KR20220059591A - 이차 전지 - Google Patents
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Abstract
리튬 이차 전지는 복수의 전극들 및 전극들 사이에 배치된 분리막을 포함하는 전극 조립체, 전극 조립체에 포함된 전극들로부터 돌출된 노칭부들, 노칭부들과 전기적으로 연결된 전극 리드, 및 전극 리드 및 상기 노칭부들을 서로 연결시키며 복수의 서브 브릿지들을 포함하는 연결 브릿지를 포함한다. 연결 브릿지를 통해 기계적, 전기적 안정성이 향상된 전극 연결 구조가 구현될 수 있다.
Description
본 발명은 이차 전지에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 전극 조립체 및 전극 연결 구조를 포함하는 이차 전지에 관한 것이다.
이차 전지는 충전 및 방전이 반복 가능한 전지로서, 정보 통신 및 디스플레이 산업의 발전에 따라, 캠코더, 휴대폰, 노트북PC 등과 같은 휴대용 전자통신 기기들의 동력원으로 널리 적용되고 있다. 또한, 최근에는 하이브리드 자동차와 같은 친환경 자동차의 동력원으로서도 이차 전지를 포함한 전지 팩이 개발 및 적용되고 있다.
이차 전지로서 예를 들면, 리튬 이차 전지, 니켈-카드늄 전지, 니켈-수소 전지 등을 들 수 있으며, 이들 중 리튬 이차 전지가 작동 전압 및 단위 중량당 에너지 밀도가 높으며, 충전 속도 및 경량화에 유리하다는 점에서 활발히 개발 및 적용되고 있다.
예를 들면, 이차 전지는 양극, 음극 및 분리막(세퍼레이터)를 포함하는 전극 조립체, 및 상기 전극 조립체를 함침시키는 전해질을 포함할 수 있다. 상기 리튬 이차 전지는 상기 전극 조립체 및 전해질을 수용하는 예를 들면, 파우치 형태의 외장재를 더 포함할 수 있다.
상기 양극 및 음극 각각으로부터 전극 탭들이 돌출되고, 예를 들면 한국 공개특허공보 2019-0023650호에 개시된 바와 같이. 전극 리드가 상기 전극 탭들과 융착되어 상기 외장재 외부로 노출될 수 있다.
상기 전극 탭들의 융착 공정에서 열적, 물리적 스트레스에 의해 전극 탭들의 손상이 발생할 수 있다. 또한, 충/방전 반복시 발생하는 전극 수축/팽창에 의해 상기 전극 탭들이 손상될 수도 있다.
따라서, 전극 탭들의 전기적 연결 신뢰성 및 열적/기계적 안정성을 확보를 위한 연구가 필요하다.
본 발명의 일 과제는 향상된 동작 신뢰성 및 안정성을 갖는 리튬 이차 전지를 제공하는 것이다.
예시적인 실시예들에 따르는 이차 전지는 복수의 전극들 및 상기 전극들 사이에 배치된 분리막을 포함하는 전극 조립체; 상기 전극 조립체에 포함된 상기 전극들로부터 돌출된 노칭부들; 상기 노칭부들과 전기적으로 연결된 전극 리드; 및 상기 전극 리드 및 상기 노칭부들을 서로 연결시키며, 복수의 서브 브릿지들을 포함하는 연결 브릿지를 포함한다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 서브 브릿지들은 상기 전극 리드와 연결되는 상기 노칭부들 각각에 대응되도록 배열될 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 서브 브릿지들 각각은 2 이상의 상기 노칭부들과 접촉할 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 연결 브릿지는 상기 전극 리드와 접촉하며, 복수의 상기 서브 브릿지들을 함께 연결하는 병합부를 더 포함할 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 서브 브릿지들은 상기 병합부로부터 상기 노칭부들을 향해 방사상으로 연장할 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 서브 브릿지는 상기 노칭부와 인접한 꺾임부를 포함할 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 전극들 각각은 전극 조립체 및 상기 전극 조립체 상에 형성된 활물질층을 포함하고, 상기 노칭부들은 상기 전극 조립체 각각으로부터 돌출될 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 노칭부들은 상기 전극 조립체로부터 평평하게 돌출될 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 전극 조립체를 수용하는 씰링재를 더 포함하며, 상기 전극 리드는 상기 씰링재의 외부로 노출될 