KR20220130426A - 이차 전지 - Google Patents

이차 전지 Download PDF

Info

Publication number
KR20220130426A
KR20220130426A KR1020210035285A KR20210035285A KR20220130426A KR 20220130426 A KR20220130426 A KR 20220130426A KR 1020210035285 A KR1020210035285 A KR 1020210035285A KR 20210035285 A KR20210035285 A KR 20210035285A KR 20220130426 A KR20220130426 A KR 20220130426A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
current collecting
electrode
current
current collector
electrode assembly
Prior art date
Application number
KR1020210035285A
Other languages
English (en)
Inventor
이호재
김대규
정현기
김명섭
이원석
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 KR1020210035285A priority Critical patent/KR20220130426A/ko
Priority to EP22771604.0A priority patent/EP4311012A1/en
Priority to CN202280021019.7A priority patent/CN116982212A/zh
Priority to US18/014,071 priority patent/US20230268620A1/en
Priority to PCT/KR2022/001828 priority patent/WO2022196938A1/ko
Publication of KR20220130426A publication Critical patent/KR20220130426A/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
    • H01M50/10—Primary casings; Jackets or wrappings
    • H01M50/102—Primary casings; Jackets or wrappings characterised by their shape or physical structure
    • H01M50/107—Primary casings; Jackets or wrappings characterised by their shape or physical structure having curved cross-section, e.g. round or elliptic
    • 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
    • H01M50/533—Electrode connections inside a battery casing characterised by the shape of the leads or tabs
    • 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
    • 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
    • H01M10/058—Construction or manufacture
    • H01M10/0587—Construction or manufacture of accumulators having only wound construction elements, i.e. wound positive electrodes, wound negative electrodes and wound 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
    • H01M50/10—Primary casings; Jackets or wrappings
    • H01M50/147—Lids or covers
    • H01M50/148—Lids or covers characterised by their shape
    • H01M50/152—Lids or covers characterised by their shape for cells having curved cross-section, e.g. round or elliptic
    • 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
    • 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
    • H01M50/543—Terminals
    • H01M50/545—Terminals formed by the casing of the cells
    • 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
    • H01M50/543—Terminals
    • H01M50/547—Terminals characterised by the disposition of the terminals on the cells
    • H01M50/548—Terminals characterised by the disposition of the terminals on the cells on opposite sides of the cell
    • 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

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Connection Of Batteries Or Terminals (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

본 발명은 비용을 절감하고 용량을 증가시킬 수 있는 이차 전지에 관한 것이다.
일례로, 제1전극과, 제2전극 및 세퍼레이터를 포함하는 전극 조립체; 상기 전극 조립체를 수용하는 케이스; 및 상기 케이스의 상부에 결합되는 캡 조립체;를 포함하고, 상기 제1전극은 제1집전체와, 상기 제1집전체로부터 연장되고 절곡된 다수의 집전부를 갖는 제1집전탭 구조와, 상기 제1집전탭 구조에 전기적으로 연결된 제1리드탭을 포함하며, 상기 제1집전탭 구조는 상기 전극 조립체의 중심에서 외측으로 갈수록 상기 집전부의 너비가 넓어지고, 상기 집전부 사이의 간격이 증가하는 것을 특징으로 하는 이차 전지를 개시한다.

