KR20240036357A - 전극 조립체 및 이를 포함하는 이차 전지 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 한 실시예에 따른 권취형 전극 조립체는 전극 조립체는 제1, 제1 코팅부의 가장자리를 따라 형성되어 있는 제1 무지부를 가지는 제1 전극, 제2 코팅부, 상기 제2 코팅부의 가장자리를 따라 형성되어 있는 제2 무지부를 가지는 제2 전극, 상 제1 전극 및 제2 전극 사이에 위치하는 세퍼레이터를 포함하고, 제1 무지부의 일면과 타면에는 각각 제1 절연층 및 제2 절연층이 형성되어 있고, 제1 절연층 및 제2 절연층의 길이는 서로 다르다.

Description

전극 조립체 및 이를 포함하는 이차 전지{ELECTRODE ASSEMBLY AND RECHARGEABLE BATTERY INCLUDING THE SAME}
본 발명은 전극 조립체에 및 이를 포함하는 이차 전지에 관한 것이다.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요에 따라 에너지원으로써 이차 전지에 대한 수요가 증가되고 있다.
이 중, 원통형 이차 전지는 세퍼레이터(separator)의 양면에 전극을 배치하여 젤리롤(Jelly Roll) 형태로 권취하여 형성되는 전극 조립체, 전극 조립체 중심의 중공부에 배치되는 센터 핀, 전극 조립체를 내장하는 케이스, 및 케이스의 개방 측을 밀폐하는 캡 조립체를 포함한다.
이러한, 이차 전지는 충전 및 방전시에 스웰링(swelling), 변형(deform) 또는 음극 활물질층의 팽창이 발생할 수 있고, 이때 서로 다른 극성이 접촉하여 단락이 발생될 수 있다.
특히, 원통형 이차 전지의 경우 전극 조립체의 무지 전극부가 접어진 상태에서 집전체와 전기적으로 연결되는데, 이때 다른 극성의 무지 전극부의 단부는 접어진 무지 전극부와 마주하게 배치될 수 있다.
예를 들어, 음극 활물질층이 팽창할 경우, 음극의 무지 전극부가 접어진 양극의 무지 전극부와 접촉하여 단락 현상이 발생할 수 있다.
따라서, 본 발명에서는 음극 활물질층이 팽창하더라도 양극 무지 전극부와 접촉하여 단락이 발생되는 현상을 방지할 수 있는 전극 조립체 및 이차 전지를 제공하는 것이다.
본 발명의 한 실시예에 따른 권취형 전극 조립체는 전극 조립체는 제1, 제1 코팅부의 가장자리를 따라 형성되어 있는 제1 무지부를 가지는 제1 전극, 제2 코팅부, 상기 제2 코팅부의 가장자리를 따라 형성되어 있는 제2 무지부를 가지는 제2 전극, 상 제1 전극 및 제2 전극 사이에 위치하는 세퍼레이터를 포함하고, 제1 무지부의 일면과 타면에는 각각 제1 절연층 및 제2 절연층이 형성되어 있고, 제1 절연층 및 제2 절연층의 길이는 서로 다르다.
상기 제1 무지부는 전극 조립체의 중심을 향해서 절곡되며, 이웃하는 제1 무지부와 중첩하여 전기적으로 연결되고, 타면은 제2 전극의 단부와 이격되며 제2 전극의 단부와 마주할 수 있다.
상기 제1 무지부는 제1 코팅부로부터 연장되는 제1 영역, 제1 영역으로부터 절곡되어 이웃하는 제1 무지부와 중첩하는 제2 영역을 포함하고, 제1 절연층은 제1 영역에 형성되어 있고, 제2 절연층은 제2 영역에 형성되어 있을 수 있다.
상기 제2 영역은 제2 절연층이 형성되지 않고, 제1 무지부의 타면이 노출된 노출면을 가지고, 노출면은 이웃하는 제1 무지부의 일면과 접촉할 수 있다.
상기 제2 절연층은 제1 영역에 더 형성될 수 있다.
상기 제1 전극은 양극이고, 제2 전극은 음극일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지는, 전극 조립체, 전극 조립체를 수용하는 원통형 케이스, 전극 조립체의 중심에 위치하는 센터 핀, 원통형 케이스를 덮어 밀봉하는 캡 조립체, 케이스 내에 상기 전극 조립체와 함께 수용되어 있는 전해질을 포함한다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 이차 전지의 단면도이다.
도 2는 도 1의 전극 조립체의 일부분을 도시한 단면도이다.
도 3은 다른 실시예에 따른 도 1의 전극 조립체의 일부분을 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 효과를 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 여러 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.
도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 그리고 도면에서, 설명의 편의를 위해, 일부 층 및 영역의 두께를 과장되게 나타내었다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.
또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 이차 전지의 단면도이고, 도 2는 도 1의 전극 조립체의 일부분을 도시한 단면도이고, 도 3은 다른 실시예에 따른 도 1의 전극 조립체의 일부분을 도시한 단면도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 효과를 설명하기 위한 도면이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 한 실시예에 따른 이차 전지는 전극 조립체(10), 전극 조립체(10)를 내장하는 케이스(20), 케이스(20)의 개구에 개스킷을 개재하여 결합되고 전극 조립체(10)에 전기적으로 연결되는 캡 조립체(30), 캡 조립체(30)와 전극 조립체(10) 사이에 구비되는 절연판(50) 및 전극 조립체(10)의 중심에 배치되는 센터 핀(60)을 포함한다.
전극 조립체(10)는 순차적으로 적층되어 있는 제1 전극(11), 세퍼레이터(12) 및 제2 전극(13)을 포함한다. 전극 조립체(10)는 제1 전극(11), 세퍼레이터(12) 및 제2 전극(13)을 적층한 후 센터핀(60)을 중심으로 권취한 원통형의 젤리롤(jelly roll)일 수 있다.
세퍼레이터(12)는 제1 전극(11)과 제2 전극(13) 사이에 배치되며 이들 사이를 절연하며, 세퍼레이터(12)는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리비닐리덴 플루오라이드 또는 이들의 2층 이상의 다층막이 사용될 수 있으며, 폴리에틸렌/폴리프로필렌 2층 세퍼레이터, 폴리에틸렌/폴리프로필렌/폴리에틸렌 3층 세퍼레이터, 폴리프로필렌/폴리에틸렌/폴리프로필렌 3층 세퍼레이터 등과 같은 혼합 다층막이 사용될 수 있음은 물론이다.
제1 전극(11)과 제2 전극(13)은 얇은 금속판으로 형성되는 집전체의 양면에 활물질층이 형성된 코팅부(11a, 13a), 및 활물질층이 형성되지 않아 집전체가 노출된 영역이며 서로 반대측 단부에 설정되는 무지부(11b, 13b)를 포함한다. 이때, 제1 전극(11)은 양극이고, 제2 전극(13)은 음극일 수 있다.
젤리롤(Jelly Roll) 상태에서, 제1 전극 집전판(11d)은 전극 조립체(10)의 제1 무지부(11b)에 연결되고, 제2 전극 집전판(13d)은 전극 조립체(10)의 제2 무지부(13b)에 연결된다.
제2 전극 집전판(13d)은 케이스(20)와 접촉하는 반면, 제1 전극 집전판(11d)은 제2 전극 집전판(13d) 보다 폭이 좁게 형성되어, 제1 전극 집전판(11d)은 케이스(20)와 접촉하지 않도록 형성된다.
도 1 및 2를 참조하면, 제1 전극(11)의 무지부(11b)는 전극 조립체(10)의 중심인 센터핀(60)을 향해서 절곡되며, 이웃하는 제1 무지부(11b)가 서로 중첩되어 전기적으로 연결되도록 적층될 수 있다.
제1 무지부(11b)는 중첩된 상태로 제1 전극 집전판(11d)에 전기적으로 연결될 수 있다.
제1 무지부(11b)는 제1 전극 집전판(11d)과 접촉하여 전기적으로 연결되는 일면과 제2 전극(13)의 단부와 마주하는 타면을 포함하며, 타면은 제2 전극(13)의 단부와 서로 이격되어 있다.
제1 무지부(11b)의 일면 및 타면에는 각각 서로 다른 길이(L1, L2)의 제1 절연층(61) 및 제2 절연층(62)이 형성되어 있다. 길이(L1, L2)는 제1 코팅부(11a)와 인접한 단부부터 외부로 노출되는 제1 무지부(11b)의 단부까지 연장되는 길이로, 제1 절연층(61)의 길이(L1)가 제2 절연층(62)의 길이(L2)보다 짧을 수 있다.
제1 무지부(11b)는 제1 코팅부(11a)로부터 연장되는 제1 영역(A), 제1 영역(A)으로부터 연장되어 이웃하는 제1 무지부(11b)와 중첩하는 제2 영역(B)을 포함한다.
제1 절연층(61)은 제1 영역(A)에 형성되고, 제2 절연층(62)은 제2 영역(B)에 형성되며, 제1 절연층(61)의 끝단은 제1 무지부(11b)가 절곡되는 가상의 절곡선(S) 또는 절곡선(S)보다 아래에 위치한다.
그리고, 제1 무지부(11b)는 이웃하는 제1 무지부(11b)끼리 전기적으로 연결되기 위해서, 제2 절연층(62)이 제2 영역(B)의 일부분에만 형성되어, 제1 무지부(11b)의 타면이 노출된 노출면이 형성된다. 따라서, 제2 절연층(62)은 절곡선(S)으로부터 이웃하는 제1 무지부(11b)의 절곡선(S1)까지 형성될 수 있다.
또한, 제2 절연층(62)은 제2 무지부(13b)와의 단락을 방지하기 위해서 제1 영역(11b)으로 확장되어 형성될 수 있다.
제1 절연층(61) 및 제2 절연층(62)은 PI(poly imide) 또는 세라믹(ceramic)으로 이루어질 수 있다.
도 2에서는 제2 절연층(62)이 이웃하는 제1 전극의 절곡선(S1)까지 형성되는 것을 설명하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며 도 3에서와 같이 제2 절연층(62)의 끝단이 이웃하는 제1 전극의 절곡선(S1)을 넘어 위치할 수 있다.
제1 무지부(11b)의 두께는 얇아 쉽게 구부러지며, 제2 절연층(62)의 높이가 낮아 제1 무지부(11b)가 제2 절연층(62)의 끝단을 따라 용이하게 구부러져 제2 절연층(62)의 끝단을 덮을 수 있다. 따라서, 제1 무지부(11b)와 이웃하는 제1 무지부(11b) 사이에 제2 절연층(62)이 위치하더라도 이웃하는 제1 무지부(11b)는 용이하게 접촉하여 전기적으로 연결될 수 있다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에서와 같이 제1 절연층(61) 및 제2 절연층(62)을 형성하면, 충방전시에 제2 전극(13)의 활물질층이 팽창되어 제2 무지부(13b)가 돌출되더라도 제2 무지부(13b)의 상단은 제2 절연층(62)과 접촉(T)하므로 단락이 발생되지 않는다.
다시, 도 1을 참조하면, 제1 전극 집전판(11d)에는 리드 탭(37)이 전기적으로 연결되어 있다.
리드 탭(37)의 일단은 제1 전극 집전판(11d)과 용접으로 연결될 수 있으며, 타단은 캡 조립체(30)와 전기적으로 연결될 수 있다. 리드 탭(37)은 캡 조립체(30)와 접촉 면적을 증가시키기 위해서 전극 조립체(10)와 일면이 마주하도록 절곡될 수 있다.
제1 전극 집전판(11d) 위에는 센터핀(60)을 노출하는 개구를 가지는 절연판(50)이 위치한다.
절연판(50)은 제1 전극 집전판(11d)보다 크게 형성되어 절연판(50)은 케이스(20)의 내면과 접촉할 수 있다. 이처럼 절연판(50)을 제1 전극 집전판(11d) 보다 크게 형성하면 절연판(50)이 제1 전극 집전판(11d) 밖으로 돌출된 폭만큼 제1 전극 집전판(11d)과 케이스(20) 사이에 일정한 간극이 형성된다. 제1 전극 집전판(11d)과 케이스(20) 사이의 간극은 제1 전극 집전판(11d)과 케이스(20)가 접촉하여 단락되는 형상을 방지할 수 있다.
리드 탭(37)은 절연판(50)의 개구부(51)를 통해서 후술하는 전극 조립체(10)의 제1 보조 플레이트(34)와 접촉하여 연결될 수 있다.
전극 조립체(10)는 센터핀(60)을 중심으로 감겨 있으므로, 센터핀(60)은 전극 조립체(10)의 중심에 위치하며 전극 조립체(10)가 케이스(20)에 삽입되는 방향에 나란하게 배치될 수 있다.
센터핀(60)은 이차 전지의 외부에서 작용하는 전면(全面) 압축 하중이나 국부적인 충격 하중을 받을 때, 최소로 변형되거나 변형 전 형상에 근접하는 형상을 유지한다.
센터 핀(60)은 외부 충격에 대해서 최소로 변형되기 위해서, 일정한 강성을 가지는 물질, 예를 들어 도전성을 가지는 금속으로 형성될 수 있다. 이처럼, 센터 핀(60)은 도전성을 가지므로 센터 핀(60)의 양단은 제1 전극 집전판(11d)과 제2 전극 집전판(13d)에 전기적으로 절연 상태를 유지하도록 설치된다.
즉, 센터 핀(60)의 하단과 이에 대응하는 제2 전극 집전판(13d) 사이에 절연 패드(52)가 배치된다. 센터 핀(60)의 상단은 제1 전극 집전판(11d)의 중심에 형성된 관통구에 절연 상태로 관통하여 절연판(50)에 지지된다. 이때, 센터 핀(60)의 상단은 제1 전극 집전판(11d)의 관통구와 이격될 수도 있고, 서로의 사이에 절연부재(미도시)를 개재할 수도 있다. 따라서 센터 핀(60)의 길이 방향에서 센터 핀(60)의 유동이 제한되고, 전극 조립체(10)의 중심에서 센터 핀(60)이 안정된 상태를 유지할 수 있다.
케이스(20)는 전해질과 함께 전극 조립체(10)가 삽입될 수 있도록, 일측이 개구되어 있으며 젤리롤 형태의 전극 조립체(10)와 대략 같은 형상을 가지도록 형성될 수 있으며, 예를 들어 원통형일 수 있다.
케이스(20)는 전극 조립체의 제2 전극 집전판(13d)과 연결되어 이차 전지의 제2 전극 단자로 작용할 수 있다. 따라서 케이스(20)는 알루미늄, 알루미늄 합금 또는 니켈 도금강과 같은 도전성 금속으로 형성할 수 있다.
전극 조립체(10)는 전해액과 함께 케이스(20) 내에 삽입된 후 밀봉될 수 있다.
전해액은 EC, PC, DEC, EMC, EMC와 같은 유기 용매에 LiPF6, LiBF4와 같은 리튬염으로 이루어질 수 있다. 전해액은 액체, 고체 또는 겔상일 수 있다.
캡 조립체(30)는 케이스(20)의 개구에 위치하며, 개스킷(40)을 사이에 두고 케이스(20)에 결합된다. 개스킷(40)은 케이스(20)와 캡 조립체(30)를 절연하며, 전극 조립체(10)와 전해액을 수용하는 케이스(20) 내부를 밀폐시킨다.
캡 조립체(30)는 캡 플레이트(31), 양성 온도 소자(positive temperature coefficient element)(35), 벤트 플레이트(32), 절연 부재(33), 제1 보조 플레이트(34) 및 제2 보조 플레이트(38)를 포함한다.
제1 보조 플레이트(34)는 전극 조립체의 리드탭(37)과 전기적으로 연결되어 있으며, 용접으로 리드탭(37)에 결합될 수 있다.
제2 보조 플레이트(38)는 제1 보조 플레이트(34) 위에 적층되어 제1 보조 플레이트(34)와 전기적으로 연결되어 있으며, 용접으로 제1 보조 플레이트(34)에 결합될 수 있다. 제2 보조 플레이트(38)는 센터핀(60)과 대응하는 전극 조립체(10)의 중앙에 위치하며 제1 보조 플레이트(34)를 노출하는 관통구멍을 가진다.
벤트 플레이트(32)는 절연 부재(33)를 사이에 두고 제2 보조 플레이트(38) 위에 위치한다. 벤트 플레이트(32)의 가장자리는 개스킷(40)에 삽입되어 케이스(20)에 결합될 수 있다.
벤트 플레이트(32)는 센터 핀(60)과 대응하는 부분에 위치하는 벤트(32a)를 포함한다. 벤트(32a)는 벤트 플레이트(32)에서 전극 조립체(10)를 향하여 돌출 형성되며, 관통구멍을 통해서 제1 보조 플레이트(34)와 접촉하여 전기적으로 연결된다. 벤트 플레이트(32)는 벤트(32a) 주위에 벤트(32a)의 파손을 안내하는 노치(32b)를 가질 수 있다.
벤트(32a)는 기 설정된 압력 조건에서 파손되어, 내부 가스를 외부로 방출하고 제1 보조 플레이트(34)와의 전기적 연결을 차단할 수 있다. 즉, 가스의 발생으로 케이스(20)의 내부 압력이 상승하는 경우, 노치(32b)가 미리 파손되어 가스를 후술하는 배기구(31d)를 통해서 외부로 배출함으로써 이차 전지의 폭발을 방지할 수 있다.
또한, 이상 반응이 계속되어 벤트(32a)가 파손되면 벤트 플레이트(32)와 제1 보조 플레이트(34) 사이의 전기적 연결이 끊어진다. 따라서 벤트 플레이트(32)와 전기적으로 연결된 캡 플레이트(31)와 제1 보조 플레이트(34) 사이의 전기적 연결이 끊어져 더 이상의 전류 흐름이 발생하지 않는다.
캡 플레이트(31)는 전극 조립체(10)의 중심인 센터 핀(60)과 대응하는 중앙 플레이트(31a), 중앙 플레이트(31a)로부터 개스킷(40)을 향해 뻗은 복수의 가지부(31b), 가지부(31b)들의 일단을 연결하며 개스킷(40)에 삽입되어 결합되는 결합 플레이트(31c)를 포함한다. 이웃하는 가지부(31b) 사이는 외부로 개방되어 내부 가스를 배출하는 배기구(31d)가 형성된다.
가지부(31b)는 결합 플레이트(31c)로부터 절곡된 상태로 중앙 플레이트(31a)에 연결되어, 캡 플레이트(31)의 중앙이 케이스(20) 외부로 돌출된 형태를 이룰 수 있다. 캡 플레이트(31)는 벤트 플레이트(32), 제2 보조 플레이트(38), 제1 보조 플레이트(34) 및 리드 탭(37)을 통해서, 제1 전극 집전판(11d)과 전기적으로 연결되어, 이차 전지의 제1 전극 단자로 사용될 수 있다. 따라서 캡 플레이트(31)의 중앙을 케이스(20) 외부로 돌출되도록 형성하면 외부 기기와의 단자 연결을 용이하게 할 수 있다.
한편, 양성 온도 소자(35)는 캡 플레이트(31)의 제2 플레이트를 따라 형성될 수 있으며, 캡 플레이트의 제2 플레이트와 벤트 플레이트의 가장자리 사이에 적층된 상태로 개스킷(40)에 삽입되어 결합될 수 있다.
양성 온도 소자(35)는 캡 플레이트(31)와 벤트 플레이트(32) 사이에 설치되어, 이차 전지의 내부 온도에 따라, 캡 플레이트(31)와 벤트 플레이트(32) 사이에서 전류 흐름을 단속할 수 있다.
내부 온도가 기 설정된 범위 이내인 경우, 양성 온도 소자(35)는 도체로 작용하여 캡 플레이트(31)와 벤트 플레이트(32)를 전기적으로 연결한다. 그러나 내부 온도가 기 설정된 온도를 초과하는 경우, 양성 온도 소자(35)는 무한대까지 커지는 전기 저항을 가진다. 따라서 양성 온도 소자(35)는 캡 플레이트(31)와 벤트 플레이트(32) 사이에서 충전 또는 방전 전류의 흐름을 차단할 수 있다.
캡 조립체(30)는 케이스(20)에 전극 조립체(10)를 삽입한 상태에서, 캡 조립체(30)의 가장자리에 벤트 플레이트(32), 양성 온도 소자(35), 캡 플레이트(31)가 적층된 형태로 개스킷(40)에 삽입된 후, 케이스(20)의 개구에 끼워진다.
그리고 클림핑(crimping) 공정을 통하여 캡 조립체(30)는 케이스(20)의 개구에 고정된다. 이때, 케이스(20)의 개구 인접측에는 비딩부(21) 및 클림핑부(22)가 형성될 수 있다. 비딩부(21)는 비딩 공정을 통해서 형성될 수 있다. 비딩부(21)는 케이스(20)에 전극 조립체(10)를 수용한 상태에서 케이스(20)의 상측에서 케이스(20)의 직경 방향 중심으로 함몰되는 구조로, 전극 조립체(10)의 상하 유동을 방지한다.
클림핑부(crimping)(22)는 직경 방향에서 상대적으로 비딩부(21)보다 돌출되는 구조로 비딩부(21)에 연결되어, 개스킷(41)을 개재하여 캡 조립체(30)의 외주면과 이 외주면에 연결되는 상면 및 하면을 잡아준다.
이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
10: 전극 조립체 11: 제1 전극
12: 세퍼레이터 13: 제2 전극
20: 케이스 21: 비딩부
22: 클램핑부 30: 캡 조립체
31: 캡 플레이트 31a: 중앙 플레이트
31b: 가지부 31c: 결합 플레이트
31d: 배기구 32: 벤트 플레이트
31a: 벤트 32b: 노치
33: 절연 부재 34: 제1 보조 플레이트
35: 양성온도소자 37: 리드탭
38: 제2 보조 플레이트 40: 개스킷
50: 절연판 51: 개구부
52: 절연 패드 60: 센터핀
61, 62: 절연층

Claims (7)

  1. 권취형 전극 조립체에 있어서,
    상기 전극 조립체는 제1 코팅부, 상기 제1 코팅부의 가장자리를 따라 형성되어 있는 제1 무지부를 가지는 제1 전극,
    제2 코팅부, 상기 제2 코팅부의 가장자리를 따라 형성되어 있는 제2 무지부를 가지는 제2 전극,
    상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이에 위치하는 세퍼레이터,
    를 포함하고,
    상기 제1 무지부의 일면과 타면에는 각각 제1 절연층 및 제2 절연층이 형성되어 있고, 상기 제1 절연층 및 제2 절연층의 길이는 서로 다른 전극 조립체.
  2. 제1항에서,
    상기 제1 무지부는 상기 전극 조립체의 중심을 향해서 절곡되며, 이웃하는 제1 무지부와 중첩하여 전기적으로 연결되고,
    상기 타면은 상기 제2 전극의 단부와 이격되며 상기 제2 전극의 단부와 마주하는 전극 조립체.
  3. 제2항에서,
    상기 제1 무지부는 상기 제1 코팅부로부터 연장되는 제1 영역, 상기 제1 영역으로부터 절곡되어 이웃하는 상기 제1 무지부와 중첩하는 제2 영역을 포함하고,
    상기 제1 절연층은 상기 제1 영역에 형성되어 있고,
    상기 제2 절연층은 상기 제2 영역에 형성되어 있는 전극 조립체.
  4. 제3항에서,
    상기 제2 영역은 상기 제2 절연층이 형성되지 않고, 상기 제1 무지부의 타면이 노출된 노출면을 가지고,
    상기 노출면은 이웃하는 제1 무지부의 일면과 접촉하고 있는 전극 조립체.
  5. 제3항에서,
    상기 제2 절연층은 상기 제1 영역에 더 형성되어 있는 전극 조립체.
  6. 제1항에서,
    상기 제1 전극은 양극이고,
    상기 제2 전극은 음극인 전극 조립체.
  7. 제1항 내지 제6 항 중 어느 한 항의 전극 조립체,
    상기 전극 조립체를 수용하는 원통형 케이스,
    상기 전극 조립체의 중심에 위치하는 센터 핀,
    상기 원통형 케이스를 덮어 밀봉하는 캡 조립체,
    상기 케이스 내에 상기 전극 조립체와 함께 수용되어 있는 전해질
    을 포함하는 이차 전지.
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WO2022177179A2 (ko) * 2021-02-19 2022-08-25 주식회사 엘지에너지솔루션 전극 조립체 및 그 제조 방법, 전극 조립체를 포함하는 원통형 배터리 셀 및 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차
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