KR20220073563A - 이차전지 - Google Patents

이차전지 Download PDF

Info

Publication number
KR20220073563A
KR20220073563A KR1020200161747A KR20200161747A KR20220073563A KR 20220073563 A KR20220073563 A KR 20220073563A KR 1020200161747 A KR1020200161747 A KR 1020200161747A KR 20200161747 A KR20200161747 A KR 20200161747A KR 20220073563 A KR20220073563 A KR 20220073563A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
negative electrode
current collector
positive electrode
collector plate
electrode
Prior art date
Application number
KR1020200161747A
Other languages
English (en)
Inventor
이병구
류덕현
이관희
Original Assignee
주식회사 엘지에너지솔루션
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 엘지에너지솔루션 filed Critical 주식회사 엘지에너지솔루션
Priority to KR1020200161747A priority Critical patent/KR20220073563A/ko
Publication of KR20220073563A publication Critical patent/KR20220073563A/ko

Links

Images

Classifications

    • 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
    • H01M10/0431—Cells with wound or folded electrodes
    • 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
    • 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)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Connection Of Batteries Or Terminals (AREA)

Abstract

본 발명은, 캔 내부에 전극조립체와 전해액이 탑재되고 상기 캔의 상단에 탑캡이 결합되는 이차전지에 있어서, 음극, 분리막, 양극이 적층된 상태로 권취되어 제조되되, 상기 양극은 양극집전체에 양극활물질이 도포된 양극유지부 및 양극활물질이 미도포된 양극무지부를 포함하며 상기 양극무지부는 양극유지부 위로 돌출된 전극조립체; 및 상기 전극조립체의 상측에 안착되어 양극무지부와 접촉하는 집전판;을 포함하고, 상기 양극무지부는 양극의 권취형태를 따라 전극조립체의 상측에서 나선형으로 권취된 모양을 가지며, 상기 집전판은 탑캡과 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 한다.