Description

이차 전지{Secondary Battery}
본 발명은 이차 전지에 관한 것이다.
이차 전지(secondary battery)는 충전이 불가능한 일차 전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 전지이다. 저용량의 이차 전지는 스마트폰, 피처폰, 노트북 컴퓨터, 디지털 카메라 및 캠코더와 같이 휴대가 가능한 소형 전자기기에 사용되고, 대용량의 이차 전지는 하이브리드 자동차, 전기 자동차 등의 모터 구동용 전원 및 전력 저장용 전지 등으로 널리 사용되고 있다. 이러한 리튬 이온 이차 전지는 형태에 있어서 원통형, 각형 및 파우치형의 이차 전지로 분류될 수 있다.
구체적으로, 원통형 리튬 이온 이차 전지는 일반적으로 원기둥 형태의 전극 조립체와, 전극 조립체가 결합되는 원통 형태의 케이스와, 케이스의 내측에 주액되어 리튬 이온의 이동이 가능하도록 하는 전해액과, 케이스의 일측에 결합되어 전해액의 누액을 방지하고, 전극 조립체의 이탈을 방지하는 캡 조립체 등으로 이루어진다.
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 발명은 비용을 절감하고 용량을 증가시킬 수 있는 이차 전지를 제공한다.
본 발명에 의한 이차 전지는 제1전극과, 제2전극 및 세퍼레이터를 포함하는 전극 조립체; 상기 전극 조립체를 수용하는 케이스; 및 상기 케이스의 상부에 결합되는 캡 조립체;를 포함하고, 상기 제1전극은 제1집전체와, 상기 제1집전체로부터 연장되고 절곡된 다수의 집전부를 갖는 제1집전탭 구조와, 상기 제1집전탭 구조에 전기적으로 연결된 제1리드탭을 포함하며, 상기 제1집전탭 구조는 상기 전극 조립체의 중심에서 외측으로 갈수록 상기 집전부의 너비가 넓어지고, 상기 집전부 사이의 간격이 증가할 수 있다.
상기 제1집전탭 구조는 상기 전극 조립체의 중심에서 외측으로 갈수록 상기 집전부의 높이가 높아질 수 있다.
상기 집전부는 상기 전극 조립체의 중심을 향해 절곡될 수 있다.
상기 제1집전탭 구조는 상기 집전부가 일직선상에 배열되며 부채꼴 형태일 수 있다.
상기 전극 조립체의 중심에 대해 상기 제1집전탭 구조가 이루는 각도는 90도 내지 180도 일 수 있다.
상기 집전부는 다수의 집전탭을 포함할 수 있다.
상기 제1집전탭 구조는 상기 집전부가 사선으로 배열될 수 있다.
상기 제1리드탭은 상기 캡 조립체에 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 제2전극은 제2집전체와, 상기 제2집전체로부터 연장되고 절곡된 다수의 집전부를 갖는 제2집전탭 구조와, 상기 제2집전탭 구조에 전기적으로 연결된 제2리드탭을 포함하며, 상기 제2집전탭 구조는 상기 전극 조립체의 중심에서 외측으로 갈수록 상기 집전부의 너비가 넓어지고, 상기 집전부의 높이가 높아지며, 상기 집전부 사이의 간격이 증가할 수 있다.
상기 제2리드탭은 상기 케이스에 전기적으로 연결될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지는 다수의 집전탭을 포함하는 집전탭 구조와 이를 연결하는 리드탭을 구비하여 상대적으로 비용이 높은 집전판을 사용하지 않으므로, 그에 따른 비용을 절감할 수 있으며 내부 공간 활용도가 높아 전극 조립체의 용량을 증가시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 중 제1전극 및 제2전극을 도시한 평면도이다.
도 4는 도 2의 전극 조립체를 도시한 평면도이다.
도 5a 내지 도 5c는 전극 조립체를 제조하기 위한 방법을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 조립체를 도시한 평면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
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" 는 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
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)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및 /또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 사시도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 단면도이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 중 제1전극 및 제2전극을 도시한 평면도이다. 도 4는 도 2의 전극 조립체를 도시한 평면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(100)는 전극 조립체(110), 케이스(150) 및 캡 조립체(160)를 포함한다.
상기 전극 조립체(110)는 제1전극(120), 제2전극(130) 및 상기 제1전극(120)과 제2전극(130) 사이에 개재된 세퍼레이터(140)를 포함한다. 상기 전극 조립체(110)는 제1전극(120), 제2전극(130) 및 세퍼레이터(140)의 적층제가 젤리-롤 형태로 권취될 수 있다. 여기서, 제1전극(120)은 양극으로서 작용할 수 있으며, 제2전극(130)은 음극으로서 작용할 수 있다. 물론, 그 반대도 가능하다.
상기 제1전극(120)은 알루미늄과 같은 금속 포일로 형성된 제1집전체(121)와, 상기 제1집전체(121)의 양면에 형성되며 제1활물질이 코팅된 제1활물질층(122)과, 제1집전체(121)와 전기적으로 연결된 제1집전탭 구조(125) 및 상기 제1집전탭 구조(125)에 전기적으로 연결된 제1리드탭(126)을 포함할 수 있다.
도 3을 참조하면, 제1집전탭 구조(125)는 제1집전체(121)의 제1방향(X)(또는 길이 방향)과 수직한 제2방향(Y)으로 돌출될 수 있다. 제1집전탭 구조(125)는 전극 조립체(110)의 상부로 돌출될 수 있다. 제1집전탭 구조(125)는 다수의 집전부(1251, 1252, 1253, 1254)을 포함할 수 있다. 일부 예에서, 제1집전탭 구조(125)는 제1집전부(1251), 제2집전부(1252), 제3집전부(1253) 및 제4집전부(1254)를 포함할 수 있다. 비록, 도면에서는 제1집전탭 구조(125)가 4개의 집전부를 포함하는 것으로 도시하였으나, 제1집전탭 구조(125)는 4개 이상의 집전부을 포함할 수 있다. 제1집전부(1251)는 제1집전체(121)의 권취 선단측에 위치하고, 제4집전부(1254)는 권취 종단측에 위치할 수 있다.
제1집전탭 구조(125)의 각 집전부(1251, 1252, 1253, 1254)는 각각 다수의 집전탭(125a, 125b, 125c, 125d)을 포함할 수 있다. 비록, 도면에서는 각 집전부(1251, 1252, 1253, 1254)가 4개의 집전탭을 포함하는 것으로 도시하였으나, 각 집전부(1251, 1252, 1253, 1254)는 4개 이상 또는 4개 이하의 집전탭을 포함할 수 있다. 여기서, 각 집전부(1251, 1252, 1253, 1254)를 구성하는 각각의 집전탭(125a, 125b, 125c, 125d)들끼리는 서로 동일한 크기를 가질 수 있다. 일부 예에서, 제1집전탭 구조(125)의 제1집전부(1251)는 4개의 집전탭(125a)을 포함할 수 있다. 제1집전부(1251)의 집전탭(125a)들은 서로 이격될 수 있다. 또한, 제1집전부(1251)의 집전탭(125a)들은 동일한 너비와 동일한 높이를 가질 수 있다. 제2집전부(1252)의 집전탭(125b)들은 서로 이격되며, 동일한 너비와 동일한 높이를 가질 수 있다. 여기서, 제2집전부(1252)의 집전탭(125b)의 크기(너비 또는 높이)는 제1집전부(1251)의 집전탭(125a)의 크기(너비 또는 높이)와 상이할 수 있다. 제3집전부(1253)의 집전탭(125c)들은 서로 이격되며, 동일한 너비와 동일한 높이를 가질 수 있다. 제3집전부(1253)의 집전탭(125c)의 크기는 제2집전부(1252)의 집전탭(125b)의 크기와 상이할 수 있다. 제4집전부(1254)의 집전탭(125d)들은 서로 이격되며, 동일한 너비와 동일한 높이를 가질 수 있다. 제4집전부(1254)의 집전탭(125d)의 크기는 제3집전부(1253)의 집전탭(125c)의 크기와 상이할 수 있다.
일부 예에서, 집전탭(125a, 125b, 125c, 125d)은 제1집전체(121)의 제2방향(Y)의 일단을 타발(또는 컷팅)하여 형성될 수 있다. 집전탭(125a, 125b, 125c, 125d)은 제1집전체(121)의 일부일 수 있다. 다시 말하자면, 집전탭(125a, 125b, 125c, 125d)은 제1집전체(121)로부터 연장된 부분일 수 있다.
제1집전탭 구조(125)는 권취 선단에서 권취 종단으로 갈수록 각 집전부(1251, 1252, 1253, 1254)의 집전탭(125a, 125b, 125c, 125d)의 너비가 점차 넓어지고 높이가 점차 높아질 수 있다. 여기서, 너비는 제1방향(X)에서의 길이를 나타내고, 높이는 제2방향(Y)에서의 길이를 나타낸다. 일부 예에서, 제2집전부(1252)의 집전탭(125b)의 너비는 제1집전부(1251)의 집전탭(125a)의 너비보다 넓게 형성될 수 있다. 또한, 제2집전부(1252)의 집전탭(125b)의 높이는 제1집전부(1251)의 집전탭(125a)의 높이보다 높게 형성될 수 있다. 제3집전부(1253)의 집전탭(125c)의 너비는 제2집전부(1252)의 집전탭(125b)의 너비보다 넓게 형성되고, 제3집전부(1253)의 집전탭(125c)의 높이는 제2집전부(1252)의 집전탭(125b)의 높이보다 높게 형성될 수 있다. 제4집전부(1254)의 집전탭(125d)의 너비는 제3집전부(1253)의 집전탭(125c)의 너비보다 넓게 형성되고, 제4집전부(1254)의 집전탭(125d)의 높이는 제3집전부(1253)의 집전탭(125c)의 높이보다 높게 형성될 수 있다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 제1집전탭 구조(125)는 전극 조립체(110)를 형성할 때, 각 집전부(1251, 1252, 1253, 1254)가 동일한 위치에 정렬되도록 일정 간격 이격되게 형성될 수 있다. 따라서, 도 4에 도시된 바와 같이, 서로 이격된 집전탭(125a, 125b, 125c, 125d)들 사이의 슬릿(s)은 직선 형태일 수 있다. 또한, 제1집전탭 구조(125)는 권취 선단에서 권취 종단으로 갈수록 집전부(1251, 1252, 1253, 1254)의 간격이 점차 증가할 수 있다. 이는 제1전극(120)과 세퍼레이터(140) 및 제2전극(130)을 함께 권취하면 할수록, 즉, 권취 횟수가 증가할수록, 전극 조립체(110)의 두께가 점차 두꺼워지므로, 집전부(1251, 1252, 1253, 1254) 간의 간격을 증가시켜야만 집전부(1251, 1252, 1253, 1254)가 동일선상에 정렬될 수 있기 때문이다. 예를 들어, 제2집전부(1252)와 제3집전부(1253) 사이의 간격(d2)은 제1집전부(1251)와 제2집전부(1252) 사이의 간격(d1)보다 클 수 있다. 또한, 제3집전부(1253)와 제4집전부(1254) 사이의 간격(d3)은 제2집전부(1252)와 제3집전부(1253) 사이의 간격(d2)보다 클 수 있다. 또한, 제2집전부(1252)는 제1집전부(1251)에 완전히 겹쳐지고, 제3집전부(1253)는 제2집전부(1252)에 완전히 겹쳐지며, 제4집전부(1254)는 제3집전부(1253)에 완전히 겹쳐질 수 있다.
또한, 제1집전탭 구조(125)는 각 집전부(1251, 1252, 1253, 1254)가 일 방향으로 절곡되어 서로 접촉할 수 있다. 일부 예에서, 각 집전부(1251, 1252, 1253, 1254)는 전극 조립체(110)의 중심을 향하는 방향으로 절곡되어 이웃하는 집전부(1251, 1252, 1253, 1254)들이 서로 겹쳐질 수 있다. 예를 들어, 제1집전부(1251)가 전극 조립체(110)의 중심을 향해 절곡되고, 제2집전부(1252)가 제1집전부(1251)의 상부에 겹쳐지도록 절곡될 수 있다. 또한, 제2집전부(1252)의 상부에 제3집전부(1253)가 겹쳐지고, 제3집전부(1253)의 상부에 제4집전부(1254)가 겹쳐지도록, 제3집전부(1253) 및 제4집전부(1254)가 절곡될 수 있다. 더불어, 각 집전부(1251, 1252, 1253, 1254)는 서로 이격된 다수의 집전탭(125a, 125b, 125c, 125d)을 포함하므로, 전극 조립체(110)를 중심을 향해 집전부(1251, 1252, 1253, 1254)를 절곡하기가 용이하다.
도 4를 참조하면, 제1집전탭 구조(125)는 전극 조립체(110)의 일부분에 밀집되게 정렬될 수 있다. 일부 예에서, 제1집전탭 구조(125)는 권취 선단에서 권취 종단으로 갈수록 각 집전탭(125a, 125b, 125c, 125d)의 너비가 넓어지므로, 전극 조립체(110) 상에서 부채꼴 형태로 배열될 수 있다. 이때, 전극 조립체(110)의 중심에 대해 제1집전탭 구조(125)가 이루는 각도(α)는 90도 내지 180도 일 수 있다. 보다 바람직하게, 전극 조립체(110)의 중심에 대해 제1집전탭 구조(125)가 이루는 각도(α)는 135도 일 수 있다. 여기서 전극 조립체(110)의 중심에 대해 제1집전탭 구조(125)가 이루는 각도(α)각 90도 보다 작으면 전극 조립체(110)의 출력이 낮아질 수 있다. 또한, 전극 조립체(110)의 중심에 대해 제1집전탭 구조(125)가 이루는 각도(α)가 180도보다 크면 전극 조립체(110) 내부로 전해액을 주입하기가 어려울 수 있다. 또한, 전술한 바와 같이 전극 조립체(110)의 중심에 대해 제1집전탭 구조(125)가 소정의 각도를 갖도록 함으로써 용접 시 기재가 한 방향에서 다짐되어 겹쳐지므로 용접성을 향상시키는 효과가 있다.
제1리드탭(126)은 제1집전탭 구조(125)에 부착될 수 있다. 일부 예에서, 제1리드탭(126)은 절곡된 다수의 집전부(1251, 1252, 1253, 1254) 상에 용접에 의해 전기적으로 연결될 수 있다. 제1리드탭(126)은 전극 조립체(110)와 캡 조립체(160)를 전기적으로 연결할 수 있다. 일부 예에서, 제1리드탭(126)의 일단은 제1집전탭 구조(125)에 전기적으로 연결되고, 타단은 전극 조립체(110)의 상부로 돌출되어 캡 조립체(160)에 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 제2전극(130)은 구리 또는 니켈과 같은 금속 포일로 형성된 제2집전체(131)와, 상기 제2집전체(131)의 양면에 형성되며 제2활물질이 코팅된 제2활물질층(132)과, 상기 제2집전체(131)와 전기적으로 연결된 제2집전탭 구조(135) 및 상기 제2집전탭 구조(135)에 전기적으로 연결된 제2리드탭(136)을 포함할 수 있다.
제2활물질층(132)은 제2집전체(131)의 양면에 형성될 수 있다. 일부 예에서, 제2활물질층(132)은 제2집전체(131)의 양면에 연속적으로 형성될 수 있다.
제2집전탭 구조(135)는 제2집전체(131)의 제2방향(Y)으로 돌출될 수 있다. 제2집전탭 구조(135)는 제1집전탭 구조(125)의 돌출 방향과 반대 방향으로 돌출될 수 있다. 다시 말하자면, 제2집전탭 구조(135)는 전극 조립체(110)의 하부로 돌출될 수 있다. 제2집전탭 구조(135)는 제1집전탭 구조(125)와 대응되는 형태일 수 있다. 다만, 도 2를 참조하면, 제2집전탭 구조(135)는 제1방향(X)을 기준으로 제1집전탭 구조(125)의 반대편에 위치할 수 있다. 이에 따라, 도 3에 도시된 바와 같이, 권취 선단에서 제1집전탭 구조(125)와 제2집전탭 구조(135)가 시작되는 부분이 상이할 수 있다. 제2집전탭 구조(135)는 다수의 집전부(1351, 1352, 1353, 1354)을 포함할 수 있다. 일부 예에서, 제2집전탭 구조(135)는 제1집전부(1351), 제2집전부(1352), 제3집전부(1353) 및 제4집전부(1354)를 포함할 수 있다. 제1집전부(1351)는 제2집전체(131)의 권취 선단측에 위치하고, 제4집전부(1354)는 권취 종단측에 위치할 수 있다. 제2집전탭 구조(135)의 각 집전부(1351, 1352, 1353, 1354)는 다수의 집전탭(135a, 135b, 135c, 135d)을 포함할 수 있다. 제2집전탭 구조(135)는 상기에서 설명한 제1집전탭 구조(125)와 동일하므로 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
제2리드탭(136)은 제2집전탭 구조(135)에 부착될 수 있다. 일부 예에서, 제2리드탭(136)은 절곡된 다수의 집전부(1351, 1352, 1353, 1354) 상에 용접에 의해 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, 제2리드탭(136)은 케이스(150)의 하면판(152)에 전기적으로 연결될 수 있다. 일부 예에서, 제2리드탭(136)의 일단은 제2집전탭 구조(135)에 전기적으로 연결되고, 타단은 케이스(150)의 하면판(152)에 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 세퍼레이터(140)는 제1전극(120)과 제2전극(130) 사이에 위치되어, 제1전극(120)과 제2전극(130) 사이의 쇼트를 방지하고 리튬 이온의 이동을 가능하게 하는 역할을 한다. 세퍼레이터(140)는 폴리에틸렌이나, 폴리 프로필렌이나, 폴리 에틸렌과 폴리 프로필렌의 복합 필름으로 이루어질 수 있다.
도 5a 내지 도 5c는 전극 조립체를 제조하기 위한 방법을 도시한 도면이다.
도 5a 내지 도 5c를 참조하여 전극 조립체를 제조하는 방법을 간략하게 설명하기로 한다. 먼저, 도 5a에 도시된 바와 같이, 제1전극(120), 제2전극(130) 및 제1전극(120)과 제2전극(130) 사이에 개재된 세퍼레이터(140)의 적층체는 젤리-롤 형태로 권취된다. 제1전극탭 구조(125)는 전극 조립체(110)의 상부로 돌출되고, 제2전극탭 구조(135)는 전극 조립체(110)의 하부로 돌출된다. 또한, 제1전극탭 구조(125)는 전극 조립체(110)의 상부에서 일측 방향으로 정렬되고, 제2전극탭 구조(135)는 전극 조립체(110)의 하부에서 타측 방향으로 정렬된다. 제1전극탭 구조(125) 및 제2전극탭 구조(135)는 전극 조립체(110)의 중심에서 외측으로 갈수록 집전부의 높이가 점차 높아질 수 있다.
다음으로, 도 5b를 참조하면, 제1전극탭 구조(125) 및 제2전극탭 구조(135)는 전극 조립체(110)의 중심을 향해 절곡된다. 일부 예에서, 제1전극탭 구조(125) 및 제2전극탭 구조(135)가 절곡되는 공정을 다짐 공정으로 지칭할 수 있다. 제1전극탭 구조(125)의 각 집전부는 서로 겹쳐질 수 있다. 제1전극탭 구조(125)에서 권취 선단에 위치한 집전부는 전극 조립체(110)를 권취할 때 권심이 있던 영역(전극 조립체 중심의 중공)을 가리지 않는 높이를 가질 수 있다. 또한, 제2전극탭 구조(135)의 각 집전부는 서로 겹쳐질 수 있다. 제2전극탭 구조(135)에서 권취 선단에 위치한 집전부는 전극 조립체(110)를 권취할 때 권심이 있던 영역(전극 조립체 중심부의 중공)을 가리지 않는 높이를 가질 수 있다.
다음으로, 도 5c를 참조하면, 제1리드탭(126)이 제1전극탭 구조(125)의 상에 용접되고, 제2리드탭(136)이 제2전극탭 구조(135) 상에 용접된다. 제1리드탭(126)의 일단은 다짐 공정에 의해 서로 겹쳐진 제1전극탭 구조(125)에 용접되고, 타단은 절곡되어 전극 조립체(110)의 상부로 돌출될 수 있다. 제2리드탭(136)의 일단은 다짐 공정에 의해 서로 겹쳐진 제2전극탭 구조(135)에 용접되고, 타단은 절곡되어 전극 조립체(110)의 하부로 돌출될 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 따른 이차 전지(100)는 다수의 집전부(1251, 1252, 1253, 1254)를 포함하는 집전탭 구조(125)와 이를 연결하는 리드탭(126)을 구비하여 상대적으로 비용이 높은 집전판을 사용하지 않으므로, 그에 따른 비용을 절감할 수 있으며 내부 공간 활용도가 높아 동일면적 대비 이차 전지(100)의 용량을 증가시킬 수 있다.
상기 전극 조립체(110)는 전해액과 함께 케이스(150)의 내부에 수용된다. 여기서, 전해액은 전극 조립체(110)를 구성하는 제1전극(120)과 제2전극(130)의 사이에서 리튬 이온이 이동될 수 있도록 염을 함유한 유기 액체로서, LiPF6, LiBF4, LiClO4 등의 리튬염과 고순도 유기 용매류의 혼합물인 비수질계 유기 전해액을 포함하여 이루어질 수 있으나, 본 발명에서 이를 한정하는 것은 아니다.
또한, 전극 조립체(110)와 캡 조립체(160) 사이에 제1절연판(115)이 개재되고, 전극 조립체(110)와 케이스(150)의 하면판(152) 사이에 제2절연판(116)이 개재될 수 있다. 제1절연판(115)은 전극 조립체(110)가 캡 조립체(160)에 전기적으로 접촉되지 않도록 하는 역할을 할 수 있다. 특히, 제1절연판(115)은 전극 조립체(110) 중 제2전극(130)이 캡 조립체(160)에 전기적으로 접촉되지 않도록 할 수 있다. 제1절연판(115)에는 제1리드탭(126)이 관통하는 홀과, 전해액 또는 내부 가스가 이동하는 홀이 형성될 수 있다.
제2절연판(116)은 전극 조립체(110)가 케이스(150)의 하면판(152)에 전기적으로 접촉되지 않도록 하는 역할을 할 수 있다. 특히, 제2절연판(116)은 전극 조립체(110) 중 제1전극(120)이 케이스(150)의 하면판(152)에 전기적으로 접촉되지 않도록 할 수 있다. 제2절연판(116)에는 제2리드탭(136)이 관통하는 홀과, 내부 가스가 이동하는 홀이 형성될 수 있다.
상기 케이스(150)는 전극 조립체(110)가 수용되는 공간이 형성되도록 일정 직경을 갖는 원통체인 측면판(151)과, 측면판(151)의 하부를 밀폐하는 하면판(152)을 포함할 수 있다. 일부 예에서, 케이스(150)는 원통형 케이스 또는 원통형 캔으로 지칭될 수 있다. 케이스(150)의 상단 개구부는 전극 조립체(110)를 삽입한 후에 밀폐하도록 개방되어 있다. 또한, 케이스(150)의 상부에는 전극 조립체(110)의 유동을 방지하기 위한 비딩부(153)가 형성될 수 있다. 그리고 케이스(150)의 최상단부에는 캡 조립체(160)를 고정하기 위한 크림핑부(154)가 형성될 수 있다.
상기 캡 조립체(160)는 전극 조립체(110)의 상부에 위치하며, 케이스(150)의 상단 개구부에 결합되어 케이스(150)를 밀봉할 수 있다. 캡 조립체(160)는 캡 업(Cap-up)(161), 안전벤트(Safety Vent)(162), 인슐레이터(163), 캡 다운(Cap-down)(164), 서브 플레이트(165) 및 가스켓(166)을 포함할 수 있다.
상기 캡 업(161)은 상부가 볼록하게 형성되어 외부 회로와 전기적으로 접속될 수 있다. 또한, 캡 업(161)은 케이스(150)의 내부에서 발생되는 가스가 배출될 수 있는 경로를 제공하는 배출홀(161a)이 형성되어 있다. 캡 업(161)은 전극 조립체(110)와 전기적으로 연결되며 전극 조립체(110)에서 발생되는 전류를 외부 회로로 전달한다.
상기 안전벤트(162)는 캡 업(161)과 대응되는 원형의 판체로 형성된다. 안전벤트(162)의 중앙에는 하부 방향으로 돌출된 돌출부(162a)가 형성된다. 돌출부(162a)는 캡 다운(164)의 관통홀(164a)을 관통하여, 서브 플레이트(165)와 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, 돌출부(162a)의 외주연에는 안전벤트(162)의 파단을 안내하는 노치(162b)가 형성된다.
상기 안전벤트(162)의 외주연은 캡 업(161)중 상부로 돌출된 부분을 제외한 나머지 부분에 밀착되게 설치된다. 즉, 안전벤트(162)의 외주연과 캡 업(161)의 외주연은 서로 접촉된다. 또한, 안전벤트(162)의 가장자리는 캡 업(161)을 감싸며 캡 업(161)의 상부로 연장되어 형성된다. 안전벤트(162)는 케이스(150)의 내부에서 이상 내압 발생시 전류를 차단하면서 내부 가스를 배출시킨다. 상기 안전벤트(162)는 케이스(150)의 내압이 안전벤트(162)의 작동 압력 이상이 되면, 내부 가스에 의해 돌출부(162a)가 상부로 상승하면서, 서브 플레이트(165)와 전기적으로 분리된다. 또한, 안전벤트(162)는 케이스(150)의 내압이 안전벤트(162)의 작동 압력보다 높은 파단 압력 이상이 되면 노치(162b)가 파단되어 이차 전지(100)의 폭발을 방지할 수 있다.
상기 인슐레이터(163)는 안전벤트(162)와 캡 다운(164) 사이에 개재되어, 안전벤트(162)와 캡 다운(164) 사이를 절연시킨다. 구체적으로, 인슐레이터(163)는 안전벤트(162)의 외주연과 캡 다운(164)의 외주연 사이에 개재된다. 인슐레이터(163)는 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 등과 같은 수지재질로 형성될 수 있다.
상기 캡 다운(164)은 원형의 판체로 형성된다. 캡 다운(164)의 중앙에는 관통홀(164a)이 형성되며, 관통홀(164a)에는 안전벤트(162)의 돌출부(162a)가 관통한다. 또한, 캡 다운(164)의 일측에는 배출홀(164b)이 형성되며, 캡 다운(164)의 하부에는 서브 플레이트(165)가 결합된다. 배출홀(164b)은 내부 가스를 배출시킬 수 있다.
상기 서브 플레이트(165)는 안전벤트(162)의 돌출부(162a)와 제1리드탭(126) 사이에 용접된다. 이에 따라, 서브 플레이트(165)는 제1리드탭(126)과 안전벤트(162)를 전기적으로 접속시킨다.
상기 가스켓(166)은 케이스(150)의 상단 개구부에 설치된다. 즉, 가스켓(166)은 캡 업(161) 및 안전벤트(162)의 외주연, 케이스(150)의 상단 개구부 사이에 밀착되어 조립된다. 가스켓(166)은 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 등과 같은 수지재질로 형성될 수 있다. 이러한 가스켓(166)은 캡 조립체(160)가 케이스(150)로부터 분리되는 것을 방지할 수 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 조립체를 도시한 평면도이다.
도 6을 참조하면, 전극 조립체(100)는 제1집전탭 구조(125')의 집전부(1251', 1252', 1253' 1254')들이 사선으로 정렬되도록 권취될 수 있다. 다시 말해, 서로 이격된 집전탭(125a, 125b, 125c, 125d)들 사이의 슬릿(s)은 곡선 형태일 수 있다. 제2집전부(1252')는 제1집전부(1251')에 일부 겹쳐지고, 제3집전부(1253')는 제2집전부(1252')에 일부 겹쳐지며, 제4집전부(1254')는 제3집전부(1253')에 일부 겹쳐질 수 있다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 의한 이차 전지를 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.
100: 이차 전지 110: 전극 조립체
120: 제1전극 125: 제1집전탭 구조
126: 제1리드탭 130: 제2전극
135: 제2집전탭 구조 136: 제2리드탭
140: 세퍼레이터 150: 케이스
160: 캡 조립체

Claims (10)

  1. 제1전극과, 제2전극 및 세퍼레이터를 포함하는 전극 조립체;
    상기 전극 조립체를 수용하는 케이스; 및
    상기 케이스의 상부에 결합되는 캡 조립체;를 포함하고,
    상기 제1전극은 제1집전체와, 상기 제1집전체로부터 연장되고 절곡된 다수의 집전부를 갖는 제1집전탭 구조와, 상기 제1집전탭 구조에 전기적으로 연결된 제1리드탭을 포함하며,
    상기 제1집전탭 구조는 상기 전극 조립체의 중심에서 외측으로 갈수록 상기 집전부의 너비가 넓어지고, 상기 집전부 사이의 간격이 증가하는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1집전탭 구조는 상기 전극 조립체의 중심에서 외측으로 갈수록 상기 집전부의 높이가 높아지는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 집전부는 상기 전극 조립체의 중심을 향해 절곡된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1집전탭 구조는 상기 집전부가 일직선상에 배열되며 부채꼴 형태인 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 전극 조립체의 중심에 대해 상기 제1집전탭 구조가 이루는 각도는 90도 내지 180도 인 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 집전부는 다수의 집전탭을 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1집전탭 구조는 상기 집전부가 사선으로 배열된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1리드탭은 상기 캡 조립체에 전기적으로 연결된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2전극은 제2집전체와, 상기 제2집전체로부터 연장되고 절곡된 다수의 집전부를 갖는 제2집전탭 구조와, 상기 제2집전탭 구조에 전기적으로 연결된 제2리드탭을 포함하며,
    상기 제2집전탭 구조는 상기 전극 조립체의 중심에서 외측으로 갈수록 상기 집전부의 너비가 넓어지고, 상기 집전부의 높이가 높아지며, 상기 집전부 사이의 간격이 증가하는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제2리드탭은 상기 케이스에 전기적으로 연결된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
KR1020210035285A 2021-03-18 2021-03-18 이차 전지 KR20220130426A (ko)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210035285A KR20220130426A (ko) 2021-03-18 2021-03-18 이차 전지
EP22771604.0A EP4311012A1 (en) 2021-03-18 2022-02-07 Secondary battery
CN202280021019.7A CN116982212A (zh) 2021-03-18 2022-02-07 二次电池
US18/014,071 US20230268620A1 (en) 2021-03-18 2022-02-07 Secondary battery
PCT/KR2022/001828 WO2022196938A1 (ko) 2021-03-18 2022-02-07 이차 전지

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210035285A KR20220130426A (ko) 2021-03-18 2021-03-18 이차 전지

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20220130426A true KR20220130426A (ko) 2022-09-27

Family

ID=83320732

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020210035285A KR20220130426A (ko) 2021-03-18 2021-03-18 이차 전지

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20230268620A1 (ko)
EP (1) EP4311012A1 (ko)
KR (1) KR20220130426A (ko)
CN (1) CN116982212A (ko)
WO (1) WO2022196938A1 (ko)

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4401634B2 (ja) * 2002-09-04 2010-01-20 パナソニック株式会社 蓄電池およびその製造方法
JP4586339B2 (ja) * 2003-06-19 2010-11-24 新神戸電機株式会社 密閉型電池
US7687189B2 (en) * 2004-04-28 2010-03-30 Eveready Battery Company, Inc. Housing for a sealed electrochemical battery cell
KR101743136B1 (ko) * 2014-07-16 2017-06-02 주식회사 엘지화학 내부 저항이 감소된 이차전지 및 그의 제조방법
JP6520097B2 (ja) * 2014-12-11 2019-05-29 株式会社Ｇｓユアサ 蓄電素子

Also Published As

Publication number Publication date
US20230268620A1 (en) 2023-08-24
WO2022196938A1 (ko) 2022-09-22
CN116982212A (zh) 2023-10-31
EP4311012A1 (en) 2024-01-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102483338B1 (ko) 이차 전지
JP2013026214A (ja) 二次電池
KR102450146B1 (ko) 이차 전지
US20170279157A1 (en) Rechargeable battery
KR20210038029A (ko) 이차전지
US11081753B2 (en) Rechargeable battery
EP4451431A1 (en) Secondary battery
EP4191760A1 (en) Secondary battery
US11522256B2 (en) Secondary battery
US11276876B2 (en) Secondary battery
KR102502554B1 (ko) 이차 전지
KR20220130426A (ko) 이차 전지
EP4290673A1 (en) Secondary battery
US20230106265A1 (en) Rechargeable battery
US20240356111A1 (en) Secondary battery
US20230343992A1 (en) Secondary battery
EP4210156A1 (en) Secondary battery
US20240128609A1 (en) Secondary battery
US20240145829A1 (en) Secondary battery
KR102663724B1 (ko) 이차 전지
US10505217B2 (en) Rechargeable battery
KR20230086276A (ko) 이차전지
KR20240067468A (ko) 이차 전지
KR20240048208A (ko) 이차 전지
KR20230111398A (ko) 이차 전지 및 그의 제조 방법

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination