 현저히 감소시킬 수 있다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전극 조립체 및 이를 포함하는 이차전지를 나타낸 단면도이고, 도 9는 도 8에서 B영역을 확대하여 나타낸 단면도이다.
한편, 도 8 및 도 9를 참고하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전극 조립체(E ")는 전술한 일 실시예에 따른 전극 조립체(E) 및 다른 실시예에 따른 전극 조립체(E')와 비교할 때, 전극 조립체(E ") 및 전극 리드(340)의 단부 형태에 차이가 있다.
보다 상세히, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전극 조립체(E")는 전극탭부(130)의 단부가 단차로 형성될 수 있다. 즉, 전극탭부(130)에서 탭모음부(132)의 단부에 위치된 다수개의 전극탭((130a,130b,130c)의 단부 길이가 상이한 단차 형태로 형성될 수 있다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 전극 조립체를 포함하는 이차전지에 대하여 설명하기로 한다.
도 3 및 도 4를 을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지(100)는 전극 조립체(E) 및 전극 조립체(E)를 내측에 수용하는 전지 케이스(110)를 포함한다. 또한, 전극 조립체(E)는 다수개의 전극(123) 및 복수개의 분리막(124)이 교대로 적층된 전극 적층체(120) 및 다수개의 전극(123)과 연결된 다수개의 전극탭(130a,130b,130c,130d,130e,130f,130g)으로 구성된 전극탭부(130)를 포함한다. 여기서, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지(100)는 전극탭부(130)와 연결되는 전극 리드(340)를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지(100)는 전술한 일 실시예에 따른 전극 조립체(E)를 포함하는 이차전지(100)에 관한 것이다. 따라서, 본 실시예는 전술한 실시예와 중복되는 내용은 간략히 기술하고, 차이점을 중심으로 기술하도록 한다.
보다 상세히, 전지 케이스(110)는 전극 조립체(E) 및 전해액을 내측에 수용하는 수용부(111)가 형성될 수 있다.
전극 조립체(E)는 다수개의 전극(123) 및 복수개의 분리막(124)이 교대로 적층된 전극 조립체(E) 및 다수개의 전극(123)과 연결된 다수개의 전극탭(130a,130b,130c,130d,130e,130f,130g)으로 구성된 전극탭부(130)를 포함한다.
전극탭부(130)는 다수개의 전극(123)과 각각 연결되어 전극 적층체(120)의 측면으로 연장된 다수개의 전극탭(130a,130b,130c,130d,130e,130f,130g)으로 구성된다.(도 4 참조)
또한, 전극탭부(130)는 일측에 구비된 경사부(131) 및 타측에 구비된 탭 모음부(132)를 포함할 수 있다.
경사부(131)는 전극 적층체(120)의 측면에서 연장되며 다수개의 전극탭(130a,130b,130c,130d,130e,130f,130g)이 상호 모아지는 방향으로 벤딩되어 경사를 형성하도록 구비될 수 있다. 여기서, 경사부(131)에 위치된 다수개의 전극탭(130a,130b,130c,130d,130e,130f,130g)에서 최외측에 위치되는 전극탭(130a,130g)의 벤딩각도(α1,α2)는 전극 적층체(120)의 적층방향(125)을 기준으로 측정할 때 30도 이하가 될 수 있다.
전극 리드(340)는 전극탭부(130)의 단부에 일측이 연결되고 타측은 전지 케이스(110)의 외부로 연장될 수 있다.
또한, 전극 리드(340)는 전극탭부(130)에 용접을 통해 고정될 수 있다. 이때, 전극 리드(340)와 전극탭부(130) 사이에 용접부가 형성될 수 있다.
한편, 전극 리드(140)는 예를들어 전극탭부(130)의 단부 일면에 용접을 통해 고정될 수 있다.