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 연결 브릿지의 단부는 상기 전극 리드와 함께 상기 씰링재의 측부에서 융착될 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 연결 브릿지는 상기 노칭부보다 높은 연신율 또는 낮은 인장 강도를 가질 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 전극들은 양극들 및 음극들을 포함하며, 상기 전극 리드는 양극 리드 및 음극 리드를 포함하고, 상기 노칭부들은 양극 노칭부들 및 음극 노칭부들을 포함할 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 연결 브릿지는 양극 연결 브릿지 및 음극 연결 브릿지를 포함하고, 상기 양극 연결 브릿지는 상기 양극 리드 및 상기 양극 노칭부들을 서로 연결시키고, 상기 음극 연결 브릿지는 상기 음극 리드 및 상기 음극 노칭부들을 서로 연결시킬 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 연결 브릿지는 금속층 및 상기 금속층 상에 도금된 코팅층을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 이차 전지의 각 전극 집전체로부터 돌출된 노칭부 및 전극 리드를 연결 브릿지를 통해 서로 연결할 수 있다. 상기 연결 브릿지를 통해 노칭부의 꺾임 및 융착 스트레스를 통한 기계적 손상을 방지할 수 있으며, 각 전극에서의 전기적 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 각 전극 리드에 복수의 서브 브릿지들이 결합되며, 각 서브 브릿지는 적어도 하나의 노칭부에 대응되도록 연결될 수 있다. 이에 따라, 상기 노칭부에 인가되는 스트레스를 효율적으로 분산시키며, 전극 리드와의 전기적 연결을 구현할 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 연결 브릿지는 상기 노칭부보다 높은 연신율 또는 낮은 인장 강도를 가질 수 있다. 이에 따라, 노칭부는 실질적으로 미벤딩 혹은 평평한 상태를 유지하며, 상기 연결 브릿지를 통해 전극 리드와의 전극 융착을 효율적으로 구현할 수 있다.
도 1 및 도 2는 각각 예시적인 실시예들에 이차 전지를 나타내는 개략적인 평면도 및 단면도이다.
도 3은 예시적인 실시예들에 이차 전지의 전극 연결 영역을 나타내는 개략적인 부분 확대 단면도이다.
도 4 및 도 5는 일부 예시적인 실시예들에 따른 이차 전지의 전극 연결 영역을 나타내는 개략적인 부분 확대 단면도이다.
도 3은 예시적인 실시예들에 이차 전지의 전극 연결 영역을 나타내는 개략적인 부분 확대 단면도이다.
도 4 및 도 5는 일부 예시적인 실시예들에 따른 이차 전지의 전극 연결 영역을 나타내는 개략적인 부분 확대 단면도이다.
본 발명의 실시예들은 전극 조립체, 노칭부, 전극 리드 및 노칭부 및 상기 전극 리드를 서로 연결시키는 연결 브릿지를 포함하는 이차 전지를 제공한다.
이하 도면을 참고하여, 본 발명의 실시예들을 보다 구체적으로 설명하도록 한다. 다만, 본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 전술한 발명의 내용과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1 및 도 2는 각각 예시적인 실시예들에 따른 이차 전지를 나타내는 개략적인 평면도 및 단면도이다. 구체적으로, 도 2는 도 1의 I-I' 라인을 따라 두께 방향으로 절단한 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 이차 전지(100)는 씰링재(190) 및 씰링재(190) 내에 수용된 전극 조립체(105)를 포함할 수 있다. 전극 조립체(105)는 반복적으로 적층된 전극들(110) 및 전극들(110) 사이에 배치된 분리막(140)을 포함할 수 있다. 전극들(110)은 각각 전극 집전체(115) 상에 형성된 활물질 층을 포함할 수 있다.
전극들(110)은 양극(120) 및 음극(130)을 포함할 수 있다. 전극 집전체(115)는 양극(120)에 포함된 양극 집전체(125) 및 음극(130)에 포함된 음극 집전체(135)를 포함할 수 있다. 상기 활물질 층은 양극(120)에 포함된 양극 활물질 층(122) 및 음극(130)에 포함된 음극 활물질 층(132)을 포함할 수 있다.
