KR20230055753A - 원통형 이차 전지 - Google Patents
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Abstract
본 개시에 따른 해결하고자 하는 기술적 과제는 전극 조립체의 권취 중심 영역(권취가 시작되는 영역)에서 양극판과 음극판의 상호간 직접적인 쇼트 현상을 방지할 수 있는 원통형 이차 전지를 제공하는데 있다. 이를 위해 본 개시는 원통형 캔; 상기 원통형 캔에 수용되는 전극 조립체; 및 상기 원통형 캔을 막아 상기 전극 조립체를 밀봉하는 캡 조립체를 포함하고, 상기 전극 조립체는 권취 선단, 내면 및 외면을 갖는 양극판, 상기 양극판의 내면을 덮는 제1세퍼레이터, 상기 양극판의 외면을 덮는 제2세퍼레이터, 및 상기 제1세퍼레이터 상에 위치된 음극판을 포함하고, 상기 제1,2세퍼레이터는 상기 양극판의 권취 선단과 대응되는 영역에 제공되는 양극 보호 영역을 포함하는, 이차 전지를 제공한다.
Description
본 개시(disclosure)는 원통형 이차 전지에 관한 것이다.
일반적으로 원통형 이차 전지는 원기둥 형태의 전극 조립체와, 전극 조립체와 전해액을 수용하는 원통 형태의 캔과, 캔의 상단 개구부에 결합되어 캔을 밀봉하고 전극 조립체에서 발생되는 전류를 외부 장치로 흐르게 하는 캡 조립체를 포함한다.
일부 예들에서, 전극 조립체의 권취 방법은 2장의 세퍼레이터의 단부(선단)를 권심 부재에 결합하여 먼저 권취하는 단계와, 2장의 세퍼레이터 사이에 양극판(또는 음극판)을 위치시키고 1장의 세퍼레이터 상에(즉, 양극판 상에) 음극판(또는 양극판)을 위치시키는 단계와, 권심 부재를 회전시켜 양극판, 음극판 및 세퍼레이터가 대략 원기둥 형태로 권취되도록 하는 단계를 포함한다. 여기서, 음극판의 단부(선단)에 비해 양극판의 단부(선단)가 늦게 투입됨으로써, 일반적으로 양극판의 단부가 2장의 세퍼레이터 사이에 위치된다.
따라서, 종래에는 양극판의 단부가 날카롭게 컷팅되어 버(burr)를 가질 경우, 상기 버가 세퍼레이터를 관통하여 음극판에 직접 쇼트되는 불량이 발생할 수 있었다. 다르게 설명하면, 전극 조립체의 대략 권취 중심 영역(권취가 시작되는 영역)에서 양극판의 단부가 세퍼레이터를 손상시켜, 전지의 안전성을 저하시키는 불량이 발생할 수 있었다.
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 개시는 전극 조립체의 권취 중심 영역(권취가 시작되는 영역)에서 양극판과 음극판의 상호간 직접적인 쇼트 현상을 방지할 수 있는 원통형 이차 전지를 제공한다.
일례로, 본 개시는 전극 조립체의 권취 중심 영역에서 양극판의 단부가 버를 갖거나 또는 양극판의 단부가 변형된다고 해도, 양극판의 단부가 음극판에 직접 쇼트되지 않는 원통형 이차 전지를 제공한다.
본 개시에 따른 예시적 원통형 이차 전지는 원통형 캔; 상기 원통형 캔에 수용되는 전극 조립체; 및 상기 원통형 캔을 막아 상기 전극 조립체를 밀봉하는 캡 조립체를 포함하고, 상기 전극 조립체는 권취 선단, 내면 및 외면을 갖는 양극판, 상기 양극판의 내면을 덮는 제1세퍼레이터, 상기 양극판의 외면을 덮는 제2세퍼레이터, 및 상기 제1세퍼레이터 상에 위치된 음극판을 포함하고, 상기 제1,2세퍼레이터는 상기 양극판의 권취 선단과 대응되는 영역에 제공되는 양극 보호 영역을 포함할 수 있다.
상기 양극 보호 영역은 적어도 3층(layer)의 세퍼레이터의 영역을 포함할 수 있다.
상기 양극 보호 영역은 상기 제1세퍼레이터에 의해 제공되는 1층의 세퍼레이터의 영역 및 상기 제2세퍼레이터에 의해 제공되는 2층의 세퍼레이터의 영역을 포함할 수 있다.
상기 양극 보호 영역은 상기 양극판의 외면 상에 제공될 수 있다.
상기 양극 보호 영역은 상기 양극판의 내면 상에 제공될 수 있다.
상기 제1,2세퍼레이터는 각각 권취 선단을 포함하고, 상기 제1,2세퍼레이터의 권취 선단은 상기 양극판의 외면 상에 제공될 수 있다.
상기 제1,2세퍼레이터는 각각 권취 선단을 포함하고, 상기 제1,2세퍼레이터의 권취 선단은 상기 양극판의 내면 상에 제공될 수 있다.
상기 양극판의 권취 선단은 상기 음극판 상에 제공될 수 있다.
상기 양극 보호 영역은 적어도 2층(layer)의 세퍼레이터의 영역을 포함할 수 있다.
상기 양극 보호 영역은 상기 양극판의 외면 및 상기 양극판의 내면에 각각 제공될 수 있다.
