KR20220087167A - 전극 조립체 및 전극 조립체를 구비한 이차전지 - Google Patents

전극 조립체 및 전극 조립체를 구비한 이차전지 Download PDF

Info

Publication number
KR20220087167A
KR20220087167A KR1020200177605A KR20200177605A KR20220087167A KR 20220087167 A KR20220087167 A KR 20220087167A KR 1020200177605 A KR1020200177605 A KR 1020200177605A KR 20200177605 A KR20200177605 A KR 20200177605A KR 20220087167 A KR20220087167 A KR 20220087167A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
electrode
electrode plate
assembly
electrode assembly
case
Prior art date
Application number
KR1020200177605A
Other languages
English (en)
Inventor
한민열
Original Assignee
삼성에스디아이 주식회사
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 삼성에스디아이 주식회사 filed Critical 삼성에스디아이 주식회사
Priority to KR1020200177605A priority Critical patent/KR20220087167A/ko
Priority to US17/643,706 priority patent/US12126052B2/en
Priority to EP21215289.6A priority patent/EP4016684A1/en
Priority to CN202111555046.6A priority patent/CN114649643A/zh
Publication of KR20220087167A publication Critical patent/KR20220087167A/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
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/463—Separators, membranes or diaphragms characterised by their shape
    • 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
    • H01M50/54—Connection of several leads or tabs of plate-like electrode stacks, e.g. electrode pole straps or bridges
    • 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
    • H01M10/04—Construction or manufacture in general
    • H01M10/045—Cells or batteries with folded plate-like 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
    • H01M10/04—Construction or manufacture in general
    • H01M10/0459—Cells or batteries with folded separator between plate-like 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
    • H01M10/058—Construction or manufacture
    • H01M10/0583—Construction or manufacture of accumulators with folded construction elements except wound ones, i.e. folded positive or negative electrodes or separators, e.g. with "Z"-shaped electrodes or separators
    • 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
    • H01M50/30—Arrangements for facilitating escape of gases
    • 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
    • H01M50/30—Arrangements for facilitating escape of gases
    • H01M50/317—Re-sealable arrangements
    • 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
    • H01M50/30—Arrangements for facilitating escape of gases
    • H01M50/342—Non-re-sealable arrangements
    • H01M50/3425—Non-re-sealable arrangements in the form of rupturable membranes or weakened parts, e.g. pierced with the aid of a sharp member
    • 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
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
    • H01M50/411—Organic material
    • H01M50/414—Synthetic resins, e.g. thermoplastics or thermosetting resins
    • H01M50/417—Polyolefins
    • 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
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/463—Separators, membranes or diaphragms characterised by their shape
    • H01M50/466—U-shaped, bag-shaped or folded
    • 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
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/489—Separators, membranes, diaphragms or spacing elements inside the cells, characterised by their physical properties, e.g. swelling degree, hydrophilicity or shut down properties
    • 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
    • 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)
  • Cell Separators (AREA)
  • Connection Of Batteries Or Terminals (AREA)

Abstract

본 발명의 실시예는 내부 단락 방지 구조를 갖는 전극 조립체 및 전극 조립체를 구비한 이차전지에 관한 것이다. 본 발명의 이차전지는 제1 전극탭을 구비한 제1 전극판, 제2 전극탭을 구비한 제2 전극판, 상기 제1 전극판 및 상기 제2 전극판의 사이에 개재되는 세퍼레이터를 구비한 전극 조립체; 개구를 형성하고 상기 전극 조립체를 수납하는 케이스; 및 상기 전극 조립체가 권취 또는 적층되어 상기 케이스에 수납된 후 상기 케이스의 개구에 결합되는 캡 어셈블리를 포함하고, 상기 세퍼레이터는 연장부를 구비하고, 상기 연장부는 상기 캡 어셈블리의 가스 배출 방향을 향해 배치되는것이 특징이다.