양극(120)은 양극 집전체(125) 및 양극 집전체(125) 상에 양극 활물질을 도포하여 형성한 양극 활물질 층(122)을 포함할 수 있다. 상기 양극 활물질은 리튬 이온을 가역적으로 인터칼레이션 및 디인터칼레이션 할 수 있는 화합물을 포함할 수 있다. 이 경우, 이차 전지(100)는 리튬 이차 전지로 제공될 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 양극 활물질은 리튬-전이금속 복합 산화물 입자를 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 리튬-전이금속 복합 산화물 입자는 니켈(Ni)을 포함하며, 코발트(Co) 또는 망간(Mn) 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.
예를 들면, 상기 리튬-전이금속 복합 산화물 입자는 하기의 화학식 1로 표시될 수 있다.
[화학식 1]
LixNi1-yMyO2+z
화학식 1에서 0.9
x
1.1, y는 0
y
0.7, z는 -0.1
z
0.1일 수 있다. M은 Na, Mg, Ca, Y, Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Mn, Co, Fe, Cu, Ag, Zn, B, Al, Ga, C, Si, Sn 또는 Zr로부터 선택되는 1종 이상의 원소를 나타낼 수 있다.
일 실시예에 있어서, 화학식 1 중 니켈의 몰비(1-y)는 0.8 내지 0.95 범위일 수 있다. 이 경우, 고-니켈(High-Ni) 양극 조성을 통해 출력 및 용량을 증가시킬 수 있다.
양극 집전체(125)는 리튬 이차 전지(100)의 충/방전 전압 범위에서 반응성이 없으며, 전극 활물질의 도포 및 접착이 용이한 금속 재질을 포함할 수 있다. 예를 들면, 양극 집전체(125)는 예를 들면, 스테인레스강, 니켈, 알루미늄, 티탄, 구리, 아연 또는 이들의 합금을 포함할 수 있으며, 바람직하게는 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 포함할 수 있다.
예를 들면, 상기 양극 활물질을 용매 내에서 바인더, 도전재 및/또는 분산재 등과 혼합 및 교반하여 슬러리를 제조할 수 있다. 상기 슬러리를 양극 집전체(115)에 코팅한 후, 압축 및 건조하여 양극 활물질층(112)을 포함하는 양극(110)을 제조할 수 있다.
상기 바인더는, 예를 들면, 비닐리덴플루오라이드-헥사플루오로프로필렌 코폴리머(PVDF-co-HFP), 폴리비닐리덴플루오라이드(polyvinylidenefluoride, PVDF), 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile), 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmethacrylate) 등의 유기계 바인더, 또는 스티렌-부타디엔 러버(SBR) 등의 수계 바인더를 포함할 수 있으며, 카르복시메틸 셀룰로오스(CMC)와 같은 증점제와 함께 사용될 수 있다.
예를 들면, 양극 바인더로서 PVDF 계열 바인더를 사용할 수 있다. 이 경우, 양극 활물질 층 형성을 위한 바인더의 양을 감소시키고 상대적으로 양극 활물질의 양을 증가시킬 수 있으며, 이에 따라 이차 전지의 출력, 용량을 향상시킬 수 있다.
상기 도전재는 활물질 입자들 사이의 전자 이동을 촉진하기 위해 포함될 수 있다. 예를 들면, 상기 도전재는 흑연, 카본 블랙, 그래핀, 탄소 나노 튜브 등과 같은 탄소계열 도전재 및/또는 주석, 산화주석, 산화티타늄, LaSrCoO3, LaSrMnO3와 같은 페로브스카이트(perovskite) 물질 등을 포함하는 금속 계열 도전재를 포함할 수 있다.
음극(130)은 음극 집전체(135), 및 음극 활물질을 음극 집전체(135)에 코팅하여 형성된 음극 활물질 층(132)을 포함할 수 있다.
