KR20240062031A - 이차전지용 전극 조립체 및 이를 포함하는 원통형 이차전지 - Google Patents

이차전지용 전극 조립체 및 이를 포함하는 원통형 이차전지 Download PDF

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KR20240062031A
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Abstract

본 발명은, 시트형의 양극과 시트형의 음극 사이에 분리막이 개재되어 권취된 젤리롤 형태의 전극 조립체에 있어서, 상기 음극은 음극 집전체의 양면에 음극 활물질층이 형성된 음극 유지부 및 음극 활물질층이 형성되지 않은 음극 무지부로 구성되고, 상기 음극의 권취 중심을 향하는 단부에 제1 음극 무지부가 위치하며, 상기 제1 음극 무지부의 양면에 필름부재가 형성된, 이차전지용 전극 조립체와 상기 전극 조립체를 포함하는 원통형 이차전지에 관한 것이다.

Description

이차전지용 전극 조립체 및 이를 포함하는 원통형 이차전지{ELECTRODE ASSEMBLY FOR SECONDARY BATTERY AND CYLINDRICAL SECONDARY BATTERY COMPRISING THE SAME}
본 발명은 음극 무지부와 음극 유지부의 단차로 인한 전극 손상 및 이에 따른 전지의 퇴화를 방지할 수 있는 이차전지용 전극 조립체 및 원통형 이차전지에 관한 것이다.
이차전지는 전지케이스의 형상에 따라, 전극 조립체가 원통형 또는 각형의 금속 캔에 내장되어 있는 원통형 전지 및 각형 전지와, 전극 조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 내장되어 있는 파우치형 전지로 분류된다.
또한, 전지 케이스에 내장되는 상기 전극 조립체는 양극/분리막/음극의 적층 구조로 이루어진 충방전이 가능한 발전 소자로서, 활물질이 도포된 긴 시트형의 양극과 음극 사이에 분리막을 개재하여 권취한 젤리롤형 구조와, 소정 크기의 다수의 양극과 음극을 분리막이 개재된 상태에서 순차적으로 적층한 스택형 구조, 및 소정 단위의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 적층한 바이셀(bicell) 또는 풀셀(full cell)들을 권취한 구조의 스택/폴딩형 전극조립체로 분류될 수 있다.
그 중 젤리롤형 전극조립체는 제조가 용이하고 중량당 에너지 밀도가 높은 장점을 가지고 있어 널리 제작되고 있다. 젤리롤형 전극조립체는 긴 시트형의 양극과 음극 및 이들 사이에 분리막을 개재시킨 적층체를 조립하고, 전극 적층체의 일측 단부에 권심을 접촉시킨 상태에서 시트의 길이 방향으로 권취시킴에 따라 제조될 수 있다.
구체적으로, 도 7에 도시된 바와 같이 권심에 분리막(1a, 1b)이 가장 먼저 투입되어 겹쳐진 상태로 고정된 상태에서, 상기 권심이 회전하면서 음극(2)이 투입되고 이 후에 시차를 두고 양극(3)이 투입된다. 양극(3)까지 투입된 상태에서 권심이 미리 정해진 회전수만큼 회전하게 되면, 도 8에 도시된 바와 같이 젤리롤 형상이 이루어진다. 즉, 젤리롤의 중심으로부터 외측 방향으로 분리막(1a, 1b), 음극(2) 및 양극(3)이 위치하게 된다. 다만, 도 8에는 음극, 분리막 및 양극이 회전하는 동안 내부에 공간이 존재하는 것으로 도시되었으나, 이는 식별을 위해 의도적으로 이격하여 도시한 것일 뿐, 실제로는 회전이 이루어지는 동안 음극, 분리막 및 양극이 서로 밀착되어 속이 꽉찬 원통형 모양으로 권취가 이루어진다.
한편, 상기 전극은 호일 형태의 집전체 표면에 활물질이 도포되어 형성되며, 활물질이 도포되지 않은　무지부에는 전극 탭이 부착되어, 활물질이 도포된 부위에서 발생한 전류를 전지 외부로 공급하는 역할을 하게 된다. 또한 전극의 재단(cutting) 공정을 위해서도 무지부의 형성은 반드시 필요하다.
그러나, 상기 권취 과정에서 전극 무지부와 유지부의 두께 차이로 인해 압력의 편차가 발생하며 이는 전극의 변형으로 이어질 수 있다. 이러한 변형이 발생할 경우 전지의 수명이 퇴화됨은 물론이고, 밀집된 형상을 갖는 젤리롤형 전극 조립체 특성 상 분리막 손상 및 내부 온도의 상승을 유발하여, 안전 문제를 야기할 수 있기 때문에 이에 대한 해결책이 필요하다.
JP 2004-146222 A
본 발명은 상기와 같이 전극 무지부와 유지부 간 단차로 인해 발생할 수 있는 문제를 해소하고자, 권취 시작점에 위치하는 음극 무지부 상에 필름부재를 도입한 이차전지용 전극 조립체 및 이를 포함하는 원통형 이차전지를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은, 시트형의 양극과 시트형의 음극 사이에 분리막이 개재되어 권취된 젤리롤 형태의 전극 조립체에 있어서,
상기 음극은 음극 집전체의 양면에 음극 활물질층이 형성된 음극 유지부 및 음극 활물질층이 형성되지 않은 음극 무지부로 구성되고,
상기 음극의 권취 중심을 향하는 단부에 제1 음극 무지부가 위치하며,
상기 제1 음극 무지부의 양면에 필름부재가 형성된, 이차전지용 전극 조립체를 제공한다.
또한, 본 발명은, 상기 이차전지용 전극 조립체,
상기 전극 조립체가 수납되는 전지 캔, 및
상기 전지 캔의 개방 단부를 밀봉하는 캡 어셈블리를 포함하는 원통형 이차전지를 제공한다.
본 발명에 따른 이차전지용 전극 조립체는 젤리롤 중심부에 위치한 음극 무지부의 양면에 필름부재가 형성되어 있으므로, 음극 유지부와의 단차로 인한 전극의 변형 및 이에 따른 분리막 손상을 방지할 수 있다. 즉, 전극 내구성이 강화되고 내부 단락 발생 가능성이 감소됨에 따라, 수명 및 안전성이 개선된 원통형 이차 전지를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시상태에 따라 음극 무지부 상에 필름부재가 부착된 전극 적층 구조를 나타낸 도이다.
도 2는 종래 기술에 따라 음극 무지부 상에 절연부재가 부착되지 않은 전극 적층 구조를 나타낸 도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시상태에 따른 음극 및 필름부재 도입 형태를 묘사한 도이다.
도 4는 도 1의 적층체가 권취되면서 젤리롤 형상을 이루는 과정을 나타낸 도이다.
도 5는 실시예 1에서 제조된 전극 조립체의 권취 중심부를 CT 촬영한 도이다.
도 6은 비교예 1에서 제조된 전극 조립체의 권취 중심부를 CT 촬영한 도이다.
도 7은 통상적인 방법에 따라 젤리롤 전극 조립체를 제조할 때에 분리막, 음극 및 양극이 권심으로 투입되는 과정을 나타낸 도이다.
도 8은 도 7의 상태에서 권심이 회전하면서 젤리롤 형상을 이루는 과정을 나타낸 도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 원통형 이차전지의 수직 단면 사시도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 캡 어셈블리의 구조를 나타낸 도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
그리고 도면에서 본 발명에 대한 설명과 관계없는 부분은 생략하였다.
또한, 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 안되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
[전극 조립체]
본 발명에 따른 이차전지용 전극 조립체는 시트형의 양극과 시트형의 음극 사이에 분리막이 개재되어 권취된 젤리롤 형태이며, 상기 음극은 음극 집전체의 적어도 일면에 음극 활물질층이 형성된 음극 유지부 및 음극 활물질층이 형성되지 않은 음극 무지부로 구성되고, 상기 음극의 권취 중심을 향하는 단부에 제1 음극 무지부가 위치하며, 상기 제1 음극 무지부의 양면에 필름부재가 형성된 것이다.
통상적인 권취 전 전극 적층 구조의 예시를 나타낸 도 2를 살펴보면, 분리막(1b), 양극(3), 분리막(1a) 및 음극(2)이 차례로 적층된 구조임을 확인할 수 있다. 상기 음극은 음극 집전체 상에 음극 활물질을 포함하는 음극 활물질층이 형성된 음극 유지부(22)와 음극 집전체 상태의 음극 무지부(21)를 포함하는데, 음극 유지부(22)에 비해 두께가 약 1/20 수준인 음극 무지부(21)는 얇은 두께로 인해 변형이 쉽게 일어날 수 밖에 없다. 뿐만 아니라, 음극 유지부(22)와의 두께 편차로 인해 권취 과정에서 받는 압력이 다르고, 이로 인해 응력이 작용한다.
이와 같이 음극 무지부(21)의 약한 물리적 특성과 단차에서 생기는 응력은 전극에 크랙을 발생시키고 분리막을 손상시켜 수명 특성 및 안전성을 저하시키는 원인이 된다. 그러나, 전극의 재단 및 전극 탭 융착 공정을 위해서는 음극 무지부(21)의 형성이 필수적이다.
이에, 본 발명자들은 도 1과 같이, 음극 무지부(21)의 양면에 필름부재(23)를 부착함으로써, 음극 유지부(22)와의 단차를 없애고 음극 무지부(21)의 물리적 특성을 보강하였다. 구체적으로 R 방향으로 권취가 이루어질 때 음극의 권취 중심을 향하는 단부에 존재하는 음극 무지부(21)는 앞서 설명한 바와 같이 큰 압력과 응력에 의해 변형의 우려가 크기 때문에 필름부재(21)의 도입을 통해 이를 완화시킬 필요가 있다. 종래에는 전극 탭 보호 등을 목적으로 음극 무지부의 일면에 필름부재를 부착하기도 하였으나, 본 발명은 젤리롤 타입의 전극 조립체 중심부에서 음극 유지부와의 단차로 인해 발생하는 문제를 해소하는 것이 목적이기 때문에 권취 중심을 향하는 단부에 양면으로 두꺼운 필름부재를 형성하는 점에서 상당한 차이가 있다.
한편, 도 3에는 본 발명의 일 실시상태에 따른 음극, 구체적으로, 음극 집전체(편의를 위해 음극 무지부와 동일한 부호 21로 표시)의 상면과 하면에 음극 활물질층(25a, 25b)이 서로 다른 영역에 형성된 경우를 예시하였다. 이 경우 음극 무지부 영역이 상면과 하면에서 서로 상이하기 때문에 필름부재(23a, 23b) 역시 상면과 하면에서 서로 다른 영역에 부착될 수 있다. 또한 음극 무지부는 음극의 권취 중심을 향하는 단부 외 다른 위치에도 필요에 따라 존재할 수 있기 때문에, 이하에서는 권취 중심을 향하는 단부에 위치한 음극 무지부, 즉 본 발명의 효과를 달성하기 위해 필름부재가 필수적으로 형성되어야 하는 음극 무지부를 제1 음극 무지부로 명명한다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 필름부재가 부착된 제1 음극 무지부(24)의 두께는 상기 음극 유지부(22)의 두께와 차이가 적을수록 바람직하다. 구체적으로, 50% 내지 150%, 바람직하게는 60% 내지 140%, 더욱 바람직하게는 90% 내지 110%일 수 있다.
또한, 상기 음극은, 권취 중심을 향하는 끝단으로부터 하기 식 1을 만족하는 L의 길이까지 상기 필름부재가 형성된 제1 음극 무지부로 이루어질 수 있다.
[식 1]
0.5D≤L≤2.5D
상기 식 1에서, D는 전극 조립체 단면의 직경이다. 만약 전극 조립체의 단면이 완전한 원형이 아닐 경우 장축 길이를 의미할 수 있다.
바람직하게는, 상기 L은 0.7D≤L≤2.3D, 더욱 바람직하게는 0.8D≤L≤2.0D일 수있다.
L이 0.5D 이상일 때, 상기 필름부재가 권심을 1회 이상 감을 수 있으므로 바람직하나, 필름부재가 형성되더라도 음극 무지부가 과도하게 형성되면 에너지 밀도 측면에서 불리하기 때문에 2.5D 이하인 것이 바람직하다.
구체적으로 일 실시예에 따르면, 권취 중심을 향하는 끝단으로부터 길이방향으로 4mm 이상, 바람직하게는 11mm 이상, 더욱 바람직하게는 15mm 이상 및 40mm 이하, 바람직하게는 30mm 이하, 더욱 바람직하게는 21mm 이하의 영역이 상기 필름부재가 형성된 제1 음극 무지부(24)로 이루어질 수 있다.
한편, 상기 제1 음극 무지부의 전체 면적 중 21% 내지 100%, 바람직하게는 50% 내지 100%, 더욱 바람직하게는 전체 영역에 상기 필름부재가 형성될 수 있다.
또한, 양극과 겹치는 영역에 필름부재가 존재할 경우 해당부분이 절연되어 양극으로서의 기능을 하지 못하면서 용량 손실이 발생할 수 있으므로, 상기 제1 음극 무지부는 분리막을 사이에 두고 상기 양극과 겹치지 않는 영역에 위치하는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 필름부재는 녹는점이 130℃ 이상인 고분자 기재를 포함할 수 있으며, 구체적으로 상기 고분자 기재의 일면에 점착층이 형성된 것, 즉 고분자 테이프일 수 있다. 상기 점착층은 접착제로서 폴리이미드계 접착제, 아크릴계 접착제, 실리콘계 접착제 등이 도포된 것을 사용할 수 있으나 이로 한정되지 않는다. 구체적으로 상기 고분자 기재는 폴리에틸렌테레프탈레이트(Polyethylene terephthalate) 필름 또는 폴리이미드(Polyimide) 필름, 바람직하게는 폴리이미드 필름일 수 있으나, 녹는점이 130℃ 이상인 내열성이 우수한 고분자 필름이라면 특별히 제한되지 않는다.
상기 필름부재의 두께는 50㎛ 내지 100㎛, 바람직하게는 60㎛ 내지 90㎛, 더욱 바람직하게는 76㎛ 내지 84㎛일 수 있다. 이는 상기 점착층을 포함한 필름부재의 총 두께이며, 이와 같은 두께를 가질 경우, 통상적인 음극에서 음극 유지부와의 두께를 맞추기에 용이하다. 이 때 점착층의 두께는 10㎛ 내지 20㎛일 수 있다.
한편, 상기 양극 및 분리막은 이차전지에 통상적으로 사용되는 것이라면 본 발명에 제한 없이 사용될 수 있으며, 음극 역시 상기와 같이 필름부재를 형성한 것을 제외하고는 이차전지에 통상적으로 사용되는 것이 제한 없이 사용될 수 있다. 다만, 바람직한 예시로서 이하의 설명을 참고할 수 있다.
상기 양극(3)은 시트형 양극으로서, 전도성이 우수한 금속 박판, 예를 들면, 알루미늄 호일로 이루어진 양극 집전체와, 그 양면에 코팅된 양극 활물질층을 포함할 수 있으며, 상기 음극(2)은 시트형 음극으로서, 전도성이 우수한 금속 박판, 예를 들면, 구리(Cu) 또는 니켈(Ni) 호일로 이루어진 음극 집전체와 그 양면에 코팅된 음극 활물질층을 포함할 수 있다.
상기 양극 활물질층은 리튬과 코발트, 망간 및/또는 니켈 등의 전이금속을 포함하는 리튬 금속 산화물 등을 양극 활물질로서 포함할 수 있으며 필요에 따라 도전재 및/또는 바인더를 더 포함할 수 있다. 상기 양극 활물질, 도전재 및 바인더는 이차전지의 제조에 통상적으로 사용되는 다양한 물질이 제한 없이 사용될 수 있다.
상기 음극 활물질층은 천연흑연, 인조흑연 등의 탄소질재료; 금속류 또는 상기 금속류로 구성된 합금류; 상기 금속류의 산화물; 및 상기 금속류와 탄소와의 복합체 등의 음극 활물질을 포함할 수 있으며 필요에 따라 도전재 및/또는 바인더를 더 포함할 수 있다. 상기 음극 활물질, 도전재 및 바인더는 이차전지의 제조에 통상적으로 사용되는 다양한 물질이 제한 없이 사용될 수 있다.
상기 전극 조립체에 포함되는 분리막(1a, 1b)은 종래에 분리막으로서 사용된 통상적인 다공성 고분자 필름, 예를 들어 에틸렌 단독중합체, 프로필렌 단독중합체, 에틸렌과 부텐의 공중합체, 에틸렌과 헥센의 공중합체 및 에틸렌과 메타크릴레이트의 공중합체 등과 같은 폴리올레핀계 다공성 고분자 필름을 단독으로, 또는 이들을 적층하여 사용할 수 있다. 또한, 무기물 입자(예: Al2O3)가 도포된 폴리올레핀계 다공성 고분자 필름 또는 통상적인 다공성 부직포, 예를 들어 고융점의 유리 섬유, 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유 등으로 된 부직포를 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
[원통형 이차전지]
본 발명에 따른 원통형 이차전지는 상기 전극 조립체, 상기 전극 조립체가 수납되는 전지 캔, 및 상기 전지 캔의 개방 단부를 밀봉하는 캡 어셈블리를 포함한다. 구체적으로, 도 9과 같은 원통형 이차전지(100)일 수 있으며, 젤리-롤형 전극조립체(120)를 전지 캔(130)에 수납하고, 상기 전지 캔(130) 내에 전해액을 주입한 후에, 전지 캔(130)의 개방 상면에 캡 어셈블리(140)를 장착하여 밀봉함으로써 제조될 수 있다. 이 때 캡 어셈블리(140)는 전극조립체(120)로부터 연장된 전극 탭(예를 들어, 양극 탭)을 통해 전극 조립체와 전기적으로 연결된다.
상기 전극조립체(120)는 상술한 바와 같이 양극(3)과 음극(2), 및 이들 사이에 분리막(1)을 개재한 후 둥근 형태로 감은 구조로서, 그것의 권심(젤리-롤의 중심부)에는 원형의 센터 핀(150)이 삽입되어 있다. 센터 핀(150)은 일반적으로 소정의 강도를 부여하기 위해 금속 소재로 이루어져 있으며, 판재를 둥글게 절곡한 중공형의 원형 구조로 이루어져 있다. 이러한 센터 핀(150)은 전극조립체를 고정 및 지지하는 작용과 충방전 및 작동시 내부 반응에 의해 발생되는 가스를 방출하는 통로로서 작용한다.
한편, 상기 캡 어셈블리(140)의 통상적인 구조를 나타낸 도 10을 참고하면, 탑 캡(10)은 돌출된 형태로 양극 단자를 형성하고 배기구(미도시)가 천공되어 있으며, 탑 캡의 하부에 안전벤트(20)가 위치한다. CID 필터(30)는 상면의 일부가 상기 안전벤트(20)에 결합되어 있고 하면의 일부가 전극조립체(120)의 전극에 연결되어 있다. 과충전, 고온 등과 같은 원인에 의해 전극조립체(120)로부터 기체가 발생하여 내압이 증가하면, 안전벤트(20)의 형상이 역전되면서 상향 돌출되어 기체가 배기된다. 이때, CID 필터(30)도 함께 상방으로 이동하면서 노치부(T) 영역이 파단되어 전류의 흐름이 차단될 수 있다. 이를 통해 추가의 과충전 및 전지의 폭발을 방지할 수 있다.
또한, 캡 어셈블리는 탑 캡(10)과 전지 캔(130) 사이에 기밀성을 제공하며 절연성을 가지는 가스켓(32)을 포함하며, 상기 탑 캡(10)은 전지 캔(130)에 형성된 비딩부(60) 상에 압착되며, 크림핑부(70)에 의해 고정될 수 있다. 탑 캡(10)은 전도성을 갖는 금속 재질로 이루어진 부품으로, 전지 캔(130)의 상단 개구부를 커버한다. 탑 캡(10)은 전극 조립체(120)의 양극과 전기적으로 연결되며, 전지 캔(130)과는 가스켓(32)을 통해 전기적으로 절연된다. 따라서, 탑 캡(10)은 원통형 이차전지의 양극 단자로서 기능할 수 있다. 탑 캡(10)은 그 중심부에 상방으로 돌출된 형성된 돌출부를 구비할 수 있으며, 상기 돌출부가 외부 전원과 접촉하여 외부 전원으로부터 전류가 인가되도록 할 수 있다.
한편, 상기 전해액으로는 충방전시 전극에서 전기화학적 반응에 의해 생성되는 리튬이온이 이동 가능한 것이면 제한 없이 사용될 수 있으며, 예를 들면 리튬염이 용해된 비수성 유기용매일 수 있다.
상기 리튬염은 리튬 이차전지에서 사용되는 리튬 이온을 제공할 수 있는 화합물이라면 특별한 제한 없이 사용될 수 있다. 구체적으로 상기 리튬염은, LiPF6, LiClO4, LiAsF6, LiBF4, LiSbF6, LiAl04, LiAlCl4, LiCF3SO3, LiC4F9SO3, LiN(C2F5SO3)2, LiN(C2F5SO2)2, LiN(CF3SO2)2. LiCl, LiI, 또는 LiB(C2O4)2 등이 사용될 수 있다. 상기 리튬염의 농도는 통상적으로 사용 가능한 범위 내에서 적절히 변경할 수 있으나, 0.1 내지 5.0M, 바람직하게는 0.1 내지 3,0M 범위 내에서 사용하는 것이 좋다.
상기 비수성 유기용매로는 전지의 전기 화학적 반응에 관여하는 이온들이 이동할 수 있는 매질 역할을 할 수 있는 것이라면 특별한 제한없이 사용될 수 있다. 예컨대, 에틸렌 카보네이트(EC), 프로필렌 카보네이트(PC), 비닐렌 카보네이트 등의 환형 카보네이트계 용매, 디메틸 카보네이트(DMC), 디에틸 카보네이트(DEC), 디프로필 카보네이트, 에틸메틸 카보네이트(EMC) 등의 선형 카보네이트계 유기 용매 또는 이들의 혼합 유기용매가 사용될 수 있다.
상기 원통형 이차전지는 다양한 디바이스에 적용될 수 있다. 예를 들면, 전기 자전거, 전기 자동차, 하이브리드 전기자동차(hybrid electric vehicle, HEV) 등의 전기 자동차 분야 등에 적용될 수 있다.
이에 따라, 본 발명의 다른 일 구현예에 따르면, 상기 원통형 이차전지를 단위 셀로 포함하는 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩이 제공된다.
상기 전지모듈 또는 전지팩은 파워 툴(Power Tool); 전기자동차(Electric Vehicle, EV), 하이브리드 전기자동차, 및 플러그인 하이브리드 전기자동차(Plug-in Hybrid Electric Vehicle, PHEV)를 포함하는 전기차; 또는 전력 저장용 시스템 중 어느 하나 이상의 중대형 디바이스 전원으로 이용될 수 있다.
이하, 구체적인 실시예를 통해 본 발명을 보다 자세히 설명한다.
실시예 1.
도 1과 같은 구조로 시트형의 폴리에틸렌 분리막(1b), 양극(양극 집전체: Al 호일, 양극 활물질:NCMA)(3), 폴리에틸렌 분리막(1a), 및 음극(음극 집전체: Cu 호일, 음극 활물질: 흑연)(2)을 차례로 적층하고, 함께 권취하여 도 4와 같은 젤리-롤 형상의 전극 조립체를 제조하였다. 제조된 전극 조립체의 단면 지름은 20.40mm였다.
이 때, 상기 음극은 권취 중심부 방향(C) 끝단으로부터 19mm까지(L)가 음극 무지부이며, 음극 무지부의 양면 전체 영역에 50㎛ 두께의 고분자 테이프가 부착된 것을 사용하였다. 상기 고분자 테이프로서는 한 면에 폴리이미드계 접착제가 도포된 폴리이미드 필름을 사용하였다.
음극 유지부(22)의 두께는 162㎛였으며(집전체 8㎛), 상기 고분자 테이프가 부착된 음극 무지부(24)의 두께는 108㎛이었다.
실시예 1에서 제조된 전극 조립체의 권취 중심부를 컴퓨터 단층 촬영(Computer Tomography; CT)한 결과를 도 5에 나타내었다.
비교예 1.
상기 실시예 1에서 음극으로서 음극 무지부 양면에 고분자 테이프가 부착되지 않은 것을 사용한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 과정으로 젤리-롤 형상의 전극 조립체를 제조하였다.
비교예 1에서 제조된 전극 조립체의 권취 중심부를 컴퓨터 단층 촬영한 결과를 도 6에 나타내었다.
도 6의 경우, 도 5와 달리 양극(3) 끝단이 위치하는 영역에서 음극 유지부(22)와 음극 무지부(21)의 단차로 인해 변형이 심하게 일어난 것을 관찰할 수 있다. 즉, 도 5와 도 6의 비교를 통해 본 발명의 일 실시상태에 따르는 경우 권취 중심부 끝단에서 전극의 변형(deformation)을 방지하는 효과가 있다는 것을 확인할 수 있다.
1, 1a, 1b: 분리막
2: 음극
21: 음극 무지부
22: 음극 유지부
23, 23a, 23b: 필름부재
24: 필름부재가 형성된 음극 무지부
25a, 25b: 음극 활물질층
3: 양극
C: 권취 중심 방향
10: 탑 캡
20: 안전벤트
30: CID 필터
T: 노치부
40: 전극 탭
32: 가스켓
60: 비딩부
70: 크림핑부
100: 원통형 이차전지
120: 전극 조립체
130: 전지 캔
140: 캡 어셈블리
150: 센터 핀

Claims (9)

  1. 시트형의 양극과 시트형의 음극 사이에 분리막이 개재되어 권취된 젤리롤 형태의 전극 조립체에 있어서,
    상기 음극은 음극 집전체의 양면에 음극 활물질층이 형성된 음극 유지부 및 음극 활물질층이 형성되지 않은 음극 무지부로 구성되고,
    상기 음극의 권취 중심을 향하는 단부에 제1 음극 무지부가 위치하며,
    상기 제1 음극 무지부의 양면에 필름부재가 형성된, 이차전지용 전극 조립체.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 필름부재가 형성된 제1 음극 무지부의 두께는 상기 음극 유지부의 두께의 50% 내지 150%인, 이차전지용 전극 조립체.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 음극은, 권취 중심을 향하는 끝단으로부터 하기 식 1을 만족하는 L의 길이까지 상기 필름부재가 형성된 제1 음극 무지부로 이루어지는 것인, 이차전지용 전극 조립체:
    [식 1]
    0.5D≤L≤2.5D
    상기 식 1에서, D는 전극 조립체 단면의 직경이다.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 음극 무지부의 전체 면적 중 21% 내지 100%의 영역에 상기 필름부재가 형성되는, 이차전지용 전극 조립체.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 필름부재의 두께는 50㎛ 내지 100㎛인, 이차전지용 전극 조립체.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 필름부재는 녹는점이 130℃ 이상인 고분자 기재를 포함하는 것인, 이차전지용 전극 조립체.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 고분자 기재는 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름 또는 폴리이미드 필름인, 이차전지용 전극 조립체.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 음극 무지부는 분리막을 사이에 두고 상기 양극과 겹치지 않는 영역에 위치하는 것인, 이차전지용 전극 조립체.
  9. 청구항 1에 따른 이차전지용 전극 조립체,
    상기 전극 조립체가 수납되는 전지 캔, 및
    상기 전지 캔의 개방 단부를 밀봉하는 캡 어셈블리를 포함하는 원통형 이차전지.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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