KR20240081913A - 이차 전지 - Google Patents

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KR20240081913A
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negative electrode
plate
uncoated
secondary battery
electrode assembly
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KR1020220165653A
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두재균
정원일
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삼성에스디아이 주식회사
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    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/058—Construction or manufacture
    • H01M10/0587—Construction or manufacture of accumulators having only wound construction elements, i.e. wound positive electrodes, wound negative electrodes and wound separators
    • H—ELECTRICITY
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    • H01M50/531—Electrode connections inside a battery casing
    • H01M50/533—Electrode connections inside a battery casing characterised by the shape of the leads or tabs

Abstract

본 발명은 내부 저항을 감소할 수 있고 집전 효율을 높일 수 있는 이차 전지에 관한 것이다.
일례로, 양극 무지부를 갖는 양극판과, 음극 무지부를 갖는 음극판 및 상기 양극판과 상기 음극판 사이에 개재된 세퍼레이터를 포함하는 전극 조립체; 상기 전극 조립체를 수용하며 원통체인 측면판과, 상기 측면판의 하부를 밀폐하는 하면판을 포함하는 케이스; 및 상기 케이스의 상부에 결합되며, 상기 양극판과 전기적으로 연결된 캡 조립체를 포함하고, 상기 음극 무지부는 일단이 접혀서 상기 전극 조립체의 하부로 연장되며, 상기 케이스의 하면판에 접속되는 음극 연장무지부를 포함하는 이차 전지를 개시한다.

Description

이차 전지{Secondary battery}
본 발명은 이차 전지에 관한 것이다.
이차 전지(secondary battery)는 충전이 불가능한 일차 전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 전지이다. 저용량의 이차 전지는 스마트폰, 피처폰, 노트북 컴퓨터, 디지털 카메라 및 캠코더와 같이 휴대가 가능한 소형 전자기기에 사용되고, 대용량의 이차 전지는 하이브리드 자동차, 전기 자동차 등의 모터 구동용 전원 및 전력 저장용 전지 등으로 널리 사용되고 있다. 이러한 리튬 이온 이차 전지는 형태에 있어서 원통형, 각형 및 파우치형의 이차 전지로 분류될 수 있다.
예를 들어, 원통형 이차 전지는 원기둥 형태의 전극 조립체와, 전극 조립체가 결합되는 원통 형태의 케이스와, 케이스의 일측에 결합되어 전극 조립체의 이탈을 방지하는 캡 조립체 등으로 이루어진다. 전극 조립체에는 양극탭 및 음극탭이 각각 부착되어, 양극탭은 캡 조립체에 연결되고 음극탭은 케이스에 연결될 수 있다.
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 내부 저항을 감소할 수 있고 집전 효율을 높일 수 있는 이차 전지를 제공한다.
본 발명에 의한 이차 전지는 양극 무지부를 갖는 양극판과, 음극 무지부를 갖는 음극판 및 상기 양극판과 상기 음극판 사이에 개재된 세퍼레이터를 포함하는 전극 조립체; 상기 전극 조립체를 수용하며 원통체인 측면판과, 상기 측면판의 하부를 밀폐하는 하면판을 포함하는 케이스; 및 상기 케이스의 상부에 결합되며, 상기 양극판과 전기적으로 연결된 캡 조립체를 포함하고, 상기 음극 무지부는 일단이 접혀서 상기 전극 조립체의 하부로 연장되며, 상기 케이스의 하면판에 접속되는 음극 연장무지부를 포함할 수 있다.
상기 음극 연장무지부는 상기 음극 무지부의 외면 또는 내면으로 접혀서 음극 무지부의 외면 또는 내면과 접촉하는 중첩부; 및 상기 전극 조립체의 하부로 돌출된 돌출부를 포함할 수 있다.
상기 돌출부의 폭은 상기 음극판의 폭과 동일할 수 있다.
상기 돌출부의 폭은 상기 전극 조립체의 직경보다 작을 수 있다.
상기 돌출부의 길이는 상기 전극 조립체의 직경의 1/2 보다 크고 상기 전극 조립체의 직경 보다 작을 수 있다.
상기 중첩부는 상기 케이스의 측면판에 접촉할 수 있다.
상기 세퍼레이터는 상기 중첩부를 커버하며 상기 케이스의 측면판에 접촉할 수 있다.
상기 음극 무지부는 권취 선단에 위치하는 음극 선단무지부와, 권취 종단에 위치하는 음극 종단무지부를 포함하고, 상기 음극 연장무지부는 상기 음극 종단 무지부에 형성될 수 있다.
상기 음극 연장무지부는 상기 음극 무지부의 상단과 하단을 잇는 접는 선을 따라 접히고, 상기 접는 선과 상기 음극 무지부의 하단이 이루는 각은 예각일 수 있다.
상기 음극 연장무지부는 상기 음극 무지부의 길이 방향과 수직한 접는 선을 따라 적어도 한번 더 접힐 수 있다.
본 발명에 의한 이차 전지는 양극 무지부를 갖는 양극판과, 음극 무지부를 갖는 음극판 및 상기 양극판과 상기 음극판 사이에 개재된 세퍼레이터를 포함하는 전극 조립체; 상기 전극 조립체를 수용하며 원통체인 측면판과, 상기 측면판의 하부를 밀폐하는 하면판을 포함하는 케이스; 및 상기 케이스의 상부에 결합되며, 상기 양극판과 전기적으로 연결된 캡 조립체를 포함하고, 상기 음극 무지부는 일부가 절취선을 따라 잘린 뒤 접는 선을 따라 접어서 상기 전극 조립체의 하부로 연장되며, 상기 케이스의 하면판에 접속되는 음극 연장무지부를 포함할 수 있다.
상기 음극판의 폭은 상기 전극 조립체의 직경보다 클 수 있다.
상기 절취선은 상기 음극판의 길이 방향과 평행하고, 상기 접는 선은 상기 절취선과 상기 음극판의 하단을 이으며, 상기 접는 선과 상기 음극판의 하단이 이루는 각은 예각일 수 있다.
상기 절취선은 상기 음극판의 길이 방향과 수직하고, 상기 접는 선은 상기 음극판의 길이 방향과 수평할 수 있다.
상기 음극 연장무지부는 상기 음극 무지부의 외면 또는 내면으로 접혀서 음극 무지부의 외면 또는 내면과 접촉하는 중첩부; 및 상기 전극 조립체의 하부로 돌출된 돌출부를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 이차 전지는 음극 무지부를 접어서 케이스에 전기적으로 연결함으로써, 내부 저항을 줄일 수 있고 집전 효율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 단면도이다.
도 2a는 도 1의 전극 조립체가 권취되기 전의 상태를 도시한 평면도이다.
도 2b 및 도 2c는 도 2a의 음극판을 도시한 평면도이다.
도 3은 전극 조립체가 귄취된 상태를 도시한 사시도이다.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 전극 조립체를 도시한 사시도이다.
도 5a 내지 도 5c는 전극 조립체가 케이스에 삽입되는 과정을 도시한 사시도이다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 조립체의 음극판을 도시한 평면도이다.
도 7a 및 도 7b는 도 6a 및 도 6b의 음극판을 포함하는 전극 조립체가 귄취된 상태를 도시한 사시도이다.
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 조립체의 음극판을 도시한 평면도이다.
도 9a 및 도 9b는 도 8a 및 도 8b의 음극판을 포함하는 전극 조립체가 귄취된 상태를 도시한 사시도이다.
도 10a 내지 도 10c는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 조립체의 음극판을 도시한 평면도이다.
도 11a 내지 도 11d는 도 10a 내지 도 10c의 음극판을 포함하는 전극 조립체가 귄취된 상태를 도시한 사시도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
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)" 및/또는 "포함하는(comprising)"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 이용된다. 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 요소는 "상부" 또는 "위에"로 된다. 따라서, "아래"는 "상부" 또는 "아래"를 포괄하는 개념이다.
본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
여기서, 명세서 전체를 통하여 유사한 구성 및 동작을 갖는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 또한, 어떤 부분이 다른 부분과 전기적으로 연결(electrically coupled)되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 연결되어 있는 경우도 포함한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지(10)는 전극 조립체(100), 케이스(200), 캡 조립체(300) 및 가스켓(400)를 포함할 수 있다.
전극 조립체(100)는 양극판(110)과 음극판(120) 및 상기 양극판(110)과 음극판(120) 사이에 개재된 세퍼레이터(130)를 포함할 수 있다. 전극 조립체(100)는 양극판(110), 세퍼레이터(130) 및 음극판(120)의 적층제를 젤리-롤 형태로 권취하여 형성할 수 있다. 또한, 전극 조립체(100)의 상부에는 상부 절연판(140)이 제공되고, 전극 조립체(100)의 하부에는 하부 절연판(150)이 제공될 수 있다. 일부 예들에서, 상부 절연판(140)은 음극판(120)과 캡 조립체(300) 사이를 절연시킬 수 있고, 하부 절연판(150)은 양극판(110)과 케이스(200) 사이를 절연시킬 수 있다.
케이스(200)는 상기 전극 조립체(100)가 수용되는 공간이 형성되도록 일정 직경을 갖는 원통체인 측면판(210)과, 측면판(210)의 하부를 밀폐하는 하면판(220)을 포함할 수 있다. 케이스(200)의 상단 개구부는 전극 조립체(100)를 삽입한 후에 밀폐하도록 개방되어 있다. 케이스(200)의 상단 개구부에는 캡 조립체(100)가 결합될 수 있다. 일부 예들에서, 케이스(200)의 상부에는 전극 조립체(100)의 유동을 방지하기 위한 비딩부(230)와, 캡 조립체(300)와 가스켓(400)을 고정하기 위한 크림핑부(240)가 형성될 수 있다. 크림핑부(240)는 내측에 가스켓(400)이 개재되며 캡 조립체(300)를 압박하도록 형성되어, 캡 조립체(300)의 이탈 및 전해액의 누출을 방지하는 역할을 할 수 있다. 케이스(200)는 음극판(120)과 전기적으로 연결될 수 있다.
캡 조립체(300)는 전극 조립체(100)의 양극판(110)과 전기적으로 연결될 수 있다. 캡 조립체(300)는 케이스(200)의 상부에 결합되며, 가스켓(400)에 의해 케이스(200)와 전기적으로 절연될 수 있다.
일부 예들에서, 캡 조립체(300)는 캡 업(310), 안전 벤트(320), 인슐레이터(330) 및 캡 다운(340)을 포함할 수 있다.
캡 업(310)은 원형의 판체로 형성되며, 중앙이 상부로 볼록하게 돌출될 수 있다. 캡 업(310)은 양극판(110)과 전기적으로 연결되어, 양극으로 작용할 수 있다. 또한, 캡 업(310)에는 케이스(200) 내부에서 발생되는 가스가 배출될 수 있는 가스 배출공(311)이 형성될 수 있다.
안전 벤트(320)는 캡 업(310)과 대응되는 원형의 판체로 형성되며, 캡 업(310)의 하부에 결합될 수 있다. 일부 예들에서, 안전 벤트(320)의 가장자리는 캡 업(310)의 상부로 연장될 수 있다. 안전 벤트(320)는 케이스(200) 내부의 압력이 기준 압력 이상일 때 파단되는 노치(321)를 포함할 수 있다.
인슐레이터(330)는 안전 벤트(320)와 캡 다운(340) 사이에 개재되어, 안전 벤트(320)와 캡 다운(340) 사이를 절연시킬 수 있다.
캡 다운(340)은 안전 벤트(320)의 하부에 결합되며, 안전 벤트(320)와 전기적으로 연결되는 연결부(341)를 포함할 수 있다. 연결부(341)는 캡 다운(340)의 중심에 형성되며, 상대적으로 얇은 두께를 가질 수 있다. 이러한 연결부(341)는 케이스(200) 내부에서 발생된 가스에 의해 캡 다운(340)으로부터 분리될 수 있다. 캡 다운(340)의 하면에는 양극판(110)의 양극탭(117)이 전기적으로 연결될 수 있다.
도 1에 도시된 캡 조립체의 형태는 예시적인 것으로, 캡 조립체는 다양한 형태로 변형 가능하다. 예를 들어, 캡 조립체는 캡 플레이트와, 캡 플레이트를 관통하며 제1전극판과 전기적으로 연결된 리벳 형태의 전극 단자를 포함할 수 있다.
도 2a는 도 1의 전극 조립체가 권취되기 전의 상태를 도시한 평면도이다. 도 2b 및 도 2c는 도 2a의 음극판을 도시한 평면도이다. 도 3은 전극 조립체가 귄취된 상태를 도시한 사시도이다. 도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 전극 조립체를 도시한 사시도이다.
도 2a 및 도 2b를 참조하면, 전극 조립체(100)는 양극판(110)과 음극판(120) 및 상기 양극판(110)과 음극판(120) 사이에 개재된 세퍼레이터(130)를 포함한다.
상기 양극판(110)은 도전성이 우수한 금속 박판, 예를 들면 알루미늄 호일(foil) 또는 메쉬로 이루어진 양극 집전판(111)의 양면에 코팅된 양극 활물질층(112)을 포함한다. 상기 양극 활물질층(112)은 양극 활물질에 카본 블랙(carbon black)이나 흑연 분말과 같은 도전재와 활물질의 고정을 위한 바인더 등이 혼합된 물질을 사용하여 형성될 수 있다. 여기서, 상기 양극 활물질은 칼코게나이트(chalcogenide) 화합물이 사용될 수 있으며, 일례로, LiCoO2, LiMn2O4, LiNiO2, LiNiMnO2 등의 복합 금속 산화물들이 사용될 수 있다.
양극 집전판(111)에서 양극 활물질층이 형성되지 않은 양극 무지부(114,115)는 상기 양극 집전판(131)의 양단(즉, 선단과 종단)에 형성될 수 있다. 양극 무지부(114,115)는 권취 선단에 위치한 양극 선단무지부(114)와, 권취 종단에 위치한 양극 종단무지부(115)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 양극 선단무지부(114)의 길이는 양극 종단무지부(115)의 길이보다 짧을 수 있다.
상기 양극 무지부(114,115)에는 양극탭(117)이 연결(예를 들면, 용접)될 수 있다. 즉, 상기 양극탭(117)의 일단은 양극 무지부(114,115)에 전기적으로 연결되며, 타단은 외부로 돌출 및 연장될 수 있다. 도 1을 참조하면, 양극탭(117)은 캡 조립체(300)의 캡 다운(340)에 전기적으로 연결될 수 있다. 일부 예들에서, 양극 무지부(114,115)에는 별도의 양극탭이 부착되지 않고, 양극 무지부(114,115)가 직접 캡 다운(340)에 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 양극 선단무지부(114) 또는 양극 종단무지부(115)가 절곡 또는 접혀서 전극 조립체(100)의 상부로 돌출되고, 돌출된 부분이 캡 다운(340)에 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 음극판(120)은 전도성 금속 박판, 예를 들면, 구리 또는 니켈 호일이나 메쉬로 이루어진 음극 집전판(121)의 양면에 코팅된 음극 활물질층(122)을 포함한다. 상기 음극 활물질층(122)은 음극 활물질에 카본 블랙(carbon black)이나 흑연 분말과 같은 도전재와 활물질의 고정을 위한 바인더 등이 혼합된 물질을 사용하여 형성될 수 있다. 여기서, 상기 음극 활물질은 탄소 계열 물질, Si, Sn, 틴 옥사이드, 틴 합금 복합체, 전이 금속 산화물, 리튬 금속 나이트라이트 또는 금속 산화물 등이 사용될 수 있다.
음극 집전판(121)에서 음극 활물질층이 형성되지 않은 음극 무지부(124,125)는 상기 음극 집전판(121)의 양단(즉, 선단과 종단)에 형성될 수 있다. 음극 무지부(124,125)는 권취 선단에 위치한 음극 선단무지부(124)와, 권취 종단에 위치한 음극 종단무지부(125)를 포함할 수 있다.
음극 종단무지부(125)는 접는 선(L)을 따라 절곡 또는 접어서 하부로 연장된 음극 연장무지부(126)를 포함할 수 있다. 여기서, 접는 선(L)은 사선이며, 음극 무지부(124,125)의 하단과 접는 선(L)이 이루는 각은 예각일 수 있다. 또한, 접는 선(L)은 음극 무지부(124,125)의 선단과 하단을 잇는 선일 수 있다. 음극 연장무지부(126)는 음극판(120)의 외면으로 절곡 또는 접힐 수 있다. 음극 연장무지부(126)는 중첩부(126a) 및 돌출부(126b)를 포함할 수 있다. 중첩부(126a)는 음극 종단무지부(125)가 서로 접촉하는 부분이고, 돌출부(126b)는 음극 종단무지부(125)의 하부로 돌출된 부분이다. 즉, 돌출부(126b)는 전극 조립체(100)의 하부로 돌출될 수 있다. 중첩부(126a)는 음극 종단무지부(125)의 외면과 접촉하게 된다.
일부 예들에서, 도 2c를 참조하면, 음극 연장무지부(126)는 음극판(120)의 내면으로 절곡 또는 접힐 수 있다. 따라서, 중첩부(126a)는 음극 종단무지부(125)의 내면과 접촉할 수 있다.
도 3을 참조하면, 돌출부(126b)의 폭(D)은 음극판(120)의 폭(B)과 동일하다. 돌출부(126b)의 폭(D)은 전극 조립체(100)의 권심(내부 중공)의 직경(C)보다 크고, 전극 조립체(100)의 직경(A)보다 작을 수 있다 (C<D<A). 또한, 전극 조립체(100)의 하부로 돌출된 돌출부(126b)의 길이(E)는 전극 조립체(100)의 직경(A)의 1/2 보다 크고, 전극 조립체(100)의 직경(A)보다 작을 수 있다(A/2<E<A).
이와 같이, 본 발명에 따른 이차 전지(10)는 음극 무지부(124,125)를 접어서 케이스(200)에 전기적으로 연결함으로써, 내부 저항을 줄일 수 있고 집전 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 이차 전지(10)는 별도의 음극탭이 필요 없게 되므로, 음극탭과 음극판(120)이 용접되는 부분의 크랙이나 변형을 방지할 수 있어, 이차 전지(10)의 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 더불어, 본 발명에 따른 이차 전지(10)는 별도의 음극탭에 필요 없게 되므로, 그에 따른 비용을 절감할 수 있다.
상기에서, 음극 연장무지부(126)가 음극 종단무지부(125)에 형성된 것으로 도시하였으나, 음극 연장무지부(126)는 음극 선단무지부(124)에도 형성될 수 있다.
또한, 양극판(110)의 양극 무지부(114,115)에도 음극 연장무지부(126)와 동일한 형태의 양극 연장무지부가 형성될 수 있으며, 이 경우, 양극 연장무지부는 전극 조립체(100)의 상부로 돌출되어, 전극 조립체(100)의 상면에 접촉할 수 있다. 이러한 양극 연장무지부의 형태는 음극 연장무지부(126)의 형태와 동일하므로 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 4a를 참조하면, 전극 조립체(100)의 최외곽에는 세퍼레이터(130)가 위치할 수 있고, 음극 연장무지부(126)는 세퍼레이터(130)로부터 노출될 수 있다. 다시 말해, 세퍼레이터(130)는 음극 연장무지부(126)를 덮지 않을 수 있다. 일부 예들에서, 전극 조립체(100)의 외면으로 노출된 음극 연장무지부(126)는 케이스(200)의 측면판(210)에 접촉할 수 있고, 상기 케이스(200)는 음극으로 작용할 수 있다.
일부 예들에서, 도 4b를 참조하면, 전극 조립체(100)의 최외곽에는 세퍼레이터(130)가 위치할 수 있고, 음극 연장무지부(126)는 세퍼레이터(130)에 의해 덮일 수 있다.
일부 예들에서, 도 4c를 참조하면, 전극 조립체(100)의 최외곽에는 음극판(120)이 위치할 수 있고, 음극 연장무지부(126)는 케이스(200)의 측면판(210) 및 하면판(220)에 접촉하여 상기 케이스(200)는 음극으로 작용할 수 있다. 전극 조립체(100)의 최외곽에 위치하여 외부로 노출되는 권취 마지막턴의 음극판(120)의 외면에는 음극 활물질층(122)이 형성되지 않을 수 있다. 경우에 따라, 권취 마지막턴의 음극판(120)의 내면에도 음극 활물질층(122)이 형성되지 않을 수 있다.
도 5a 내지 도 5c는 전극 조립체가 케이스에 삽입되는 과정을 도시한 사시도이다.
도 5a를 참조하면, 음극 연장무지부(126)의 돌출부(126b)는 절곡되어 전극 조립체(100)의 하면에 접촉할 수 있다. 일부 예들에서, 돌출부(126b)는 전극 조립체(100)의 하부에 위치한 하부 절연판(150)에 접촉할 수 있다. 이러한 돌출부(126b)는 음극탭으로서의 역할을 할 수 있다. 일부 예들에서, 음극판(120)은 접착 부재(129)로 고정될 수 있다. 예를 들어, 접착 부재(129)는 마감 테이프로 지칭될 수 있다.
일부 예들에서, 도 5b를 참조하면, 음극 연장무지부(126)의 돌출부(126b)는 절곡되어 별도의 음극탭(127)에 전기적으로 접속될 수 있다. 여기서, 음극탭(127)은 음극 선단무지부(124)에 부착되어 전극 조립체(100)의 하부로 돌출될 수 있다. 일부 예들에서, 음극탭(127)은 음극 선단무지부(124)을 접어서 형성된 것으로, 음극 선단무지부(124)의 일부일 수 있다. 상기 음극탭(127)은 절곡되어 전극 조립체(100)의 하면으로 연장된 돌출부(126b)와 전기적으로 접속(예를 들어, 용접)될 수 있다.
다음으로, 도 5c를 참조하면, 전극 조립체(100)는 케이스(200)에 수납될 수 있다. 일부 예들에서, 전극 조립체(100)의 상면에는 상부 절연판(140)이 결합되고 하면에는 하부 절연판(150)이 결합될 수 있다. 전극 조립체(100)의 하면으로 연장된 음극 연장무지부(126)의 돌출부(126b)는 케이스(200)의 하면판(220)에 접촉 및 전기적으로 연결(예를 들어, 용접)될 수 있다. 또한, 음극판(120)의 중첩부(126a)가 케이스(200)의 측면판(210)에 접촉할 수 있다. 이때, 중첩부(126a)에서 접착 부재(129)가 부착된 부분을 제외한 부분이 실질적으로 케이스(200)의 측면판(210)에 접촉할 수 있다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 조립체의 음극판을 도시한 평면도이다. 도 7a 및 도 7b는 도 6a 및 도 6b의 음극판을 포함하는 전극 조립체가 귄취된 상태를 도시한 사시도이다.
도 6a를 참조하면, 음극 집전판(221)에서 음극 활물질층이 형성되지 않은 음극 무지부(224,225)는 상기 음극 집전판(221)의 양단(즉, 선단과 종단)에 형성될 수 있다. 음극 무지부(224,225)는 권취 선단에 위치한 음극 선단무지부(224)와, 권취 종단에 위치한 음극 종단무지부(225)를 포함할 수 있다.
도 6b를 참조하면, 음극 종단무지부(225)는 절취선(L1)을 따라서 음극 종단무지부(225)의 일부가 잘린 뒤, 절취선(L1)의 하부에 위치하는 부분을 접는 선(L2)을 따라 절곡 또는 접어서 하부로 연장된 음극 연장무지부(226)를 포함할 수 있다. 여기서 절취선(L1)은 음극판(220)의 길이 방향과 평행할 수 있다. 음극 연장무지부(226)는 음극판(220)의 외면으로 절곡 또는 접힐 수 있다. 음극 연장무지부(226)는 중첩부(226a) 및 돌출부(226b)를 포함할 수 있다. 중첩부(226a)는 음극 종단무지부(225)가 서로 접촉하는 부분이고, 돌출부(226b)는 음극 종단무지부(225)의 하부로 돌출된 부분이다. 중첩부(226a)는 음극 종단무지부(225)의 외면과 접촉하게 된다.
도 7a를 참조하면, 음극판(220)의 폭(B)은 전극 조립체(A)의 직경보다 크게 형성될 수 있다. 이 경우에는 음극 종단무지부(225)를 바로 접는 것은 비효율적이기 때문에, 절취선(L1)을 따라서 음극 종단무지부(225)의 일부를 자른 뒤 접어서 음극 연장무지부(226)를 형성할 수 있다.
절취선(L1)을 따라 잘린 돌출부(226b)의 폭(D1)은 음극판(220)의 폭(B) 보다 작을 수 있다. 돌출부(226b)의 폭(D1)은 전극 조립체(100A)의 권심(내부 중공)의 직경(C)보다 크고, 전극 조립체(100A)의 직경(A)보다 작을 수 있다 (C<D<A). 또한, 전극 조립체(100A)의 하부로 돌출된 돌출부(226b)의 길이(E)는 전극 조립체(100A)의 직경(A)의 1/2 보다 크고, 전극 조립체(100A)의 직경(A)보다 작을 수 있다(A/2<E<A). 또한, 절취선(L1)의 길이(F)는 전극 조립체(100A)의 하부로 돌출된 돌출부(226b)의 길이(E) 보다 클 수 있다. 절취선(L1)의 길이(F)는 음극 종단무지부(225)의 길이보다 짧을 수 있다.
일부 예들에서, 도 7b를 참조하면, 음극 연장무지부(226)는 음극판(220)의 내면으로 절곡 또는 접힐 수 있다. 따라서, 중첩부(226a)는 음극 종단무지부(225)의 내면과 접촉할 수 있다.
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 조립체의 음극판을 도시한 평면도이다. 도 9a 및 도 9b는 도 8a 및 도 8b의 음극판을 포함하는 전극 조립체가 귄취된 상태를 도시한 사시도이다.
도 8a를 참조하면, 음극 집전판(321)에서 음극 활물질층이 형성되지 않은 음극 무지부(324,325)는 상기 음극 집전판(321)의 양단(즉, 선단과 종단)에 형성될 수 있다. 음극 무지부(324,325)는 권취 선단에 위치한 음극 선단무지부(324)와, 권취 종단에 위치한 음극 종단무지부(325)를 포함할 수 있다.
도 8b를 참조하면, 음극 종단무지부(325)는 절취선(L3)을 따라서 음극 종단무지부(325)의 일부가 잘린 뒤, 절취선(L3)의 외측(도면상 오른쪽) 부분을 접는 선(L4)을 따라 절곡 또는 접어서 하부로 연장된 음극 연장무지부(326)를 포함할 수 있다. 여기서 절취선(L3)은 음극판(320)의 길이 방향과 수직할 수 있다. 또한, 접는 선(L3)은 음극판(320)의 길이 방향과 평행하고, 절취선(L3)과 수직할 수 있다. 음극 연장무지부(326)는 음극판(320)의 외면으로 절곡 또는 접힐 수 있다. 음극 연장무지부(326)는 중첩부(326a) 및 돌출부(326b)를 포함할 수 있다. 중첩부(326a)는 음극 종단무지부(325)가 서로 접촉하는 부분이고, 돌출부(326b)는 음극 종단무지부(325)의 하부로 돌출된 부분이다. 중첩부(326a)는 음극 종단무지부(25)의 외면과 접촉하게 된다.
도 9a를 참조하면, 절취선(L3)을 따라 잘린 돌출부(326b)의 폭(D2)은 음극판(320)의 폭(B) 보다 작을 수 있다. 돌출부(326b)의 폭(D2)은 전극 조립체(100B)의 권심(내부 중공)의 직경(C)보다 크고, 전극 조립체(100B)의 직경(A)보다 작을 수 있다 (C<D<A). 또한, 전극 조립체(100B)의 하부로 돌출된 돌출부(326b)의 길이(E)는 전극 조립체(100B)의 직경(A)의 1/2 보다 크고, 전극 조립체(100B)의 직경(A)보다 작을 수 있다(A/2<E<A). 또한, 절취선(L3)의 길이(F)는 전극 조립체(100B)의 하부로 돌출된 돌출부(326b)의 길이(E) 보다 크고 음극판(320)의 폭(B) 보다 작을 수 있다.
일부 예들에서, 도 9b를 참조하면, 음극 연장무지부(326)는 음극판(320)의 내면으로 절곡 또는 접힐 수 있다. 따라서, 중첩부(326a)는 음극 종단무지부(325)의 내면과 접촉할 수 있다.
도 10a 내지 도 10c는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 조립체의 음극판을 도시한 평면도이다. 도 11a 내지 도 11d는 도 10a 내지 도 10c의 음극판을 포함하는 전극 조립체가 귄취된 상태를 도시한 사시도이다.
도 10a를 참조하면, 음극 집전판(421)에서 음극 활물질층이 형성되지 않은 음극 무지부(424,425)는 상기 음극 집전판(421)의 양단(즉, 선단과 종단)에 형성될 수 있다. 음극 무지부(424,425)는 권취 선단에 위치한 음극 선단무지부(424)와, 권취 종단에 위치한 음극 종단무지부(425)를 포함할 수 있다.
도 10b를 참조하면, 음극 종단무지부(425)는 제1접는 선(L)을 따라 절곡 또는 접혀서 하부로 연장된 음극 연장무지부(426)를 포함할 수 있다. 여기서, 제1접는 선(L)은 사선이며, 음극 무지부(123)의 하단과 제1접는 선(L)이 이루는 각은 예각일 수 있다. 음극 연장무지부(126)는 음극판(120)의 외면으로 절곡 또는 접힐 수 있다.
다음으로, 도 10c를 참조하면, 음극 연장무지부(425)는 제2접는 선(L5)을 따라 절곡 또는 접힐 수 있다. 여기서, 제2접는 선(L5)은 음극판(420)의 길이 방향과 수직할 수 있다. 비록, 도 10c에서는 음극 연장무지부가 음극판의 길이 방향과 수직한 제2접는 선(L5)을 따라 1회 절곡 또는 접힌 것으로 도시하였으나, 음극 연장무지부(425)는 1회 이상 접힐 수 있다.
도 11a를 참조하면, 제1접는 선(L) 및 제2접는 선(L5)을 따라 절곡 또는 접힌 돌출부(426b)의 폭(D3)은 전극 조립체(100C)의 권심(내부 중공)의 직경(C)보다 크고, 전극 조립체(100C)의 직경(A)보다 작을 수 있다 (C<D<A). 또한, 전극 조립체(100C)의 하부로 돌출된 돌출부(426b)의 길이(E)는 전극 조립체(100C)의 직경(A)의 1/2 보다 크고, 전극 조립체(100C)의 직경(A)보다 작을 수 있다(A/2<E<A).
일부 예들에서, 도 11b를 참조하면, 음극 연장무지부(426)는 음극판(420)의 내면으로 절곡 또는 접힐 수 있다. 따라서, 중첩부(426a)는 음극 종단무지부(425)의 내면과 접촉할 수 있다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 의한 이차 전지를 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.
10: 이차 전지 100: 전극 조립체
110: 양극판 120: 음극판
121: 음극 집전판 122: 음극 활물질층
124: 음극 선단무지부 125: 음극 종단무지부
126: 음극 연장무지부 126a: 중첩부
126b: 돌출부 130: 세퍼레이터
200: 케이스 300: 캡 조립체
400: 가스켓

Claims (15)

  1. 양극 무지부를 갖는 양극판과, 음극 무지부를 갖는 음극판 및 상기 양극판과 상기 음극판 사이에 개재된 세퍼레이터를 포함하는 전극 조립체;
    상기 전극 조립체를 수용하며 원통체인 측면판과, 상기 측면판의 하부를 밀폐하는 하면판을 포함하는 케이스; 및
    상기 케이스의 상부에 결합되며, 상기 양극판과 전기적으로 연결된 캡 조립체를 포함하고,
    상기 음극 무지부는 일단이 접혀서 상기 전극 조립체의 하부로 연장되며, 상기 케이스의 하면판에 접속되는 음극 연장무지부를 포함하는 이차 전지.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 음극 연장무지부는
    상기 음극 무지부의 외면 또는 내면으로 접혀서 음극 무지부의 외면 또는 내면과 접촉하는 중첩부; 및
    상기 전극 조립체의 하부로 돌출된 돌출부를 포함하는 이차 전지.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 돌출부의 폭은 상기 음극판의 폭과 동일한 이차 전지.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 돌출부의 폭은 상기 전극 조립체의 직경보다 작은 이차 전지.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 돌출부의 길이는 상기 전극 조립체의 직경의 1/2 보다 크고 상기 전극 조립체의 직경 보다 작은 이차 전지.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 중첩부는 상기 케이스의 측면판에 접촉하는 이차 전지.
  7. 제 2 항에 있어서,
    상기 세퍼레이터는 상기 중첩부를 커버하며 상기 케이스의 측면판에 접촉하는 이차 전지.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 음극 무지부는 권취 선단에 위치하는 음극 선단무지부와, 권취 종단에 위치하는 음극 종단무지부를 포함하고,
    상기 음극 연장무지부는 상기 음극 종단 무지부에 형성된 이차 전지.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 음극 연장무지부는 상기 음극 무지부의 상단과 하단을 잇는 접는 선을 따라 접히고, 상기 접는 선과 상기 음극 무지부의 하단이 이루는 각은 예각인 이차 전지.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 음극 연장무지부는 상기 음극 무지부의 길이 방향과 수직한 접는 선을 따라 적어도 한번 더 접히는 이차 전지.
  11. 양극 무지부를 갖는 양극판과, 음극 무지부를 갖는 음극판 및 상기 양극판과 상기 음극판 사이에 개재된 세퍼레이터를 포함하는 전극 조립체;
    상기 전극 조립체를 수용하며 원통체인 측면판과, 상기 측면판의 하부를 밀폐하는 하면판을 포함하는 케이스; 및
    상기 케이스의 상부에 결합되며, 상기 양극판과 전기적으로 연결된 캡 조립체를 포함하고,
    상기 음극 무지부는 일부가 절취선을 따라 잘린 뒤 접는 선을 따라 접어서 상기 전극 조립체의 하부로 연장되며, 상기 케이스의 하면판에 접속되는 음극 연장무지부를 포함하는 이차 전지.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 음극판의 폭은 상기 전극 조립체의 직경보다 큰 이차 전지.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 절취선은 상기 음극판의 길이 방향과 평행하고,
    상기 접는 선은 상기 절취선과 상기 음극판의 하단을 이으며, 상기 접는 선과 상기 음극판의 하단이 이루는 각은 예각인 이차 전지.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 절취선은 상기 음극판의 길이 방향과 수직하고,
    상기 접는 선은 상기 음극판의 길이 방향과 수평한 이차 전지.
  15. 제 11 항에 있어서,
    상기 음극 연장무지부는
    상기 음극 무지부의 외면 또는 내면으로 접혀서 음극 무지부의 외면 또는 내면과 접촉하는 중첩부; 및
    상기 전극 조립체의 하부로 돌출된 돌출부를 포함하는 이차 전지.
KR1020220165653A 2022-12-01 2022-12-01 이차 전지 KR20240081913A (ko)

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