상기 음극 활물질은 리튬 이온을 흡장 및 탈리할 수 있는, 당 분야에서 공지된 활물질이 사용될 수 있다. 예를 들면 결정질 탄소, 비정질 탄소, 탄소 복합체, 탄소 섬유 등의 탄소 계열 재료; 리튬 합금; 실리콘(Si) 계 활물질 등이 사용될 수 있다. 상기 비정질 탄소의 예로서 하드카본, 코크스, 메조카본 마이크로비드(mesocarbon microbead: MCMB), 메조페이스피치계 탄소섬유(mesophase pitch-based carbon fiber: MPCF) 등을 들 수 있다.
상기 결정질 탄소의 예로서 천연흑연, 인조흑연, 흑연화 코크스, 흑연화 MCMB, 흑연화 MPCF 등과 같은 흑연계 탄소를 들 수 있다. 상기 리튬 합금에 포함되는 원소로서 알루미늄, 아연, 비스무스, 카드뮴, 안티몬, 실리콘, 납, 주석, 갈륨 또는 인듐 등을 들 수 있다.
일 실시예에 있어서, 고용량 리튬 이차 전지 구현을 위해 상기 음극 활물질은 실리콘계 활물질을 포함할 수 있다. 상기 실리콘계 활물질은 상기 실리콘 계 활물질은 SiOX(0<x<2) 또는 리튬 화합물이 포함된 SiOx(0<x<2)를 포함할 수 있다. Li 화합물이 포함된 SiOx는 리튬 실리케이트를 포함하는 SiOx일 수 있다. 리튬 실리케이트는 SiOx(0<x<2) 입자의 적어도 일부에 존재할 수 있으며, 예를 들면, SiOx(0<x<2) 입자의 내부 및/또는 표면에 존재할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 리튬 실리케이트는 Li2SiO3, Li2Si2O5, Li4SiO4, Li4Si3O8 등을 포함할 수 있다.
상기 실리콘계 활물질은 예를 들면, 실리콘 카바이드(SiC)와 같은 실리콘-탄소 복합 화합물을 포함할 수도 있다.
음극 집전체(135)는 스테인레스강, 구리, 니켈, 알루미늄, 티탄, 또는 이들의 합금을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 음극 집전체(135)는 구리 또는 구리 합금을 포함할 수 있다.
예를 들면, 상기 음극 활물질 및 용매 내에서 상술한 바인더, 도전재, 증점제 등과 함께 혼합 및 교반하여 슬러리 형태로 제조될 수 있다. 상기 슬러리를 음극 집전체(135)의 적어도 일면 상에 코팅한 후, 압축 및 건조하여 음극 활물질층(132)을 포함하는 음극(130)을 제조할 수 있다.
상기 바인더 및 도전재로서 양극 활물질층(122)에서 사용된 상술한 물질들과 실질적으로 동일하거나 유사한 물질들이 사용될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 음극 형성을 위한 바인더는 예를 들면, 탄소 계열 활물질과의 정합성을 위해 스티렌-부타디엔 러버(SBR) 등의 수계 바인더를 포함할 수 있으며, 카르복시메틸 셀룰로오스(CMC)와 같은 증점제와 함께 사용될 수 있다.
양극(120) 및 음극(130) 사이에는 분리막(140)이 개재될 수 있다. 분리막(140)은 에틸렌 단독중합체, 프로필렌 단독중합체, 에틸렌/부텐 공중합체, 에틸렌/헥센 공중합체, 에틸렌/메타크릴레이트 공중합체 등과 같은 폴리올레핀계 고분자로 제조한 다공성 고분자 필름을 포함할 수 있다. 분리막(120)은 고융점의 유리 섬유, 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유 등으로 형성된 부직포를 포함할 수도 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 양극(120), 음극(130) 및 분리막(140)에 의해 전극 셀이 정의되며, 복수의 전극 셀들이 적층되어 전극 조립체(105)가 정의될 수 있다.
도시의 편의를 위해, 도 2에서는 전극 조립체(105)가 적층형 타입으로 도시되었으나, 전극 조립체(105)는, 예를 들면 분리막(140)의 권취(winding) 또는 접음(folding)에 의한 젤리-롤 구조를 가질 수도 있다.
