KR20230061982A - 이차 전지 - Google Patents

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KR20230061982A
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신정순
최규길
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삼성에스디아이 주식회사
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Abstract

본 발명에서는 전극탭의 절곡 영역의 길이를 줄여 용량을 높일 수 있는 이차 전지가 개시된다.
일 예로서, 제 1 활물질이 도포된 다수의 제 1 극판, 제 2 활물질이 도포된 다수의 제 2 극판 및 상기 제 1 극판과 제 2 극판의 사이에 위치한 세퍼레이터를 포함하는 전극 조립체를 포함하는 이차 전지에 있어서, 다수의 상기 제 1 극판으로부터 각각 돌출된 다수의 제 1 기재탭; 및 다수의 상기 제 2 극판으로부터 각각 돌출된 다수의 제 2 기재탭을 포함하고, 다수의 상기 제 1 기재탭 및 제 2 기재탭은 상기 전극 조립체의 두께 방향을 기준으로 각각 일단에 모여서 결합되는 이차 전지가 개시된다.

Description

이차 전지{Secondart Battery}
본 발명은 스택 셀로 구성된 이차 전지에 관한 것이다.
통상적으로 이차 전지는 충전이 불가능한 일차전지와는 달리, 충전 및 방전이 가능한 전지이다. 이차 전지는 적용되는 외부기기의 종류에 따라 단일 전지의 형태로 사용되기도 하고, 다수의 전지들을 연결하여 하나의 단위로 묶은 전지 모듈의 형태로 사용되기도 한다.
이차 전지가 휴대폰, 노트북 컴퓨터와 같은 소형 전자 장치의 전원으로 사용되는 것을 넘어서, 하이브리드 자동차와 같이 대형 운송 수단에 사용됨에 따라, 고출력, 고용량의 전지에 대한 수요가 급증하고 있다.
전자 장치 또는 운송 수단에 충분한 전력을 공급하기 위해서는 이차 전지 자체의 구조가 안정적으로 설계되어야 한다. 특히 이차 전지의 반복적인 충전 및 방전 시 전극 조립체의 극판 찢어짐이나 기재탭의 끊어짐 등의 문제가 발생하여 셀 안정성이 저하되는 문제를 해결하기 위한 방법이 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 발명은 전극탭의 절곡 영역의 길이를 줄여 용량을 높일 수 있는 이차 전지를 제공한다.
본 발명의 실시예에 따른 이차 전지는 제 1 활물질이 도포된 다수의 제 1 극판, 제 2 활물질이 도포된 다수의 제 2 극판 및 상기 제 1 극판과 제 2 극판의 사이에 위치한 세퍼레이터를 포함하는 전극 조립체를 포함하는 이차 전지에 있어서, 다수의 상기 제 1 극판으로부터 각각 돌출된 다수의 제 1 기재탭; 및 다수의 상기 제 2 극판으로부터 각각 돌출된 다수의 제 2 기재탭을 포함하고, 다수의 상기 제 1 기재탭 및 제 2 기재탭은 상기 전극 조립체의 두께 방향을 기준으로 각각 일단에 모여서 결합될 수 있다.
여기서, 다수의 상기 제 1 기재탭 및 제 2 기재탭은 상기 전극 조립체의 폭 방향에서 각각 동일한 위치에 구비되고, 상기 전극 조립체의 두께 방향을 기준으로 상단에서 모여서 결합될 수 있다.
그리고 상기 제 1 기재탭 및 제 2 기재탭이 상기 전극 조립체로부터 돌출되어 각각 결합되기까지의 거리는 5[mm] 이하일 수 있다.
또한, 상기 전극 조립체의 두께는 1.7[mm] 이하일 수 있다.
또한, 다수의 상기 제 1 기재탭 및 제 2 기재탭은 상기 전극 조립체의 두께 방향에서 절곡없이 상기 전극 조립체의 두께에 대해 수직한 방향으로 연장되어 모여서 결합될 수 있다.
또한, 상기 다수의 제 1 기재탭 및 제 2 기재탭이 모여서 결합된 단부에는 각각 리드탭이 결합될 수 있다.
또한, 상기 리드탭은 상기 제 1 기재탭 및 제 2 기재탭 각각에 대해 맞대기 용접을 통해 결합될 수 있다.
또한, 상기 제 1 기재탭 및 제 2 기재탭과 리드탭이 결합된 영역에 대해 절연 테이프가 커버할 수 있다.
또한, 상기 전극 조립체는 상단부와 하단부로 구비된 파우치에 수용되고, 상기 절연 테이프는 상기 파우치의 상단부와 하단부가 결합되는 경계에 위치할 수 있다.
또한, 상기 파우치의 하단부는 수용홈을 갖고, 상기 수용홈의 높이는 전극 조립체에 대해 상기 제 1 기재탭 밑 제 2 기재탭이 형성된 높이에 대응될 수 있다.
본 발명은 전극탭의 절곡 영역의 길이를 줄여 용량을 높일 수 있고, 제조를 용이하게 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지에서 전극 조립체의 구조를 간략하게 도시한 분해 사시도이다.
도 2는 도 1에 따른 전극 조립체의 측면도이다.
도 3는 도 1에 따른 전극 조립체의 사시도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지에서 전극 조립체가 파우치에 수용되는 상태를 도시한 것이다.
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 전극 조립체에 대해 설명하기에 앞서, 일반적인 전극 조립체 구조에 대해 먼저 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지에서 전극 조립체의 구조를 간략하게 도시한 분해 사시도이다.