Description

전극 조립체 및 전극 조립체를 구비한 이차전지{Electrode assembly and secondary battery having the same}
본 발명의 실시예는 내부 단락 방지 구조를 갖는 전극 조립체 및 전극 조립체를 구비한 이차전지에 관한 것이다.
이차전지는 양극판, 음극판, 세퍼레이터가 순차적으로 권취 또는 적층된 전극 조립체를 전해액 또는 고체 전해질과 함께 케이스에 내부에 수용하는 형태로 이루어진다.
이차전지는 케이스의 형태에 따라 원형 또는 원통형 전지, 각형 전지, 파우치 전지 등으로 구분될 수 있다. 이 중 각형 전지는 육면체 형상의 케이스 내부에 권취 또는 적층된 전극 조립체를 수용한 후, 일측으로 돌출된 양극 기재 및 음극 기재를 캡 어셈블리가 누르며 조립되는 형태를 갖는다. 따라서 양극 기재 및 음극 기재의 돌출 방향으로 세퍼레이터의 크기를 늘리는데 한계가 있다.
그런데 각형 전지가 열에 노출되는 환경에서 내부의 열이 캡 어셈블리 쪽으로 모이는 현상이 발생하여 상부쪽의 세퍼레이터에 손상이 발생할 수 있다. 이 경우 세퍼레이터가 수축되거나 멜팅(melting)되어 단락이 발생하는 문제가 생기므로 고온에 취약한 각형 전지의 상부쪽 구조에 대한 개선이 필요하다.
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 발명의 목적은 내부 단락 방지 구조를 갖는 전극 조립체 및 전극 조립체를 구비한 이차전지를 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 제1 전극탭을 구비한 제1 전극판, 제2 전극탭을 구비한 제2 전극판, 상기 제1 전극판 및 상기 제2 전극판의 사이에 개재되는 세퍼레이터를 구비한 전극 조립체; 상기 전극 조립체를 수납하는 케이스; 및 상기 세퍼레이터는 연장부를 구비하고, 상기 연장부는 상기 케이스 외부로 가스가 배출되는 방향을 향해 배치되는 것이 특징이다.
상기 전극 조립체가 상기 케이스에 수납된 후 상기 케이스의 개구에 결합되는 캡 어셈블리를 더 포함하고, 상기 연장부의 높이는 상기 캡 어셈블리와 상기 전극 조립체 사이의 간격보다 짧은 것이 특징이다.
상기 연장부는 상기 캡 어셈블리를 향하는 단부가 상기 전극 조립체보다 상기 캡 어셈블리에 인접하도록 배치되는 것이 특징이다.
상기 연장부의 폭은 상기 전극 조립체의 폭 보다 작은 것이 특징이다.
상기 연장부의 폭은 상기 전극 조립체의 폭 보다 작고 상기 제1 전극탭 또는 상기 제2 전극탭 보다 큰 것이 특징이다.
상기 연장부의 폭은 상기 제1 전극탭과 상기 제2 전극탭 사이의 간격보다 작은 것이 특징이다.
상기 연장부의 모서리는 둥근 형상인 것이 특징이다.
상기 캡 어셈블리는 안전 벤트를 포함하고, 상기 연장부는 상기 안전 벤트에 인접하여 형성되는 것이 특징이다.
본 발명의 실시예에 따르면, 세퍼레이터의 구조를 변경함으로써 고온의 환경에서 캡 어셈블리의 벤트 쪽으로 상승해 모이는 열에 의한 세퍼레이터 손상을 최소화할 수 있다. 또한, 세퍼레이터 손상 최소화에 따른 이차전지의 내부 단락을 방지하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 예시적인 이차전지를 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1의 이차전지에 따른 전극 조립체의 형태를 도시한 측면도이다.
도 3은 도 1의 이차전지에 따른 캡 어셈블리 조립 상태를 도시한 모식도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 세퍼레이터를 적용한 전극 조립체를 도시한 모식도이다.
도 5는 도 4에 따른 세퍼레이터를 펼쳐 도시한 평면도이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 세퍼레이터를 적용한 전극 조립체를 도시한 모식도이다.
도 7은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 세퍼레이터를 적용한 전극 조립체를 도시한 모식도이다.
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, include)" 및/또는 "포함하는(comprising, including)"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 이용될 수 있다. 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 요소 또는 특징은 "상부" 또는 "위에"로 된다. 따라서, "하부"는 "상부" 또는 "아래"를 포괄하는 개념이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예 따른 이차전지에 대해 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 예시적인 이차전지를 도시한 사시도이다. 도 2는 도 1의 이차전지에 따른 전극 조립체의 형태를 도시한 측면도이다. 도 3은 도 1의 이차전지에 따른 캡 어셈블리 조립 상태를 도시한 모식도이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 예시적인 이차전지(10)는 케이스(300)와, 케이스(300) 내부에 수용되는 전극 조립체(100)와, 케이스(300)를 밀봉하기 위한 캡 어셈블리(500)를 포함할 수 있다.