상기 양극 보호 영역은 상기 제1세퍼레이터에 의한 2층의 세퍼레이터의 영역 및 상기 제2세퍼레이터에 의한 2층의 세퍼레이터의 영역을 포함할 수 있다.
상기 제1,2세퍼레이터는 각각 권취 선단을 포함하고, 상기 제1세퍼레이터의 권취 선단은 상기 양극판의 내면 상에 제공되고, 상기 제2세퍼레이터의 권취 선단은 상기 양극판의 외면 상에 제공될 수 있다.
상기 양극 보호 영역은 상기 제1세퍼레이터에 부착된 제1절연층 및 상기 제2세퍼레이터에 부착된 제2절연층을 포함할 수 있다.
본 개시는 전극 조립체의 권취 중심 영역(권취가 시작되는 영역)에서 양극판과 음극판의 직접적인 쇼트 현상을 방지할 수 있는 원통형 이차 전지를 제공할 수 있다.
일례로, 본 개시는 전극 조립체의 권취 중심 영역에서 양극판의 단부가 버를 갖거나 또는 양극판의 단부가 변형된다고 해도, 양극판의 외면과 음극판의 내면 사이에 3겹의 세퍼레이터가 위치되도록 하여, 양극판의 단부가 음극판에 직접 쇼트되지 않는 원통형 이차 전지를 제공할 수 있다.
다른 예로, 본 개시는, 전극 조립체의 권취 중심 영역에서 양극판의 내면과 음극판의 외면 사이에 3겹의 세퍼레이터가 위치되도록 하여, 양극판의 단부가 음극판에 직접 쇼트되지 않는 원통형 이차 전지를 제공할 수 있다.
다른 예로, 본 개시는, 전극 조립체의 권취 중심 영역에서 양극판의 내면과 양극판의 외면에 각각 2겹의 세퍼레이터가 위치되도록 하여, 양극판의 단부가 음극판에 직접 쇼트되지 않는 원통형 이차 전지를 제공할 수 있다.
다른 예로, 본 개시는, 전극 조립체의 권취 중심 영역에서 양극판의 내면과 양극판의 외면에 각각 절연 테이프가 위치되도록 하여, 양극판의 단부가 음극판에 직접 쇼트되지 않는 원통형 이차 전지를 제공할 수 있다.
도 1a, 도 1b 및 도 1c는 본 개시에 따른 예시적 원통형 이차 전지를 도시한 사시도, 단면도 및 분해 사시도이다.
도 2a, 도 2b, 도 2c 및 도 2d는 본 개시에 따른 예시적 원통형 이차 전지중 예시적 전극 조립체의 권취 방법, 권취 평면, 권취 중심(절반) 및 권취 중심(일부)을 도시한 도면들이다.
도 3a, 도 3b, 도 3c 및 도 3d는 본 개시에 따른 예시적 원통형 이차 전지중 예시적 전극 조립체의 권취 방법, 권취 평면, 권취 중심(절반) 및 권취 중심(일부)을 도시한 도면들이다.
도 4a, 도 4b, 도 4c 및 도 4d는 본 개시에 따른 예시적 원통형 이차 전지중 예시적 전극 조립체의 권취 방법, 권취 평면, 권취 중심(절반) 및 권취 중심(일부)을 도시한 도면들이다.
도 5a, 도 5b, 도 5c 및 도 5d는 본 개시에 따른 예시적 원통형 이차 전지중 예시적 전극 조립체의 권취 방법, 권취 평면, 권취 중심(절반) 및 권취 중심(일부)을 도시한 도면들이다.
도 2a, 도 2b, 도 2c 및 도 2d는 본 개시에 따른 예시적 원통형 이차 전지중 예시적 전극 조립체의 권취 방법, 권취 평면, 권취 중심(절반) 및 권취 중심(일부)을 도시한 도면들이다.
도 3a, 도 3b, 도 3c 및 도 3d는 본 개시에 따른 예시적 원통형 이차 전지중 예시적 전극 조립체의 권취 방법, 권취 평면, 권취 중심(절반) 및 권취 중심(일부)을 도시한 도면들이다.
도 4a, 도 4b, 도 4c 및 도 4d는 본 개시에 따른 예시적 원통형 이차 전지중 예시적 전극 조립체의 권취 방법, 권취 평면, 권취 중심(절반) 및 권취 중심(일부)을 도시한 도면들이다.
도 5a, 도 5b, 도 5c 및 도 5d는 본 개시에 따른 예시적 원통형 이차 전지중 예시적 전극 조립체의 권취 방법, 권취 평면, 권취 중심(절반) 및 권취 중심(일부)을 도시한 도면들이다.
본 개시들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시 예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시 예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시 예는 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 실시 예를 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.
도 1a, 도 1b 및 도 1c는 본 개시에 따른 예시적 원통형 이차 전지(100)를 도시한 사시도, 단면도 및 분해 사시도이다.
도 1a, 도 1b 및 도 1c에 도시된 바와 같이, 본 개시에 따른 예시적 이차 전지(100)는 원통형 캔(110), 원기둥 타입 전극 조립체(120), 및 캡 조립체(140)를 포함할 수 있다.
