WO2020111444A1 - 원통형 이차 전지 - Google Patents

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WO2020111444A1
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secondary battery
metal layer
tab
cylindrical secondary
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김지은
김남원
류덕현
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주식회사 엘지화학
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Definitions

  • the present invention relates to a cylindrical secondary battery, and more particularly, to a cylindrical secondary battery having enhanced heat dissipation function.
  • the secondary battery examples include a nickel cadmium battery, a nickel hydrogen battery, a nickel zinc battery, and a lithium secondary battery.
  • lithium secondary batteries are widely used in the field of high-tech electronic devices because of the advantages of less charge and discharge, less self-discharge rate, high operating voltage, and high energy density per unit weight, as they have little memory effect compared to nickel-based secondary batteries. have.
  • a lithium secondary battery is built in a case of a metal can or a laminate sheet while a unit cell composed of a positive electrode, a negative electrode, and a separator interposed therebetween has a stacked or wound structure, and the electrolyte is injected or impregnated therein. It is composed.
  • the electrode assembly of the anode/separator/cathode structure constituting the secondary battery is largely divided into a jelly roll type (winding type) and a stack type (stacked type) according to its structure.
  • the jelly-roll type is a structure in which a separator is wound between a positive electrode and a negative electrode of a long sheet type coated with an active material
  • the stack type is a structure in which a plurality of positive and negative electrodes of a predetermined size are sequentially stacked in a state where the separator is interposed.
  • the problem to be solved by the present invention is to provide a cylindrical secondary battery for reducing the resistance and increasing the stability of the battery cell.
  • Cylindrical secondary battery includes an electrode assembly including a negative electrode sheet, a positive electrode sheet and a separator, the separator is located on the outermost of the electrode assembly, the electrode tab located inside the separator than the separator
  • a metal layer attached to one of the cathode sheet and the anode sheet and positioned between the electrode tab and the separator includes an adhesive material.
  • the electrode tab includes a tab body attached to one of the cathode sheet and the anode sheet and a protrusion extending from one end of the electrode assembly, and the protrusion can be welded to the metal layer.
  • the tab body and the metal layer may be combined by the adhesive material.
  • the electrode tab may be a cathode tab.
  • the metal layer may be a rod-shaped copper foil.
  • the electrode tab and the metal layer may overlap at an end of the separator.
  • the metal layer may be connected to the electrode tab and the separator by an adhesive layer formed of the adhesive material.
  • the cylindrical secondary battery may further include an insulating tape fixing the boundary of the separator at the end of the separator.
  • the insulating tape and the metal layer may not overlap.
  • the device according to another embodiment of the present invention includes the cylindrical secondary battery described above as a power source.
  • the jelly roll is fixed and the negative electrode tab thickness is increased to decrease resistance and apply a high current or short circuit occurs outside. It is possible to implement a cylindrical secondary battery that can increase the stability and life of the battery cell by diffusing the heat.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view showing a state before the electrode assembly is wound according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a perspective view showing a state after the electrode assembly of FIG. 1 is wound up.
  • FIG. 3 is a partial plan view showing an enlarged portion A of FIG. 2.
  • FIG. 4 is a view seen from the X direction of FIG. 2.
  • FIG. 5 is a partial plan view of an electrode assembly according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a partial plan view of an electrode assembly according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view taken along line Y-Y' of FIG. 6.
  • FIG. 8 is a perspective view showing an electrode assembly according to another embodiment of the present invention.
  • a part such as a layer, film, region, plate, etc.
  • another part is “just above” another part, it means that there is no other part in the middle.
  • the reference portion means that it is located above or below the reference portion, and means that it is necessarily “above” or “above” toward the opposite direction of gravity. no.
  • planar this means when the object part is viewed from above, and when it is referred to as “cross-sectional”, it means when the cross-section where the object part is vertically cut is viewed from the side.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view showing a state before the electrode assembly is wound according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a perspective view showing a state after the electrode assembly of FIG. 1 is wound up.
  • a secondary battery includes an electrode assembly 100 including a negative electrode sheet 110, a positive electrode sheet 120, and a separator 130.
  • the electrode assembly 100 may be a jelly-roll type structure.
  • the separator 130 is interposed between the negative electrode sheet 110 and the positive electrode sheet 120, in the order of the positive electrode sheet 120, the separator 130, and the negative electrode sheet 110 in the direction from the center toward the outside.
  • a jelly-roll structure may be formed, and at least one such structure may be present.
  • a separation membrane 130s is positioned on the outermost side of the electrode assembly 100.
  • An electrode tab may be attached to the positive electrode sheet 120 and the negative electrode sheet 110, respectively, and the electrode tab may include a negative electrode tab 140 attached to the negative electrode sheet 110 and a positive electrode tab attached to the positive electrode sheet 120 ( 160).
  • the negative electrode sheet 110 is positioned adjacent to the separator 130 inside the separator 130s located at the outermost side of the electrode assembly 100, and the negative electrode tab 140 is attached to the negative electrode sheet 110.
  • the metal layer 145 may be formed between the cathode tab 140 and the separation membrane 130s positioned at the outermost side.
  • the metal layer 145 includes an adhesive material.
  • the adhesive material may include an acrylic material.
  • the metal layer 145 may be formed of a rod-shaped copper foil.
  • the cathode tab 140 and the metal layer 145 may be disposed at the end of the separation membrane 130s positioned at the outermost portion. At this time, the metal layer 145 may contact the cathode tab 140 and the separation membrane 130s located at the outermost side.
  • the metal layer 145 may include a separate adhesive layer formed of an adhesive material to contact the negative electrode tab 140 and the separator 130s through the adhesive layer.
  • one or more positive and negative tabs may be additionally attached for a high power model.
  • a secondary battery of a high power and high capacity model when a large current flows within a short time due to high rate discharge, overcharge, external short circuit, etc., a large amount of heat is generated in the electrode tab, especially the cathode tab 140 due to current concentration. Since the secondary battery continuously charges or discharges repeatedly due to the internal electrochemical reaction, when the secondary battery becomes high in capacity, heat generated by charging and discharging increases dramatically. Due to such heat generation, the separator 130 and the like may be damaged, leading to an internal short circuit, and may cause a temperature variation inside the secondary battery, leading to a decrease in the performance of the secondary battery.
  • the heat is generated most.
  • a high current is applied to the battery cell.
  • the heat of the jelly-roll generated at this time can be dissipated to the battery case formed of a metal material through the electrode tab, it is necessary to lower the heat and temperature of the electrode tab part. It is important.
  • the metal layer 145 according to the present embodiment described above may effectively release heat generated from the cathode tab 140 to solve the heat generation problem.
  • the metal layer 145 contains an adhesive material, the end of the separation membrane 130s located at the outermost portion is fixed to eventually maintain the shape of the electrode assembly 100 having a jelly-roll type structure, thereby maintaining the electrode assembly 100. ) Can be prevented from being released by internal stress.
  • the metal layer 145 including copper has an effect of increasing the thickness of the negative electrode tab 140, thereby reducing resistance and reducing heat concentration in the negative electrode tab 140.
  • the cathode sheet 110 is adjacent to the separation membrane 130s positioned at the outermost side, but the anode sheet 120 may be positioned at the place where the cathode sheet 110 is formed, in this case the anode sheet 120 )
  • the negative electrode sheet 110 is disposed in place, and thus a jelly-roll structure may be formed in the order of the negative electrode sheet 110, the separator 130, and the positive electrode sheet 120 along a direction from the center to the outside.
  • the anode sheet 120 may be positioned adjacent to the separator 130 inside the separator 130s positioned at the outermost side.
  • the metal layer 145 may be an aluminum foil and include an adhesive material.
  • FIG. 3 is a partial plan view showing an enlarged portion A of FIG. 2.
  • 4 is a view seen from the X direction of FIG. 2.
  • the negative electrode tab 140 is attached on the negative electrode sheet 110 positioned immediately inside the outermost separation membrane 130s.
  • the negative electrode tab 140 may be rod-shaped, and includes a protrusion 140p extending from one end of the electrode assembly 100.
  • a metal layer 145 is formed directly on the negative electrode tab 140, and the metal layer 145 may be formed to cover the left and right surfaces of the negative electrode tab 140.
  • the metal layer 145 may extend not only on the tab body of the cathode tab 140 but also on the protrusion 140P.
  • the metal layer 145 may be adhered to the cathode tab 140 and the outermost separation layer 130s, which are located on the upper and lower surfaces of the metal layer 145, respectively, by an adhesive material included in the metal layer 145. As such, the end of the outermost separation membrane 130s is fixed by the metal layer 145 containing the adhesive material.
  • the shape of the electrode assembly 100 having a jelly-roll type structure may be maintained to prevent the electrode assembly 100 from being unwound by internal stress.
  • the electrode assembly 100 according to the present embodiment described above may be accommodated in a battery case (not shown) such as a metal can to form a cylindrical secondary battery.
  • a battery case such as a metal can to form a cylindrical secondary battery.
  • FIG. 5 is a partial plan view of an electrode assembly according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is substantially the same as the embodiment described in FIGS. 3 and 4, except that the metal layer 145 is not formed on the protrusion 140p of the negative electrode tab 140 but may be formed only on the tab body.
  • FIG. 6 is a partial plan view of an electrode assembly according to another embodiment of the present invention.
  • 7 is a cross-sectional view taken along line Y-Y' of FIG. 6.
  • FIGS. 6 and 7 are substantially the same as those of FIGS. 3 and 4 described above. However, hereinafter, only the differences will be described. Except for differences, contents described in the embodiments of FIGS. 3 and 4 are applicable to the present embodiment.
  • the tab body of the negative electrode tab 140 may be adhered to the tab body of the negative electrode tab 140 by the adhesive material included in the metal layer 145 in the tab body of the negative electrode tab 140.
  • the metal layer 145 and the protrusion 140p of the negative electrode tab 140 may be welded to each other and combined.
  • the cathode tab 140 and the metal layer 145 are combined by the welding process, thereby improving the capacity.
  • the temperature cut-off can be reached by heat generation, resulting in a voltage cut-off early without using sufficient capacity.
  • the cathode tab 140 and the metal layer 145 are combined through the welding process, and the heat dissipation effect is increased, the voltage cut-off is prevented early, resulting in an improved capacity. You can.
  • FIG. 8 is a perspective view showing an electrode assembly according to another embodiment of the present invention.
  • the insulating tape 300 attached to the outer circumferential surface of the electrode assembly 100 included in the secondary battery according to the embodiments described with reference to FIGS. 3 and 4 is further included.
  • the insulating tape 300 may serve as a closing tape at the end of the outermost separator 130s. That is, the boundary portion 150 with the separator 130 may be fixed at the end of the outermost separator 130s.
  • the insulating tape 300 may be located at the end of the outermost separator 130s so as not to overlap the metal layer 145.
  • the insulating tape 300 may include a thermosetting resin selected from the group consisting of polyvinyl chloride, a mixture of nitrile rubber and phenol resin, epoxy resin, polyurethane, and combinations thereof.
  • the insulating tape 300 is fixed to the outer circumferential surface of the electrode assembly 100 by the metal layer 145 once again to fix the outermost separator 130s, so that the electrode assembly 100 of the jelly-roll type structure is more stably ).
  • the secondary battery described above can be applied to various devices.
  • the device may be applied to a transportation means such as an electric bicycle, an electric vehicle, a hybrid, but is not limited thereto, and may be applied to various devices capable of using a secondary battery.

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 원통형 이차 전지는 음극 시트, 양극 시트 및 분리막을 포함하는 전극 조립체를 포함하고, 상기 분리막은 상기 전극 조립체의 최외곽에 위치하고, 상기 분리막보다 안쪽에 위치하는 전극탭이 상기 음극 시트 및 상기 양극 시트 중 하나에 부착되어 있으며, 상기 전극탭과 상기 분리막 사이에 위치하는 금속층은 접착 물질을 포함한다.

Description

원통형 이차 전지
관련 출원(들)과의 상호 인용
본 출원은 2018년 11월 27일자 한국 특허 출원 제10-2018-0148564호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
본 발명은 원통형 이차 전지에 관한 것으로 보다 구체적으로는 방열 기능이 강화된 원통형 이차 전지에 관한 것이다.
근래에 노트북, 비디오 카메라, 휴대용 전화기 등과 같은 휴대용 전자 제품의 수요가 급격하게 증대되고, 전기 자동차, 에너지 저장용 축전지, 로봇, 위성 등의 개발이 본격화됨에 따라, 그 구동 전원으로 사용되는 이차 전지에 대해서 많은 연구가 이루어지고 있다.
이러한 이차 전지에는 예를 들어 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 이차 전지 등이 있다. 이들 중에서 리튬 이차 전지는 니켈 계열의 이차 전지에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 작동 전압이 높고 단위 중량당 에너지 밀도가 높다는 장점 때문에 첨단 전자 기기 분야에서 널리 사용되고 있다.
일반적으로, 리튬 이차 전지는 양극, 음극 및 이들 사이에 개재되는 분리막으로 구성된 단위 셀이 적층 또는 권취된 구조를 가지면서 금속 캔 또는 라미네이트 시트의 케이스에 내장되고, 그 내부에 전해액이 주입 또는 함침됨으로써 구성된다.
이차 전지를 구성하는 양극/분리막/음극 구조의 전극 조립체는 그것의 구조에 따라 크게 젤리롤형(권취형)과 스택형(적층형)으로 구분된다. 젤리-롤형은 활물질이 도포된 긴 시트형의 양극과 음극 사이에 분리막을 개재하여 권취한 구조이며, 스택형은 소정 크기의 다수의 양극과 음극을 분리막이 개재된 상태에서 순차적으로 적층한 구조이다.
최근, 고출력 및 고용량 모델의 구현을 위해, 사용되는 부품이 박막화 되어가는 추세이며, 이로 인해 저저항 및 고용량의 이차 전지가 증가하고 있다. 다만, 저항이 낮아지고 용량이 높아지면서 더 높은 전류가 더 오랜 시간 동안 인가됨에 따라 고율 방전이나 외부 단락 등에 의한 이차 전지의 발열에 대한 문제가 더 중요한 과제로 대두되고 있다.
이러한 문제를 극복하기 위해서, 전극 탭의 발열을 효과적으로 제어할 수 있는 이차 전지에 대한 연구가 요구되고 있는 실정이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 저항 감소 및 전지셀의 안정성을 높이기 위한 원통형 이차 전지를 제공하기 위한 것이다.
그러나, 본 발명의 실시예들이 해결하고자 하는 과제는 상술한 과제에 한정되지 않고 본 발명에 포함된 기술적 사상의 범위에서 다양하게 확장될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 원통형 이차 전지는 음극 시트, 양극 시트 및 분리막을 포함하는 전극 조립체를 포함하고, 상기 분리막은 상기 전극 조립체의 최외곽에 위치하고, 상기 분리막보다 안쪽에 위치하는 전극탭이 상기 음극 시트 및 상기 양극 시트 중 하나에 부착되어 있으며, 상기 전극탭과 상기 분리막 사이에 위치하는 금속층은 접착 물질을 포함한다.
상기 전극탭은 상기 음극 시트 및 상기 양극 시트 중 하나에 부착된 탭 본체 및 상기 전극 조립체의 일단으로부터 뻗어 나온 돌출부를 포함하고, 상기 돌출부는 상기 금속층과 용접될 수 있다.
상기 탭 본체와 상기 금속층은 상기 접착 물질에 의해 결합될 수 있다.
상기 전극탭은 음극탭일 수 있다.
상기 금속층은 막대형의 동박(copper foil)일 수 있다.
상기 분리막의 단부에서 상기 전극탭과 상기 금속층이 중첩할 수 있다.
상기 금속층은 상기 접착 물질로 형성된 접착층에 의해 상기 전극탭 및 상기 분리막과 연결될 수 있다.
상기 원통형 이차 전지는 상기 분리막의 끝단에서 상기 분리막의 경계부를 고정시키는 절연 테이프를 더 포함할 수 있다.
상기 절연 테이프와 상기 금속층은 중첩하지 않을 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 디바이스는 앞에서 설명한 원통형 이차 전지를 전원으로 포함한다.
실시예들에 따르면, 젤리롤 외곽에 위치하는 음극탭에 접착 성분을 포함하는 금속층을 추가 형성함으로써, 젤리롤을 고정하고 음극탭 두께를 증가시켜 저항 감소 및 고전류 인가 또는 외부에서 단락 상황 발생 시 발생하는 열을 확산시켜 전지셀의 안정성 및 수명을 늘릴 수 있는 원통형 이차 전지를 구현할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체가 권취되기 전의 모습을 나타내는 분해 사시도이다.
도 2는 도 1의 전극 조립체가 권취된 이후의 모습을 나타내는 사시도이다.
도 3은 도 2의 A 부분을 확대하여 나타내는 부분 평면도이다.
도 4는 도 2의 X 방향에서 바라본 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전극 조립체의 부분 평면도이다.
도 6은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전극 조립체의 부분 평면도이다.
도 7은 도 6의 절단선 Y-Y'을 따라 자른 단면도이다.
도 8은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전극 조립체를 나타내는 사시도이다.
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.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
또한, 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.
또한, 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. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다. 또한, 기준이 되는 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 하는 것은 기준이 되는 부분의 위 또는 아래에 위치하는 것이고, 반드시 중력 반대 방향을 향하여 "위에" 또는 "상에" 위치하는 것을 의미하는 것은 아니다.
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.
또한, 명세서 전체에서, "평면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 위에서 보았을 때를 의미하며, "단면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 수직으로 자른 단면을 옆에서 보았을 때를 의미한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체가 권취되기 전의 모습을 나타내는 분해 사시도이다. 도 2는 도 1의 전극 조립체가 권취된 이후의 모습을 나타내는 사시도이다.
도 1 및 도 2를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지는 음극 시트(110), 양극 시트(120) 및 분리막(130)을 포함하는 전극 조립체(100)를 포함한다. 전극 조립체(100)는 젤리-롤 타입 구조일 수 있다. 이때, 분리막(130)은 음극 시트(110)와 양극 시트(120) 사이에 개재되어 있고, 중심부에서 바깥쪽으로 향하는 방향을 따라 양극 시트(120), 분리막(130) 및 음극 시트(110) 순서로 젤리-롤 구조를 형성할 수 있으며, 이러한 구조가 적어도 하나 이상 존재할 수 있다. 이때, 전극 조립체(100)의 최외곽에는 분리막(130s)이 위치한다.
양극 시트(120) 및 음극 시트(110)에는 전극 탭이 각각 부착될 수 있고, 상기 전극 탭은 음극 시트(110)에 부착된 음극탭(140) 및 양극 시트(120)에 부착된 양극탭(160)을 포함한다.
본 실시예에서는 전극 조립체(100)의 최외곽에 위치하는 분리막(130s) 안쪽에 분리막(130)과 인접하여 음극 시트(110)가 위치하고, 음극 시트(110)에는 음극탭(140)이 부착될 수 있다. 본 실시에에 따르면, 음극탭(140)과 최외곽에 위치하는 분리막(130s) 사이에 금속층(145)이 형성될 수 있다. 금속층(145)은 접착 물질을 포함한다. 접착 물질은 아크릴계 물질을 포함할 수 있다.
금속층(145)은 막대형의 동박(copper foil)으로 형성될 수 있다. 최외곽에 위치하는 분리막(130s)의 단부에서 음극탭(140)과 금속층(145)이 중첩하도록 배치될 수 있다. 이때, 금속층(145)은 음극탭(140) 및 최외곽에 위치하는 분리막(130s)과 접촉할 수 있다. 금속층(145)은 접착 물질로 형성된 별도의 접착층을 포함하여 상기 접착층을 통해 음극탭(140) 및 분리막(130s)과 접촉할 수 있다.
도시하지 않았으나, 고출력 모델을 위해 하나 이상의 양극탭 및 음극탭이 추가로 부착될 수 있다. 고출력 및 고용량 모델의 이차 전지에서, 고율 방전, 과충전, 외부 단락 등에 의해 짧은 시간 내에 큰 전류가 흐르게 되면 전류 집중으로 인하여 전극 탭, 특히 음극탭(140)에 많은 열이 발생한다. 이차 전지는 내부의 전기 화학적 반응에 의하여 충전 또는 방전이 끊임없이 반복적으로 일어나므로 이와 같이 이차 전지가 고용량화 되는 경우 충전 및 방전에 따른 발열이 비약적으로 증가하게 된다. 이러한 발열로 인해, 분리막(130) 등이 손상되어 내부 단락까지 이어질 수 있으며, 이차 전지 내부의 온도 편차를 유발하여 이차 전지의 성능 저하로 연결될 수도 있다.
특히, 이차 전지의 내부 구성요소 중에서 저항이 특별히 높은 부분인 음극탭(140)의 경우에 그 발열이 가장 크게 발생하게 된다. 고출력 전지셀의 경우, 고전류를 전지셀에 인가하게 되는데 이때 발생하는 젤리-롤의 열이 전극탭을 통하여 금속 재질로 형성된 전지 케이스로 방열될 수 있기 때문에 전극탭 부위의 열 및 온도를 낮추어 주는 것이 중요하다.
앞에서 설명한 본 실시예에 따른 금속층(145)은 발열 문제를 해소하도록 음극탭(140)에서 발생한 열을 효과적으로 방출할 수 있다. 뿐만 아니라, 금속층(145)이 접착 물질을 포함하고 있기 때문에 최외곽에 위치하는 분리막(130s)의 단부를 고정함으로써 결국 젤리-롤 타입 구조의 전극 조립체(100)의 형태를 유지시켜 전극 조립체(100)가 내부 응력에 의해 풀리는 현상을 방지할 수 있다. 추가로, 구리를 포함하는 금속층(145)이 음극탭(140) 두께를 증가시키는 효과가 있어, 저항을 감소시켜 음극탭(140)에 열이 집중되는 것을 줄일 수 있다.
이상에서는 음극 시트(110)가 최외곽에 위치하는 분리막(130s)에 인접하는 것으로 설명하였으나, 음극 시트(110)가 형성된 자리에 양극 시트(120)가 위치할 수 있고, 이 경우 양극 시트(120) 자리에 음극 시트(110)가 배치되어, 중심부에서 바깥쪽으로 향하는 방향을 따라 음극 시트(110), 분리막(130) 및 양극 시트(120) 순서로 젤리-롤 구조를 형성할 수 있다. 다시 말해, 최외곽에 위치하는 분리막(130s) 안쪽에 분리막(130)과 인접하여 양극 시트(120)가 위치할 수도 있다. 비록, 음극탭(140)에 열이 집중됨에 따라 앞에서 설명한 본 실시예에 따른 금속층(145) 적용이 바람직하지만, 양극탭(160)에서도 열이 발생할 수 있으므로, 최외곽에 위치하는 분리막(130s) 안쪽에 분리막(130)과 인접하여 양극 시트(120)가 위치하면서 이에 부착된 양극탭(160)과 최외곽 분리막(130s) 사이에 금속층(145)을 형성하는 것오 가능하다. 이때, 금속층(145)은 알루미늄박(aluminium foil)일 수 있으며 접착 물질을 포함할 수 있다.
도 3은 도 2의 A 부분을 확대하여 나타내는 부분 평면도이다. 도 4는 도 2의 X 방향에서 바라본 도면이다.
도 3 및 도 4를 참고하면, 본 실시예에 따른 음극탭(140)은 최외곽의 분리막(130s) 바로 안쪽에 위치하는 음극 시트(110) 상에 부착되어 있다. 음극탭(140)은 막대형일 수 있고, 전극 조립체(100)의 일단으로부터 뻗어 나온 돌출부(140p)를 포함한다. 음극탭(140) 바로 위에 금속층(145)이 형성되어 있고, 금속층(145)은 음극탭(140)의 좌측면과 우측면을 덮도록 형성될 수 있다. 여기서, 금속층(145)은 음극탭(140)의 탭 본체뿐만 아니라 돌출부(140P) 상에도 연장될 수 있다.
본 실시예에서 금속층(145)은 금속층(145)에 포함된 접착 물질에 의해 금속층(145) 상하부면에 각각 위치하는 음극탭(140) 및 최외곽 분리막(130s)과 접착될 수 있다. 이처럼, 접착 물질을 포함하는 금속층(145)에 의해 최외곽 분리막(130s)의 단부를 고정시켜 젤리-롤 타입 구조의 전극 조립체(100)의 형태를 유지시켜 전극 조립체(100)가 내부 응력에 의해 풀리는 현상을 방지할 수 있다.
이상에서 설명한 본 실시예에 따른 전극 조립체(100)는 금속캔 등의 전지 케이스(미도시)에 수납되어 원통형 이차 전지를 형성할 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전극 조립체의 부분 평면도이다.
도 5의 실시예는 도 3 및 도 4에서 설명한 실시예와 대체로 동일하며, 다만 금속층(145)이 음극탭(140)의 돌출부(140p) 상에 형성되지 않고 탭 본체에만 형성될 수 있다.
도 6은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전극 조립체의 부분 평면도이다. 도 7은 도 6의 절단선 Y-Y'을 따라 자른 단면도이다.
도 6 및 도 7의 실시예는, 앞에서 설명한 도 3 및 도 4의 실시예와 대체로 동일하다. 다만 이하에서는 차이가 있는 부분에 대해서만 설명하기로 한다. 차이가 있는 부분을 제외하고 도 3 및 도 4의 실시예에서 설명한 내용은 본 실시예에 적용 가능하다.
도 6 및 도 7을 참고하면, 음극탭(140)의 탭 본체에서는 금속층(145)에 포함된 접착 물질에 의해 음극탭(140)의 탭 본체와 금속층(145)이 접착될 수 있다. 하지만, 음극탭(140)의 돌출부(140p)에서는 금속층(145)과 음극탭(140)의 돌출부(140p)가 서로 용접되어 결합할 수 있다. 이러한 용접 공정에 의해 음극탭(140)과 금속층(145)이 결합함으로써 용량을 향상시키는 효과가 있다. 발열에 의해 온도 컷-오프에 도달하여 충분한 용량을 사용하지 못하고 일찍 전압 컷-오프될 수 있다. 하지만 본 실시예에 따라 용접 공정을 통해 음극탭(140)과 금속층(145)이 결합하게 되어 방열 효과가 커지게 되면, 일찍 전압 컷-오프되는 것을 방지하기 때문에 결과적으로 용량을 향상시키는 결과를 가져올 수 있다.
도 8은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전극 조립체를 나타내는 사시도이다.
도 8을 참고하면, 도 3 및 도 4에서 설명한 실시예에 따른 이차 전지에 포함된 전극 조립체(100)의 외주면에 부착된 절연 테이프(300)를 더 포함한다. 절연 테이프(300)는 최외곽 분리막(130s)의 끝단에서 마감 테이프 역할을 할 수 있다. 즉, 최외곽 분리막(130s)의 끝단에서 분리막(130)과의 경계부(150)를 고정시킬 수 있다. 절연 테이프(300)는 금속층(145)과 중첩하지 않도록 최외곽 분리막(130s) 끝단에 위치할 수 있다.
절연 테이프(300)는 폴리비닐클로라이드, 니트릴 고무와 페놀 수지의 혼합물, 에폭시 수지, 폴리우레탄 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 열경화성 수지를 포함할 수 있다.
절연 테이프(300)가 전극 조립체(100)의 외주면에 부착된 상태에서 금속층(145)에 의해 다시 한번 최외곽 분리막(130s)을 고정시켜 주기 때문에 보다 안정적으로 젤리-롤 타입 구조의 전극 조립체(100)의 형태를 유지시켜 줄 수 있다.
앞에서 설명한 이차 전지는 다양한 디바이스에 적용될 수 있다. 이러한 디바이스에는, 전기 자전거, 전기 자동차, 하이브리드 등의 운송 수단에 적용될 수 있으나 이에 제한되지 않고 이차 전지를 사용할 수 있는 다양한 디바이스에 적용 가능하다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
[부호의 설명]
130, 130s: 분리막
140: 음극탭
140p: 돌출부
145: 금속층

Claims (10)

  1. 음극 시트, 양극 시트 및 분리막을 포함하는 전극 조립체를 포함하고,
    상기 분리막은 상기 전극 조립체의 최외곽에 위치하고, 상기 분리막보다 안쪽에 위치하는 전극탭이 상기 음극 시트 및 상기 양극 시트 중 하나에 부착되어 있으며,
    상기 전극탭과 상기 분리막 사이에 위치하는 금속층은 접착 물질을 포함하는 원통형 이차 전지.
  2. 제1항에서,
    상기 전극탭은 상기 음극 시트 및 상기 양극 시트 중 하나에 부착된 탭 본체 및 상기 전극 조립체의 일단으로부터 뻗어 나온 돌출부를 포함하고, 상기 돌출부는 상기 금속층과 용접되어 있는 원통형 이차 전지.
  3. 제2항에서,
    상기 탭 본체와 상기 금속층은 상기 접착 물질에 의해 결합되어 있는 원통형 이차 전지.
  4. 제1항에서,
    상기 전극탭은 음극탭인 원통형 이차 전지.
  5. 제4항에서,
    상기 금속층은 막대형의 동박(copper foil)인 원통형 이차 전지.
  6. 제1항에서,
    상기 분리막의 단부에서 상기 전극탭과 상기 금속층이 중첩하는 원통형 이차 전지.
  7. 제6항에서,
    상기 금속층은 상기 접착 물질로 형성된 접착층에 의해 상기 전극탭 및 상기 분리막과 연결되는 원통형 이차 전지.
  8. 제1항에서,
    상기 분리막의 끝단에서 상기 분리막의 경계부를 고정시키는 절연 테이프를 더 포함하는 원통형 이차 전지.
  9. 제8항에서,
    상기 절연 테이프와 상기 금속층은 중첩하지 않는 원통형 이차 전지.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 원통형 이차 전지를 전원으로 포함하는 디바이스.
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