KR20210019846A - 전극 조립체 및 이를 포함하는 이차전지 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 양극코팅층의 로딩레벨과 음극코팅층의 로딩 레벨 중 적어도 어느 하나을 조절하여, 불필요하게 음극코팅층의 용량이 증가되는 것을 방지할 수 있으며 전극 조립체의 권취 턴수에 따라 리튬석출을 최소화하기 위한 최소의 양극 대 음극 용량비율로 유지할 수 있는 전극 조립체 및 이를 포함하는 이차전지에 관한 것이다.
일예로, 본 발명은 음극집전판의 양면에 음극코팅층이 형성된 음극판과 양극집전판의 양면에 양극코팅층이 형성된 양극판 및, 양극판과 음극판 사이에 개재된 세퍼레이터를 포함하는 전극 조립체에 관한 것으로, 양극코팅층은 양극집전판의 제1면의 선단 영역에 형성된 제1양극코팅층과, 양극집전판의 제1면의 반대면인 제2면의 선단 영역에 형성된 제2양극코팅층과, 양극집전판의 제1면의 종단 영역에 형성된 제3양극코팅층과, 양극집전판의 제2면의 종단 영역에 형성된 제4양극코팅층을 포함하며, 제1양극코팅층의 로딩레벨은 제2양극코팅층의 로딩레벨 보다 더 크고, 제3양극코팅층의 로딩레벨과 제4양극코팅층의 로딩레벨은 제1양극코팅층의 로딩레벨 보다 작고, 제2양극코팅층의 로딩레벨 보다 큰 전극 조립체 및 이를 포함하는 이차전지를 개시한다.
일예로, 본 발명은 음극집전판의 양면에 음극코팅층이 형성된 음극판과 양극집전판의 양면에 양극코팅층이 형성된 양극판 및, 양극판과 음극판 사이에 개재된 세퍼레이터를 포함하는 전극 조립체에 관한 것으로, 양극코팅층은 양극집전판의 제1면의 선단 영역에 형성된 제1양극코팅층과, 양극집전판의 제1면의 반대면인 제2면의 선단 영역에 형성된 제2양극코팅층과, 양극집전판의 제1면의 종단 영역에 형성된 제3양극코팅층과, 양극집전판의 제2면의 종단 영역에 형성된 제4양극코팅층을 포함하며, 제1양극코팅층의 로딩레벨은 제2양극코팅층의 로딩레벨 보다 더 크고, 제3양극코팅층의 로딩레벨과 제4양극코팅층의 로딩레벨은 제1양극코팅층의 로딩레벨 보다 작고, 제2양극코팅층의 로딩레벨 보다 큰 전극 조립체 및 이를 포함하는 이차전지를 개시한다.
Description
본 발명의 다양한 실시예는 전극 조립체 및 이를 포함하는 이차전지에 관한 것이다.
이차 전지는 전기 에너지를 화학 에너지의 형태로 바꾸어 저장할 수 있는 우수한 에너지 밀도를 제공하는 전력 저장 시스템이다. 재충전이 불가능한 일차 전지에 비해 이차 전지는 재충전이 가능하여 스마트폰, 셀룰러폰, 노트북, 타블렛 PC 등 IT 기기에 많이 사용되고 있다. 최근에는 환경 오염 방지를 위해 전기 자동차에 대한 관심이 높아졌고, 이에 따라 전기 자동차에 고용량의 이차 전지가 채택되고 있다. 이러한 이차 전지는 고밀도, 고출력, 안정성 등의 특성이 요구되고 있다.
이러한 발명의 배경이 되는 기술에 개시된 상술한 정보는 본 발명의 배경에 대한 이해도를 향상시키기 위한 것뿐이며, 따라서 종래 기술을 구성하지 않는 정보를 포함할 수도 있다.
본 발명은 양극코팅층의 로딩레벨과 음극코팅층의 로딩 레벨 중 적어도 어느 하나을 조절하여, 불필요하게 음극코팅층의 용량이 증가되는 것을 방지할 수 있으며 전극 조립체의 권취 턴수에 따라 리튬석출을 최소화하기 위한 최소의 양극 대 음극 용량비율로 유지할 수 있는 전극 조립체 및 이를 포함하는 이차전지를 제공한다.
또한, 본 발명은 전극 조립체의 턴 수에 따라, 양극 대 음극 용량 비율을 최적으로 유지하여, 전극 조립체의 용량대비 출력량을 증가시킬 수 있는 전극 조립체 및 이를 포함하는 이차전지를 제공하는데 있다.
본 발명의 실시예에 따른 전극 조립체 및 이를 포함하는 이차전지는 음극집전판의 양면에 음극코팅층이 형성된 음극판과 양극집전판의 양면에 양극코팅층이 형성된 양극판 및, 상기 양극판과 상기 음극판 사이에 개재된 세퍼레이터를 포함하는 전극 조립체에 관한 것으로, 상기 양극코팅층은 상기 양극집전판의 제1면의 선단 영역에 형성된 제1양극코팅층과, 상기 양극집전판의 상기 제1면의 반대면인 제2면의 상기 선단 영역에 형성된 제2양극코팅층과, 상기 양극집전판의 상기 제1면의 종단 영역에 형성된 제3양극코팅층과, 상기 양극집전판의 상기 제2면의 상기 종단 영역에 형성된 제4양극코팅층을 포함하며, 상기 제1양극코팅층의 로딩레벨은 상기 제2양극코팅층의 로딩레벨 보다 더 크고, 상기 제3양극코팅층의 로딩레벨과 상기 제4양극코팅층의 로딩레벨은 상기 제1양극코팅층의 로딩레벨 보다 작고, 상기 제2양극코팅층의 로딩레벨 보다 클 수 있다.
상기 제1양극코팅층의 로딩레벨과 상기 제2양극코팅층의 로딩레벨의 합은, 상기 제3양극코팅층의 로딩레벨과 상기 제4양극코팅층의 로딩레벨의 합과 같거나 더 작을 수 있다.
상기 음극 코팅층은 상기 음극집전판의 제1면의 선단 영역에 형성된 제1음극코팅층과, 상기 음극집전판의 상기 제1면의 반대면인 제2면의 상기 선단 영역에 형성된 제2음극코팅층과, 상기 음극집전판의 상기 제1면의 종단 영역에 형성된 제3음극코팅층 및, 상기 음극집전판의 상기 제2면의 상기 종단 영역에 형성된 제4음극코팅층을 포함할 수 있다.
상기 제1음극코팅층의 로딩레벨과 상기 제3음극코팅층의 로딩레벨은 서로 같고,
상기 제2음극코팅층의 로딩레벨과 상기 제4음극코팅층의 로딩레벨은 서로 같으며, 상기 제1음극코팅층의 로딩레벨 보다는 더 작을 수 있다.
상기 제1음극코팅층의 로딩레벨은 상기 제2음극코팅층의 로딩레벨 보다 더 크며, 상기 제3음극코팅층의 로딩레벨과, 상기 제4음극코팅층의 로딩레벨은 상기 제1음극코팅층의 로딩레벨 보다 작고, 상기 제2음극코팅층의 로딩레벨 보다 클 수 있다.
상기 제1음극코팅층의 로딩레벨과 상기 제2음극코팅층의 로딩레벨의 합은, 상기 제3음극코팅층의 로딩레벨과 상기 제4음극코팅층의 로딩레벨의 합과 같을 수 있다.
상기 양극판은 상기 양극집전판의 상기 제1면에, 상기 제1양극코팅층과 상기 제3양극코팅층이 서로 이격되어, 양극코팅층이 형성되지 않은 제1양극 무지부를 구비하고, 상기 양극집전판의 상기 제2면에 상기 제2양극코팅층과 상기 제4양극코팅층이 서로 이격되어, 양극코팅층이 형성되지 않은 제2양극 무지부를 구비하며, 상기 제1양극 무지부 또는 상기 제2양극 무지부 중 어느 하나에 부착된 양극 탭을 더 포함할 수 있다.
상기 음극판은 상기 음극집전판의 상기 제1면에, 상기 제1음극코팅층과 상기 제3음극코팅층이 서로 이격되어, 음극코팅층이 형성되지 않은 제1음극 무지부를 구비하고, 상기 음극집전판의 상기 제2면에 상기 제2음극코팅층과 상기 제4음극코팅층이 서로 이격되어, 음극코팅층이 형성되지 않은 제2음극 무지부를 구비하며, 상기 제1음극 무지부 또는 상기 제2음극 무지부 중 어느 하나에 부착된 음극 탭을 더 포함할 수 있다.
