KR20230122562A - 전극 구조체, 그리고 전극 구조체를 포함하는 각형 전지 - Google Patents

전극 구조체, 그리고 전극 구조체를 포함하는 각형 전지 Download PDF

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Abstract

본 발명은 한 쌍의 스택형 전극 조립체를 포함하는 전극 구조체와, 상기 각형 구조체를 포함하는 각형 전지에 관한 것이다. 이러한 각형 전지는 다양한 폼팩터의 각형 이차전지에 적용할 수 있으며, 우수한 치수적 안정성을 가진다.

Description

전극 구조체, 그리고 전극 구조체를 포함하는 각형 전지{ELECTRODE STRUCTURE AND PRISMATIC BATTERY INCLUDING THE SAME}
본 발명은 각형 전지에 관한 것으로서, 특히 한 쌍의 스택형 전극 조립체를 포함하는 각형 전지에 관한 것이다.
이차전지는 일차전지와는 달리 재충전이 가능하고, 또 소형 및 대용량화 가능성으로 인해 근래에 많이 연구 개발되고 있다. 모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가하고, 또한 환경보호의 시대적 요구에 맞춰 부각되는 전기 차량과 에너지 저장 시스템 등으로 인해 에너지원으로서의 이차전지의 수요는 더욱 급격하게 증가하고 있다.
이차전지는 각형 배터리 하우징의 형상에 따라, 코인형 전지, 원통형 전지, 각형 전지, 및 파우치형 전지로 분류된다. 이차전지에서 각형 배터리 하우징 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(Jellyroll)형, 다수의 양극과 음극을 분리막이 개재된 상태에서 순차적으로 적층한 스택형, 및 스택형의 단위 셀들을 긴 길이의 분리필름으로 권취한 스택 앤 폴딩(Stack & Folding)형으로 대략 분류할 수 있다.
각형 이차전지에는 보통 젤리 롤 타입의 전극 조립체가 사용된다. 그런데, 최근 각형 이차전지가 대형화, 고용량화됨에 따라 젤리 롤 타입 전극 조립체를 적용하는데 여러 문제가 나타나게 되었다. 즉, 젤리 롤 전극 조립체를 만들기 위해서는 권취하기 위한 전용장치가 필요한데, 전극 조립체의 사이즈를 키우려면 이에 맞춰 새로운 와인딩 장치가 마련되어야만 한다. 이는 제조비용을 상승시키는 요인이 되기에 기존의 각형 이차전지는 젤리 롤 전극 조립체의 개수를 늘려서 각형 배터리 하우징에 봉입하는 방안이 이용되고 있지만, 조립성이 떨어지고 별도의 전기배선이 추가되어야 하는 단점이 있다. 결국 젤리 롤 전극 조립체는 다양한 폼팩터에 대응하기에는 적절치 못하다는 문제가 있다.
그리고, 젤리 롤 전극 조립체는 그 크기가 커지게 되면 권취 품질이 떨어지고, 이차전지 사용 중에 젤리 롤의 팽창이나 찌그러짐이 발생하기에 이차전지의 안전에도 악영향을 미치게 된다.
또한, 각형 배터리 하우징는 젤리 롤 전극 조립체의 전기 연결을 위한 공간과 전해액의 필요 주액량 등에 의해 약간의 여유공간이 형성되어 있는데, 이로 인해 각형 배터리 하우징 안의 전극 조립체에는 외부 충격에 의해 흔들리거나 미끄러지는 현상(슬립 현상)이 발생한다. 전극 조립체에 슬립 현상이 일어나면 전기 접촉에 의한 쇼트가 발생하거나 전극 탭에 응력이 집중되어 탭이 찢어지는 등의 각종 문제가 발생할 수 있다.
한국공개특허 제10-2019-0102816호 (2019.09.04 공개)
본 발명은 각형 이차전지가 대형화, 고용량화됨에 따라 종래의 젤리 롤형 전극 조립체에서 대두되는 각종 문제점을 해결하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 각형 이차전지 내부에 수납된 전극 조립체가 외부 교란에 의해 슬립 현상을 일으키는 것을 억제함으로써 각형 이차전지의 안전상을 향상시키는데 또 하나의 목적이 있다.
다만, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상술한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래에 기재된 발명의 설명으로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 것이다.
본 발명의 첫 측면에 의하면, 본 발명이 제공하는 전극 구조체는, 제1 전극 조립체;와, 제2 전극 조립체; 및 양극단자와 음극단자를 포함하는 집전 플레이트;를 포함하고, 각각의 상기 제1 전극 조립체 및 제2 전극 조립체는 복수의 단위 셀을 포함하고, 상기 복수의 단위 셀 각각은 양극과 음극, 그리고 상기 양극과 음극 사이의 분리막을 포함하며, 상기 양극은 양극 탭과 양극 더미 탭을 포함하고, 상기 음극은 음극 탭과 음극 더미 탭을 포함하며, 상기 양극 탭과 음극 탭은 상기 복수 단위 셀의 제1 측에 배치되고, 상기 제1 전극 조립체와 제2 전극 조립체의 양극들은 상기 양극단자에 전기적으로 연결되고, 상기 제1 전극 조립체와 제2 전극 조립체의 음극들은 상기 음극단자에 전기적으로 연결되며, 상기 양극 더미 탭들과 음극 더미 탭들은 상기 복수 단위 셀의 제1 측이 아닌 다른 일측에 배치된다.
상기 제1 전극 조립체의 단위 셀의 개수는, 상기 제2 전극 조립체의 단위 셀이 개수와 동일할 수 있다.
상기 제1 전극 조립체 및 제2 전극 조립체는, 상기 양극단자와 음극단자를 중심으로 상기 집전 플레이트 쪽으로 접힐 수 있다.
각각의 상기 제1 전극 조립체 및 제2 전극 조립체는, 분리막 위에 양극 또는 음극을 구비한 하프 셀을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 둘째 측면에 의하면, 본 발명이 제공하는 각형 전지는, 전술한 구성의 전극 구조체;와, 상기 전극 구조체를 수용하는 개구를 구비하는 각형 배터리 하우징; 및 전해액;을 포함하고, 상기 집전 플레이트가 상기 각형 배터리 하우징의 개구를 밀봉한다.
상기 양극 더미 탭 및 음극 더미 탭은, 상기 집전 플레이트의 양극단자 및 음극단자에 대해 전기적으로 절연될 수 있다.
상기 양극 더미 탭 및 음극 더미 탭은, 상기 제1 및 제2 전극 조립체를 지지하도록 상기 각형 배터리 하우징에 고정될 수 있다.
상기 양극 더미 탭과 상기 음극 더미 탭 양자는, 상기 복수 단위 셀의 상기 제1 측의 반대측에 배치될 수 있다.
상기 양극 더미 탭 및 음극 더미 탭은, 상기 각형 배터리 하우징의 내면에 고정될 수 있다.
상기 양극 탭과 양극 더미 탭의 한 쌍, 그리고 상기 음극 탭과 음극 더미 탭의 한 쌍은, 각각 상기 각형 배터리 하우징의 높이방향을 따르는 직선 상에 정렬ㄷ될 수 있다.
상기 양극 탭과 양극 더미 탭의 한 쌍, 그리고 상기 음극 탭과 음극 더미 탭의 한 쌍은, 상기 각형 배터리 하우징의 높이방향을 따르는 직선 상에 정렬되지 않을 수 있다.
예를 들어, 상기 양극 탭과 음극 더미 탭의 한 쌍, 그리고 상기 음극 탭과 양극 더미 탭의 한 쌍이, 각각 상기 각형 배터리 하우징의 높이방향을 따르는 직선 상에 정렬될 수 있다.
상기 양극 더미 탭 또는 음극 더미 탭 중의 어느 하나는 상기 각형 배터리 하우징에 대해 전기적으로 절연될 수 있다.
상기 각형 배터리 하우징으로부터 전기적으로 절연된 상기 양극 더미 탭 또는 음극 더미 탭 중의 어느 하나는, 상기 각형 배터리 하우징과 반대 극성을 가질 수 있다.
상기 각형 배터리 하우징으로부터 전기적으로 절연된 상기 양극 더미 탭 또는 음극 더미 탭 중의 어느 하나는, 상기 각형 배터리 하우징의 내면에 설치된 절연체에 고정될 수 있다.
상기 절연체는 탭 삽입홈을 구비할 수 있고, 상기 각형 배터리 하우징으로부터 전기적으로 절연된 상기 양극 더미 탭 또는 음극 더미 탭 중의 어느 하나는 상기 탭 삽입홈에 삽입되어 고정될 수 있다.
상기 각형 배터리 하우징에 대해 전기적으로 절연되지 않는 더미 탭은, 상기 각형 배터리 하우징의 내면에 용접될 수 있다.
상기 각형 배터리 하우징의 극성은 중성일 수 있고, 상기 양극 더미 탭과 음극 더미 탭은 상기 각형 배터리 하우징에 대해 전기적으로 절연될 수 있다.
상기 양극 더미 탭과 음극 더미 탭은, 상기 각형 배터리 하우징의 내면에 설치된 절연체에 고정될 수 있다.
상기 절연체는 탭 삽입홈을 구비할 수 있고, 상기 양극 더미 탭과 음극 더미 탭 각각은 상기 탭 삽입홈에 삽입되어 고정될 수 있다.
본 발명의 셋째 측면에 의하면, 본 발명이 제공하는 장치로서, 전술한 구성의 이차전지를 포함하는 장치이며, 상기 장치는 전기자동차다.
상기와 같은 구성을 구비한 본 발명의 각형 전지는 스택형 전극 조립체를 사용함으로써 대형화, 고용량화의 추세를 이어가는 각형 전지의 각종 폼팩터에 유연하게 대응할 수 있으며, 사용중에도 스택형 전극 조립체의 형태가 양호하게 유지됨으로써 안전성 측면에서도 우수한 품질을 확보할 수 있게 된다.
또한, 종래의 젤리 롤형 전극 조립체를 사용한 각형 전지는 충·방전시 젤리 롤의 일부 영역에서 두께 팽창의 변형이 발생하였지만, 본 발명은 이와 같은 두께 팽창의 불균일성으로 인해 모듈/팩의 치수 안정성을 저해했던 문제를 효과적으로 해결할 수 있다.
아울러 본 발명의 각형 전지는 전극 조립체가 양극 탭과 음극 탭의 반대편에 양극 더미 탭과 음극 더미 탭을 구비할 수 있으며, 양극 더미 탭과 음극 더미 탭이 각형 배터리 하우징에 고정될 수 있다. 이로써 전극 조립체는 각형 배터리 하우징 안에서 양방향으로 고정될 수 있음에 따라 지지구조가 개선되고, 이에 따라 각형 이차전지 내부에 수납된 전극 조립체는 사용 중의 슬립 현상이 억제되어 전기 접촉에 의한 쇼트나 탭이 찢어지는 등의 각종 문제가 방지됨으로써 이차전지의 안전성이 크게 향상될 수 있다.
다만, 본 발명을 통해 얻을 수 있는 기술적 효과는 상술한 효과에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래에 기재된 발명의 설명으로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 종래의 젤리 롤형 전극 구조체에 대한 일 실시형태를 도시한 도면.
도 2는 종래의 젤리 롤형 전극 구조체에 대한 다른 실시형태를 도시한 도면.
도 3은 본 발명에 따른 스택형 전극 구조체에 대한 일 실시형태를 도시한 도면.
도 4는 본 발명에 따른 스택형 전극 구조체에 대한 다른 실시형태를 도시한 도면.
도 5는 본 발명에 따른 스택형 전극 구조체를 포함하는 각형 이차전지의 일례를 도시한 도면.
도 6은 본 발명에 따른 스택형 전극 구조체에 대한 다른 실시형태를 도시한 도면.
도 7 내지 도 9는 양극 더미 탭과 음극 더미 탭의 다양한 배치구조를 도시한 도면.
도 10은 본 발명의 각형 이차전지에서의 전극 조립체의 지지구조에 대한 일례를 도시한 도면.
도 11은 본 발명의 각형 이차전지에서의 전극 조립체의 지지구조에 대한 다른 예를 도시한 도면.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 이하에서 상세하게 설명하고자 한다.
그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 본 발명에서, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "상에" 있다고 기재된 경우, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "하에" 있다고 기재된 경우, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 또한, 본 출원에서 "상에" 배치된다고 하는 것은 상부뿐만 아니라 하부에 배치되는 경우도 포함하는 것일 수 있다.
본 발명은 전극 구조체에 관한 것으로서, 하나의 예에서, 양극과 음극 사이에 분리막이 개재된 단위 셀이 상하로 적층되고, 각 단위 셀의 양극 탭과 음극 탭이 동일 측면에 배치된 제1 및 제2 전극 조립체, 그리고 양극단자와 음극단자가 구비된 집전 플레이트를 포함한다. 각각의 제1 전극 조립체 및 제2 전극 조립체는, 분리막 위에 양극 또는 음극을 구비한 하프 셀을 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 제1 전극 조립체의 양극 탭과 음극 탭은, 상기 집전 플레이트를 사이에 두고 상기 제2 전극 조립체의 양극 탭과 음극 탭에 각각 마주보도록 배치되며, 상기 제1 및 제2 전극 조립체의 각 양극 탭과 음극 탭은 상기 집전 플레이트의 양극단자와 음극단자에 접합된다.
이상과 같이, 본 발명의 각형 전지는 스택형 전극 조립체를 사용함으로써 대형화, 고용량화의 추세를 이어가는 각형 전지의 각종 폼팩터에 유연하게 대응할 수 있으며, 사용중에도 스택형 전극 조립체의 형태가 양호하게 유지됨에 따라 종래의 젤리 롤형 전극 조립체가 지녔던 여러 단점을 해결하는 것이 가능하다.
이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 전극 구조체 및 이를 포함하는 각형 전지에 대해 상세히 설명한다. 참고로, 이하의 설명에서 사용되는 상대적인 위치를 지정하는 전후나 상하좌우의 방향은 발명의 이해를 돕기 위한 것으로서, 특별한 정의가 없는 한 도면에 도시된 방향을 기준으로 삼는다.
[제1 실시형태]
도 1은 종래의 젤리 롤형 전극 구조체(10)에 대한 일 실시형태를 도시한 도면이다.
종래의 젤리 롤형 전극 구조체(10)는 한 쌍의 젤리 롤형 전극 조립체(11, 12), 즉 제1 젤리 롤형 전극 조립체(11)와 제2 젤리 롤형 전극 조립체(12)가 집전 플레이트(20)를 사이에 두는 마치 나비 형태와 같은 결합구조를 이루고 있다(이를 두고, 버터플라이형 구조라고도 함).
여기서, 전극 구조체는 전극 조립체와 집전 플레이트가 결합하여 만들어지는 구조체를 지칭하는 것이며, 이러한 전극 구조체의 정의는 이하의 상세한 설명에서도 동일하게 적용된다.
그리고, 제1 젤리 롤형 전극 조립체(11)와 제2 젤리 롤형 전극 조립체(12)는 각 단위 셀의 양극 탭(13)과 음극 탭(14)이 동일 측면에 배치된 일방향 구조의 전극 조립체(11, 12)이며, 각 젤리 롤형 전극 조립체(11, 12)는 집전 플레이트(20)를 사이에 두고 양극 탭(13)과 음극 탭(14)이 서로 마주보고 있다.
서로 마주보는 양극 탭(13)과 음극 탭(14)은 각각 집전 플레이트(20)의 양극단자와 음극단자에 함께 결합되어 전기적으로 연결되고, 이로써 젤리 롤형 전극 구조체(10)가 완성된다.
이러한 종래의 젤리 롤형 전극 구조체(10)는, 젤리 롤형 전극 조립체(11, 12)의 크기를 키워 용량을 늘리고 대형화시키는 것이 용이하지 못하다는 단점이 있다. 이는 젤리 롤형 전극 조립체(11, 12)를 정해진 사이즈로 권취하기 위해서는 전용의 와인딩 장치가 필요하기 때문이며, 또한 젤리 롤형 전극 조립체(11, 12)의 크기가 커지게 되면 권취 품질이 떨어지고, 이차전지 사용 중에 젤리 롤의 팽창이나 찌그러짐이 발생하여 이차전지의 안전에도 악영향을 미치게 되기 때문이다.
이러한 젤리 롤형 전극 구조체(10)의 한계와 단점으로 인해 젤리 롤형 전극 조립체(11, 12) 자체의 크기를 증가시키는 대신에, 도 2에 도시된 것처럼, 동일한 사이즈의 젤리 롤형 전극 구조체(10)를 복수 개 연결하여 대응하는 것이 현재의 실정이다.
그러나, 이러한 방안은 다양한 사이즈의 이차전지에 대응하기에는 매우 제한적이고, 조립성이 떨어지는 것은 물론 별도의 전기배선이 추가되어야 하는 단점이 있다.
본 발명은 이러한 종래의 젤리 롤형 전극 구조체(10)의 단점을 해결하기 위한 것이며, 그 구성은 도 3에 도시되어 있다.
본 발명은 전극 구조체(100)에 관한 것으로서, 양극과 음극 사이에 분리막이 개재된 단위 셀이 상하로 적층되고, 각 단위 셀의 양극 탭(130)과 음극 탭(140)이 동일 측면에 배치된 제1 및 제2 전극 조립체(110, 120), 그리고 집전 플레이트(200)를 포함한다.
제1 전극 조립체(110)의 양극 탭(130)과 음극 탭(140)은, 집전 플레이트(200)를 사이에 두고 제2 전극 조립체(120)의 양극 탭(130)과 음극 탭(140)에 각각 마주보도록 배치되며, 제1 및 제2 전극 조립체(110, 120)의 각 양극 탭(130)과 음극 탭(140)은 집전 플레이트(200)의 양극단자(210)와 음극단자(220)에 접합된다.
이와 같이, 본 발명의 전극 구조체는 전극 구조체(100)인 것을 특징으로 한다. 다시 말해, 본 발명은 종래의 젤리 롤형 전극 조립체가 아니라, 양극과 음극 사이에 분리막이 개재된 단위 셀이 상하로 적층된 스택형 전극 조립체(110, 120)를 사용한다.
이에 따라, 본 발명은 스택형 전극 조립체(110, 120)를 제조함에 있어 전용의 와인딩 장치가 요구되지 않기에 사이즈의 제한으로부터 벗어남으로써 다양한 사이즈와 폼팩터에 대해 유연하게 대응할 수 있게 된다.
또한, 스택형 전극 조립체(110, 120)는 대형화하더라도 균일한 형상과 품질을 유지하기에 용이하다는 장점이 있으며, 이차전지의 사용중에도 스택형 전극 조립체(110, 120)의 형태가 양호하게 유지됨으로써 안전성 측면에서도 우수한 품질을 확보할 수 있게 된다.
도 4는 본 발명에 따른 전극 구조체(100)에 대한 다른 실시형태를 도시한 도면으로서, 도 3의 전극 구조체(100)에 비해 제1 및 제2 전극 조립체(110, 120)의 크기가 약 2배로 증가한 경우를 보여준다.
도 4에 나타난 것처럼, 본 발명의 전극 구조체(100)는 제1 및 제2 전극 조립체(110, 120)의 용량이 증가하더라도 스택형 전극 조립체(110, 120)의 개수는 항상 2개로서 동일하며, 제1 및 제2 전극 조립체(110, 120) 자체의 크기로서 용량이 조정된다. 다시 말해, 본 발명의 전극 구조체(100)는 제1 및 제2 전극 조립체(110, 120)의 단위 셀의 적층 개수 및/또는 사이즈가 복수의 사양으로 설계되더라도 항상 한 쌍의 스택형 전극 조립체(110, 120)로 구성되는 것이다.
이는 전술한 바와 같이, 스택형 전극 조립체(110, 120)의 제조에서는 전용의 와인딩 장치가 요구되지 않기에 사이즈의 제한이 거의 없기 때문이고, 따라서 본 발명의 전극 구조체(100)는 시장에서 요구하는 다양한 사이즈와 용량의 각형 전지에 능동적으로 대응하는 것을 가능케 한다.
한편, 상기와 같은 본 발명의 전극 구조체(100)는, 제1 및 제2 전극 조립체(110, 120)가 양극단자(210)와 음극단자(220)를 중심으로 집전 플레이트(200) 쪽으로 반으로 접히게 되고, 이렇게 접힌 상태에서 각형 전지(1000)를 이루게 된다.
즉, 도 5에 도시된 것처럼, 본 발명의 각형 전지(1000)는 반으로 접힌 전극 구조체(100) 및 이를 수용하도록 일면이 개구면을 형성하는 육면체 형상의 각형 배터리 하우징(300)과, 각형 배터리 하우징(300) 안에 충진되는 전해액(400)을 포함한다.
여기서, 전극 구조체(100)는 각형 배터리 하우징(300) 안에 수용되고, 집전 플레이트(200)와 각형 배터리 하우징(300)의 개구면 사이가 밀봉됨으로써 각형 전지(1000)가 완성된다. 참고로, 각형 전지(1000)의 구성요소인 전해액(400)은 집전 플레이트(200)와 각형 배터리 하우징(300)의 개구면 사이가 밀봉된 이후 각형 배터리 하우징(300) 안으로 주액되는 것이 일반적이다.
[제2 실시형태]
도 6은 본 발명에 따른 전극 구조체(100)에 대한 다른 실시형태를 도시한 도면이다.
제2 실시형태에서의 각형 전지(1000)는 양극단자(210)와 음극단자(220)가 각형 배터리 하우징(300)의 일면, 도시된 예에서는 상면에 함께 배치된 일방향 이차전지에 관한 것인데(도 5 참조), 이에 대응하여 제1 및 제2 전극 조립체(110, 120) 역시 양극 탭(130)과 음극 탭(140)이 상부에 배치되어 있다.
나아가 본 발명의 제2 실시형태에서는, 집전 플레이트(200)의 양극단자(210)와 음극단자(220)에 대해 전기적으로 분리된 양극 더미 탭(132)과 음극 더미 탭(142)을 더 구비한다. 양극 더미 탭(132)과 음극 더미 탭(142)은, 양극 탭(130)과 음극 탭(140)이 형성된 무지부에 대향하는 반대편의 무지부에 형성된다. 따라서, 제2 실시형태에서, 제1 및 제2 전극 조립체(110, 120)는, 도면을 기준으로 할 때, 상단에 양극 탭(130)과 음극 탭(140)이 배치되는 한편, 하단에는 양극 더미 탭(132)과 음극 더미 탭(142)이 배치된다.
도 10은 각형 전지(1000)에서의 제1 및 제2 전극 조립체(110, 120)의 지지구조를 도시한 도면이다. 도 10에는 제1 전극 조립체(110)만이 나타나 있지만, 제2 전극 조립체(120)에도 동일한 지지구조가 적용된다. 도면에 도시된 바와 같이, 양극 탭(130)과 음극 탭(140)은 집전 플레이트(200)의 양극단자(210)와 음극단자(220)에 용접으로 고정되고, 양극 더미 탭(132)과 음극 더미 탭(142)은 각형 배터리 하우징(300)의 하면에 고정될 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 제2 실시형태에 따른 각형 전지(1000)에서, 제1 및 제2 전극 조립체(110, 120)는 상하부 양쪽이 각형 배터리 하우징(300)에 대해 고정된다. 좀더 구체적으로는, 양극 탭(130)과 음극 탭(140), 그리고 양극 더미 탭(132)과 음극 더미 탭(142)이 4점 지지구조로서 제1 및 제2 전극 조립체(110, 120)를 각형 배터리 하우징(300)에 고정한다. 4점 지지구조는 외부 교란(충격, 진동 등)에 대해 강한 지지력을 발휘하는 구조로서, 4점 지지되는 제1 및 제2 전극 조립체(110, 120)는 슬립 현상이 억제되어 전기 접촉에 의한 쇼트나 전극 탭(130, 140)이 찢어지는 등의 각종 문제가 방지되고, 이를 통해 각형 전지(1000)의 안전성이 크게 향상된다.
그리고, 양극 더미 탭(132)과 음극 더미 탭(142)은 제1 및 제2 전극 조립체(110, 120)의 양극과 음극에 대해 일체로 형성되므로, 각형 배터리 하우징(300)이 극성을 가지는 경우에는, 내부 쇼트를 방지하기 위해 적어도 어느 하나의 더미 탭(132 또는 142)은 각형 배터리 하우징(300)에 대해 전기적으로 절연될 필요가 있다. 예를 들어, 각형 배터리 하우징(300)이 전기적으로 양성을 띄는 경우에는 음극 더미 탭(142)이 각형 배터리 하우징(300)에 대해 전기적으로 절연되어야 하며, 반대로 각형 배터리 하우징(300)이 음성을 띄는 경우에는 양극 더미 탭(132)이 절연되어야 할 것이다. 그리고, 각형 배터리 하우징(300)이 전기적으로 중성을 유지할 필요가 있다면, 모든 더미 탭(132, 142)은 각형 배터리 하우징(300)에 대해 절연될 필요가 있다.
도 10은 각형 배터리 하우징(300)이 전기적으로 음성, 예를 들어 접지되어 있는 경우를 예시적으로 도시한 것으로서, 양극 더미 탭(132)은 각형 배터리 하우징(300)의 내면에 설치된 절연체(500)에 고정되어 있으며, 절연체(500)를 매개로 하여 각형 배터리 하우징(300)에 고정된 양극 더미 탭(132)은 각형 배터리 하우징(300)과는 전기적으로 분리되어 있다. 예를 들어, 절연체(500)는 탭 삽입홈(510)을 구비하고, 양극 더미 탭(132)은 절연체(500)의 탭 삽입홈(510)에 삽입되어 압박됨으로써 고정될 수 있다.
그리고, 음극 더미 탭(142) 역시 절연체(500)를 이용하여 각형 배터리 하우징(300)에 고정될 수 있지만, 전기적으로 음성을 띄는 각형 배터리 하우징(300)에 대해 반드시 절연될 필요는 없기 때문에 음극 더미 탭(142)은 각형 배터리 하우징(300)의 내면에 직접 용접되어 고정되는 것도 가능하다.
도 11은 각형 배터리 하우징(300)이 전기적으로 중성을 유지하는 경우로서, 양극 더미 탭(132)과 음극 더미 탭(142) 모두가 각형 배터리 하우징(300)의 내면에 설치된 절연체(500)에 고정되어 있다. 도 11에서도 양극 더미 탭(132)과 음극 더미 탭(142)은 절연체(500)의 탭 삽입홈(510)에 삽입되어 고정될 수 있다.
한편, 도 7 내지 도 9는 양극 더미 탭(132)과 음극 더미 탭(142)의 다양한 배치구조를 도시한 도면이다. 양극 탭(130)과 음극 탭(140)에 대한 양극 더미 탭(132)과 음극 더미 탭(142)의 배치관계를 다양하게 구성할 수 있음을 확인할 수 있으며, 다양한 배치구조에서도 제1 및 제2 전극 조립체(110, 120)의 4점 지지구조는 동일하게 유지된다. 참고로, 도 7 내지 도 9는 제1 전극 조립체(110)를 도시하고 있는데, 동일한 배치구조가 제2 전극 조립체(120)에 적용될 수 있음은 당연하다.
먼저 도 7을 보면, 양극 탭(130)과 양극 더미 탭(132), 그리고 음극 탭(140)과 음극 더미 탭(142)의 각 쌍은 제1 전극 조립체(110)의 일면과 그 반대면을 가로지르는 직선, 예를 들어 각형 배터리 하우징(300)의 높이 방향을 가로지르는 직선 위에 위치하도록 상호 정렬되어 있다. 즉, 양극 더미 탭(132)은 양극 탭(130)에 정확히 대향하고, 음극 더미 탭(142) 역시 음극 탭(140)에 정확히 대향한다.
이와 비교할 때, 도 8의 제1 전극 조립체(110)는 양극 탭(130)과 양극 더미 탭(132), 그리고 음극 탭(140)과 음극 더미 탭(142)의 각 쌍이 상하로 가로지르는 직선에 대해 서로 어긋나게 오프셋 배치될 수 있다. 즉, 양극 탭(130)과 음극 탭(140) 각각에 대해 양극 더미 탭(132)과 음극 더미 탭(142)의 대향구조를 어긋나게 배치한 것이 도 8의 제1 전극 조립체(110)이다. 4점 지지의 상하대칭 구조를 깨뜨림으로써 고유진동수를 변화시키고, 이에 따라 다양한 양상의 진동에 대응하는 것이 가능해진다.
도 9는 도 8의 변형으로서, 양극 탭(130)과 음극 더미 탭(142), 그리고 음극 탭(140)과 양극 더미 탭(132)의 각 쌍은 제1 전극 조립체(110)의 일면과 그 반대면을 가로지르는 직선 위에 위치하도록 상호 정렬될 수 있다. 즉, 음극 더미 탭(142)은 양극 탭(130)에 대향하고, 양극 더미 탭(132)은 음극 탭(140)에 대향하는 구조로서, 각 전극 탭(130, 140)에 대향하는 더미 탭(132, 142)의 종류(극성)는 도 7의 실시형태에 제한되지 않음을 보여준다.
그리고, 본 발명에 따른 각형 전지(100)는 다양한 장치, 이를테면 전기자동차(EV)와 같은 장치에 사용될 수 있다.
이상, 도면과 실시예 등을 통해 본 발명을 보다 상세히 설명하였다. 그러나, 본 명세서에 기재된 도면 또는 실시예 등에 기재된 구성은 본 발명의 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
100: 전극 구조체
110: 제1 전극 조립체
120: 제2 전극 조립체
130: 양극 탭
132: 양극 더미 탭
140: 음극 탭
142: 음극 더미 탭
200: 집전 플레이트
210: 양극단자
220: 음극단자
300: 각형 배터리 하우징
400: 전해액
500: 절연체
510: 탭 삽입홈
1000: 각형 전지

Claims (21)

  1. 제1 전극 조립체;
    제2 전극 조립체; 및
    양극단자와 음극단자를 포함하는 집전 플레이트;
    를 포함하고,
    각각의 상기 제1 전극 조립체 및 제2 전극 조립체는 복수의 단위 셀을 포함하고, 상기 복수의 단위 셀 각각은 양극과 음극, 그리고 상기 양극과 음극 사이의 분리막을 포함하며,
    상기 양극은 양극 탭과 양극 더미 탭을 포함하고, 상기 음극은 음극 탭과 음극 더미 탭을 포함하며,
    상기 양극 탭과 음극 탭은 상기 복수 단위 셀의 제1 측에 배치되고,
    상기 제1 전극 조립체와 제2 전극 조립체의 양극들은 상기 양극단자에 전기적으로 연결되고, 상기 제1 전극 조립체와 제2 전극 조립체의 음극들은 상기 음극단자에 전기적으로 연결되며,
    상기 양극 더미 탭들과 음극 더미 탭들은 상기 복수 단위 셀의 제1 측이 아닌 다른 일측에 배치되는, 전극 구조체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전극 조립체의 단위 셀의 개수는, 상기 제2 전극 조립체의 단위 셀이 개수와 동일한, 전극 구조체.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전극 조립체 및 제2 전극 조립체는,
    상기 양극단자와 음극단자를 중심으로 상기 집전 플레이트 쪽으로 접히는 것을 특징으로 하는 전극 구조체.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전극 조립체 및 제2 전극 조립체는,
    분리막 위에 양극 또는 음극을 구비한 하프 셀을 더 포함하는, 전극 구조체.
  5. 제3항에 따른 전극 구조체;
    상기 전극 구조체를 수용하는 개구를 구비하는 각형 배터리 하우징; 및
    전해액;
    을 포함하고,
    상기 집전 플레이트가 상기 각형 배터리 하우징의 개구를 밀봉하는, 각형 전지.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 양극 더미 탭 및 음극 더미 탭은,
    상기 집전 플레이트의 양극단자 및 음극단자에 대해 전기적으로 절연된, 각형 전지.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 양극 더미 탭 및 음극 더미 탭이,
    상기 제1 및 제2 전극 조립체를 지지하도록 상기 각형 배터리 하우징에 고정된, 각형 전지.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 양극 더미 탭과 상기 음극 더미 탭 양자는,
    상기 복수 단위 셀의 상기 제1 측의 반대측에 배치된, 각형 전지.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 양극 더미 탭 및 음극 더미 탭이,
    상기 각형 배터리 하우징의 내면에 고정된, 각형 전지.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 양극 탭과 양극 더미 탭의 한 쌍, 그리고 상기 음극 탭과 음극 더미 탭의 한 쌍이, 각각 상기 각형 배터리 하우징의 높이방향을 따르는 직선 상에 정렬된, 각형 전지.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 양극 탭과 양극 더미 탭의 한 쌍, 그리고 상기 음극 탭과 음극 더미 탭의 한 쌍이, 상기 각형 배터리 하우징의 높이방향을 따르는 직선 상에 정렬되지 않은, 각형 전지.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 양극 탭과 음극 더미 탭의 한 쌍, 그리고 상기 음극 탭과 양극 더미 탭의 한 쌍이, 각각 상기 각형 배터리 하우징의 높이방향을 따르는 직선 상에 정렬된, 각형 전지.
  13. 제5항에 있어서,
    상기 양극 더미 탭 또는 음극 더미 탭 중의 어느 하나가 상기 각형 배터리 하우징에 대해 전기적으로 절연된, 각형 전지.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 각형 배터리 하우징으로부터 전기적으로 절연된 상기 양극 더미 탭 또는 음극 더미 탭 중의 어느 하나는, 상기 각형 배터리 하우징과 반대 극성을 가진, 각형 전지.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 각형 배터리 하우징으로부터 전기적으로 절연된 상기 양극 더미 탭 또는 음극 더미 탭 중의 어느 하나는, 상기 각형 배터리 하우징의 내면에 설치된 절연체에 고정된, 각형 전지.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 절연체는 탭 삽입홈을 구비하고,
    상기 각형 배터리 하우징으로부터 전기적으로 절연된 상기 양극 더미 탭 또는 음극 더미 탭 중의 어느 하나는 상기 탭 삽입홈에 삽입되어 고정된, 각형 전지.
  17. 제13항에 있어서,
    상기 각형 배터리 하우징에 대해 전기적으로 절연되지 않는 더미 탭은, 상기 각형 배터리 하우징의 내면에 용접된, 각형 전지.
  18. 제5항에 있어서,
    상기 각형 배터리 하우징의 극성은 중성이고,
    상기 양극 더미 탭과 음극 더미 탭은 상기 각형 배터리 하우징에 대해 전기적으로 절연된, 각형 전지.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 양극 더미 탭과 음극 더미 탭은,
    상기 각형 배터리 하우징의 내면에 설치된 절연체에 고정된, 각형 전지.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 절연체는 탭 삽입홈을 구비하고,
    상기 양극 더미 탭과 음극 더미 탭 각각은 상기 탭 삽입홈에 삽입되어 고정된, 각형 전지.
  21. 제5항에 따른 각형 전지를 포함하는 장치로서, 상기 장치는 전기자동차인 장치.
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