케이스(300)는 대략 직육면체 형상을 가질 수 있으며, 장변 방향의 상측면(도 1을 기준으로 상부 쪽 폭이 좁은 면)이 개구될 수 있다. 도면 상에 개구된 부분이 표시되지 않았으나, 도 1의 캡 어셈블리(500)가 결합되는 케이스(300)의 둘레 부분이 실질적으로 개방된 부분일 수 있다. 개구된 부분으로 전극 조립체(100)와 전해액이 수용된 후 캡 어셈블리(500)가 결합되어 케이스(300)가 밀봉된다. 케이스(300)는 알루미늄, 알루미늄 합금 또는 니켈이 도금된 스틸과 같은 도전성 금속으로 형성될 수 있다. 케이스(300)가 대략 육면체 형상인 이차전지를 각형 전지라고 부르기도 한다.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 전극 조립체(100)는 제1 전극판(110) 및 제2 전극판(130), 세퍼레이터들(150a, 150b)을 포함할 수 있다. 제1 전극판(110)은 양극 또는 음극으로 작용할 수 있다. 제1 전극판(110)이 양극인 경우 양면에 양극 활물질층이, 음극인 경우 음극 활물질층이 형성될 수 있다. 제1 전극판(110)이 양극인 경우 제2 전극판(130)은 음극이고, 제1 전극판(110)이 음극인 경우 제2 전극판(130)은 양극일 수 있다. 여기서는 제1 전극판(110)이 금극으로 작용하는 경우를 예로 하여 설명한다.
제1 전극판(110)은 구리, 구리 합금, 니켈 또는 니켈 합금과 같은 금속 포일로 형성된 기재에 흑연 또는 탄소 등의 활물질이 도포 또는 코팅되어 형성될 수 있다. 제1 전극판(110)에는 활물질이 도포되지 않은 무지부가 형성될 수 있다. 제1 전극판(110)은 무지부로부터 일 방향으로 일정 길이 연장된 음극탭인 제1 전극탭(112)을 포함할 수 있다(도 3 참조).
제2 전극판(130)은 알루미늄 또는 알루미늄 합금과 같은 금속 포일로 형성된 기재에 전이금속산화물 등의 활물질이 도포 또는 코팅되어 형성될 수 있다. 제2 전극판(130)에는 활물질이 도포되지 않은 무지부가 형성될 수 있다. 제2 전극판(130)은 무지부로부터 일 방향으로 일정 길이 연장된 양극탭인 제2 전극탭(132)을 포함할 수 있다(도 3 참조).
세퍼레이터(150)는 제1 전극판(110)과 제2 전극판(130)의 사이에 개재되어 이들의 쇼트를 방지하고, 리튬 이온의 이동을 가능하게 한다. 세퍼레이터(150)는 폴리에틸렌이나, 폴리 프로필렌이나, 폴리 에틸렌과 폴리 프로필렌의 복합 필름으로 만들어질 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
도 2를 기준으로, 전극 조립체(100)는 제1 전극판(110), 제2 전극판(130) 및 세퍼레이터(150)를 'Z'자 형태로 반복하여 적층한 형태를 가질 수 있다(그러나 이러한 적층 타입에 한정되는 것은 아니다). 이러한 전극 조립체(100)는 제1 전극판(110) 및 제2 전극판(130) 중 어느 하나가 'Z'자 형태로 적층되고, 벤딩(bending 또는 폴딩(folding))된 사이 마다 제1 전극판(110) 및 제2 전극판(130) 중 다른 하나가 배치된 형상을 가질 수 있다. 이하에서는 제1 전극판(110)이'Z'자 형태로 벤딩된 것을 기준으로 설명한다. 전극 조립체(100)의 구조에 대해 좀더 상세히 설명하면 다음과 같다(이하에서 활물질층은 코팅부로 지칭함).
도 2에 도시된 바와 같이, 제1 전극판(110)은 제1 전극판 제1 코팅부(114) 및 제1 전극판 제2 코팅부(116), 제1 전극판 제3 코팅부(118), 제1 전극판 제N 코팅부(여기서 N은 N번째 코팅부를 의미)를 포함할 수 있다. 제1 전극판 제1 코팅부(114) 및 제1 전극판 제2 코팅부(116)는 제1 전극판(110)을 벤딩해 적층하기 전에는 동일한 평면상에 배치되는 구조이다. 그러나 제1 전극판(110)을 일방향 및 타방향으로 교대로 벤딩해 'Z'자 형태로 적층하면, 제1 전극판 제1 코팅부(114)와 제1 전극판 제2 코팅부(116)가 적층 방향을 기준으로 수직 방향으로 이격되도록 배치된다. 적층이 완료된 상태에서 제1 전극판 제1 코팅부(114)는 제1 전극판 제2 코팅부(116)와 수평을 이룰 수 있다. 동일한 원리로 제1 전극판 제3 코팅부(118)는 제1 전극판 제2 코팅부(116)와 수직 방향으로 이격되도록 배치되고 적층이 완료된 상태에서 제1 전극판 제2 코팅부(116)와 수평을 이룰 수 있다. 마찬가지로 N번째 코팅부까지 모두 서로 수평을 이루도록 적층될 수 있다. 제1 전극판(110)의 벤딩은 코팅부가 코팅되지 않은 무지부 상에서 이루어질 수 있다. 제1 전극판(110)이 N개의 코팅부를 가지고 이들이 적층될 때 상호 접촉되어 단락되지 않도록 세퍼레이터들(150a, 150b)이 구비된다.