캔(110)은 원형의 바닥부(111)와, 바닥부(111)로부터 상부 방향으로 일정 길이 연장된 원통형 측부(112)를 포함할 수 있다. 이차 전지의 제조 공정 중 원통형 캔(110)의 상부는 개방되어 있다. 따라서, 이차 전지의 조립 공정 중 전극 조립체(120)가 전해액과 함께 원통형 캔(110)에 삽입될 수 있다. 일부 예들에서, 원통형 캔(110)은 스틸, 스틸 합금, 알루미늄, 알루미늄 합금 또는 이의 등가물을 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 캔은 케이스 또는 하우징을 포함하거나 이로 지칭될 수 있다. 일부 예들에서, 원통형 캔(110)은 전극 조립체(120) 및 캡 조립체(140)가 외부로 이탈되지 않도록 캡 조립체(140)를 중심으로 그 하부에 내부로 함몰된 비딩부(beading part)(113)를 포함할 수 있고, 그 상부에 내부로 절곡된 크림핑부(crimping part)(114)를 포함할 수 있다.
전극 조립체(120)는 원통형 캔(110)의 내부에 수용될 수 있다. 전극 조립체(120)는 음극 활물질(예를 들면, 흑연, 탄소 등)이 코팅된 음극판(121), 양극 활물질(예를 들면, 전이금속산화물(LiCoO2, LiNiO2, LiMn2O4 등))이 코팅된 양극판(122) 및, 음극판(121)과 양극판(122) 사이에 위치되어 쇼트를 방지하고 리튬 이온의 이동만 가능하게 하는 세퍼레이터(123)를 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 음극판(121), 양극판(122) 및 세퍼레이터(123)는 대략 원기둥 형태로 권취될 수 있다. 일부 예들에서, 음극판(121)은 구리(Cu) 또는 니켈(Ni) 포일, 양극판(122)은 알루미늄(Al) 포일, 세퍼레이터(123)는 폴리에틸렌(PE) 또는 폴리프로필렌(PP)를 각각 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 음극판(121)에는 하부로 일정 길이 돌출되어 연장된 음극탭(124)이, 양극판(122)에는 상부로 일정 길이 돌출된 양극탭(125)이 용접될 수 있으나, 그 반대도 가능하다. 일부 예들에서, 음극탭(124)은 구리 또는 니켈 재질, 양극탭(125)은 알루미늄 재질을 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 전극 조립체(120)는 전극군(group) 또는 전극으로 지칭될 수 있다.
일부 예들에서, 전극 조립체(120)의 음극탭(124)은 원통형 캔(110)의 바닥부(111)에 용접될 수 있다. 따라서 원통형 캔(110)은 음극으로 동작할 수 있다. 물론, 반대로 양극탭(125)이 원통형 캔(110)의 바닥부(111)에 용접될 수 있으며, 이러한 경우 원통형 캔(110)은 양극으로 동작할 수 있다.
일부 예들에서, 원통형 캔(110)에 결합되며, 중앙에 제1홀(126a) 및 그 외측에 제2홀(126b)이 형성된 제1절연판(126)이 전극 조립체(120)와 바닥부(111)의 사이에 개재될 수 있다. 이러한 제1절연판(126)은 전극 조립체(120)가 원통형 캔(110) 중 바닥부(111)에 전기적으로 접촉되지 않도록 할 수 있다. 일부 예들에서, 제1절연판(126)은 전극 조립체(120) 중 양극판(122)이 바닥부(111)에 전기적으로 접촉되지 않도록 할 수 있다. 일부 예들에서, 제1홀(126a)은 이차 전지의 이상에 의해 다량의 가스가 발생하였을 경우, 가스가 상부로 신속히 이동하도록 할 수 있고, 제2홀(126b)은 음극탭(124)이 관통하여 바닥부(111)에 용접될 수 있도록 할 수 있다.
일부 예들에서, 원통형 캔(110)에 결합되며, 중앙에 제1홀(127a) 및 그 외측에 다수의 제2홀(127b)이 형성된 제2절연판(127)이 전극 조립체(120)와 캡 조립체(140)의 사이에 개재될 수 있다. 이러한 제2절연판(127)은 전극 조립체(120)가 캡 조립체(140)에 전기적으로 접촉되지 않도록 할 수 있다. 일부 예들에서, 제2절연판(127)은 전극 조립체(120) 중 음극판(121)이 캡 조립체(140)에 전기적으로 접촉하지 않도록 할 수 있다. 일부 예들에서, 제1홀(127a)은 이차 전지의 이상에 의해 다량의 가스가 발생하였을 경우, 가스가 캡 조립체(140)로 신속히 이동하도록 할 수 있고, 제2홀(127b)은 양극탭(125)이 관통하도록 하여 캡 조립체(140)에 용접되도록 할 수 있다. 또한 나머지 제2홀(127b)은 전해액 주입 공정에서, 전해액이 전극 조립체(120)로 신속히 흘러 들어가도록 할 수 있다.
캡 조립체(140)는 다수의 관통홀(141a)을 갖는 캡업(cap-up)(141), 캡업(141)의 하부에 위치된 안전벤트(142), 안전벤트(142)의 하부에 위치된 연결링(143), 안전벤트(142) 및 연결링(143)의 하부에 위치되고 다수의 관통홀(144a)을 가지며, 양극탭(125)과 전기적으로 접속된 캡다운(cap-down)(144)을 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 캡 조립체(140)는 캡업(141), 안전벤트(143) 및 캡다운(144)을 원통형 캔(110)의 측부(111)로부터 절연시키는 절연 가스켓(145)을 더 포함할 수 있다.
