KR20240102622A - 전극 조립체, 및 이를 포함하는 이차 전지, 배터리 팩 및 운송 수단 - Google Patents

전극 조립체, 및 이를 포함하는 이차 전지, 배터리 팩 및 운송 수단

Info

Publication number
KR20240102622A
KR20240102622A KR1020220184832A KR20220184832A KR20240102622A KR 20240102622 A KR20240102622 A KR 20240102622A KR 1020220184832 A KR1020220184832 A KR 1020220184832A KR 20220184832 A KR20220184832 A KR 20220184832A KR 20240102622 A KR20240102622 A KR 20240102622A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
active material
negative electrode
material layer
positive electrode
current collector
Prior art date
Application number
KR1020220184832A
Other languages
English (en)
Inventor
한정희
Original Assignee
주식회사 엘지에너지솔루션
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 엘지에너지솔루션 filed Critical 주식회사 엘지에너지솔루션
Publication of KR20240102622A publication Critical patent/KR20240102622A/ko

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/04—Construction or manufacture in general
    • H01M10/0431—Cells with wound or folded electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/04—Construction or manufacture in general
    • H01M10/0422—Cells or battery with cylindrical casing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/531—Electrode connections inside a battery casing
    • H01M50/538—Connection of several leads or tabs of wound or folded electrode stacks
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2220/00—Batteries for particular applications
    • H01M2220/20—Batteries in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane

Abstract

본 명세서는 양극, 음극 및 상기 양극과 음극 사이에 구비된 분리막이 적층되어 권취된 전극 조립체, 및 이를 포함하는 이차 전지, 배터리 팩 및 운송 수단에 관한 것이다.

Description

전극 조립체, 및 이를 포함하는 이차 전지, 배터리 팩 및 운송 수단{ELECTRODE ASSEMBLY, AND SECONDARY BATTERY, BATTERY PACK AND VEHICLE COMPRISING SAME}
본 명세서는 양극, 음극 및 상기 양극과 음극 사이에 구비된 분리막이 적층되어 권취된 전극 조립체, 및 이를 포함하는 이차 전지, 배터리 팩 및 운송 수단에 관한 것이다.
원통형 전지의 경우 폭이 정해진 긴 전극을 롤 형태로 말아 젤지-롤(Jelly Roll)형태의 전극조립체를 제조한다. 이러한 젤리-롤형 전극조립체를 전지케이스에 삽입하여 제조되는 원통형 전지는 충방전시 전극의 수축/팽창을 반복하게 된다. 특히, 젤리-롤형 전극조립체의 코어에 탭(In tab)이 위치하거나, 음극 전극 내 실리콘계 활물질이 첨가되어 전극조립체의 수축/팽창 정도가 증가하는 경우 전극조립체의 코어부에 작용하는 압력은 크게 증가하게 된다.
최근 저저항/고용량 설계가 증가함에 따라 젤리-롤형 전극조립체가 복수의 탭을 포함하거나, 실리콘계 활물질이 첨가되는 경우가 증가하고 있으며, 이에 따라 전극조립체의 수축/팽창에 따른 상기 코어부에 위치하는 전극조립체의 변형 가능성이 증가하고 있다. 특히, 음극 및 양극 사이에 위치하는 분리막이 파손되는 경우 음극 및 양극이 직접 접촉하여 내부 쇼트로 인해 발열 및 발화가 발생하는 문제가 있었다.
이러한 전극조립체의 변형에 따른 분리막 파손 및 내부 쇼트 발생 문제를 해결하기 위하여 해당 영역의 양극 및 분리막을 보호하고, 내부 쇼트 발생을 억제할 수 있는 기술 개발이 필요한 실정이다.
본 명세서는 양극, 음극 및 상기 양극과 음극 사이에 구비된 분리막이 적층되어 권취된 전극 조립체, 및 이를 포함하는 이차 전지, 배터리 팩 및 운송 수단을 제공하고자 한다.
본 명세서의 일 실시상태는 음극, 양극 및 상기 음극과 상기 양극 사이에 구비된 분리막이 적층되어 권취된 전극 조립체에 있어서, 상기 양극은 양극 집전체 및 상기 양극 집전체의 양면에 구비된 양극 활물질층을 포함하고, 상기 양극 활물질층은, 상기 양극 집전체의 권심에 대향하는 일면에 구비된 제1 양극 활물질층 및 상기 양극 집전체의 타면에 구비된 제2 양극 활물질층을 포함하며, 상기 전극 조립체의 권심에서 권취방향으로, 상기 제1 양극 활물질층의 단부가 상기 제2 양극 활물질층의 단부보다 길게 연장된 것인 전극 조립체를 제공한다.
본 명세서의 다른 실시상태에서, 상기 전극 조립체의 권심에서 권취방향으로, 상기 제1 양극 활물질층의 단부가 상기 제2 양극 활물질층의 단부보다 1회 권취길이 이상 더 길게 연장될 수 있고, 구체적으로 1회 내지 3회 권취길이 더 길게 연장될 수 있다.
본 명세서의 다른 실시상태에서, 상기 음극은 음극 집전체 및 상기 음극 집전체 양면에 구비된 음극 활물질층을 포함하고, 상기 전극 조립체의 권심에서, 상기 2개의 음극 활물질의 단부는 서로 동일하거나 유사할 수 있다.
본 명세서의 다른 실시상태에서, 상기 음극은 상기 음극 집전체의 일단에 구비된 음극 무지부를 포함하고, 상기 음극 무지부는 권심부에 위치하며, 음극탭이 형성될 수 있다.
본 명세서의 다른 실시상태에서, 상기 음극은 음극 집전체 및 상기 음극 집전체 양면에 구비된 음극 활물질층을 포함하고, 상기 전극 조립체의 권심에서 권취방향으로, 상기 분리막의 권취 시작점으로부터, 상기 음극 활물질층의 권취 시작점이 상기 제1 양극 활물질층의 권취 시작점보다 가까울 수 있다. 이때, 상기 전극 조립체의 권심에서 권취방향으로, 상기 음극 활물질층의 권취 시작점과 상기 제1 양극 활물질층의 권취 시작점의 거리는 1회 권취길이 이상일 수 있으며, 구체적으로 구체적으로 1회 내지 3회 권취길이일 수 있다.
본 명세서의 다른 실시상태에서, 상기 분리막은 2개의 분리막을 포함할 수 있다. 상기 분리막이 2개의 분리막을 포함할 때, 상기 전극 조립체는 상기 음극, 외각측 분리막, 상기 양극 및 권심측 분리막이 순차적으로 적층되어 권취될 수 있다.
본 명세서의 또 다른 실시상태는 상술한 전극 조립체 및 상기 전극 조립체를 수용하기 위한 전지케이스를 포함하는 이차 전지를 제공한다.
본 명세서의 다른 실시상태에서, 상기 전극 조립체는 권심축의 수직단면이 원이며, 상기 전지케이스는 원통형일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따른 전극 조립체는 양극 단부의 단차를 줄임으로써, 전지 충방전 시 전극의 수축/팽창에 의한 전극조립체의 변형으로부터 분리막 손상을 방지하고, 전극 간 내부 쇼트를 방지하여 전지 안정성 및 수명 특성이 개선될 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따른 전극 조립체는 권심부 변형을 지지하는 층이 추가로 존재하여 권심부의 형상이 잘 유지될 수 있다.
도 1은 본 명세서의 일 실시상태에 따른 전극 적층체의 수직단면을 나타낸다.
도 2는 본 명세서의 또 다른 실시상태에 따른 전극 적층체의 권취 공정을 나타낸다.
도 3은 권취된 전극 적층체의 사시도이다.
도 4은 권취된 전극 적층체가 수용된 전지케이스에 수용된 이차 전지의 수직단면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 배터리 팩의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 6은 도 5의 배터리 팩을 포함하는 자동차를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예 1과 비교예 1의 권심부에서 작용하는 응력을 확인한 시뮬레이션 그래프이다.
이하에서는 도면을 참고하여 본 발명을 상세히 설명한다. 그러나, 도면은 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명의 범위가 도면에 의하여 한정되는 것은 아니다.
도 1은 음극(110), 양극(120) 및 상기 음극(110)과 상기 양극(120) 사이에 구비된 분리막(131, 132)이 적층되어 권취된 전극 조립체(1)의 수직단면을 나타내며, 도 2는 전극 조립체(1)의 권취 공정을 나타내고, 도 3은 권취된 전극 적층체(1)의 사시도이다. 이때, 도 2의 권취를 위한 장치인 권심(10)은 도 3에서 권취완료 후 권심(10)이 제거되며, 도 3에서의 권심(10)은 권취를 위한 장치가 제거되고 난 후 유지되는 공간, 권취의 기준선이거나, 권취된 전극조립체의 축의 수직방향으로 절단된 수직단면인 원에서 원의 중심점일 수 있고, “권심부측”은 권심에 가까운 영역이거나, 권심을 향하는 방향을 의미한다.