도 1에 도시된 것과 같이, 전극 조립체(100)는 기재의 양면에 제 1 활물질(111a)이 도포되어 형성되는 제 1 극판(110)과, 세퍼레이터(120), 기재의 양면에 제 2 활물질(131a)이 도포되어 형성되는 제 2 극판(130)이 순차적으로 적층된 구조를 갖는다. 여기서 세퍼레이터(120)는 제 1 극판(110)과 제 2 극판(130)의 사이에 모두 삽입되어 극판간 단락이 발생되는 것을 방지할 수 있다. 예를 들어, 제 1 극판(110)은 양극판, 제 2 극판(130)은 음극판으로 구성될 수 있으나, 서로 극성을 바꾸는 것도 가능하다.
한편, 제 1 극판(110) 및 제 2 극판(120)의 일측 단부에는 각각 외부 전극 단자와 전기적으로 연결되기 위해 활물질이 도포되지 않은 제 1 기재탭(111) 및 제 2 기재탭(131)이 각각 형성된다. 제 1 기재탭(111) 및 제 2 기재탭(131)의 구조와 용접 방법은 동일하며, 편의를 위해 제 1 기재탭(111)을 기준으로 설명하도록 한다.
도 2는 도 1에 따른 전극 조립체의 측면도이다. 도 3는 도 1에 따른 전극 조립체의 사시도이다.
도 2를 참조하면, 전극 조립체의 다수의 제 1 극판(110)으로부터 각각 돌출된 다수의 제 1 기재탭(111)은 대략 전극 조립체의 높이에 대해 수직한 방향으로 일정 간격으로 돌출된다. 한편, 제 1 기재탭(111)은 전극 조립체의 상단 영역에서 모이게 되며, 집속된 일부에서 절연 테이프(210)에 의해 모인 상태로 결합된다. 이 때, 제 1 기재탭(111)의 형상은 전극 조립체의 상단에서 모여 리드탭(200)에 용접될 수 있다. 또한, 절연 테이프(210)는 제 1 기재탭(111)과 리드탭(200)의 용접 부위를 감싸도록 형성될 수 있다.
한편, 제 1 기재탭(111)이 각각 제 1 극판(110)으로부터 돌출되어 리드탭(200)과 용접되는 단부에 이르기까지의 수평 방향(전극 조리체의 두께에 수직한 방향)에서의 길이(d)는 1.7[mm] 이하일 수 있다. 제 1 기재탭(111)의 길이(d)가 1.7[mm] 이하인 경우, 제 1 기재탭(111)의 절곡을 요하지 않는 본원발명의 구조에 적합할 수 있다. 특히, 제 1 기재탭(111)이 모이고 그 단부가 바로 리드탭(200)에 용접되는 구조이고, 특히 용접 방식에서는 맞대기 용접이 사용될 수 있다. 따라서, 제 1 기재탭(111)의 길이(d)가 1.7[mm] 이하인 경우, 제 1 기재탭(111)의 강성을 확보할 수 있어서 휘어짐 등이 발생되는 것이 줄어들게 되어, 리드탭(200)과의 용접이 용이하게 이루어지는 장점을 가질 수 있다.
또한, 제 1 기재탭(111)의 길이(d)가 1.7[mm]를 초과하는 경우, 제 1 기재탭(111)에서 쳐짐이 발생할 수 있기 때문에, 이를 상쇄하기 위한 V절곡 등의 추가 구조가 필요할 수 있기 때문에, 본원발명에서는 제 1 기재탭(111)의 길이(d)가 1.7[mm] 이하로 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 전극 조립체(100)의 전체 두께는 5[mm] 이하로 형성될 수 있다. 전극 조립체(100)의 두께가 5[mm] 이하인 경우, 제 1 기재탭(111)의 수평 방향에서의 길이(d)를 1.7[mm] 이하로 유지하면서도 제 1 기재탭(111)들이 전극 조립체(110)의 상단에서 용이하게 집속될 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지에서 전극 조립체가 파우치에 수용되는 상태를 도시한 것이다.
도 4를 참조하면, 전극 조립체(100) 및 리드탭(200)의 결합 구조는 파우치(400)에 수용될 수 있다. 여기서, 파우치(400)는 절곡되는 영역을 중심으로 내부의 홈을 통해 전극 조립체(100)를 수용하는 하단부(410)와, 하단부(410)에 접하는 경계를 중심으로 접혀서 하단부(410)를 밀봉하는 상단부(420)를 포함할 수 있다.
이 때, 하단부(410)의 홈의 깊이는 대략 전극 조립체(100)의 두께에 대응되도록 형성될 수 있다. 따라서, 전극 조립체(100)가 하단부(410)에 수용되면, 제 1 기재탭(111)과 제 2 기재탭(131)들은 하단부(410)의 상부에 위치할 수 있다.
또한, 제 1 기재탭(111) 및 제 2 기재탭(131)에 결합된 절연 테이프(210, 260)은 하단부(410)의 테두리에 대응되어 위치할 수 있다. 따라서, 절연 테이프(210, 260)는 파우치(400)로부터 제 1 기재탭(111) 및 제 2 기재탭(131)은 물론 이에 연결된 리드탭(200, 250)기 직접 접촉하는 것을 방지할 수 있고, 이에 따라 전기적 절연성을 높일 수 있다.
한편, 상술한 바와 같이, 제 1 기재탭(111) 및 제 2 기재탭(131)은 별도의 절곡없이 전극 조립체(100)의 상단에 위치하므로, 이에 결합된 리드탭(200, 250)들은 하단부(410)의 외부로 연장될 수 있다. 또한, 제 1 기재탭(111)과 제 2 기재탭(131)의 요구 공간이 최소화될 수 있으므로 파우치(400)의 하단부(410)에 대해 전극 조립체(100)를 수용할 공간을 최소화할 수 있고, 바꿔 설명하면 이차 전지의 에너지 밀도를 높일 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지는 에너지 밀도를 높이면서도 제조하기 용이한 장점을 갖는다.
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.
100: 전극 조립체 110: 제 1 극판
116: 제 2 기재탭 120: 제 2 극판
126: 제 1 기재탭 130: 세퍼레이터
200, 250; 기재탭 210, 260; 절연 테이프
400; 파우치

Claims (10)

  1. 제 1 활물질이 도포된 다수의 제 1 극판, 제 2 활물질이 도포된 다수의 제 2 극판 및 상기 제 1 극판과 제 2 극판의 사이에 위치한 세퍼레이터를 포함하는 전극 조립체를 포함하는 이차 전지에 있어서,
    다수의 상기 제 1 극판으로부터 각각 돌출된 다수의 제 1 기재탭; 및
    다수의 상기 제 2 극판으로부터 각각 돌출된 다수의 제 2 기재탭을 포함하고,
    다수의 상기 제 1 기재탭 및 제 2 기재탭은 상기 전극 조립체의 두께 방향을 기준으로 각각 일단에 모여서 결합된 이차 전지.
  2. 제 1 항에 있어서,
    다수의 상기 제 1 기재탭 및 제 2 기재탭은 상기 전극 조립체의 폭 방향에서 각각 동일한 위치에 구비되고,
    상기 전극 조립체의 두께 방향을 기준으로 상단에서 모여서 결합되는 이차 전지.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 기재탭 및 제 2 기재탭이 상기 전극 조립체로부터 돌출되어 각각 결합되기까지의 거리는 5[mm] 이하인 이차 전지.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 전극 조립체의 두께는 1.7[mm] 이하인 이차 전지.
  5. 제 1 항에 있어서,
    다수의 상기 제 1 기재탭 및 제 2 기재탭은 상기 전극 조립체의 두께 방향에서 절곡없이 상기 전극 조립체의 두께에 대해 수직한 방향으로 연장되어 모여서 결합된 이차 전지.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 다수의 제 1 기재탭 및 제 2 기재탭이 모여서 결합된 단부에는 각각 리드탭이 결합된 이차 전지.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 리드탭은 상기 제 1 기재탭 및 제 2 기재탭 각각에 대해 맞대기 용접을 통해 결합된 이차 전지.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 1 기재탭 및 제 2 기재탭과 리드탭이 결합된 영역에 대해 절연 테이프가 커버하는 이차 전지.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 전극 조립체는 상단부와 하단부로 구비된 파우치에 수용되고, 상기 절연 테이프는 상기 파우치의 상단부와 하단부가 결합되는 경계에 위치하는 이차 전지.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 파우치의 하단부는 수용홈을 갖고, 상기 수용홈의 높이는 전극 조립체에 대해 상기 제 1 기재탭 밑 제 2 기재탭이 형성된 높이에 대응되는 이차 전지.
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