전극 조립체(105)는 씰링재(190) 내에 전해질과 함께 수용되어 이차 전지(100)가 정의될 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 상기 전해질로서 비수 전해액을 사용할 수 있다.
씰링재(190)는 예를 들면, 파우치(pouch) 형태로 제공될 수 있다. 씰링재(190)는 내부에 복수의 절연층들이 적층된 복층 구조를 가질 수 있다. 씰링재(190)는 상기 절연층들 사이에 삽입된 금속층을 포함할 수도 있다.
비수 전해액은 전해질인 리튬염과 유기 용매를 포함하며, 상기 리튬염은 예를 들면 Li+X-로 표현되며 상기 리튬염의 음이온(X-)으로서 F-, Cl-, Br-, I-, NO3 -, N(CN)2 -, BF4 -, ClO4 -, PF6 -, (CF3)2PF4 -, (CF3)3PF3 -, (CF3)4PF2 -, (CF3)5PF-, (CF3)6P-, CF3SO3 -, CF3CF2SO3 -, (CF3SO2)2N-, (FSO2)2N- , CF3CF2(CF3)2CO-, (CF3SO2)2CH-, (SF5)3C-, (CF3SO2)3C-, CF3(CF2)7SO3 -, CF3CO2 -, CH3CO2 -, SCN- 및 (CF3CF2SO2)2N- 등을 예시할 수 있다.
상기 유기 용매로서 예를 들면, 프로필렌 카보네이트(propylene carbonate, PC), 에틸렌 카보네이트(ethylene carbonate, EC), 디에틸 카보네이트(diethyl carbonate, DEC), 디메틸 카보네이트(dimethyl carbonate, DMC), 에틸메틸 카보네이트(EMC), 메틸프로필 카보네이트, 디프로필 카보네이트, 디메틸설퍼옥사이드, 아세토니트릴, 디메톡시에탄, 디에톡시에탄, 비닐렌 카보네이트, 설포란, 감마-부티로락톤, 프로필렌 설파이트 및 테트라하이드로퓨란 등을 사용할 수 있다. 이들은 단독으로 혹은 2 이상이 조합되어 사용될 수 있다.
전극 집전체(115)는 노칭(notching)부(117)를 포함할 수 있다. 노칭부(117)는 예를 들면, 전극 탭으로 제공될 수 있다. 노칭부(117)는 양극 집전체(125)로부터 돌출된 양극 노칭부(127) 및 음극 집전체(135)로부터 돌출된 음극 노칭부(137)를 포함할 수 있다.
전극 리드(160)는 노칭부(117)와 전기적으로 연결되며 씰링재(190)의 외부로 노출될 수 있다. 전극 리드(160)는 이차 전지(100)로 전력 인가를 위한 외부 연결 리드로 제공될 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 전극 리드(160) 및 노칭부(117)는 연결 브릿지(150)를 통해, 예를 들면 도 1에 표시된 전극 연결 영역(A)에서 서로 전기적으로 연결될 수 있다.
전극 리드(160)는 양극 리드(162) 및 음극 리드(165)를 포함하며, 연결 브릿지(150)는 양극 연결 브릿지(152) 및 음극 연결 브릿지(155)를 포함할 수 있다.
양극 리드(162) 및 양극 노칭부들(127)은 양극 연결 브릿지(152)를 통해 서로 전기적으로 연결될 수 있다. 음극 리드(165) 및 음극 노칭부들(137)은 음극 연결 브릿지(155)를 통해 서로 전기적으로 연결될 수 있다.
전극 연결 영역(A)에서의 전극 리드(160), 노칭부(117) 및 연결 브릿지(150)의 상호 연결 구조에 대해서는 도 3 내지 도 6를 참조로 보다 상세히 후술한다.
전극 리드(160)는 씰링재(190) 측부와 함께 융착될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 연결 브릿지(150)가 씰링재(190)와 함께 융착될 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 양극 리드(162) 및 음극 리드(165)는 이차 전지(100)의 서로 대향하는 양 측부들에 배치될 수 있다. 일 실시예에 있어서, 양극 리드(162) 및 음극 리드(165)는 씰링재(190)의 일 측부에서 함께 융착될 수도 있다.