세퍼레이터들(150a, 150b)은 제1 전극판(110)을 벤딩하기 전 평면 상태를 기준으로 볼 때 제1 전극판(110)의 전면 및 후면을 각각 감싸도록 두 개로 구비될 수 있다. 제1 전극판(110)이 벤딩되어 Z'자 형태로 적층되면, 도 2에서와 같이 세퍼레이터들(150a, 150b)이 제1 전극판(110)을 상부 및 하부에서 감싸는 형태가 된다. 세퍼레이터들(150a, 150b)이 제1 전극판(110)을 감싸 적층된 후의 형태는 도 2에서와 같이 미앤더(meander) 형태가 된다. 제1 전극판(110)과 세퍼레이터(150)들이 벤딩된 사이를 벤딩 영역으로 정의할 수 있다.
세퍼레이터들(150a, 150b)이 제1 전극판(110)을 감싸 적층된 후, 제1 전극판 제1 코팅부(114)와 제1 전극판 제2 코팅부(116)의 사이의 제1 벤딩 영역(152)은 제1 전극판 제2 코팅부(116)와 제1 전극판 제3 코팅부(118) 사이의 제2 벤딩 영역(154)과 서로 반대 방향으로 형성될 수 있다. 즉, 제1 벤딩 영역(152)은 제1 전극판(110)이 일방향(예를 들어, 도 2의 좌측 방향)으로 벤딩되어 형성되고, 제2 벤딩 영역(154)은 제1 전극판(110)이 타방향(예를 들어, 도 2의 우측 방향)으로 벤딩되어 형성될 수 있다. 동일한 방법으로 N번째 벤딩 영역까지 순차적으로 형성될 수 있다. 이렇게 벤딩된 제1 전극판(110)이 사이마다 제2 전극판(130)의 코팅부(134, 136, 138)가 개제될 수 있다.
제2 전극판(130)은 제2 전극판 제1 코팅부(134), 제2 전극판 제2 코팅부(136), 제2 전극판 제3 코팅부(138), 제2 제N 코팅부를 포함할 수 있다. 여기서 제2 전극판 제1 코팅부(134)는 제1 전극판 제1 코팅부(114)와 제1 전극판 제2 코팅부(116)의 사이에 개재된다. 물론, 제2 전극판 제1 코팅부(134)와 제1 전극판 제1 코팅부(114) 및 제1 전극판 제2 코팅부(116)의 사이에는 세퍼레이터들(150a, 150b)이 개재된 상태이다. 따라서 제2 전극판 제1 코팅부(134)는 세퍼레이터들(150a, 150b)을 사이에 두고 제1 전극판 제1 코팅부(114) 및 제1 전극판 제2 코팅부(116)와 대면하도록 적층될 수 있다. 동일한 방법으로 제2 전극판 제2 코팅부(136), 제2 전극판 제3 코팅부(138)가 모두 배치되어 N번째 코팅부까지 배치됨으로써 전극 조립체(100)가 구성된다.
전술한 제1 전극판(110) 및 제2 전극판(130)은 외부와 전기적으로 연결되기 위한 제1 전극탭(112) 및 제2 전극탭(132)을 각각 구비할 수 있다. 제1 전극탭(112) 및 제2 전극탭(132)은 전극 조립체(100)의 적층 시 일측 방향을 향하도록 배치될 수 있다. 전극 조립체(100)는 제1 전극탭(112) 및 제2 전극탭(132)이 캡 어셈블리(500)를 향하는 방향으로 배치된 상태로 케이스(300)에 수납된다.
도 1에 도시된 바와 같이, 캡 어셈블리(500)는 전극 조립체(100)가 케이스(300)에 수납된 상태에서 케이스(300)에 결합된다. 캡 어셈블리(500)는 케이스(300)의 개구를 밀봉하는 캡 플레이트(510)와, 전해액 주입구를 밀봉하는 마개(520), 내부의 가스 배출 시 파단되어 가스 배출 통로가 되는 안전 벤트(530)와, 제1 전극탭(112) 및 제2 전극탭(132)과 전기적으로 연결되는 제1 단자(540) 및 제2 단자(550)를 포함할 수 있다. 캡 플레이트(510)는 케이스(300)와 동일한 소재로 형성될 수 있으며, 레이저 용접 등의 방법으로 케이스(300)에 결합될 수 있다.
전술한 구조의 이차전지(10)에 있어서, 고온의 작동 환경이나 과충전 등에 의해 이차전지(10) 내부에 열이 발생할 수 있다. 이때, 이차전지(10) 내부의 열 분포 및 이동을 살펴보면, 도 3과 같이 캡 어셈블리(500)의 안전 벤트(530)가 있는 부위로 열이 이동하여 모이게 된다. 안전 벤트(530) 부위가 캡 어셈블리(500)의 다른 부위보다 두께가 얇기 때문에 열이 상승하여 모이고, 고온의 열이 응축되어 안전 벤트(530) 쪽으로 빠져나가게 된다. 열이 한쪽으로 모이게 되면, 열에 약한 구조물이 영향을 받을 수밖에 없다.
이차전지(10)의 케이스(300) 외부에 각기 다른 재질의 커버 테이프를 부착한 후 고온의 환경을 조성하여 열에 의한 영향을 평가하면, 공통적으로 이차전지(10)의 캡 어셈블리(500) 방향인 상단부 쪽에 커버 테이프의 수축 현상이 나타난다. 따라서 전술한 열에 의한 영향 및 문제를 최소화하고 해결하기 위해, 본 발명에서는 개선된 구조의 세퍼레이터(150)를 제안한다.
도 4는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 세퍼레이터를 적용한 전극 조립체를 도시한 모식도이다. 도 5는 도 4에 따른 세퍼레이터를 펼쳐 도시한 평면도이다. 도 6은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 세퍼레이터를 적용한 전극 조립체를 도시한 모식도이다. 도 7은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 세퍼레이터를 적용한 전극 조립체를 도시한 모식도이다.
캡 어셈블리(500)를 조립할 때, 도 3에 도시된 바와 같이 제1 전극탭(112)과 제2 전극탭(132)이 캡 플레이트(510)에 눌린 상태로 캡 어셈블리(500)가 조립된다. 따라서 캡 어셈블리(500)의 조립 후 캡 플레이트(510)와 전극 조립체(100)의 간격을 고려하여 세퍼레이터(150)의 형상을 결정해야 한다. 이를 고려한 세퍼레이터(150)의 구조가 도 4에 개시된다.
도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 세퍼레이터(150)는 직사각형 형상을 가질 수 있다. 또한, 세퍼레이터(150)는 길이 방향을 따라 일측에 일정 간격을 두고 외측으로 연장된 연장부(158)를 포함할 수 있다. 연장부(158)는 직사각형 형상으로 연장될 수 있다. 연장부(158)의 길이(L2)는 권취 완료 상태에서 제1 전극탭(112)과 제2 전극탭(132) 사이 거리(L1)보다 짧을 수 있다. 또한, 연장부(158)의 폭(W2)은 캡 어셈블리(500)의 조립 후 캡 플레이트(510)와 전극 조립체(100) 사이의 간격(W1) 보다 짧을 수 있다(따라서 W2는 전극탭의 돌출된 길이 L0보다 짧다. 또한, 연장부(158)의 캡 어셈블리(500) 쪽 단부는 전극 조립체(100)보다 캡 플레이트(510)에 더 인접하게 형성된다). 세퍼레이터(150)는 제1 전극판(110)과의 결합 시 연장부(158)가 제1 전극탭(112)을 향하도록 배치된다.
또는, 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 세퍼레이터(150')가 제1 실시 예보다 좀더 큰 면적을 갖는 연장부(158a)를 포함할 수 있다. 제2 실시 예의 연장부(158a)는 직사각형 형상으로 돌출된 모서리가 각진 형태가 아닌 유선형, 반원형 등 둥근 형상으로 형성될 수 있다. 제2 실시 예의 연장부(158a)는 제1 실시 예의 연장부(158)보다 길이(L3)와 폭(W3)이 모두 클 수 있다. 그러나 제2 실시 예의 연장부(158a)는 길이(L3)가 제1 전극탭(112)과 제2 전극탭(132) 사이 거리(L1) 보다는 짧으며, 폭(W3)이 캡 어셈블리(500)의 조립 후 캡 플레이트(510)와 전극 조립체(100) 사이의 간격(W1) 보다 크지 않다. 그러나 폭(W3)이 캡 플레이트(510)와 전극 조립체(100) 사이의 간격(W1)과 같거나 클 수 있으며, 그에 따라 연장부(158a)가 캡 플레이트(510)에 접촉되어도 무방하다.
또는, 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제3 실시 예에 따른 세퍼레이터(150)가 제1 전극탭(112)과 제2 전극탭(132) 사이 거리(L1) 보다 큰 크기의 연장부(158b)를 가질 수도 있다. 이 경우 연장부(158b)의 길이(L4)는 전극 조립체(100)의 길이 방향을 따라 제1 전극탭(112)과 제2 전극탭(132)의 일부 또는 전부를 덮을 수 있다. 연장부(158b)의 폭(W4)은 제1 실시 예 또는 제2 실시 예의 연장부(158)와 동일할 수 있다. 연장부(158b)의 길이(L4)가 도 7을 기준으로 전극 조립체(100)의 길이 방향 일단에서 타단까지의 길이와 동일한 경우, 연장부(158b)는 세퍼레이터(150)의 크기를 연장부(158b)의 크기만큼 증가시킨 것과 동일한 형태가 된다.
전술한 제1 내지 제3 실시 예에 따른 연장부(158, 158a, 158b)를 갖는 세퍼레이터(150, 150', 150)는 모두 도 3에서와 같이 열이 상승하여 모이는 부분의 세퍼레이터 수축이나 멜팅과 같은 변형에 대응하기 위한 것이다. 열이 상승해 모이는 부분의 세퍼레이터(150, 150', 150) 면적을 증가시킴으로써 세퍼레이터(150, 150', 150)가 수축하거나 일부 녹더라도 충분한 면적이 남아있도록 하여 전극판이 노출되지 않도록 하는 것이다. 따라서 전극판 노출 및 전극판 간의 접촉 등에 의한 단락 현상을 방지할 수 있고, 이차전지의 작동 안전성을 향상시킬 수 있다.
이상에서 설명한 것은 본 발명을 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.
10: 이차전지 100: 전극 조립체
110: 제1 전극판 130: 제2 전극판
150: 세퍼레이터 158: 연장부
300: 케이스 500: 캡 어셈블리

