KR20220061552A - 이차전지 및 이를 포함하는 디바이스 - Google Patents

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KR20220061552A
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지는, 제1 전극, 제2 전극 및 분리막이 함께 권취된 젤리롤형 전극 조립체; 상기 전극 조립체를 수납하는 전지 케이스; 및 상기 전극 조립체의 외주면에 부착된 스웰링 테이프를 포함한다. 상기 제1 전극은, 제1 전극 집전체 및 상기 제1 전극 집전체 상에 전극 활물질이 도포되어 형성된 제1 활물질층을 포함하며, 상기 제1 전극 집전체는, 상기 전극 조립체의 상기 외주면으로 노출되는 노출부를 포함한다. 상기 스웰링 테이프가 상기 노출부를 상기 전지 케이스의 내벽에 밀착시킨다.

Description

이차전지 및 이를 포함하는 디바이스{SECONDARY BATTERY AND DEVICE INCLUDING THE SAME}
본 발명은 이차전지 및 이를 포함하는 디바이스에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 젤리롤 전극 조립체를 포함하는 이차전지 및 이를 포함하는 디바이스에 관한 것이다.
근래에 노트북, 비디오 카메라, 휴대용 전화기 등과 같은 휴대용 전자 제품의 수요가 급격하게 증대되고, 전기 자동차, 에너지 저장용 축전지, 로봇, 위성 등의 개발이 본격화됨에 따라, 그 구동 전원으로 사용되는 이차 전지에 대해서 많은 연구가 이루어지고 있다.
이차 전지에는 예를 들어 니켈 카드뮴전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연전지, 리튬 이차 전지 등이 있다. 이들 중에서 리튬 이차 전지는 니켈 계열의 이차 전지에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 작동 전압이 높고 단위 중량당 에너지 밀도가 높다는 장점 때문에 첨단 전자 기기 분야에서 널리 사용되고 있다.
이차 전지는 전지 케이스의 형상에 따라, 전극 조립체가 원통형 금속 캔에 내장되어 있는 원통형 전지, 전극 조립체가 각형의 금속 캔에 내장되어 있는 각형 전지 및 전극 조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 내장되어 있는 파우치형 전지로 분류된다. 그 중 원통형 전지는 상대적으로 용량이 크고 구조적으로 안정하다는 장점을 가진다.
전지 케이스에 내장되는 상기 전극 조립체는 양극, 분리막, 음극의 적층 구조로 이루어진 충방전이 가능한 발전소자로서, 젤리롤형, 스택형 및 스택/폴딩형으로 분류된다. 젤리롤형은 활물질이 도포된 긴 시트형의 양극과 음극 사이에 분리막을 개재하여 권취한 형태이고, 스택형은 소정 크기의 다수의 양극과 음극을 분리막이 개재된 상태에서 순차적으로 적층한 형태이며, 스택/폴딩형은 젤리롤형과 스택형의 복합 구조이다. 그 중 젤리롤형 전극 조립체는 제조가 용이하고 중량당 에너지 밀도가 높은 장점을 가지고 있다.
도 1은 종래의 이차전지에 포함된 젤리롤 형태의 전극 조립체에 대한 사시도이다.
도 1을 참고하면, 종래의 전극 조립체(20a)는 음극, 양극 및 분리막(23)이 권취되어 형성되며, 전극 조립체(20a)의 가장 바깥쪽에 분리막(23)이 위치할 수 있다. 또한, 분리막(23)의 마감부(23E)를 덮도록 마감 테이프(50)가 부착될 수 있다. 마감 테이프(50)가 부착됨으로써, 권취된 전극 조립체(20a)의 형태를 유지할 수 있고, 전극 조립체(20a)가 내부 응력에 의해 풀리는 현상을 방지할 수 있다.
전극 조립체(20a)는 서로 대향하는 방향으로 돌출된 전극탭(21, 22)을 포함할 수 있다. 구체적으로, 음극 및 양극과 각각 연결되는 음극탭(21) 및 양극탭(22)이 서로 대향하는 방향으로 돌출될 수 있다.
한편, 리튬이온 이차전지의 성능을 높이기 위해서, 저항을 낮춰야 하는데, 이차전지의 저항은 전극탭(21, 22)이 갖는 저항이나 이차전지 내부에서 전자가 이동할 수 있는 경로 등에 따라 좌우된다. 종래의 전극 조립체(20a)는 좁은 폭을 갖는 전극탭(21, 22)을 통해 전극 조립체(20a)가 외부 단자 등과 연결되기 때문에 저항이 높다는 문제를 보인다.
이에, 저항을 낮춰, 긴 수명을 갖고 높은 효율을 보이는 이차전지에 대한 필요성이 고출력 이차 전지에 대한 수요와 함께 높아지고 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 전극탭에 더해 전자가 이동하는 경로를 제공하여 저항을 낮춘 이차전지 및 이를 포함하는 디바이스를 제공하는 것이다.
그러나, 본 발명의 실시예들이 해결하고자 하는 과제는 상술한 과제에 한정되지 않고 본 발명에 포함된 기술적 사상의 범위에서 다양하게 확장될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지는, 제1 전극, 제2 전극 및 분리막이 함께 권취된 젤리롤형 전극 조립체; 상기 전극 조립체를 수납하는 전지 케이스; 및 상기 전극 조립체의 외주면에 부착된 스웰링 테이프를 포함한다. 상기 제1 전극은, 제1 전극 집전체 및 상기 제1 전극 집전체 상에 전극 활물질이 도포되어 형성된 제1 활물질층을 포함하며, 상기 제1 전극 집전체는, 상기 전극 조립체의 상기 외주면으로 노출되는 노출부를 포함한다. 상기 스웰링 테이프가 상기 노출부를 상기 전지 케이스의 내벽에 밀착시킨다.
상기 이차전지는 상기 전지 케이스의 내부로 주액되는 전해액을 포함할 수 있고, 상기 스웰링 테이프는 상기 전해액을 흡수하여 팽창될 수 있다.
상기 스웰링 테이프는, 상기 전극 조립체의 중심을 기준으로, 상기 전극 조립체의 상기 외주면에 비대칭적으로 부착될 수 있다.
상기 스웰링 테이프는, 상기 전극 조립체의 외주면을 0.3회 이상 0.75회 이하로 감쌀 수 있다.
상기 스웰링 테이프는 상기 전극 조립체의 높이 방향을 따라 이어질 수 있다.
상기 스웰링 테이프는, 상기 노출부의 최외측 엣지부를 덮을 수 있다.
상기 제1 전극은 음극일 수 있고, 상기 제1 전극 집전체는 구리, 스테인리스 스틸, 알루미늄 및 니켈 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 전지 케이스는 원통형 케이스일 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 전극 집전체를 외주면에 노출시키고, 스웰링 테이프를 이용해 이러한 전극 집전체와 전지 케이스 내벽간의 접촉을 안내함으로써, 전극탭 이외에 전자의 이동 경로를 확보할 수 있다. 이에 따라 저항이 감소되어 이차전지의 수명 및 효율이 향상될 수 있다.
또한, 상기 스웰링 테이프가 전해액을 흡수하여 팽창 시, 전지 케이스 내부에서 전극 조립체가 고정될 수 있어, 내진동성이 향상될 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 종래의 이차전지에 포함된 젤리롤 형태의 전극 조립체에 대한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지에 대한 사시도이다.
도 3은 도 2의 이차전지에 대한 분해 사시도이다.
도 4는 도 3의 이차전지에 포함된 전극 조립체에 대한 사시도이다.
도 5는 도 4의 전극 조립체가 권취되기 전 모습을 나타낸 분해 사시도이다.
도 6은 도 4의 전극 조립체에 본 발명의 일 실시예에 따른 스웰링 테이프가 부착된 모습을 나타낸 사시도이다.
도 7은 도 2의 절단선 A-A’를 따라 자른 단면을 나타낸 단면도이다.
도 8은 본 발명의 비교예에 따라 2개의 실링 테이프가 부착된 전극 조립체에 대한 사시도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 여러 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다. 도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 그리고 도면에서, 설명의 편의를 위해, 일부 층 및 영역의 두께를 과장되게 나타내었다.
또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 또는 “상에” 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다. 또한, 기준이 되는 부분 "위에" 또는 “상에” 있다고 하는 것은 기준이 되는 부분의 위 또는 아래에 위치하는 것이고, 반드시 중력 반대 방향을 향하여 “위에” 또는 “상에” 위치하는 것을 의미하는 것은 아니다.
또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 명세서 전체에서, "평면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 위에서 보았을 때를 의미하며, "단면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 수직으로 자른 단면을 옆에서 보았을 때를 의미한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지에 대한 사시도이다. 도 3은 도 2의 이차 전지에 대한 분해 사시도이다.