일부 예들에서, 절연 가스켓(145)은 실질적으로 원통형 캔(110)의 측부(111)에 형성된 비딩부(113)와 크림핑부(114)의 사이에 압착될 수 있다. 일부 예들에서, 캡업(141)의 관통홀(141a) 및 상기 캡다운(144)의 관통홀(144a)은 원통형 캔(110)의 내부에서 이상 내압 발생시 내부 가스를 외부로 배출할 수 있다. 일부 예들에서, 내부 가스가 캡다운(144)의 관통홀(144a)을 통해 안전벤트(143)를 상부 방향으로 반전시켜, 안전벤트(143)가 캡다운(144)으로부터 전기적으로 분리되고, 이어서 안전벤트(144)가 찢어지면서(개방되면서) 내부의 가스가 캡업(141)의 관통홀(141a)을 통해 외부로 방출될 수 있다.
일부 예들에서, 원통형 캔(110)의 내측에는 전해액(도면에 도시되지 않음)이 주액될 수 있으며, 이는 충방전시 전지 내부의 음극판(121) 및 양극판(122)에서 전기화학적 반응에 의해 생성되는 리튬 이온이 이동 가능하도록 한다. 이러한 전해액은 리튬염과 고순도 유기 용매류의 혼합물인 비수질계 유기 전해액을 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 전해액은 고분자 전해질을 이용한 폴리머 또는 고체(solid) 전해질을 포함할 수 있다.
도 2a, 도 2b, 도 2c 및 도 2d는 본 개시에 따른 예시적 원통형 이차 전지중 예시적 전극 조립체(120)의 권취 방법, 권취 평면, 권취 중심(절반) 및 권취 중심(일부)을 도시한 도면들이다.
상술한 바와 같이 전극 조립체(120)는 음극판(121), 양극판(122) 및 세퍼레이터를 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 음극판(121)은 음극 집전판(121A) 및 그것의 표면에 코팅된 음극 활물질층(121B)을 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 양극판(122)은 양극 집전판(122A) 및 그것의 표면에 코팅된 양극 활물질층(122B)을 포함할 수 있다.
일부 예들에서, 음극판(121) 역시 음극 권취 선단(권취가 시작되는 영역), 음극 내면 및 음극 내면의 반대면인 음극 외면을 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 양극판(122)은 양극 권취 선단(1221)(권취가 시작되는 영역), 양극 내면(1222) 및 양극 내면(1222)의 반대면인 양극 외면(1223)을 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 세퍼레이터(123)는 제1세퍼레이터(1231) 및 제2세퍼레이터(1232)를 포함할 수 있다. 즉, 음극판(121) 및 양극판(122)은 각각 1장씩 제공되나, 세퍼레이터(123)는 2장이 제공될 수 있다. 일부 예들에서, 제1,2세퍼레이터(1231,1232) 역시 각각 권취 선단(권취가 시작되는 영역), 내면 및 내면의 반대면인 외면을 포함할 수 있다.
일부 예들에서, 전극 조립체(120)의 권취 공정 중, 제1,2세퍼레이터(1231,1232)의 단부(권취 선단)가 권심 부재(150)에 먼저 결합되고, 이어서 권심 부재(150)가 적어도 1회전될 수 있다. 이후, 음극판(121)의 단부(권취 선단)가 권심 부재(150)에 제공되고, 마지막으로 양극판(122)의 단부(권취 선단)가 권심 부재(150)에 제공될 수 있다.
본 개시에서, 제1,2세퍼레이터(1231,1232)는 양극판(122)의 양극 권취 선단(1221)과 대응되는 영역에 제공되는 양극 보호 영역(1233)을 더 포함할 수 있으며, 이러한 양극 보호 영역(1233)으로 인해 양극판(122)의 컷팅 시 발생될 수 있는 변형 구조나 버(burr)가 제1,2세퍼레이터(1231,1232)를 관통하여 음극판(121)에 쇼트되지 않도록 한다.
도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 전극 조립체(120)의 권취 공정에서, 권심 부재(150)에 제1,2세퍼레이터(1231,1232)의 권취 선단이 겹쳐진 상태로 관통 결합된 상태에서, 권심 부재(150)가 시계 방향으로 회전될 수 있다. 일부 예들에서, 상부에 위치된 세퍼레이터가 제1세퍼레이터(1231)로 정의될 수 있고, 하부에 위치된 세퍼레이터가 제2세퍼레이터(1232)로 정의될 수 있다.
일부 예들에서, 제1,2세퍼레이터(1231,1232)의 사이에 양극판(122)이 제공되어 권취될 수 있다. 일부 예들에서, 양극판(122)의 상면이 양극 내면(1222)으로 정의될 수 있고, 양극판(122)의 하면이 양극 외면(1223)으로 정의될 수 있다. 일부 예들에서, 양극 내면(1222)은 음극 외면과 대응되는 영역일 수 있고, 양극 외면(1223)은 음극 내면과 대응되는 영역일 수 있다.
일부 예들에서, 제1,2세퍼레이터(1231,1232)의 권취 선단과, 양극판(122)의 외면에 제공되는 제2세퍼레이터(1232)의 영역이 3층 구조(3층의 세퍼레이터의 영역)를 구현하며, 이러한 3층 구조가 양극 보호 영역(1233)으로 정의될 수 있다. 일부 예들에서, 양극 보호 영역(1233)은 제1세퍼레이터(1231)에 의해 제공되는 1층의 세퍼레이터의 영역 및 제2세퍼레이터(1232)에 의해 제공되는 2층의 세퍼레이터의 영역을 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 2층의 세퍼레이터의 영역은 제2세퍼레이터(1232)가 오버랩되어 제공될 수 있다.