Description

이차전지{Secondary battery}
본 발명은 이차전지에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 양극집전체 및/또는 음극집전체 전체로 전자 이동 통로를 제공하여 내부 저항을 줄일 수 있도록 상기 양극집전체 또는 음극집전체의 권취방향을 따라 전극조립체의 일측 및/또는 타측으로 양극무지부와 음극무지부가 돌출되고, 상기 양극무지부 및/또는 음극무지부 전체에 접촉하는 집전판이 결합된 상태로 제공되어 내부 저항을 감소시킬 수 있는 이차전지에 관한 것이다.
전기 에너지를 저장하는 전지는 일반적으로 일차 전지와 이차 전지로 구분될 수 있다. 일차 전지는 일회용 소모성 전지인 반면에, 이차 전지는 전류와 물질 사이의 산화 및 환원 과정이 반복 가능한 소재를 사용하여 제조되는 충전식 전지이다. 즉, 전류에 의해 소재에 대한 환원 반응이 수행되면 전원이 충전되고, 소재에 대한 산화 반응이 수행되면 전원이 방전되는데, 이와 같은 충전-방전이 반복적으로 수행가능하다.
여러 종류의 이차전지 중, 리튬 이차 전지는 일반적으로 양극(Cathode), 분리막(Separator) 및 음극(Anode)이 적층된 전극조립체가 케이스에 장착되어 제조되며, 리튬 이온이 양극의 리튬 금속 산화물로부터 음극으로 삽입(Intercalation) 및 탈리(Deintercalation)되는 과정이 반복되면서, 리튬 이차 전지의 충방전이 진행된다.
한편, 상기 전극조립체를 제조하는 방식으로써, 상기 음극과 양극 사이에 분리막을 적층한 후 감아서 제조하는 권취형, 요구되는 폭과 길이를 갖도록 재단하여 음극과 양극을 절단한 후, 상기 음극, 분리막, 양극이 반복되도록 적층하여 제조하는 적층형 및 폴딩분리막 위에 단위셀들을 나란히 올려놓은 후 일측부터 폴딩하여 제조하는 스택앤폴딩형 등이 공지된 바 있다.
이 중, 권취형(젤리롤형) 전극조립체는 권심에 양극, 분리막, 음극을 연결하고, 상기 권심을 회전시켜 권심의 둘레를 따라 양극, 분리막, 음극을 함께 권취하여 제조된다.
권취형 전극조립체의 제조방식은, 회전축이 되는 권심에 분리막 두 개가 가장 먼저 투입되어 회전하고, 그 다음으로 음극의 투입이 이뤄진 후, 마지막으로 양극이 투입이 투입되어 함께 회전이 이뤄지게 된다. 이때, 양극과 음극은 분리막 중 어느 하나에 의해 분리되도록 배치된다.
따라서, 권취형 전극조립체의 모습이 나타난 도 1 의 왼쪽 그림에서 나타난 바와 같이, 상기 권취형 전극조립체는 분리막들과 음극 및 양극이 적층된 상태에서 권심(미도시)을 따라 권취된 형태를 갖는다.
그리고, 정해진 회전 수 만큼 권취가 이뤄지면 상기 권심은 전극조립체에서 분리되어, 권취형 전극조립체(3)의 중앙에는 길이방향을 따라 관통하는 센터홀(H)이 형성된다. 그리고, 상기 양극에서는 상측으로 양극탭(1)이 돌출되고 상기 음극에서는 음극탭(2)이 돌출된다. 상기 양극탭(1)은 양극집전체에서 양극활물질이 도포되기 전에 상기 양극집전체에서 일측으로 돌출되도록 가공되어 형성되며, 상기 음극탭(2)은 음극집전체에서 음극활물질이 도포되기 전에 상기 음극집전체에서 일측으로 돌출되도록 가공되어 형성된다. 그리고, 권취 공정에서 양극탭(1)은 윗쪽으로 놓이고 음극탭(2)은 아랫쪽에 놓이도록 음극과 양극의 투입이 이뤄져 도 1 에 나타난 형상으로 갖게 된다.
한편, 위와 같이 제조된 전극조립체는 바닥면이 폐쇄되되 속이 빈 캔(4) 내에 탑재되고, 상기 캔(4)의 상단에는 탑캡(5)이 결합된다.
상기 음극탭(2)은 캔(4)의 바닥면과 용접되며, 상기 양극탭(1)은 탑캡(5)과 전기적으로 연결된다. 그리고 캔(5)과 탑캡(4)은 전기적으로 절연되어, 캔(4)은 음극을 띄게되고 탑캡(5)은 양극을 띄게된다.
한편, 최근 이차전지의 고속 충방전이 요구됨에 따라, 높은 전류가 흐를 수 있도록 음극탭(2)과 양극탭(1)의 갯수를 늘리거나 접촉면적을 늘리기 위한 연구가 이뤄지고 있다.
하지만, 제조공정상 양극탭(1)과 음극탭(2)의 갯수를 늘리는 경우에는 용접공정에 어려움이 있고, 용량손실이 발생하며, 생산 공정 시간이 증대되는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명은 전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 용접공정을 단순화하거나 삭제할 수 있고, 양극탭이 되는 양극무지부와 탑캡 사이의 접촉면적 및/또는 음극탭이 되는 음극무지부와 캔 사이의 접촉면적을 증대시켜 내부저항을 감소시킴으로써 고속 충방전이 용이하게 이뤄질 수 있고, 고속 충방전 시 발생하는 저항열을 낮출 수 있는 이차전지를 제공하는 것에 주목적이 있다.
전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 캔 내부에 전극조립체와 전해액이 탑재되고 상기 캔의 상단에 탑캡이 결합되는 이차전지로써, 음극, 분리막, 양극이 적층된 상태로 권취되어 제조되되, 상기 양극은 양극집전체에 양극활물질이 도포된 양극유지부 및 양극활물질이 미도포된 양극무지부를 포함하며 상기 양극무지부는 양극유지부 위로 돌출된 전극조립체; 및 상기 전극조립체의 상측에 안착되어 양극무지부와 접촉하는 집전판;을 포함하고, 상기 양극무지부는 양극의 권취형태를 따라 전극조립체의 상측에서 나선형으로 권취된 모양을 가지며, 상기 집전판은 탑캡과 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 한다.
상기 집전판은 양극무지부가 내부로 진입하도록 파임홈이 형성된다.
아울러, 상기 집전판은 음극탭에서도 결합될 수 있다. 즉, 상기 전극조립체 내에 권취된 음극은, 음극집전체에 음극활물질이 도포된 음극유지부 및 음극활물질이 미도포된 음극무지부를 포함하며 상기 음극무지부는 음극유지부 아래로 돌출되고, 상기 전극조립체의 하측에 음극무지부와 접촉하도록 집전판이 추가로 안착되며, 상기 음극무지부와 접촉하는 집전판은 캔과 전기적으로 연결될 수 있다.
이때, 상기 음극무지부도 음극의 권취형태를 따라 전극조립체의 하측에서 나선형으로 권취된 모양을 가지며, 상기 음극무지부와 접촉하는 집전판은 음극무지부가 내부로 진입하도록 파임홈이 형성된다.
또한, 본 발명에서 제공되는 이차전지는 양극무지부와 접촉하는 집전판은 삭제되고, 음극무지부와 접촉하는 집전판만 제공될 수도 있다. 즉, 이러한 이차전지는, 캔 내부에 전극조립체와 전해액이 탑재되고 상기 캔의 상단에 탑캡이 결합되는 이차전지로써, 음극, 분리막, 양극이 적층된 상태로 권취되어 제조되되, 상기 음극은 음극집전체에 음극활물질이 도포된 음극유지부 및 음극활물질이 미도포된 음극무지부를 포함하며 상기 음극무지부는 음극유지부 아래로 돌출된 전극조립체; 및 상기 전극조립체의 하측에 안착되어 음극무지부와 접촉하는 집전판;을 포함하고, 상기 음극무지부는 음극의 권취형태를 따라 전극조립체의 하측에서 나선형으로 권취된 모양을 가지며, 상기 집전판은 캔과 전기적으로 연결되는 구조를 갖는다.
본 발명에서 제공되는 상기 집전판에 형성된 파임홈은 나선형으로 형성된다.
또는, 상기 집전판에 형성된 파임홈은 중심에서 부터 외각쪽으로 지름이 확장되는 복수 개의 동심원들이 배치된 모양으로 형성될 수도 있다.
그리고, 상기 집전판에 형성된 파임홈은 사각단면 또는 삼각단면 모양을 갖도록 형성될 수 있다.
또한, 상기 집전판은 파임홈이 형성된 면의 반대쪽면은 평탄면으로 형성되며, 음극집전체 및 양극집전체 보다 더 큰 강성을 갖는 금속재로 제조될 수 있다.
상술한 바와 같은 구성을 같는 본 발명은 양극탭과 음극탭을 별도로 가공할 필요가 없으므로 전극(음극, 양극)의 노칭 및 커팅 공정이 단순화 될 수 있고, 음극과 양극을 권심에 투입할 때 양극탭과 음극탭의 손상 발생을 최소화하거나 억제할 수 있다.
아울러, 상기 양극 및/또는 음극은 집전판을 통해 양극집전체 및 음극집전체와 더 넓은 면적에서 탑캡 및 캔과 직접적으로 접촉하여 내부저항을 낮출 수 있으며 이에 따라 고속충방전이 가능하다. 또한, 고속충방전시 발생하는 저항열 온도를 낮출 수 있다.
상기 집전판은 파임홈이 형성되고, 상기 파임홈으로 양극집전체 및 음극집전체가 진입하므로 더 넓은 면적에서 전기적 접촉이 이뤄질 수 있다.
상기 파임홈은 음극무지부 및 양극무지부의 패턴에 맞춰 나선형으로 형성되어 음극무지부 및 양극무지부와 접촉하는 부분에서 꺾임 또는 접힘을 방지할 수 있다.
또는, 상기 집전판에 형성된 파임홈은 중심에서 부터 외각쪽으로 지름이 확장되는 복수 개의 동심원들이 배치된 모양으로 형성될 수 있다. 이 경우 음극무지부 및 양극무지부와 접촉하는 부분에서 꺾임 또는 접힘이 이뤄질 수 있으나, 상대적으로 용이하게 집전판을 가공할 수 있고, 나선형 형태에 맞춰 끼울 필요가 없으므로 집전판의 장착이 용이하게 이뤄질 수 있다.
그리고, 상기 파임홈 사각단면으로 형성되면, 상기 파임홈에 음극무지부 및 양극무지부 끝단이 삽입됐을 때 이탈을 방지할 수 있다.
반면, 상기 파임홈이 삼각단면 모양으로 형성되면, 집전판을 장착할 때, 상기 파임홈의 경사면을 따라 음극무지부 및 양극무지부의 끝단이 활주하여 더 용이하게 삽입이 이뤄질 수 있다.
또한, 상기 집전판은 파임홈이 형성된 면의 반대쪽면은 평탄면으로 형성되어 캔 내부에서 안정적으로 장착될 수 있다.
도 1 은 종래 구조의 원통형 전극조립체 및 상기 원통형 전극조립체가 캔 내부에 탑재됐을 때의 단면 모습이 나타난 도면.
도 2 는 본 발명에 따른 양극, 분리막, 음극이 펼쳐진 모습, 양극, 분리막, 음극이 적층된 모습 및 권취된 모습이 나타난 도면.
도 3 는 본 발명에 따른 전극조립체를 위에서 아래로 봤을 때 양극무지부가 돌출된 모습 및 상기 전극조립체를 아래에서 위로 봤을 때 음극무지부가 돌출된 모습이 도시된 도면.
도 4 는 본 발명에 따른 집전판이 도시된 도면.
도 5 는 도 4 의 A-A의 단면모습이 나타난 도면.
도 6 은 본 발명에 따른 전극조립체가 집전판과 결합된 상태에서 캔 내부에 탑재된 단면모습이 도시된 도면.
이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 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, 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 안되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
본 발명은 이차전지에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 전자 이동 통로를 증대시켜 내부 저항을 줄일 수 있도록 양극의 권취방향을 따라 전극조립체의 상측으로 양극무지부가 돌출되고, 음극의 권취방향을 따라 전극조립체의 하측으로 음극무지부가 돌출되며, 상기 양극무지부와 음극무지부 각각에서 집전판이 결합되어 내부 저항을 감소시킬 수 있는 이차전지에 관한 것이다.
도 2 는 본 발명에 따른 양극, 분리막, 음극이 펼쳐진 모습, 적층된 모습 및 권취된 모습이 나타난 도면이다.
도 2 에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 전극조립체(40)는 양극(10), 분리막(30), 음극(20)이 권심(미도시)에서 권취되어 제조된다. 이때, 상기 분리막(30)은 (도 2 에서는 하나만 도시되었으나 실제로는 두 장이 투입된다. 상기 분리막들(30)이 상기 권심으로 먼저 투입된 후, 양극(10)과 음극(20)의 투입 순서 및 투입 위치에 따라 분리막/양극/분리막/음극 또는 분리막/음극/분리막/양극 순서로 적층된 상태에서 권취되도록 제조된다.
이때, 상기 양극(10)은 알루미늄 등으로 제조되는 양극집전체의 표면에 양극활물질이 도포되어 제공되되, 상기 양극활물질은 양극집전체의 일측 끝단의 소정의 면적을 제외한 나머지 부분에서 도포된다. 양극활물질이 도포된 부분은 충방전에 관여한 부분으로써 양극유지부(12)를 형성하고, 양극활물질이 미도포된 부분은 양극집전체 표면이 노출되는 부분으로써 양극무지부(11)를 형성한다.
그리고, 상기 음극은 구리 등으로 제조되는 음극집전체의 표면에 음극활물질이 도포되어 제공되되, 상기 음극활물질은 음극집전체의 일측 끝단의 소정의 면적을 제외한 나머지 부분에서 도포된다. 이때, 음극활물질이 도포된 부분은 충방전에 관여한 부분으로써 음극유지부(22)를 형성하고, 음극활물질이 미도포된 부분은 음극집전체 표면이 노출되는 부분으로써 음극무지부(21)를 형성한다.
따라서, 본 발명에서 제공되는 전극조립체(40)는 상측으로 양극무지부(11)만 돌출되는 구조(실시예1), 상측으로 양극무지부(11)가 돌출되고 하측으로 음극무지부(21)가 돌출되는 구조(실시예2) 및 하측으로 음극무지부(21)만 돌출되는 구조(실시예3)를 제공할 수 있다.
즉, 위의 실시예1 구조에서는 음극(20)은 음극무지부(21)를 형성하지 않고 음극활물질이 음극집전체 전체를 덮는 구조를 갖는다. 이때, 음극집전체는 일부분에서만 도 1 과 같이 음극탭이 형성된 구조를 갖는다. 그리고, 음극유지부(22)와 양극유지부(12) 사이에 분리막(30)이 위치하도록 적층된 상태에서 권취가 이뤄져서 상기 분리막(30), 음극유지부(22), 양극유지부(12) 위로 양극무지부(11)가 돌출된 구조를 갖는다.
그리고, 실시예2 구조에서는 위에 설명한 바와 같이, 상기 양극활물질은 양극집전체의 일측 끝단의 소정의 면적을 제외한 나머지 부분에서 도포되어 양극무지부(11)를 형성하고, 음극활물질은 음극집전체의 일측 끝단의 소정의 면적을 제외한 나머지 부분에서 도포되어 음극무지부(21)를 형성한다. 그리고 도 2 에 나타난 바와 같이 양극(10)과 음극(20) 사이에 분리막(30)이 적층될 때, 일측(도 2 에서 윗쪽)은 양극무지부(11)가 돌출되고, 타측(도 2에서 아랫쪽)은 음극무지부(21)가 돌출되도록 적층된 상태에서 권취가 이뤄진다. 이와 같이 권취된 전극조립체는, 전극조립체(40)를 위에서 아래로 봤을 때 양극무지부(11)가 돌출된 모습 및 상기 전극조립체(40)를 아래에서 위로 봤을 때 음극무지부(21)가 돌출된 모습이 도시된 도 3 에 나타난 바와 같이, 양극무지부(11)와 음극무지부(21) 각각이 전극조립체(40)의 상면과 하면에서 나선형 형태로 돌출된 구조를 갖는다.
실시예3 구조에서는 양극(10)은 양극무지부(11)를 형성하지 않고 양극활물질이 양극집전체 전체를 덮는 구조를 갖는다. 이때, 양극집전체는 일부분에서만 도 1 과 같이 양극탭이 형성된 구조를 갖는다. 그리고, 음극유지부(22)와 양극유지부(12) 사이에 분리막(30)이 위치하도록 적층된 상태에서 권취가 이뤄져서 상기 분리막(30), 양극유지부(12), 음극유지부(22) 아래로 음극무지부(21)가 돌출된 구조를 갖는다.
즉, 본 발명에서 제공되는 전극조립체(40)는 양극무지부(11)가 전극조립체(40) 위로 돌출된 구조와 음극무지부(21)가 전극조립체(40) 아래로 돌출된 구조 및 양극무지부(11)가 전극조립체(40) 위로 돌출됨과 동시에 음극무지부(21)가 전극조립체(40) 아래로 돌출되는 구조를 제공할 수 있다.
한편, 본 발명에서는 상기 전극조립체(40)의 상측에 안착되거나 또는 하측에 안착되거나 또는 상측 및 하측 모두에 안착되는 집전판(50)을 포함하여 구성된다.
즉, 실시예1의 구조와 같이 양극무지부(11)가 돌출되는 구조에서는 상기 집전판(50)은 상기 전극조립체(40)의 상측에만 안착되며, 실시예2의 구조와 같이 양극무지부(11)와 음극무지부(21) 각각이 전극조립체(40)의 상하측 모두에서 돌출되는 구조에서는 상기 집전판(50)은 상기 전극조립체(40)의 상측 및 하측 모두에 안착되고, 실시예3의 구조와 같이 음극무지부(21)가 돌출되는 구조에서는 상기 집전판(50)은 상기 전극조립체(40)의 하측에만 안착된다. 그리고, 상기 집전판(50)은 양극무지부(21)와 결합되는 경우에는 탑캡(71)과 전기적으로 연결되고, 음극무지부(21)와 연결되는 경우에는 캔(60)과 전기적으로 연결된다.
한편, 도 3 에 도시된 바와 같이 음극(20)과 양극(10)의 권취에 따라 본 발명에서 양극무지부(11)와 음극무지부(21)는 전극조립체(40)의 상측과 하측에서 나선형 형태로 권취된 모양을 갖는다. 그리고, 상기 집전판(50)는 양극무지부(11)와 음극무지부(21)가 진입될 수 있는 파임홈(52)이 형성된 구조를 갖는다. 이때, 상기 집전판(50)은 파임홈(52)이 형성된 면의 반대쪽 면은 평탄면으로 형성되며, 음극집전체 및 양극집전체 보다 더 큰 강성을 갖는 금속재로 제조된다.
즉, 본 발명에 따른 집전판이 도시된 도 4 및 A-A의 단면모습이 나타난 도 5 를 참조하면, 본 발명에서 제공되는 집전판(50)은 원판형 모양을 갖되, 일면은 평평한 모양으로 형성되는 반면에 반대쪽면은 파인 부분인 파임홈(52)과, 상기 파임홈(52) 사이에서 돌출된 돌기(51)가 경계를 형성하도록 구성된다. 상기 파임홈(52)과 돌기(51)는 음극무지부(21)와 양극무지부(11)의 크기와 형태에 맞춰 파임홈(52) 사이로 진입할 수 있도록 나선형 형태로 구성된다.
이에 따라, 상기 집전판(50)이 음극무지부(21) 아래에 놓이거나 양극무지부(11) 위에 놓일 때, 상기 파임홈(52)으로 음극무지부(21) 또는 양극무지부(11)의 끝단이 진입하여 결합이 이뤄질 수 있다.
다만, 예를 들어 상기 집전판(50)의 파임홈(52)에 양극무지부(21)가 진입했을 때, 집전판(50)의 돌기(51)가 음극(20)과 맞닿지 않도록 돌기(51)의 표면(도 4에서 상측면 표면)은 전기적으로 절연처리가 이뤄질 수 있다. 반대로, 상기 집전판(50)의 파임홈(52)에 음극무지부(21)가 진입했을 때, 집전판(50)의 돌기(51)가 양극(10)과 맞닿지 않도록 돌기(51)의 표면은 전기적으로 절연처리가 이뤄질 수 있다.
한편, 상기 파임홈(52)에 음극무지부(21) 또는 양극무지부(11)를 끼워넣는 공정은 대량 생산 시 생산시간을 증대시킬 수 있다. 따라서, 음극무지부(21) 또는 양극무지부(11)의 일부가 가압되어 찌그러지더라도 생산시간을 단축시키기 위하여 상기 집전판(50)에 형성된 파임홈(52)은 중심에서 부터 외각쪽으로 지름이 확장되는 복수 개의 동심원들이 배치된 모양으로 형성될 수도 있다.
이 경우에는 결합되는 음극무지부(21) 또는 양극무지부(11)의 일부분이 파임홈(52)에 진입하지 못하고 찌그러지거나 변형될 수 있으나, 종래 구조와 대비하여 내부 저항을 증대시킬 수 있고 나선형 구조대비 생산시간이 단축될 수 있으므로, 이차전지의 생산요건에 따라 선택될 수도 있을 것이다.
또한, 도 5 에서 상기 집전판(50)에 형성된 파임홈(52)은 사각단면을 갖는 것으로 도시되었으나, 삼각 단면 모양을 갖도록 형성될 수 있다.