한편, 도 7을 참고하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차전지(200)에서 전극 조립체(E')는 전술한 일 실시예에 따른 이차전지(100)의 전극 조립체(E)와 비교할 때, 전극탭(130a,130b,130c,130d,130e,130f,130g)을 지지하는 지지체(250)를 더 포함할 수 있다.(도 4 참조)
보다 상세히, 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차전지(200)에서 전극 조립체(E')는 다수개의 전극(123) 및 복수개의 분리막(124)이 교대로 적층된 전극 적층체(120) 및 다수개의 전극(123)과 연결된 다수개의 전극탭(130a,130b,130c,130d,130e,130f,130g)으로 구성된 전극탭부(130)를 포함한다. 여기서, 전극 적층체(120)는 전해액과 전지 케이스(110)의 내측에 형성된 수용부(111)에 수용되어 이차전지(200)를 구성할 수 있다.
전극탭부(130)는 일측에 구비된 경사부(131) 및 타측에 구비된 탭 모음부(132)를 포함할 수 있다.
경사부(131)는 전극 적층체(120)의 측면에서 연장되며 다수개의 전극탭(130a,130b,130c,130d,130e,130f,130g)이 상호 모아지는 방향으로 벤딩되어 경사를 형성하도록 구비될 수 있다.
이때, 경사부(131)에 위치된 다수개의 전극탭(130a,130b,130c,130d,130e,130f,130g) 사이에는 지지체(250)가 구비되어 다수개의 전극탭(130a,130b,130c,130d,130e,130f,130g)을 지지할 수 있다.
여기서, 지지체(250)는 절연성 및 플랙서블(Flexible) 재질의 실리콘으로 형성될 수 있다.
한편, 도 8 및 도 9를 참고하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이차전지(300)에서 전극 조립체(E ")는 전술한 일 실시예에 따른 이차전지(100)의 전극 조립체(E) 및 다른 실시예에 따른 이차전지(200)의 전극 조립체(E')와 비교할 때, 전극 조립체(E ") 및 전극 리드(340)의 단부 형태에 차이가 있다.
보다 상세히, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이차전지(300)에서 전극 리드(340)는 전극탭부(130)의 단부에 용접을 통해 고정될 수 있다. 이때, 전극탭부(130)의 단부는 단차가 형성되고, 전극 리드(340)의 일측 단부는 전극탭부(130)의 단부에 대응되는 형태로 단차가 형성될 수 있다. 이에 따라, 전극탭부(130)와 전극 리드(340) 사이의 접촉 및 부착 면적이 증대되어 저항이 감소되어 열에 의한 전극탭부(130) 및 전극 리드(340)의 손상을 방지할 수 있고, 접착력이 증대될 수 있다. 특히, 다양한 방향에서 전극 리드(340)의 꺾임 현상이 발생시 전극탭부(130)와 전극 리드(340) 사이에 강한 접착력으로 상호 이탈되는 것을 방지할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 이차전지 제조방법에 대하여 설명하기로 한다.
도 3 및 도 4를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지 제조방법은 전극 적층체(120)와, 다수개의 전극탭(130a,130b,130c,130d,130e,130f,130g)을 포함하는 전극탭부(130)를 마련하는 준비과정 및 전극탭(130a,130b,130c,130d,130e,130f,130g)을 가압하여 모아주는 탭 프레스 과정을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지 제조방법은 전술한 일 실시예에 따른 이차전지(100)에 대한 제조방법에 관한 것이다. 따라서, 본 실시예는 전술한 실시예와 중복되는 내용은 간략히 기술하고, 차이점을 중심으로 기술하도록 한다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지 제조방법에서 준비 과정을 나타낸 단면도이다.
보다 상세히, 도 4 및 도 10을 참고하면, 준비과정은 다수개의 전극(123) 및 복수개의 분리막(124)이 교대로 결집된 전극 적층체(120)와 다수개의 전극(123)과 연결된 다수개의 전극탭(130a,130b,130c,130d,130e,130f,130g)을 마련한다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지 제조방법의 탭 프레스 과정에서 전극탭을 가압하기 전 상태를 나타낸 단면도이고, 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지 제조방법에서 탭 프레스 과정에서 전극탭을 가압 후 상태를 나타낸 단면도이다.
도 4, 도11 및 도 12를 참고하면, 탭 프레스 과정은 전극 적층체(120)의 측면에서 연장되는 다수개의 전극탭(130a,130b,130c,130d,130e,130f,130g)이 벤딩되어 경사를 형성하는 경사부(131) 및 경사부(131)에서 연장되며 다수개의 전극탭(130a,130b,130c,130d,130e,130f,130g)이 상호 모아진 탭 모음부(132)가 형성되도록, 다수개의 전극탭(130a,130b,130c,130d,130e,130f,130g)을 가압부(20)를 통해 프레스(Press)하여 모아줄 수 있다.
여기서, 가압부(20)는 상기 전극 조립체(E) 측의 모서리가 라운드 형태로 형성된 한 쌍의 가압블럭(21,22)으로 이루어질 수 있다. 이때, 탭 프레스 과정은 한 쌍의 가압블럭(21,22)을 사용하여 다수개의 전극탭(130a,130b,130c,130d,130e,130f,130g)의 양측에서 다수개의 전극탭(130a,130b,130c,130d,130e,130f,130g)을 가압하여 모을 수 있다.
그리고, 탭 프레스 과정은 가압부(20)를 통해 다수개의 전극탭(130a,130b,130c,130d,130e,130f,130g)에 열을 가하면서 가압할 수 있다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지 제조방법에서 접합 과정을 나타낸 단면도이다.
한편, 도 4 및 도 13을 참고하면, 탭 프레스 과정은 전극탭부(130)에서 탭 모음부(132)에 위치된 다수개의 전극탭(130a,130b,130c,130d,130e,130f,130g)을 상호접합하는 접합과정을 더 포함할 수 있다.
여기서, 탭 프레스 과정은 일례로 탭 모음부(132)에 위치된 다수개의 전극탭(130a,130b,130c,130d,130e,130f,130g)을 전체적으로 접합할 수 있다.
또한, 탭 프레스 과정은 다른 예로 탭 모음부(132)에서 경사부(131)에 인접한 일측부(132a)를 제외하고, 타측부(132b)를 용접하여 다수개의 전극탭(130a,130b,130c,130d,130e,130f,130g)을 상호 접합하는 접합과정을 더 포함할 수 있다.
한편, 탭 프레스 과정에서 경사부(131)에 위치된 다수개의 전극탭(130a,130b,130c,130d,130e,130f,130g)에서 최외측에 위치되는 전극탭(130a,130g)의 벤딩각도(α1,α2)는 전극 적층체(120)의 적층방향(125) 기준으로 측정할때 30도 이하가 될 수 있다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지 제조방법에서 리드 고정과정을 나타낸 단면도이다.
한편, 도 14를참고하면, 본 발명의 실시예에 따른 이차전지 제조방법은 탭 프레스 과정을 거친 후 전극탭부(130)에 전극 리드(140)를 용접하여 고정하는 리드 고정과정을 더 포함할 수 있다.
리드 고정과정은 예를 들어 전극탭부(130)의 단부 일면에 용접을 통해 전극 리드(140)를 고정할 수 있다.
도 15는 본 발명의 실시예에 따른 이차전지 제조방법에서 수용과정을 나타낸 단면도이다.
도 15를 참고하면, 본 발명의 실시예에 따른 이차전지 제조방법은 전극 적층체(120) 및 전극탭부(130)를 전지 케이스(110)의 수용부(111)에 수용시키는 수용과정을 더 포함할 수 있다. 이때, 수용과정은 전극탭부(130)에 부착된 전극 리드(140)의 일측부는 전지 케이스(110)의 수용부(111)에 위치하고, 타측부는 전지 케이스(110)의 타측으로 돌출되도록 전극 리드(140)를 수용할 수 있다.
한편, 도 7을 참고하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차전지 제조방법은 전술한 일 실시예에 따른 이차전지 제조방법과 비교할 때, 지지체 형성단계를 더 포함할 수 있다.
보다 상세히, 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차전지 제조방법은 예를들어 탭 프레스 과정을 거친 후, 전극탭부(130)에서 경사부(131)에 위치된 다수개의 전극탭(130a,130b,130c,130d,130e,130f,130g) 사이에 절연 지지체(250)를 구비시켜 다수개의 전극탭(130a,130b,130c,130d,130e,130f,130g)을 지지하는 지지체 형성단계를 더 포함할 수 있다. 여기서, 지지체(250) 형성단계는 실리콘 재질의 절연 지지체(250)를 사용하여 경사부(131)에 위치된 다수개의 전극탭(130a,130b,130c,130d,130e,130f,130g) 사이의 공간에 충진될 수 있다.(참조 도 4)
한편, 도 8 및 도 9를 참고하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이차전지 제조방법은 전술한 일 실시예에 따른 이차전지 제조방법 및 다른 실시예에 따른 이차전지 제조방법과 비교할 때, 리드 고정과정에서 단부 형태에 차이가 있는 전극 조립체(E ")와 전극 리드(340)를 고정하는 차이가 있다.
보다 상세히, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이차전지 제조방법에서 리드 고정과정은 예를 들어 탭 모음부(132)의 단부에 형성된 단차에 대응되는 형태로 단부가 형성된 전극 리드(340)를 용접을 통해 고정할 수 있다. 이에 따라, 전극탭부(130)와 전극 리드(340) 사이의 접촉 및 부착 면적이 증대되어 저항이 감소되어 열에 의한 전극탭부(130) 및 전극 리드(340)의 손상을 방지할 수 있고, 접착력이 증대될 수 있다. 특히, 다양한 방향에서 전극 리드(340)의 꺾임 현상이 발생시 전극탭부(130)와 전극 리드(340) 사이에 강한 접착력으로 상호 이탈되는 것을 방지할 수 있다.
이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명에 따른 전극 조립체, 이를 포함하는 이차전지 및 그 제조방법은 이에 한정되지 않는다. 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 실시가 가능하다고 할 것이다.
또한, 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.
20: 가압부
21,22: 가압블럭
100,200,300: 이차전지
110: 전지 케이스
111: 수용부
120: 전극 적층체
121: 양극
122: 음극
123: 전극
124: 분리막
125: 적층방향
130: 전극탭부
130a,130b,130c,130d,130e,130f,130g: 전극탭
131: 경사부
132: 탭 모음부
132a: 일측부
132b: 타측부
133: 모이는 부분
140,340: 전극 리드
250: 지지체
E,E',E ": 전극 조립체

Claims (14)

  1. 다수개의 전극 및 복수개의 분리막이 교대로 결집되어 적층된 전극 적층체; 및
    다수개의 상기 전극과 각각 연결되어 상기 전극 적층체의 측면으로 연장된 다수개의 전극탭으로 구성된 전극탭부를 포함하고,
    상기 전극탭부는 일측에 구비된 경사부 및 타측에 구비된 탭 모음부를 포함하며,
    상기 경사부는 상기 전극 적층체의 측면에서 연장되며 다수개의 상기 전극탭이 상호 모아지는 방향으로 벤딩되어 경사를 형성하도록 구비되고,
    상기 탭 모음부는 상기 경사부에서 연장되며 다수개의 상기 전극탭이 상호 모아진 형태로 구비되며,
    상기 경사부에 위치된 다수개의 상기 전극탭에서 최외측에 위치되는 전극탭의 벤딩각도는 상기 전극 적층체의 적층방향 기준으로 측정할때 30도 이하가 되는 전극 조립체.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 경사부에 위치된 다수개의 상기 전극탭 사이에는 지지체가 더 구비되어, 다수개의 상기 전극탭을 지지하는 전극 조립체.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 지지체는 절연성 및 플랙서블(Flexible) 재질의 실리콘으로 형성되는 전극 조립체.
  4. 청구항 1에 있어서,
    다수개의 상기 전극탭은 CNT(Carbon nanotube; 탄소나노튜브) 재질을 포함하여 이루어진 전극 조립체.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 탭 모음부에서,
    상기 경사부에 인접한 일측부는 비접합되고,
    상기 경사부에서 먼 타측부는 상호 접합된 형태로 형성되는 전극 조립체.
  6. 전극 조립체 및 상기 전극 조립체를 내측에 수용하는 전지 케이스를 포함하는 이차전지로서,
    상기 전극 조립체는
    다수개의 전극 및 복수개의 분리막이 교대로 결집된 전극 적층체; 및
    다수개의 상기 전극과 각각 연결되어 상기 전극 적층체의 측면으로 연장된 다수개의 전극탭으로 구성된 전극탭부를 포함하고,
    상기 전극탭부는 일측에 구비된 경사부 및 타측에 구비된 탭 모음부를 포함하며,
    상기 경사부는 상기 전극 적층체의 측면에서 연장되며 다수개의 상기 전극탭이 상호 모아지는 방향으로 벤딩되어 경사를 형성하도록 구비되고,
    상기 탭 모음부는 상기 경사부에서 연장되며 다수개의 상기 전극탭이 상호 모아진 형태로 구비되며,
    상기 경사부에 위치된 다수개의 상기 전극탭에서 최외측에 위치되는 전극탭의 벤딩각도는 상기 전극 적층체의 적층방향 기준으로 측정할 때 30도 이하가 되는 이차전지.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 전극탭부의 단부에 일측이 연결되고 타측은 상기 전지 케이스의 외부로 연장되는 전극 리드를 더 포함하고,
    상기 전극탭부의 단부는 단차가 형성되고, 상기 전극 리드의 일측 단부는 상기 전극탭부의 단부에 대응되는 형태로 단차가 형성되는 이차전지.
  8. 이차전지를 제조하는 방법으로,
    다수개의 전극 및 복수개의 분리막이 교대로 결집된 전극 적층체와, 다수개의 상기 전극과 연결된 다수개의 전극탭을 포함하는 전극탭부를 마련하는 준비 과정; 및
    상기 전극 적층체의 측면에서 연장되는 다수개의 상기 전극탭이 벤딩되어 경사를 형성하는 경사부 및 상기 경사부에서 연장되며 다수개의 상기 전극탭이 상호 모아진 탭 모음부를 포함하는 상기 전극탭부가 형성되도록, 다수개의 상기 전극탭을 가압부를 통해 프레스(Press)하여 모아주는 탭 프레스 과정을 포함하고,
    상기 탭 프레스 과정에서 상기 경사부에 위치된 다수개의 상기 전극탭에서 최외측에 위치되는 전극탭의 벤딩각도는 상기 전극 적층체의 적층방향 기준으로 측정할때 30도 이하가 되는 이차전지 제조방법.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 가압부는 상기 전극 조립체 측의 모서리가 라운드 형태로 형성된 한 쌍의 가압블럭으로 이루어지고,
    상기 탭 프레스 과정은,
    상기 한 쌍의 가압블럭을 사용하여 다수개의 상기 전극탭의 양측에서 다수개의 상기 전극탭을 가압하여 모으는 것인 이차전지 제조방법.
  10. 청구항 8에 있어서,
    상기 탭 프레스 과정은
    상기 가압부를 통해 다수개의 상기 전극탭에 열을 가하면서 가압하는 이차전지 제조방법.
  11. 청구항 8에 있어서,
    상기 탭 프레스 과정을 거친 후,
    상기 전극탭부에서 상기 경사부에 위치된 다수개의 상기 전극탭 사이에 절연 지지체를 구비시켜 다수개의 상기 전극탭을 지지하는 지지체 형성단계를 더 포함하는 이차전지 제조방법.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 지지체 형성단계는
    실리콘 재질의 상기 절연 지지체를 사용하여 경사부에 위치된 다수개의 상기 전극탭 사이의 공간에 충진되는 이차전지 제조방법.
  13. 청구항 8에 있어서,
    상기 탭 프레스 과정을 거친 후,
    상기 전극탭부에 전극 리드를 용접하여 고정하는 리드 고정과정을 더 포함하고,
    상기 상기 전극탭부의 탭 모음부 단부에 형성된 단차에 대응되는 형태로 단부가 형성된 상기 전극 리드를 고정하는 이차전지 제조방법.
  14. 청구항 8에 있어서,
    상기 탭 프레스 과정은
    상기 탭 모음부에서 상기 경사부에 인접한 일측부를 제외하고, 타측부를 용접하여 다수개의 상기 전극탭을 상호 접합하는 접합과정을 더 포함하는 이차전지 제조방법.
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