도 2 및 도 3을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지(100)는, 젤리롤형 전극 조립체(200) 및 전극 조립체(200)를 수납하는 전지 케이스(300)를 포함한다. 구체적으로, 본 실시예에 따른 이차전지(100)는 전극 조립체(200)를 상부가 개방된 전지 케이스(300)에 수납하고, 전지 케이스(300) 내에 전해액을 주입한 후에, 전지 케이스(300)의 개방된 상부에 캡 조립체(700)를 결합하여 제조될 수 있다.
전지 케이스(300)는 전해액이 함침된 전극 조립체(200)를 수납하는 구조물로써, 금속 소재를 포함할 수 있고, 원통형 케이스일 수 있다.
이하에서는 도 4 내지 도 6 등을 참고하여, 본 실시예에 따른 전극 조립체(200) 및 노출부(211E)에 대해 자세히 설명하도록 한다.
도 4는 도 3의 이차전지에 포함된 전극 조립체에 대한 사시도이다. 도 5는 도 4의 전극 조립체가 권취되기 전 모습을 나타낸 분해 사시도이다. 도 6은 도 4의 전극 조립체에 본 발명의 일 실시예에 따른 스웰링 테이프가 부착된 모습을 나타낸 사시도이다.
먼저, 도 3 내지 도 5를 참고하면, 본 실시예에 따른 전극 조립체(200)는, 제1 전극(210), 제2 전극(220) 및 분리막(230)을 포함할 수 있다. 제1 전극(210), 제2 전극(220) 및 분리막(230)이 함께 권취되어 젤리롤형 전극 조립체(200)가 형성될 수 있다. 분리막(230)은 제1 전극(210)과 제2 전극(220) 사이에 개재될 수 있다. 아울러, 도 5에 나타난 바와 같이, 젤리롤 형태로 권취되었을 때, 제1 전극(210)과 제2 전극(220)이 서로 접하는 것을 방지하기 위해 제2 전극(220) 아래에 분리막(240)이 추가 배치되는 것이 바람직하다.
제1 전극(210)은, 제1 전극 집전체(211) 및 제1 전극 집전체(211) 상에 전극 활물질이 도포되어 형성된 제1 활물질층(212)를 포함한다. 구체적으로, 제1 전극 집전체(211) 상에 전극 활물질이 도포되어 제1 활물질층(212)이 형성되고, 제1 전극 집전체(211) 중 전극 활물질이 도포되지 않아 제1 전극 집전체(211)가 노출되는 부분에 제1 전극탭(213)이 용접 등의 방법으로 부착될 수 있다. 여기서, 제1 전극탭(213)은 제1 전극(210)의 일 단부에 위치한 것으로 도시되어 있으나, 그 위치에 특별한 제한은 없고, 제1 전극(210)의 중앙부에 위치하는 것도 가능하다.
제2 전극(220)은 제2 전극 집전체(221) 및 제2 전극 집전체(221) 상에 전극 활물질이 도포되어 형성된 제2 활물질층(222)을 포함한다. 구체적으로, 제2 전극 집전체(221) 상에 전극 활물질이 도포되어 제2 활물질층(222)이 형성되고, 제2 전극 집전체(221) 중 전극 활물질이 도포되지 않아 제2 전극 집전체(221)가 노출되는 부분에 제2 전극탭(223)이 용접 등의 방법으로 부착될 수 있다. 여기서 제2 전극탭(223)은 제2 전극(220)의 중앙부에 위치한 것으로 도시되어 있으나, 그 위치에 특별한 제한은 없고, 제2 전극(220)의 일 단부에 위치하는 것도 가능하다.
한편, 제1 전극 집전체(211)는 전극 조립체(200)의 외주면으로 노출되는 노출부(211E)를 포함한다. 도 5에 도시된 바와 같이 제1 전극탭(213)이 부착된 부분과 이격되어 있는 제1 전극(210)의 타 단부에 노출부(211E)가 위치할 수 있다. 도 5의 전극 조립체(200)가 권취되었을 때, 도 4에 도시된 바와 같이 전극 조립체(200)의 외주면에 노출부(211E)가 노출된다.
한편, 도 6에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 이차전지(100)는, 전극 조립체(200)의 외주면에 부착된 스웰링 테이프(500)를 포함한다. 본 실시예에 따른 스웰링 테이프(500)는 전극 조립체(200)의 높이 방향(d1)을 따라 이어질 수 있고, 노출부(211E)의 최외측 엣지부(211ED)를 덮을 수 있다. 설명의 편의를 위해 도 4에는 스웰링 테이프를 도시하지 않고, 도 6에 스웰링 테이프를 도시하였다.
여기서, 전극 조립체(200)의 외주면은 권취된 원기둥 형태의 전극 조립체(200)에 대하여 바깥쪽의 곡면 부분을 의미한다. 전극 조립체(200)의 높이 방향(d1)은 전극 조립체(200)를 기준으로 전극탭(213, 223)이 돌출되는 방향(z축 방향 및 -z축 방향)을 의미한다. 노출부(211E)의 최외측 엣지부(211ED)는 제1 전극(210)이 권취됨에 있어, 가장 마지막에 권취되는 일 단부를 의미한다.
제1 전극 집전체(211)가 일측으로 연장되어 노출부(211E)를 형성하고, 연장된 만큼 노출부(211E)가 더 권취됨으로써, 전극 조립체(200)의 외주면의 적어도 일부에 노출부(211E)가 형성될 수 있다.
이하에서는, 도3, 도 6 및 도 7 등을 참고하여, 본 실시예에 따른 노출부(211E)가 형성하는 전자 이동 경로 및 스웰링 테이프(500)에 대해 자세히 설명하도록 한다.
도 7은 도 2의 절단선 A-A’를 따라 자른 단면을 나타낸 단면도이다.
도 3, 도 6 및 도 7을 참고하면, 전극 조립체(200)의 외주면에 형성된 노출부(211E)의 적어도 일부는 전지 케이스(300)의 내벽과 접촉할 수 있다. 돌출된 제1 전극탭(213)이 전지 케이스(300)의 바닥과 접합되어, 전지 케이스(300)가 외부 회로와의 접속을 위한 전극 단자의 기능을 수행할 수 있는데, 노출부(211E)와 전지 케이스(300) 내벽 간 접촉에 의해 제1 전극탭(213) 이외에 추가적인 전자의 이동 경로를 확보할 수 있다. 추가적인 전자 이동 경로 확보에 의해 이차전지(100)의 저항을 낮출 수 있고, 이에 따라 본 실시예에 따른 이차전지는 수명과 효율이 향상될 수 있다.
이때, 본 실시예에 따른 스웰링 테이프(500)가 전극 조립체(200)의 노출부(211E)를 전지 케이스(300)의 내벽에 밀착시킨다. 이러한 스웰링 테이프(500)는 전극 조립체(200)의 높이 방향(d1)을 따라 이어지면서, 권취된 전극 조립체(200)의 형태를 유지시킬 뿐만 아니라, 노출부(211E)와 전지 케이스(300) 내벽이 보다 용이하게 접촉되고 연결되도록 안내할 수 있다.
또한, 본 실시예에 따른 스웰링 테이프(500)는 전극 조립체(200)의 높이 방향(d1)을 따라 이어지며, 노출부(211E)의 최외측 엣지부(211ED)를 덮는 형태이기 때문에 전극 조립체(200)의 형태를 유지시켜 풀림 현상을 방지할 수 있다.
또한, 스웰링 테이프(500)는, 전극 조립체(200)의 중심을 기준으로, 전극 조립체(200)의 외주면에 비대칭적으로 부착될 수 있다. 다시 말해, 스웰링 테이프(500)가 전극 조립체(200)의 외주면 전체를 감싸는 것이 아닌 외주면 중 일부에만 부착될 수 있다. 이에 따라, 전지 케이스(300) 내벽에 마주하는 노출부(211E)의 면적을 늘릴 수 있고, 노출부(211E)와 전지 케이스(300) 내벽의 접촉 면적 확보는 효과적인 저항 감소로 이어질 수 있다.
나아가, 스웰링 테이프(500)는 전극 조립체(200)의 외주면을 0.3회 이상 0.75회 이하로 감쌀 수 있다. 여기서 감긴 횟수는 전극 조립체의 권취 방향에 따른 스웰링 테이프(500)의 가로 길이를 전극 조립체의 외주면이 형성하는 원주 길이로 나눈 값을 의미한다. 구체적으로, 전극 조립체(200)의 권취 방향(d2)을 기준으로 한 스웰링 테이프(500)의 가로 길이(R2)를 전극 조립체(200)의 외주면이 형성하는 원주 길이(R1)로 나눈 값이 0.3 이상 0.75 이하일 수 있다. 만일 스웰링 테이프(500)가 전극 조립체(200)의 외주면을 0.75회 초과하여 감싼다면, 전극 조립체(200)의 노출부(211E)가 전지 케이스(300)의 내벽과 닿는 면적이 줄어들어, 저항 감소에 효과적이지 못하다. 만일 스웰링 테이프(500)가 전극 조립체(200)의 외주면을 0.3회 미만으로 감싼다면, 전극 조립체(200)를 고정하는 힘이 약해, 전극 조립체(200)가 전지 케이스(300) 내부에 수납되기 이전에 권취된 전극 조립체(200)가 풀려버리는 문제가 있을 수 있다. 여기서, 권취 방향(d2)이라 함은, 젤리롤형 전극 조립체(200)에서 제1 전극(210)이나 제2 전극(220)이 감기는 방향을 의미한다. 도 4에서, 권취 방향(d2)은, 전극 조립체(200)를 xy 평면으로 자른 단면에서 반시계 방향에 해당한다.
또한, 스웰링 테이프(500)가 높이 방향(d1)을 따라 이어지는 것이므로, 전극 조립체(200)의 외주면 중 높이 방향(d1)에 대한 단차가 형성되지 않는다. 따라서, 노출부(211E)가 보다 고르게 전지 케이스(300) 내벽에 맞닿을 수 있고, 이에 따라 전극 조립체(200)의 저항 편차가 감소할 수 있다.
한편, 도 7을 참고하면, 앞서 설명한 바대로, 전지 케이스(300)의 내부로 전해액이 주액되어 전극 조립체(200)에 함침되고, 본 실시예에 따른 스웰링 테이프(500)는 상기 전해액을 흡수하여 팽창될 수 있다. 전극 조립체(200)의 중심을 기준으로 전극 조립체(200)의 외주면에 비대칭적으로 부착된 스웰링 테이프(500)가 전해액을 흡수하여 팽창되면, 스웰링 테이프(500)의 반대편에 마련된 전극 조립체(200)의 노출부(211E)가 전지 케이스(300)의 내벽에 밀착된다. 즉, 팽창된 스웰링 테이프(500)에 의해 노출부(211E)와 전지 케이스(300) 간의 접촉성이 증대되고, 전극탭 이외에 전자의 이동 경로가 확보되어, 이차전지의 저항이 감소할 수 있다.
또한, 전극 조립체(200)의 충, 방전이 반복됨에 따라 전극 조립체(200)는 팽창과 수축을 반복하는데, 수축 시, 전지 케이스(300) 내부에서 전극 조립체(200)가 고정되지 않아 내진동성이 약화되는 문제가 있다. 그러나, 본 실시예에 따른 스웰링 테이프(500)는 전극 조립체(200)를 전지 케이스(300) 내부에 고정시킬 수 있기 때문에 내진동성을 향상시킬 수 있다.
한편, 스웰링 테이프(500)는 기재층 및 접착층을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예로서, 상기 기재층은 우레탄 결합, 에스테르 결합, 에테르 결합 또는 셀룰로오스 에스테르 화합물을 포함할 수 있다. 또한 상기 기재층으로는, 아크릴레이트계 기재층, 우레탄계 기재층, 에폭시계 기재층 또는 셀룰로오스계 기재층이 예시될 수 있다. 하나의 예시에서 상기 아크릴레이트계, 우레탄계 또는 에폭시계 기재층으로는, 활성 에너지선 경화형 조성물의 캐스트층을 사용할 수 있다. 여기서 상기 캐스트층은 캐스트층은, 경화성 조성물을 캐스팅(casting) 방식으로 코팅하고, 상기 코팅층을 경화시켜서 형성되는 기재층을 의미할 수 있다.
상기 접착층으로는, 일정한 고정력을 형성할 수 있으면 소재의 제한은 없다. 일례로, 아크릴 점착제, 우레탄 점착제, 에폭시 점착제, 실리콘 점착제 또는 고무계 점착제 등이 사용될 수 있다.
이러한 기재층은, 전해액과 접촉하면, 전극 조립체(200)의 외주면과 평행한 방향으로 늘어나는 변형이 일어날 수 있고, 전극 조립체(200)의 외주면 상에 접착층에 의해 고정된 상태에서 상기 기재층이 늘어나게 되므로 스웰링 테이프(500)는 입체 형상을 구현한다. 이에 따라 스웰링 테이프(500)가 전극 조립체(200)의 외주면과 수직한 방향으로 팽창될 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예로써, 기재층 및 접착성 스웰링층을 포함할 수 있다. 상기 기재층은, 고분자 필름일 수 있다. 예를 들어, 상기 기재층은, 폴리염화비닐, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리아미드, 폴리카보네이트, 폴리이미드, 폴리스티렌 등을 포함할 수 있으며, 바람직하게, 폴리스티렌을 포함할 수 있다.
한편, 상기 접착성 스웰링층은, 아크릴 중합체의 가교 구조를 포함할 수 있다. 상기 가교 구조는, 상기 아크릴 중합체가 다관능 가교제에 의해 가교되어 형성될 수 있다. 상기 아크릴 중합체는 모노머 혼합물의 라디칼 중합에 의해 얻어질 수 있으며, 상기 모노머 혼합물은, 알킬(메타)아크릴레이트, 비닐 아세테이트 및 (메타)아크릴 산을 포함한다. 예를 들어, 상기 알킬 (메타)아크릴레이트는, 메틸 (메타)아크릴레이트, 에틸 (메타)아크릴레이트, n-프로필(메타)아크릴레이트, 이소프로필 (메타)아크릴레이트, n-부틸 (메타)아크릴레이트, t-부틸 (메타)아크릴레이트, sec-부틸 (메타)아크릴레이트, 펜틸 (메타)아크릴레이트, 2-에틸헥실 (메타)아크릴레이트, 2-에틸부틸 (메타)아크릴레이트, n-옥틸 (메타)아크릴레이트, 이소옥틸 (메타)아크릴레이트, 이소노닐 (메타)아크릴레이트, 라우릴(메타)아크릴레이트 및 테트라데실 (메타)아크릴레이트 등을 포함할 수 있으며 이들은 각각 단독으로 또는 조합으로 사용될 수 있다. 바람직하게, 상기 알킬기는 탄소수 4 이상인 것이 바람직하며, 예를 들어, n-부틸 (메타)아크릴레이트가 사용될 수 있다. 이러한 접착성 스웰링층이 전해액에 함침됨에 따라 팽창될 수 있다.
한편, 도 5를 다시 참고하면, 제1 전극(210)은 음극이고, 제2 전극(220)은 양극일 수 있다. 즉, 제1 전극 집전체(211)와 제1 전극탭(213)은 각각 음극 집전체와 음극탭일 수 있고, 제2 전극 집전체(221)와 제2 전극탭(223)은 각각 양극 집전체와 양극탭일 수 있다. 제1 전극 집전체(211)는, 음극 집전체로써, 구리, 스테인리스 스틸, 알루미늄 및 니켈 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 그 위에 음극 활물질이 도포되어 제1 활물질층(212)이 형성될 수 있다. 제2 전극 집전체(221)는, 양극 집전체로써, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈 및 티탄 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 그 위에 양극 활물질이 도포되어 제2 활물질층(222)이 형성될 수 있다.
한편, 도 3을 다시 참고하면, 캡 조립체(700)는 상단 캡(710)과 안전 벤트(720)를 포함할 수 있다. 상단 캡(710)은 안전 벤트(720) 상에 위치하며, 안전 벤트(720)와 상호 밀착된 구조를 형성하여 전기적으로 연결될 수 있다. 상단 캡(710)은 중앙이 상향 돌출되고, 제2 전극탭(223)을 통해 전극 조립체(200)의 제2 전극(220)과 간접적으로 연결되어, 외부 회로와의 접속에 의한 전극 단자로서의 기능을 수행할 수 있다.
한편, 전지 케이스(300)와 캡 조립체(700) 사이에 밀봉을 위한 가스켓(800)이 위치할 수 있다. 구체적으로, 전지 케이스(300)와 캡 조립체(700) 사이에 가스켓(800)을 위치시키고, 전지 케이스(300)의 단부를 구부림으로써 크림핑부를 형성할 수 있다. 이를 통해 캡 조립체(700)의 장착 및 이차전지의 밀봉이 이루어질 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 실시예와 비교예에 대한 구체적인 실험을 통해, 본 발명의 실시예들이 갖는 저항 감소의 효과에 대해 자세히 설명하도록 한다.
우선, 도 8은 본 발명의 비교예에 따라 2개의 실링 테이프가 부착된 전극 조립체에 대한 사시도이다.
도 8을 참고하면, 본 발명의 비교예로써, 전극 조립체(20b)의 외주면에 부착된 2개의 실링 테이프가 비교될 수 있다.
구체적으로, 본 발명의 비교예에 따른 전극 조립체(20b)는, 외주면에 전극 집전체가 노출되는 것은 본 발명의 실시예들과 유사하나, 2개의 실링 테이프(50a, 50b)가 부착되어 있다는 점에 차이가 있다. 2개의 실링 테이프(50a, 50b)는 전극 조립체(20b)의 높이 방향(d1)을 따라 서로 이격되어 있으며, 권취 방향(d2)을 따라 이어지는 구조를 갖는다.
스웰링 테이프 전극 조립체 감긴 횟수(회) AC 저항
두께(μm) 부착 길이
(mm)		 평균 외경(mm) 평균 지름(mm) ACIR(mΩ) ACIR 산포(표준 편차)
실시예 1 52 34 20.09 63.114 0.538 14.31 0.52
실시예 2 52 23 20.05 62.988 0.365 14.70 0.54
실시예 3 34 34 20.02 62.894 0.541 15.26 1.37
실시예 4 34 23 20.09 63.114 0.364 14.46 0.95
표 1을 참고하면, 도 6에 도시된 바와 같은 스웰링 테이프가 부착된 전극 조립체를 포함하는 이차전지를 실시예 1 내지 4로 마련하였다. 각 실시예 마다 30개의 샘플을 토대로 실험을 진행하였으며, AC 저항을 측정하였다.
표 1에서 스웰링 테이프의 부착 길이는 도 6에 나타난 스웰링 테이프(500)의 가로 길이(R2)와 대응하는 값이다. 실시예 1 내지 4 각각의 샘플마다 전극 조립체의 외경을 측정하여 평균 외경을 도출하였고, 이를 토대로 평균 지름을 산출하였다. 상기 평균 지름은 도 6에 나타난 원주 길이(R1)와 대응하는 값이다. 감긴 횟수는 상기 부착 길이를 상기 평균 지름으로 나눈 값으로, 본 실시예에 따른 스웰링 테이프가 전극 조립체의 외주면을 감싸는 횟수와 대응된다. 실시예 1 내지 4의 감긴 횟수는 모두 0.3회 이상 0.75회 이하이다.
실링 테이프 전극 조립체 감긴 횟수(회) AC 저항
2열 테이프 폭(mm) 평균 외경(mm) 평균 지름(mm) ACIR(mΩ) ACIR 산포(표준 편차)
비교예 1 16 20.04 62.957 1 18.51 1.24
비교예 2 9 20.05 62.988 1 18.80 0.80
표 2를 참고하면, 도 8에 도시된 바와 같은 2개의 실링 테이프가 부착된 전극 조립체를 포함하는 이차전지를 비교예 1 및 2로 마련하였다. 각 비교예 마다 30개의 샘플을 포대로 실험을 진행하였으며, AC 저항을 측정하였다.
표 2에서 실링 테이프의 테이프 폭은 도 8에 나타난 실링 테이프(50a, 50b)에 대한 높이 방향(d1)의 길이와 대응하는 값이다. 한편, 실시예 1 내지 4의 스웰링 테이프와 비교하여 감긴 횟수는 모두 1회라고 볼 수 있다.
표 1과 표 2를 참고하면, 실시예 1 내지 4와 비교예 1 및 2는 전극 조립체의 크기 스펙이 유사하다. 그러나, 0.3회 이상 0.75회 이하로 감긴 스웰링 테이프가 부착된 실시예 1 내지 4의 경우 모두 15mΩ 근처의 AC 저항을 보이는 반면, 2개의 실링 테이프가 부착된 비교예 1, 2의 경우 각각 18.51mΩ 및 18.80mΩ의 높은 저항을 보임을 확인할 수 있다.
스웰링 테이프 전극 조립체 감긴 횟수(회) AC 저항
두께(μm) 부착 길이
(mm)		 평균 외경(mm) 평균 지름(mm) ACIR(mΩ) ACIR 산포(표준 편차)
비교예 3 52 50 20.11 63.177 0.791 17.12 1.24
비교예 4 34 50 20.03 62.926 0.794 17.75 2.23
표 3을 참고하면, 도 6에 도시된 바와 같은 스웰링 테이프가 부착된 전극 조립체를 포함하는 이차전지를 비교예 3 및 4로 마련하였다. 각 실시예 마다 30개의 샘플을 토대로 실험을 진행하였으며, AC 저항을 측정하였다.