Claims (8)

  1. 제1 전극탭을 구비한 제1 전극판, 제2 전극탭을 구비한 제2 전극판, 상기 제1 전극판 및 상기 제2 전극판의 사이에 개재되는 세퍼레이터를 구비한 전극 조립체;
    상기 전극 조립체를 수납하는 케이스; 및
    상기 세퍼레이터는 연장부를 구비하고, 상기 연장부는 상기 케이스 외부로 가스가 배출되는 방향을 향해 배치되는 이차전지.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전극 조립체가 상기 케이스에 수납된 후 상기 케이스의 개구에 결합되는 캡 어셈블리를 더 포함하고,
    상기 연장부의 높이는 상기 캡 어셈블리와 상기 전극 조립체 사이의 간격보다 짧은 이차전지.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 연장부는 상기 캡 어셈블리를 향하는 단부가 상기 전극 조립체보다 상기 캡 어셈블리에 인접하도록 배치되는 이차전지.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 연장부의 폭은 상기 전극 조립체의 폭 보다 작은 이차전지.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 연장부의 폭은 상기 전극 조립체의 폭 보다 작고 상기 제1 전극탭 또는 상기 제2 전극탭 보다 큰 이차전지.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 연장부의 폭은 상기 제1 전극탭과 상기 제2 전극탭 사이의 간격보다 작은 이차전지.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 연장부의 모서리는 둥근 형상인 이차전지.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 캡 어셈블리는 안전 벤트를 포함하고, 상기 연장부는 상기 안전 벤트에 인접하여 형성되는 이차전지.
KR1020200177605A 2020-12-17 2020-12-17 전극 조립체 및 전극 조립체를 구비한 이차전지 KR20220087167A (ko)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200177605A KR20220087167A (ko) 2020-12-17 2020-12-17 전극 조립체 및 전극 조립체를 구비한 이차전지
US17/643,706 US12126052B2 (en) 2020-12-17 2021-12-10 Electrode assembly and secondary battery having the same
EP21215289.6A EP4016684A1 (en) 2020-12-17 2021-12-16 Electrode assembly and secondary battery having the same
CN202111555046.6A CN114649643A (zh) 2020-12-17 2021-12-17 二次电池

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200177605A KR20220087167A (ko) 2020-12-17 2020-12-17 전극 조립체 및 전극 조립체를 구비한 이차전지

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20220087167A true KR20220087167A (ko) 2022-06-24

Family

ID=78918605

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020200177605A KR20220087167A (ko) 2020-12-17 2020-12-17 전극 조립체 및 전극 조립체를 구비한 이차전지

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP4016684A1 (ko)
KR (1) KR20220087167A (ko)
CN (1) CN114649643A (ko)

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR19980060825A (ko) * 1996-12-31 1998-10-07 손욱 상부 절연부재 겸 세퍼레이터 및 이를 채용하는 원통형 알칼리 2차 전지
KR20040042373A (ko) * 2002-11-14 2004-05-20 삼성에스디아이 주식회사 원통형 이차전지
JP5273160B2 (ja) * 2009-08-28 2013-08-28 トヨタ自動車株式会社 電池、車両及び電池搭載機器
JP2012151034A (ja) * 2011-01-20 2012-08-09 Hitachi Maxell Energy Ltd ラミネート形電池およびそれを備えた電子機器
JP5637245B2 (ja) * 2013-04-09 2014-12-10 株式会社豊田自動織機 蓄電装置
JP5850038B2 (ja) * 2013-12-25 2016-02-03 株式会社豊田自動織機 蓄電装置
KR102417637B1 (ko) * 2015-10-02 2022-07-06 삼성에스디아이 주식회사 이차 전지
KR102278444B1 (ko) * 2016-09-06 2021-07-16 삼성에스디아이 주식회사 적층형 전극 조립체 및 이를 포함하는 플렉서블 이차 전지
US10916751B2 (en) * 2017-02-28 2021-02-09 Kabushiki Kaisha Toyota Jidoshokki Power storage apparatus

Also Published As

Publication number Publication date
US20220200109A1 (en) 2022-06-23
EP4016684A1 (en) 2022-06-22
CN114649643A (zh) 2022-06-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6470516B2 (ja) ２次電池
US7687190B2 (en) Pouch-shaped secondary battery with improved safety
CN109891635B (zh) 方形二次电池
KR20200108719A (ko) 이차 전지
US20070154782A1 (en) Secondary battery and its method of manufacture
JP2014203820A (ja) ２次電池
KR102441922B1 (ko) 이차 전지
KR20170060941A (ko) 이차 전지
KR20210145489A (ko) 이차전지
KR102249893B1 (ko) 이차 전지
US8986868B2 (en) Rechargeable battery
US11469462B2 (en) Secondary battery
CN110024201B (zh) 二次电池
KR102571488B1 (ko) 이차 전지
KR20220087167A (ko) 전극 조립체 및 전극 조립체를 구비한 이차전지
KR102425799B1 (ko) 이차 전지
US12126052B2 (en) Electrode assembly and secondary battery having the same
KR20220130424A (ko) 원통형 이차전지
US20240136592A1 (en) Secondary battery
EP4451438A1 (en) Secondary battery
US20230187795A1 (en) Secondary battery
US20240356111A1 (en) Secondary battery
CN115280588B (zh) 密闭电池
US20240356120A1 (en) Secondary battery
US20220059905A1 (en) Electrode assembly and secondary battery comprising the same