도 3은 예시적인 실시예들에 이차 전지의 전극 연결 영역을 나타내는 개략적인 부분 확대 단면도이다. 예를 들면, 도 3은 도 1에 도시된 전극 연결 영역(A)에서의 부분 확대 단면도이다. 도 3에 도시된 전극 연결 구조는 양극(120) 또는 음극(130)에 적용될 수 있으며, 양극(120) 및 음극(130)에 공통적으로 적용될 수 있다.
도 3을 참조하면, 상술한 바와 같이, 전극 리드(160)는 연결 브릿지(150)를 통해 노칭부(117)와 전기적으로 연결될 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 두께 방향으로 반복 적층된 전극 집전체들(115) 각각으로부터 노칭부들(117)이 돌출될 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 연결 브릿지(150)는 노칭부들(117) 각각에 대응되도록 연결되는 서브 브릿지들(151)을 포함할 수 있다. 이에 따라, 각각의 노칭부들(117) 마다 서브 브릿지(151)가 연결될 수 있다.
서브 브릿지(151)는 노칭부(117)와 직접 접촉할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 서브 브릿지(151)는 노칭부(117)와 초음파 용접, 저항 용접, 레이저 용접 등을 통해 융착될 수 있다.
연결 브릿지(150)는 전극 리드(160)와 인접한 병합부(154)를 포함할 수 있다. 병합부(154)를 통해 복수의 서브 브릿지들(151)이 실질적으로 일체로 병합되어 전극 리드(160)와 연결될 수 있다.
병합부(154)는 전극 리드(160)와 직접 접촉할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 병합부(154)는 전극 리드(160)와 초음파 용접, 저항 용접, 레이저 용접 등을 통해 융착될 수 있다. 일 실시예에 있어서, 연결 브릿지(150)의 병합부(154)는 씰링재(190)의 일 측부에서 씰링재(190)와 함께 융착될 수 있다. 예를 들면, 병합부(154) 및 전극 리드(160)의 단부가 씰링재(190)의 일 측부에서 함께 융착될 수 있다.
예를 들면, 도 1에 도시된 바와 같이, 병합부(154)로부터 복수의 서브 브릿지들(151)이 방사 형태로 또는 부채살 형태로 연장될 수 있다.
상술한 바와 같이, 연결 브릿지(150)가 노칭부(117) 및 전극 리드(160) 사이의 중개 구조로서 제공될 수 있다. 따라서, 노칭부(117)의 추가적 연장 또는 융착 없이 전극 리드(160) 및 노칭부(117)의 결합이 구현될 수 있다.
비교예에 있어서, 노칭부들(117) 및 전극 리드(160)를 직접 연결시키는 경우, 노칭부들(117)의 융착이 필요할 수 있다. 이 경우, 열적, 기계적 스트레스에 의한 노칭부들(117)의 손상이 발생할 수 있으며, 최외곽 노칭부(117)에서 크랙과 같은 기계적 손상이 쉽게 초래될 수 있다.
또한, 전극 리드(160)와 연결을 위해 노칭부들(117)을 직접 꺾거나 벤딩시키는 경우 상기 기계적 손상은 더욱 심화될 수 있다.
추가적으로, 상술한 바와 같이 이차 전지(100)의 출력/용량 향상을 위해 고-니켈 및/또는 실리콘계 음극 활물질을 채용하는 경우 충/방전 반복에 따른 전극들(110)의 수축/팽창이 심화될 수 있다. 이 경우, 노칭부(117)에서의 손상은 이차 전지(100)의 전체적인 전기적 성능을 급속히 열화시킬 수 있다.
그러나, 상술한 예시적인 실시예들에 따르면, 노칭부(117)마다 서브 브릿지(151)를 대응시켜, 노칭부(117)에서의 융착, 벤딩 등을 생략시킬 수 있다. 예를 들면, 노칭부(117)는 전극 집전체(115)로부터 실질적으로 평평하게 돌출되며 벤딩부 혹은 벤딩 영역을 포함하지 않을 수 있다.
따라서, 노칭부(117)에서의 기계적 손상에 따른 전기적 성능 열화를 회피 혹은 감소시킬 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 연결 브릿지(150)는 노칭부(117)보다 높은 연신율 또는 낮은 인장 강도를 가질 수 있다.
예를 들면, 양극 노칭부(127) 및 양극 연결 브릿지(152)는 각각 0 내지 5% 범위의 연신율을 가지며, 양극 연결 브릿지(152)는 양극 노칭부(127)보다 높은 연신율을 가질 수 있다.
예를 들면, 음극 노칭부(137)는 약 5% 내지 10% 범위의 연신율을 가지며, 음극 연결 브릿지(155)는 10%를 초과하는 연신율을 가질 수 있다.
예를 들면, 양극 노칭부(127) 및 양극 연결 브릿지(152)는 각각 30 내지 45 kgf/mm2 범위의 인장 강도를 가지며, 양극 연결 브릿지(152)는 양극 노칭부(127)보다 작은 인장 강도를 가질 수 있다.
예를 들면, 음극 노칭부(137) 및 음극 연결 브릿지(155)는 각각 20 내지 40 kgf/mm2 범위의 인장 강도를 가지며, 음극 연결 브릿지(155)는 음극 노칭부(137)보다 작은 인장 강도를 가질 수 있다.
예를 들면, 양극 노칭부(127) 및 양극 연결 브릿지(152)의 인장 강도 및 연신율은 KS B 0801 표준에 따라 제작된 시험편을 KS B 0802 표준에 따라 만능재료시험기(Universal Testing Machine, UTM)를 사용하여 측정될 수 있다.
예를 들면, 음극 노칭부(137) 및 음극 연결 브릿지(155)의 인장강도 및 연신율은 JIS C 6515 또는 IPC-TM-650-2.4.18 표준에 따라 만능재료시험기(UTM)를 사용하여 측정될 수 있다.
상기 연신율 및 인장 강도는 예를 들면, 노칭부(117) 및 연결 브릿지(150)의 재질, 두께 등을 통해 조절될 수 있다.
예를 들면, 양극 연결 브릿지(152)는 알루미늄, 철, 망간, 티타늄, 아연 또는 이들의 함금을 포함할 수 있으며, 바람직하게는 알루미늄을 포함할 수 있다. 음극 연결 브릿지(155)는 구리, 니켈, 구리-니켈 합금 또는 구리-니켈 복층 구조를 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 연결 브릿지(150)(예를 들면, 음극 연결 브릿지(155))는 금속층 및 상기 금속층 상에 도금된 코팅층을 포함할 수 있다. 상기 코팅층은 전해액과 접촉에 의한 부식 방지층으로 제공될 수 있다.
예를 들면, 상기 금속층은 구리를 포함하며, 상기 코팅층은 니켈 도금층을 포함할 수 있다.
도 4 및 도 5는 일부 예시적인 실시예들에 따른 이차 전지의 전극 연결 영역을 나타내는 개략적인 부분 확대 단면도이다. 도 3을 참조로 설명한 바와 실질적으로 동일하거나 유사한 구조/구성에 대한 상세한 설명은 생략된다.
도 4를 참조하면, 연결 브릿지(150) 또는 서브 브릿지(151)는 꺾임부(153)를 포함할 수 있다. 예를 들면, 서브 브릿지(151)는 노칭부(117)와 겹쳐지도록 배치되어 융착될 수 있다.
서브 브릿지(151)는 꺾임부(153)를 통해 병합부(154)로 연장되며, 전극 리드(160)와 융착될 수 있다. 상술한 바와 같이, 노칭부(117)에서 꺾임부는 배제시킴으로써, 노칭부(117)에서의 기계적 손상을 억제할 수 있다.
도 5를 참조하면, 서브 브릿지(151)는 복수의 노칭부들(117)에 대응되도록 형성될 수 있다.
예를 들면, 복수의 서브 브릿지들(151) 각각은 2 이상의 노칭부들(117)과 접촉 또는 연결될 수 있다.