표 3에서 스웰링 테이프의 부착 길이는 도 6에 나타난 스웰링 테이프(500)의 가로 길이(R2)와 대응하는 값이다. 비교예 3 및 4 각각의 샘플마다 전극 조립체의 외경을 측정하여 평균 외경을 도출하였고, 이를 토대로 평균 지름을 산출하였다. 상기 평균 지름은 도 6에 나타난 원주 길이(R1)와 대응하는 값이다. 감긴 횟수는 상기 부착 길이를 상기 평균 지름으로 나눈 값으로, 본 실시예에 따른 스웰링 테이프가 전극 조립체의 외주면을 감싸는 횟수와 대응된다. 비교예 3 및 4는 감긴 횟수가 모두 0.75회를 초과한다.
표 1과 표 3을 참고하면, 0.3회 이상 0.75회 이하로 감긴 실시예 1 내지 4의 경우 모두 15mΩ 근처의 AC 저항을 보이는 반면, 0.75회를 초과하는 비교예 3 및 4는 각각 17.12mΩ 및 17.75mΩ의 높은 저항을 보임을 확인할 수 있다. 이는 앞서 설명한 바 대로, 필요 이상의 길이를 갖는 스웰링 테이프로 인해 전극 조립체의 노출부가 전지 케이스의 내벽과 닿는 면적이 줄어들어, 저항이 효과적으로 감소되지 못하였음을 알 수 있다.
본 실시예에서 전, 후, 좌, 우, 상, 하와 같은 방향을 나타내는 용어가 사용되었으나, 이러한 용어들은 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 대상이 되는 사물의 위치나 관측자의 위치 등에 따라 달라질 수 있다.
앞에서 설명한 이차전지가 복수로 모여 전지 모듈을 형성할 수 있다. 또한 상기 전지 모듈은, BMS(Battery Management System), 냉각 시스템 등의 각종 제어 및 보호 시스템과 함께 장착되어 전지 팩을 형성할 수 있다.
상기 이차전지, 상기 전지 모듈 또는 상기 전지 팩은 다양한 디바이스에 적용될 수 있다. 구체적으로는, 전기 자전거, 전기 자동차, 하이브리드 등의 운송 수단에 적용될 수 있으나 이에 제한되지 않고 이차 전지를 사용할 수 있는 다양한 디바이스에 적용 가능하다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
100: 이차전지
200: 전극 조립체
300: 전지 케이스
500: 스웰링 테이프

Claims (9)

  1. 제1 전극, 제2 전극 및 분리막이 함께 권취된 젤리롤형 전극 조립체;
    상기 전극 조립체를 수납하는 전지 케이스; 및
    상기 전극 조립체의 외주면에 부착된 스웰링 테이프를 포함하고,
    상기 제1 전극은, 제1 전극 집전체 및 상기 제1 전극 집전체 상에 전극 활물질이 도포되어 형성된 제1 활물질층을 포함하며,
    상기 제1 전극 집전체는, 상기 전극 조립체의 상기 외주면으로 노출되는 노출부를 포함하고,
    상기 스웰링 테이프가 상기 노출부를 상기 전지 케이스의 내벽에 밀착시키는 이차전지.
  2. 제1항에서,
    상기 전지 케이스의 내부로 주액되는 전해액을 포함하고,
    상기 스웰링 테이프는 상기 전해액을 흡수하여 팽창되는 이차전지.
  3. 제1항에서,
    상기 스웰링 테이프는, 상기 전극 조립체의 중심을 기준으로, 상기 전극 조립체의 상기 외주면에 비대칭적으로 부착되는 이차전지.
  4. 제1항에서,
    상기 스웰링 테이프는, 상기 전극 조립체의 외주면을 0.3회 이상 0.75회 이하로 감싸는 이차전지.
  5. 제1항에서,
    상기 스웰링 테이프는 상기 전극 조립체의 높이 방향을 따라 이어지는 이차전지.
  6. 제1항에서,
    상기 스웰링 테이프는, 상기 노출부의 최외측 엣지부를 덮는 이차전지.
  7. 제1항에서,
    상기 제1 전극은 음극이고,
    상기 제1 전극 집전체는 구리, 스테인리스 스틸, 알루미늄 및 니켈 중 적어도 하나를 포함하는 이차전지.
  8. 제1항에서,
    상기 전지 케이스는 원통형 케이스인 이차전지.
  9. 제1항에 따른 이차전지를 포함하는 디바이스.
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