먼저, 양극(120), 음극(110) 및 상기 양극(120)과 상기 음극(110) 사이에 구비되는 분리막(131, 132)을 적층할 수 있다.
상기 분리막은 2개의 분리막을 포함할 수 있으며, 도 2와 같이, 음극(110)과 양극(120) 사이의 제1 분리막(131)과 상기 제1 분리막(131)과 접하는 양극(120)의 면과 반대면에 추가의 제2 분리막(132)이 구비될 수 있으며, 구체적으로, 제2 분리막(132), 양극(120), 제1 분리막(131) 및 음극(110)을 순차적으로 적층시킬 수 있다.
권취 방향에 있어서, 도 2와 같이 제2 분리막(132), 양극(120), 제1 분리막(131) 및 음극(110)이 순차적으로 적층되어 양극(120)측으로 권취할 수 있다. 이와 같이 권취하는 경우 권취된 전극 조립체에서 음극(110) 또는 음극(110)과 분리막(131)이 함께 외각(1b)에 노출될 수 있다. 이때, 외각(1b)에 음극(110)이 노출되는 경우에는 음극 활물질층이 구비되지 않은 외각측 음극 무지부(114)만이 노출되거나, 상기 외각측 음극 무지부(114)와 함께 외각측 음극 유지부도 함께 외각(1b)에 노출될 수 있다.
필요에 따라, 도 2에 예시된 권취방향과 반대로 권취할 수 있다. 이와 같이 권취하는 경우 권취된 전극 조립체에서 분리막(132)이 외각(1b)에 노출될 수 있다.
도 3과 같이 권취된 전극 조립체(1)의 내부(1c)는 권취된 전극 조립체에서 외각(1b)을 제외한 부분을 말한다. 이때, 권취된 전극 조립체를 기둥이라 한다면 외각(1b)은 외부로 노출된 옆면을 의미하며, 점착 테이프가 점착된 내부(1c)는 옆면을 제외한 기둥의 내측 영역을 모두 포함한다.
또한, 전극 조립체(1)가 권심(10)로부터 1회 권취를 위한 길이가 외각(1b)까지 점점 커지는 것을 확인할 수 있다. 구체적으로, 권심(10)로부터 외각(1b)까지 점차적으로 1회 권취를 위한 권취길이, 권취된 전극 조립체(1)의 둘레가 증가한다. 권심(10)의 권취 시작점으로부터 1차 권취된 제1 권취길이(1turn), 2차 권취된 제2 권취길이(2turn), 3차 권취된 제3 권취길이(3turn) 등이 순차적으로 외각(1b)까지 이어질 수 있다.
상기 양극(120) 및 음극(110)은 각각 집전체 및 상기 집전체의 적어도 일면에 구비된 활물질층을 포함할 수 있다.
상기 양극(120)은 양극 집전체(121) 및 상기 양극 집전체(121)의 적어도 일면에 구비된 양극 활물질층(122, 123)을 포함할 수 있다. 상기 양극 활물질층(122, 123)은 양극 집전체(121)의 양면에 구비될 수 있으며, 양극 집전체(121)의 일면에 구비된 제1 양극 활물질층(122) 및 상기 제1 양극 활물질층(122)이 구비된 일면의 반대면에 구비된 제2 양극 활물질층(123)을 포함할 수 있다.
상기 양극(120)은 1 이상의 양극탭을 포함하며, 상기 양극탭은 상기 양극 활물질층(122, 123)이 구비되지 않은 양극 무지부에 위치된다.
일 실시상태에서, 상기 양극(120)은 상기 양극 집전체(121) 상에 양극 활물질층이 구비된 양극 유지부 및 양극 집전체(121)의 일측 또는 양측 말단부에 양극 활물질층이 구비되지 않은 양극 무지부를 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 양극탭은 양극 집전체(121)의 일측 또는 양측 말단부에 위치하는 양극 무지부에 위치될 수 있으며, 바람직하게는 일측 말단부의 양극 무지부에 위치될 수 있다.
다른 실시상태에서, 상기 양극(120)은 상기 양극 집전체(121)의 외각측 단부에 양극 활물질층이 구비되지 않은 양극 무지부를 포함하고, 상기 양극 무지부 상에 양극탭이 형성될 수 있다.
다른 실시상태에서, 상기 양극(120)은 상기 양극 집전체(121) 상에 길이방향으로 이격되어 양극 활물질층이 구비된 2 이상의 양극 유지부 및 상기 2 이상의 양극 유지부 사이에 양극 활물질층이 구비되지 않은 양극 무지부를 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 양극탭은 상기 2 이상의 양극 유지부 사이의 양극 무지부에 위치될 수 있으며, 바람직하게는 2개의 양극 유지부 사이에 위치하는 양극 무지부에 위치될 수 있다. 이때, 상기 양극(120)의 양측 말단부는 양극 무지부가 없는 프리에지로 형성될 수 있다.
상기 양극(120)은 양극 집전체(121) 및 상기 양극 집전체(121)의 양면에 구비된 양극 활물질층(122, 123)을 포함할 수 있으며, 상기 양극 집전체(121)의 일면에 구비된 제1 양극 활물질층(122)과, 타면에 구비된 제2 양극 활물질층(123)은 서로 구비된 길이가 상이하거나 동일할 수 있다.
상기 음극(110)은 음극 집전체(111) 및 상기 음극 집전체(111)의 적어도 일면에 구비된 음극 활물질층(112, 113)을 포함할 수 있다. 상기 음극 활물질층(112, 113)은 음극 집전체(111)의 양면에 구비될 수 있으며, 음극 집전체(111)의 일면에 구비된 제1 음극 활물질층(112) 및 상기 제1 음극 활물질층(112)이 구비된 일면의 반대면에 구비된 제2 음극 활물질층(113)을 포함할 수 있다.
상기 음극(110)은 1 이상의 음극탭(116)을 포함하며, 상기 음극탭(116)은 상기 음극 활물질층(112, 113)이 구비되지 않은 음극 무지부에 위치된다.
일 실시상태에서, 상기 음극(110)은 상기 음극 집전체(111) 상에 음극 활물질층이 구비된 음극 유지부 및 음극 집전체(111)의 일측 또는 양측 말단부에 음극 활물질층이 구비되지 않은 음극 무지부를 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 음극탭(116)은 음극 집전체(111)의 일측 또는 양측 말단부에 위치하는 음극 무지부에 위치될 수 있으며, 바람직하게는 양측 말단부의 음극 무지부에 각각 위치될 수 있다.
다른 실시상태에서, 상기 음극(110)은 상기 음극 집전체(111)의 권심측 단부에 상기 활물질층이 구비되지 않은 음극 무지부를 포함하고, 상기 음극 무지부 상에 음극탭(116)이 형성될 수 있다.
상기 음극(110)은 음극 집전체(111) 및 상기 음극 집전체(111)의 양면에 구비된 음극 활물질층(112, 113)을 포함할 수 있으며, 상기 음극 집전체(111)의 일면에 구비된 제1 음극 활물질층(112)과, 타면에 구비된 제2 음극 활물질층(113)은 서로 구비된 길이가 상이하거나 동일할 수 있다.
또 다른 실시상태에서, 상기 양극(120)은 상기 전극 조립체(1)의 권취방향으로 이격되고 상기 양극 집전체(121)에 상기 양극 활물질층(122, 123)이 구비된 2개의 양극 유지부; 및 상기 2개의 유지부 사이에 상기 양극 집전체(121)에 상기 양극 활물질층이 구비되지 않은 양극 무지부를 포함하며, 상기 양극 무지부에 하나의 양극탭이 형성되고, 상기 음극(110)은 상기 음극 집전체(111)의 양측 단부에 각각 상기 음극 활물질층이 구비되지 않은 2개의 음극 무지부를 포함하고, 상기 2개의 음극 무지부 상에 각각 음극탭(116)이 1개씩 형성될 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태는 음극(110), 양극(120) 및 상기 음극(110)과 상기 양극(120) 사이에 구비된 분리막(131, 132)이 적층되어 권취된 전극 조립체(1)에 있어서, 상기 양극(120)은 양극 집전체(121) 및 상기 양극 집전체(121)의 양면에 구비된 양극 활물질층(122, 123)을 포함하고, 상기 양극 활물질층(122, 123)은, 상기 양극 집전체(121)의 권심(10)에 대향하는 일면에 구비된 제1 양극 활물질층(122) 및 상기 양극 집전체(121)의 타면에 구비된 제2 양극 활물질층(123)을 포함하며, 상기 전극 조립체(1)의 권심(10)에서 권취방향으로, 상기 제1 양극 활물질층(122)의 단부가 상기 제2 양극 활물질층(123)의 단부보다 길게 연장된 것인 전극 조립체(1)를 제공한다.
본 명세서의 다른 실시상태에서, 상기 전극 조립체(1)의 권심(10)에서 권취방향으로, 상기 제1 양극 활물질층(122)의 단부가 상기 제2 양극 활물질층(123)의 단부보다 1회 권취길이 이상 더 길게 연장될 수 있고, 구체적으로 1회 내지 3회 권취길이 더 길게 연장될 수 있다.
본 명세서의 다른 실시상태에서, 상기 음극(110)은 음극 집전체(111) 및 상기 음극 집전체(111) 양면에 구비된 음극 활물질층(112, 113)을 포함하고, 상기 전극 조립체(1)의 권심(10)에서, 상기 2개의 음극 활물질(112, 113)의 단부는 서로 동일하거나 유사할 수 있다.
본 명세서의 다른 실시상태에서, 상기 음극(110)은 상기 음극 집전체(111)의 일단에 구비된 음극 무지부(114)를 포함하고, 상기 음극 무지부(114)는 권심부에 위치하며, 음극탭(116)이 형성될 수 있다.
본 명세서의 다른 실시상태에서, 상기 음극(110)은 음극 집전체(111) 및 상기 음극 집전체(111) 양면에 구비된 음극 활물질층(112, 113)을 포함하고, 상기 전극 조립체(1)의 권심(10)에서 권취방향으로, 상기 분리막(131, 132)의 권취 시작점으로부터, 상기 음극 활물질층의 권취 시작점이 상기 제1 양극 활물질층(122)의 권취 시작점보다 가까울 수 있다. 이때, 상기 전극 조립체(1)의 권심(10)에서 권취방향으로, 상기 음극(110) 활물질층의 권취 시작점과 상기 제1 양극 활물질층(122)의 권취 시작점의 거리는 1회 권취길이 이상일 수 있으며, 구체적으로 구체적으로 1회 내지 3회 권취길이일 수 있다.
본 명세서의 다른 실시상태에서, 상기 분리막(131, 132)은 2개의 분리막(131, 132)을 포함할 수 있다. 상기 분리막(131, 132)이 2개의 분리막을 포함할 때, 상기 전극 조립체(1)는 상기 음극(110), 제1 분리막(131), 상기 양극(120) 및 제2 분리막(132)이 순차적으로 적층되어 권취될 수 있다.
본 명세서의 또 다른 실시상태는 상술한 전극조립체 및 상기 전극조립체를 수용하기 위한 전지케이스를 포함하는 이차 전지를 제공한다. 또한, 상기 전극조립체는 권심축의 수직단면이 원이며, 상기 전지케이스는 원통형일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 이차 전지는 폼 팩터의 비(원통형 배터리의 직경을 높이로 나눈 값, 즉 높이(H) 대비 직경(Φ)의 비로 정의됨)가 0.4 보다 큰 원통형 이차 전지일 수 있다. 여기서, 폼 팩터란, 원통형 이차 전지의 직경 및 높이를 나타내는 값을 의미한다.
종래에는, 폼 팩터의 비가 대략 0.4 이하인 배터리들이 이용되었다. 즉, 종래에는, 예를 들어 18650 셀, 21700 셀 등이 이용되었다. 18650셀의 경우, 그 직경이 대략 18mm이고, 그 높이는 대략 65mm이고, 폼 팩터의 비는 대략 0.277이다. 21700 셀의 경우, 그 직경이 대략 21mm이고, 그 높이는 대략 70mm이고, 폼 팩터의 비는 대략 0.300이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따른 원통형 이차 전지는, 46110 셀, 48750 셀, 48110 셀, 48800 셀, 46800 셀일 수 있다. 폼 팩터를 나타내는 수치에서, 앞의 숫자 2개는 셀의 직경을 나타내고, 그 다음 숫자 2개는 셀의 높이를 나타내고, 마지막 숫자 0은 셀의 단면이 원형임을 나타낸다.
본 명세서의 일 실시상태에 따른 이차 전지는, 원기둥 형태의 셀로서, 그 직경이 46mm이고, 그 높이는 110mm이고, 폼 팩터의 비는 0.418인 원통형 이차 전지일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따른 이차 전지는, 원기둥 형태의 셀로서, 그 직경이 48mm이고, 그 높이는 75mm이고, 폼 팩터의 비는 0.640인 원통형 이차 전지일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따른 이차 전지는, 원기둥 형태의 셀로서, 그 직경이 48mm이고, 그 높이는 110mm이고, 폼 팩터의 비는 0.418인 원통형 이차 전지일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따른 이차 전지는, 원기둥 형태의 셀로서, 그 직경이 48mm이고, 그 높이는 80mm이고, 폼 팩터의 비는 0.600인 원통형 이차 전지일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따른 이차 전지는, 원기둥 형태의 셀로서, 그 직경이 46mm이고, 그 높이는 80mm이고, 폼 팩터의 비는 0.575인 원통형 이차 전지일 수 있다.
본 명세서의 다른 실시상태는 상술한 전극 조립체(1) 및 상기 전극 조립체(1)를 수용하기 위한 전지케이스를 포함하는 이차 전지를 제공한다.
도 4을 통해, 권취된 전극 조립체(1)가 수용된 전지케이스에 수용된 이차전지(20)를 예시했다. 상기 전극 조립체(1)는 권심축의 수직단면이 원이며, 상기 전지케이스는 원통형일 수 있다. 전지케이스는 캔(21)과 캡 어셈블리(22)를 포함할 수 있다.
캔(21)은 내부에 공간이 형성된 기둥 구조로 구비될 수 있다. 캔(21)은 내부 공간에 전극과 분리막을 포함하는 전지 조립체(1) 및 전해액(도시되지 않음)이 수용될 수 있다. 캔(21)의 일측은 개구된 구조를 가질 수 있고, 타측은 밀봉된 구조를 가질 수 있다. 여기서, 캔(21)의 일측 및 타측은 중력 방향 또는 캔(21)의 중심축을 따라 상부 및 하부에 위치된 단부를 의미한다.
캔(21)은 알루미늄 또는 알루미늄 합금과 같은 경량의 전도성 금속 재질로 구성될 수 있다.
캡 어셈블리(22)는 캔(21) 상부에 결합될 수 있고, 탑 캡, 안전 벤트 및 전류차단소자를 포함할 수 있다.
탑 캡은 캡 어셈블리(22)의 가장 상부에 돌출되어 외부와 전기적으로 접속되도록 전극 단자 역할을 할 수 있다. 안전 벤트는 내압 상승으로 내부에서 가스가 일정 수준 이상으로 발생하면 고압가스를 배출할 수 있고, 전류차단소자는 전지 내압의 상승 시 전류를 차단할 수 있다.
탑 캡은 캔(21)의 상부와 결합될 수 있다. 즉, 탑 캡은 캔(21)의 최상부에 위치된 크림핑부와 결합될 수 있다.
본 발명에 따른 이차 전지(20)는 크림핑부와 탑 캡 사이 가스켓이 포함될 수 있다. 가스켓은 케이스의 밀폐력을 증가시킬 수 있다.
탑 캡은 중력 방향의 상측으로 돌출되는 돌출부, 가스켓과 결합되는 테두리부 및 돌출부와 테두리부를 연결하는 연결부를 포함할 수 있다.
안전 벤트는 탑 캡의 하측에 위치되고, 탑 캡의 끝 단부와 결합될 수 있다. 안전 벤트는 탑 갭의 끝 단부와 일정 길이 접촉되고, 접촉 길이를 제외한 부분은 탑 캡과 일정 거리 이격되어 위치될 수 있다.
안전 벤트는 적어도 한 번 이상 절곡되어 구비될 수 있다. 예를 들어, 안전 벤트는 탑 캡과 접촉되지 않는 부분에 두 개의 노치가 구비될 수 있다. 즉, 안전 벤트(12)는 노치에 의해 절곡되고, 안전 벤트의 중앙은 함몰되어 만입형 중앙부가 형성될 수 있다. 그리고, 안전 벤트는 탑 캡과 접촉되는 끝 단부와 만입형 중앙부를 연결하는 벤팅부가 형성될 수 있다.
전류차단소자는 안전 벤트 하측에 위치되고, 안전 벤트와 적어도 일부가 접촉될 수 있다.
전류차단소자는 안전 벤트 방향으로 돌출된 중앙부 및 중앙부 외측에 위치되는 CID 필터부를 포함할 수 있다. 따라서, 캡 어셈블리(22)는 전류차단소자의 중앙부와 안전 벤트의 만입형 중앙부가 접촉될 수 있다.
본 발명에 따른 캡 어셈블리(22)는 CID 필터부 끝 단부에 CID 가스켓이 구비될 수 있다. CID 가스켓은 안전 벤트가 전류차단소자의 중앙부 이외의 부분에서 접촉되는 것을 방지할 수 있다.
본 명세서의 다른 실시상태는 상술한 이차 전지를 2 이상 포함하는 배터리 팩을 제공한다. 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 배터리 팩의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 배터리 팩(200)은 이차 전지 셀(201)이 전기적으로 연결된 집합체 및 이를 수용하는 팩 하우징(202)을 포함한다. 원통형 이차전지 셀(201)은 상술한 실시예에 따른 배터리 셀이다. 도면에서는, 도면 도시의 편의상 원통형 배터리 셀(201)들의 전기적 연결을 위한 버스바, 냉각 유닛, 외부 단자 등의 부품의 도시는 생략되었다.
본 명세서의 또 다른 실시상태는 상술한 배터리 팩(200)을 포함하는 운송 수단을 제공한다. 상기 운송 수단은 짐, 사람 등을 이동시키거나 이동하며 작업하는 모든 것이며, 자전거, 중장비, 농업 장비, 자동차, 버스, 비행기 등일 수 있다.
상기 배터리 팩(200)은 자동차(V)에 탑재될 수 있다. 자동차는 일 예로 전기 자동차, 하이브리드 자동차 또는 플러그인 하이브리드 자동차일 수 있다. 자동차(V)는 4륜 자동차 또는 2륜 자동차를 포함한다. 도 6은 도 5의 배터리 팩(200)을 포함하는 자동차(V)를 설명하기 위한 도면이다.
도 6을 참조하면, 본 명세서의 일 실시상태에 따른 자동차(V)는, 본 명세서의 일 실시상태에 따른 배터리 팩(200)을 포함한다. 자동차(V)는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(200)으로부터 전력을 공급 받아 동작한다.
이하에서, 실시예를 통하여 본 명세서를 더욱 상세하게 설명한다. 그러나, 이하의 실시예는 본 명세서를 예시하기 위한 것일 뿐, 본 명세서를 한정하기 위한 것은 아니다.
[실험예 1]
도 1과 같은 적층된 전극 조립체를 도 2와 같이 권취한 권취롤인 실시예 1과, 도 1에서 제2 양극활물질층의 권취시작점을 제1 양극활물질층의 권취시작점으로 연장하여 제1 및 제2 양극활물질층의 권취시작점을 동일하게 설계하여 비교예 1에 대해 셀에서 가장 부피팽창이 큰 조건인 SOC(State of Charge) 100%상태로 설정하고 권심(core)부에 작용하는 응력을 확인하기 위해 시뮬레이션을 진행했다. 그 결과를 도 7에 도시했다.
도 7을 통해 제1 및 제2 양극활물질층의 권취시작점이 각각 상이하여 제1 및 제2 양극활물질층의 권취시작점과 사이에 제2 양극활물질층이 없음으로 생기는 공간과 제1 양극활물질층으로만 작용하는 응력으로 인해 권심(Core)부의 응력이 감소하는 결과를 확인할 수 있었다.
1: 전극 조립체
10: 권심
1b: 외각 1c: 내부
110: 음극 111: 음극 집전체
112: 제1 음극 활물질층 113: 제2 음극 활물질층
114: 음극 무지부 116: 음극탭
120: 양극 121: 양극 집전체
122: 제1 양극 활물질층 123: 제2 양극 활물질층
131: 제1 분리막 132: 제2 분리막
20: 이차전지
21: 캔
22: 캡 어셈블리
200: 배터리 팩
201: 원통형 배터리 셀
202: 팩 하우징
V: 운송 수단

Claims (13)

  1. 음극, 양극 및 상기 음극과 상기 양극 사이에 구비된 분리막이 적층되어 권취된 전극 조립체에 있어서,
    상기 양극은 양극 집전체 및 상기 양극 집전체의 양면에 구비된 양극 활물질층을 포함하고,
    상기 양극 활물질층은, 상기 양극 집전체의 권심에 대향하는 일면에 구비된 제1 양극 활물질층 및 상기 양극 집전체의 타면에 구비된 제2 양극 활물질층을 포함하며,
    상기 전극 조립체의 권심에서 권취방향으로, 상기 제1 양극 활물질층의 단부가 상기 제2 양극 활물질층의 단부보다 길게 연장된 것인 전극 조립체.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 전극 조립체의 권심에서 권취방향으로, 상기 제1 양극 활물질층의 단부가 상기 제2 양극 활물질층의 단부보다 1회 권취길이 이상 더 길게 연장된 것인 전극 조립체.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 전극 조립체의 권심에서 권취방향으로, 상기 제1 양극 활물질층의 단부가 상기 제2 양극 활물질층의 단부보다 1회 내지 3회 권취길이 더 길게 연장된 것인 전극 조립체.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 음극은 음극 집전체 및 상기 음극 집전체 양면에 구비된 음극 활물질층을 포함하고,
    상기 전극 조립체의 권심에서, 상기 2개의 음극 활물질의 단부는 서로 동일하거나 유사한 것인 전극 조립체.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 음극은 음극 집전체, 상기 음극 집전체 양면에 음극 활물질층이 구비된 음극 유지부 및 상기 음극 집전체의 권심부측의 일단부에 구비된 음극 무지부를 포함하고,
    상기 음극 무지부에 음극탭이 형성된 것인 전극 조립체.
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 음극은 음극 집전체 및 상기 음극 집전체 양면에 구비된 음극 활물질층을 포함하고,
    상기 전극 조립체의 권심에서 권취방향으로, 상기 분리막의 권취 시작점으로부터, 상기 음극 활물질층의 권취 시작점이 상기 제1 양극 활물질층의 권취 시작점보다 가까운 것인 전극 조립체.
  7. 청구항 6에 있어서, 상기 전극 조립체의 권심에서 권취방향으로, 상기 음극 활물질층의 권취 시작점과 상기 제1 양극 활물질층의 권취 시작점의 거리는 1회 권취길이 이상인 것인 전극 조립체.
  8. 청구항 1에 있어서, 상기 분리막은 2개의 분리막을 포함하는 것인 전극 조립체.
  9. 청구항 1에 있어서, 상기 분리막은 2개의 분리막을 포함하며,
    상기 전극 조립체는 상기 음극, 제1 분리막, 상기 양극 및 제2 분리막이 순차적으로 적층되어 권취된 것인 전극 조립체.
  10. 청구항 1 내지 9 중 어느 한 항의 전극 조립체 및 상기 전극 조립체를 수용하기 위한 전지케이스를 포함하는 이차 전지.
  11. 청구항 10에 있어서, 상기 전극 조립체는 권심축의 수직단면이 원이며, 상기 전지케이스는 원통형인 것인 이차 전지.
  12. 청구항 11의 이차 전지를 2 이상 포함하는 배터리 팩.
  13. 청구항 12의 배터리 팩을 포함하는 운송 수단.
KR1020220184832A 2022-12-26 전극 조립체, 및 이를 포함하는 이차 전지, 배터리 팩 및 운송 수단 KR20240102622A (ko)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20240102622A true KR20240102622A (ko) 2024-07-03

Family

ID=

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2226868B1 (en) Rechargeable battery and module thereof
EP2059960B1 (en) Pouch-typed secondary battery with improved safety and excellent manufacturing process property
EP3852165B1 (en) Secondary battery and manufacturing method for secondary battery
EP2325924B1 (en) Secondary battery comprising a short circuit inducing member
JP2005332820A (ja) 電極組立体を有する二次電池
KR100667945B1 (ko) 이차 전지
JP2005332824A (ja) 二次電池
KR20120064172A (ko) 파우치형 리튬이차전지
KR101975392B1 (ko) 이차 전지
JP2022074818A (ja) 電池およびその製造方法
KR102522701B1 (ko) 이차 전지
US9059456B2 (en) Rechargeable battery and battery module
CN109716555B (zh) 可再充电电池
KR100322100B1 (ko) 밀폐전지
KR100590009B1 (ko) 이차 전지와 이에 사용되는 전극 조립체
US20200203700A1 (en) Electrode Assembly Including Plastic Member Applied to Electrode Tabs-Lead Coupling Portion and Secondary Battery Including the Same
CN116387638A (zh) 一种圆柱电池及其制作方法
KR20240102622A (ko) 전극 조립체, 및 이를 포함하는 이차 전지, 배터리 팩 및 운송 수단
JP7208209B2 (ja) 電池
CN115084670A (zh) 二次电池
KR100648702B1 (ko) 이차 전지와 이에 사용되는 전극 조립체
KR20240102905A (ko) 전극조립체, 및 이를 포함하는 이차 전지, 배터리 팩 및 운송 수단
KR20240102906A (ko) 전극조립체, 및 이를 포함하는 이차 전지, 배터리 팩 및 운송 수단
KR100824899B1 (ko) 이차전지
CN219591473U (zh) 一种圆柱电池