WO2020105959A1 - 이차 전지 - Google Patents

이차 전지

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WO2020105959A1
WO2020105959A1 PCT/KR2019/015565 KR2019015565W WO2020105959A1 WO 2020105959 A1 WO2020105959 A1 WO 2020105959A1 KR 2019015565 W KR2019015565 W KR 2019015565W WO 2020105959 A1 WO2020105959 A1 WO 2020105959A1
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WO
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electrode plate
electrode
secondary battery
size
assembly
Prior art date
Application number
PCT/KR2019/015565
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French (fr)
Inventor
김경환
김철환
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삼성에스디아이(주)
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Publication date
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Priority to US16/967,519 priority patent/US12080852B2/en
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    • H01M50/10—Primary casings; Jackets or wrappings
    • H01M50/102—Primary casings; Jackets or wrappings characterised by their shape or physical structure
    • H01M50/105—Pouches or flexible bags
    • H—ELECTRICITY
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    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
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    • H01M10/04—Construction or manufacture in general
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    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/058—Construction or manufacture
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    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • the present invention relates to a secondary battery.
  • a secondary battery is a battery that can be charged and discharged, unlike a primary battery that cannot be charged.
  • a low-capacity battery in which one battery cell is packaged in a pack it is used in small portable electronic devices such as mobile phones and camcorders.
  • a large-capacity battery in units of dozens of connected battery packs it is widely used as a power source for driving a motor such as a hybrid vehicle.
  • the secondary battery includes an electrode assembly made of an anode and a cathode, a case accommodating the electrode, an electrode terminal connected to the electrode assembly, and the like.
  • the case may be divided into a circular shape, a square shape, and a pouch shape according to its shape.
  • the pouch-type secondary battery may be formed of a laminate exterior material that is easily deformed into various shapes and has a small weight.
  • the present invention provides a secondary battery capable of improving safety and inspection reliability.
  • the secondary battery according to the present invention includes an electrode assembly in which a first electrode plate and a second electrode plate are alternately stacked; And a case accommodating the electrode assembly, wherein the first electrode plate comprises an outer electrode plate located at the outermost portion of the electrode assembly, and an inner electrode plate located inside the electrode assembly, and the outer electrode plate.
  • the size of the inner electrode plate and the second electrode plate is characterized in that smaller than the size.
  • the difference between the transverse length of the outer electrode plate and the transverse length of the inner electrode plate may be 0.5 mm to 2 mm.
  • the difference between the longitudinal length of the outer electrode plate and the longitudinal length of the inner electrode plate may be 0.5 mm to 2 mm.
  • the sizes of the internal electrode plates are the same, and the sizes of the second electrode plates can be the same.
  • a first active material layer may be formed only on one surface facing the second electrode plate.
  • At least one end of the outer electrode plate may be located at the same position as one end of the inner electrode plate, or may be located inside thereof.
  • the separator extends in a direction perpendicular to the direction in which the current collector tabs formed on the first electrode plate and the second electrode plate protrude. It can be bent in Z 'shape.
  • the secondary battery according to the present invention includes an electrode assembly in which a first electrode plate and a second electrode plate are alternately stacked; And a case accommodating the electrode assembly, wherein the first electrode plate comprises an outer electrode plate located at the outermost portion of the electrode assembly, and an inner electrode plate located inside the electrode assembly, and the outer electrode plate. At least one end of the inner electrode plate is characterized in that it is located at the same position as the one end or the inner side thereof.
  • the difference between the longitudinal length of the outer electrode plate and the longitudinal length of the inner electrode plate may be 0.5 mm to 2 mm.
  • the difference between the longitudinal length of the outer electrode plate and the longitudinal length of the inner electrode plate may be 0.5 mm to 2 mm.
  • the sizes of the internal electrode plates are the same, and the sizes of the second electrode plates can be the same.
  • a first active material layer may be formed only on one surface facing the second electrode plate.
  • the size of the outer electrode plate located on the outermost side of the electrode assembly is formed smaller than the size of the inner electrode plate, thereby preventing deformation of the outer electrode plate during the thermocompression process for safety and inspection. Reliability can be improved.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a secondary battery according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a perspective view showing an electrode assembly according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of an electrode assembly according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a plan view of an electrode assembly according to an embodiment of the present invention.
  • 1 is a perspective view showing a secondary battery according to an embodiment of the present invention.
  • 2 is a perspective view showing an electrode assembly according to an embodiment of the present invention.
  • the secondary battery 300 includes an electrode assembly 100 and a case 200.
  • the electrode assembly 100 includes a first electrode plate 110, a second electrode plate 120, and a separator 130 interposed between the first electrode plate 110 and the second electrode plate 120.
  • the electrode assembly 100 may be formed by stacking a plurality of first electrode plates 110 and a plurality of second electrode plates 120.
  • the separator 130 is formed in a single plate shape and is bent in a “Z” shape to be interposed between the first electrode plate 110 and the second electrode plate 120. Can be stacked.
  • the separator 130 may be stacked with a plurality of interposed between the first electrode plate 110 and the second electrode plate 120 in the same manner as the first electrode plate 110 and the second electrode plate 120. have.
  • the separator 130 may be formed to be larger than the sizes of the first electrode plate 110 and the second electrode plate 120 to prevent a short circuit between the first electrode plate 110 and the second electrode plate 120. Can be.
  • the first electrode plate 110 may be arranged to be positioned at the top and bottom of the outermost of the electrode assembly 100, that is, based on the stacked electrode assembly 100.
  • the first electrode plate 110 includes a first electrode current collector 111 formed of a metal foil such as aluminum, and a first active material layer formed on both surfaces of the first electrode current collector 111 and coated with a first active material ( 112), and a first uncoated portion 113 without coating the first active material.
  • the first active material is LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiMnO 2 , LiMn 2 O 4 or LiNi 1-xy Co x M y O 2 (where 0 ⁇ x ⁇ 1, 0 ⁇ y ⁇ 1, 0 ⁇ x + y ⁇ 1, M may be a lithium-containing transition metal oxide or a lithium chalcogenide compound represented by a metal oxide such as Al, Sr, Mg, and La).
  • the first electrode plate 110 may be a positive electrode plate.
  • the first electrode plate 110 includes a first current collecting tab 114 formed on the first uncoated portion 113.
  • the first current collector tab 114 is formed by cutting to protrude upwardly when manufacturing the first electrode plate 110, and thus is formed integrally with the first electrode current collector 111. That is, the first current collecting tab 114 may be viewed as the first uncoated portion 113.
  • the first electrode plate 110 is stacked such that the first current collecting tabs 114 overlap at the same position.
  • a plurality of first current collecting tabs 114 are welded to each other, and a first electrode lead 115 may be attached to the welded first current collecting tab 114.
  • the first electrode lead 115 protrudes outside the case 200 to be described later.
  • the second electrode plate 120 includes a second electrode current collector 121 formed of a metal foil such as copper or nickel, and a second active material formed on both sides of the second electrode current collector 121 and coated with a second active material. It includes a layer 122 and a second uncoated portion 123 not coated with the second active material.
  • the second active material may be a carbon material such as crystalline carbon, amorphous carbon, carbon composite, carbon fiber, lithium metal or lithium alloy.
  • the second electrode plate 120 may be a negative electrode plate.
  • the second electrode plate 120 includes a second current collecting tab 124 formed on the second uncoated portion 123.
  • the second current collector tab 124 is formed by cutting the second electrode plate 120 so that it protrudes upward in advance, and thus is integrally formed with the second electrode current collector 121. That is, the second current collecting tab 124 may be viewed as the second uncoated portion 123.
  • the second electrode plate 120 is stacked such that the second current collecting tabs 124 overlap at the same position. Further, a plurality of second current collecting tabs 124 are welded to each other, and a second electrode lead 125 may be attached to the welded second current collecting tab 124. The second electrode lead 125 protrudes outside the case 200 to be described later.
  • the separator 130 is positioned between the first electrode plate 110 and the second electrode plate 120 to prevent a short circuit and to enable the movement of lithium ions, and is a composite of polyethylene, polyethylene, and polypropylene It is made of a film.
  • the separator 130 extends in a direction perpendicular to the direction in which the first current collecting tab 114 and the second current collecting tab 124 protrude, and is bent in a 'Z' shape, so that the first electrode plate 110 and the first 2 may be interposed between the electrode plates 120.
  • the case 200 includes a lower case 210 in which the electrode assembly 100 is accommodated, and an upper case 220 coupled to the lower case 210.
  • the case 120 may be divided into an upper case 220 and a lower case 210 by bending the middle of an integrally formed rectangular pouch film.
  • a receiving groove 211 in which the electrode assembly 100 is to be accommodated is formed in the lower case 210 through press processing or the like, and a sealing portion 212 for sealing with the upper case 220 is formed.
  • the sealing portion 212 may be formed along one side and the remaining three sides of the upper case 220 and the lower case 210 integrally in contact.
  • the case 200 includes two long sides facing the upper case 220 and the lower case 210 and two short sides facing perpendicular to the two long sides.
  • first electrode lead 115 and the second electrode lead 125 of the electrode assembly 100 are short sides of the two short sides facing the short side facing the upper case 220 and the lower case 210. Is withdrawn. At this time, an insulating member (not shown) is attached to the first electrode lead 115 and the second electrode lead 125, respectively, to prevent shorts between the first and second electrode leads 115, 125 and the case 200. can do.
  • the electrode assembly 100 and the electrolyte are housed in the case 200, and a secondary battery 300 is completed by performing a heat press.
  • adhesive force is generated between the first electrode plate 110 and the separator 130 and between the second electrode plate 120 and the separator 130 according to a thermocompression bonding process.
  • the adhesive force between the first electrode plate 110 and the separator 130 is 200 mN / 25 mm to 500 mN / 25 mm
  • the adhesive force between the second electrode plate 120 and the separator 130 is 130 mN / It may be 25 mm to 300 mN / 25 mm.
  • the adhesive force between the first electrode plate 110 and the second electrode plate 120 and the separator 130 may be measured by a known method, and in one example, it may be measured by the following method. It is not limited. It is tested according to Clause 8 of Korean Industrial Standard KS-A-01107 (Test Method for Adhesive Tape and Adhesive Sheet).
  • the separator was set as a test piece with a width of 25 mm and a length of 250 mm, and a specimen was completed by attaching a tape (nitto) to one side of the separator.
  • the first electrode plate or the second electrode plate is compressed by reciprocating once at a rate of 300 mm / min using a pressing roller having a load of 2 kg.
  • one part of the specimen is turned over 180 °, peeled off about 25 mm, and the separator and the tape (nitto) attached to one side of the separator are placed on the upper clip of the tensile strength machine and the first electrode on the other side of the separator.
  • the plate or the second electrode plate is fixed to the lower clip, and is pulled at a tensile speed of 60 mm / min to measure the pressure when the first electrode plate or the second electrode plate is peeled from the separator.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of an electrode assembly according to an embodiment of the present invention.
  • 4 is a plan view of an electrode assembly according to an embodiment of the present invention.
  • the first electrode plate 110 includes an outer electrode plate 110A located at the outermost portion of the electrode assembly 100 and an inner electrode plate 110B located inside.
  • the size of the outer electrode plate 110A is formed smaller than the size of the inner electrode plate 110B.
  • the first active material layer 112 may be formed only on one surface of the first electrode current collector 111 on the outer electrode plate 110A positioned at the outermost side. That is, in the external electrode plate 110A, the first active material layer 112 contacts the separator 130 and is formed on a surface facing the second electrode plate 120.
  • the plurality of inner electrode plates 110B positioned inside the outer electrode plate 110A are all the same in size.
  • the second electrode plate 120 may be formed larger than the outer electrode plate 110A, and may be formed the same as or larger than the inner electrode plate 110B.
  • the outer electrode plate 110A is formed to have a smaller size than the inner electrode plate 110B and the second electrode plate 120.
  • all of the sizes of the second electrode plates 120 positioned inside the outer electrode plate 110A are formed in the same manner.
  • the electrode assembly 100 is placed in a case ( 200)
  • the thermocompression process is performed after being inserted therein, it is possible to prevent the outer electrode plate 110A located at the outermost side from being bent or deformed. That is, it is formed smaller than the size of the outer electrode plate (110A) and the inner electrode plate (110B) and the second electrode plate (120) located inside serve as a support, so that the outer electrode plate (110A) located at the outermost portion during the thermal compression process ) To prevent bending or deformation.
  • the outer electrode plate 110A is more stable during the thermal compression process ( 110A).
  • the outer electrode plate located on the outermost side is formed larger than the size of the inner electrode plate located on the inner side
  • the outer electrode plate protruding outward of the inner electrode plate is applied to the inner side of the electrode assembly by a force applied during thermal compression. Will be bent. Accordingly, there is a risk that a short is generated between the external electrode plate and the second electrode plate, and an error occurs in the X-ray inspection performed after the thermocompression bonding process.
  • the size of the outer electrode plate 110A located at the outermost side is formed smaller than the size of the inner electrode plate 110B, the deformation of the outer electrode plate 110A is prevented to improve reliability during X-ray inspection. Can be improved.
  • the horizontal length W1 of the outer electrode plate 110A is formed smaller than the horizontal length W2 of the inner electrode plate 110B (W1 ⁇ W2)
  • the transverse length W2 of the inner electrode plate 110B is formed smaller than the transverse length W3 of the second electrode plate 120 (W2 ⁇ W3).
  • the longitudinal length H1 of the outer electrode plate 110A is formed smaller than the longitudinal length H2 of the inner electrode plate 110B (H1 ⁇ H2)
  • the longitudinal length of the inner electrode plate 110B ( H2) is formed smaller than the longitudinal length H3 of the second electrode plate 120 (H2 ⁇ H3). Accordingly, the area of the outer electrode plate 110A is smaller than that of the inner electrode plate 110B, and the area of the inner electrode plate 110B is smaller than that of the second electrode plate 120.
  • the difference between the horizontal length W1 of the outer electrode plate 110A and the horizontal length W2 of the inner electrode plate 110B may be 0.5 mm to 2 mm.
  • the difference between the transverse length W1 of the outer electrode plate 110A and the transverse length W2 of the inner electrode plate 110B is less than 0.5 mm, the process margin during alignment is small, and in some cases, the outer electrode plate ( 110A) may protrude from the inner electrode plate 110B.
  • the difference between the horizontal length W1 of the external electrode plate 110A and the horizontal length W2 of the internal electrode plate 110B is greater than 2 mm, the size of the external electrode plate 110A becomes smaller than necessary and the electrode The capacity of the assembly 100 is reduced.
  • the difference between the longitudinal length H1 of the outer electrode plate 110A and the longitudinal length H2 of the inner electrode plate 110B may be 0.5 mm to 2 mm.
  • the difference between the longitudinal length H1 of the outer electrode plate 110A and the longitudinal length H2 of the inner electrode plate 110B is less than 0.5 mm, the process margin during alignment is small, and in some cases, the external electrode plate ( 110A) may protrude from the inner electrode plate 110B.
  • the difference between the longitudinal length H1 of the outer electrode plate 110A and the longitudinal length H2 of the inner electrode plate 110B is greater than 2 mm, the size of the outer electrode plate 110A becomes smaller than necessary and the electrode The capacity of the assembly 100 is reduced.
  • the size of the outer electrode plate 110A is smaller than the size of the inner electrode plate 110B, at least one end of the outer electrode plate 110A is an inner electrode even when the outer electrode plate 110A is pushed when the electrode plates are stacked. It does not protrude from the plate 110B. In other words, even if the outer electrode plate 110A is tilted to one side due to an alignment error during lamination, one end of the focused portion is at least in the same position as the one end of the inner electrode plate 110B or is located inside the inner electrode plate.

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Abstract

본 발명은 안전성 및 검사 신뢰성을 향상시킬 수 있는 이차 전지에 관한 것이다. 일례로, 제 1 전극판과, 제 2 전극판이 교대로 적층된 전극 조립체; 및 상기 전극 조립체를 수용하는 케이스;를 포함하고, 상기 제 1 전극판은 상기 전극 조립체의 최외곽에 위치한 외부 전극판과, 상기 전극 조립체의 내측에 위치한 내부 전극판으로 이루어지며, 상기 외부 전극판의 크기는 상기 내부 전극판 및 상기 제 2 전극판의 크기보다 작은 것을 특징으로 하는 이차 전지를 개시한다.

Description

이차 전지
본 발명은 이차 전지에 관한 것이다.
이차 전지는 충전이 불가능한 일차 전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 전지로서, 하나의 전지 셀이 팩 형태로 포장된 저용량 전지의 경우 휴대폰 및 캠코더와 같은 휴대가 가능한 소형 전자기기에 사용되고, 전지 팩이 수십 개 연결된 전지 팩 단위의 대용량 전지의 경우 하이브리드 자동차 등의 모터 구동용 전원으로 널리 사용되고 있다.
이러한 이차 전지는 양극 및 음극으로 이루어지는 전극 조립체, 이를 수용하는 케이스, 전극 조립체에 연결되는 전극 단자 등을 포함한다. 케이스는 그 형상에 따라 원형, 각형 및 파우치형 등으로 구분할 수 있다. 이 중, 파우치형 이차 전지는 다양한 형상으로 변형이 용이하고 중량이 작은 라미네이트 외장재로 형성될 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 안전성 및 검사 신뢰성을 향상시킬 수 있는 이차 전지를 제공한다.
본 발명에 의한 이차 전지는 제 1 전극판과, 제 2 전극판이 교대로 적층된 전극 조립체; 및 상기 전극 조립체를 수용하는 케이스;를 포함하고, 상기 제 1 전극판은 상기 전극 조립체의 최외곽에 위치한 외부 전극판과, 상기 전극 조립체의 내측에 위치한 내부 전극판으로 이루어지며, 상기 외부 전극판의 크기는 상기 내부 전극판 및 상기 제 2 전극판의 크기보다 작은 것을 특징으로 한다.
상기 외부 전극판의 가로방향 길이와 상기 내부 전극판의 가로방향 길이의 차이는 0.5mm 내지 2mm 일 수 있다.
상기 외부 전극판의 세로방향 길이와 상기 내부 전극판의 세로방향 길이의 차이는 0.5mm 내지 2mm 일 수 있다.
상기 내부 전극판의 크기는 서로 동일하고, 상기 제 2 전극판의 크기도 서로 동일할 수 있다.
상기 외부 전극판은 상기 제 2 전극판과 마주하는 일면에만 제 1 활물질층이 형성될 수 있다.
상기 외부 전극판의 적어도 일단은 상기 내부 전극판의 일단과 동일한 위치에 있거나 그보다 내측에 위치할 수 있다.
상기 제 1 전극판과 상기 제 2 전극판 사이에 개재된 세퍼레이터를 더 포함하고, 상기 세퍼레이터는 상기 제 1 전극판 및 제 2 전극판에 형성된 집전탭이 돌출된 방향과 수직한 방향으로 연장되며 ‘Z’자 형태로 절곡될 수 있다.
또한, 본 발명에 의한 이차 전지는 제 1 전극판과, 제 2 전극판이 교대로 적층된 전극 조립체; 및 상기 전극 조립체를 수용하는 케이스;를 포함하고, 상기 제 1 전극판은 상기 전극 조립체의 최외곽에 위치한 외부 전극판과, 상기 전극 조립체의 내측에 위치한 내부 전극판으로 이루어지며, 상기 외부 전극판의 적어도 일단은 상기 내부 전극판의 일단과 동일한 위치에 있거나 그보다 내측에 위치하는 것을 특징으로 한다.
상기 외부 전극판의 세로방향 길이와 상기 내부 전극판의 세로방향 길이의 차이는 0.5mm 내지 2mm 일 수 있다.
상기 외부 전극판의 세로방향 길이와 상기 내부 전극판의 세로방향 길이의 차이는 0.5mm 내지 2mm 일 수 있다.
상기 내부 전극판의 크기는 서로 동일하고, 상기 제 2 전극판의 크기도 서로 동일할 수 있다.
상기 외부 전극판은 상기 제 2 전극판과 마주하는 일면에만 제 1 활물질층이 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지는 전극 조립체에서 최외곽에 위치하는 외부 전극판의 크기를 내부 전극판의 크기보다 작게 형성함으로써, 열압착 공정 시 외부 전극판의 변형을 방지하여 안전성 및 검사 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체를 도시한 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체의 평면도이다.
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, include)" 및/또는 "포함하는(comprising, including)"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.
"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 이용될 수 있다. 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 요소 또는 특징은 "상부" 또는 "위에"로 된다. 따라서, "하부"는 "상부" 또는 "아래"를 포괄하는 개념이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 사시도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체를 도시한 사시도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(300)는 전극 조립체(100) 및 케이스(200)를 포함한다.
전극 조립체(100)는 제 1 전극판(110), 제 2 전극판(120) 및 상기 제 1 전극판(110)과 제 2 전극판(120) 사이에 개재된 세퍼레이터(130)를 포함한다. 전극 조립체(100)는 다수의 제 1 전극판(110)과 다수의 제 2 전극판(120)이 적층되어 형성될 수 있다. 또한, 도 2에 도시된 바와 같이, 세퍼레이터(130)는 하나의 판 형상으로 이루어지고, 제 1 전극판(110)과 제 2 전극판(120) 사이에 개재되도록 ‘Z’자 형태로 절곡되어 적층될 수 있다. 물론, 상기 세퍼레이터(130)는 제 1 전극판(110) 및 제 2 전극판(120)과 동일하게 다수개가 제 1 전극판(110)과 제 2 전극판(120) 사이에 개재되어 적층될 수도 있다. 또한, 세퍼레이터(130)는 제 1 전극판(110)과 제 2 전극판(120) 사이의 단락을 방지하기 위해 제 1 전극판(110) 및 제 2 전극판(120)의 크기보다 크게 형성될 수 있다. 더불어, 제 1 전극판(110)은 전극 조립체(100)의 최외곽, 즉, 적층된 전극 조립체(100)를 기준으로 가장 상단 및 하단에 위치하도록 배열될 수 있다.
제 1 전극판(110)은 알루미늄과 같은 금속 포일로 형성된 제 1 전극 집전체(111)와, 상기 제 1 전극 집전체(111)의 양면에 형성되며 제 1 활물질이 코팅된 제 1 활물질층(112)과, 상기 제 1 활물질이 코팅되지 않은 제 1 무지부(113)를 포함한다. 상기 제 1 활물질은 LiCoO2, LiNiO2, LiMnO2, LiMn2O4 또는 LiNi1-x-yCoxMyO2(여기서, 0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1, M은 Al, Sr, Mg, La 등의 금속) 등의 금속 산화물로 대표되는 리튬함유 전이금속 산화물 또는 리튬 칼코게나이드 화합물일 수 있다. 예를 들어, 상기 제 1 전극판(110)은 양극판일 수 있다. 또한, 제 1 전극판(110)은 제 1 무지부(113)에 형성된 제 1 집전탭(114)을 포함한다. 여기서, 제 1 집전탭(114)은 제 1 전극판(110)을 제조할 때 미리 상부로 돌출되도록 절단하여 형성하므로, 제 1 전극 집전체(111)와 일체로 형성된다. 즉, 상기 제 1 집전탭(114)은 제 1 무지부(113)로 볼 수 있다. 제 1 전극판(110)은 제 1 집전탭(114)이 동일한 위치에 겹쳐지도록 적층된다. 또한, 다수의 제 1 집전탭(114)은 서로 용접되며, 용접된 제 1 집전탭(114)에는 제 1 전극 리드(115)가 부착될 수 있다. 제 1 전극 리드(115)는 후술되는 케이스(200)의 외측으로 돌출된다.
제 2 전극판(120)은 구리 또는 니켈과 같은 금속 포일로 형성된 제 2 전극 집전체(121)와, 상기 제 2 전극 집전체(121)의 양면에 형성되며 제 2 활물질이 코팅된 제 2 활물질층(122)과, 상기 제 2 활물질이 코팅되지 않은 제 2 무지부(123)를 포함한다. 상기 제 2 활물질은 결정질 탄소, 비정질 탄소, 탄소 복합체, 탄소 섬유 등의 탄소 재료, 리튬 금속 또는 리튬 합금일 수 있다. 예를 들어, 상기 제 2 전극판(120)은 음극판일 수 있다. 또한, 제 2 전극판(120)은 제 2 무지부(123)에 형성된 제 2 집전탭(124)을 포함한다. 여기서, 제 2 집전탭(124)은 제 2 전극판(120)을 제조할 때 미리 상부로 돌출되도록 절단하여 형성하므로, 제 2 전극 집전체(121)와 일체로 형성된다. 즉, 상기 제 2 집전탭(124)은 제 2 무지부(123)로 볼 수 있다. 제 2 전극판(120)은 제 2 집전탭(124)이 동일한 위치에 겹쳐지도록 적층된다. 또한, 다수의 제 2 집전탭(124)은 서로 용접되며, 용접된 제 2 집전탭(124)에는 제 2 전극 리드(125)가 부착될 수 있다. 제 2 전극 리드(125)는 후술되는 케이스(200)의 외측으로 돌출된다.
세퍼레이터(130)는 제 1 전극판(110)과 제 2 전극판(120) 사이에 위치되어 쇼트를 방지하고 리튬 이온의 이동을 가능하게 하는 역할을 하며, 폴리에틸렌이나, 폴리 에틸렌과 폴리 프로필렌의 복합 필름으로 이루어진다. 상기 세퍼레이터(130)는 제 1 집전탭(114) 및 제 2 집전탭(124)이 돌출된 방향과 수직한 방향으로 연장되며 ‘Z’자 형태로 절곡되어, 제 1 전극판(110) 및 제 2 전극판(120) 사이에 개재될 수 있다.
케이스(200)는 전극 조립체(100)가 수납되는 하부 케이스(210)와, 상기 하부 케이스(210)에 결합되는 상부 케이스(220)를 포함한다. 케이스(120)는 일체로 형성된 직사각형의 파우치막의 중간을 절곡함으로써, 상부 케이스(220)와 하부 케이스(210)로 구분될 수 있다. 또한, 하부 케이스(210)에는 프레스 가공 등을 통해 전극 조립체(100)가 수용될 수용홈(211)이 형성되고, 상부 케이스(220)와 실링을 위한 실링부(212)가 형성된다. 실링부(212)는 상부 케이스(220)와 하부 케이스(210)가 일체로 접하여 있는 한 변과 나머지 세변을 따라서 모두 형성될 수 있다. 케이스(200)는 상부 케이스(220)와 하부 케이스(210)가 마주하는 두개의 장변과 상기 두개의 장변과 수직을 이루며 마주하는 두개의 단변을 포함한다. 여기서, 전극 조립체(100)의 제 1 전극 리드(115)와 제 2 전극 리드(125)는 두개의 단변 중 상부 케이스(220)와 하부 케이스(210)가 연결되는 단변과 마주보는 측의 단변을 통해 인출된다. 이때, 제 1 전극 리드(115)와 제 2 전극 리드(125)에 절연 부재(미도시)가 각각 부착되어, 제 1,2 전극 리드(115, 125)와 케이스(200) 사이의 쇼트를 방지할 수 있다.
또한, 케이스(200) 내부에 전극 조립체(100)와 전해액이 수납되고, 열압착 공정(heat press)을 수행하여 이차 전지(300)를 완성하게 된다. 이때, 열압착 공정에 따라 제 1 전극판(110)과 세퍼레이터(130) 사이 및 제 2 전극판(120)과 세퍼레이터(130) 사이에는 접착력이 생기게 된다. 예를 들어, 제 1 전극판(110)과 세퍼레이터(130) 사이의 접착력은 200 mN/25mm 내지 500 mN/25mm 이고, 제 2 전극판(120)과 세퍼레이터(130) 사이의 접착력은 130 mN/25mm 내지 300 mN/25mm 일 수 있다. 여기서, 제 1 전극판(110)과 또는 제 2 전극판(120)과 세퍼레이터(130) 사이의 접착력은 공지된 방법으로 측정할 수 있으며, 일 예에서 다음과 같은 방법으로 측정될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 한국 공업 규격 KS-A-01107(점착 테이프 및 점착 시이트의 시험 방법)의 8항에 따라 시험한다. 세퍼레이터를 폭 25㎜, 길이 250㎜으로 시험편으로 하고, 세퍼레이터 일면에 테이프(nitto)를 붙여 시편을 완성한다. 세퍼레이터의 다른 한 면에 제 1 전극판 또는 제 2 전극판을 2kg하중의 압착 롤러를 이용하여 300㎜/분의 속도로 1회 왕복시켜 압착한다. 압착 후 30분 경과 후에 시험편의 한쪽 부분을 180°로 뒤집어 약 25㎜를 벗긴 후, 세퍼레이터와 세퍼레이터의 일면에 붙은 테이프(nitto)를 인장강도기의 위쪽 클립에, 세퍼레이터의 다른 면의 제 1 전극판 또는 제 2 전극판은 아래쪽 클립에 고정시키고, 60㎜/분의 인장속도로 당겨 제 1 전극판 또는 제 2 전극판이 세퍼레이터로부터 벗겨질 때의 압력을 측정한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체의 단면도이다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체의 평면도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 제 1 전극판(110)은 전극 조립체(100)의 최외곽에 위치하는 외부 전극판(110A)과 내측에 위치하는 내부 전극판(110B)을 포함한다. 외부 전극판(110A)의 크기는 내부 전극판(110B)의 크기보다 작게 형성된다. 여기서, 최외곽에 위치하는 외부 전극판(110A)에는 제 1 전극 집전체(111)의 일면에만 제 1 활물질층(112)이 형성될 수 있다. 즉, 외부 전극판(110A)에서 제 1 활물질층(112)은 세퍼레이터(130)와 접촉하며, 제 2 전극판(120)과 마주하는 면에 형성된다. 더불어, 외부 전극판(110A)의 내측에 위치하는 다수의 내부 전극판(110B)은 크기가 모두 동일하게 형성된다. 또한, 제 2 전극판(120)은 외부 전극판(110A)보다 크게 형성되고, 내부 전극판(110B)과 동일하거나 그 보다 크게 형성될 수 있다. 다시 말해, 외부 전극판(110A)은 내부 전극판(110B) 및 제 2 전극판(120) 보다 크기가 작게 형성된다. 또한, 외부 전극판(110A)의 내측에 위치하는 제 2 전극판(120)의 크기도 모두 동일하게 형성된다.
이와 같이, 최외곽에 위치하는 외부 전극판(110A)의 크기를 내측에 위치하는 내부 전극판(110B) 및 제 2 전극판(120)의 크기보다 작게 형성하면, 전극 조립체(100)를 케이스(200) 내부에 삽입한 후 열압착 공정 진행 시 최외곽에 위치한 외부 전극판(110A)이 구부러지거나 변형되는 것을 방지할 수 있다. 즉, 외부 전극판(110A)의 크기보다 작게 형성되며 내측에 위치한 내부 전극판(110B) 및 제 2 전극판(120)이 지지대 역할을 하여, 열압착 공정 시 최외곽에 위치한 외부 전극판(110A)이 구부러지거나 변형되는 것을 막아주게 된다. 더불어, 외부 전극판(110A)의 내측에 위치한 다수의 내부 전극판(110B)과 다수의 제 2 전극판(120)이 각각 동일한 크기로 형성되어 있으므로, 열압착 공정 시 보다 안정적으로 외부 전극판(110A)을 지지할 수 있다. 예를 들어, 최외곽에 위치한 외부 전극판의 크기가 내측에 위치한 내부 전극판의 크기보다 크게 형성되면, 내부 전극판의 외측으로 돌출된 외부 전극판이 열압착 시 가해지는 힘에 의해 전극 조립체의 내측으로 구부러지게 된다. 이에 따라, 외부 전극판과 제 2 전극판 사이에 쇼트가 발생될 위험이 있으며, 열압착 공정 후 실시되는 X-ray 검사에서 오류가 발생하게 된다. 그러나, 본 발명에서는 최외곽에 위치하는 외부 전극판(110A)의 크기를 내부 전극판(110B)의 크기보다 작게 형성하였으므로, 외부 전극판(110A)의 변형을 방지하여 X-ray 검사 시 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
구체적으로, 도 4에 도시된 도면을 기준으로, 외부 전극판(110A)의 가로방향 길이(W1)는 내부 전극판(110B)의 가로방향 길이(W2)보다 작게 형성(W1<W2)되고, 내부 전극판(110B)의 가로방향 길이(W2)는 제 2 전극판(120)의 가로방향 길이(W3)보다 작게 형성(W2<W3)된다. 또한, 외부 전극판(110A)의 세로방향 길이(H1)는 내부 전극판(110B)의 세로방향 길이(H2)보다 작게 형성(H1<H2)되고, 내부 전극판(110B)의 세로방향 길이(H2)는 제 2 전극판(120)의 세로방향 길이(H3)보다 작게 형성(H2<H3)된다. 이에 따라, 외부 전극판(110A)의 면적이 내부 전극판(110B)의 면적보다 작고, 내부 전극판(110B)의 면적이 제 2 전극판(120)의 면적보다 작게 이루어진다.
물론, 다른 실시예에서, 내부 전극판(110B)의 가로방향 길이(W2)와 제 2 전극판(120)의 가로방향 길이(W3)가 동일하게 형성(W2=W3)되고, 내부 전극판(110B)의 세로방향 길이(H2)와 제 2 전극판(120)의 세로방향 길이(H3)가 동일하게 형성(H2=H3)되어, 내부 전극판(110B)의 면적과 제 2 전극판(120)의 면적이 동일하게 형성될 수도 있다. 그렇다 하더라도, 외부 전극판(110A)의 크기는 내부 전극판(110B) 및 제 2 전극판(120)의 크기 보다 작게 형성된다.
외부 전극판(110A)의 가로방향 길이(W1)와 내부 전극판(110B)의 가로방향 길이(W2)의 차이는 0.5mm 내지 2mm일 수 있다. 여기서, 외부 전극판(110A)의 가로방향 길이(W1)와 내부 전극판(110B)의 가로방향 길이(W2)의 차이가 0.5mm 보다 작으면 얼라인 시 공정 마진이 작아 일부분에서는 외부 전극판(110A)이 내부 전극판(110B) 보다 돌출될 수 있다. 또한, 외부 전극판(110A)의 가로방향 길이(W1)와 내부 전극판(110B)의 가로방향 길이(W2)의 차이가 2mm보다 크면 필요이상으로 외부 전극판(110A)의 크기가 작아져 전극 조립체(100)의 용량이 줄어들게 된다.
외부 전극판(110A)의 세로방향 길이(H1)와 내부 전극판(110B)의 세로방향 길이(H2)의 차이는 0.5mm 내지 2mm일 수 있다. 여기서, 외부 전극판(110A)의 세로방향 길이(H1)와 내부 전극판(110B)의 세로방향 길이(H2)의 차이가 0.5mm 보다 작으면 얼라인 시 공정 마진이 작아 일부분에서는 외부 전극판(110A)이 내부 전극판(110B) 보다 돌출될 수 있다. 또한, 외부 전극판(110A)의 세로방향 길이(H1)와 내부 전극판(110B)의 세로방향 길이(H2)의 차이가 2mm보다 크면 필요이상으로 외부 전극판(110A)의 크기가 작아져 전극 조립체(100)의 용량이 줄어들게 된다.
더불어, 외부 전극판(110A)의 크기를 내부 전극판(110B)의 크기보다 작게 형성하면, 전극판의 적층 시 외부 전극판(110A)이 밀리더라도 외부 전극판(110A)의 적어도 일단은 내부 전극판(110B)으로부터 돌출되지 않는다. 다시 말해, 적층 시 얼라인 오차에 의해 외부 전극판(110A)이 일측으로 쏠리더라도, 쏠린 부분의 일단은 적어도 내부 전극판(110B)의 일단과 동일한 위치에 있거나 그 보다 내측에 위치하게 된다.
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.

Claims (12)

  1. 제 1 전극판과, 제 2 전극판이 교대로 적층된 전극 조립체; 및
    상기 전극 조립체를 수용하는 케이스;를 포함하고,
    상기 제 1 전극판은 상기 전극 조립체의 최외곽에 위치한 외부 전극판과, 상기 전극 조립체의 내측에 위치한 내부 전극판으로 이루어지며,
    상기 외부 전극판의 크기는 상기 내부 전극판 및 상기 제 2 전극판의 크기보다 작은 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 외부 전극판의 가로방향 길이와 상기 내부 전극판의 가로방향 길이의 차이는 0.5mm 내지 2mm 인 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 외부 전극판의 세로방향 길이와 상기 내부 전극판의 세로방향 길이의 차이는 0.5mm 내지 2mm 인 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 내부 전극판의 크기는 서로 동일하고, 상기 제 2 전극판의 크기도 서로 동일한 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 외부 전극판은 상기 제 2 전극판과 마주하는 일면에만 제 1 활물질층이 형성된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 외부 전극판의 적어도 일단은 상기 내부 전극판의 일단과 동일한 위치에 있거나 그보다 내측에 위치하는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 전극판과 상기 제 2 전극판 사이에 개재된 세퍼레이터를 더 포함하고,
    상기 세퍼레이터는 상기 제 1 전극판 및 제 2 전극판에 형성된 집전탭이 돌출된 방향과 수직한 방향으로 연장되며 ‘Z’자 형태로 절곡된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  8. 제 1 전극판과, 제 2 전극판이 교대로 적층된 전극 조립체; 및
    상기 전극 조립체를 수용하는 케이스;를 포함하고,
    상기 제 1 전극판은 상기 전극 조립체의 최외곽에 위치한 외부 전극판과, 상기 전극 조립체의 내측에 위치한 내부 전극판으로 이루어지며,
    상기 외부 전극판의 적어도 일단은 상기 내부 전극판의 일단과 동일한 위치에 있거나 그보다 내측에 위치하는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 외부 전극판의 세로방향 길이와 상기 내부 전극판의 세로방향 길이의 차이는 0.5mm 내지 2mm 인 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 외부 전극판의 세로방향 길이와 상기 내부 전극판의 세로방향 길이의 차이는 0.5mm 내지 2mm 인 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 내부 전극판의 크기는 서로 동일하고, 상기 제 2 전극판의 크기도 서로 동일한 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  12. 제 8 항에 있어서,
    상기 외부 전극판은 상기 제 2 전극판과 마주하는 일면에만 제 1 활물질층이 형성된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
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