KR20200065950A - 전극 조립체 및 이를 포함하는 이차 전지 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체는 음극 시트, 양극 시트 및 상기 음극 시트와 상기 양극 시트 사이에 개재된 분리막이 함께 권취된 젤리-롤형 전극 조립체로서, 상기 음극 시트 또는 상기 양극 시트에 부착되고, 적어도 일부분이 외부로 연장된 하나 이상의 전극 탭; 및 상기 전극 탭에 접착되는 방열 테이프를 포함하고, 상기 방열 테이프가 접착된 상기 전극 탭은 권취된 상기 전극 조립체의 중심부와 외주면 사이, 또는 외주면 상에 위치하며, 상기 방열 테이프는 열 확산 층을 포함하고, 상기 열 확산 층은 그라파이트(Graphite) 및 금속 박(Metal Foil) 중 적어도 하나를 포함한다.

Description

전극 조립체 및 이를 포함하는 이차 전지{ELECTRODE ASSEMBLY AND SECONDARY BATTERY INCLUDING THE SAME}
본 발명은 전극 조립체 및 이를 포함하는 이차 전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전극 탭을 포함하는 전극 조립체 및 이를 포함하는 이차 전지에 관한 것이다.
근래에 노트북, 비디오 카메라, 휴대용 전화기 등과 같은 휴대용 전자 제품의 수요가 급격하게 증대되고, 전기 자동차, 에너지 저장용 축전지, 로봇, 위성 등의 개발이 본격화됨에 따라, 그 구동 전원으로 사용되는 이차 전지에 대해서 많은 연구가 이루어지고 있다.
이러한 이차 전지에는 예를 들어 니켈 카드뮴전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연전지, 리튬 이차 전지 등이 있다. 이들 중에서 리튬 이차전지는 니켈 계열의 이차 전지에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 작동 전압이 높고 단위 중량당 에너지 밀도가 높다는 장점 때문에 첨단 전자 기기 분야에서 널리 사용되고 있다.
일반적으로, 리튬 이차전지는 양극, 음극 및 상기 양극과 음극 사이에 개재되는 분리막으로 구성된 전극 조립체가 적층 또는 권취된 구조로 금속 캔 또는 라미네이트 시트의 케이스에 내장되고, 그 내부에 전해액이 주입 또는 함침됨으로써 구성된다.
이차전지를 구성하는 양극/분리막/음극 구조의 전극 조립체는 그것의 구조에 따라 크게 젤리-롤형(권취형)과 스택형(적층형)으로 구분된다. 젤리-롤형은 활물질이 도포된 긴 시트형의 양극과 음극 사이에 분리막를 개재하여 권취한 구조이며, 스택형은 소정 크기의 다수의 양극과 음극을 분리막이 개재된 상태에서 순차적으로 적층한 구조이다. 그 중, 젤리-롤형 전극 조립체는 제조가 용이하고 중량당 에너지 밀도가 높은 장점을 가지고 있다.
이와 같은 전극 조립체를 구비한 이차 전지에서, 고율 방전, 과충전, 외부 단락 등에 의해 짧은 시간 내에 큰 전류가 흐르게 되면 전극 탭, 특히 음극 탭의 발열에 의해 분리막이 수축하게 되고, 전극 활물질과 분리막이 반용융 상태로 되면서 서로 눌러 붙게 되는 등의 손상이 일어날 수 있다. 또한, 분리막의 손상으로 인해 내부 단락이 발생하여 전지의 발열이나 폭발이 초래될 수 있다.
특히, 최근 고출력 및 고용량 모델의 구현을 위해, 사용되는 부품이 박막화 되어가는 추세이며, 이로 인해 저저항 및 고용량의 이차 전지가 증가하고 있다. 다만, 저항이 낮아지고 용량이 높아지면서 더 높은 전류가 더 오랜 시간 동안 인가됨에 따라 외부 단락 등에 의한 전극 탭의 발열에 대한 문제가 더 중요한 과제로 대두되고 있다.
이러한 문제를 극복하기 위해서, 전극 탭의 발열을 효과적으로 제어할 수 있는 이차 전지에 대한 연구가 요구되고 있는 실정이다.
본 발명의 실시예들이 해결하고자 하는 과제는 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 외부 단락이나 고율 방전 등의 상황에서 전극 탭의 발열을 효과적으로 제어할 수 있는 이차 전지용 전극 조립체를 제공하기 위한 것이다.
음극 시트, 양극 시트 및 상기 음극 시트와 상기 양극 시트 사이에 개재된 분리막이 함께 권취된 젤리-롤형 전극 조립체에 있어서, 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체는 상기 음극 시트 또는 상기 양극 시트에 부착되고, 적어도 일부분이 외부로 연장된 하나 이상의 전극 탭; 및 상기 전극 탭에 접착되는 방열 테이프를 포함하고, 상기 방열 테이프가 접착된 상기 전극 탭은 권취된 상기 전극 조립체의 중심부와 외주면 사이, 또는 외주면 상에 위치하며, 상기 방열 테이프는 열 확산 층을 포함하고, 상기 열 확산 층은 그라파이트(Graphite) 및 금속 박(Metal Foil) 중 적어도 하나를 포함한다.
상기 그라파이트(Graphite)는 천연 그라파이트 및 인조 그라파이트 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 금속 박은 Cu 및 Al 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 방열 테이프의 접착 면적은 상기 전극 탭의 부착 면적보다 클 수 있다.
상기 방열 테이프의 접착 면적에 해당하는 영역은 상기 전극 탭의 부착 면적에 해당하는 영역을 포함할 수 있다.
상기 방열 테이프는 접착층을 더 포함하고, 상기 접착층은 상기 전극 탭과 상기 열 확산 층 사이 및 상기 음극 시트 또는 양극 시트와 상기 열 확산 층 사이에 위치할 수 있다.
상기 방열 테이프는 접착층을 더 포함하고, 상기 접착층은 상기 음극 시트 또는 양극 시트와 상기 열 확산 층 사이에 위치하며, 상기 전극 탭의 적어도 일부는 상기 열 확산 층과 접촉할 수 있다.
상기 열 확산 층의 두께는 17μm 내지 1mm일 수 있다.
상기 방열 테이프는 접착층 및 기재층을 더 포함하고, 상기 열 확산 층은 상기 접착층과 상기 기재층 사이에 위치할 수 있다.
상기 기재층은 폴리이미드(Polyimide) 및 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene terephthalate) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 접착층의 두께는 5μm 내지 25μm이고, 상기 기재층의 두께는 5μm 내지 25μm일 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 전극 탭에 부착되는 방열 테이프를 통해 외부 단락 등에 의해 전극 탭에 발생한 열을 신속하게 주변으로 확산 방출하여 분리막의 손상이나 내부 단락 등을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체의 사시도이다.
도 2는 도 1의 전극 조립체가 권취되기 전의 분해 사시도이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 탭 중 음극 탭에 대한 확대 평면도이다.
도 5는 도 4의 C 방향에서 바라본 정면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 탭 중 음극 탭에 대한 확대 평면도이다.
도 7은 도 6의 D 방향에서 바라본 정면도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따라 열 확산 층을 포함하는 방열 테이프가 접착된 전극 탭과 열 확산 층이 포함되지 않은 테이프가 접착된 전극 탭간의 온도 구배를 비교한 실험 결과이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 여러 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다. 도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 그리고 도면에서, 설명의 편의를 위해, 일부 층 및 영역의 두께를 과장되게 나타내었다.
또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다. 또한, 기준이 되는 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 하는 것은 기준이 되는 부분의 위 또는 아래에 위치하는 것이고, 반드시 중력 반대 방향을 향하여 "위에" 또는 "상에" 위치하는 것을 의미하는 것은 아니다.
또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 명세서 전체에서, "평면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 위에서 보았을 때를 의미하며, "단면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 수직으로 자른 단면을 옆에서 보았을 때를 의미한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체의 사시도이며, 도 2는 설명의 편의를 위해 도 1의 전극 조립체가 권취되기 전의 상태를 나타낸 분해 사시도이다.
도 1 및 도 2를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체(100)는 음극 시트(110), 양극 시트(120) 및 음극 시트(110)과 양극 시트(120) 사이에 개재된 분리막(130)이 함께 권취되어 있으며, 음극 시트(110) 또는 양극 시트(120)에 부착되고, 적어도 일부분이 외부로 연장된 하나 이상의 전극 탭(140, 160) 및 전극 탭(140, 160)에 접착되는 방열 테이프(170)를 포함하고, 방열 테이프(170)가 접착된 전극 탭(140, 160)은 권취된 전극 조립체(100)의 중심부와 외주면 사이에 위치하며, 방열 테이프(170)는 열 확산 층을 포함한다. 상기 열 확산 층은 그라파이트(Graphite) 및 금속 박(Metal Foil) 중 적어도 하나를 포함한다. 상기 열 확산 층에 대해서는 후술하기로 한다. 한편, 도시하지 않았으나, 전극 탭은 권취된 전극 조립체의 외주면 상에 위치할 수도 있다.
이러한이 전극 조립체(100)는 케이스(미도시) 안에 전해액과 함께 밀봉 수납되어 이차 전지로 제조 된다.
전극 탭(140, 160)은 음극 시트(110)에 부착된 음극 탭(140) 및 양극 시트(120)에 부착된 양극 탭(160)을 포함한다. 음극 시트(110)는 표면 상에 음극 활물질이 형성되고, 음극 탭(140)은 음극 시트(110)의 표면 중 음극 활물질이 형성되지 않은 음극 무지부(115)에 부착될 수 있다. 양극 시트(120)는 표면 상에 양극 활물질이 형성되고 양극 탭(160)은 양극 시트(120)의 표면 중 양극 활물질이 형성되지 않은 양극 무지부(125)에 부착될 수 있다.
양극 시트(120)에 대한 구성과 음극 시트(110)에 대한 구성은 상호 동일 내지 유사하게 적용되므로 이하 도 3 내지 도 7에서는 전극 중에서 음극 시트(110)를 기준으로 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 탭 중 음극 탭에 대한 확대 평면도이다. 전극 탭 중 음극 탭(140)은 음극 시트(110)에 부착되며, 적어도 일부분이 외부로 연장된다. 음극 탭(140)과 음극 시트(110)간의 부착은 상호간의 전기적 연결이 가능하면 부착의 방법은 제한되지 않으나, 초음파 용접 또는 저항 용접이 수행될 수 있다.
음극 탭(140)에 방열 테이프(170)가 접착되며, 상기 방열 테이프는 열 확산 층을 포함한다.
고출력 및 고용량 모델의 이차 전지에서, 고율 방전, 과충전, 외부 단락 등에 의해 짧은 시간 내에 큰 전류가 흐르게 되면 전류 집중으로 인하여 전극 탭, 특히 음극 탭(140)에 많은 열이 발생한다. 이차전지는 내부의 전기 화학적 반응에 의하여 충전 또는 방전이 끊임없이 반복적으로 일어나므로 이와 같이 이차 전지가 고용량화 되는 경우 충전 및 방전에 따른 발열이 비약적으로 증가하게 된다. 이러한 음극 탭(140)의 발열로 인해 분리막(130)이 수축할 수 있고, 음극 시트(110) 및 양극 시트(120)의 전극 활물질과 분리막(130)이 반용융 상태가 되어 서로 눌러 붙는 손상이 일어날 수 있다. 또한, 분리막(130)의 손상으로 인해 내부 단락이 발생하여 이차 전지의 발열이 초래될 수 있다.
방열 테이프(170)는 이와 같은 전류 집중으로 인한 전극 탭에서의 발열을 효과적을 해소하기 위한 것으로, 열 전도 특성이 우수한 열 확산 층을 포함하고, 상기 전극 탭에 부착되어, 전극 탭 내에서 국부적으로 발생한 열을 주변으로 신속하게 확산 방출할 수 있다. 이를 통해, 분리막(130) 등이 손상되어 내부 단락이 초래되는 것을 방지할 수 있다.
이차 전지의 내부 구성요소 중에서 저항이 특별히 높은 부분인 음극 탭(140)의 경우에 그 발열이 가장 크게 발생하게 된다. 따라서, 이러한 전극 탭의 발열 문제는 음극 탭(140)에서 더 중요하게 제어될 필요가 있으나, 반드시 음극 탭(140)에만 한정되는 것은 아니고, 양극 탭(160)의 경우에도 발열 현상이 여전히 문제될 수 있다. 따라서, 상기 방열 테이프는 음극 시트(110)에 부착된 음극 탭(140) 및 양극 시트(120)에 부착된 양극 탭(160) 중 적어도 하나에 접착될 수 있다.
도 3을 다시 참조하면, 방열 테이프(170)의 접착 면적(A)은 음극 탭(140)의 부착 면적(B)보다 크다. 구체적으로, 음극 탭(140)이 음극 시트(110)에 부착된 부착 면적(B)보다 방열 테이프(170)가 접착된 접착 면적(A)이 더 크므로, 방열 테이프(170)는 음극 탭(140)뿐만 아니라, 음극 시트(110), 특히 음극 무지부(115)와도 접착한다. 방열 테이프(170)의 접착 면적(A)은 전지의 크기에 따라 달라질 수 있으나, 접착 면적(A)의 높이 방향의 길이는 그와 평행한 음극 시트의 높이 방향의 길이의 0.5배 이상임이 바람직하고, 접착 면적(A)의 너비 방향의 길이는 5mm 내지 50mm임이 바람직하다. 접착 면적(A)의 너비 방향의 길이가 5mm 미만이라면 음극 탭(140)에서 국부적으로 발생한 열을 효과적으로 확산 방출시킬 수 없다. 반면, 접착 면적(A)의 너비 방향의 길이가 50mm 초과라면 이차 전지 내 한정된 공간에서 필요 이상의 방열 테이프(170)로 인해 권취된 전극 조립체(100)의 외경이 증가하여 활물질 등의 양이 제한되어 이차 전지의 용량 감소의 원인이 될 수 있으며, 전극 조립체(100)의 권취에 방해가 될 수 있다.
한편, 양극 탭(160)에서의 방열 테이프(170)의 접착 면적의 너비 방향의 길이는 5mm 내지 30mm 임이 바람직하다. 5mm 미만이라면 양극 탭(160)에서 국부적으로 발생한 열을 효과적으로 확산 방출시킬 수 없다. 한편, 양극 탭(160)에서의 방열 테이프(170)는 양극 탭(160)의 안정적인 부착을 위해 양극 무지부(125)를 모두 덮는 것이 바람직하나, 이차 전지의 용량 감소를 초래할 수 있기 때문에 양극 무지부(125)의 면적을 고려하여 접착 면적의 너비 방향의 길이는 30mm 이하임이 바람직하다.
또한, 방열 테이프(170)의 접착 면적(A)에 해당하는 영역은 음극 탭(140)의 부착 면적(B)에 해당하는 영역을 포함할 수 있다. 즉, 음극 탭(140)의 적어도 일부분은 외부로 연장되고, 다른 부분은 음극 시트(110)에 부착됨과 함께 방열 테이프(170)에 의해 덮인다. 음극 탭(140)이 부착된 부착 면적에 해당하는 영역이 방열 테이프(170)의 접착 면적에 해당하는 영역에 포함되기 때문에 음극 탭(140)에서 발생한 열을 효과적으로 확산시켜 발열 부위의 온도를 낮출 수 있을 뿐만 아니라, 음극 탭(140)의 가장자리에 의해 분리막이 찢기거나 관통되는 등의 손상을 방지할 수 있다.
상기 방열 테이프의 접착 면적에 대한 특징은 방열 테이프가 양극 탭에 접착한 경우에도 상호 동일 내지 유사하게 적용될 수 있음은 물론이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 탭 중 음극 탭에 대한 확대 평면도이며, 도 5는 도 4의 C 방향에서 바라본 정면도 이다. 도 4 및 도 5를 참고하면, 방열 테이프(170)는 접착층(172)을 더 포함하고, 상기 접착층(172)은 음극 탭(140)과 열 확산 층(171) 사이 및 음극 시트(110)와 열 확산 층(171)사이에 위치할 수 있다. 열 확산 층(171)은 접착층(172)을 통해 음극 탭(140) 및 음극 시트(110) 상에 고정되어 위치할 수 있다.
도 6은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전극 탭 중 음극 탭에 대한 확대 평면도이며, 도 7은 도 6의 D 방향에서 바라본 정면도이다. 도 6 및 도 7을 참고하면, 방열 테이프는(270)는 접착층(272)을 더 포함하고, 접착층(272)은 음극 시트(210)와 열 확산 층(271) 사이에 위치할 수 있으며, 음극 탭(240)의 적어도 일부는 열 확산 층(271)과 접할 수 있다. 즉, 음극 시트(210)와 열 확산 층(271) 사이에 위치한 접착층(272)을 통해 열 확산 층(271)이 음극 탭(240) 및 음극 시트(210) 상에 고정되어 위치할 수 있을 뿐만 아니라, 음극 탭(240)의 적어도 일부 바로 위에 열 확산 층(271)이 직접 접촉할 수 있어, 고율 방전 등에 의해 음극 탭(240)에 국부적으로 발생한 열이 보다 신속하게 확산될 수 있다.
상기 접착층을 포함하는 방열 테이프에 대한 특징은 방열 테이프가 양극 탭에 접착한 경우에도 상호 동일 내지 유사하게 적용될 수 있음은 물론이다.
도 5 및 도 7을 다시 참고하면, 본 발명의 실시예들에 따른 방열 테이프(170, 270)는 열 확산 층(171, 271)뿐만 아니라, 접착층(172, 272) 및 기재층(173, 273)을 더 포함하고, 열 확산 층(171, 271)은 접착층(172, 272)과 기재층(173, 273) 사이에 위치할 수 있다.
열 확산 층(171, 271)은 상기 언급한 대로, 양극 탭 또는 음극 탭의 전극 탭에서 발생한 열을 확산 방출하기 위한 것으로, 열 전도성이 우수한 물질이라면 특별히 제한되지 않으나, 그라파이트(Graphite) 및 금속 박(Metal Foil) 중 적어도 하나를 포함하는 것이 바람직하며, 그라파이트(Graphite)는 천연 그라파이트 및 인조 그라파이트 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 열 확산 층(171, 271)은 시트 형상이기 때문에 열 확산 원리에 의해, 열 전달은 열 확산 층(171, 271)과 평행한 수평 방향으로 이루어진다.
열 확산 층(171, 271)의 두께는 17μm 내지 1mm인 것이 바람직하다. 각 소재에 따른 구체적인 두께에 대해서는 이하에서 기술한다.
천연 그라파이트는 다양한 두께 및 폭으로 형성이 용이하여 생산성이 좋은 물질로서, 0.07 mm 내지 1mm의 두께로 형성되는 것이 바람직히다. 두께가 0.07mm 미만이라면 열 확산 층이 너무 얇아 열 전달의 제한이 있을 수 있고, 두께가 1mm 초과라면, 필요 이상의 두께로 인해 열 전달 효과가 떨어지고, 이차 전지의 용량이 감소하는 부작용이 있을 수 있다.
인조 그라파이트는 인공적으로 제조한 그라파이트로서, 방열 특성이 우수하여 박막으로 제조될 수 있으므로, 17μm 내지 40μm의 두께로 형성되는 것이 바람직하다. 두께가 17μm 미만이라면, 열 확산 층이 너무 얇아 열 전달의 제한이 있을 수 있고, 두께가 40μm 초과라면, 필요 이상의 두께로 인해 열 전달 효과가 떨어지고, 이차 전지의 용량이 감소하는 부작용이 있을 수 있다.
금속 박은 비교적 저렴하게 열 확산 층을 형성할 수 있는 소재로서, 열 전도도가 높은 Cu 및 Al 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 25μm 내지 90μm의 두께로 형성되는 것이 바람직하다.
접착층(172, 272)은 상기 언급한 대로, 열 확산 층(171, 271)을 포함하는 방열 테이프(170, 270)를 전극 탭 상에 고정하여 위치시키기 위한 것으로, 아크릴계 접착제를 포함할 수 있다.
접착층(172, 272)의 두께는 5μm 내지 25μm 일 수 있다. 두께가 최소 5μm 이상이 되어야 방열 테이프(170, 270)의 접착이 유지될 수 있으나, 두께가 25μm 초과라면 필요 이상의 두께로 인해 열이 효과적으로 확산되지 않는 문제점이 있을 수 있다.
기재층(173, 273)은 방열 테이프(170, 270)의 토대가 되는 층으로써, 절연 및 내열 기능을 수행할 수 있으면 특별히 제한되지 않으나, 폴리이미드(Polyimide) 및 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene terephthalate) 중 적어도 하나를 포함하는 것이 바람직하다.
기재층(173, 273)의 두께는 5μm 내지 25μm 일 수 있다. 5μm의 두께는 기재층(173, 273)이 절연 성능을 보일 수 있는 최소 두께이며, 두께가 25μm 초과라면 필요 이상의 두께로 인해 열이 효과적으로 확산되지 않는 문제점이 있을 수 있다.
도 1 및 도 2를 다시 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체(100)는 음극 시트(110)와 양극 시트(120)사이에 분리막(130)을 개재하여 권취한 젤리-롤 형태의 전극 조립체(100)이다. 젤리-롤 형태의 전극 조립체(100)이므로, 전극 탭과 직, 간접적으로 맞닿아 있는 음극 시트(110), 양극 시트(120) 및 분리막(130)의 굽이마다 전극 탭에서 발생한 열로 인한 손상이 있을 수 있다. 하지만, 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체(100)는 전극 탭에 접착된 방열 테이프(170)의 열 확산 효과로 인해 위와 같은 손상을 최소화할 수 있다. 즉, 본 발명의 방열 테이프는 젤리-롤 형태의 전극 조립체(100)에 적용될 시, 열로 인한 손상을 보다 최소화할 수 있다.
앞에서 설명한 전극 조립체는 이차 전지에 포함되어, 다양한 디바이스에 적용될 수 있다. 이러한 디바이스에는, 전기 자전거, 전기 자동차, 하이브리드 등의 운송 수단에 적용될 수 있으나 이에 제한되지 않고 이차 전지를 사용할 수 있는 다양한 디바이스에 적용 가능하다.
실험예 1
인조 그라파이트의 열 확산 층을 포함하는 방열 테이프가 접착된 전극 탭과 열 확산 층이 포함되지 않은 테이프가 부착된 전극 탭간의 온도 구배를 비교한 실험 결과를 도 8에 나타내었다. 인조 그라파이트의 열 확산 층을 포함하는 방열 테이프의 두께는 40μm이며, 인조 그라파이트의 열 확산 층의 두께는 25μm이다.
열 확산 층을 포함하는 방열 테이프는 74W/mK의 수평 열전도도를 보이며, 열 확산 층이 포함되지 않은 테이프는 0.22W/mK의 수평 열전도도를 보인다. 따라서, 열 확산 층을 포함하는 방열 테이프가 접착된 전극 탭이 열 확산 층이 포함되지 않은 테이프가 부착된 전극 탭보다 열 확산이 잘 일어나 전극 탭의 온도가 더 낮아진 것을 확인할 수 있다. 상기 수평 열전도도는 방열 테이프와 평행한 방향으로의 열전도도를 의미한다.
실험예 2
본 발명의 실시예들에 따라 열 확산 층을 포함하는 방열 테이프에 대해, 인조 그라파이트, 천연 그라파이트, 및 금속 박을 포함한 각각의 경우와 열 확산 층을 포함하지 않는 방열 테이프에 대한 수평 열전도도를 측정하여 표 1에 나타내었다.
구분 수평 열전도도(W/mK)
인조 그라파이트 800
천연 그라파이트 250
금속 박 100 ~ 250
열 확산 층을 포함하지 않는 경우 < 1.0
표 1을 참고하면, 열 확산 층을 포함하지 않는 경우에 비해, 본 발명의 실시예들에 따른 열 확산 층을 포함하는 방열 테이프가 높은 수평 열전도도를 보인다. 따라서, 이차 전지 내부에서 발생한 열을 보다 효과적으로 분산시킬 수 있으며, 특히, 인조 그라파이트나 천연 그라파이트를 포함하는 방열 테이프가 금속 박을 포함한 경우에 3배 내지 8배 높은 수평 열전도도를 보임에 따라, 그라파이트, 특히 인조 그라파이트를 포함하는 것이 특히 바람직하다.이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
100: 전극 조립체
140: 음극 탭
160: 양극 탭
170, 270: 방열 테이프
171, 271: 열 확산 층

Claims (12)

  1. 음극 시트, 양극 시트 및 상기 음극 시트와 상기 양극 시트 사이에 개재된 분리막이 함께 권취된 젤리-롤형 전극 조립체에 있어서,
    상기 음극 시트 또는 상기 양극 시트에 부착되고, 적어도 일부분이 외부로 연장된 하나 이상의 전극 탭; 및
    상기 전극 탭에 접착되는 방열 테이프를 포함하고,
    상기 방열 테이프가 접착된 상기 전극 탭은 권취된 상기 전극 조립체의 중심부와 외주면 사이, 또는 외주면 상에 위치하며,
    상기 방열 테이프는 열 확산 층을 포함하고,
    상기 열 확산 층은 그라파이트(Graphite) 및 금속 박(Metal Foil) 중 적어도 하나를 포함하는 전극 조립체.
  2. 제1항에서,
    상기 그라파이트(Graphite)는 천연 그라파이트 및 인조 그라파이트 중 적어도 하나를 포함하는 전극 조립체.
  3. 제1항에서,
    상기 금속 박은 Cu 및 Al 중 적어도 하나를 포함하는 전극 조립체.
  4. 제1항에서,
    상기 방열 테이프의 접착 면적은 상기 전극 탭의 부착 면적보다 큰 전극 조립체.
  5. 제4항에서,
    상기 방열 테이프의 접착 면적에 해당하는 영역은 상기 전극 탭의 부착 면적에 해당하는 영역을 포함하는 전극 조립체.
  6. 제5항에서,
    상기 방열 테이프는 접착층을 더 포함하고,
    상기 접착층은 상기 전극 탭과 상기 열 확산 층 사이 및 상기 음극 시트 또는 양극 시트와 상기 열 확산 층 사이에 위치하는 전극 조립체.
  7. 제5항에서,
    상기 방열 테이프는 접착층을 더 포함하고,
    상기 접착층은 상기 음극 시트 또는 양극 시트와 상기 열 확산 층 사이에 위치하며,
    상기 전극 탭의 적어도 일부는 상기 열 확산 층과 접촉하는 전극 조립체.
  8. 제1항에서,
    상기 열 확산 층의 두께는 17μm 내지 1mm인 전극 조립체.
  9. 제1항에서,
    상기 방열 테이프는 접착층 및 기재층을 더 포함하고,
    상기 열 확산 층은 상기 접착층과 상기 기재층 사이에 위치하는 전극 조립체.
  10. 제9항에서,
    상기 기재층은 폴리이미드(Polyimide) 및 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene terephthalate) 중 적어도 하나를 포함하는 전극 조립체.
  11. 제9항에서,
    상기 접착층의 두께는 5μm 내지 25μm이고,
    상기 기재층의 두께는 5μm 내지 25μm인 전극 조립체.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 하나에 따른 전극 조립체를 포함하는 이차 전지.
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