KR20200070895A - 전극조립체 및 그 전극조립체를 내장한 이차전지 및 그 이차전지를 내장한 전지 팩 - Google Patents

전극조립체 및 그 전극조립체를 내장한 이차전지 및 그 이차전지를 내장한 전지 팩 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전극의 크랙(crack)을 방지할 수 있는 전극조립체 및 그 전극조립체를 내장한 이차전지 및 그 이차전지를 내장한 전지 팩에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 양극 활물질이 도포된 양극 전극, 상기 양극 전극의 외측면에 적층되는 외측 분리막, 상기 외측 분리막에서 상기 양극 전극이 적층된 반대측 면에 적층되는 음극 활물질이 도포된 외측 음극 전극 및 상기 외측 분리막에서 상기 양극 전극의 단부와 대응되는 면에 부착되는 보호부재 를 포함하고, 상기 보호부재는 상기 양극 전극의 단부에 의해 상기 외측 음극 전극에서 발생하는 크랙(crack)을 방지하는 것을 특징으로 한다.

Description

전극조립체 및 그 전극조립체를 내장한 이차전지 및 그 이차전지를 내장한 전지 팩{ELECTRODE ASSEMBLY AND SECONDARY BATTERY THEREWITH THE ELECTRODE ASSEMBLY AND BATTERY PACK THEREWITH THE SECONDARY BATTERY}
본 발명은 전극조립체 및 그 전극조립체를 내장한 이차전지 및 그 이차전지를 내장한 전지 팩에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 전극의 크랙(crack)을 방지할 수 있는 전극조립체 및 그 전극조립체를 내장한 이차전지 및 그 이차전지를 내장한 전지 팩에 관한 것이다.
물질의 물리적 반응이나 화학적 반응을 통해 전기에너지를 생성시켜 외부로 전원을 공급하게 되는 전지(cell, battery)는 각종 전기전자 기기로 둘러싸여 있는 생활환경에 따라, 건물로 공급되는 교류 전원을 획득하지 못할 경우나 직류전원이 필요할 경우 사용하게 된다.
이와 같은 전지 중에서 화학적 반응을 이용하는 화학전지인 일차전지와 이차전지가 일반적으로 많이 사용되고 있는데, 일차전지는 건전지로 통칭되는 것으로 소모성 전지이다. 또한, 이차전지는 전류와 물질 사이의 산화환원과정이 다수 반복 가능한 소재를 사용하여 제조되는 재충전식 전지로서, 전류에 의해 소재에 대한 환원반응이 수행되면 전원이 충전되고, 소재에 대한 산화반응이 수행되면 전원이 방전되는데, 이와 같은 충전-방전이 반복적으로 수행되면서 전기가 생성되게 된다.
한편, 이차 전지 중 리튬 이온 전지는 양극 도전 포일과 음극 도전 포일에 각각 활물질을 일정한 두께로 코팅하고, 상기 양 도전 포일 사이에는 분리막이 개재되도록 하여 대략 젤리 롤(jelly roll) 내지는 원통 형태로 다수 회 권취하여 제작한 전극 조립체를 원통형 또는 각형 캔, 파우치 등에 수납하고 이를 밀봉 처리하여 제작된다.
대한민국 공개특허공보 제10-2010-0080414호에는 종래의 이차 전지가 개시되어 있다.
종래의 이차전지에서 충방전이 발생할 경우 전극에서 수축/팽창이 발생한다.
이와 같이 전극이 수축팽창할 경우 전극이나 탭 부분의 단차에서 스트레스(stress)가 발생하는 문제점이 있었다.
이차전지의 충방전 사이클이 진행됨에 따라 전극의 스트레스는 누적되어 전극의 피로파괴가 발생하는 문제점이 있었다.
특히, 규소(Si)를 사용하는 음극의 경우 이러한 수축팽창이 더욱더 크기 때문에 피로파괴에 의한 전극 크랙 현상이 빈번히 발행하는 문제점이 있었다.
따라서 본 발명은 위와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 과제는 이차전지의 수축 팽창 시 전극에 발생할 수 있는 크랙을 방지할 수 있는 전극조립체 및 그 전극조립체를 내장한 이차전지 및 그 이차전지를 내장한 전지 팩을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전극조립체는 양극 활물질이 도포된 양극 전극, 상기 양극 전극의 외측면에 적층되는 외측 분리막, 상기 외측 분리막에서 상기 양극 전극이 적층된 반대측 면에 적층되는 음극 활물질이 도포된 외측 음극 전극 및 상기 외측 분리막에서 상기 양극 전극의 단부와 대응되는 면에 부착되는 보호부재 를 포함하고, 상기 보호부재는 상기 양극 전극의 단부에 의해 상기 외측 음극 전극에서 발생하는 크랙(crack)을 방지하는 것을 특징으로 한다.
상기 보호부재는 상기 외측 분리막에 상기 양극 전극의 단부가 접촉하는 부분을 따라 형성되도록 상기 외측 분리막을 가로지르게 상기 외측 분리막에 부착될 수 있다.
상기 보호부재는 상기 양극 전극의 단부와 대응되는 면에 부착되되, 상기 외측 분리막의 폭방향을 기준으로, 상기 외측 분리막의 중심부에서 상기 폭방향을 따라 외측으로 연장 형성될 수 있다.
상기 보호부재는 상기 외측 분리막의 폭방향을 기준으로, 상기 외측 분리막의 중심부에서 상기 폭방향을 따라 외측으로 연장 형성되되, 상기 외측 분리막의 양측 단부와 이격될 수 있다.
상기 보호부재는 상기 양극 전극의 단부로부터 받는 스트레스(stress)를 완화할 수 있는 접착 테이프일 수 있다.
상기 외측 음극 전극은 상기 양극 전극의 단부와 대응되는 면에 활물질이 도포되지 않는 무지부를 형성할 수 있다.
상기 양극 전극에서 상기 외측 분리막이 적층된 측의 반대측에는 내측 분리막이 적층되고 상기 내측 분리막에서 상기 양극 전극이 적층된 측의 반대측에는 내측 음극 전극이 적층될 수 있다.
상기 양극 전극은 상기 외측 음극 전극 및 상기 내측 음극 전극에 비해 길이가 짧고, 상기 외측 음극 전극 및 상기 내측 음극 전극은 상기 외측 분리막 및 상기 내측 분리막에 비해 길이가 짧을 수 있다.
상기 내측 음극 전극에서 상기 양극 전극의 단부와 대응되는 부분에는 활물질이 도포되지 않는 무지부를 형성할 수 있다.
상기 내측 음극 전극에서 상기 양극 전극의 단부와 대응되는 상기 무지부에 부착되는 음극탭 보호부재를 더 포함할 수 있다.
상기 음극탭 보호부재는 상기 양극 전극의 단부로부터 받는 스트레스(stress)를 완화할 수 있는 접착 테이프일 수 있다.
상기 내측 음극 전극에서 상기 음극탭 보호부재가 부착된 반대측 면에 형성된 음극탭을 포함할 수 있다.
상기 양극 전극, 상기 내측 음극 전극, 상기 내측 분리막, 상기 외측 분리막 및 상기 외측 음극 전극을 젤리롤 형으로 권취하면, 상기 양극 전극을 기준으로, 상기 젤리롤의 내측에 상기 내측 음극 전극과 상기 내측 분리막이 위치하고 상기 젤리롤의 외측에 상기 외측 분리막과 상기 외측 음극 전극이 위치할 수 있다.
상기 보호부재는 상기 양극 전극의 단부와 대응되는 면에 부착되되, 상기 외측 분리막의 폭방향을 기준으로, 상기 외측 분리막의 중심부에서 상기 폭방향을 따라 외측으로 갈수록 두께가 얇아질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지는 양극 활물질이 도포된 양극 전극, 상기 양극 전극의 외측면에 적층되는 외측 분리막, 상기 외측 분리막에서 상기 양극 전극이 적층된 반대측 면에 적층되는 음극 활물질이 도포된 외측 음극 전극 및 상기 외측 분리막에서 상기 양극 전극의 단부와 대응되는 면에 부착되는 보호부재를 포함하고, 상기 보호부재는 상기 양극 전극의 단부에 의해 상기 외측 음극 전극에서 발생하는 크랙(crack)을 방지하는 것을 특징으로 하는 전극조립체 및 상기 전극조립체를 내부에 수용하는 케이스를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전지 팩은 양극 활물질이 도포된 양극 전극, 상기 양극 전극의 외측면에 적층되는 외측 분리막, 상기 외측 분리막에서 상기 양극 전극이 적층된 반대측 면에 적층되는 음극 활물질이 도포된 외측 음극 전극 및 상기 외측 분리막에서 상기 양극 전극의 단부와 대응되는 면에 부착되는 보호부재를 포함하고, 상기 보호부재는 상기 양극 전극의 단부에 의해 상기 외측 음극 전극에서 발생하는 크랙(crack)을 방지하는 것을 특징으로 하는 전극조립체 및 상기 전극조립체를 내부에 수용하는 복수 개의 이차전지를 내부에 수용하는 하우징을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 양극 전극의 단부와 대응되는 분리막에 보호부재를 부착하여 음극 전극의 크랙을 방지하는 효과가 있다.
본 발명에 따르면, 전극의 크랙 발생 지점인 중앙부분을 보호할 수 있도록 분리막의 중앙부분에 보호부재를 부착하여 전극의 크랙을 발생을 효과적으로 방지하는 효과가 있다.
본 발명에 따르면, 전극의 크랙 발생 지점인 전극의 중앙 부분을 보호할 수 있도록 분리막의 중앙 부분의 보호부재를 가장 두껍게 하고 중앙 부분으로부터 멀어질 수록 보호부재의 두께가 얇아지도록 함에 따라 전극의 크랙 발생을 효과적으로 방지하면서 전극조립체의 용량 감소도 방지하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 전극조립체의 전극을 전개하여 개략적으로 도시한 전개도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 전극조립체의 외측 분리막 만을 평면에서 개략적으로 도시한 평면도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 전극조립체를 젤리롤 형상으로 권취하여 평면에서 도시한 평면도이다.
도 4는 종래의 전극조립체의 전극을 전개하여 개략적으로 도시한 전개도이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 전극조립체가 내장된 이차전지를 도시한 사시도이다.
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지가 내장된 전지 팩을 도시한 사시도이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 전극조립체의 전극을 전개하여 개략적으로 도시하나 전개도이다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 전극조립체의 외측 분리막 만을 도 7의 F방향에서 개략적으로 도시한 정면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전극조립체 및 그 전극조립체를 내장한 이차전지 및 그 이차전지를 내장한 전지 팩에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과하고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도면에서 각 구성요소 또는 그 구성요소를 이루는 특정 부분의 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 따라서, 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다. 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그러한 설명은 생략하도록 한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 전극조립체의 전극을 전개하여 개략적으로 도시한 전개도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 전극조립체는 양극 활물질(11)이 도포된 양극 전극(10), 상기 양극 전극(10)의 외측면에 적층되는 외측 분리막(20), 상기 외측 분리막(20)에서 상기 양극 전극(10)이 적층된 반대측 면에 적층되는 음극 활물질(31)이 도포된 외측 음극 전극(30) 및 상기 외측 분리막(20)에서 상기 양극 전극(10)의 단부와 대응되는 면에 부착되는 보호부재(40)를 포함하고, 상기 보호부재(40)는 상기 양극 전극(10)의 단부에 의해 상기 외측 음극 전극(30)에서 발생하는 크랙(crack)을 방지한다.
양극 전극(1)은 알루미늄 전극집전체일 수 있으며, 양극 활물질(11)이 도포된 양극 유지부와, 양극 활물질(11)이 도포되지 않은 무지부(n)를 포함할 수 있다.
양극 유지부는 예를 들어, 알루미늄 전극집전체의 적어도 어느 한 면의 일부에 양극 활물질(11)을 도포하여 형성하며, 양극 활물질(11)이 미 도포된 알루미늄 전극집전체의 나머지 부분이 무지부(n)가 될 수 있다.
외측 음극 전극(30) 및 내측 음극 전극(70)은 구리 전극집전체일 수 있으며, 음극 활물질(31)이 도포된 음극 유지부와 음극 활물질(31)이 도포되지 않은 무지부(n)를 포함할 수 있다.
음극 유지부는 예를 들어, 구리 전극집전체의 적어도 어느 한 면의 일부에 음극 활물질(31)을 도포하여 형성하며, 음극 활물질(31)이 미 도포된 구리 전극집전체의 나머지 부분이 무지부(n)가 될 수 있다.
외측 분리막(20) 및 내측 분리막(60)은 예를 들어, 폴리에틸렌(PE), 폴리스틸렌(PS), 폴리프로필렌(PP) 및 폴리에틸렌(PE)과 폴리프로필렌(PP)의 공중합체(co-polymer)로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나의 기재에 폴리비닐리덴 플로우라이드-헥사플로로프로필렌 공중합체(PVDF-HFP co-polymer)를 코팅함으로써 제조될 수 있다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 전극조립체의 외측 분리막 만을 평면에서 개략적으로 도시한 평면도이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 보호부재(40)는 외측 분리막(20)에 양극 전극(10)의 단부가 접촉하는 부분을 따라 형성되도록 외측 분리막(20)을 가로지르게 외측 분리막(20)에 부착될 수 있다.
즉, 보호부재(40)는 본 발명의 제1 실시예에 따른 전극조립체가 젤리롤(jelly roll) 형상으로 권취 될 때 외측 분리막(20)의 권취 방향과 수직한 방향으로 외측 분리막(20)을 가로지르게 부착될 수 있다.
또는, 보호부재(40)가 외측 분리막(20)의 길이방향과 수직한 방향으로 연장되도록 외측 분리막(20)을 가로지르게 부착될 수 있다.
보호부재(40)는 양극 전극(10)의 단부와 대응되는 면에 부착되되, 외측 분리막(20)의 폭 방향(W) 기준으로, 외측 분리막(20)의 중심부(C)에서 폭방향(W)을 따라 외측으로 연장 형성될 수 있다.
이렇게 외측 분리막(20)의 중심부(C)에서 폭방향(W)을 따라 외측으로 연장형성된 보호부재(40)는 외측 분리막(20)의 폭방향(W) 양측 단부와는 소정의 간격(D) 만큼 이격될 수 있다.
즉, 전극의 크랙 발생은 전극의 중심부에서 초기 발생되어 전파되는 형태로 발전되기 때문에 본 발명의 보호부재(40)는 전극의 크랙 발생을 방지하기 위해 전극의 중심부에 대응되는 외측 분리막(20)의 중심부(C)를 기준으로 하여 폭방향(W)을 따라 외측으로 연장되게 보호부재(40)를 외측 분리막(20)에 부착 할 수 있다. 따라서 외측 분리막(20)의 양측 단부에는 보호부재(40)를 부착하지 않아도 전극의 크랙 발생에 영향을 미치지 않기 때문에 외측 분리막(20)의 양측 단부로부터 보호부재(40)가 이격되도록 함에 따라 보호부재(40)의 자재 비용을 줄일 수 있고 보호부재(40)를 외측 분리막(20)의 단부에 맞춰 부착하지 않아도 되기 때문에 조립을 쉽게 하여 비용 및 조립 시간을 줄이는 효과가 있다.
보호부재(40)는 접착이 가능한 접착 테이프(tape) 등 일 수 있다.
외측 음극 전극(30)은 양극 전극(10)의 단부와 대응되는 면에 활물질이 도포되지 않는 무지부(n)를 형성할 수 있다.
전극조립체는 이차전지의 충방전 과정에서 수축/팽창을 하게 되고 규소(Si)를 사용하는 음극의 경우에는 수축팽창 정도가 더욱 클 수 있다.
이러한 과정에서 양극 전극(10)의 단부가 외측 음극 전극(30)의 무지부(n)에 충격, 압박 등과 같은 스트레스(stress)를 주어 크랙(crack)을 발생시킬 수 있다.
이때, 양극 전극(10)과 외측 음극 전극(30)의 사이에 외측 분리막(20)이 적층되어 있고, 폴리프로필렌(PP: polypropylene) 등과 같은 수지 소재의 접착 테이프 등으로 이루어진 보호부재(40)를 양극 전극(10)의 단부에 대응되는 외측 분리막(20)에 부착하여 양극 전극(10)의 단부로부터 외측 음극 전극(30)이 받을 수 있는 스트레스(stress)를 완화하여 크랙의 발생을 방지할 수 있다.
양극 전극(10)에서 외측 분리막(20)이 적층된 측의 반대측에는 내측 분리막(60)이 적층될 수 있다.
그리고 내측 분리막(60)에서 양극 전극(10)이 적층된 측의 반대측에는 내측 음극 전극(70)이 적층될 수 있다.
양극 전극(10)은 외측 음극 전극(30) 및 내측 음극 전극(70)에 비해 길이가 짧을 수 있다.
그리고 외측 음극 전극(30) 및 내측 음극 전극(70)은 외측 분리막(20) 및 내측 분리막(60)에 비해 길이가 짧을 수 있다.
즉, 외측 음극 전극(30)과 양극 전극(10)의 사이에 적층된 외측 분리막(20)의 길이가 외측 음극 전극(30) 및 양극 전극(10)에 비해 길게 형성되어 외측 음극 전극(30)과 양극 전극(10)의 접촉에 의한 단락 현상을 방지할 수 있다.
그리고 내측 음극 전극(70)과 양극 전극(10)의 사이에 적층된 내측 분리막(60)의 길이가 내측 음극 전극(70) 및 양극 전극(10)의 길이에 비해 길게 형성되어 내측 음극 전극(70)과 양극 전극(10)의 접촉에 의한 단락 현상을 방지할 수 있다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 전극조립체를 젤리롤 형상으로 권취하여 평면에서 도시한 평면도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 전극조립체는 젤리롤 형상으로 권취될 수 있다.
젤리롤 형상으로 권취될 때 전극조립체의 내측 음극 전극(70)은 양극 전극(10)을 기준으로 전극조립체의 권취 중심 방향에 위치하고 외측 음극 전극(30)은 양극 전극(10)을 기준으로 전극조립체의 귄취 중심으로부터 바깥 방향에 위치할 수 있다.
즉, 양극 전극(10)을 기준으로, 젤리롤의 내측에 내측 음극 전극(70)과 내측 분리막(60)이 위치하고 젤리롤의 외측에 외측 분리막(20)과 외측 음극 전극(30)이 위치할 수 있다.
그리고 내측 음극 전극(70)에서 양극 전극(10)의 단부와 대응되는 부분에는 활물질이 도포되지 않는 무지부(n)를 형성하고, 상기 무지부(n)에 음극탭 보호부재(80)를 부착할 수 있다.
내측 음극 전극(70)에서 음극탭 보호부재(80)가 부착된 면의 반대측 면에 음극탭(81)을 형성할 수 있다.
음극탭 보호부재(80)는 양극 전극(10)의 단부로부터 음극탭(81)이 받을 수 있는 충격, 압박 등과 같은 스트레스를 완화하여 크랙의 발생을 방지할 수 있다.
음극탭 보호부재(80)는 폴리프로필렌(PP: polypropylene) 등과 같은 수지 소재로 이루어져 양극 전극(10)의 단부로부터 받는 스트레스를 완화할 수 있는 접착 테이프일 수 있다.
도 4는 종래의 전극조립체의 전극을 전개하여 개략적으로 도시한 전개도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 종래의 전극조립체는 보호부재 및 음극탭 보호부재를 설치하지 않았다.
이와 같은 종래의 전극조립체는 젤리롤 형상으로 권취한 상태에서 이차전지를 충방전 할 경우 전극조립체가 수축팽창하게 될 수 있다.
이때, 양극(10')은 외측 음극(30') 및 내측 음극(70')에 비해 길이가 짧게 형성되어 외측 음극(30') 및 내측 음극(70')의 음극 탭(81')은 양극(10')의 단부에 의해 스트래스를 받아 크랙이 발생할 수 있다.
즉, 이차전지의 충방전 사이클(cycle)을 진행하는 상황에서 양극(10') 단부로부터 충격, 압박 등과 같은 스트레스를 받을 수 있는 양극(10') 단부에 대응되는 부분은 반복적인 스트레스로 인한 피로파괴로 외측 음극(30') 및 내측 음극(70')의 음극 탭(81')에 크랙이 발생할 수 있다.
하지만, 도 3을 참조하여, 본 발명에 따른 전극조립체는 양극 전극(10)외 단부와 대응되는 외측 분리막(20)에 보호부재(40)를 부착하여 양극 전극(10)의 단부로부터 외측 음극 전극(30)이 스트레스를 받는 것을 방지하여 크랙의 발생을 차단할 수 있다.
또한, 내측 음극 전극(70)에서 양극 전극(10)의 단부와 대응되는 음극탭(81)의 반대측 면에 음극탭 보호부재(80)를 부착하여 양극 전극(10)의 단부로부터 음극탭(81)이 스트레스 받는 것을 방지하여 음극탭(81)의 크랙 발생을 차단할 수 있다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 전극조립체가 내장된 이차전지를 도시한 사시도이다.
도 1 및 도 5를 참조하여, 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지는 양극 활물질(11)이 도포된 양극 전극(10), 상기 양극 전극(10)의 외측면에 적층되는 외측 분리막(20), 상기 외측 분리막(20)에서 상기 양극 전극(10)이 적층된 반대측 면에 적층되는 음극 활물질(31)이 도포된 외측 음극 전극(30) 및 상기 외측 분리막(20)에서 상기 양극 전극(10)의 단부와 대응되는 면에 부착되는 보호부재(40)를 포함하고, 상기 보호부재(40)는 상기 양극 전극(10)의 단부에 의해 상기 외측 음극 전극(30)에서 발생하는 크랙(crack)을 방지하는 것을 특징으로 하는 전극조립체 및 상기 전극조립체를 내부에 수용하는 케이스(100)를 포함한다.
전극조립체는 전해액과 함께 캔부재 또는 파우치 등과 같은 케이스(100)에 수용될 수 있다.
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지가 내장된 전지 팩을 도시한 사시도이다.
도 1, 도 5 및 도 6을 참조하여, 본 발명의 제1 실시예에 따른 전지 팩은 양극 활물질(11)이 도포된 양극 전극(10), 상기 양극 전극(10)의 외측면에 적층되는 외측 분리막(20), 상기 외측 분리막(20)에서 상기 양극 전극(10)이 적층된 반대측 면에 적층되는 음극 활물질(31)이 도포된 외측 음극 전극(30) 및 상기 외측 분리막(20)에서 상기 양극 전극(10)의 단부와 대응되는 면에 부착되는 보호부재(40)를 포함하고, 상기 보호부재(40)는 상기 양극 전극(10)의 단부에 의해 상기 외측 음극 전극(30)에서 발생하는 크랙(crack)을 방지하는 것을 특징으로 하는 전극조립체 및 상기 전극조립체를 내부에 수용하는 복수 개의 이차전지를 내부에 수용하는 하우징(200)을 포함한다.
본 발명에 따른 전지 팩은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지 및 이러한 이차전지를 적어도 한 개 이상 내부에 수용하는 하우징(200)를 포함할 수 있다.
하우징(200)은 내부에 수용된 적어도 한 개 이상의 이차전지들을 보관하면서 보호할 수 있다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 전극조립체의 전극을 전개하여 개략적으로 도시하나 전개도이고, 도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 전극조립체의 외측 분리막 만을 도 7의 F방향에서 개략적으로 도시한 정면도이다.
도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 전극조립체에서 보호부재(40')는 양극 전극(10)의 단부와 대응되는 면에 부착되되, 외측 분리막(20)의 폭방향(W, 도 2 참조)을 기준으로, 외측 분리막(20)의 중심부(C, 도 2 참조)에서 상기 폭방향(W)을 따라 외측으로 갈수록 두께가 얇아질 수 있다.
즉, 전극의 크랙 발생은 전극의 상기 중심부에서 초기 발생되어 전파되는 형태로 발전되기 때문에 본 발명의 제 2 실시예에 따른 보호부재(40')는 전극의 크랙 발생을 방지하기 위해 전극의 중심부에 대응되는 외측 분리막(20)의 중심부(C)를 기준으로하여 폭방향(W)을 따라 외측으로 연장되게 보호부재(40')를 외측 분리막(20)에 부착 할 수 있다. 이때, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 보호부재(40')는 전극의 크랙 발생의 초기 발생 부분인 전극의 중심부에서 두께를 가장 두껍게 형성하고 외측 분리막(20)의 중심부(C)를 기준으로하여 폭방향(W)을 따라 외측으로 갈수록 두께가 점점 얇아지도록 할 수 있다. 이렇게 함에 따라 양극 전극(10)의 단부로부터 외측 분리막(20)에 전달되는 스트레스는 효과적으로 차단하면서도 전극조립체를 젤리롤 형상으로 권취하였을 때 보호부재(40')가 전극조립체의 두께 증가에 미치는 영향을 극소화할 수 있어 전극조립체의 용량 감소를 방지하는 효과가 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 양극 전극의 단부와 대응되는 분리막에 보호부재를 부착하여 음극 전극의 크랙을 방지하는 효과가 있다.
본 발명에 따르면, 전극의 크랙 발생 지점인 중앙부분을 보호할 수 있도록 분리막의 중앙부분에 보호부재를 부착하여 전극의 크랙을 발생을 효과적으로 방지하는 효과가 있다.
본 발명에 따르면, 전극의 크랙 발생 지점인 전극의 중앙 부분을 보호할 수 있도록 분리막의 중앙 부분의 보호부재를 가장 두껍게 하고 중앙 부분으로부터 멀어질 수록 보호부재의 두께가 얇아지도록 함에 따라 전극의 크랙 발생을 효과적으로 방지하면서 전극조립체의 용량 감소도 방지하는 효과가 있다.
이상과 같이 본 발명에 따른 전극조립체 및 그 전극조립체를 내장한 이차전지 및 그 이차전지를 내장한 전지 팩을 예시된 도면을 참고하여 설명하였으나, 본 발명은 이상에서 설명된 실시예와 도면에 의해 한정되지 않으며, 특허청구범위 내에서 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자들에 의해 다양한 실시가 가능하다.
10, 10': 양극 전극
11: 양극 활물질
20: 외측 분리막
30, 30': 외측 음극 전극
31: 음극 활물질
40, 40': 보호부재
60: 내측 분리막
70, 70': 내측 음극 전극
80: 음극탭 보호부재
81, 81': 음극탭
100: 케이스
200: 하우징
C: 외측 분리막의 중심부
n: 무지부
W: 폭방향

Claims (16)

  1. 양극 활물질(11)이 도포된 양극 전극(10);
    상기 양극 전극(10)의 외측면에 적층되는 외측 분리막(20);
    상기 외측 분리막(20)에서 상기 양극 전극(10)이 적층된 반대측 면에 적층되는 음극 활물질(31)이 도포된 외측 음극 전극(30); 및
    상기 외측 분리막(20)에서 상기 양극 전극(10)의 단부와 대응되는 면에 부착되는 보호부재(40); 를 포함하고,
    상기 보호부재(40)는 상기 양극 전극(10)의 단부에 의해 상기 외측 음극 전극(30)에서 발생하는 크랙(crack)을 방지하는 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 보호부재(40)는 상기 외측 분리막(20)에 상기 양극 전극(10)의 단부가 접촉하는 부분을 따라 형성되도록 상기 외측 분리막(20)을 가로지르게 상기 외측 분리막(20)에 부착되는 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 보호부재(40)는 상기 양극 전극(10)의 단부와 대응되는 면에 부착되되, 상기 외측 분리막(20)의 폭방향(W)을 기준으로, 상기 외측 분리막(20)의 중심부(C)에서 상기 폭방향(W)을 따라 외측으로 연장 형성되는 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 보호부재(40)는 상기 외측 분리막(20)의 폭방향(W)을 기준으로, 상기 외측 분리막의 중심부(C)에서 상기 폭방향(W)을 따라 외측으로 연장 형성되되, 상기 외측 분리막(20)의 양측 단부와 이격되는 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 보호부재(40)는 상기 양극 전극(10)의 단부로부터 받는 스트레스(stress)를 완화할 수 있는 접착 테이프인 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 외측 음극 전극(30)은 상기 양극 전극(10)의 단부와 대응되는 면에 활물질이 도포되지 않는 무지부(n)를 형성하는 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 양극 전극(10)에서 상기 외측 분리막(20)이 적층된 측의 반대측에는 내측 분리막(60)이 적층되고 상기 내측 분리막(60)에서 상기 양극 전극(10)이 적층된 측의 반대측에는 내측 음극 전극(70)이 적층된 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 양극 전극(10)은 상기 외측 음극 전극(30) 및 상기 내측 음극 전극(70)에 비해 길이가 짧고, 상기 외측 음극 전극(30) 및 상기 내측 음극 전극(70)은 상기 외측 분리막(20) 및 상기 내측 분리막(60)에 비해 길이가 짧은 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  9. 청구항 7에 있어서,
    상기 내측 음극 전극(70)에서 상기 양극 전극(10)의 단부와 대응되는 부분에는 활물질이 도포되지 않는 무지부(n)를 형성하는 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 내측 음극 전극(70)에서 상기 양극 전극(10)의 단부와 대응되는 상기 무지부(n)에 부착되는 음극탭 보호부재(80)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  11. 청구행 10에 있어서,
    상기 음극탭 보호부재(80)는 상기 양극 전극(10)의 단부로부터 받는 스트레스(stress)를 완화할 수 있는 접착 테이프인 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  12. 청구항 10에 있어서,
    상기 내측 음극 전극(70)에서 상기 음극탭 보호부재(80)가 부착된 반대측 면에 형성된 음극탭(81)을 포함하는 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  13. 청구항 7에 있어서,
    상기 양극 전극(10), 상기 내측 음극 전극(70), 상기 내측 분리막(60), 상기 외측 분리막(20) 및 상기 외측 음극 전극(30)을 젤리롤 형으로 권취하면, 상기 양극 전극(10)을 기준으로, 상기 젤리롤의 내측에 상기 내측 음극 전극(70)과 상기 내측 분리막(60)이 위치하고 상기 젤리롤의 외측에 상기 외측 분리막(20)과 상기 외측 음극 전극(30)이 위치하는 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  14. 청구항 1에 있어서,
    상기 보호부재(40)는 상기 양극 전극(10)의 단부와 대응되는 면에 부착되되, 상기 외측 분리막(20)의 폭방향(W)을 기준으로, 상기 외측 분리막(20)의 중심부(C)에서 상기 폭방향(W)을 따라 외측으로 갈수록 두께가 얇아지는 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  15. 양극 활물질(11)이 도포된 양극 전극(10), 상기 양극 전극(10)의 외측면에 적층되는 외측 분리막(20), 상기 외측 분리막(20)에서 상기 양극 전극(10)이 적층된 반대측 면에 적층되는 음극 활물질(31)이 도포된 외측 음극 전극(30) 및 상기 외측 분리막(20)에서 상기 양극 전극(10)의 단부와 대응되는 면에 부착되는 보호부재(40)를 포함하고, 상기 보호부재(40)는 상기 양극 전극(10)의 단부에 의해 상기 외측 음극 전극(30)에서 발생하는 크랙(crack)을 방지하는 것을 특징으로 하는 전극조립체; 및
    상기 전극조립체를 내부에 수용하는 케이스(100); 를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  16. 양극 활물질(11)이 도포된 양극 전극(10), 상기 양극 전극(10)의 외측면에 적층되는 외측 분리막(20), 상기 외측 분리막(20)에서 상기 양극 전극(10)이 적층된 반대측 면에 적층되는 음극 활물질(31)이 도포된 외측 음극 전극(30) 및 상기 외측 분리막(20)에서 상기 양극 전극(10)의 단부와 대응되는 면에 부착되는 보호부재(40)를 포함하고, 상기 보호부재(40)는 상기 양극 전극(10)의 단부에 의해 상기 외측 음극 전극(30)에서 발생하는 크랙(crack)을 방지하는 것을 특징으로 하는 전극조립체; 및
    상기 전극조립체를 내부에 수용하는 복수 개의 이차전지를 내부에 수용하는 하우징(200);을 포함하는 것을 특징으로 하는 전지 팩.
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WO2024112009A1 (ko) * 2022-11-21 2024-05-30 주식회사 엘지에너지솔루션 젤리-롤형 전극조립체 및 이를 포함하는 이차전지

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