100: 이차 전지
105: 전극 조립체
110: 전극 117: 노칭부
120: 양극 122: 양극 활물질 층
125: 양극 집전체 127: 양극 노칭부
130: 음극 132: 음극 활물질 층
135: 음극 집전체 137: 음극 노칭부
150: 연결 브릿지 152: 양극 연결 브릿지
155: 음극 연결 브릿지 160: 전극 리드
162: 양극 리드 165: 음극 리드
110: 전극 117: 노칭부
120: 양극 122: 양극 활물질 층
125: 양극 집전체 127: 양극 노칭부
130: 음극 132: 음극 활물질 층
135: 음극 집전체 137: 음극 노칭부
150: 연결 브릿지 152: 양극 연결 브릿지
155: 음극 연결 브릿지 160: 전극 리드
162: 양극 리드 165: 음극 리드
Claims (14)
- 복수의 전극들 및 상기 전극들 사이에 배치된 분리막을 포함하는 전극 조립체;
상기 전극 조립체에 포함된 상기 전극들로부터 돌출된 노칭부들;
상기 노칭부들과 전기적으로 연결된 전극 리드; 및
상기 전극 리드 및 상기 노칭부들을 서로 연결시키며, 복수의 서브 브릿지들을 포함하는 연결 브릿지를 포함하는, 이차 전지. - 청구항 1에 있어서, 상기 서브 브릿지들은 상기 전극 리드와 연결되는 상기 노칭부들 각각에 대응되도록 배열된, 이차 전지.
- 청구항 1에 있어서, 상기 서브 브릿지들 각각은 2 이상의 상기 노칭부들과 접촉하는, 이차 전지.
- 청구항 1에 있어서, 상기 연결 브릿지는 상기 전극 리드와 접촉하며, 복수의 상기 서브 브릿지들을 함께 연결하는 병합부를 더 포함하는, 이차 전지.
- 청구항 4에 있어서, 상기 서브 브릿지들은 상기 병합부로부터 상기 노칭부들을 향해 방사상으로 연장하는, 이차 전지.
- 청구항 1에 있어서, 상기 서브 브릿지는 상기 노칭부와 인접한 꺾임부를 포함하는, 이차 전지.
- 청구항 1에 있어서, 상기 전극들 각각은 전극 조립체 및 상기 전극 조립체 상에 형성된 활물질층을 포함하고,
상기 노칭부들은 상기 전극 조립체 각각으로부터 돌출된, 이차 전지. - 청구항 7에 있어서, 상기 노칭부들은 상기 전극 조립체로부터 평평하게 돌출된, 이차 전지.
- 청구항 1에 있어서, 상기 전극 조립체를 수용하는 씰링재를 더 포함하며, 상기 전극 리드는 상기 씰링재의 외부로 노출된, 이차 전지.
- 청구항 9에 있어서, 상기 연결 브릿지의 단부는 상기 전극 리드와 함께 상기 씰링재의 측부에서 융착된, 이차 전지.
- 청구항 1에 있어서, 상기 연결 브릿지는 상기 노칭부보다 높은 연신율 또는 낮은 인장 강도를 갖는, 이차 전지.
- 청구항 1에 있어서, 상기 전극들은 양극들 및 음극들을 포함하며, 상기 전극 리드는 양극 리드 및 음극 리드를 포함하고, 상기 노칭부들은 양극 노칭부들 및 음극 노칭부들을 포함하는, 이차 전지.
- 청구항 12에 있어서, 상기 연결 브릿지는 양극 연결 브릿지 및 음극 연결 브릿지를 포함하고,
상기 양극 연결 브릿지는 상기 양극 리드 및 상기 양극 노칭부들을 서로 연결시키고, 상기 음극 연결 브릿지는 상기 음극 리드 및 상기 음극 노칭부들을 서로 연결시키는, 이차 전지. - 청구항 1에 있어서, 상기 연결 브릿지는 금속층 및 상기 금속층 상에 도금된 코팅층을 포함하는, 이차 전지.
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|---|---|
| KR20220059591A true KR20220059591A (ko) | 2022-05-10 |
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Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20190023650A (ko) | 2017-08-29 | 2019-03-08 | 주식회사 엘지화학 | 부분적으로 증가된 두께를 가지는 라미네이트 시트로 이루어진 파우치형 이차전지 |
-
2020
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