즉, 상기 파임홈(52)이 사각단면으로 형성되는 경우에는 파임홈(52) 내에서 음극무지부(21) 또는 양극무지부(11)의 이탈 방지가능성을 낮출 수 있는 장점을 갖는다. 반면, 상기 파임홈(52)이 삼각단면으로 형성되는 경우에는 파임홈(52)으로 음극무지부(21) 또는 양극무지부(11)가 진입할 때, 삼각단면이 형성하는 경사면을 따라 음극무지부(21) 또는 양극무지부(11)의 끝단이 이동되어 더 용이한 결합이 이뤄질 수 있다.
전술한 바와 같은 전극조립체(40)는 위에 설명한 바와 같이 음극무지부(21) 또는 양극무지부(11)의 돌출여부에 따라서 상측 및/또는 하측에 집전판(50)이 결합된 상태로 캔(60) 내부에 탑재된다.
즉, 본 발명에 따른 전극조립체(40)가 집전판(50)과 결합된 상태에서 캔(60) 내부에 탑재된 단면모습이 도시된 도 6 에 나타난 바와 같이, 양극무지부(11) 및/또는 음극무지부(21)가 돌출되면 돌출된 부분에 집전판(50)이 끼워진 상태로 캔(60) 내부에 탑재된다.
이때, 음극무지부(21)와 결합된 하측의 집전판(50)은 캔(60)과 전기적으로 연결되되 종래의 음극탭을 통해 연결된 구조 대비 접촉면적이 증가되어 내부저항을 낮출 수 있고, 캔(60) 내부 직경에 맞춰 제공될 수 있으므로, 전극조립체(40)의 하단을 안정적으로 지지할 수 있다.
그리고, 양극무지부(11)와 결합된 상측의 집전판(50)은 탑캡(71)과 전기적으로 연결되되 종래의 양극탭을 통해 연결된 구조 대비 접촉면적이 증가되어 내부저항을 낮출 수 있다. 이때, 상기 집전판(50)은 별도의 전기적 연결장치(53)를 통해 연결되되 상기 연결장치(53)의 크기 및 갯수는 제한되지 않으므로 내부저항을 유의미하게 낮출 수 있을 만큼 제공될 수 있다. 아울러, 상기 양극무지부(11)와 결합된 상측의 집전판(50)은 캔(60)의 내주면과 접촉하는 부분에서 절연체가 설치되거나 절연코팅되어 캔(60)과는 절연될 수 있다.
한편, 참고적으로 본 명세서에서는 음극 및 양극 전체 길이를 따라 양극무지부(11)와 음극무지부(21)가 형성되는 것으로 설명되었으나, 전극조립체(40) 중앙 또는 최외각 테두리까지 양극무지부(11)와 음극무지부(21)가 형성될 경우, 집전판(50)의 결합이 어려울 수 있으므로, 집전판(50)의 용이한 결합을 위하여 상기 양극무지부(11)와 음극무지부(21) 각각은 양극과 음극의 전체길이에서 50% 내지 90% 범위내에서(더 바람직하게는 대략 70% 정도로)형성될 수 있다. 이때, 상기 양극무지부(11)와 음극무지부(21)는 연속적이 아니고, 적어도 한 구간 이상에서 단절된 부분을 갖도록 형성될 수도 있을 것이다.
상술한 바와 같은 구성을 같는 본 발명은 양극탭과 음극탭을 별도로 가공할 필요가 없으므로 노칭 및 커팅 공정이 단순화 될 수 있고, 음극(20)과 양극(10)을 권심에 투입할 때 양극탭과 음극탭의 손상 발생을 억제할 수 있다.
아울러, 상기 양극 및/또는 음극은 집전판(50)을 통해 양극집전체 및 음극집전체와 더 넓은 면적에서 직접적으로 접촉하여 내부저항을 낮출 수 있으며 이에 따라 고속충방전이 가능하다. 또한, 고속충방전시 발생하는 저항열 온도를 낮출 수 있다.
상기 집전판(50)은 파임홈(52)이 형성되고, 상기 파임홈(52)으로 양극집전체 및 음극집전체가 진입하므로 더 넓은 면적에서 전기적 접촉이 이뤄질 수 있다.
상기 파임홈(52)은 음극무지부(21) 및 양극무지부(11)의 패턴에 맞춰 나선형으로 형성되어 음극무지부(21) 및 양극무지부(11)와 접촉하는 부분에서 꺾임 또는 접힘을 방지할 수 있다.
또는, 상기 집전판(50)에 형성된 파임홈(50)은 중심에서 부터 외각쪽으로 지름이 확장되는 복수 개의 동심원들이 배치된 모양으로 형성될 수 있다. 이 경우 음극무지부 및 양극무지부와 접촉하는 부분에서 꺾임 또는 접힘이 이뤄질 수 있으나, 상대적으로 용이하게 집전판(50)을 가공할 수 있고, 나선형 형태에 맞춰 끼울 필요가 없으므로 집전판(50)의 장착이 용이하게 이뤄질 수 있다.
그리고, 상기 파임홈(52) 사각단면으로 형성되면, 상기 파임홈에 음극무지부 및 양극무지부 끝단이 삽입됐을 때 이탈을 방지할 수 있다.
반면, 상기 파임홈(52)이 삼각단면 모양으로 형성되면, 집전판을 장착할 때, 상기 파임홈의 경사면을 따라 음극무지부 및 양극무지부의 끝단이 활주하여 더 용이하게 삽입이 이뤄질 수 있다.
또한, 상기 집전판은 파임홈이 형성된 면의 반대쪽면은 평탄면으로 형성되어 캔 내부에서 안정적으로 장착될 수 있다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 실시가 가능하다.
10 : 양극
11 : 양극무지부
20 : 음극
21 : 음극무지부
30 : 분리막
40 : 전극조립체
50 : 집전판
51 : 돌기
52 : 파임홈

Claims (11)

  1. 캔 내부에 전극조립체와 전해액이 탑재되고 상기 캔의 상단에 탑캡이 결합되는 이차전지에 있어서,
    음극, 분리막, 양극이 적층된 상태로 권취되어 제조되되, 상기 양극은 양극집전체에 양극활물질이 도포된 양극유지부 및 양극활물질이 미도포된 양극무지부를 포함하며 상기 양극무지부는 양극유지부 위로 돌출된 전극조립체; 및
    상기 전극조립체의 상측에 안착되어 양극무지부와 접촉하는 집전판;을 포함하고,
    상기 양극무지부는 양극의 권취형태를 따라 전극조립체의 상측에서 나선형으로 권취된 모양을 가지며, 상기 집전판은 탑캡과 전기적으로 연결되는 이차전지.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 집전판은 양극무지부가 내부로 진입하도록 파임홈이 형성된 것을 특징으로 하는 이차전지.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 전극조립체 내에 권취된 음극은, 음극집전체에 음극활물질이 도포된 음극유지부 및 음극활물질이 미도포된 음극무지부를 포함하며 상기 음극무지부는 음극유지부 아래로 돌출되며,
    상기 전극조립체의 하측에 음극무지부와 접촉하도록 집전판이 추가로 안착되고,
    상기 음극무지부는 음극의 권취형태를 따라 전극조립체의 하측에서 나선형으로 권취된 모양을 가지며,
    상기 음극무지부와 접촉하는 집전판은 캔과 전기적으로 연결되는 이차전지.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 음극무지부와 접촉하는 집전판은 음극무지부가 내부로 진입하도록 파임홈이 형성된 것을 특징으로 하는 이차전지.
  5. 제 2 항 또는 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 집전판에 형성된 파임홈은 나선형으로 형성된 것을 특징으로 하는 이차전지.
  6. 제 2 항 또는 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 집전판에 형성된 파임홈은 중심에서 부터 외각쪽으로 지름이 확장되는 복수 개의 동심원들이 배치된 모양으로 형성된 것을 특징으로 하는 이차전지.
  7. 제 2 항 또는 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 집전판에 형성된 파임홈은 사각단면 모양을 갖도록 형성된 것을 특징으로 하는 이차전지.
  8. 제 2 항 또는 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 집전판에 형성된 파임홈은 삼각단면 모양을 갖도록 형성된 것을 특징으로 하는 이차전지.
  9. 제 2 항 또는 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 집전판은 파임홈이 형성된 면의 반대쪽면은 평탄면으로 형성된 것을 특징으로 하는 이차전지.
  10. 제 2 항 또는 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 집전판은 음극집전체 및 양극집전체 보다 더 큰 강성을 갖는 금속재로 제조된 것을 특징으로 하는 이차전지.
  11. 캔 내부에 전극조립체와 전해액이 탑재되고 상기 캔의 상단에 탑캡이 결합되는 이차전지에 있어서,
    음극, 분리막, 양극이 적층된 상태로 권취되어 제조되되, 상기 음극은 음극집전체에 음극활물질이 도포된 음극유지부 및 음극활물질이 미도포된 음극무지부를 포함하며 상기 음극무지부는 음극유지부 아래로 돌출된 전극조립체; 및
    상기 전극조립체의 하측에 안착되어 음극무지부와 접촉하는 집전판;을 포함하고,
    상기 음극무지부는 음극의 권취형태를 따라 전극조립체의 하측에서 나선형으로 권취된 모양을 가지며,
    상기 집전판은 캔과 전기적으로 연결되는 이차전지.
KR1020200161747A 2020-11-26 2020-11-26 이차전지 KR20220073563A (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200161747A KR20220073563A (ko) 2020-11-26 2020-11-26 이차전지

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200161747A KR20220073563A (ko) 2020-11-26 2020-11-26 이차전지

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20220073563A true KR20220073563A (ko) 2022-06-03

Family

ID=81983145

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020200161747A KR20220073563A (ko) 2020-11-26 2020-11-26 이차전지

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20220073563A (ko)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100731452B1 (ko) 원통형 전지의 극판 권취장치 및 권취방법
EP3477729B1 (en) Rechargeable lithium ion button cell battery
JP5082256B2 (ja) 密閉型蓄電池
KR20210082455A (ko) 탭리스 전극을 구비한 전지
JP7206562B2 (ja) 二次電池
CN212517286U (zh) 卷芯、电池以及电子产品
EP3067958B1 (en) Electrode assembly and secondary battery having the electrode assembly
EP2736102B1 (en) Electrode assembly and rechargeable battery having the same
KR20210004102A (ko) 이차 전지
KR100490548B1 (ko) 권취형 전극 조립체를 구비한 이차 전지
KR100515832B1 (ko) 이차전지의 전극 조립체
KR20080016047A (ko) 이차 전지
US20240055741A1 (en) Electrode assembly and secondary battery comprising the same
JP3119259B2 (ja) 非水電解液二次電池
KR101515672B1 (ko) 2 이상의 양극 및 음극을 포함하는 전극 조립체 및 이에 의한 전기 화학 소자
KR102405345B1 (ko) 단위셀 및 그 제조방법
KR102279002B1 (ko) 전극조립체
CN219106242U (zh) 电极组件、圆柱形二次电池、电池组和车辆
WO2023206192A1 (zh) 电池单体、电池、用电设备、电极组件及其制造方法
CN115911774A (zh) 电池单体及用电设备
KR20220073563A (ko) 이차전지
KR20150000159A (ko) 전극조립체 및 이를 포함하는 이차전지
KR101256061B1 (ko) 이차 전지
US20220344697A1 (en) Electrode assembly and method for manufacturing same
CN117637991B (zh) 一种极片、电极组件及电池

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination