KR20220048447A - 전극체 및 이를 포함하는 원통형 리튬 전지 - Google Patents
전극체 및 이를 포함하는 원통형 리튬 전지 Download PDFInfo
- Publication number
- KR20220048447A KR20220048447A KR1020210133467A KR20210133467A KR20220048447A KR 20220048447 A KR20220048447 A KR 20220048447A KR 1020210133467 A KR1020210133467 A KR 1020210133467A KR 20210133467 A KR20210133467 A KR 20210133467A KR 20220048447 A KR20220048447 A KR 20220048447A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- coating
- bare
- anode
- negative electrode
- tab
- Prior art date
Links
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 34
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 34
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims abstract description 306
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims abstract description 306
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims abstract description 79
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 20
- 239000002390 adhesive tape Substances 0.000 claims description 9
- 239000011888 foil Substances 0.000 claims description 6
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 6
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910000570 Cupronickel Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 230000004308 accommodation Effects 0.000 claims description 3
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000011889 copper foil Substances 0.000 claims description 3
- YOCUPQPZWBBYIX-UHFFFAOYSA-N copper nickel Chemical compound [Ni].[Cu] YOCUPQPZWBBYIX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 238000005192 partition Methods 0.000 claims description 3
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims description 2
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 claims description 2
- 229910002065 alloy metal Inorganic materials 0.000 claims 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 14
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 8
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 4
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 4
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 2
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- OJIJEKBXJYRIBZ-UHFFFAOYSA-N cadmium nickel Chemical compound [Ni].[Cd] OJIJEKBXJYRIBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000003912 environmental pollution Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 229910052987 metal hydride Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- -1 nickel metal hydride Chemical class 0.000 description 1
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
-
- 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
- H01M10/05—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
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
- H01M10/052—Li-accumulators
- H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
- H01M4/48—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
- H01M4/483—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides for non-aqueous cells
-
- 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
-
- 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
- H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
- H01M50/531—Electrode connections inside a battery casing
-
- 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
- H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
- H01M50/531—Electrode connections inside a battery casing
- H01M50/534—Electrode connections inside a battery casing characterised by the material of the leads or tabs
-
- 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
- H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
- H01M50/531—Electrode connections inside a battery casing
- H01M50/538—Connection of several leads or tabs of wound or folded electrode stacks
-
- 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
- H01M10/0422—Cells or battery with cylindrical casing
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/64—Carriers or collectors
- H01M4/66—Selection of materials
- H01M4/661—Metal or alloys, e.g. alloy coatings
-
- 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
-
- 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
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
- Connection Of Batteries Or Terminals (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
Abstract
본 발명은 원통형 리튬전지용 전극체를 제공하고, 상기 전극체는 음극 시트, 제1 세퍼레이터, 양극 시트, 복수의 캐소드탭들 및 복수의 애노드탭들을 포함하는 적층체를 권취함으로써 형성되고, 상기 음극 시트 및 상기 양극 시트는 각각 음극 코팅 및 양극 코팅을 갖는다. 본 발명에 있어서, 상기 양극 코팅은 특정 구조의 양극 시트 상에 제공되어, 상기 양극 코팅의 코팅 면적을 증가시킴으로써, 상기 전극체의 정전용량을 증가시킨다.
Description
본 발명은 전극체 및 이를 포함하는 원통형 리튬전지에 관한 것이다.
기술의 발전에 따라, 사람들의 생활에 있어서 점점 더 휴대용 전자 제품들이 필수품이 되어왔다. 휴대용 전자 제품들은 전력을 공급할 전지를 필요로 한다. 메모리가 없고 부피가 작은 이점들을 나타내는 이차전지는 일차전지보다 더 친환경적이고, 따라서 더욱 광범위하게 적용된다. 작은 이차전지에 있어서, 리튬전지는 환경 오염을 일으키는 니켈-카드뮴 전지 및 낮은 부피 에너지밀도와 높은 온도를 가지는 니켈 금속 수소화물(NiMH) 전지를 점진적으로 대체하여 왔다.
리튬전지는 원통형 리튬전지 및 정사각형 리튬전지의 형태가 가장 일반적이다. 원통형 리튬전지는 상당히 발전된 와인딩 공정을 채택하고, 높은 수준의 자동화, 안정적 제품 품질 및 낮은 비용을 갖는다. 정사각형 리튬전지의 구조가 원통형 리튬전지의 구조에 비해 더 단순하지만, 정사각형 리튬전지는 제품의 크기에 따라 주문 맞춤식으로 제조될 수 있고, 그 결과, 시장에는 수천개의 모델들이 있다. 더구나, 그러한 정사각형 리튬전지는 너무나 많은 모델 수로 인해 제조 공정을 단일화하는 것이 어렵다. 따라서, 표준 방식으로 제조되는 원통형 리튬전지를 채택함으로써 제품 공정이 보장될 수 있고, 또한 대체 전지도 쉽게 만들 수 있다.
현재의 디자인에서, 원통형 리튬전지는 일반적으로 하나의 애노드탭(anode tab)과 하나의 캐소드탭(cathode tab), 하나의 캐소드탭과 두개의 애노드탭, 및 두개의 캐소드탭과 두개의 애노드탭의 조합을 이용한다. 그러나, 상기한 조합의 전지들은 여전히 짧은 작업시간(work time), 높은 작동온도 및 높은 임피던스의 단점들을 가지고, 그 결과, 원통형 리튬전지는 높은 이동성 및 높은 용량이 필수적으로 요구되는 모바일 제품들, 및 특히, 전동 기구들 및 전기 차량에 적절하게 적용될 수 없다.
상기의 관점에서, 본 발명의 목적은 낮은 임피던스를 가짐과 동시에 긴 작업시간 및 낮은 작동온도를 가짐으로써 수명이 상당히 연장되고 전지의 활용을 증대시키는 원통형 리튬전지를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 원통형 리튬전지용 전극체(electrode body)를 제공하고, 상기 전극체는 음극(negative electrode) 시트, 제1 세퍼레이터, 양극(positive electrode) 시트, 복수의 캐소드탭들 및 복수의 애노드탭들을 포함하는 적층체를 권취하여 형성된 권취체(wound body)이다. 상기 음극 시트는 음극 기재이다. 상기 음극 기재는 음극 상부 표면 및 상기 음극 상부 표면과 마주보는 음극 하부 표면을 갖는다. 상기 음극 상부 표면은 제1 음극 코팅, 제1 베어(bare) 음극 코팅, 제2 베어 음극 코팅 및 제3 베어 음극 코팅을 갖는다. 상기 음극 하부 표면은 제2 음극 코팅, 제4 베어 음극 코팅, 제5 베어 음극 코팅 및 제6 베어 음극 코팅을 갖는다. 제1 베어 음극 코팅과 제4 베어 음극 코팅은 마주보도록 구성되고, 제2 베어 음극 코팅과 제5 베어 음극 코팅은 마주보도록 구성되며, 제3 베어 음극 코팅과 제6 베어 음극 코팅은 마주보도록 구성된다. 제1 세퍼레이터는 음극 시트 상에 배치된다. 양극 시트는 양극 기재이다. 상기 양극 기재는 양극 상부 표면, 및 상기 양극 상부 표면과 마주보는 양극 하부 표면을 가지고, 상기 양극 하부 표면은 상기 음극 상부 표면과 마주본다. 상기 양극 상부 표면은 제1 양극 코팅, 제1 베어 양극 코팅, 제2 베어 양극 코팅 및 제3 베어 양극 코팅을 갖는다. 상기 양극 하부 표면은 제2 양극 코팅, 제4 베어 양극 코팅, 제5 베어 양극 코팅 및 제6 베어 양극 코팅을 갖는다. 제1 베어 양극 코팅과 제4 베어 양극 코팅은 마주보도록 구성되고, 제2 베어 양극 코팅과 제5 베어 양극 코팅은 엇갈리게(staggered) 구성되며, 제3 베어 양극 코팅과 제6 베어 양극 코팅은 마주보도록 구성된다. 복수의 캐소드탭들 중 제1 캐소드탭의 일단은 제1 베어 양극 코팅 또는 제4 베어 양극 코팅에 연결되고, 복수의 캐소드탭들 중 제2 캐소드탭의 일단은 제3 베어 양극 코팅 또는 제6 베어 양극 코팅에 연결되며, 상기 제1 캐소드탭의 타단 및 상기 제2 캐소드탭의 타단은 각각 외부를 향해 연장되어 권취체의 일단으로부터 돌출된다. 복수의 애노드탭들 중 제1 애노드탭의 일단은 제1 베어 음극 코팅 또는 제4 베어 음극 코팅에 연결되고, 복수의 애노드탭들 중 제2 애노드탭의 일단은 제2 베어 음극 코팅 또는 제5 베어 음극 코팅에 연결되며, 복수의 애노드탭들 중 제3 애노드탭은 제3 베어 음극 코팅 또는 제6 베어 음극 코팅에 연결되고, 상기 제1 애노드탭의 타단과 상기 제2 애노드탭의 타단 및 상기 제3 애노드탭의 타단은 각각 외부를 향해 연장되어 권취체의 타단으로부터 돌출된다.
일 구체예에서, 제1 캐소드탭 및 제2 캐소드탭은 알루미늄 호일을 포함한다.
일 구체예에서, 제1 애노드탭, 제2 애노드탭 및 제3 애노드탭은 구리 호일, 니켈 호일 또는 구리-니켈 합금의 금속 호일을 포함한다.
일 구체예에서, 음극 시트는 권취단(wound end) 및 끝단(tail end)을 포함하고; 제1 베어 음극 코팅은 음극 시트의 권취단에 배치되고, 제2 베어 음극 코팅은 상기 권취단으로부터 상기 음극 시트의 1/3 내지 2/3 사이의 거리에 배치되고, 제3 베어 음극 코팅은 상기 음극 시트의 끝단에 배치된다.
일 구체예에서, 상기 양극 시트는 권취단 및 끝단을 포함하고; 제1 베어 양극 코팅은 상기 권취단과 상기 권취단으로부터 상기 양극 시트의 1/4 사이의 거리에 배치되며, 제3 베어 양극 코팅은 상기 끝단과 상기 끝단으로부터 상기 양극 시트의 1/4 사이의 거리에 배치된다.
일 구체예에서, 제5 베어 양극 코팅은 제2 베어 음극 코팅과 마주본다.
일 구체예에서, 제2 베어 양극 코팅, 제4 베어 양극 코팅, 제5 베어 양극 코팅 및 제6 베어 양극 코팅은 각각 접착테이프로 피복된다(covered).
일 구체예에서, 제1 베어 양극 코팅 및 제3 베어 양극 코팅은 각각 접착테이프로 피복되고, 상기 접착테이프들은 각각 제1 캐소드탭 및 제2 캐소드탭을 더 피복한다.
일 구체예에서, 상기 전극체는 제2 세퍼레이터를 더 포함하고, 상기 음극 시트는 제1 세퍼레이터와 제2 세퍼레이터 사이에 위치한다.
일 구체예에서, 상기 권취체로부터 돌출되는 제1 애노드탭의 일부는 제1 방사상 방향에 있고 중앙으로부터 제1 거리만큼 이격되어 있으며, 상기 권취체로부터 돌출되는 제2 애노드탭의 일부는 제2 방사상 방향에 있고 중앙으로부터 제2 거리만큼 이격되어 있으며, 상기 권취체로부터 돌출되는 제3 애노드탭의 일부는 제3 방사상 방향에 있고 중앙으로부터 제3 거리만큼 이격되어 있으며; 상기 제1 방사상 방향, 제2 방사상 방향 및 제3 방사상 방향은 상기 권취체를 세개의 다른 영역들로 구획화하고, 상기 제3 거리는 상기 제2 거리보다 크고, 상기 제2 거리는 상기 제1 거리보다 크다.
일 구체예에서, 상기 권취체로부터 돌출되는 제1 애노드탭 및 제3 애노드탭의 일부들은 엠보싱되고, 상기 권취체로부터 돌출되는 제2 애노드탭의 일부는 엠보싱되지 않는다.
일 구체예에서, 제1 캐소드탭의 일단 및 제2 캐소드탭의 일단은 각각 제1 베어 양극 코팅 및 제3 베어 양극 코팅에 연결되거나, 또는 제1 캐소드탭의 일단 및 제2 캐소드탭의 일단은 각각 제4 베어 양극 코팅 및 제6 베어 양극 코팅에 연결되고; 제1 애노드탭의 일단, 제2 애노드탭의 일단 및 제3 애노드탭의 일단은 각각 제1 베어 음극 코팅, 제2 베어 음극 코팅 및 제3 베어 음극 코팅에 연결되거나, 또는 제1 애노드탭의 일단, 제2 애노드탭의 일단 및 제3 애노드탭의 일단은 각각 제4 베어 음극 코팅, 제5 베어 음극 코팅 및 제6 베어 음극 코팅에 연결된다.
다른 구체예에서, 제1 캐소드탭의 일단 및 제2 캐소드탭의 일단이 각각 제1 베어 양극 코팅 및 제3 베어 양극 코팅에 연결될 때, 제1 애노드탭의 일단, 제2 애노드탭의 일단 및 제3 애노드탭의 일단은 각각 제1 베어 음극 코팅, 제2 베어 음극 코팅 및 제3 베어 음극 코팅에 연결된다.
다른 구체예에서, 제1 캐소드탭의 일단 및 제2 캐소드탭의 일단이 각각 제4 베어 양극 코팅 및 제6 베어 양극 코팅에 연결될 때, 제1 애노드탭의 일단, 제2 애노드탭의 일단 및 제3 애노드탭의 일단은 각각 제4 베어 음극 코팅, 제5 베어 음극 코팅 및 제6 베어 음극 코팅에 연결된다.
본 발명은 하우징, 양극 및 음극을 포함하는 원통형 리튬전지를 더 제공한다. 상기 하우징은 커버, 탱크, 및 상기 커버와 상기 탱크를 상호 밀봉하여 연결함으로써 형성된 탑-다운 연통 수용 공간(top-down communicating accommodating space)을 포함한다. 상기 양극은 상기 커버 내에 매립되고, 상기 음극은 상기 탱크 내에 매립된다. 상기한 전극체는 상기 수용 공간 내에 배치되고, 상기 전극체는 제1 캐소드탭 및 제2 캐소드탭을 통해 상기 양극에 연결되며, 상기 전극체는 제1 애노드탭, 제2 애노드탭 및 제3 애노드탭을 통해 상기 음극에 연결된다.
다른 구체예에서, 상기 원통형 리튬전지는 상기 수용 공간 내에 배치된 전해질을 더 포함한다.
다른 구체예에서, 상기 원통형 리튬전지는 상부 절연시트 및 하부 절연시트를 포함한다. 상기 상부 절연시트는 양극과 상기 권취체의 일단 사이에 배치되고, 상기 하부 절연시트는 음극과 상기 권취체의 타단 사이에 배치된다. 상기 상부 절연시트는 원형 시트 구조체이고, 부분 팬-형태(partial fan-shaped) 구멍을 가지며, 제1 캐소드탭의 상기 타단 및 제2 캐소드탭의 상기 타단은 상기 부분 팬-형태 구멍을 통과하여 양극에 연결된다. 상기 하부 절연시트는 부분 원형의 형태인 시트 구조체이고, 상기 부분 원형의 반지름은 권취체의 상기 타단의 반지름보다 작고, 이는 제2 애노드탭 및 제3 애노드탭이 상기 하부 절연시트의 모서리를 따라 음극에 연결되도록 한다. 또한, 부분 원형 형태의 상기 시트 구조체는 중앙에 구멍을 가지며, 제1 애노드탭이 상기 구멍을 통과하여 음극에 연결된다.
다른 구체예에서, 상기 권취체로부터 돌출되는 제1 애노드탭의 일부, 상기 권취체로부터 돌출되는 제2 애노드탭의 일부 및 상기 권취체로부터 돌출되는 제3 애노드탭의 일부는 순차적으로 상기 권취체의 타단 상에 적층되고, 상기 권취체로부터 돌출되는 제1 애노드탭의 일부, 상기 권취체로부터 돌출되는 제2 애노드탭의 일부 및 상기 권취체로부터 돌출되는 제3 애노드탭의 일부는 함께 용접되고, 추가로 상기 탱크에 더 용접된다.
본 발명에 있어서, 양극 코팅은 특정 구조의 양극 시트 상에 제공되어 상기 양극 코팅의 코팅 면적을 증가시킴으로써, 전극체의 정전용량을 증가시킨다. 또한, 제1 세퍼레이터의 존재를 생략하는 관점에서, 상기 구조는 또한 음극 시트의 상부 표면 상에서 양극 시트의 하부 표면 상의 양극 코팅과 마주보는 위치에 음극 코팅의 존재를 제공함으로써, 금속의 침전을 회피하여 위험을 방지한다.
본 발명의 상기한 측면들 및 다른 측면들은 첨부된 도면과 함께 하기에서 제공되는 구체예들에 대한 상세한 설명을 참조함으로써 당분야의 기술자에게 쉽게 인식될 것이다.
도면들에 나타낸 크기 및 규모는 본 발명의 실제 구현에 대한 제한을 형성하지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 구체예에 따른 전극체의 펼쳐진 적층체의 단면도이다;
도 2는 제1 비교예에 따른 전극체의 펼쳐진 적층체의 단면도이다;
도 3a는 본 발명의 일 구체예 및 제1 비교예에 따른 전압, 시간 및 온도의 관계도이다;
도 3b는 본 발명의 일 구체예 및 제1 비교예에 따른 저항 및 충전의 관계도이다;
도 4는 제2 비교예에 따른 전극체의 펼쳐진 적층체의 단면도이다;
도 5는 본 발명의 일 구체예에 따른 전극체의 권취된 적층체의 단면 구성도이다;
도 6a 및 도 6b는 각각 본 발명의 일 구체예에 따른 애노드탭들의 조립 전후의 구성도이다; 그리고
도 7은 본 발명의 다른 구체예에 따른 실시에 있어서의 원통형 리튬전지의 분해 구성도이다.
도 1은 본 발명의 일 구체예에 따른 전극체의 펼쳐진 적층체의 단면도이다;
도 2는 제1 비교예에 따른 전극체의 펼쳐진 적층체의 단면도이다;
도 3a는 본 발명의 일 구체예 및 제1 비교예에 따른 전압, 시간 및 온도의 관계도이다;
도 3b는 본 발명의 일 구체예 및 제1 비교예에 따른 저항 및 충전의 관계도이다;
도 4는 제2 비교예에 따른 전극체의 펼쳐진 적층체의 단면도이다;
도 5는 본 발명의 일 구체예에 따른 전극체의 권취된 적층체의 단면 구성도이다;
도 6a 및 도 6b는 각각 본 발명의 일 구체예에 따른 애노드탭들의 조립 전후의 구성도이다; 그리고
도 7은 본 발명의 다른 구체예에 따른 실시에 있어서의 원통형 리튬전지의 분해 구성도이다.
본 발명은 전극체 및 상기 전극체를 포함하는 원통형 리튬전지, 더욱 상세하게는 적어도 두개(예를 들어, 두개, 세개 또는 네개)의 캐소드탭 및 적어도 세개(예를 들어, 세개, 네개 또는 다섯개)의 애노드탭을 갖는 원통형 리튬전지를 제공한다.
본 발명은 첨부된 도면들을 참조하여, 하기 구체예들에서 상세하게 설명될 것이다. 첨부된 도면들에서, 동일 및/또는 상응하는 부재들은 동일한 참조 부호 및 숫자들로 표시된다.
다양한 구체예들이 하기에서 개시된다. 그러나, 해당 구체예들은 단지 다양한 형태로 구현되는 실시예로서 제시된다는 것을 이해하여야만 한다. 또한, 다양한 구체예들에서 제공된 각 실시예는 예시적인 것임이 합리적으로 예상되고, 제한으로서 해석되어서는 안된다. 또한, 도면들은 실제 크기 및 실제 비율로 도시된 것은 아니고, 일부 구성들은 특정 부재들의 상세를 강조하기 위하여 확대되어 있다(도면들에 도시된 임의의 크기, 소재 및 유사한 상세사항들은 제한적인 것이 아니고 예시적인 것임이 합리적으로 예상된다). 따라서, 본 명세서에 개시된 특정 구조 사항들 및 기능 사항들은 제한으로서 해석되어서는 안되고, 개시된 구체예들을 당분야의 기술자에게 알려주기 위한 기본 사항들로서 사용된다.
도 1은 본 발명의 일 구체예에 따른 펼쳐진 전극체(100)의 단면도를 나타낸다. 상기 전극체(100)는 적층체를 바닥에서부터 상단까지 권취함으로써 형성된 권취체이고, 상기 적층체는 음극 시트(120), 제1 세퍼레이터(140), 양극 시트(160), 복수의 애노드탭(130) 및 복수의 캐소드탭(170)을 포함한다. 음극 시트(120)는 음극 기재이다. 상기 음극 기재는 음극 상부 표면(120a) 및 상기 음극 상부 표면(120a)과 마주보는 음극 하부 표면(120b)을 갖는다. 상기 음극 상부 표면(120a)은 제1 음극 코팅(121), 제1 베어 음극 코팅(131), 제2 베어 음극 코팅(132) 및 제3 베어 음극 코팅(133)을 갖는다. 상기 음극 하부 표면(120b)은 제2 음극 코팅(122), 제4 베어 음극 코팅(134), 제5 베어 음극 코팅(135) 및 제6 베어 음극 코팅(136)을 갖는다. 제1 베어 음극 코팅(131)과 제4 베어 음극 코팅(134)은 서로 마주보도록 구성되고, 제2 베어 음극 코팅(132)과 제5 베어 음극 코팅(135)은 서로 마주보도록 구성되며, 제3 베어 음극 코팅(133)과 제6 베어 음극 코팅(136)은 서로 마주보도록 구성된다. 제1 세퍼레이터(140)는 음극 시트(120) 상에 배치된다. 양극 시트(160)는 양극 기재이다. 상기 양극 기재는 양극 상부 표면(160a) 및 상기 양극 상부 표면(160a)과 마주보는 양극 하부 표면(160b)을 가지며, 상기 양극 하부 표면(160b)은 음극 상부 표면(120a)과 마주본다. 양극 상부 표면(160a)은 제1 양극 코팅(161), 제1 베어 양극 코팅(171), 제2 베어 양극 코팅(172) 및 제3 베어 양극 코팅(173)을 갖는다. 양극 하부 표면(160b)은 제2 양극 코팅(162), 제4 베어 양극 코팅(174), 제5 베어 양극 코팅(175) 및 제6 베어 양극 코팅(176)을 갖는다. 제1 베어 양극 코팅(171)과 제4 베어 양극 코팅(174)은 마주보도록 구성되고, 제2 베어 양극 코팅(172)과 제5 베어 양극 코팅(175)은 엇갈리게 구성되며, 제3 베어 양극 코팅(173)과 제6 베어 양극 코팅(176)은 마주보도록 구성된다. 제1 캐소드탭(170a)의 일단 및 제2 캐소드탭(170b)의 일단은 각각 제1 베어 양극 코팅(171) 및 제3 베어 양극 코팅(173)에 연결되고; 제1 캐소드탭(170a)의 타단 및 제2 캐소드탭(170b)의 타단은 각각 외부를 향해 연장되어 권취체의 일단으로부터 돌출된다. 제1 애노드탭(130a)의 일단, 제2 애노드탭(130b)의 일단 및 제3 애노드탭(130c)의 일단은 각각 제1 베어 음극 코팅(131), 제2 베어 음극 코팅(132) 및 제3 베어 음극 코팅(133)에 연결되고; 제1 애노드탭(130a)의 타단, 제2 애노드탭(130b)의 타단 및 제3 애노드탭(130c)의 타단은 각각 외부를 향해 연장되어 권취체의 타단으로부터 돌출된다. 일 구체예에서, 제5 베어 양극 코팅(175)은 제2 베어 음극 코팅(132)과 마주본다. 일 구체예에서, 양극 시트의 상부 표면에서 베어 양극 코팅 이외의 영역은 양극 코팅이고, 양극 시트의 하부 표면에서 베어 양극 코팅 이외의 영역은 양극 코팅이며, 음극 시트의 상부 표면에서 베어 음극 코팅 이외의 영역은 음극 코팅이고, 음극 시트의 하부 표면에서 베어 음극 코팅 이외의 영역은 음극 코팅이다.
일 구체예에서, 제1 캐소드탭(170a) 및 제2 캐소드탭(170b)은 알루미늄 호일을 포함한다. 일 구체예에서, 제1 애노드탭(130a), 제2 애노드탭(130b) 및 제3 애노드탭(130c)은 구리 호일, 니켈 호일 또는 구리-니켈 합금의 금속 호일을 포함한다. 본 발명에 있어서 베어 음극 코팅은 음극 코팅이 없는 영역을 의미한다. 유사하게, 본 발명에 있어서 베어 양극 코팅은 양극 코팅이 없는 영역을 의미한다.
일 구체예에서, 음극 시트(120)는 권취단(A1) 및 끝단(A2)을 포함하고; 제1 베어 음극 코팅(131)은 상기 음극 시트(120)의 권취단(A1)에 배치되고, 제2 베어 음극 코팅(132)은 권취단(A1)으로부터 음극 시트(120)의 1/3 내지 2/3 사이의 거리에 배치되며, 제3 베어 음극 코팅(133)은 음극 시트(120)의 끝단(A2)에 배치된다.
일 구체예에서, 양극 시트(160)는 권취단(C1) 및 끝단(C2)을 포함하고; 제1 베어 양극 코팅(171)은 권취단(C1)과 상기 권취단(C1)으로부터 양극 시트(160)의 1/4 사이의 거리에 배치되며, 제3 베어 양극 코팅(173)은 끝단(C2)과 상기 끝단(C2)으로부터 양극 시트(160)의 1/4 사이의 거리에 배치된다.
일 구체예에서, 단락(short circuitry)을 방지하기 위하여, 제2 베어 양극 코팅(172), 제4 베어 양극 코팅(174), 제5 베어 양극 코팅(175) 및 제6 베어 양극 코팅(176)은 각각 접착테이프(190)로 피복된다. 일 구체예에서, 단락을 방지하기 위하여, 제1 베어 양극 코팅(171) 및 제3 베어 양극 코팅(173)은 각각 접착테이프(190)로 피복되고, 상기 접착테이프는 각각 제1 캐소드탭(170a) 및 제2 캐소드탭(170b)을 더 피복한다.
일 구체예에서, 상기 전극체(100)는 제2 세퍼레이터(180)를 더 포함하고, 상기 음극 시트(120)는 제1 세퍼레이터(140)와 제2 세퍼레이터(180) 사이에 존재한다.
일 구체예에서, 상기 캐소드탭들 및 애노드탭들은 용접에 의해 각각 양극 시트 및 음극 시트에 연결된다. 상기 용접은 바람직하게는 초음파 용접이다.
본 발명의 다른 구체예에서, 제1 캐소드탭(170a)의 일단 및 제2 캐소드탭(170b)의 일단은 각각 제4 베어 양극 코팅(174) 및 제6 베어 양극 코팅(176)에 연결되지만, 각각 제1 베어 양극 코팅(171) 및 제3 베어 양극 코팅(173)에는 연결되지 않고; 제1 애노드탭(130a)의 일단, 제2 애노드탭(130b)의 일단 및 제3 애노드탭(130c)의 일단은 각각 제4 베어 음극 코팅(134), 제5 베어 음극 코팅(135) 및 제6 베어 음극 코팅(136)에 연결되지만, 제1 베어 음극 코팅(131), 제2 베어 음극 코팅(132) 및 제3 베어 음극 코팅(133)에는 연결되지 않는다.
도 2는 제1 비교예에 따른 전극체(200)의 펼쳐진 적층체의 단면도를 나타낸다. 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 비교예에서, 전극체(200)는 적층체를 바닥에서부터 상단까지 권취하여 형성된 권취체이다. 상기 적층체는 음극 시트(220), 제1 세퍼레이터(240), 양극 시트(260), 두개의 캐소드탭(270) 및 두개의 애노드탭(230)을 포함한다. 상기 음극 시트(220)는 음극 기재이다. 상기 음극 기재는 음극 상부 표면(220a) 및 상기 음극 상부 표면(220a)과 마주보는 음극 하부 표면(220b)을 갖는다. 상기 음극 상부 표면(220a)은 제1 음극 코팅(221), 제1 베어 음극 코팅(231) 및 제2 베어 음극 코팅(232)을 갖는다. 상기 음극 하부 표면(220b)은 제2 음극 코팅(222), 제3 베어 음극 코팅(233) 및 제4 베어 음극 코팅(234)을 갖는다. 제1 베어 음극 코팅(231)과 제3 베어 음극 코팅(233)은 마주보도록 구성되고, 제2 베어 음극 코팅(232)과 제4 베어 음극 코팅(234)은 마주보도록 구성된다. 제1 세퍼레이터(240)는 음극 시트(220) 상에 배치된다. 상기 양극 시트(260)는 양극 기재이다. 상기 양극 기재는 양극 상부 표면(260a) 및 상기 양극 상부 표면(260a)과 마주보는 양극 하부 표면(260b)을 가지며, 상기 양극 하부 표면(260b)은 음극 상부 표면(220a)과 마주본다(즉, 양극 하부 표면(260b)과 음극 상부 표면(220a)은 그들 사이에 제1 세퍼레이터(240)가 개재되어 서로 마주보도록 구성된다). 양극 상부 표면(260a)은 제1 양극 코팅(261), 제1 베어 양극 코팅(271) 및 제2 베어 양극 코팅(272)을 갖는다. 양극 하부 표면(260b)은 제2 양극 코팅(262), 제3 베어 양극 코팅(273) 및 제4 베어 양극 코팅(274)을 갖는다. 제1 베어 양극 코팅(271)과 제3 베어 양극 코팅(273)은 마주보도록 구성되고, 제2 베어 양극 코팅(272)과 제4 베어 양극 코팅(274)은 마주보도록 구성된다. 제1 캐소드탭(270a)의 일단 및 제2 캐소드탭(270b)의 일단은 각각 제1 베어 양극 코팅(271) 및 제2 베어 양극 코팅(272)에 연결되고, 제1 캐소드탭(270a)의 타단 및 제2 캐소드탭(270b)의 타단은 각각 외부로 연장되어 권취체의 일단으로부터 돌출된다. 제1 애노드탭(230a)의 일단 및 제2 애노드탭(230b)의 일단은 각각 제1 베어 음극 코팅(231) 및 제2 베어 음극 코팅(232)에 연결되고, 제1 애노드탭(230a)의 타단 및 제2 애노드탭(230b)의 타단은 각각 외부로 연장되어 권취체의 타단으로부터 돌출된다. 본 발명의 일 구체예의 전극체(100)의 적층체에 비하여, 도 2에 도시된 적층체는 단지 두개의 캐소드탭 및 두개의 애노드탭을 포함한다.
도 3a는 본 발명의 일 구체예 및 비교예의 전압, 작업시간 및 작동온도의 관계도를 나타낸다. 도 3b는 본 발명의 일 구체예 및 제1 비교예에 따른 저항 및 충전의 관계도를 나타낸다. 도 3a는 다음의 테스트 조건 하에서의 테스트에 따라 얻어진다: 1C로 정격전압 4.2V까지 충전 및 23℃에서 95W의 전력으로 2.0V까지 방전. 도 3b는 다음의 테스트 조건 하에서의 테스트에 따라 얻어진다: 1C로 정격전압 4.2V까지 충전 및 23℃에서 1A 및 10A로 2.0V까지 교대로 방전. 도 3a 및 도 3b에나타난 바와 같이, 본 발명의 해당 구체예의 전극체는 세개의 애노드탭을 가지고, 따라서 제1 비교예의 전극체에 비하여 더 낮은 저항, 더 낮은 작동온도 및 더 긴 작업시간을 갖는다. 따라서, 본 발명의 전극체를 원통형 리튬전지에 적용함으로써, 전지의 수명 및 활용도가 현저히 증가할 수 있다.
도 4는 제2 비교예에 따른 전극체의 펼쳐진 적층체의 단면도를 나타낸다. 도 4에 도시된 바와 같이, 제2 비교예에서, 전극체(300)는 적층체를 바닥에서부터 상단까지 권취하여 형성된 권취체이다. 상기 적층체는 음극 시트(320), 제1 세퍼레이터(340), 양극 시트(360), 두개의 캐소드탭(370) 및 세개의 애노드탭(330)을 포함한다. 상기 음극 시트(320)는 음극 기재이다. 상기 음극 기재는 음극 상부 표면(320a) 및 상기 음극 상부 표면(320a)과 마주보는 음극 하부 표면(320b)을 갖는다. 상기 음극 상부 표면(320a)은 제1 음극 코팅(321), 제1 베어 음극 코팅(331), 제2 베어 음극 코팅(332) 및 제3 베어 음극 코팅(333)을 갖는다. 상기 음극 하부 표면(320b)은 제2 음극 코팅(322), 제4 베어 음극 코팅(334), 제5 베어 음극 코팅(335) 및 제6 베어 음극 코팅(336)을 갖는다. 제1 베어 음극 코팅(331)과 제4 베어 음극 코팅(334)은 마주보도록 구성되고, 제2 베어 음극 코팅(332)과 제5 베어 음극 코팅(335)은 마주보도록 구성되며, 제3 베어 음극 코팅(333)과 제6 베어 음극 코팅(336)은 마주보도록 구성된다. 제1 세퍼레이터(340)는 음극 시트(320) 상에 배치된다. 상기 양극 시트(360)는 양극 기재이다. 상기 양극 기재는 양극 상부 표면(360a) 및 상기 양극 상부 표면(360a)과 마주보는 양극 하부 표면(360b)을 가지며, 상기 양극 하부 표면(360b)은 음극 상부 표면(320a)과 마주본다. 양극 상부 표면(360a)은 제1 양극 코팅(361), 제1 베어 양극 코팅(371), 제2 베어 양극 코팅(372) 및 제3 베어 양극 코팅(373)을 갖는다. 양극 하부 표면(360b)은 제2 양극 코팅(362), 제4 베어 양극 코팅(374), 제5 베어 양극 코팅(375) 및 제6 베어 양극 코팅(376)을 갖는다. 제1 베어 양극 코팅(371)과 제4 베어 양극 코팅(374)은 마주보도록 구성되고, 제2 베어 양극 코팅(372)과 제5 베어 양극 코팅(375)은 마주보도록 구성되며, 제3 베어 양극 코팅(373)과 제6 베어 양극 코팅(376)은 마주보도록 구성되고, 제5 베어 양극 코팅(375)은 제2 베어 음극 코팅(332)과 마주본다. 제1 캐소드탭(370a)의 일단 및 제2 캐소드탭(370b)의 일단은 각각 제1 베어 양극 코팅(371) 및 제3 베어 양극 코팅(373)에 연결되고, 제1 캐소드탭(370a)의 타단 및 제2 캐소드탭(370b)의 타단은 각각 외부로 연장되어 권취체의 타단으로부터 돌출된다. 제1 애노드탭(330a)의 일단, 제2 애노드탭(330b)의 일단 및 제3 애노드탭(330c)의 일단은 각각 제1 베어 음극 코팅(331), 제2 베어 음극 코팅(332) 및 제3 베어 음극 코팅(333)에 연결되고, 제1 애노드탭(330a)의 타단, 제2 애노드탭(330b)의 타단 및 제3 애노드탭(330c)의 타단은 각각 외부로 연장되어 권취체의 타단으로부터 돌출된다.
본 발명의 일 구체예의 전극체를 제2 비교예와 비교하면, 제2 비교예의 전극체의 양극 시트(360)에서 양극 코팅이 적용된 면적은 감소되어, 낮은 정전용량의 문제가 발생한다. 일 구체예에서, 도 1에 도시된 바와 같이, 제2 베어 양극 코팅(172)과 제5 베어 양극 코팅(175)이 엇갈리는 방식으로 구성됨으로써 코팅 면적이 증가되어, 정전용량 또한 증가된다. 일 실시예에서, 양극 시트의 총 길이가 1200mm인 경우, 본 발명의 일 구체예의 전극체와 제2 비교예의 전극체의 코팅 면적의 총 길이에서의 차이는 42mm이고, 이는 둘 사이의 정전용량의 차이가 42/1200 ＝ 3.5%임을 의미한다. 본 발명의 전극체는 뛰어난 정전용량을 가짐이 명백하다. 따라서, 본 발명의 일 구체예의 전극체(100)의 적층체와 비교 시, 도 4의 적층체는 유사하게 두개의 캐소드탭 및 세개의 애노드탭을 포함하지만, 그것의 양극 코팅의 구조에서는 공간이 효율적으로 사용되지 못하여, 그 결과, 양극 코팅의 코팅 면적이 작아서, 정전용량의 증가를 이루지 못하게 된다. 특히, 도 4에서, 적층체(300)의 제2 베어 양극 코팅(372) 및 제5 베어 양극 코팅(375)은, 도 1에서의 제2 베어 양극 코팅(172) 및 제5 베어 양극 코팅(175)과 같이 엇갈리는 방식으로 배열되어 있지 않아서, 제2 베어 양극 코팅(372) 및 제5 베어 양극 코팅(375)의 각각의 면적은 모두 제2 베어 음극 코팅(332)의 면적보다 더 커서, 그 결과, 양극 코팅 면적이 작아서, 정전용량의 증가를 이루지 못하게 된다. 반면에, 도 1에서의 제2 베어 양극 코팅(172)과 제5 베어 양극 코팅(175)은 엇갈리는 방식으로 구성되어 있어서, 제2 베어 양극 코팅(172) 및 제5 베어 양극 코팅(175)의 각각의 면적은 제2 베어 음극 코팅(132)의 면적과 비슷하고(또는 같기도 하고), 그 결과, 양극 코팅 면적이 더 커서, 정전용량이 증가된다.
일 구체예에서, 제2 베어 양극 코팅(172)과 제5 베어 양극 코팅(175)을 엇갈리는 방식으로 구성하기 위하여, 제조된 양극 및 음극 원재료 혼합액을, 코팅 메커니즘에 의해, 양극 상부 표면(160a), 양극 하부 표면(160b), 음극 상부 표면(120a) 및 음극 하부 표면(120b)에 동시에 적용한다. 당분야의 기술자는, 당분야에서의 통상의 기술에 따라, 코팅의 위치, 길이, 폭 및 갭과 같은 관련된 파라미터들을 설정함으로써, 제2 베어 양극 코팅(172)과 제5 베어 양극 코팅(175)을 엇갈리는 방식으로 구성하는 결과를 달성할 수 있다. 상기한 바와 같이, 그러한 구조는 코팅의 코팅 면적을 증가시킴에 따라 정전용량을 증가시킨다.
도 5는 본 발명의 일 구체예에 따른 전극체(100)의 권취된 적층체의 단면 구성도를 나타낸다. 권취체(102)로부터 돌출되는 제1 애노드탭(130a)의 일부는 방사상 방향(D1)에 있고 중앙(O)으로부터 제1 거리(R1)만큼 이격되어 있으며, 권취체(102)로부터 돌출되는 제2 애노드탭(130b)의 일부는 제2 방사상 방향(D2)에 있고 중앙(O)으로부터 제2 거리(R2)만큼 이격되어 있으며, 권취체(102)로부터 돌출되는 제3 애노드탭(130c)의 일부는 제3 방사상 방향(D3)에 있고 중앙(O)으로부터 제3 거리(R3)만큼 이격되어 있다. 상기 제1 방사상 방향(D1), 제2 방사상 방향(D2) 및 제3 방사상 방향(D3)은 권취체를 세개의 다른 영역들로 구획화하고, 제1 방사상 방향(D1), 제2 방사상 방향(D2) 및 제3 방사상 방향(D3) 사이의 끼인각들은 특별히 규정되지 않는다. 또한, 상기 제3 거리(R3)는 제2 거리(R2)보다 길고, 제2 거리(R2)는 제1 거리(R1)보다 길다. 그러한 구성은 전지를 형성하기 위한 조립 공정 동안에 애노드탭들을 더욱 쉽게 용접하는데 유리하다. 또한, 도 5에 개시된 바와 같이, 권취체는 본 발명의 일 구체예의 전극체(100)의 권취단으로부터 권취한 후에 수득될 수 있다.
도 6a 및 도 6b는, 본 발명의 일 구체예에 따른 조립 전후의 전극체(100)의 제1 애노드탭(130a), 제2 애노드탭(130b) 및 제3 애노드탭(130c)의 구성도를 나타낸다. 상기 전극체(100)의 상단의 성형부분은 절연시트(110b)이다. 도 6a에서, 권취체(102)가 되도록 권취된 전극체(100)의 제1 애노드탭(130a), 제2 애노드탭(130b) 및 제3 애노드탭(130c)은 원래 절연시트(110b)에 대해 직각이다. 조립의 용이성을 제공하기 위하여, 도 6b에서, 제1 애노드탭(130a), 제2 애노드탭(130b) 및 제3 애노드탭(130c)은 절연시트(110b)에 가깝게 되도록 구부러지고, 제2 애노드탭(130b)은 제1 애노드탭(130a) 위에 있고, 제3 애노드탭(130c)은 제2 애노드탭(130b) 위에 있다. 도 7은 본 발명의 다른 구체예에 따른 실시에 있어서의 원통형 리튬전지(10)의 분해 구성도를 나타낸다. 원통형 리튬전지(10)는 하우징(12), 양극(20) 및 음극(30)을 포함한다. 상기 하우징(12)은 커버(14), 탱크(16), 및 상기 커버(14)와 상기 탱크(16)를 상호 밀봉하여 형성된 탑-다운 연통 수용 공간(18)을 포함한다. 상기 양극(20)은 상기 커버(14) 내에 매립되고, 상기 음극(30)은 상기 탱크(16) 내에 매립된다. 상기 구체예에 기재된 바와 같은 전극체(100)는 상기 수용 공간(18) 내에 배열된다. 상기 전극체(100)는 제1 캐소드탭(170a) 및 제2 캐소드탭(170b)을 통해 양극(20)에 전기적으로 연결되고, 또한 상기 전극체(100)는 제1 애노드탭(130a), 제2 애노드탭(130b) 및 제3 애노드탭(130c)을 통해 음극(30)에 전기적으로 연결된다.
본 발명의 다른 구체예에 따른 실시에 있어서의 원통형 리튬전지(10)는 상부 절연시트(110a)(도 7에 도시됨) 및 하부 절연시트(110b)(도 6a 및 도 6b에 도시됨)를 더 포함한다. 상기 상부 절연시트(110a)는 양극(20)과 권취체(102)의 일단 사이에 배치되고, 상기 하부 절연시트(110b)는 음극(30)과 권취체(102)의 타단 사이에 배치된다. 상부 절연시트(110a)는 원형 시트 구조체로서, 부분 팬-형태 구멍을 가져서, 제1 캐소드탭(170a)의 타단 및 제2 캐소드탭(170b)의 타단이 상기 부분 팬-형태 구멍을 통과하여 양극(20)(도시되지 않음)에 전기적으로 연결되도록 한다. 제1 캐소드탭 및 제2 캐소드탭은, 원통형 리튬전지를 위한 후속 조립의 용이성을 제공하기 위하여, 상기 팬-형태 구멍을 통과한 후에, 권취체(102)의 중앙의 축방향을 향해 구부러져서, 적층구조를 나타낸다(즉, 제2 캐소드탭(170b)이 제1 캐소드탭(170a) 상에 적층된다). 도 6a, 도 6b 및 도 7을 참조하면, 상기 하부 절연시트(110b)는 부분 원형 형태의 시트 구조체이고, 상기 부분 원형의 반지름은 권취체(102)의 타단의 반지름보다 작아서, 제2 애노드탭(130b) 및 제3 애노드탭이 하부 절연시트의 모서리를 따라서 음극(30)에 전기적으로 연결되도록 한다.
또한, 상기 부분 원형 형태의 시트 구조체의 중앙에는 구멍이 제공되어, 제1 애노드탭(130a)이 상기 구멍을 통과하여 음극(30)(도시되지 않음)에 전기적으로 연결되도록 한다.
본 발명의 전극체 및 상기 전극체를 포함하는 원통형 리튬 전지를 설명하기 위해 하나 이상의 구체예가 사용되었으나, 본 발명의 개시는 본 명세서에 기재된 구체예들에 한정되지는 않는다는 것을 이해하여야만 한다. 예를 들어, 캐소드탭들 및 애노드탭들의 수는 개시된 구체예들에서의 예들에 한정되지 않는다. 첨부된 청구범위에 의해 포괄되는 기술사상 및 측면들 내에 포함되는 다양한 변형들 및 유사한 구조들은 모든 유사한 변형들 및 구조들을 포함하도록 가장 넓게 해석되어야만 한다. 본 발명의 개시는 또한 첨부된 청구범위 내의 모든 구체예들을 포함한다.
Claims (15)
- 다음을 포함하는 적층체를 권취하여 형성된 권취체(wound body)인, 원통형 리튬전지에 적용되는 전극체:
음극 시트, 여기서 상기 음극 시트는 음극 기재이고, 상기 음극 기재는 음극 상부 표면 및 상기 음극 상부 표면과 마주보는 음극 하부 표면을 가지며, 상기 음극 상부 표면은 제1 음극 코팅, 제1 베어(bare) 음극 코팅, 제2 베어 음극 코팅 및 제3 베어 음극 코팅을 가지고, 상기 음극 하부 표면은 제2 음극 코팅, 제4 베어 음극 코팅, 제5 베어 음극 코팅 및 제6 베어 음극 코팅을 가지며, 제1 베어 음극 코팅과 제4 베어 음극 코팅은 마주보도록 구성되고, 제2 베어 음극 코팅과 제5 베어 음극 코팅은 마주보도록 구성되며, 제3 베어 음극 코팅과 제6 베어 음극 코팅은 마주보도록 구성된다;
상기 음극 시트 상에 배치된 제1 세퍼레이터;
상기 제1 세퍼레이터 상에 배치된 양극 시트, 여기서 상기 양극 시트는 양극 기재이고, 상기 양극 기재는 양극 상부 표면 및 상기 양극 상부 표면과 마주보는 양극 하부 표면을 가지고, 상기 양극 하부 표면은 상기 음극 상부 표면과 마주보고, 상기 양극 상부 표면은 제1 양극 코팅, 제1 베어 양극 코팅, 제2 베어 양극 코팅 및 제3 베어 양극 코팅을 가지고, 상기 양극 하부 표면은 제2 양극 코팅, 제4 베어 양극 코팅, 제5 베어 양극 코팅 및 제6 베어 양극 코팅을 가지며, 제1 베어 양극 코팅과 제4 베어 양극 코팅은 마주보도록 구성되고, 제2 베어 양극 코팅과 제5 베어 양극 코팅은 엇갈리게 구성되며, 제3 베어 양극 코팅과 제6 베어 양극 코팅은 마주보도록 구성된다;
복수의 캐소드탭들, 여기서 상기 복수의 캐소드탭들 중 제1 캐소드탭의 일단은 제1 베어 양극 코팅 또는 제4 베어 양극 코팅에 연결되고, 상기 복수의 캐소드탭들 중 제2 캐소드탭의 일단은 제3 베어 양극 코팅 또는 제6 베어 양극 코팅에 연결되며, 상기 제1 캐소드탭의 타단 및 상기 제2 캐소
드탭의 타단은 각각 외부를 향해 연장되어 권취체의 일단으로부터 돌출된다; 및
복수의 애노드탭들, 여기서 상기 복수의 애노드탭들 중 제1 애노드탭의 일단은 제1 베어 음극 코팅 또는 제4 베어 음극 코팅에 연결되고, 복수의 애노드탭들 중 제2 애노드탭의 일단은 제2 베어 음극 코팅 또는 제5 베어 음극 코팅에 연결되며, 상기 복수의 애노드탭들 중 제3 애노드탭은 제3 베어 음극 코팅 또는 제6 베어 음극 코팅에 연결되고, 상기 제1 애노드탭의 타단과 상기 제2 애노드탭의 타단 및 상기 제3 애노드탭의 타단은 각각 외부를 향해 연장되어 권취체의 타단으로부터 돌출된다. - 제1항에 있어서,
상기 제1 캐소드탭 및 제2 캐소드탭은 알루미늄 호일을 포함하는, 전극체. - 제1항에 있어서,
상기 제1 애노드탭, 제2 애노드탭 및 제3 애노드탭은 구리 호일, 니켈 호일 또는 구리-니켈 합금의 금속 호일을 포함하는, 전극체. - 제1항에 있어서,
상기 음극 시트는 권취단(wound end) 및 끝단(tail end)을 포함하고, 상기 제1 베어 음극 코팅은 상기 음극 시트의 권취단에 배치되고, 상기 제2 베어 음극 코팅은 상기 권취단으로부터 상기 음극 시트의 1/3 내지 2/3 사이의 거리에 배치되고, 제3 베어 음극 코팅은 상기 음극 시트의 끝단에 배치되는, 전극체. - 제1항에 있어서,
상기 양극 시트는 권취단 및 끝단을 포함하고, 제1 베어 양극 코팅은 상기 권취단과 상기 권취단으로부터 상기 양극 시트의 1/4 사이의 거리에 배치되며, 제3 베어 양극 코팅은 상기 끝단과 상기 끝단으로부터 상기 양극 시트의 1/4 사이의 거리에 배치되는, 전극체. - 제1항에 있어서,
상기 제5 베어 양극 코팅은 상기 제2 베어 음극 코팅과 마주보는, 전극체. - 제1항에 있어서,
상기 제2 베어 양극 코팅, 제4 베어 양극 코팅, 제5 베어 양극 코팅 및 제6 베어 양극 코팅은 각각 접착 테이프로 피복되는, 전극체. - 제1항에 있어서,
상기 제1 베어 양극 코팅 및 제3 베어 양극 코팅은 각각 접착 테이프로 피복되고, 상기 접착 테이프들은 각각 제1 캐소드탭 및 제2 캐소드탭을 더 피복하는, 전극체. - 제1항에 있어서,
상기 전극체는 제2 세퍼레이터를 더 포함하고, 상기 음극 시트는 제1 세퍼레이터와 제2 세퍼레이터 사이에 위치하는, 전극체. - 제1항에 있어서,
상기 권취체로부터 돌출되는 제1 애노드탭의 일부는 제1 방사상 방향에 있고 중앙으로부터 제1 거리만큼 이격되어 있으며, 상기 권취체로부터 돌출되는 제2 애노드탭의 일부는 제2 방사상 방향에 있고 중앙으로부터 제2 거리만큼 이격되어 있으며, 상기 권취체로부터 돌출되는 제3 애노드탭의 일부는 제3 방사상 방향에 있고 중앙으로부터 제3 거리만큼 이격되어 있으며, 상기 제1 방사상 방향, 제2 방사상 방향 및 제3 방사상 방향은 상기 권취체를 세개의 다른 영역들로 구획화하고, 상기 제3 거리는 상기 제2 거리보다 길고, 상기 제2 거리는 상기 제1 거리보다 긴, 전극체. - 제1항에 있어서,
상기 제1 캐소드탭의 일단 및 제2 캐소드탭의 일단은 각각 제1 베어 양극 코팅 및 제3 베어 양극 코팅에 연결되고, 또는 상기 제1 캐소드탭의 일단 및 제2 캐소드탭의 일단은 각각 제4 베어 양극 코팅 및 제6 베어 양극 코팅에 연결되고; 상기 제1 애노드탭의 일단, 제2 애노드탭의 일단 및 제3 애노드탭의 일단은 각각 제1 베어 음극 코팅, 제2 베어 음극 코팅 및 제3 베어 음극 코팅에 연결되고, 또는 상기 제1 애노드탭의 일단, 제2 애노드탭의 일단 및 제3 애노드탭의 일단은 각각 제4 베어 음극 코팅, 제5 베어 음극 코팅 및 제6 베어 음극 코팅에 연결되는, 전극체. - 다음을 포함하는 원통형 리튬전지:
커버, 탱크, 및 상기 커버와 상기 탱크를 상호 밀봉하여 연결함으로써 형성되는 탑-다운 연통 수용 공간을 포함하는 하우징;
상기 커버 내에 매립된 양극;
상기 탱크 내에 매립된 음극; 및
상기 수용 공간 내에 배치된 제1항의 전극체, 여기서 상기 전극체는 상기 제1 캐소드탭 및 제2 캐소드탭을 통해 상기 양극에 연결되며, 상기 전극체는 상기 제1 애노드탭, 제2 애노드탭 및 제3 애노드탭을 통해 상기 음극에 연결된다. - 제12항에 있어서,
상기 원통형 리튬전지는 상기 수용 공간 내에 배치된 전해질을 더 포함하는 원통형 리튬전지. - 제12항에 있어서,
상기 원통형 리튬전지는 상부 절연시트 및 하부 절연시트를 더 포함하고, 상기 상부 절연시트는 상기 양극과 권취체의 일단 사이에 배치되고, 상기 하부 절연시트는 상기 음극과 권취체의 타단 사이에 배치되며; 상기 상부 절연시트는 원형 시트 구조체이고, 부분 팬-형태 구멍을 가지며, 제1 캐소드탭의 타단 및 제2 캐소드탭의 타단은 상기 부분 팬-형태 구멍을 통과하여 양극에 연결되며; 상기 하부 절연시트는 부분 원형 형태의 시트 구조체이고, 상기 부분 원형의 반지름은 권취체의 타단의 반지름보다 작아서, 제2 애노드탭 및 제3 애노드탭이 상기 하부 절연시트의 모서리를 따라 음극에 연결되도록 하며, 상기 부분 원형 형태의 시트 구조체는 중앙에 구멍을 가져서, 제1 애노드탭이 상기 구멍을 통과하여 음극에 연결되는, 원통형 리튬전지. - 제14항에 있어서,
상기 권취체로부터 돌출되는 제1 애노드탭의 일부, 상기 권취체로부터 돌출되는 제2 애노드탭의 일부 및 상기 권취체로부터 돌출되는 제3 애노드탭의 일부는 순차적으로 상기 권취체의 타단 상에 적층되고, 상기 권취체로부터 돌출되는 제1 애노드탭의 일부, 상기 권취체로부터 돌출되는 제2 애노드탭의 일부 및 상기 권취체로부터 돌출되는 제3 애노드탭의 일부는 함께 용접되고, 상기 탱크에 용접되는, 원통형 리튬전지.
Applications Claiming Priority (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| TW109213311 | 2020-10-12 | ||
| TW109213311U TWM610692U (zh) | 2020-10-12 | 2020-10-12 | 電極體及含其之圓柱型鋰電池 |
| TW109135168A TWI768503B (zh) | 2020-10-12 | 2020-10-12 | 電極體及含其之圓柱型鋰電池 |
| TW109135168 | 2020-10-12 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20220048447A true KR20220048447A (ko) | 2022-04-19 |
| KR102639072B1 KR102639072B1 (ko) | 2024-02-20 |
Family
ID=77998722
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020210133467A KR102639072B1 (ko) | 2020-10-12 | 2021-10-07 | 전극체 및 이를 포함하는 원통형 리튬 전지 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US11973192B2 (ko) |
| EP (1) | EP3982441A1 (ko) |
| JP (1) | JP7387687B2 (ko) |
| KR (1) | KR102639072B1 (ko) |
| CN (1) | CN114361407A (ko) |
| CA (1) | CA3133725A1 (ko) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20130108387A (ko) * | 2010-10-15 | 2013-10-02 | 에이일이삼 시스템즈 인코포레이티드 | 일체형 배터리 탭 |
| KR20160108857A (ko) * | 2015-03-09 | 2016-09-21 | 주식회사 엘지화학 | 복수의 양극 탭들과 음극 탭들을 포함하는 원통형 이차전지 |
| CN107834014A (zh) * | 2017-09-18 | 2018-03-23 | 东莞市迈科新能源有限公司 | 一种高功率圆柱型锂离子电芯 |
| KR20200010028A (ko) * | 2018-07-20 | 2020-01-30 | 주식회사 엘지화학 | 전극 조립체 및 이를 포함하는 이차전지 |
Family Cites Families (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000311677A (ja) | 1999-04-27 | 2000-11-07 | Shin Kobe Electric Mach Co Ltd | 捲回式円筒型リチウム二次電池 |
| CN1270400C (zh) * | 2003-09-01 | 2006-08-16 | 比亚迪股份有限公司 | 圆柱形锂离子二次电池 |
| US8236441B2 (en) * | 2007-07-24 | 2012-08-07 | A123 Systems, Inc. | Battery cell design and methods of its construction |
| JP2011023130A (ja) | 2009-07-13 | 2011-02-03 | Panasonic Corp | 非水系二次電池 |
| KR101152515B1 (ko) | 2009-12-17 | 2012-06-01 | 삼성에스디아이 주식회사 | 전극조립체 및 이를 이용한 이차전지 |
| WO2012066637A1 (ja) | 2010-11-16 | 2012-05-24 | 株式会社 日立製作所 | 円筒形二次電池 |
| CN102227031A (zh) * | 2011-05-20 | 2011-10-26 | 无锡市明杨电池有限公司 | 一种具有高倍率放电特性的锂离子电池 |
| KR20170030290A (ko) * | 2015-09-09 | 2017-03-17 | 삼성에스디아이 주식회사 | 전극 조립체 및 이차 전지 |
| CN105161673B (zh) * | 2015-10-23 | 2018-05-01 | 东莞市致格电池科技有限公司 | 一种多极耳电芯的制造工艺及多极耳电池 |
| EP3817123A4 (en) * | 2018-07-20 | 2022-04-27 | LG Energy Solution, Ltd. | SET OF ELECTRODES AND RECHARGEABLE BATTERY INCLUDING THEM |
| JP7084299B2 (ja) | 2018-12-27 | 2022-06-14 | 三洋電機株式会社 | 二次電池 |
| CN110518186A (zh) * | 2019-09-03 | 2019-11-29 | 江西迪比科股份有限公司 | 一种双极耳低内阻锂离子二次电池 |
| CN211605265U (zh) * | 2019-11-25 | 2020-09-29 | 深圳市卓能新能源股份有限公司 | 一种低内阻锂电池极片及圆柱型锂电池 |
| CN211605338U (zh) * | 2020-03-18 | 2020-09-29 | 联动天翼新能源有限公司 | 一种多极耳快充圆柱锂电池 |
-
2021
- 2021-09-27 EP EP21199124.5A patent/EP3982441A1/en active Pending
- 2021-10-01 JP JP2021162539A patent/JP7387687B2/ja active Active
- 2021-10-07 US US17/496,068 patent/US11973192B2/en active Active
- 2021-10-07 KR KR1020210133467A patent/KR102639072B1/ko active IP Right Grant
- 2021-10-08 CN CN202111172014.8A patent/CN114361407A/zh active Pending
- 2021-10-08 CA CA3133725A patent/CA3133725A1/en active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20130108387A (ko) * | 2010-10-15 | 2013-10-02 | 에이일이삼 시스템즈 인코포레이티드 | 일체형 배터리 탭 |
| KR20160108857A (ko) * | 2015-03-09 | 2016-09-21 | 주식회사 엘지화학 | 복수의 양극 탭들과 음극 탭들을 포함하는 원통형 이차전지 |
| CN107834014A (zh) * | 2017-09-18 | 2018-03-23 | 东莞市迈科新能源有限公司 | 一种高功率圆柱型锂离子电芯 |
| KR20200010028A (ko) * | 2018-07-20 | 2020-01-30 | 주식회사 엘지화학 | 전극 조립체 및 이를 포함하는 이차전지 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR102639072B1 (ko) | 2024-02-20 |
| US11973192B2 (en) | 2024-04-30 |
| JP2022063852A (ja) | 2022-04-22 |
| CA3133725A1 (en) | 2022-04-12 |
| CN114361407A (zh) | 2022-04-15 |
| US20220115713A1 (en) | 2022-04-14 |
| JP7387687B2 (ja) | 2023-11-28 |
| EP3982441A1 (en) | 2022-04-13 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR100571268B1 (ko) | 집전체 및 이를 이용한 리튬 이온 이차 전지 | |
| KR20050121907A (ko) | 이차 전지와 이에 사용되는 전극 조립체 | |
| CN109075281B (zh) | 包括电极端子连接板的电池组 | |
| KR20180032083A (ko) | 이차전지 | |
| JP2016502742A (ja) | ラウンドコーナーを含む電極組立体 | |
| KR100589347B1 (ko) | 이차 전지 | |
| KR20190064977A (ko) | 전극 조립체 및 이를 포함하는 배터리 | |
| JP2014534580A (ja) | バッテリーセルおよびその製造方法、並びにこれを含むバッテリーモジュール | |
| WO2022133710A1 (zh) | 电化学装置和用电装置 | |
| KR102265846B1 (ko) | 전극단자 접속 플레이트를 포함하고 있는 전지팩 | |
| US20210028494A1 (en) | Unit cell and method for manufacturing the same | |
| US9905890B2 (en) | Rechargeable battery having label film, method for manufacturing rechargeable battery, and method for manufacturing label film for rechargeable battery | |
| KR102639072B1 (ko) | 전극체 및 이를 포함하는 원통형 리튬 전지 | |
| TWM610692U (zh) | 電極體及含其之圓柱型鋰電池 | |
| WO2022160296A1 (zh) | 电池单体、电池、用电设备、电池单体的制造方法及设备 | |
| TWI768503B (zh) | 電極體及含其之圓柱型鋰電池 | |
| CN109478692B (zh) | 包括耦接至其长边的电极引线的电极组件 | |
| US10038212B2 (en) | Rechargeable battery having electrode tap and manufacturing method thereof | |
| KR101865996B1 (ko) | 2차 전지 | |
| CN219534794U (zh) | 电池及用电设备 | |
| CN217788487U (zh) | 一种电芯及二次电池 | |
| KR102594549B1 (ko) | 돌출형 접촉 단자를 갖는 내부 전극 리드형 전기 에너지 저장 셀 | |
| EP4175051A1 (en) | Secondary battery | |
| US20150004477A1 (en) | Secondary battery | |
| CN115360480A (zh) | 一种低内阻的电芯及二次电池 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |