KR20220092314A - 전극 조립체 및 이를 포함하는 이차전지 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전극 조립체 및 이를 포함하는 이차전지에 관한 것으로, 본 발명에 따른 전극 조립체는, 권취형 전극 조립체로서, 양극 집전체 상에 양극 활물질이 적층되어 형성되는 영역인 양극 활물질부 및 상기 양극 활물질이 미적층된 영역인 양극 무지부를 포함하는 양극; 상기 양극 무지부에 구비되는 양극 탭; 음극 집전체 상에 음극 활물질이 적층되어 형성되는 영역인 음극 활물질부 및 상기 음극 활물질이 미 적층된 영역인 음극 무지부를 포함하는 음극; 상기 음극 무지부에 구비되는 음극 탭; 및 상기 양극 및 상기 음극 사이를 절연하는 분리막을 포함하고, 상기 음극 무지부는 상기 양극, 상기 음극, 및 상기 분리막이 권취 시, 코어(core)에 위치되는 코어측 음극 무지부를 포함하고, 상기 음극 탭은 상기 코어측 음극 무지부의 양면 중 상기 양극 측인 일면에 위치되고, 상기 코어측 음극 무지부의 타면에 보호 테이프가 부착되며, 상기 보호 테이프는 상기 코어측 음극 무지부의 타면 및 상기 코어측 음극 활물질부의 타면 단부에 걸쳐 부착된다.
Description
본 발명은 전극 조립체 및 이를 포함하는 이차전지에 관한 것이다.
이차 전지는 일차 전지와는 달리 재충전이 가능하고, 또 소형 및 대용량화 가능성으로 인해 근래에 많이 연구 개발되고 있다. 모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차 전지의 수요가 급격하게 증가하고 있다.
이차 전지는 전지 케이스의 형상에 따라, 코인형 전지, 원통형 전지, 각형 전지, 및 파우치형 전지로 분류된다. 이차 전지에서 전지 케이스 내부에 장착되는 전극 조립체는 전극 및 분리막의 적층 구조로 이루어진 충방전이 가능한 발전소자이다.
전극 조립체는 활물질이 도포된 시트형의 양극과 음극 사이에 분리막을 개재(介在)하여 권취한 젤리 롤(Jelly-roll)형, 다수의 양극과 음극을 분리막이 개재된 상태에서 순차적으로 적층한 스택형, 및 스택형의 단위 셀들을 긴 길이의 분리 필름으로 권취한 스택/폴딩형으로 대략 분류할 수 있다.
이중, 젤리 롤형 전극 조립체는 제조가 용이하면서도 중량당 에너지 밀도가 높은 장점을 가지고 있어 널리 사용되고 있다.
하지만, 종래의 젤리 롤형 전극 조립체의 코어(Core)부에 위치된 분리막 부분의 수축과 양극 코어부의 끝단에 의한 분리막 단선이 일어나 발화의 원인이 되는 문제가 있다. 또한, 종래의 젤리 롤형 전극 조립체 구조에서 2차전지 수명 특성에서 중요한 Core Collapese(붕괴)가 일어나 수명 저하에 영향을 주는 문제가 있다.
본 발명의 하나의 관점은 권취형 전극조립체에서 분리막의 손상을 방지할 수 있는 전극 조립체 및 이를 포함하는 이차전지를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 전극 조립체는 권취형 전극 조립체로서, 양극 집전체 상에 양극 활물질이 적층되어 형성되는 영역인 양극 활물질부 및 상기 양극 활물질이 미적층된 영역인 양극 무지부를 포함하는 양극; 상기 양극 무지부에 구비되는 양극 탭; 음극 집전체 상에 음극 활물질이 적층되어 형성되는 영역인 음극 활물질부 및 상기 음극 활물질이 미 적층된 영역인 음극 무지부를 포함하는 음극; 상기 음극 무지부에 구비되는 음극 탭; 및 상기 양극 및 상기 음극 사이를 절연하는 분리막을 포함하고, 상기 음극 무지부는 상기 양극, 상기 음극, 및 상기 분리막이 권취 시, 코어(core)에 위치되는 코어측 음극 무지부를 포함하고, 상기 음극 탭은 상기 코어측 음극 무지부의 양면 중 상기 양극 측인 일면에 위치되고, 상기 코어측 음극 무지부의 타면에 보호 테이프가 부착되며, 상기 보호 테이프는 상기 코어측 음극 무지부의 타면 및 상기 코어측 음극 활물질부의 타면 단부에 걸쳐 부착될 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 이차전지는, 상기 본 발명의 실시예에 따른 전극 조립체를 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 코어측 음극 무지부의 양면 중 양극 측인 일면에 음극 탭이 위치되고, 코어측 음극 무지부의 타면에 보호 테이프가 부착되되, 보호 테이프가 코어측 음극 무지부의 타면 및 코어측 음극 활물질부의 타면 단부에 걸쳐 부착되어, 권취 시 양극의 코어측 단부에 의해 대면되는 분리막 손상 시 보호 테이프를 통해 쇼트를 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 및 이를 포함하는 이차전지를 나타낸 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체가 권취되기 전 펼쳐진 상태를 나타낸 정면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 조립체가 권취되기 전 펼쳐진 상태를 나타낸 정면도이다.
도 4은 종래기술 및 본 발명의 실시예에 따른 전극 조립체의 발화 안정성을 측정하 그래프이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체가 권취되기 전 펼쳐진 상태를 나타낸 정면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 조립체가 권취되기 전 펼쳐진 상태를 나타낸 정면도이다.
도 4은 종래기술 및 본 발명의 실시예에 따른 전극 조립체의 발화 안정성을 측정하 그래프이다.
본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고, 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련된 공지 기술에 대한 상세한 설명은 생략하도록 한다.
일 실시예에 따른 전극 조립체
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 및 이를 포함하는 이차전지를 나타낸 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체가 권취되기 전 펼쳐진 상태를 나타낸 정면도이다.
도 1 및 도 2를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체(100)는, 권취형 전극 조립체(100)로서, 양극 활물질부(112,113) 및 양극 무지부(115)를 포함하는 양극(110), 양극 무지부(115)에 구비되는 양극 탭(171), 음극 활물질부(122,123) 및 음극 무지부(125,126)를 포함하는 음극(120), 음극 무지부(125,126)에 구비되는 음극 탭(172), 및 양극(110) 및 음극(120) 사이를 절연하는 분리막(160)을 포함한다.
이하에서, 발명의 일 실시예인 전극 조립체에 대해 보다 상세히 설명하기로 한다.
전극 조립체(100)는 충방전이 가능한 발전소자로서, 전극(130)과 분리막(160)이 결집되어 교대로 적층된 구조를 형성한다. 여기서, 전극 조립체(100)는 전극(130) 및 분리막(160)이 교대로 결집되어 권취된 형태로 형성될 수 있다. 이때, 전극 적층체(110)는 중심축(C)을 중심으로 권취된 원기둥 형태로 권취될 수 있다.
전극(130)은 양극(110)과 음극(120)을 포함할 수 있다. 그리고, 분리막(160)은 양극(110)과 음극(120)을 분리하여 전기적으로 절연시킨다.
양극(110)은 양극 집전체(111)와, 양극 집전체(111) 상에 양극 활물질(114)이 적층되어 형성되는 영역인 양극 활물질부(112,113), 및 양극 활물질이 미적층된 영역인 양극 무지부(115)를 포함할 수 있다.
양극 집전체(111)는 예를 들어 알루미늄 재질의 포일(Foil)로 이루어질 수 있다.
양극 활물질(114)은 리튬망간산화물, 리튬코발트산화물, 리튬니켈산화물, 리튬인산철, 또는 이들 중 1종 이상이 포함된 화합물 및 혼합물 등으로 이루어질 수 있다.
양극 무지부(115)는 양극(110)의 양측 사이에 위치될 수 있다.
음극(120)은 음극 집전체(121)와, 음극 집전체(121)에 상에 음극 활물질이 적층되어 형성되는 영역인 음극 활물질부(122,123), 및 음극 활물질이 미적층된 영역인 음극 무지부(125,126)를 포함할 수 있다.
음극 집전체(121)는 예를 들어 구리(Cu) 또는 니켈(Ni) 재질로 이루어진 포일(foil)로 이루어질 수 있다.
음극 활물질(124)은 예를 들어 인조흑연, 리튬금속, 리튬합금, 카본, 석유코크, 활성화 카본, 그래파이트, 실리콘 화합물, 주석 화합물, 티타늄 화합물 또는 이들의 합금으로 이루어질 수 있다. 이때, 음극 활물질은 예를 들어 비흑연계의 SiO(silica, 실리카) 또는 SiC(silicon carbide, 실리콘카바이드) 등이 더 포함되어 이루어질 수 있다.
한편, 음극 활물질부(122,123)는 음극 집전체(121)의 양면에 구비될 수 있다. 이때, 양극(110) 측인 음극 집전체(121)에 구비되는 음극 활물질부(122,123)의 길이는 양극 활물질부(112,113)의 길이보다 길게 형성될 수 있다. 여기서, 예를 들어 양극(110) 측인 음극 집전체(121)의 일면에 구비되는 음극 활물질부(122)의 길이는 음극 집전체(121)의 타면에 구비되는 음극 활물질부(123)의 길이 보다 짧게 형성될 수 있지만 본 발명이 여기에 반드시 한정되는 것은 아니다.
음극 무지부(125,126)는 양극(110), 음극(120), 및 분리막(160)이 권취 시, 코어(core)에 위치되는 코어측 음극 무지부(125)를 포함할 수 있다.
코어측 음극 무지부(125)는 음극(120)의 일측부에 위치될 수 있다.
이때, 음극(120), 제1 분리막(140), 양극(110), 및 제2 분리막(150)은 일측부로부터 권취가 시작되어 시계방향으로 권취될 수 있다.
한편, 음극 무지부(125,126)는 음극(120)의 타측부에 위치되는 외곽측 음극 무지부(126)를 더 포함할 수 있다. 즉, 음극 무지부(125,126)는 전극 조립체(100) 권취 시, 전극 조립체(100)의 코어측(I)에 위치되는 코어측 음극 무지부(125) 및 전극 조립체(100)의 외곽측(O)에 위치되는 외곽측 음극 무지부(126)를 포함할 수 있다.
한편, 음극(120)은 양극(110) 보다 길이가 길게 형성될 수 있다.
분리막(160)은 절연 재질로 이루어져 양극(110) 및 음극(120) 사이를 절연할 수 있다.
또한, 분리막(160)은 예를 들어 미다공성을 가지는 폴리에칠렌, 폴리프로필렌 또는 이들의 조합에 의해 제조되는 다층 필름이나, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리에틸렌 옥사이드, 폴리아크릴로니트릴 또는 폴리비닐리덴 플루오라이드 헥사플루오로프로필렌 공중합체와 같은 고체 고분자 전해질용 또는 겔형 고분자 전해질용 고분자 필름일 수 있다.
그리고, 분리막(160)은 제1 분리막(140) 및 제2 분리막(150)을 포함할 수 있다.
이때, 전극 조립체(100)는 권취 최외곽으로부터 음극(110), 제1 분리막(140), 양극(120), 및 제2 분리막(150) 순으로 적층될 수 있다.
제1 분리막(140) 및 제2 분리막(150)은 양극(110) 및 음극(120) 보다 길이가 길게 형성될 수 있다.
전극 탭(170)은 전극(130)에 부착되어 전극(130)과 전기적으로 연결된다.
한편, 전극 탭(170)은 양극(110)에 부착된 양극 탭(171) 및 음극(120)에 부착된 음극 탭(172)을 포함할 수 있다.
양극 탭(171)은 양극 무지부(115)에 구비되되, 양극(110)에서 제2 분리막(150) 방향인 일면에 위치될 수 있다.
음극 탭(172)은 음극 무지부(125,126)에 구비되되, 코어측 음극 무지부(125)의 양면 중 양극(110) 측인 일면에 위치될 수 있다.
한편, 음극 탭(172)의 폭은 예를 들어 3~4mm일 수 있다. 여기서, 보다 구체적으로 음극 탭(172)의 폭은 예를 들어 3.5mm일 수 있지만, 본 발명이 여기에 반드시 한정되는 것은 아니다.
한편, 발명의 일 실시예인 전극 조립체는 코어측 음극 무지부(125)에 부착되는 보호 테이프(180,190)를 더 포함할 수 있다.
보호 테이프(180,190)는 코어측 음극 무지부(125) 및 코어측 음극 활물질부(122,123)의 단부에 걸쳐 부착될 수 있다.
또한, 보호 테이프(180,190)는 예를 들어, PI(polyimide), PET(poly ethylene terephthalate) 재질을 포함할 수 있다. 여기서, 보호 테이프(180,190)는 기재 및 기재의 일면에 도포된 접착층을 포함할 수 있다. 이때, 기재는 PI, PET 재질로 이루어질 수 있다.
아울러, 보호 테이프(180,190)는 코어측 음극 무지부(125) 일면 및 코어측 음극 활물질부(122,123)의 일면 단부에 걸쳐 부착되는 제1 보호 테이프(190), 및 코어측 음극 무지부(125) 타면 및 코어측 음극 활물질부(122,123)의 타면 단부에 걸쳐 부착되는 제2 보호 테이프(180)를 포함할 수 있다.
제1 보호 테이프(190)는 코어측 음극 무지부(125)의 일면에에 부착되는 제1 부분(191) 및 코어측 음극 활물질부(122,123) 일면 단부에 부착되는 제2 부분(192)을 포함할 수 있다. 이때, 제1 보호 테이프(190)의 길이(L1)는 코어측 음극 무지부(125)의 일면 길이(a1) 보다 길게 구비될 수 있다.
여기서, 제1 보호 테이프(190)에서 제1 부분(191)은 일례 예로 코어측 음극 무지부(125)에서 끝단을 제외한 부분에 걸쳐 부착될 수 있다. 이때, 제1 보호 테이프(190)는 예를 들어 코어측 음극 무지부(125)에서 끝단으로부터 6mm되는 구간부터 부착될 수 있지만, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다.
한편, 제1 보호 테이프(190)에서 제1 부분(191)은 다른 예로 코어측 음극 무지부(125)의 타면 전체에 걸쳐 부착될 수 있다.
제2 보호 테이프(180)는 코어측 음극 무지부(125)의 타면에 부착되는 제1 부분(181) 및 코어측 음극 활물질부(122,123) 타면 단부에 부착되는 제2 부분(182)을 포함할 수 있다. 이때, 제2 보호 테이프(180)의 길이는 코어측 음극 무지부(125)의 타면 길이보다 길게 구비될 수 있다.
여기서, 제2 보호 테이프(180)에서 제1 부분(181)은 일례 예로 코어측 음극 무지부(125)에서 끝단을 제외한 부분에 걸쳐 부착될 수 있다. 한편, 제2 보호 테이프(180)에서 제1 부분(181)은 다른 예로 코어측 음극 무지부(125)의 타면 전체에 걸쳐 부착될 수 있다.
한편, 제1 보호 테이프(190)의 제2 부분(192) 및 제2 보호 테이프(180)의 제2 부분(182)은 전극(130) 및 분리막(140,150)의 적층방향(도 2를 참고할때 상하방향)에 대하여 양극(110)의 코어측(I) 단부와 중첩될 수 있다. 이때, 제1 보호 테이프(190)의 제2 부분(192) 및 제2 보호 테이프(180)의 제2 부분(182)은 적층방향에 대하여 양극(110)의 코어측(I) 단부와 1~3mm 이상 중첩될 수 있다.
제1 보호 테이프(190)의 길이(L1)는 예를 들어 17~40mm일 수 있다. 여기서, 제1 보호 테이프(190)의 길이(L1)는 구체적으로 예를 들어 30~40mm일 수 있다. 이때, 제1 보호 테이프(190)의 길이(L1)는 보다 구체적으로 예를 들어 35~37mm로 형성될 수 있다.
제2 보호 테이프(180)의 길이는 예를 들어 17~25mm일 수 있다. 이때, 보호 테이프(180)는 구체적으로 예를 들어 17~19mm로 형성될 수 있다. 여기서, 제2 보호 테이프(180)의 길이가 17mm 이상으로 형성되어 권취 시 양극(110)의 코어측(I) 단부와 적층방향으로 중첩된 부분이 있도록 구비될 수 있다. 이에 따라, 양극(110)의 코어측(I) 단부에 의해 제2 분리막(150)의 파손 시 제2 보호 테이프(180)가 양극(110)의 코어측(I) 단부와 음극(120)이 접촉되어 쇼트가 발생되는 것을 방지할 수 있다.
한편, 예를 들어 코어측 음극 무지부(125)에 부착된 제1 보호 테이프(190) 및 제2 보호 테이프(180)의 부착 길이는 13mm 일 수 있지만, 본 발명이 여기에 반드시 한정되는 것은 아니다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체는, 양극(110)의 코어측(I) 단부에 의해 대면되는 분리막(160) 손상 시 보호 테이프(180,190)를 통해 쇼트를 방지할 수 있다. 즉, 제1 분리막(140)을 사이에 두고 양극(110)의 코어측(I) 단부와 대면되는 코어측 음극 무지부(125) 일면 부분에 제1 보호 테이프(190)가 위치되어, 양극(110)의 단부에 의해 제1 분리막(140)의 손상 시 양극(110)의 단부가 코어측 음극 무지부(125)와 접촉되며 전기적으로 쇼트가 발생되는 것을 방지할 수 있다. 아울러, 전극 조립체(100) 권취 시 제2 분리막(150)을 사이에 두고 양극(110)의 코어측(I) 단부와 대면되는 코어측 음극 무지부(125) 타면 부분에 제2 보호 테이프(180)가 위치되어, 양극(110)의 단부에 의해 제2 분리막(150)의 손상 시 양극(110)의 단부가 코어측 음극 무지부(125)와 접촉되며 전기적으로 쇼트가 발생되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 코어측 음극 무지부(125)에 보호 테이프(180,190)가 부착됨에 따라 코어측의 Core Collapese(붕괴)를 방지할 수 있고, 이로 인해 전지 수명 저하를 방지할 수 있다.
다른 실시예에 따른 전극 조립체
이하에서는 다른 실시예에 따른 전극 조립체(200)를 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 조립체가 권취되기 전 펼쳐진 상태를 나타낸 정면도이다.
도 3을 참고하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 조립체(200)는, 권취형 전극 조립체로서, 양극 활물질부(112,113) 및 양극 무지부(115)를 포함하는 양극(110), 양극 무지부(115)에 구비되는 양극 탭(171), 음극 활물질부(122,123) 및 음극 무지부(125,126)를 포함하는 음극(120), 음극 무지부(125,126)에 구비되는 음극 탭(172), 및 양극(110) 및 음극(120) 사이를 절연하는 분리막(160)을 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 조립체(200)는 전술한 일 실시예에 따른 전극 조립체와 비교할 때, 보호 테이프(280,290)의 실시 형태에 차이가 있다. 따라서, 본 실시예는 일 실시예와 중복되는 내용은 생략하거나, 간략히 기술하고, 차이점을 중심으로 기술하도록 한다.
보다 상세히, 전극 조립체(100)는 전극(130)과 분리막(160)이 결집되어 교대로 적층된 구조를 형성한다. 여기서, 전극 조립체(100)는 전극(130) 및 분리막(160)이 교대로 결집되어 권취된 형태로 형성될 수 있다. 이때, 전극 적층체(110)는 중심축(C)을 중심으로 권취된 원기둥 형태로 권취될 수 있다.
전극(130)은 양극(110)과 음극(120)을 포함할 수 있다. 그리고, 분리막(160)은 양극(110)과 음극(120)을 분리하여 전기적으로 절연시킨다.
양극(110)은 양극 집전체(111)와, 양극 집전체(111) 상에 양극 활물질(114)이 적층되어 형성되는 영역인 양극 활물질부(112,113), 및 양극 활물질이 미적층된 영역인 양극 무지부(115)를 포함할 수 있다.
양극 집전체(111)는 예를 들어 알루미늄 재질의 포일(Foil)로 이루어질 수 있다.
양극 무지부(115)는 양극(110)의 양측 사이에 위치될 수 있다.
음극(120)은 음극 집전체(121)와, 음극 집전체(121)에 상에 음극 활물질(124)이 적층되어 형성되는 영역인 음극 활물질부(122,123), 및 음극 활물질이 미적층된 영역인 음극 무지부(125,126)를 포함할 수 있다.
음극 집전체(121)는 예를 들어 구리(Cu) 또는 니켈(Ni) 재질로 이루어진 포일(foil)로 이루어질 수 있다.
한편, 음극 활물질부(122,123)는 음극 집전체(121)의 양면에 구비될 수 있다. 이때, 양극(110) 측인 음극 집전체(121)에 구비되는 음극 활물질부(122)의 길이는 양극 활물질부(112,113)의 길이보다 길게 형성될 수 있다.
음극 무지부(125,126)는 양극(110), 음극(120), 및 분리막(160)이 권취 시, 코어(core)에 위치되는 음극(120)의 코어측 음극 무지부(125)를 포함할 수 있다.
코어측 음극 무지부(125)는 음극(120)의 일측부에 위치될 수 있다.
이때, 음극(120), 제1 분리막(140), 양극(110), 및 제2 분리막(150)은 일측부로부터 권취가 시작되어 시계방향으로 권취될 수 있다.
한편, 음극(120)은 양극(110) 보다 길이가 길게 형성될 수 있다.
분리막(160)은 절연 재질로 이루어져 양극(110) 및 음극(120) 사이를 절연할 수 있다.
그리고, 분리막(160)은 제1 분리막(140) 및 제2 분리막(150)을 포함할 수 있다.
이때, 전극 조립체(100)는 권취 최외곽으로부터 음극(110), 제1 분리막(140), 양극(120), 및 제2 분리막(150) 순으로 적층될 수 있다.
제1 분리막(140) 및 제2 분리막(150)은 양극(110) 및 음극(120) 보다 길이가 길게 형성될 수 있다.
전극 탭(170)은 전극(130)에 부착되어 전극(130)과 전기적으로 연결된다.
한편, 전극 탭(170)은 양극(110)에 부착된 양극 탭(171) 및 음극(120)에 부착된 음극 탭(172)을 포함할 수 있다.
양극 탭(171)은 양극 무지부(115)에 구비되되, 양극(110)에서 제2 분리막(150) 방향인 일면에 위치될 수 있다.
음극 탭(172)은 음극 무지부(125,126)에 구비되되, 코어측 음극 무지부(125)의 양면 중 양극(110) 측인 일면에 위치될 수 있다.
한편, 발명의 일 실시예인 전극 조립체는 코어측 음극 무지부(125)에 부착되는 보호 테이프(280,290)를 더 포함할 수 있다.
보호 테이프(280,290)는 코어측 음극 무지부(125) 및 코어측 음극 활물질부(122,123)의 단부에 걸쳐 부착될 수 있다.
보호 테이프(280,290)는 코어측 음극 무지부(125) 일면 및 코어측 음극 활물질부(122,123)의 일면 단부에 걸쳐 부착되는 제1 보호 테이프(290), 및 코어측 음극 무지부(125) 타면 및 코어측 음극 활물질부(122,123)의 타면 단부에 걸쳐 부착되는 제2 보호 테이프(280)를 포함할 수 있다.
제1 보호 테이프(290)는 코어측 음극 무지부(125)의 일면에에 부착되는 제1 부분(191) 및 코어측 음극 활물질부(122,123) 일면 단부에 부착되는 제2 부분(192)을 포함할 수 있다. 이때, 제1 보호 테이프(290)의 길이는 코어측 음극 무지부(125)의 일면 길이보다 길게 구비될 수 있다.
여기서, 제1 보호 테이프(290)에서 제1 부분(191)은 일례 예로 코어측 음극 무지부(125)에서 끝단을 제외한 부분에 걸쳐 부착될 수 있다. 한편, 제1 보호 테이프(290)에서 제1 부분(191)은 다른 예로 코어측 음극 무지부(125)의 타면 전체에 걸쳐 부착될 수 있다. 이때, 제2 보호 테이프(280)의 길이 (L2)는 코어측 음극 무지부(125)의 타면 길이보다 길게 구비될 수 있다.
제2 보호 테이프(280)는 코어측 음극 무지부(125)의 타면에에 부착되는 제1 부분(281) 및 코어측 음극 활물질부(122,123) 타면 단부에 부착되는 제2 부분(282)을 포함할 수 있다. 이때, 제2 보호 테이프(280)의 길이(a2)는 코어측 음극 무지부(125)의 타면 길이보다 길게 구비될 수 있다.
여기서, 제2 보호 테이프(280)에서 제1 부분(181)은 일례 예로 코어측 음극 무지부(125)에서 끝단을 제외한 부분에 걸쳐 부착될 수 있다. 한편, 제2 보호 테이프(280)에서 제1 부분(281)은 다른 예로 코어측 음극 무지부(125)의 타면 전체에 걸쳐 부착될 수 있다.
한편, 제1 보호 테이프(290)의 제2 부분(292) 및 제2 보호 테이프(280)의 제2 부분(282)은 전극(130) 및 분리막(140,150)의 적층방향(도 3을 참고할때 상하방향)에 대하여 양극(110)의 코어측(I) 단부와 중첩될 수 있다. 이때, 제1 보호 테이프(20)의 제2 부분(292) 및 제2 보호 테이프(280)의 제2 부분(282)은 적층방향에 대하여 양극(110)의 코어측(I) 단부와 1~3mm 이상 중첩될 수 있다.
제1 보호 테이프(290)의 길이는 예를 들어 17~25mm일 수 있다. 이때, 보호 테이프(290)는 구체적으로 예를 들어 17~19mm로 형성될 수 있다. 여기서, 제1 보호 테이프(290)의 길이가 17mm 이상으로 형성되어 양극(110)의 코어측(I) 단부와 적층방향으로 중첩된 부분이 있도록 구비될 수 있다. 이에 따라, 양극(110)의 코어측(I) 단부에 의해 제1 분리막(140)의 파손 시 제1 보호 테이프(290)가 양극(110)의 코어측(I) 단부와 음극(120)이 접촉되어 쇼트가 발생되는 것을 방지할 수 있다.
제2 보호 테이프(280)의 길이(L2)는 예를 들어 30~40mm일 수 있다. 이때, 제2 보호 테이프(280)의 길이(L2)는 구체적으로 예를 들어 35~37mm로 형성될 수 있다.
이에 따라, 제2 보호 테이프(280)의 길이(L2)가 37mm 이하로 형성되어 양극(110)과 음극(120) 사이에 리튬 이온의 이동을 방해하지 않아 전지 성능을 저하시키지 않을 수 있고, 전극 조립체(200)의 지름이 과도하게 확장되는 것을 방지할 수 있다.
아울러, 제2 보호 테이프(280)의 길이(L2)가 35mm 이상으로 형성되어, 음극(120)의 코어측(I) 부분을 2회 권취 후 양극(110)의 코어측 단부와 제2 보호 테이프(280)가 대면되는 경우에도 양극(110)의 코어측(I) 단부와 적층방향으로 중첩된 부분이 있도록 할 수 있다.
이차전지
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 이차전지를 설명하기로 한다.
도 1을 참고하면, 본 발명의 실시예에 따른 이차전지(10)는 전극 조립체(100) 및 전지 케이스(20)를 포함하고, 전극 조립체(100)는 양극(110), 분리막(160), 음극(120)이 교대로 적층되어 권취된 권취형 전극 조립체로서, 양극 활물질부 및 양극 무지부를 포함하는 양극(110), 양극 무지부에 구비되는 양극 탭(171), 음극 활물질부 및 음극 무지부를 포함하는 음극, 음극 무지부에 구비되는 음극 탭(172), 및 양극(110) 및 음극 사이를 절연하는 분리막(160)을 포함한다. 여기서, 음극 무지부는 양극(110), 음극, 및 분리막(160)이 권취 시, 코어(core)에 위치되는 음극의 코어측 음극 무지부를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 이차전지(10)는 전술한 일 실시예에 따른 전극 조립체 또는 다른 실시예에 따른 전극 조립체를 포함하는 이차전지에 관한 것이다. 따라서, 본 실시예는 전술한 실시예들과 중복되는 내용은 생략하거나 간략히 기술하고, 차이점을 중심으로 기술하도록 한다.
본 발명의 실시예에 따른 이차전지(10)는 전극 조립체(100) 및 전극 조립체(100)가 수용되는 전지 케이스(20)를 포함한다. 이때, 본 발명의 실시예에 따른 이차전지(10)는 전지 케이스(20)의 내부에 수용되는 전해액을 더 포함할 수 있다.
전지 케이스(20)는 전극 조립체(100)가 수용되는 상부로 개구된 수용부(21)가 형성될 수 있다. 이때, 전지 케이스(20)는 예를 들어 원통형 형태로 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 이차전지(10)는 전지 케이스(20)의 개구된 수용부(21)를 덮는 캡(Cap)(30)을 더 포함할 수 있다.
전극 탭(170)은 전극(130)에 부착되어 전극(130)과 전기적으로 연결된다.
전극 탭(170)은 양극(110)에 부착된 양극 탭(171) 및 음극(120)에 부착된 음극 탭(172)을 포함할 수 있다.
한편, 양극 탭(171)은 도 1을 참고할 때, 상부 방향인 캡(30)이 위치된 방향에 형성되고, 음극 탭(172)은 하부 방향인 전지 케이스(20)의 수용부(21) 바닥면을 향해 위치될 수 있다. 이때, 양극 탭(171)과 연결된 캡(30)은 양극 단자를 형성하고, 음극 탭(172)과 연결된 전지 케이스(20)의 하부는 음극 단자를 형성할 수 있다. 여기서, 캡(30)과 전지 케이스(20) 사이는 절연될 수 있다.
음극 탭(172)은 코어측 음극 무지부의 양면 중 양극(110) 측인 일면에 위치될 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 이차전지(10)는 코어측 음극 무지부(125)에 부착되는 보호 테이프(180,190)를 더 포함할 수 있다.
보호 테이프(180,190)는 코어측 음극 무지부(125) 및 코어측 음극 활물질부(122,123)의 단부에 걸쳐 부착될 수 있다.
도 4은 종래기술 및 본 발명의 실시예에 따른 전극 조립체의 발화 안정성을 측정한 그래프이다.
도 4에 나타나 있는 그래프는 음극 코어 무지부에 보호 테이프가 부착된 본 발명의 실시예에 따른 전극 조립체(A) 및 음극 코어 무지부에 보호 테이프가 부착되지 않은 종래기술에 따른 전극 조립체(B)의 발화 안정성을 나타낸다.
또한, 도 4에 나타난 그래프는 본 발명 및 종래기술에 따른 전극 조립체를 각각 장착한 이차전지를 챔버 내에 수용시킨 후 챔버를 약 130℃로 가열하여 발화 안정성을 측정한 것을 나타내었다. 이때, 본 발명의 실시예에 따른 전극 조립체(A)에 구비된 보호 테이프의 길이는 35mm이다.
도 4의 그래프에 나타난 바와 같이 보호 테이프가 부착되지 않은 종래기술에 따른 전극 조립체(B)는 약 34분이 경과 되었을 때 발화가 일어나는 반면, 음극 코어 무지부에 보호 테이프가 부착된 본 발명의 실시예에 따른 전극 조립체(A)는 발화가 일어나지 않는 것을 알 수 있다.
결국, 본 발명의 실시예에 따른 전극 조립체(A)는 음극 코어 무지부에 보호 테이프가 부착되어, 쇼트 발생이 방지되고, 코어측의 Core Collapese(붕괴)를 방지하여 발화가 일어나지 않는 것을 알 수 있다.
이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 실시가 가능하다고 할 것이다.
또한, 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.
10: 이차전지
20: 전지 케이스
21: 수용부
30: 캡
100,200: 전극 조립체
110: 양극
111: 양극 집전체
112,113: 양극 활물질부
114: 양극 활물질
115: 양극 무지부
120: 음극
121: 음극 집전체
122,123: 음극 활물질부
124: 음극 활물질
125: 코어측 음극 무지부
126: 외곽측 음극 무지부
130: 전극
140: 제1 분리막
150: 제2 분리막
160: 분리막
170: 전극 탭
171: 양극 탭
172: 음극 탭
180,280: 제2 보호 테이프190,290: 제1 보호 테이프
181,191,281,291: 제1 부분
182,192,282,292: 제2 부분
C: 중심축
I: 코어측
O: 외곽측
20: 전지 케이스
21: 수용부
30: 캡
100,200: 전극 조립체
110: 양극
111: 양극 집전체
112,113: 양극 활물질부
114: 양극 활물질
115: 양극 무지부
120: 음극
121: 음극 집전체
122,123: 음극 활물질부
124: 음극 활물질
125: 코어측 음극 무지부
126: 외곽측 음극 무지부
130: 전극
140: 제1 분리막
150: 제2 분리막
160: 분리막
170: 전극 탭
171: 양극 탭
172: 음극 탭
180,280: 제2 보호 테이프190,290: 제1 보호 테이프
181,191,281,291: 제1 부분
182,192,282,292: 제2 부분
C: 중심축
I: 코어측
O: 외곽측
Claims (10)
- 권취형 전극 조립체로서,
양극 집전체 상에 양극 활물질이 적층되어 형성되는 영역인 양극 활물질부 및 상기 양극 활물질이 미적층된 영역인 양극 무지부를 포함하는 양극;
상기 양극 무지부에 구비되는 양극 탭;
음극 집전체 상에 음극 활물질이 적층되어 형성되는 영역인 음극 활물질부 및 상기 음극 활물질이 미 적층된 영역인 음극 무지부를 포함하는 음극;
상기 음극 무지부에 구비되는 음극 탭; 및
상기 양극 및 상기 음극 사이를 절연하는 분리막을 포함하고,
상기 음극 무지부는 상기 양극, 상기 음극, 및 상기 분리막이 권취 시, 코어(core)에 위치되는 코어측 음극 무지부를 포함하며,
상기 음극 탭은 상기 코어측 음극 무지부의 양면 중 상기 양극 측인 일면에 위치되고,
상기 코어측 음극 무지부에 부착되는 보호 테이프를 더 포함하며,
상기 보호 테이프는 상기 코어측 음극 무지부 및 상기 코어측 음극 활물질부의 단부에 걸쳐 부착되는 전극 조립체. - 청구항 1에 있어서,
상기 보호 테이프는
상기 코어측 음극 무지부 일면 및 상기 코어측 음극 활물질부의 일면 단부에 걸쳐 부착되는 제1 보호 테이프; 및
상기 코어측 음극 무지부 타면 및 상기 코어측 음극 활물질부의 타면 단부에 걸쳐 부착되는 제2 보호 테이프를 포함하는 전극 조립체. - 청구항 2에 있어서,
상기 제2 보호 테이프는 상기 코어측 음극 무지부의 일면에에 부착되는 제1 부분 및 상기 코어측 음극 활물질부 일면 단부에 부착되는 제2 부분을 포함하고,
상기 제1 부분은 상기 코어측 음극 무지부의 일면 전체에 걸쳐 부착되는 전극 조립체. - 청구항 2에 있어서,
상기 제2 보호 테이프는 상기 코어측 음극 무지부의 타면에에 부착되는 제1 부분 및 상기 코어측 음극 활물질부 타면 단부에 부착되는 제2 부분을 포함하고,
상기 제1 부분은 상기 코어측 음극 무지부의 타면 전체에 걸쳐 부착되는 전극 조립체. - 청구항 1에 있어서,
상기 분리막은 제1 분리막 및 제2 분리막을 포함하고,
권취 최외곽으로부터 상기 음극, 제1 분리막, 상기 양극, 및 제2 분리막 순으로 적층되는 전극 조립체. - 청구항 5에 있어서,
상기 제1 분리막 및 상기 제2 분리막은 상기 양극 및 상기 음극 보다 길이가 길게 형성되고,
상기 음극은 상기 양극 보다 길이가 길게 형성되는 전극 조립체. - 청구항 6에 있어서,
상기 코어측 음극 무지부는 상기 음극의 일측부에 위치되고,
상기 음극, 제1 분리막, 상기 양극, 및 제2 분리막은 일측부로부터 권취가 시작되어 시계방향으로 권취된 전극 조립체. - 청구항 6에 있어서,
상기 음극 활물질부는 상기 음극 집전체의 양면에 구비되고,
상기 양극 측인 상기 음극 집전체의 일면에 구비되는 상기 음극 활물질부의 길이는 상기 양극 활물질부의 길이보다 길게 형성되는 전극 조립체. - 청구항 5에 있어서,
상기 양극 무지부는 상기 양극의 양측 사이에 위치되고,
상기 양극 탭은 상기 양극에서 상기 제2 분리막 방향인 일면에 위치되는 전극 조립체. - 청구항 1 내지 청구항 9 중 어느 한 항에 기재된 전극 조립체를 포함하는 이차전지.
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