또한 본 발명의 실시예에 따른 전극 조립체 및 이를 포함하는 이차전지는 음극집전판의 양면에 음극코팅층이 형성된 음극판과, 양극집전판의 양면에 양극코팅층이 형성된 양극판 및 상기 양극판과 상기 음극판 사이에 개재된 세퍼레이터를 포함하는 전극 조립체에 관한 것으로, 상기 음극 코팅층은 상기 음극집전판의 제1면의 선단 영역에 형성된 제1음극코팅층과, 상기 음극집전판의 상기 제1면의 반대면인 제2면의 상기 선단 영역에 형성된 제2음극코팅층과, 상기 음극집전판의 상기 제1면의 종단 영역에 형성된 제3음극코팅층 및, 상기 음극집전판의 상기 제2면의 상기 종단 영역에 형성된 제4음극코팅층을 포함하며, 상기 제1음극코팅층의 로딩레벨은 상기 제2음극코팅층의 로딩레벨 보다 더 크며, 상기 제3음극코팅층의 로딩레벨과, 상기 제4음극코팅층의 로딩레벨은 상기 제1음극코팅층의 로딩레벨 보다 작고, 상기 제2음극코팅층의 로딩레벨 보다 클 수 있다.
상기 제1음극코팅층의 로딩레벨과 상기 제2음극코팅층의 로딩레벨의 합은, 상기 제3음극코팅층의 로딩레벨과 상기 제4음극코팅층의 로딩레벨의 합과 같거나 작을 수 있다.
상기 양극코팅층은 상기 양극집전판의 제1면의 선단 영역에 형성된 제1양극코팅층과, 상기 양극집전판의 상기 제1면의 반대면인 제2면의 상기 선단 영역에 형성된 제2양극코팅층과, 상기 양극집전판의 상기 제1면의 종단 영역에 형성된 제3양극코팅층과, 상기 양극집전판의 상기 제2면의 상기 종단 영역에 형성된 제4양극코팅층을 포함하며, 상기 제1양극코팅층의 로딩레벨과 상기 제3양극코팅층의 로딩레벨은 서로 같고, 상기 제2양극코팅층의 로딩레벨과 상기 제4양극코팅층의 로딩레벨은 서로 같으며, 상기 제1양극코팅층의 로딩레벨 보다는 더 작을 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 및 이를 포함하는 이차전지는 양극코팅층의 로딩레벨과 음극코팅층의 로딩 레벨 중 적어도 어느 하나을 조절하여, 불필요하게 음극코팅층의 용량이 증가되는 것을 방지할 수 있으며 전극 조립체의 권취 턴수에 따라 리튬석출을 최소화하기 위한 최소의 양극 대 음극 용량비율로 유지할 수 있다.
즉, 본 발명의 일 실시예는 전극 조립체의 턴 수에 따라, 양극 대 음극 용량 비율을 최적으로 유지하여, 전극 조립체의 용량대비 출력량을 증가시킬 수 있는 전극 조립체 및 이를 포함하는 이차전지를 제공한다.
도 1a, 도 1b, 도 1c, 및 도 1d는 본 발명의 일실시예에 따른 이차 전지를 도시한 사시도, 분해 사시도, 종단면도 및 횡단면도이다.
도 2는 도 1a 내지 도 1d에 도시된 이차전지의 전극 조립체가 권취 되기 이전을 도시한 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 비교예의 전극조립체의 권취 턴수에 따른 양극 대 음극 용량비율 결과도이다.
도 4는 본 발명의 실시예 1의 일예의 전극조립체의 권취 턴수에 따른 양극 대 음극 용량비율 결과도이다.
도 5는 본 발명의 실시예 1의 다른 예의 전극조립체의 권취 턴수에 따른 양극 대 음극 용량비율 결과도이다.
도 6은 본 발명의 실시예 2의 일예의 전극조립체의 권취 턴수에 따른 양극 대 음극 용량비율 결과도이다.
도 7은 본 발명의 실시예 2의 다른 예의 전극조립체의 권취 턴수에 따른 양극 대 음극 용량비율 결과도이다.
도 8은 본 발명의 실시예 3의 일예의 전극조립체의 권취 턴수에 따른 양극 대 음극 용량비율 결과도이다.
도 9는 본 발명의 실시예 3의 다른 예의 전극조립체의 권취 턴수에 따른 양극 대 음극 용량비율 결과도이다.
도 2는 도 1a 내지 도 1d에 도시된 이차전지의 전극 조립체가 권취 되기 이전을 도시한 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 비교예의 전극조립체의 권취 턴수에 따른 양극 대 음극 용량비율 결과도이다.
도 4는 본 발명의 실시예 1의 일예의 전극조립체의 권취 턴수에 따른 양극 대 음극 용량비율 결과도이다.
도 5는 본 발명의 실시예 1의 다른 예의 전극조립체의 권취 턴수에 따른 양극 대 음극 용량비율 결과도이다.
도 6은 본 발명의 실시예 2의 일예의 전극조립체의 권취 턴수에 따른 양극 대 음극 용량비율 결과도이다.
도 7은 본 발명의 실시예 2의 다른 예의 전극조립체의 권취 턴수에 따른 양극 대 음극 용량비율 결과도이다.
도 8은 본 발명의 실시예 3의 일예의 전극조립체의 권취 턴수에 따른 양극 대 음극 용량비율 결과도이다.
도 9는 본 발명의 실시예 3의 다른 예의 전극조립체의 권취 턴수에 따른 양극 대 음극 용량비율 결과도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.
또한, 이하의 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이며, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 또한, 본 명세서에서 "연결된다"라는 의미는 A 부재와 B 부재가 직접 연결되는 경우뿐만 아니라, A 부재와 B 부재의 사이에 C 부재가 개재되어 A 부재와 B 부재가 간접 연결되는 경우도 의미한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및 /또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.
본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들은 이들 용어에 의해 한정되어서는 안 됨은 자명하다. 이들 용어는 하나의 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 다른 영역, 층 또는 부분과 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서 이하 상술할 제1부재, 부품, 영역, 층 또는 부분은 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제2부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 지칭할 수 있다.
"하부(beneath)", "아래(below)", "낮은(lower)", "상부(above)", "위(upper)"와 같은 공간에 관련된 용어가 도면에 도시된 한 요소 또는 특징과 다른 요소 또는 특징의 용이한 이해를 위해 이용된다. 이러한 공간에 관련된 용어는 본 발명의 다양한 공정 상태 또는 사용 상태에 따라 본 발명의 용이한 이해를 위한 것이며, 본 발명을 한정하기 위한 것은 아니다. 예를 들어, 도면의 요소 또는 특징이 뒤집어지면, "하부" 또는 "아래"로 설명된 요소는 "상부" 또는 "위에"로 된다. 따라서 "아래"는 "상부" 또는 "아래"를 포괄하는 개념이다.
도 1a, 도 1b, 도 1c 및 도 1d는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 이차 전지(100)를 도시한 사시도, 분해사시도, 종단면도 및 횡단면도가 도시되어 있다. 여기서 종단면은 이차전지(100)를 길이방향으로 절단한 단면이고, 횡단면은 이차전지의 권취 방향으로 절단한 단면이다.
도 1a, 도 1b, 도 1c 및 도 1d에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 이차 전지(100)는 케이스(110)와, 케이스(110) 내부에 수납된 전극 조립체(120) 및 케이스(110)의 상단 개구를 밀봉하는 캡 조립체(130)를 포함한다.
상기 케이스(110)는 원형의 바닥부(111)와, 바닥부(111)로부터 상부 방향으로 일정 길이 연장된 측부(112)를 포함한다. 여기서, 이차전지(100)는 전극 조립체(120)가 권취되어 형성된 원통형 이차전지일 수 있다. 이차전지(100)의 제조 공정 중 케이스(110)의 상부는 개방되어 있다. 따라서 이차 전지의 조립 공정 중 전극 조립체(120)가 전해액과 함께 케이스(110)에 삽입될 수 있다. 상기 케이스(110)는 스틸, 스틸 합금, 알루미늄, 알루미늄 합금 또는 이의 등가물로 형성될 수 있으나, 여기서 그 재질이 한정되는 것은 아니다. 더불어, 케이스(110)에는 전극 조립체(120)가 외부로 이탈되지 않도록 캡 조립체(130)를 중심으로 그 하부에 내부로 함몰된 비딩부(beading part)(113)가 형성되고, 그 상부에 내부로 절곡된 크림핑부(crimping part)(114)가 형성될 수 있다.
상기 전극 조립체(120)는 전해액과 함께 케이스(110)의 내부에 수용된다. 여기서, 상기 전해액은 상기 전극 조립체(120)를 구성하는 양극판과 음극판의 사이에서 리튬 이온이 이동될 수 있도록 주입되는 염을 함유한 유기 액체로서, LiPF6, LiBF4, LiClO4 등의 리튬염과 고순도 유기 용매류의 혼합물인 비수질계 유기 전해액을 포함하여 이루어질 수 있으나, 본 발명에서 이를 한정하는 것은 아니다.
상기 전극 조립체(120)는 음극 활물질이 코팅된 음극판(121)과, 양극 활물질이 코팅된 양극판(122) 및, 음극판(121)과 양극판(122) 사이에 개재되어 음극판(121)과 양극판(122)사이의 쇼트를 방지하고 리튬 이온의 이동만 가능하게 하는 세퍼레이터(125)를 포함하여 이루어진다. 상기 음극판(121), 양극판(122) 및 세퍼레이터(125)는 대략 원기둥 형태로 권취된다. 또한, 음극판(121)에는 하부로 일정 길이 돌출되어 연장된 음극탭(126)이, 양극판(122)에는 상부로 일정 길이 돌출된 양극탭(127)이 부착될 수 있으나, 그 반대도 가능하다.
추가적으로 도 2를 참조하면, 도 1a 내지 도 1d에 도시된 이차전지의 전극 조립체가 권취 되기 이전을 도시한 분해 사시도가 도시되어 있다. 이하에서는 도 2를 참조하여, 본 발명의 아차전지와, 전극 조립체의 구성을 구체적으로 설명하고자 한다.
우선 전극 조립체(120)의 상기 음극판(121)은 구리(Cu) 또는 니켈(Ni)로 이루어진 판형의 금속 포일인 음극집전판(121a)의 양면에 전이금속 산화물로 이루어진 활물질인 음극코팅층(123)이 코팅되어 있다. 상기 음극코팅층(123)은 음극집전판(121a)의 제1면(121ax)의 선단부(Ra)측과 인접한 영역인 선단 영역(X)에 형성된 제1음극코팅층(123a), 제1면(121ax)의 반대면인 제2면(121ay)의 선단 영역(X)에 형성된 제2음극코팅층(123b), 음극집전판(121a)의 제1면(121ax)의 종단부(Rb)측과 인접한 종단 영역(Y)에 형성된 제3음극코팅층(123c), 제2면(121ay)의 종단 영역(Y)에 형성된 제4음극코팅층(123d)을 포함하여 구성될 수 있다. 여기서 선단부(Ra)는 음극판(121)이 양극판(211) 및 세퍼레이터(213)와 함께 권취가 시작되는 끝단부일 수 있으며, 종단부(Rb)는 권취가 종료되는 끝단부일 수 있다.
상기 제1음극코팅층(123a)은 제2음극코팅층(123b)에 비해서 로딩레벨이 더 크거나, 같을 수 있다. 여기서, 로딩레벨은 단위 면적당 코팅층의 도포량 또는 무게를 의미한다.
또한 제3음극코팅층(123c)은 제4음극코팅층(123d)에 비해서 로딩 레벨이 더 크거나 같을 수 있다. 또한 제1음극코팅층(123a)의 로딩레벨과 제2음극코팅층(123b)의 로딩레벨의 합은, 제3음극코팅층(123c)의 로딩레벨과 제4음극코팅층(123d)의 로딩레벨의 합보다 더 작거나 같을 수 있다.
상기 제1음극코팅층(123a), 제2음극코팅층(123b), 제3음극코팅층(123c) 및 제4음극코팅층(123d)은 단위 면적당 무게(도포량)인 로딩레벨에 따라, 권취된 전극 조립체(120)의 턴수에 따라 리튬석출을 최소화하기 위한 최소의 양극 대 음극 용량비율로 유지시킬 수 있다. 이와같이 전극 조립체(120)의 턴 수에 따라, 양극 대 음극 용량 비율을 최적으로 유지하여, 전극 조립체(120)의 용량대비 효율을 증가시킬 수 있다. 이와같은 음극코팅층(123)의 로딩 레벨은 하기에서 자세히 설명하고자 한다.
또한 제1음극코팅층(123a)과 제3음극코팅층(123c)은 서로 일정거리 이격될 수 있다. 즉, 음극집전판(121a)의 제1면(121ax)에는 제1음극코팅층(123a)과 제3음극코팅층(123c)이 서로 이격되어, 음극코팅층(123)이 형성되지 않은 제1음극무지부(121b)가 구비될 수 있다.
또한 제2음극코팅층(123b)과 제4음극코팅층(123d)은 서로 일정거리 이격될 수 있다. 즉, 음극집전판(121a)의 제2면(121ay)에는 제2음극코팅층(123b)과 제4음극코팅층(123d)이 서로 이격되어, 음극코팅층(123)이 형성되지 않은 제2음극무지부(121b)가 구비될 수 있다. 여기서, 제1음극무지부(121b)와 제2음극무지부(121b)는 음극집전판(121a)을 중심으로 서로 동일한 위치에 구비될 수 있다. 즉, 음극집전판(121a)은 제1음극무지부(121b)가 형성된 제1면(121ax)의 반대면에 제2음극무지부(121b)가 구비될 수 있다.
또한 제1음극코팅층(123a)과 제2음극코팅층(123b)은 각각 2개 또는 그 이상의 코팅층 패턴을 포함할 수 있으며, 2개의 코팅층 패턴을 가질 경우, 선단부(Ra)와 인접한 패턴과, 종단부(Rb)와 인접한 패턴으로 서로 이격될 수 있다.
음극집전판(121a)에서 제1면(121ax)의 제1음극무지부(121b)와 제2면(121ay)의 제2음극무지부(121b) 중 어느 하나에, 음극탭(126)이 부착될 수 있다. 도 2에서 음극탭(126)은 음극집전판(121a)의 제1음극무지부(121b)에 부착된 것을 도시하였으나, 본 발명에서 음극탭(126)이 부착되는 면을 한정하는 것은 아니다. 상기 음극탭(126)은 음극집전판(121a)에 일부가 용접되어 부착될 수 있으며, 전극 조립체(120)의 길이방향에서 하부로 일정길이 돌출된다.
상기 음극탭(126)은 권취된 전극 조립체(120)의 횡단면에서, 권취 중심부(c)로부터 최외곽(o) 사이의 길이인 횡단면 반지름(r)의 대략 중심에 위치할 수 있다. 추가적으로 음극탭(126)은 음극집전판(121a)의 선단부(Ra)나, 종단부(Rb)와 인접한 끝단 영역의 제1면(121ax) 또는 제2면(121ay)에 위치할 수도 있다. 상기 음극탭(126)은 구리 또는 니켈 재질로 일루어질 수 있으나, 본 발명에서 이를 한정하는 것은 아니다. 추가적으로 선단부(Ra)는 권취된 전극 조립체(120)에서 권취 중심부(c)와 인접할 수 있으며, 종단부(Rb)는 권취된 전극 조립체(120)에서 최외곽(o)에 위치할 수 있다. 물론 음극탭(126)이 위치하는 음극집전판(121a)에는 음극코팅층(123)이 형성되지 않은 무지부가 구비될 수 있다.
상기 양극판(122)은 알루미늄(Al)으로 이루어진 판형의 금속 포일인 양극집전판(122a)의 양면에 전이금속 산화물로 이루어진 활물질인 양극코팅층(124)이 코팅되어 있다.
상기 양극코팅층(124)은 양극집전판(122a)의 제1면(122ax)의 선단 영역(X)에 형성된 제1양극코팅층(124a), 제1면(122ax)의 반대면인 제2면(122ay)의 선단 영역(X)에 형성된 제2양극코팅층(124b), 양극집전판(122a)의 제1면(122ax)의 종단 영역(Y)에 형성된 제3양극코팅층(124c), 제2면(122ay)의 종단 영역(Y)에 형성된 제4양극코팅층(124d)을 포함하여 구성될 수 있다.
상기 제1양극코팅층(124a)은 제2양극코팅층(124b)에 비해서 로딩레벨이 더 크거나, 같을 수 있다. 또한 제3양극코팅층(124c)은 제4양극코팅층(124d)에 비해서 로딩 레벨이 더 크거나 같을 수 있다.
또한 제1양극코팅층(124a)의 로딩레벨과 제2양극코팅층(124b)의 로딩레벨의 합은, 제3양극코팅층(124c)의 로딩레벨과, 제4양극코팅층(124d)의 로딩레벨의 합보다 작거나 같을 수 있다.
상기 제1양극코팅층(124a), 제2양극코팅층(124b), 제3양극코팅층(124c) 및 제4양극코팅층(124d)은 단위 면적당 무게(도포량)인 로딩레벨에 따라, 권취된 전극 조립체(120)의 턴수에 따라 리튬석출을 최소화하기 위한 최소의 양극 대 음극 용량비율로 유지시킬 수 있다. 이와같이 전극 조립체(120)의 턴 수에 따라, 양극 대 음극 용량 비율을 최적으로 유지하여, 전극 조립체(120)의 용량대비 효율을 증가시킬 수 있다. 이와같은 양극코팅층(124)의 로딩 레벨은 하기에서 자세히 설명하고자 한다.
또한 제1양극코팅층(124a)과 제3양극코팅층(124c)은 서로 일정거리 이격될 수 있다. 즉, 양극집전판(122a)의 제1면(122ax)에는 제1양극코팅층(124a)과 제3양극코팅층(124c)이 서로 이격되어, 양극코팅층(124)이 형성되지 않은 제1양극무지부(122b)가 구비될 수 있다.
또한 제2양극코팅층(124b)과 제4양극코팅층(124d)은 서로 일정거리 이격될 수 있다. 즉, 양극집전판(122a)의 제2면(122ay)에는 제2양극코팅층(124b)과 제4양극코팅층(124d)이 서로 이격되어, 양극코팅층(124)이 형성되지 않은 제2양극무지부(122b)가 구비될 수 있다. 여기서, 제1양극무지부(122b)와 제2양극무지부(122b)는 양극집전판(122a)을 중심으로 서로 동일한 위치에 구비될 수 있다. 즉, 양극집전판(122a)은 제1양극무지부(122b)가 형성된 제1면(122ax)의 반대면에 제2양극무지부(122b)가 구비될 수 있다.
또한 제1양극코팅층(124a)과 제2양극코팅층(124b)은 각각 2개 또는 그 이상의 코팅층 패턴을 포함할 수 있으며, 2개의 코팅층 패턴을 가질 경우, 선단부(Ra)와 인접한 패턴과, 종단부(Rb)와 인접한 패턴으로 서로 이격될 수 있다.
양극집전판(122a)에서 제1면(122ax)의 제1양극무지부(122b)와 제2면(122ay)의 제2양극무지부(122b) 중 어느 하나에, 양극탭(127)이 부착될 수 있다. 도 2에서 양극탭(127)은 양극집전판(122a)의 제1양극무지부(122b)에 부착된 것을 도시하였으나, 본 발명에서 양극탭(127)이 부착되는 면을 한정하는 것은 아니다. 상기 양극탭(127)은 양극집전판(122a)에 일부가 용접되어 부착될 수 있으며, 전극 조립체(120)의 길이방향에서 하부로 일정길이 돌출된다.
상기 양극탭(127)은 권취된 전극 조립체(120)의 횡단면에서, 권취 중심부(c)로부터 최외곽(o) 사이의 길이인 횡단면 반지름(r)의 대략 중심에 위치할 수 있다. 추가적으로 양극탭(126)은 양극집전판(122a)의 선단부(Ra)나, 종단부(Rb)와 인접한 끝단 영역의 제1면(122ax) 또는 제2면(122ay)에 위치할 수도 있다. 물론 양극탭(126)이 위치하는 양극집전판(122a)에는 양극코팅층(124)이 형성되지 않은 무지부가 구비될 수 있다. 상기 양극탭(127)은 알루미늄 재질로 이루어질 수 있으나, 본 발명에서 이를 한정하는 것은 아니다.
또한, 상기 음극탭(126) 및 양극탭(127)은 권취된 음극판(121)과 양극판(122)의 동일면에 위치할 수도 있으며, 음극판(121)과 양극판(122)의 서로 반대면에 위치할 수도 있다. 여기서 동일면은 권취된 전극 조립체(120)에서 동일하게 권취 중심부(c)를 향하는 면이거나, 동일하게 최외곽(o)을 향하는 면일 수 있다.
이하에서는 권취된 전극 조립체(120)에서 최외곽(o)을 향하는 음극집전판(121a)의 제1면(121ax)과 양극집전판(122a)의 제1면(122ax)은 외면으로 지칭하고, 권취 중심부(c)를 향하는 음극집전판(121a)의 제2면(121ay)과 양극집전판(122a)의 제2면(122ay)은 내면(122ay)으로 지칭하고자 한다.
또한, 반대면은 권취된 전극 조립체(120)에서 양극탭(127)의 양극집전판(122a)의 외면(122ax)에 부착될 경우, 음극탭(126)이 음극집전판(121a)의 내면(121ay)에 형성된 것을 의미하거나, 그 반대를 의미한다. 즉, 본 발명에서 포일 형태의 음극판(121)과 양극판(122)의 양면에서 음극탭(126) 및 양극탭(127)이 부착되는 면을 한정하는 것은 아니다.
또한, 전극 조립체(120)의 음극탭(124)은 케이스(110)의 바닥부(111)에 용접될 수 있다. 따라서 케이스(110)는 음극으로 동작할 수 있다. 물론, 반대로 양극탭(125)이 케이스(110)의 바닥부(111)에 용접될 수 있으며, 이러한 경우 케이스(110)는 양극으로 동작할 수 있다.
더불어, 케이스(110)에 결합되며, 중앙에 제1홀(128a) 및 그 외측에 제2홀(128b)이 형성된 제1절연판(128)이 전극 조립체(120)와 바닥부(111)의 사이에 개재될 수 있다. 이러한 제1절연판(128)은 전극 조립체(120)가 케이스(110) 중 바닥부(111)에 전기적으로 접촉되지 않도록 하는 역할을 한다. 특히, 제1절연판(128)은 전극 조립체(120) 중 양극판(122)이 바닥부(111)에 전기적으로 접촉되지 않도록 하는 역할을 한다. 여기서, 제1홀(128a)은 이차 전지의 이상에 의해 다량의 가스가 발생하였을 경우, 가스가 상부로 신속히 이동하도록 하는 역할을 하고, 제2홀(128b)은 음극탭(124)이 관통하여 바닥부(111)에 용접될 수 있도록 하는 역할을 한다. 추가적으로, 전극 조립체(120)는 대략 중심에 속이 빈 원형 파이프 형태의 센터핀(미도시)이 더 구비되어, 이차전지 이상시 생성된 다량의 가스가 센터핀의 내부 통로를 통해 용이하게 배출될 수 있다.
또한, 케이스(110)에 결합되며, 중앙에 제1홀(129a) 및 그 외측에 다수의 제2홀(129b)이 형성된 제2절연판(129)이 전극 조립체(120)와 캡 조립체(130)의 사이에 개재될 수 있다. 이러한 제2절연판(129)은 전극 조립체(120)가 캡 조립체(130)에 전기적으로 접촉되지 않도록 하는 역할을 한다. 특히, 제2절연판(129)은 전극 조립체(120) 중 음극판(121)이 캡 조립체(130)에 전기적으로 접촉하지 않도록 하는 역할을 한다. 여기서, 제1홀(129a)은 이차 전지의 이상에 의해 다량의 가스가 발생하였을 경우, 가스가 캡 조립체(130)로 신속히 이동하도록 하는 역할을 하고, 제2홀(129b)은 양극탭(125)이 관통하여 캡 조립체(130)에 용접될 수 있도록 하는 역할을 한다. 또한 나머지 제2홀(129b)은 전해액 주입 공정에서, 전해액이 상기 전극 조립체(120)로 신속히 흘러 들어가도록 하는 역할을 한다. 상기 전해액은 충방전시 전지 내부의 양극판 및 음극판에서 전기화학적 반응에 의해 생성되는 리튬 이온의 이동 매체 역할을 수행한다.
상기 캡 조립체(130)는 다수의 관통홀(131d)이 형성된 캡 업(cap-up)(131), 캡 업(131)의 하부에 설치된 안전 플레이트(133), 안전 플레이트(133)의 하부에 설치된 연결링(135), 연결링(135)에 결합되고 제1,2관통홀(136a,136b)이 형성된 캡 다운(cap-down)(136), 캡 다운(136)의 하부에 고정되어 양극탭(125)과 전기적으로 접속된 서브 플레이트(137), 그리고 캡 업(131) 및 안전 플레이트(133), 연결링(135) 및 캡 다운(136)을 케이스(110)의 측부(111)로부터 절연시키는 절연 가스켓(138)을 포함한다.
여기서, 절연 가스켓(138)은 실질적으로 케이스(110)의 측부(111)에 형성된 비딩부(113)와 크림핑부(114)의 사이에 압착된 형태를 한다. 또한, 상기 캡 업(131)에 형성된 관통홀(131d)과, 상기 캡 다운(136)에 형성된 관통홀(136b)은 케이스(110)의 내부에서 이상 내압 발생시 내부 가스를 외부로 배출하는 역할을 한다. 물론, 이러한 내압에 의해 우선 안전 플레이트(133)가 상부 방향으로 반전되면서 서브 플레이트(137)와 전기적으로 분리되고, 이후 안전 플레이트(133)가 찢어지면서 내부의 가스가 외부로 방출된다.
이하에서는 본 발명의 전극 조립체(120)에서 양극 대 음극 용량비율이 리튬석출을 최소화하기 위한 최소의 양극 대 음극 용량비율로 유지시키며, 용량 대비 출력량을 최대화 할 수 있는 음극코팅층(123)의 로딩레벨과, 양극코팅층(124)의 로딩 레벨에 대한 다양한 실시예를 비교예와 함께 설명하고자 한다. 여기서, 리튬석출을 최소화하기 위한 양극 대 음극 용량비율은 대략 1.05일 수 있으나 본발명에서 이를 한정하는 것은 아니다. 또한 양극 대 음극 용량비율이 1.05인 것은 양극코팅층(124)의 용량이 1일 때, 음극코팅층(123)의 용량이 1.05임을 의미한다.
비교예
제1음극코팅층(123a)과 제3음극코팅층(123c)의 로딩레벨은 A1로 서로 동일하고, 제2음극코팅층(123b)과 제4음극코팅층(123d)의 로딩레벨은 B1로 서로 동일하고 A1보다는 작을 수 있다. 즉, 음극집전판(121a)의 내면(121ay)에 형성된 음극코팅층(123)의 로딩레벨은 일정하고, 음극집전판(121a)의 외면(121ax)에 형성된 음극코팅층(123)의 로딩레벨은 일정할 수 있다.
제1양극코팅층(124a)과 제3양극코팅층(124c)의 로딩레벨은 A2로 서로 동일하고, 제2양극코팅층(124b)과 제4양극코팅층(124d)의 로딩레벨은 B2로 서로 동일하고 A2보다는 작을 수 있다. 즉, 양극집전판(122a)의 내면(122ay)에 형성된 양극코팅층(124)의 로딩레벨은 일정하고, 양극집전판(122a)의 외면(122az)에 형성된 양극코팅층(124)의 로딩레벨은 일정할 수 있다.
일예로, 비교예의 음극코팅층(123)과 양극코팅층(124)의 로딩레벨은 표 1과 같을 수 있다.
| 종류 | 로딩레벨 | 합계 | |
| 양극 | 제1양극코팅층(124a) | 15.30 | 30.06 |
| 제2양극코팅층(124b) | 14.70 | ||
| 제3양극코팅층(124c) | 15.30 | 30.06 | |
| 제4양극코팅층(124d) | 14.70 | ||
| 음극 | 제1음극코팅층(123a) | 15.64 | 30.67 |
| 제2음극코팅층(123b) | 15.03 | ||
| 제3음극코팅층(123c) | 15.64 | 30.67 | |
| 제4음극코팅층(123d) | 15.03 | ||
또한 양극코팅층(124)과 음극코팅층(123)의 로딩레벨이 표 1과 같을 경우, 전극 조립체(120)의 권취 턴수에 따라, 양극집전판(122a)의 내면(122ay)에서의 양극 대 음극 용량비율과 양극집전판(122a)의 외면(122az)에서의 양극 대 음극 용량비율은 도 3과 같을 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 비교예와 같은 로딩레벨을 같도록 제조된 전극 조립체(120)는 권취 선단부(Ra)에서부터 권취 종단부(Rb)까지 양극집전판(122a)의 내면(122ay)에서의 양극 대 음극 용량비율과, 양극집전판(122a)의 외면(122az)에서의 양극 대 음극 용량비율이 모두 리튬 석출을 방지할 수 있는 최소 양극 대 음극 용량비율 보다 큰 것을 알 수 있다.
그러나 비교예와 같은 전극 조립체(120)는 권취 턴수가 5회 이상부터 권취 종단부(Rb)까지, 양극집전판(122a)의 내면(122ay)에서 양극 대 음극 용량비율이 최소 양극 대 음극 용량비율을 초과하여 지속적으로 증가하는 것을 알 수 있다. 이는 전극 조립체(120)의 권취 턴수가 증가할수록, 음극코팅층(123)이 양극코팅층(124)에 비해서 불필요하게 용량을 많은 것으로, 전극 조립체(120)의 용량 대비 출력량을 감소시킬 수 있음을 의미한다. 물론 비교예와 같은 전극 조립체(120)는 권취 선단부(Ra)로부터 권취 턴수가 5회 미만까지 양극집전판(122a)의 외면(122az)에서 최소 양극 대 음극 용량비율을 초과한다. 그러나 원통형 전지의 전극 조립체(120)는 권취 선단부(Ra)로부터 권취 턴수가 증가할수록 양극코팅층(124) 및 음극코팅층(123)의 용량이 점차 증가되므로, 권취 초반에 양극 대 음극 용량비율이 크다고 하여도 권취 후반에서의 음극코팅층(123)의 불필요한 용량 초과에 비하면 무시 가능한 매우 작은 양으로 볼 수 있다.
실시예 1
음극코팅층(123)은 로딩레벨이 비교예와 동일하게 음극집전판(121a)의 내면(121ay)에 형성된 음극코팅층(123)의 로딩레벨이 일정하고, 음극집전판(121a)의 외면(121ax)에 형성된 음극코팅층(123)의 로딩레벨이 일정할 수 있다. 이때 제1음극코팅층(123a)과 제3음극코팅층(123c)은 일체형으로 이루어질 수 있고, 제2음극코팅층(123b)과 제4음극코팅층(123d)도 일체형으로 이루어질 수 있다. 물론 이때, 음극탭(126)은 음극집전판(121a)의 선단부(Ra) 또는 종단부(Rb)와 인접한 영역에 무지부를 형성하고, 무지부에 부착될 수 있다.
제1양극코팅층(124a)의 로딩레벨은 A2이고, 제2양극코팅층(124b)의 로딩레벨은 B2로 A2보다는 작을 수 있다. 제3양극코팅층(124c)과 제4양극코팅층(124d)의 로딩레벨은 C2로 서로 같을 수 있으며, A2보다는 작고 B2보다는 클 수 있다. 즉, 제3양극코팅층(124c)의 로딩레벨은 음극집전판(121a)의 동일면에 형성된 제1양극코팅층(124a)에 비해서 더 작고, 제4양극코팅층(124d)의 로딩레벨은 음극집전판(121a)의 동일면에 형성된 제2양극코팅층(124b)의 로딩레벨 보다 클 수 있다.
즉, 선단 영역(X)에서 양극코팅층(124)의 로딩레벨은 비교예와 유사하고, 종단 영역(Y)에서 양극코팅층(124)의 로딩레벨은 전극 조립체(120)의 용량 대비 출력량을 증가시키도록 조절될 수 있다.
일예로, 실시예 1과 같은 전극 조립체(120)의 음극코팅층(123)과 양극코팅층(124)의 로딩레벨은 표 2와 같을 수 있다. 표 2와 같이 제1양극코팅층(124a)의 로딩레벨과 제2양극코팅층(124b)의 로딩레벨의 합은 제3양극코팅층(124c)의 로딩레벨과 제4양극코팅층(124d)의 로딩레벨의 합과 동일할 수 있다.
| 종류 | 로딩레벨 | 합계 | |
| 양극 | 제1양극코팅층(124a) | 15.36 | 30.06 |
| 제2양극코팅층(124b) | 14.70 | ||
| 제3양극코팅층(124c) | 15.00 | 30.06 | |
| 제4양극코팅층(124d) | 15.06 | ||
| 음극 | 제1음극코팅층(123a) | 15.64 | 30.67 |
| 제2음극코팅층(123b) | 15.03 | ||
| 제3음극코팅층(123c) | 15.64 | 30.67 | |
| 제4음극코팅층(123d) | 15.03 | ||
또한 양극코팅층(124)과 음극코팅층(123)의 로딩레벨이 표 2와 같을 경우, 전극 조립체(120)의 권취 턴수에 따라, 양극집전판(122a)의 내면(122ay)에서의 양극 대 음극 용량비율과 양극집전판(122a)의 외면(122az)에서의 양극 대 음극 용량비율은 도 4와 같을 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 실시예 1의 일예(표2)와 같은 로딩레벨을 같도록 제조된 전극 조립체(120)는 선단 영역(X)에서 양극집전판(122a)의 내면(122ay)에서의 양극 대 음극 용량비율과, 양극집전판(122a)의 외면(122az)에서의 양극 대 음극 용량비율은 비교예와 동일하다.
도 4에 도시된 바와 같이 실시예 1의 일예(표2)와 같은 로딩레벨을 같도록 제조된 전극 조립체(120)는 종단 영역(Y)에서 양극집전판(122a)의 내면(122ay)에서의 양극 대 음극 용량비율은 비교예에 비해서 감소하고, 양극집전판(122a)의 외면(122az)에서의 양극 대 음극 용량비율은 비교예에 비해서 증가한 것을 알 수 있다.
즉, 실시예 1의 일예(표 2)와 같은 로딩레벨을 갖도록 제조된 전극 조립체(120)는 종단 영역(Y)의 양극코팅층(124)의 로딩레벨을 조절하여 양극 대 음극 용량비율이 최소 양극 대 음극 용량비율과 인접하도록 할 수 있다.
그러므로 실시예 1과 같은 전극 조립체(120)는 종단 영역(Y)에서 불필요하게 음극코팅층(123)의 용량이 증가되는 것을 방지할 수 있으며, 전극 조립체(120)의 용량 대비 출력량을 비교예에 비해서 더 증가시킬 수 있다.
표 2에서, 제3양극코팅층(124c)과 제4양극코팅층(124d)은 소수점 두 번째 자리에서 수치 차이가 있으나, 이와 같은 차이정도(0.05미만)는 본 발명 내에서 동일한 로딩 레벨로 볼 수 있다.
또한 실시예 1의 다른예로, 전극 조립체(120)의 음극코팅층(123)과 양극코팅층(124)의 로딩레벨은 표 3과 같을 수 있다. 표 3과 같이 제1양극코팅층(124a)의 로딩레벨과 제2양극코팅층(124b)의 로딩레벨의 합은 제3양극코팅층(124c)의 로딩레벨과 제4양극코팅층(124d)의 로딩레벨의 합보다 작을 수 있다.
| 종류 | 로딩레벨 | 합계 | |
| 양극 | 제1양극코팅층(124a) | 15.36 | 30.06 |
| 제2양극코팅층(124b) | 14.70 | ||
| 제3양극코팅층(124c) | 15.26 | 30.56 | |
| 제4양극코팅층(124d) | 15.30 | ||
| 음극 | 제1음극코팅층(123a) | 15.64 | 30.67 |
| 제2음극코팅층(123b) | 15.03 | ||
| 제3음극코팅층(123c) | 15.64 | 30.67 | |
| 제4음극코팅층(123d) | 15.03 | ||
또한 양극코팅층(124)과 음극코팅층(123)의 로딩레벨이 표 3과 같을 경우, 전극 조립체(120)의 권취 턴수에 따라, 양극집전판(122a)의 내면(122ay)에서의 양극 대 음극 용량비율과 양극집전판(122a)의 외면(122az)에서의 양극 대 음극 용량비율은 도 5와 같을 수 있다. 실시예 1에 대한 일예(표 2)와 표 3을 비교하면 제3양극코팅층(124c)의 로딩레벨과 제4양극코팅층(124d)의 로딩레벨을 변경하여 그 합이 제1양극코팅층(124a)의 로딩레벨과 제2양극코팅층(124b)의 로딩레벨의 합에 비해서 더 큰 것을 제외하고는 동일할 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 제3양극코팅층(124c)의 로딩레벨과 제4양극코팅층(124d)의 로딩레벨의 합이 제1양극코팅층(124a)의 로딩레벨과 제2양극코팅층(124b)의 로딩레벨의 합에 비해서 더 크면, 종단 영역(Y)의 양극집전판(122a)의 내면(122ay)에서의 양극 대 음극 용량비율과, 종단 영역(Y)의 양극집전판(122a)의 외면(122az)에서의 양극 대 음극 용량비율은 실시예 1의 일예(표 2, 도 4)에 비해서 더 감소된 것을 알 수 있다. 즉, 실시예 1의 다른예(표 3)와 같은 전극 조립체(120)는 종단 영역(Y)의 양극코팅층(124)의 로딩레벨을 선단 영역(X)의 양극코팅층(124)의 로딩레벨에 비해서 더 크게 하여, 양극 대 음극 용량비율이 좀 더 리튬 석출을 방지하기 위한 최소 용량비율과 가깝도록 할 수 있다. 이와같은 실시예 1의 다른예(표 3)의 전극 조립체(120)는 불필요하게 음극코팅층(123)의 용량이 증가되는 것을 방지할 수 있으며, 전극 조립체(120)의 용량 대비 출력량을 실시예 1의 일 예(표 2)에 비해서 더 증가시킬 수 있다.
실시예 2
제1음극코팅층(123a)의 로딩레벨은 A1이고, 제2음극코팅층(123b)의 로딩레벨은 B1로 A1보다는 작을 수 있다. 제3음극코팅층(123c)과 제4음극코팅층(123d)의 로딩레벨은 C1로 서로 같을 수 있으나, A1보다는 작고 B1보다는 클 수 있다. 즉 제3음극코팅층(123c)의 로딩레벨은 음극집전판(121a)의 동일면에 형성된 제1음극코팅층(123a)에 비해서 더 작고, 제4음극코팅층(123d)의 로딩레벨은 음극집전판(121a)의 동일면에 형성된 제2음극코팅층(123b)에 보다 더 클 수 있다.
즉, 선단 영역(X)에서 음극코팅층(123)의 로딩레벨은 비교예와 유사하고, 종단 영역(Y)에서 음극코팅층(123)의 로딩레벨은 전극 조립체(120)의 용량 대비 출력량을 증가시키도록 조절될 수 있다.
양극코팅층(124)은 로딩레벨이 비교예와 동일하게 양극집전판(122a)의 내면(122ay)에 형성된 양극코팅층(124)의 로딩레벨이 일정하고, 양극집전판(122a)의 외면(122az)에 형성된 양극코팅층(124)의 로딩레벨이 일정할 수 있다. 이때 제1양극코팅층(124a)과 제3양극코팅층(124c)은 일체형으로 이루어질 수 있고, 제2양극코팅층(124b)과 제4양극코팅층(124d)도 일체형으로 이루어질 수 있다. 물론 이때, 양극탭(126)은 양극집전판(122a)의 선단부(Ra) 또는 종단부(Rb)와 인접한 영역에 무지부를 형성하고, 무지부에 부착될 수 있다.
일예로, 실시예 2와 같은 전극 조립체(120)의 음극코팅층(123)과 양극코팅층(124)의 로딩레벨은 표 4와 같을 수 있다. 표 4와 같이 제1음극코팅층(123a)의 로딩레벨과 제2음극코팅층(123b)의 로딩레벨의 합은 제3음극코팅층(123c)의 로딩레벨과 제4음극코팅층(123d)의 로딩레벨의 합과 동일할 수 있다.
| 종류 | 로딩레벨 | 합계 | |
| 양극 | 제1양극코팅층(124a) | 15.30 | 30.00 |
| 제2양극코팅층(124b) | 14.70 | ||
| 제3양극코팅층(124c) | 15.30 | 30.00 | |
| 제4양극코팅층(124d) | 14.70 | ||
| 음극 | 제1음극코팅층(123a) | 15.64 | 30.61 |
| 제2음극코팅층(123b) | 14.97 | ||
| 제3음극코팅층(123c) | 15.28 | 30.61 | |
| 제4음극코팅층(123d) | 15.33 | ||
또한 양극코팅층(124)과 음극코팅층(123)의 로딩레벨이 표 4와 같을 경우, 전극 조립체(120)의 권취 턴수에 따라, 양극집전판(122a)의 내면(122ay)에서의 양극 대 음극 용량비율과 양극집전판(122a)의 외면(122az)에서의 양극 대 음극 용량비율은 도 6과 같을 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 실시예 2의 일예(표 4)와 같은 로딩레벨을 같도록 제조된 전극 조립체(120)는 선단 영역(X)에서 양극집전판(122a)의 내면(122ay)에서의 양극 대 음극 용량비율과, 양극집전판(122a)의 외면(122az)에서의 양극 대 음극 용량비율은 비교예와 동일하다.
도 6에 도시된 바와 같이 실시예 2의 일예(표 4)와 같은 로딩레벨을 같도록 제조된 전극 조립체(120)는 종단 영역(Y)에서 양극집전판(122a)의 내면(122ay)에서의 양극 대 음극 용량비율은 비교예에 비해서 감소하고, 양극집전판(122a)의 외면(122az)에서의 양극 대 음극 용량비율은 비교예에 비해서 증가한 것을 알 수 있다. 즉, 실시예 2의 일예(표 4)와 같은 로딩레벨을 갖도록 제조된 전극 조립체(120)는 종단 영역(Y)의 음극코팅층(123)의 로딩레벨을 조절하여 양극 대 음극 용량비율이 최소 양극 대 음극 용량비율과 인접하도록 할 수 있다.
즉, 실시예 2와 같은 전극 조립체(120)는 종단 영역(Y)에서 음극코팅층(123)의 로딩레벨을 조절하여 불필요하게 음극코팅층(123)의 용량이 증가되는 것을 방지할 수 있으며, 전극 조립체(120)의 용량 대비 출력량을 비교예에 비해서 더 증가시킬 수 있다.
또한 실시예 2의 다른예로, 전극 조립체(120)의 음극코팅층(123)과 양극코팅층(124)의 로딩레벨은 표 5와 같을 수 있다. 표 5와 같이 제1음극코팅층(123a)의 로딩레벨과 제2음극코팅층(123b)의 로딩레벨의 합은 제3음극코팅층(123c)의 로딩레벨과 제4음극코팅층(123d)의 로딩레벨의 합보다 작을 수 있다.
| 종류 | 로딩레벨 | 합계 | |
| 양극 | 제1양극코팅층(124a) | 15.30 | 30.00 |
| 제2양극코팅층(124b) | 14.70 | ||
| 제3양극코팅층(124c) | 15.30 | 30.00 | |
| 제4양극코팅층(124d) | 14.70 | ||
| 음극 | 제1음극코팅층(123a) | 15.64 | 30.61 |
| 제2음극코팅층(123b) | 14.97 | ||
| 제3음극코팅층(123c) | 15.08 | 30.21 | |
| 제4음극코팅층(123d) | 15.13 | ||
또한 양극코팅층(124)과 음극코팅층(123)의 로딩레벨이 표 5와 같을 경우, 전극 조립체(120)의 권취 턴수에 따라, 양극집전판(122a)의 내면(122ay)에서의 양극 대 음극 용량비율과 양극집전판(122a)의 외면(122az)에서의 양극 대 음극 용량비율은 도 7과 같을 수 있다. 실시예 2에 대한 일예(표 4)와 표 5를 비교하면 제3음극코팅층(123c)의 로딩레벨과 제4음극코팅층(123d)의 로딩레벨을 변경하여 그 합이 제1음극코팅층(123a)의 로딩레벨과 제2음극코팅층(123b)의 로딩레벨의 합에 비해서 더 작은 것을 제외하고는 동일할 수 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 제3음극코팅층(123c)의 로딩레벨과 제4음극코팅층(123d)의 로딩레벨의 합이 제1음극코팅층(123a)의 로딩레벨과 제2음극코팅층(123b)의 로딩레벨의 합에 비해서 더 작으면, 종단 영역(Y)의 양극집전판(122a)의 내면(122ay)에서의 양극 대 음극 용량비율과, 종단 영역(Y)의 양극집전판(122a)의 외면(122az)에서의 양극 대 음극 용량비율은 실시예 2의 일예(표 4, 도 6)에 비해서 더 감소된 것을 알 수 있다. 즉, 실시예 2의 다른예(표 5)와 같은 전극 조립체(120)는 종단 영역(Y)의 음극코팅층(123)의 로딩레벨을 선단 영역(X)의 음극코팅층(123)의 로딩레벨에 비해서 더 작게 하여, 양극 대 음극 용량비율이 좀 더 리튬 석출을 방지하기 위한 최소 용량비율과 가깝도록 할 수 있다. 이와같은 실시예 2의 다른예(표 5)의 전극 조립체(120)는 불필요하게 음극코팅층(123)의 용량이 증가되는 것을 방지할 수 있으며, 전극 조립체(120)의 용량 대비 출력량을 실시예 2의 일 예(표 4)에 비해서 더 증가시킬 수 있다.
실시예 3
제1음극코팅층(123a)의 로딩레벨은 A1이고, 제2음극코팅층(123b)의 로딩레벨은 B1로 A1보다는 작을 수 있다. 제3음극코팅층(123c)의 로딩레벨은 C1이고, 제4음극코팅층(123d)의 로딩레벨은 D1로 C1보다 작을 수 있다. 또한 제2음극코팅층(123b)의 로딩레벨(B1)은 제4음극코팅층(123d)의 로딩레벨(D1)보다 작고, 제1음극코팅층(123a)의 로딩레벨(A1)은 제3음극코팅층(123c)의 로딩레벨(C1)보다 클 수 있다.
즉, 선단 영역(X)에서 음극코팅층(123)의 로딩레벨은 비교예와 유사하고, 종단 영역(Y)에서 음극코팅층(123)의 로딩레벨은 전극 조립체(120)의 용량 대비 출력량을 증가시키도록 조절될 수 있다.
제1양극코팅층(124a)의 로딩레벨은 A2이고, 제2양극코팅층(124b)의 로딩레벨은 B2로 A2보다는 작을 수 있다. 제3양극코팅층(124c)의 로딩레벨은 C2이고, 제4양극코팅층(124d)의 로딩레벨은 D2로 C2보다는 작을 수 있다. 또한 제2양극코팅층(124b)의 로딩레벨(B2)은 제4양극코팅층(124d)의 로딩레벨(D2) 보다 작고, 제1양극코팅층(124a)의 로딩레벨(A2)은 제3양극코팅층(124c)의 로딩레벨(C2)보다 크거나 같을 수 있다.
즉, 선단 영역(X)에서 양극코팅층(124)의 로딩레벨은 비교예와 유사하고, 종단 영역(Y)에서 양극코팅층(124)의 로딩레벨은 전극 조립체(120)의 용량 대비 출력량을 증가시키도록 조절될 수 있다.
일예로, 실시예 3과 같은 전극 조립체(120)의 음극코팅층(123)과 양극코팅층(124)의 로딩레벨은 표 6과 같을 수 있다. 표 6과 같이 제1음극코팅층(123a)의 로딩레벨과 제2음극코팅층(123b)의 로딩레벨의 합은 제3음극코팅층(123c)의 로딩레벨과 제4음극코팅층(123d)의 로딩레벨의 합과 동일할 수 있다. 또한 제1양극코팅층(124a)의 로딩레벨과 제2양극코팅층(124b)의 로딩레벨의 합은 제3음극코팅층(123c)의 로딩레벨과 제4음극코팅층(123d)의 로딩레벨의 합과 동일할 수 있다. 또한 제1양극코팅층(124a)의 로딩레벨은 제3양극코팅층(124c)의 로딩레벨 보다 더 클 수 있다.
| 종류 | 로딩레벨 | 합계 | |
| 양극 | 제1양극코팅층(124a) | 15.40 | 30.13 |
| 제2양극코팅층(124b) | 14.73 | ||
| 제3양극코팅층(124c) | 15.22 | 30.13 | |
| 제4양극코팅층(124d) | 14.91 | ||
| 음극 | 제1음극코팅층(123a) | 15.67 | 30.67 |
| 제2음극코팅층(123b) | 15.00 | ||
| 제3음극코팅층(123c) | 15.46 | 30.67 | |
| 제4음극코팅층(123d) | 15.21 | ||
또한 양극코팅층(124)과 음극코팅층(123)의 로딩레벨이 표 6과 같을 경우, 전극 조립체(120)의 권취 턴수에 따라, 양극집전판(122a)의 내면(122ay)에서의 양극 대 음극 용량비율과 양극집전판(122a)의 외면(122az)에서의 양극 대 음극 용량비율은 도 8과 같을 수 있다.
도 8에 도시된 바와 같이, 실시예 3의 일예(표 6)와 같은 로딩레벨을 같도록 제조된 전극 조립체(120)는 선단 영역(X)에서 양극집전판(122a)의 내면(122ay)에서의 양극 대 음극 용량비율과, 양극집전판(122a)의 외면(122az)에서의 양극 대 음극 용량비율은 비교예와 동일하다.
도 8에 도시된 바와 같이 실시예 3의 일예(표 6)와 같은 로딩레벨을 같도록 제조된 전극 조립체(120)는 종단 영역(Y)에서 양극집전판(122a)의 내면(122ay)에서의 양극 대 음극 용량비율은 비교예에 비해서 감소하고, 양극집전판(122a)의 외면(122az)에서의 양극 대 음극 용량비율은 비교예에 비해서 증가한 것을 알 수 있다. 즉, 실시예 3의 일예(표 6)와 같은 로딩레벨을 갖도록 제조된 전극 조립체(120)는 종단 영역(Y)의 음극코팅층(123)의 로딩레벨과 양극코팅층(124)의 로딩레벨을 조절하여 양극 대 음극 용량비율이 최소 양극 대 음극 용량비율과 인접하도록 할 수 있다.
즉, 실시예 3과 같은 전극 조립체(120)는 종단 영역(Y)에서 음극코팅층(123)의 로딩레벨과 양극코팅층(124)의 로딩레벨을 조절하여 불필요하게 음극코팅층(123)의 용량이 증가되는 것을 방지할 수 있으며, 전극 조립체(120)의 용량 대비 출력량을 비교예에 비해서 더 증가시킬 수 있다.
또한 실시예 3의 다른예로, 전극 조립체(120)의 음극코팅층(123)과 양극코팅층(124)의 로딩레벨은 표 7과 같을 수 있다. 표 7과 같이 제1음극코팅층(123a)의 로딩레벨과 제2음극코팅층(123b)의 로딩레벨의 합은 제3음극코팅층(123c)의 로딩레벨과 제4음극코팅층(123d)의 로딩레벨의 합과 동일할 수 있다. 또한 제1양극코팅층(124a)의 로딩레벨과 제2양극코팅층(124b)의 로딩레벨의 합은 제3음극코팅층(123c)의 로딩레벨과 제4음극코팅층(123d)의 로딩레벨의 합보다 더 작을 수 있다.
| 종류 | 로딩레벨 | 합계 | |
| 양극 | 제1양극코팅층(124a) | 15.40 | 30.13 |
| 제2양극코팅층(124b) | 14.73 | ||
| 제3양극코팅층(124c) | 15.40 | 30.56 | |
| 제4양극코팅층(124d) | 15.16 | ||
| 음극 | 제1음극코팅층(123a) | 15.67 | 30.67 |
| 제2음극코팅층(123b) | 15.00 | ||
| 제3음극코팅층(123c) | 15.46 | 30.67 | |
| 제4음극코팅층(123d) | 15.21 | ||
또한 양극코팅층(124)과 음극코팅층(123)의 로딩레벨이 표 7과 같을 경우, 전극 조립체(120)의 권취 턴수에 따라, 양극집전판(122a)의 내면(122ay)에서의 양극 대 음극 용량비율과 양극집전판(122a)의 외면(122az)에서의 양극 대 음극 용량비율은 도 9와 같을 수 있다. 실시예 3에 대한 일예(표 6)와 표 7을 비교하면 제3양극코팅층(124c)의 로딩레벨과 제4양극코팅층(124d)의 로딩레벨을 변경하여 그 합이 제1양극코팅층(124a)의 로딩레벨과 제2양극코팅층(124b)의 로딩레벨의 합에 비해서 더 큰 것을 제외하고는 동일할 수 있다. 이때, 제1양극코팅층(124a)의 로딩레벨은 제3양극코팅층(124c)의 로딩레벨과 같거나 더 클 수 있다.
도 9에 도시된 바와 같이, 제3양극코팅층(124c)의 로딩레벨과 제4양극코팅층(124d)의 로딩레벨의 합이 제1양극코팅층(124a)의 로딩레벨과 제2양극코팅층(124b)의 로딩레벨의 합에 비해서 더 크면, 종단 영역(Y)의 양극집전판(122a)의 내면(122ay)에서의 양극 대 음극 용량비율과, 종단 영역(Y)의 양극집전판(122a)의 외면(122az)에서의 양극 대 음극 용량비율은 실시예 3의 일예(표 6, 도 8)에 비해서 더 감소된 것을 알 수 있다. 즉, 실시예 3의 다른예(표 7)와 같은 전극 조립체(120)는 종단 영역(Y)에서 양극코팅층(124)의 로딩레벨을 선단 영역(X)의 양극코팅층(124)의 로딩레벨에 비해서 더 크게 하여, 양극 대 음극 용량비율이 좀 더 리튬 석출을 방지하기 위한 최소 용량비율과 가깝도록 할 수 있다. 이와같은 실시예 3의 다른예(표 7)의 전극 조립체(120)는 불필요하게 음극코팅층(123)의 용량이 증가되는 것을 방지할 수 있으며, 전극 조립체(120)의 용량 대비 출력량을 실시예 3의 일 예(표 6)에 비해서 더 증가시킬 수 있다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 의한 전극 조립체 및 이를 포함하는 이차전지를 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
100: 이차전지
110: 케이스 120:전극 조립체
121: 음극판 121a: 음극집전판
122: 양극판 122a: 양극집전판
123: 음극코팅층 123a: 제1음극코팅층
123b: 제2음극코팅층 123c: 제3음극코팅층
123d: 제4음극코팅층 124: 양극코팅층
124a: 제1양극코팅층 124b: 제2양극코팅층
124c: 제3양극코팅층 124d: 제4양극코팅층
130: 케이스
110: 케이스 120:전극 조립체
121: 음극판 121a: 음극집전판
122: 양극판 122a: 양극집전판
123: 음극코팅층 123a: 제1음극코팅층
123b: 제2음극코팅층 123c: 제3음극코팅층
123d: 제4음극코팅층 124: 양극코팅층
124a: 제1양극코팅층 124b: 제2양극코팅층
124c: 제3양극코팅층 124d: 제4양극코팅층
130: 케이스
Claims (12)
- 음극집전판의 양면에 음극코팅층이 형성된 음극판;
양극집전판의 양면에 양극코팅층이 형성된 양극판; 및
상기 양극판과 상기 음극판 사이에 개재된 세퍼레이터를 포함하는 전극 조립체에 있어서,
상기 양극코팅층은 상기 양극집전판의 제1면의 선단 영역에 형성된 제1양극코팅층과, 상기 양극집전판의 상기 제1면의 반대면인 제2면의 상기 선단 영역에 형성된 제2양극코팅층과, 상기 양극집전판의 상기 제1면의 종단 영역에 형성된 제3양극코팅층과, 상기 양극집전판의 상기 제2면의 상기 종단 영역에 형성된 제4양극코팅층을 포함하며,
상기 제1양극코팅층의 로딩레벨은 상기 제2양극코팅층의 로딩레벨 보다 더 크고,
상기 제3양극코팅층의 로딩레벨과 상기 제4양극코팅층의 로딩레벨은 상기 제1양극코팅층의 로딩레벨 보다 작고, 상기 제2양극코팅층의 로딩레벨 보다 큰 것을 특징으로 하는 전극 조립체. - 제 1 항에 있어서,
상기 제1양극코팅층의 로딩레벨과 상기 제2양극코팅층의 로딩레벨의 합은, 상기 제3양극코팅층의 로딩레벨과 상기 제4양극코팅층의 로딩레벨의 합과 같거나 더 작은 것을 특징으로 하는 전극 조립체. - 제 1 항에 있어서,
상기 음극코팅층은 상기 음극집전판의 제1면의 선단 영역에 형성된 제1음극코팅층과, 상기 음극집전판의 상기 제1면의 반대면인 제2면의 상기 선단 영역에 형성된 제2음극코팅층과, 상기 음극집전판의 상기 제1면의 종단 영역에 형성된 제3음극코팅층 및, 상기 음극집전판의 상기 제2면의 상기 종단 영역에 형성된 제4음극코팅층을 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 조립체. - 제 3 항에 있어서,
상기 제1음극코팅층의 로딩레벨과 상기 제3음극코팅층의 로딩레벨은 서로 같고,
상기 제2음극코팅층의 로딩레벨과 상기 제4음극코팅층의 로딩레벨은 서로 같으며, 상기 제1음극코팅층의 로딩레벨 보다는 더 작은 것을 특징으로 하는 전극 조립체. - 제 3 항에 있어서,
상기 제1음극코팅층의 로딩레벨은 상기 제2음극코팅층의 로딩레벨 보다 더 크며,
상기 제3음극코팅층의 로딩레벨과, 상기 제4음극코팅층의 로딩레벨은 상기 제1음극코팅층의 로딩레벨 보다 작고, 상기 제2음극코팅층의 로딩레벨 보다 큰 것을 특징으로 하는 전극 조립체. - 제 5 항에 있어서,
상기 제1음극코팅층의 로딩레벨과 상기 제2음극코팅층의 로딩레벨의 합은, 상기 제3음극코팅층의 로딩레벨과 상기 제4음극코팅층의 로딩레벨의 합과 같은 것을 특징으로 하는 전극 조립체. - 제 1 항에 있어서,
상기 양극판은
상기 양극집전판의 상기 제1면에, 상기 제1양극코팅층과 상기 제3양극코팅층이 서로 이격되어, 양극코팅층이 형성되지 않은 제1양극 무지부를 구비하고,
상기 양극집전판의 상기 제2면에 상기 제2양극코팅층과 상기 제4양극코팅층이 서로 이격되어, 양극코팅층이 형성되지 않은 제2양극 무지부를 구비하며,
상기 제1양극 무지부 또는 상기 제2양극 무지부 중 어느 하나에 부착된 양극탭을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 조립체. - 제 3 항에 있어서,
상기 음극판은
상기 음극집전판의 상기 제1면에, 상기 제1음극코팅층과 상기 제3음극코팅층이 서로 이격되어, 음극코팅층이 형성되지 않은 제1음극 무지부를 구비하고,
상기 음극집전판의 상기 제2면에 상기 제2음극코팅층과 상기 제4음극코팅층이 서로 이격되어, 음극코팅층이 형성되지 않은 제2음극 무지부를 구비하며,
상기 제1음극 무지부 또는 상기 제2음극 무지부 중 어느 하나에 부착된 음극탭을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 조립체. - 음극집전판의 양면에 음극코팅층이 형성된 음극판;
양극집전판의 양면에 양극코팅층이 형성된 양극판; 및
상기 양극판과 상기 음극판 사이에 개재된 세퍼레이터를 포함하는 전극 조립체에 있어서,
상기 음극코팅층은 상기 음극집전판의 제1면의 선단 영역에 형성된 제1음극코팅층과, 상기 음극집전판의 상기 제1면의 반대면인 제2면의 상기 선단 영역에 형성된 제2음극코팅층과, 상기 음극집전판의 상기 제1면의 종단 영역에 형성된 제3음극코팅층 및, 상기 음극집전판의 상기 제2면의 상기 종단 영역에 형성된 제4음극코팅층을 포함하며,
상기 제1음극코팅층의 로딩레벨은 상기 제2음극코팅층의 로딩레벨 보다 더 크며,
상기 제3음극코팅층의 로딩레벨과, 상기 제4음극코팅층의 로딩레벨은 상기 제1음극코팅층의 로딩레벨 보다 작고, 상기 제2음극코팅층의 로딩레벨 보다 큰 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
- 제 9 항에 있어서,
상기 제1음극코팅층의 로딩레벨과 상기 제2음극코팅층의 로딩레벨의 합은, 상기 제3음극코팅층의 로딩레벨과 상기 제4음극코팅층의 로딩레벨의 합과 같거나 작은 것을 특징으로 하는 전극 조립체. - 제 9 항에 있어서,
상기 양극코팅층은 상기 양극집전판의 제1면의 선단 영역에 형성된 제1양극코팅층과, 상기 양극집전판의 상기 제1면의 반대면인 제2면의 상기 선단 영역에 형성된 제2양극코팅층과, 상기 양극집전판의 상기 제1면의 종단 영역에 형성된 제3양극코팅층과, 상기 양극집전판의 상기 제2면의 상기 종단 영역에 형성된 제4양극코팅층을 포함하며,
상기 제1양극코팅층의 로딩레벨과 상기 제3양극코팅층의 로딩레벨은 서로 같고,
상기 제2양극코팅층의 로딩레벨과 상기 제4양극코팅층의 로딩레벨은 서로 같으며, 상기 제1양극코팅층의 로딩레벨 보다는 더 작은 것을 특징으로 하는 전극 조립체. - 제 1 항 또는 제 9 항에 기재된 전극 조립체;
내부 공간을 구비하고, 상기 내부 공간에 상기 전극 조립체가 전해액을 수용한 케이스; 및
상기 케이스의 상부에 결합되어 상기 케이스를 밀봉하는 캡 플레이트를 포함하는 이차전지.
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