이와 같이 하여, 양극 보호 영역(1233) 또는 3층의 세퍼레이터의 영역은 양극판(122)의 양극 외면(1223) 상에 제공될 수 있다. 다르게 설명하면, 제1,2세퍼레이터(1231,1232)는 각각 권취 선단을 포함할 수 있는데, 제1,2세퍼레이터(1231,1232)의 권취 선단이 양극판(122)의 양극 외면(1223) 상에 제공될 수 있다.
한편, 음극판(121)은 제1세퍼레이터(1231) 상에 제공되어 권취될 수 있다. 일부 예들에서, 음극판(121)의 권취 선단이 양극판(122)의 권취 선단보다 권심 부재(150)에 더 가까울 수 있다. 따라서, 전극 조립체(120)의 권취 완료후, 양극판(122)의 권취 선단은 음극판(121) 상에 위치될 수 있다(도 2c 및 도 2d 참조).
이와 같이 하여, 도 2c 및 도 2d에 도시된 바와 같이, 전극 조립체(120)의 권취가 시작되는 영역에서 양극판(122)의 권취 선단은 음극판(121) 상에 제공되고, 이때 제1,2세퍼레이터(1231,1232)의 양극 보호 영역(1233) 또는 3층의 세퍼레이터의 영역은 양극판(122)의 양극 외면(1223) 상에 제공될 수 있다. 특히, 제1,2세퍼레이터(1231,1232)의 양극 보호 영역(1233)은 양극판(122)의 양극 권취 선단(1221)과 대응되는 영역에 제공될 수 있다. 다르게 설명하면, 제1세퍼레이터(1231)에 의해 제공되는 1층의 세퍼레이터의 영역 및 제2세퍼레이터(1232)에 의해 제공되는 2층의 세퍼레이터의 영역이 양극 보호 영역(1233)을 제공하게 되는데, 이러한 양극 보호 영역(1233)은 양극판(122)의 외면으로서 양극판(122)의 권취 선단과 대응되는 영역에 제공될 수 있다.
일부 예들에서, 제1,2세퍼레이터(1231,1232)의 권취 선단은 양극판(122)의 외면 상에 제공되고, 양극판(122)의 권취 선단은 양극 보호 영역(1233)의 내면 상에 제공됨으로써, 제1,2세퍼레이터(1231,1232)의 권취 선단과 양극판(122)의 권취 선단을 연결하는 영역은 대략 호(arc) 형태일 수 있다.
이와 같이 하여, 본 개시는 전극 조립체(120)의 중심 영역(권취가 시작되는 영역)에서 양극판(122)과 음극판(121)의 직접적인 쇼트 현상을 억제할 수 있다. 일례로, 전극 조립체(120)의 권취 중심 영역에서 양극판(122)의 권취 선단이 버를 갖거나 또는 양극판(122)의 권취 선단이 변형된다고 해도, 양극판(122)의 양극 외면(1223)과 음극판(121)의 음극 내면 사이에 3겹의 세퍼레이터(즉, 양극 보호 영역(1233))가 위치되도록 하여, 양극판(122)의 양극 권취 선단(1221)이 음극판(121)에 직접 쇼트되지 않도록 한다.
도 3a, 도 3b, 도 3c 및 도 3d는 본 개시에 따른 예시적 원통형 이차 전지중 예시적 전극 조립체(120)의 권취 방법, 권취 평면, 권취 중심(절반) 및 권취 중심(일부)을 도시한 도면들이다.
도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 전극 조립체(120)의 권취 공정에서, 권심 부재(150)에 제1,2세퍼레이터(1231,1232)의 권취 선단이 겹쳐진 상태로 관통 결합된 상태에서, 권심 부재(150)가 시계 방향으로 회전될 수 있다.
일부 예들에서, 권심 부재(150)를 관통하여 연장된 제1,2세퍼레이터(1231,1232)의 권취 선단 아래에 양극판(122)이 제공되어 권취될 수 있다. 일부 예들에서, 권심 부재(150)를 관통하여 연장된 제1세퍼레이터(1231)의 권취 선단 아래에 양극판(122)이 제공될 수 있다.
일부 예들에서, 제1,2세퍼레이터(1231,1232)의 권취 선단과, 양극판(122)의 양극 내면(1222)에 제공되는 제2세퍼레이터(1232)의 영역이 3층 구조(3층의 세퍼레이터의 영역)를 구현하며, 이러한 3층 구조가 양극 보호 영역(1233)으로 정의될 수 있다. 일부 예들에서, 양극 보호 영역(1233)은 제1세퍼레이터(1231)에 의해 제공되는 1층의 세퍼레이터의 영역 및 제2세퍼레이터(1232)에 의해 제공되는 2층의 세퍼레이터의 영역을 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 2층의 세퍼레이터의 영역은 제2세퍼레이터(1232)가 오버랩되어 제공될 수 있다.
이와 같이 하여, 양극 보호 영역(1233) 또는 3층의 세퍼레이터의 영역은 양극판(122)의 양극 내면(1222) 상에 제공될 수 있다. 다르게 설명하면, 제1,2세퍼레이터(1231,1232)는 각각 권취 선단을 포함할 수 있는데, 제1,2세퍼레이터(1231,1232)의 권취 선단이 양극판(122)의 양극 내면(1222) 상에 제공될 수 있다.
한편, 음극판(121)은 제1세퍼레이터(1231)와 제2세퍼레이터(1232)의 사이에 제공되어 권취될 수 있다. 일부 예들에서, 음극판(121)의 음극 권취 선단이 양극판(122)의 양극 권취 선단(1221)보다 권심 부재(150)에 더 가까울 수 있다. 따라서, 전극 조립체(120)의 권취 완료후, 양극판(122)의 양극 권취 선단(1221)은 음극판(121) 상에 위치될 수 있다(도 3c 및 도 3d 참조).
이와 같이 하여, 도 3c 및 도 3d에 도시된 바와 같이, 전극 조립체(120)의 권취가 시작되는 영역에서 양극판(122)의 양극 권취 선단(1221)은 음극판(121) 상에 제공되고, 이때 제1,2세퍼레이터(1231,1232)의 양극 보호 영역(1233) 또는 3층의 세퍼레이터의 영역은 양극판(122)의 양극 내면(1222) 상에 제공될 수 있다. 특히, 제1,2세퍼레이터(1231,1232)의 양극 보호 영역(1233)은 양극판(122)의 양극 권취 선단(1221)과 대응되는 영역에 제공될 수 있다. 다르게 설명하면, 제1세퍼레이터(1231)에 의해 제공되는 1층의 세퍼레이터의 영역 및 제2세퍼레이터(1232)에 의해 제공되는 2층의 세퍼레이터의 영역이 양극 보호 영역(1233)을 제공하게 되는데, 이러한 양극 보호 영역(1233)은 양극판(122)의 양극 내면(1222)으로서 양극판(122)의 양극 권취 선단(1221)과 대응되는 영역에 제공될 수 있다.
일부 예들에서, 제1,2세퍼레이터(1231,1232)의 권취 선단은 양극판(122)의 양극 내면(1222) 상에 제공되고, 양극판(122)의 양극 권취 선단(1221)은 양극 보호 영역(1233)의 외면 상에 제공됨으로서, 제1,2세퍼레이터(1231,1232)의 권취 선단과 양극판(122)의 양극 권취 선단(1221)을 연결하는 영역은 대략 호(arc) 형태일 수 있다.
이와 같이 하여, 본 개시는 전극 조립체(120)의 권취 중심 영역(권취가 시작되는 영역)에서 양극판(122)과 음극판(121)의 직접적인 쇼트 현상을 억제할 수 있다. 일례로, 전극 조립체(120)의 권취 중심 영역에서 양극판(122)의 양극 권취 선단(1221)이 버를 갖거나 또는 양극판(122)의 권취 선단이 변형된다고 해도, 양극판(122)의 양극 내면(1222)과 음극판(121)의 음극 외면 사이에 3겹의 세퍼레이터(즉, 양극 보호 영역(1233))가 위치되도록 하여, 양극판(122)의 권취 선단이 음극판(121)에 직접 쇼트되지 않도록 한다.
도 4a, 도 4b, 도 4c 및 도 4d는 본 개시에 따른 예시적 원통형 이차 전지중 예시적 전극 조립체(120)의 권취 방법, 권취 평면, 권취 중심(절반) 및 권취 중심(일부)을 도시한 도면들이다.
도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 전극 조립체(120)의 권취 공정에서, 권심 부재(150)에 제1,2세퍼레이터(1231,1232)의 권취 선단이 겹쳐진 상태로 관통 결합된 상태에서, 권심 부재(150)가 시계 방향으로 회전될 수 있다. 일부 예들에서, 권심 부재(150)를 관통하여 연장된 제1,2세퍼레이터(1231,1232)의 권취 선단에 양극판(122)이 결합되어 권취될 수 있다. 일부 예들에서, 권심 부재(150)를 관통하여 연장된 제1,2세퍼레이터(1231,1232)의 권취 선단 사이에 양극판(122)이 제공될 수 있다. 일부 예들에서, 제1,2세퍼레이터(1231,1232)의 권취 선단 사이의 영역에 양극판(122)의 양극 권취 선단(1221)이 결합되어 권취될 수 있다.
일부 예들에서, 제1세퍼레이터(1231)의 권취 선단과 양극판(122)의 양극 내면(1222)에 제공되는 제1세퍼레이터(1231)의 영역이 2층 구조(2층의 세퍼레이터의 영역)를 구현하며, 또한 제2세퍼레이터(1232)의 권취 선단과 양극판(122)의 양극 외면(1223)에 제공되는 제2세퍼레이터(1232)의 영역이 2층 구조(2층의 세퍼레이터의 영역)를 구현하고, 이러한 두개의 2층 구조 각각이 양극 보호 영역(1233)으로 정의될 수 있다. 일부 예들에서, 양극 보호 영역(1233)은 제1세퍼레이터(1231)에 의해 제공되는 2층의 세퍼레이터의 영역 및 제2세퍼레이터(1232)에 의해 제공되는 2층의 세퍼레이터의 영역을 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 양극판(122)의 양극 내면(1222)에 위치되는 2층의 세퍼레이터의 영역은 제2세퍼레이터(1232)가 오버랩되어 제공될 수 있고, 또한 양극판(122)의 양극 외면(1223)에 위치되는 2층의 세퍼레이터의 영역은 제1세퍼레이터(1231)가 오버랩되어 제공될 수 있다.
이와 같이 하여, 양극 보호 영역(1233) 또는 2층의 세퍼레이터의 영역은 양극판(122)의 양극 내면(1222) 및 양극 외면(1223) 상에 각각 제공될 수 있다. 다르게 설명하면, 제2세퍼레이터(1232)는 권취 선단을 포함할 수 있는데, 제2세퍼레이터(1232)의 권취 선단 및 이에 오버랩되는 제2세퍼레이터(1232)의 영역이 양극판(122)의 양극 내면(1222) 상에 제공될 수 있고, 제1세퍼레이터(1231)의 권취 선단 및 이에 오버랩되는 제1세퍼레이터(1231)의 영역이 양극판(122)의 양극 외면(1223) 상에 제공될 수 있다.
한편, 음극판(121)은 제1세퍼레이터(1231) 및 제2세퍼레이터(1232)의 사이에 제공되어 권취될 수 있다. 일부 예들에서, 음극판(121)의 음극 권취 선단이 양극판(122)의 양극 권취 선단(1221)보다 권취 부재에 더 가까울 수 있다. 따라서, 전극 조립체(120)의 권취 완료후, 양극판(122)의 양극 권취 선단(1221)은 음극판(121) 상에 위치될 수 있다(도 4c 및 도 4d 참조).
이와 같이 하여, 도 4c 및 도 4d에 도시된 바와 같이, 전극 조립체(120)의 권취가 시작되는 영역에서 양극판(122)의 양극 권취 선단(1221)은 음극판(121) 상에 제공되고, 이때 제1,2세퍼레이터(1231,1232)의 양극 보호 영역(1233) 또는 2층의 세퍼레이터의 영역은 양극판(122)의 양극 내면(1222) 및 양극 외면(1223) 상에 각각 제공될 수 있다. 특히, 제1,2세퍼레이터(1231,1232)의 양극 보호 영역(1233)은 양극판(122)의 양극 권취 선단(1221)과 대응되는 영역에 제공될 수 있다. 다르게 설명하면, 제1세퍼레이터(1231)에 의해 제공되는 2층의 세퍼레이터의 영역 및 제2세퍼레이터(1232)에 의해 제공되는 2층의 세퍼레이터의 영역이 양극 보호 영역(1233)을 제공하게 되는데, 이러한 양극 보호 영역(1233)은 양극판(122)의 양극 내면(1222) 및 양극 외면(1223)으로서 양극판(122)의 양극 권취 선단(1221)과 대응되는 영역에 제공될 수 있다.
일부 예들에서, 제2세퍼레이터(1232)의 권취 선단은 양극판(122)의 양극 내면(1222) 상에 제공되고, 제1세퍼레이터(1231)의 권취 선단은 양극판(122)의 양극 외면(1223) 상에 제공되며, 양극판(122)의 양극 권취 선단(1221)은 제1,2세퍼레이터(1231,1232)의 사이에 제공됨으로서, 제1,2세퍼레이터(1231,1232)의 권취 선단과 양극판(122)의 양극 권취 선단(1221)을 연결하는 영역은 대략 호(arc) 형태일 수 있다.
이와 같이 하여, 본 개시는 전극 조립체(120)의 권취 중심 영역(권취가 시작되는 영역)에서 양극판(122)과 음극판(121)의 직접적인 쇼트 현상을 억제할 수 있다. 일례로, 전극 조립체(120)의 중심 영역에서 양극판(122)의 권취 선단이 버를 갖거나 또는 양극판(122)의 권취 선단이 변형된다고 해도, 양극판(122)의 권취 선단을 포함하는 양극 내면(1222)과 양극 외면(1223)에 각각 2겹의 세퍼레이터(즉, 양극 보호 영역(1233))가 위치되도록 하여, 양극판(122)의 권취 선단이 음극판(121)에 직접 쇼트되지 않도록 한다.
도 5a, 도 5b, 도 5c 및 도 5d는 본 개시에 따른 예시적 원통형 이차 전지중 예시적 전극 조립체(120)의 권취 방법, 권취 중심(절반), 권취 평면 및 권취 중심(일부)을 도시한 도면들이다.
도 5a, 도 5b, 도 5c 및 도 5d에 도시된 바와 같이, 양극 보호 영역(1233)은 제1세퍼레이터(1231)에 부착된 제1절연층(1234) 및 제2세퍼레이터(1232)에 부착된 제2절연층(1235)을 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 제1절연층(1234)은 양극판(122)의 양극 권취 선단(1221) 및 양극 내면(1222)과 대응되는 제1세퍼레이터(1231)의 일부 영역에 부착될 수 있다. 일부 예들에서, 제2절연층(1235)은 양극판(122)의 양극 권취 선단(1221) 및 양극 외면(1223)과 대응되는 제2세퍼레이터(1232)의 일부 영역에 부착될 수 있다. 일부 예들에서, 제1,2절연층(1234,1235)은 전해액과 반응하지 않는 재료일 수 있다. 일부 예들에서, 제1,2절연층(1234,1235)은 세퍼레이터 자체이거나, 또는 전해액과 반응하지 않는 폴리에틸렌 또는 플리프로필렌 재료일 수 있다.
이와 같이 하여, 본 개시는 전극 조립체(120)의 권취 중심 영역(권취가 시작되는 영역)에서 양극판(122)과 음극판(121)의 직접적인 쇼트 현상을 억제할 수 있다. 일례로, 전극 조립체(120)의 권취 중심 영역에서 양극판(122)의 양극 권취 선단(1221)이 버를 갖거나 또는 양극판(122)의 양극 권취 선단(1221)이 변형된다고 해도, 양극판(122)의 양극 권취 선단(1221)을 포함하는 양극 내면(1222)과 양극 외면(1223)에 제1,2절연층(1234,1235)이 각각(즉, 양극 보호 영역(1233)) 제공되도록 하여, 양극판(122)의 양극 권취 선단(1221)이 음극판(121)에 직접 쇼트되지 않도록 한다.
이상에서 설명한 것은 본 발명을 실시하기 위한 하나의 실시 예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시 예에 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; 캔
120; 전극 조립체 121; 음극판
121A; 음극 집전판 121B; 음극 활물질층
122; 양극판 122A; 양극 집전판
122B; 양극 활물질층 1221; 양극 권취 선단
1222; 양극 내면 1223; 양극 외면
123; 세퍼레이터 1231; 제1세퍼레이터
1232; 제2세퍼레이터 1233; 양극 보호 영역
1234; 제1절연층 1235; 제2절연층
140; 캡 조립체
120; 전극 조립체 121; 음극판
121A; 음극 집전판 121B; 음극 활물질층
122; 양극판 122A; 양극 집전판
122B; 양극 활물질층 1221; 양극 권취 선단
1222; 양극 내면 1223; 양극 외면
123; 세퍼레이터 1231; 제1세퍼레이터
1232; 제2세퍼레이터 1233; 양극 보호 영역
1234; 제1절연층 1235; 제2절연층
140; 캡 조립체
Claims (13)
- 원통형 캔;
상기 원통형 캔에 수용되는 전극 조립체; 및
상기 원통형 캔을 막아 상기 전극 조립체를 밀봉하는 캡 조립체를 포함하고,
상기 전극 조립체는 권취 선단, 내면 및 외면을 갖는 양극판, 상기 양극판의 내면을 덮는 제1세퍼레이터, 상기 양극판의 외면을 덮는 제2세퍼레이터, 및 상기 제1세퍼레이터 상에 위치된 음극판을 포함하고, 상기 제1,2세퍼레이터는 상기 양극판의 권취 선단과 대응되는 영역에 제공되는 양극 보호 영역을 포함하는, 이차 전지. - 제1항에 있어서,
상기 양극 보호 영역은 적어도 3층(layer)의 세퍼레이터의 영역을 포함하는, 이차 전지. - 제1항에 있어서,
상기 양극 보호 영역은 상기 제1세퍼레이터에 의해 제공되는 1층의 세퍼레이터의 영역 및 상기 제2세퍼레이터에 의해 제공되는 2층의 세퍼레이터의 영역을 포함하는, 이차 전지. - 제1항에 있어서,
상기 양극 보호 영역은 상기 양극판의 외면 상에 제공되는, 이차 전지. - 제1항에 있어서,
상기 양극 보호 영역은 상기 양극판의 내면 상에 제공되는, 이차 전지. - 제1항에 있어서,
상기 제1,2세퍼레이터는 각각 권취 선단을 포함하고, 상기 제1,2세퍼레이터의 권취 선단은 상기 양극판의 외면 상에 제공되는, 이차 전지. - 제1항에 있어서,
상기 제1,2세퍼레이터는 각각 권취 선단을 포함하고, 상기 제1,2세퍼레이터의 권취 선단은 상기 양극판의 내면 상에 제공되는, 이차 전지. - 제1항에 있어서,
상기 양극판의 권취 선단은 상기 음극판 상에 제공되는, 이차 전지.
- 제1항에 있어서,
상기 양극 보호 영역은 적어도 2층(layer)의 세퍼레이터의 영역을 포함하는, 이차 전지. - 제1항에 있어서,
상기 양극 보호 영역은 상기 양극판의 외면 및 상기 양극판의 내면에 각각 제공되는, 이차 전지. - 제1항에 있어서,
상기 양극 보호 영역은 상기 제1세퍼레이터에 의한 2층의 세퍼레이터의 영역 및 상기 제2세퍼레이터에 의한 2층의 세퍼레이터의 영역을 포함하는, 이차 전지. - 제1항에 있어서,
상기 제1,2세퍼레이터는 각각 권취 선단을 포함하고, 상기 제1세퍼레이터의 권취 선단은 상기 양극판의 내면 상에 제공되고, 상기 제2세퍼레이터의 권취 선단은 상기 양극판의 외면 상에 제공되는, 이차 전지. - 제1항에 있어서,
상기 양극 보호 영역은 상기 제1세퍼레이터에 부착된 제1절연층 및 상기 제2세퍼레이터에 부착된 제2절연층을 포함하는, 이차 전지.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210139522A KR20230055753A (ko) | 2021-10-19 | 2021-10-19 | 원통형 이차 전지 |
| US18/046,407 US20230120585A1 (en) | 2021-10-19 | 2022-10-13 | Cylindrical secondary battery |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210139522A KR20230055753A (ko) | 2021-10-19 | 2021-10-19 | 원통형 이차 전지 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20230055753A true KR20230055753A (ko) | 2023-04-26 |
Family
ID=85981010
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020210139522A KR20230055753A (ko) | 2021-10-19 | 2021-10-19 | 원통형 이차 전지 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20230120585A1 (ko) |
| KR (1) | KR20230055753A (ko) |
-
2021
- 2021-10-19 KR KR1020210139522A patent/KR20230055753A/ko unknown
-
2022
- 2022-10-13 US US18/046,407 patent/US20230120585A1/en active Pending
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US20230120585A1 (en) | 2023-04-20 |
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