WO2021033985A1 - 전극 조립체 및 이를 포함하는 이차 전지 - Google Patents

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Definitions

  • the anode uncoated portion includes a primary anode uncoated portion and a secondary anode uncoated portion formed by being spaced apart from each other between a front end and a rear end along the winding direction of the positive electrode plate, and the positive electrode tabs include the primary anode uncoated portion and It may include a first positive electrode tab and a second positive electrode tab disposed on the secondary anode uncoated portion.
  • the first positive electrode tab and the second positive electrode tab may be disposed on a straight line in a radial direction of a cross-section in a wound state.
  • the primary anode uncoated portion is disposed closer to the tip of the positive electrode plate than the secondary anode uncoated portion, and the primary anode uncoated portion extends to a width wider than the width of the first anode tab along the winding direction, A coating part may be formed, and the positive electrode half-coating part may be located one turn outside the first positive electrode tab in a wound state.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing the electrode assembly of the secondary battery shown in FIGS. 1A to 1D before being wound.
  • 4A to 4B are enlarged cross-sectional views showing additional attachment positions of the positive electrode tab and the negative electrode tab in the cross-sectional view of the electrode assembly illustrated in FIG. 3.
  • FIG. 5 is another embodiment of a cross-sectional view showing before the electrode assembly of the secondary battery shown in FIGS. 1A to 1D is wound.
  • FIG. 7 is another embodiment of a cross-sectional view showing before the electrode assembly of the secondary battery shown in FIGS. 1A to 1D is wound.
  • FIG. 10 is an enlarged cross-sectional view showing a partial enlarged cross-sectional view after the electrode assembly shown in FIG. 9 is wound.
  • FIG. 15 is an enlarged cross-sectional view showing a partial enlarged cross-sectional view after the electrode assembly shown in FIG. 14 is wound.
  • FIGS. 1A, 1B, 1C, and 1D are perspective views, exploded perspective views, longitudinal cross-sectional views, and cross-sectional views illustrating a rechargeable battery 100 according to various embodiments of the present disclosure.
  • the longitudinal section is a cross section cut in the longitudinal direction of the secondary battery 100
  • the cross section is a cross section cut in the winding direction of the secondary battery.
  • the secondary battery 100 includes a case 110, and an electrode assembly 120 and a case 110 accommodated in the case 110. ) And a cap assembly 130 sealing the top opening.
  • the case 110 includes a circular bottom portion 111 and a side portion 112 extending a predetermined length upward from the bottom portion 111.
  • the secondary battery 100 is illustrated as a cylindrical secondary battery, but it is applicable to a prismatic and pouch-type secondary battery, and the shape of the secondary battery is not limited to a cylindrical shape in the present invention.
  • the upper portion of the case 110 may be open. Therefore, during the assembly process of the secondary battery, the electrode assembly 120 may be inserted into the case 110 together with the electrolyte.
  • the case 110 may be formed of steel, a steel alloy, aluminum, an aluminum alloy, or an equivalent thereof, but the material is not limited thereto.
  • a beading part 113 is formed in the lower portion of the cap assembly 130 so that the electrode assembly 120 does not deviate to the outside.
  • the bent crimping part 114 may be formed.
  • the electrode assembly 120 is sandwiched between the negative electrode plate 121 coated with the negative electrode active material, the positive electrode plate 122 coated with the positive electrode active material, and between the negative electrode plate 121 and the positive plate 122, It includes a separator 123 that prevents the short circuit and enables only the movement of lithium ions.
  • the negative electrode tab 124 protruding downward for a certain length and extending to the negative electrode plate 121, and the positive electrode tabs 125 and 129 protruding upward for a certain length may be attached to the positive electrode plate 122, respectively. Unlike the other, the protruding directions may change.
  • attachment' may be understood as being electrically connected to each other, that is, short-circuited using means such as welding and bonding.
  • the electrode assembly 120 ideally has a circular cross-sectional shape, and an empty space including the winding center c may be formed during the winding process, which may be referred to as a core region.
  • the cross-sectional shape of the core region does not always have to be circular.
  • the negative electrode plate 121 of the electrode assembly 120 is a negative electrode coating layer 121b, which is an active material made of transition metal oxide, on both sides of the negative electrode current collector plate 121a, which is a plate-shaped metal foil made of copper (Cu) or nickel (Ni). It is coated.
  • the negative electrode plate 121 has a negative electrode tab 124 attached to one surface of the negative electrode current collector plate 121a.
  • the negative electrode tab 124 may be partially welded to and attached to the negative electrode current collector plate 121a, and protrude a certain length downward from the length direction of the electrode assembly 120.
  • the negative electrode current collector plate 121a is a first negative electrode uncoated portion on which the negative electrode coating layer 121b is not formed on both sides of one side to which the negative electrode tab 124 is attached in the winding direction (x) and opposite the winding direction (x). (121c) is provided. That is, the negative electrode tab 124 is attached to one surface of the negative electrode collector plate 121a of the negative electrode plate 121 to be spaced apart from the negative electrode coating layer 121b.
  • the negative electrode current collector plate 121a also corresponds to a region corresponding to the negative electrode tab 124 and a region provided with the first negative electrode uncoated portion 121c on the other surface opposite to the one surface on which the negative electrode tab 124 is attached.
  • a second negative electrode uncoated portion 121d on which the negative electrode coating layer 121b is not formed is further provided in the region.
  • the positive electrode plate 122 is coated with a positive electrode coating layer 122b, which is an active material made of transition metal oxide, on both surfaces of a positive electrode current collector plate 122a, which is a plate-shaped metal foil made of aluminum (Al).
  • the positive electrode plate 122 has a positive electrode tab 125 attached to one surface of the positive electrode current collector plate 122a.
  • the positive electrode tab 125 may be partially welded to and attached to the positive electrode current collector plate 122a, and protrude a certain length upward from the length direction of the electrode assembly 120.
  • the positive electrode tab 125 is any one of 1/5 to 4/5 of the cross-sectional radius (r), which is the length between the winding center (c) and the outermost (o) in the cross-section of the wound electrode assembly 120 Can be located in the location of.
  • the positive electrode tab 125 may be located approximately at the center of the cross-sectional radius r.
  • the positive electrode tab 125 may be positioned on a surface facing each other around the negative electrode tab 124 and the separator 123 in the wound electrode assembly 120, but the present invention is not limited thereto.
  • the positive electrode tab 125 and the negative electrode tab 124 may be positioned on the same surface of the wound positive electrode plate 122 and negative electrode plate 121 as shown in FIGS.
  • the positive electrode plate 122 and the negative electrode plate 121 May be located on opposite sides of each other.
  • the same surface may be a surface facing the outermost side (o) of the wound electrode assembly 120, or may be a surface facing the winding center (c).
  • the opposite surface means that when the positive electrode tab 125 is formed on the surface facing the outermost side (o) of the wound electrode assembly 120, the negative electrode tab 124 is formed on the surface facing the winding center (c), or It means the opposite. That is, in the present invention, the surface on which the positive electrode tab 125 and the negative electrode tab 124 are attached on both surfaces of the foil-shaped positive plate 122 and the negative plate 121 is not limited.
  • the positive electrode tab 125 and the negative electrode tab 124 may be positioned between 4/5, the positive electrode tab 125 and the negative electrode tab 124 may be positioned to be aligned on the same line in the longitudinal direction in the wound electrode assembly 120. At this time, the positive electrode tab 125 and the negative electrode tab 124 are positioned so as not to overlap each other on the same line.
  • the lower portion of the positive electrode tab 125 and the upper portion of the negative electrode tab 124 may be positioned on the same line in the length direction of the electrode assembly 120 so as not to overlap each other. This may occur when the positive electrode tab 125 and the negative electrode tab 124, which are thicker than the positive electrode plate 122 and the negative electrode plate 121, overlap each other in the longitudinal direction of the electrode assembly 120. This is to prevent a decrease in the winding roundness.
  • the positive electrode tab 125 may be positioned outside the negative electrode tab 124 with respect to the separator 123.
  • the positive electrode tab 125 may be made of aluminum, but the present invention is not limited thereto.
  • the positive electrode plate 122 has a positive electrode coating layer 122b not formed on both sides of the positive electrode current collector plate 122a to which the positive electrode tab 125 is attached to the winding direction (x) side and opposite the winding direction (x).
  • a first anode uncoated portion 122c is provided. That is, the positive electrode tab 125 is attached to one surface of the positive electrode current collector plate 122a of the positive electrode plate 122 so as to be spaced apart from the positive electrode coating layer 122b.
  • the positive electrode plate 122 has a region corresponding to the positive electrode tab 125 and a region corresponding to the region in which the first positive electrode uncoated portion 122c is provided on the other surface opposite to the one surface to which the positive electrode tab 125 is attached.
  • a second anode uncoated portion 122d on which the anode coating layer 122b is not formed is further provided.
  • the anode plate 122 includes an anode half-coating portion 122e extending from the anode tab 125 in the opposite direction to the winding direction x.
  • the anode half-coating portion 122e means that the anode coating layer 122b is formed only on one surface of the anode current collector plate 122a. 2 and 3 illustrate that the anode half-coating portion 122e has an anode coating layer formed on one surface to which the anode tab is attached, and an uncoated portion formed on the other surface, which is the opposite surface, but vice versa.
  • the wound electrode assembly 120 is formed of the positive electrode plate 122 to which the positive electrode tab 125 is not attached in the inner and outer positive plates 122 closest to the negative electrode plate 121 at the portion to which the negative electrode tab 124 is attached.
  • the anode half-coated portion 122e is provided in the region.
  • the inner side refers to the area of the anode plate closest to the direction of the winding center (c) around the cathode plate 121
  • the outer side refers to the area of the anode plate closest to the outermost (o) direction around the cathode plate 121.
  • the positive electrode plate 122 forms the positive electrode half coating portion 122e at a position corresponding to the negative electrode tab 124 to prevent lithium from being deposited during overcharging.
  • the negative electrode tab 124 of the electrode assembly 120 may be welded to the bottom part 111 of the case 110. Therefore, the case 110 can operate as a cathode.
  • the first and second positive electrode tabs 125 and 129 may be welded to the bottom part 111 of the case 110, and in this case, the case 110 may operate as an anode.
  • a first insulating plate 126 coupled to the case 110 and having a first hole 126a in the center and a second hole 126b formed on the outside thereof is formed between the electrode assembly 120 and the bottom part 111. Can be intervened.
  • the first insulating plate 126 may serve to prevent the electrode assembly 120 from electrically contacting the bottom portion 111 of the case 110.
  • the first insulating plate 126 may serve to prevent the positive electrode plate 122 of the electrode assembly 120 from electrically contacting the bottom part 111.
  • the first hole 126a serves to quickly move the gas upward, and the second hole 126b penetrates the negative electrode tab 124 It may serve to be welded to the bottom part 111.
  • the electrode assembly 120 is further provided with a center pin (not shown) in the form of a circular pipe substantially at the center, so that a large amount of gas generated when the secondary battery is abnormal can be easily discharged through the inner passage of the center pin. have.
  • a second insulating plate 127 coupled to the case 110 and having a first hole 127a in the center and a plurality of second holes 127b formed outside the electrode assembly 120 and the cap assembly 130 It can be interposed between.
  • the second insulating plate 127 may serve to prevent the electrode assembly 120 from electrically contacting the cap assembly 130.
  • the second insulating plate 127 may serve to prevent the negative electrode plate 121 of the electrode assembly 120 from electrically contacting the cap assembly 130.
  • the first hole 127a serves to quickly move the gas to the cap assembly 130 when a large amount of gas is generated due to an abnormality in the secondary battery
  • the second hole 127b is the positive electrode tab 125 ) May serve to penetrate and be welded to the cap assembly 130.
  • the remaining second holes 127b may serve to allow the electrolyte to rapidly flow into the electrode assembly 120 in the electrolyte injection process.
  • the electrolyte may serve as a moving medium for lithium ions generated by an electrochemical reaction in the positive electrode plate and the negative electrode plate inside the battery during charging and discharging.
  • the cap assembly 130 includes a cap-up 131 in which a plurality of through holes 131d are formed, a safety plate 133 installed under the cap-up 131, and installed under the safety plate 133.
  • a cap-down 136 coupled to the connecting ring 135 and the connecting ring 135 and having first and second through-holes 136a and 136b formed therein, and fixed to the lower portion of the cap-down 136 to be positive
  • the sub-plate 137 electrically connected to the tab 125, the cap-up 131 and the safety plate 133, the connection ring 135, and the cap down 136 are removed from the side 111 of the case 110.
  • An insulating gasket 138 to insulate may be included.
  • the insulating gasket 138 may have a shape substantially compressed between the beading portion 113 and the crimping portion 114 formed on the side portion 111 of the case 110.
  • the through-hole 131d formed in the cap-up 131 and the through-hole 136b formed in the cap-down 136 serve to discharge internal gas to the outside when abnormal internal pressure occurs inside the case 110. can do.
  • the safety plate 133 is first inverted upward and is electrically separated from the sub-plate 137, and then the safety plate 133 is torn, so that internal gas may be discharged to the outside.
  • FIG. 5 another embodiment of a cross-sectional view showing before the electrode assembly of the secondary battery shown in FIGS. 1A to 1D is wound is shown.
  • FIG. 6 after the electrode assembly shown in FIG. 5 is wound, an enlarged cross-sectional view showing partially enlarged cross-sectional view is shown.
  • FIG. 1A configurations of the case 110 of the secondary battery shown in FIGS. 5 and 6, the negative plate 121 of the electrode assembly 120, the separator 123 of the electrode assembly 120, and the cap assembly 130 are illustrated in FIG. 1A. , It may be the same as the secondary battery 100 shown in FIGS. 1B and 1D. Accordingly, hereinafter, with reference to FIGS. 1A, 1B, 1D, 5, and 6, the configuration of the positive electrode plate 122 of the electrode assembly 220 of the secondary battery will be mainly described.
  • the positive electrode plate 122 is coated with a positive electrode coating layer 122b, which is an active material made of transition metal oxide, on both surfaces of a positive electrode current collector plate 122a, which is a plate-shaped metal foil made of aluminum (Al).
  • the positive electrode plate 122 has a positive electrode tab 125 attached to one surface of the positive electrode current collector plate 122a.
  • the positive electrode tab 125 may be partially welded and attached to the positive electrode current collector plate 122a, and protrude upward for a predetermined length in the longitudinal direction of the electrode assembly 220.
  • the positive electrode tab 125 may be located approximately at the center of the cross-sectional radius r of the wound electrode assembly 220. In addition, the positive electrode tab 125 may be positioned at the same position in the wound electrode assembly 220 so as to face each other around the negative electrode tab 124 and the separator 123, but the present invention is not limited thereto.
  • the positive electrode tab 125 and the negative electrode tab 124 may be positioned on the same surface of the wound positive electrode plate 122 and negative electrode plate 121 as shown in FIGS. 4A to 4C, and the positive electrode plate 122 and the negative electrode plate 121 ) May be located on opposite sides of each other. That is, the present invention does not limit the surfaces to which the positive electrode tab 125 and the negative electrode tab 124 are attached, respectively, on both surfaces of the foil-shaped positive plate 122 and the negative plate 121.
  • the positive electrode tab 125 and the negative electrode tab 124 may be positioned to be aligned on the same line in the longitudinal direction in the wound electrode assembly 220.
  • the positive electrode tab 125 and the negative electrode tab 124 are positioned so as not to overlap each other in the longitudinal direction in the wound electrode assembly 220. This may occur when the positive electrode tab 125 and the negative electrode tab 124, which are thicker than the positive electrode plate 122 and the negative electrode plate 121, overlap each other in the longitudinal direction of the electrode assembly 220. This is to prevent a decrease in the winding roundness.
  • the positive electrode tab 125 may be located in a region of the positive electrode plate 122 positioned outside the negative electrode tab 124 with respect to the separator 123.
  • the positive electrode tab 125 may be made of aluminum, but the present invention is not limited thereto.
  • the positive electrode plate 122 has a positive electrode coating layer 122b not formed on both sides of the positive electrode current collector plate 122a to which the positive electrode tab 125 is attached to the winding direction (x) side and opposite the winding direction (x).
  • a first anode uncoated portion 122c is provided. That is, the positive electrode tab 125 is attached to one surface of the positive electrode current collector plate 122a of the positive electrode plate 122 so as to be spaced apart from the positive electrode coating layer 122b.
  • the positive electrode plate 122 has a region corresponding to the positive electrode tab 125 and a region corresponding to the region in which the first positive electrode uncoated portion 122c is provided on the other surface opposite to the one surface to which the positive electrode tab 125 is attached.
  • a second anode uncoated portion 122d on which the anode coating layer 122b is not formed is further provided.
  • the positive electrode plate 122 is in the wound electrode assembly 220, in which the positive electrode tab 125 is not attached in the inner and outer positive plates 122 closest to the negative electrode plate 121 at the portion to which the negative electrode tab 124 is attached.
  • the positive electrode plate 122 is provided with a positive electrode half coating portion 222e.
  • the anode half-coated portion 222e means that the anode coating layer 122b is formed only on one side of the anode current collector plate 122a, and the opposite side is formed of an uncoated portion in which the anode coating layer 122b is not formed.
  • the positive electrode half-coating part 222e is provided in a region of the positive electrode plate 122 on the inner side closest to the negative electrode plate 121 at a portion of the wound electrode assembly 220 to which the negative electrode tab 124 is attached.
  • the anode half-coating portion (222e) is illustrated as having an anode coating portion (122b) formed on one side to which the anode tab 125 is attached, and an uncoated portion formed on the other side, which is the opposite side, but vice versa. Do. In this way, the positive electrode plate 122 forms the positive electrode half-coating portion 222e at a position corresponding to the negative electrode tab 124, so that lithium precipitation may be prevented when the secondary battery is overcharged.
  • FIG. 7 another embodiment of a cross-sectional view showing before the electrode assembly of the secondary battery shown in FIGS. 1A to 1D is wound is shown. Further, referring to FIG. 8, after the electrode assembly shown in FIG. 7 is wound, an enlarged cross-sectional view showing a partial enlarged cross-sectional view is shown.
  • FIG. 1A The configuration of the case 110 of the secondary battery shown in FIGS. 7 and 8, the negative plate 121 of the electrode assembly 120, the separator 123 of the electrode assembly 120, and the cap assembly 130 are illustrated in FIG. 1A. , It may be the same as the secondary battery 100 shown in FIGS. 1B and 1D. Accordingly, hereinafter, with reference to FIGS. 1A, 1B, 1D, 7 and 8, the configuration of the positive electrode plate 122 of the electrode assembly 320 of the secondary battery will be mainly described.
  • the positive electrode plate 122 is coated with a positive electrode coating layer 122b, which is an active material made of transition metal oxide, on both surfaces of a positive electrode current collector plate 122a, which is a plate-shaped metal foil made of aluminum (Al).
  • the positive electrode plate 122 has a positive electrode tab 125 attached to one surface of the positive electrode current collector plate 122a.
  • the positive electrode tab 125 may be partially welded to and attached to the positive electrode current collector plate 122a, and protrude upward for a predetermined length in the longitudinal direction of the electrode assembly 320.
  • the positive electrode tab 125 may be located approximately at the center of the cross-sectional radius r of the wound electrode assembly 220. In addition, the positive electrode tab 125 may be positioned at the same position so that the negative electrode tab 124 and the separator 123 face each other in the wound electrode assembly 320, but the present invention is not limited thereto.
  • the positive electrode tab 125 and the negative electrode tab 124 may be positioned on the same surface of the wound positive electrode plate 122 and negative electrode plate 121 as shown in FIGS. 4A to 4C, and the positive electrode plate 122 and the negative electrode plate 121 ) May be located on opposite sides of each other. That is, the present invention does not limit the surfaces to which the positive electrode tab 125 and the negative electrode tab 124 are attached, respectively, on both surfaces of the foil-shaped positive plate 122 and the negative plate 121.
  • the positive electrode tab 125 and the negative electrode tab 124 may be positioned so as to be aligned on the same line in the longitudinal direction in the wound electrode assembly 320.
  • the positive electrode tab 125 and the negative electrode tab 124 are positioned so as not to overlap each other in the longitudinal direction in the wound electrode assembly 320. This may occur when the positive electrode tab 125 and the negative electrode tab 124, which are thicker than the positive electrode plate 122 and the negative electrode plate 121, overlap each other in the longitudinal direction of the electrode assembly 320. This is to prevent a decrease in the winding roundness.
  • the positive electrode tab 125 may be positioned inside the negative electrode plate 121 at a portion to which the negative electrode tab 124 is attached with respect to the separator 123.
  • the positive electrode tab 125 may be made of aluminum, but the present invention is not limited thereto.
  • the positive electrode plate 122 has a positive electrode coating layer 122b not formed on both sides of the positive electrode current collector plate 122a to which the positive electrode tab 125 is attached to the winding direction (x) side and opposite the winding direction (x).
  • a first anode uncoated portion 122c is provided. That is, the positive electrode tab 125 is attached to one surface of the positive electrode current collector plate 122a of the positive electrode plate 122 so as to be spaced apart from the positive electrode coating layer 122b.
  • the positive electrode plate 122 has a region corresponding to the positive electrode tab 125 and a region corresponding to the region in which the first positive electrode uncoated portion 122c is provided on the other surface opposite to the one surface to which the positive electrode tab 125 is attached.
  • a second anode uncoated portion 122d on which the anode coating layer 122b is not formed is further provided.
  • the positive electrode plate 122 is formed such that the second positive electrode uncoated portion 122d further extends toward the winding direction x. That is, the positive electrode plate 122 is the second positive electrode uncoated portion in which the positive electrode coating layer 122b is not formed on the other surface of the positive electrode current collector plate 122a in the winding direction (x) from the area to which the positive electrode tab 125 is attached ( 122d) may be further provided.
  • the second anode uncoated portion 122d extends in a one-turn outermost (o) direction from a portion of the wound anode plate 122 to which the anode tab 125 is attached.
  • the anode plate 122 includes an anode half-coating portion 322e extending from the anode tab 125 toward the winding direction x.
  • the anode half-coated portion 322e means that the anode coating layer 122b is formed only on one surface of the anode current collector plate 122a.
  • 7 and 8 show that the anode half-coated portion 322e has an anode coated portion 122b formed on one side to which the anode tab 125 is attached, and an uncoated portion formed on the other side, which is the opposite side, but vice versa. .
  • the wound electrode assembly 320 is in the positive electrode plate 122 to which the positive electrode tab 125 is not attached in the inner and outer positive plates 122 closest to the negative electrode plate 121 at the portion to which the negative electrode tab 124 is attached.
  • An anode half coating portion 322e is provided.
  • the inner side means a positive plate positioned in the direction of the winding center (c) around the negative plate 121
  • the outer side means a positive plate positioned in the outermost (o) direction around the negative plate 121.
  • the positive electrode plate 122 forms the positive electrode half-coating portion 322e at a position corresponding to the negative electrode tab 124, so that lithium precipitation may be prevented during overcharge.
  • FIG. 9 another embodiment of a cross-sectional view showing before the electrode assembly of the secondary battery shown in FIGS. 1A to 1D is wound is shown.
  • FIG. 10 after the electrode assembly shown in FIG. 9 is wound, an enlarged cross-sectional view showing a partial enlarged cross-sectional view is shown.
  • FIG. 1A configurations of the case 110 of the secondary battery shown in FIGS. 9 and 10, the negative plate 121 of the electrode assembly 120, the separator 123 of the electrode assembly 120, and the cap assembly 130 are shown in FIG. 1A. , It may be the same as the secondary battery 100 shown in FIGS. 1B and 1D. Accordingly, hereinafter, with reference to FIGS. 1A, 1B, 1D, 9, and 10, the configuration of the positive electrode plate 122 of the electrode assembly 420 of the secondary battery will be described mainly.
  • the positive electrode plate 122 is coated with a positive electrode coating layer 122b, which is an active material made of transition metal oxide, on both surfaces of a positive electrode current collector plate 122a, which is a plate-shaped metal foil made of aluminum (Al).
  • the positive electrode plate 122 has a positive electrode tab 125 attached to one surface of the positive electrode current collector plate 122a.
  • the positive electrode tab 125 may be partially welded to and attached to the positive electrode current collector plate 122a, and protrude upward for a predetermined length in the longitudinal direction of the electrode assembly 420.
  • the positive electrode tab 125 may be located approximately at the center of the cross-sectional radius r of the wound electrode assembly 420. In addition, the positive electrode tab 125 may be positioned at the same position in the wound electrode assembly 420 so as to face each other around the negative electrode tab 124 and the separator 123, but the present invention is not limited thereto.
  • the positive electrode tab 125 and the negative electrode tab 124 may be positioned on the same surface of the wound positive electrode plate 122 and negative electrode plate 121 as shown in FIGS. 4A to 4C, and the positive electrode plate 122 and the negative electrode plate 121 ) May be located on opposite sides of each other. That is, the present invention does not limit the surfaces to which the positive electrode tab 125 and the negative electrode tab 124 are attached, respectively, on both surfaces of the foil-shaped positive plate 122 and the negative plate 121.
  • the positive electrode tab 125 and the negative electrode tab 124 may be positioned so as to be aligned on the same line in the longitudinal direction in the wound electrode assembly 420.
  • the positive electrode tab 125 and the negative electrode tab 124 are positioned so as not to overlap each other in the longitudinal direction in the wound electrode assembly 420. This may occur when the positive electrode tab 125 and the negative electrode tab 124, which are thicker than the positive electrode plate 122 and the negative electrode plate 121, overlap each other in the longitudinal direction of the electrode assembly 420. This is to prevent a decrease in the winding roundness.
  • the positive electrode tab 125 may be positioned inside the negative electrode plate 121 at a portion to which the negative electrode tab 124 is attached with respect to the separator 123.
  • the positive electrode tab 125 may be made of aluminum, but the present invention is not limited thereto.
  • the positive electrode plate 122 has a positive electrode coating layer 122b not formed on both sides of the positive electrode current collector plate 122a to which the positive electrode tab 125 is attached to the winding direction (x) side and opposite the winding direction (x).
  • a first anode uncoated portion 122c is provided. That is, the positive electrode tab 125 is attached to one surface of the positive electrode current collector plate 122a of the positive electrode plate 122 so as to be spaced apart from the positive electrode coating layer 122b.
  • the positive electrode plate 122 has a region corresponding to the positive electrode tab 125 and a region corresponding to the region in which the first positive electrode uncoated portion 122c is provided on the other surface opposite to the one surface to which the positive electrode tab 125 is attached.
  • a second anode uncoated portion 122d on which the anode coating layer 122b is not formed is further provided.
  • the positive electrode plate 122 is in the wound electrode assembly 420, in which the positive electrode tab 125 is not attached in the inner and outer positive plates 122 closest to the negative electrode plate 121 at the portion to which the negative electrode tab 124 is attached.
  • the positive electrode plate 122 is provided with a positive electrode half coating portion 422e.
  • the anode half-coated portion 422e means that the anode coating layer 122b is formed only on one side of the anode current collector plate 122a, and the opposite side is formed of an uncoated portion in which the anode coating layer 122b is not formed.
  • the positive electrode half-coating part 422e is provided on the outer positive electrode plate 122 closest to the negative electrode plate 121 at the portion of the wound electrode assembly 420 to which the negative electrode tab 124 is attached.
  • the inner side means a positive plate positioned in the direction of the winding center (c) around the negative plate 121
  • the outer side means a positive plate positioned in the outermost (o) direction around the negative plate 121
  • the anode half-coated portion 422e may be formed to have a wider width perpendicular to the length direction than the first anode uncoated portion 121c and the second anode uncoated portion 121d. This is to prevent misalignment of the positive electrode tab 125, the negative electrode tab 124, and the positive electrode half coating portion 422e when the electrode assembly 420 is wound.
  • the anode half-coating part (422e) is shown as having an anode coating part (122b) formed on one side to which the anode tab 125 is attached, and an uncoated part formed on the other side, which is the opposite side, but vice versa.
  • the positive electrode plate 122 forms the positive electrode half-coating portion 422e at a position corresponding to the negative electrode tab 124 to prevent lithium from being deposited when the secondary battery is overcharged.
  • FIG. 11 a cross-sectional view of the electrode assembly 120 of the secondary battery illustrated in FIGS. 1A to 1D before being wound is shown. In FIG.
  • the negative electrode plate 121, the positive electrode plate 122, the separator 123, the negative electrode tab 124, the positive electrode tabs 125 and 129 are shown, but for convenience of explanation, these are not drawn to scale.
  • the thickness of the negative electrode tab 124 or the positive electrode tabs 125 and 129 may be thicker and wider than that shown, or the anode uncoated portions 122c and 122d may be formed longer than that shown. It should be noted that.
  • FIG. 12 an enlarged cross-sectional view illustrating a part of the cross-sectional view in a state in which the electrode assembly shown in FIG. 11 is wound is shown.
  • FIGS. 11 and 12 the configuration of the secondary battery and electrode assembly of the present invention will be described in more detail with reference to FIGS. 11 and 12.
  • the negative electrode plate 121 is coated with a negative electrode coating layer 121b, an active material made of transition metal oxide, on both sides of the negative electrode current collector 121a, which is a plate-shaped metal foil made of copper (Cu) or nickel (Ni).
  • a negative electrode tab 124 is attached to one surface of the negative electrode current collector 121a.
  • the negative electrode tab 124 may be partially welded and attached to the negative electrode current collector 121a, and may protrude for a predetermined length downward, for example, in the longitudinal direction of the electrode assembly 120 (see FIG. 1C).
  • the negative electrode tab 124 does not necessarily have to protrude downward with respect to the longitudinal direction of the electrode assembly 120, and may protrude in other directions as necessary.
  • the negative electrode plate 121 may be wound, for example, from left to right (in the x direction of FIG. 2) based on the drawing direction of FIG. 2.
  • the x direction is referred to as the winding direction
  • the left end of the negative electrode plate 121 is referred to as the front end
  • the right end is referred to as the rear end based on the drawing direction of FIG. 2.
  • the tip of the negative electrode plate 121 comes into contact with the core region (see FIG. 1D).
  • the negative electrode tab 124 may be attached to the negative electrode current collector 121a in the primary negative electrode uncoated portions 121c and 121d, and in FIG. 11, it is particularly illustrated as being attached to the first first negative negative electrode uncoated portion 121c. .
  • the primary negative electrode uncoated portions 121c and 121d are formed on each of the lower and upper surfaces of the negative electrode current collector 121a in FIG. 11, but the negative electrode tab 124 is attached among the two surfaces of the negative electrode current collector 121a. Only the first first cathode uncoated portion 121c may be formed on the surface to be formed.
  • the negative electrode tab 124 is one of 1/5 to 4/5 of the cross-sectional radius (r), which is the length between the winding center (c) and the outermost side (o) in the cross-section of the wound electrode assembly 120. It can be located in position (see Fig. 1D). Preferably, the negative electrode tab 124 may be located approximately at the center of the cross-sectional radius r.
  • the negative electrode tab 124 may be made of a copper or nickel material, but is not limited thereto and may be made of another material.
  • a secondary negative electrode uncoated part 128 is formed at the rear end of the negative electrode plate 121.
  • the secondary negative electrode uncoated part 128 may be directly attached to the inner surface of the case 110 as described again below and thus may function as an electrode. Accordingly, the negative electrode plate 121 can function as if there are two negative electrode tabs with one negative electrode tab 124 and the secondary negative electrode uncoated part 128, thereby minimizing the total number of electrode tabs.
  • the secondary negative electrode uncoated part 128 is illustrated that the negative electrode coating layer 121b is not formed on both sides of the negative electrode current collector 121a. If necessary, the outer surface of the negative electrode current collector 121a, in a wound state It may be formed by not forming the cathode coating layer only on the surface facing the outermost side (o) at.
  • the positive electrode plate 122 is coated with a positive electrode coating layer 122b, which is an active material made of transition metal oxide, on both sides of a positive electrode current collector 122a, which is a plate-shaped metal foil made of aluminum (Al).
  • the positive electrode tabs 125 and 129 are attached to one surface of the positive electrode current collector 122a.
  • the positive electrode tabs 125 and 129 may be attached by welding to the positive electrode current collector 122a, and may protrude upward for a predetermined length based on the length direction of the electrode assembly 120 (see FIG. 1C).
  • the direction in which the positive electrode tabs 125 and 129 also protrude may be changed as necessary.
  • the negative electrode tab 124 is upward and the positive electrode tabs 125 and 129 are It may protrude downward, or the negative electrode tab 124 and the positive electrode tabs 125 and 129 may protrude in the same direction.
  • the positive electrode tabs 125 and 129 are divided into a first positive electrode tab 125 and a second positive electrode tab 129, but the second positive electrode tab 129 differs only in a position from the first positive electrode tab 125. And, unless otherwise described, the description of the first positive electrode tab 125 may be equally applied to the second positive electrode tab 129.
  • the first positive electrode tab 125 is any one of 1/5 to 4/5 of the cross-sectional radius (r), which is the length between the winding center (c) and the outermost (o) in the cross-section of the wound electrode assembly 120. It can be located in one location. Preferably, the first positive electrode tab 125 may be located approximately at the center of the cross-sectional radius r. This, of course, can also be applied to the second positive electrode tab 129. This consideration of the location of the first positive electrode tab 125 is for the same reason as described for the case of the negative electrode tab 124.
  • the positive electrode tab 125 is located on each surface facing each other with the negative electrode tab 124 centering on the separator 123 in each negative electrode current collector 121a and the positive electrode current collector 122a of the wound electrode assembly 120 It can be, but the present invention is not limited thereto. That is, the positive electrode tab 125 and the negative electrode tab 124 may be positioned on different surfaces of the negative electrode current collector 121a and the positive electrode current collector 122a, respectively. That is, in the present invention, the surface on which the positive electrode tab 125 and the negative electrode tab 124 are attached among both surfaces of the foil-type negative electrode current collector 121a and the positive electrode current collector 122a is not limited.
  • FIG. 12 shows an example in which the first positive electrode tab 125 is disposed closer to the center c than the negative electrode tab 124 in the wound state, but the first positive electrode tab ( 125) may be wound to be positioned closer to the outermost side (o) than the negative electrode tab 124, an example of which is shown in FIG. 13.
  • the positive electrode plate 122 includes a first positive electrode uncoated portion 122c and a primary second positive electrode uncoated portion (122c) in which the positive electrode coating layer 122b is not formed in the positive electrode current collector 122a to which the first positive electrode tab 125 is attached.
  • 122d that is, the primary anode uncoated portions 122c and 122d are formed. That is, the first positive electrode tab 125 is attached to the positive electrode current collector 122a in the first first positive electrode uncoated portion 122c, and the width in the winding direction of the first first positive electrode uncoated portion 122c is the first positive electrode.
  • the primary positive electrode uncoated portions 122c and 122d are formed on each of the lower and upper surfaces of the positive electrode current collector 122a in FIG. 11, but the positive electrode tab 125 is attached among the two surfaces of the positive electrode current collector 122a. Only the first first anode uncoated portion 122c may be formed on the surface to be formed.
  • the first second anode uncoated portion 122d may be formed to extend toward the rear end along the winding direction x. That is, as illustrated in FIG. 11, the first second positive electrode uncoated portion 122d formed on the lower surface of the positive electrode current collector 122a is constant in the winding direction (x) from the region to which the first positive electrode tab 125 is attached.
  • the anode half-coated portion 122e on which the anode coating layer 122b is not formed may be formed.
  • the positive electrode half-coating part 122e is disposed at a position corresponding to the first positive electrode tab 125 in front of one turn than at the portion to which the first positive electrode tab 125 is attached in the wound state. I can.
  • the anode half-coating portion 122e may be positioned on the same straight line in the radial direction of the first anode tab 125.
  • the primary first anode uncoated portion 122c on the upper side extends in the winding direction (x)
  • a coating part may be formed, and the anode half-coated part may be formed on both sides by extending in the winding direction x on both sides.
  • the former may be disposed at a position corresponding to the first positive electrode tab 125 one turn after the portion to which the first positive electrode tab 125 is attached in the wound state.
  • the direction in which the first anode uncoated portions 122c and 122d extend is not extended toward the rear end from the first anode tab 125 based on the winding direction x as in the example of FIG. It can also be extended toward. Even in this case, in the wound state, it is preferable that the anode half-coated portion by the primary anode uncoated portions 122c and 122d be positioned on the same straight line in the radial direction of the first anode tab 125.
  • the second positive electrode tab 129 is disposed to be spaced apart from the first positive electrode tab 125 along the winding direction x.
  • a secondary anode uncoated portion may be formed for attaching the second anode tab 129, and the secondary anode uncoated portion may be essentially the same as the first anode uncoated portions 122c and 122d. That is, an anode half-coating portion may be formed around the second anode tab 129 as well.
  • the anode half-coated portion 122e by the first anode tab 125 and the primary second anode uncoated portion 122d is on the same straight line in the radial direction (r). When placed, it can help to suppress the precipitation of lithium during overcharging.
  • FIG. 14 another embodiment of a cross-sectional view showing the electrode assembly of the secondary battery shown in FIGS. 1A to 1D in a state before being wound is shown.
  • FIG. 15 after the electrode assembly shown in FIG. 14 is wound, an enlarged cross-sectional view showing a partial enlarged cross-sectional view is shown.
  • FIG. 1A configurations of the case 110 of the secondary battery shown in FIGS. 14 and 15, the negative plate 121 of the electrode assembly 120, the separator 123 of the electrode assembly 120, and the cap assembly 130 are illustrated in FIG. 1A. It may be the same as the secondary battery 100 shown in FIG. 1D. Accordingly, hereinafter, with reference to FIGS. 1A to 1D, 14, and 15, the configuration of the positive electrode plate 122 of the electrode assembly 120 of the secondary battery will be described in detail different from the previous embodiment.
  • the positive electrode plate 122 may have an anode half-coating portion 222e formed to be spaced apart from the first second anode uncoated portion 122d.
  • the anode half-coated portion 222e is disposed between the primary anode uncoated portion and the secondary anode uncoated portion, but may be disposed closer to the primary anode uncoated portion. More preferably, the anode half-coated portion 222e may be disposed at a position corresponding to the first anode tab 125 after one turn after the first anode uncoated portions 122c and 122d in a wound state. In this state, the anode half-coated portion 222e extends along the winding direction x in the embodiment illustrated with reference to FIG.
  • anode half-coated portion 122e This may correspond to the result of intermittently forming the anode coating layer 122b in the middle of 122d). This may have the effect of increasing the length of the section in which the positive electrode coating layer 122b is formed in the entire positive electrode plate 122, and the first positive electrode tab 125 and the positive electrode half coating are applied depending on the thickness of the electrode assembly and the radial size of the wound electrode assembly. In order to ensure that the portion 222e is positioned on the same straight line in the radial direction, it is possible to present a variety of choices for the designer.
  • the positive electrode half-coating portion 222e is illustrated as being formed only on the lower surface of the positive electrode current collector 122a with respect to the drawing direction, but may be formed on the opposite surface of the positive electrode current collector 122a. It can be formed in all.
  • the anode half-coated portion 222e may be disposed on the front end side of the primary anode uncoated portions 122c and 122d, and in this case, the anode half-coated portion 222e is 1 It may be disposed to correspond to the first anode tab 125 one turn before the secondary anode uncoated portions 122c and 122d. As described above with reference to FIGS. 12 and 13, in FIG.
  • the first positive electrode tab 125 is disposed closer to the center c than the negative electrode tab 124 with respect to the separator 123.
  • the first positive electrode tab 125 may be wound so that it is located closer to the outermost side o than the negative electrode tab 124.

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Abstract

본 발명은 전극 조립체 및 이를 포함하는 이차 전지에 관한 것으로, 젤리롤 타입의 전극 조립체에 있어서, 양극판에 형성된 양극무지부와 음극판에 형성된 음극무지부를 포함하되, 상기 음극무지부는 상기 음극판의 권취방향에 따른 선단과 후단 사이에 형성된 제1 음극무지부와, 상기 음극판의 후단에 형성된 제2 음극무지부를 포함하고, 상기 음극탭은 상기 제1 음극무지부에 배치되는 것을 특징으로 할 수 있다.

Description

전극 조립체 및 이를 포함하는 이차 전지
본 발명은 전극 조립체 및 이를 포함하는 이차 전지에 관한 것이다.
일반적으로, 이차 전지는 양극판과 음극판 및 이들 두 전극판 사이에 끼워진 세퍼레이터로 구성된 전극 조립체를 전해액과 함께 케이스에 수납하여 형성된다. 이러한 이차 전지는 충전이 불가능한 일차 전지와는 달리, 충전 및 방전이 가능한 전지이다. 휴대폰, 노트북 등의 모바일 기기에 대한 기술개발과 생산 증가에 따라 에너지원으로서 이차 전지의 수요가 급증하고 있다. 최근에는 화석연료를 대체하기 위한 대체 에너지원으로 전기 자동차, 하이브리드 자동차의 용도로도 활발한 연구개발이 진행되고 있다.
현재 상용화된 이차 전지로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 이차 전지 등이 있는데, 이 중에서 리튬 이차 전지는 니켈 계열의 이차 전지에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충 방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 장점으로 각광을 받고 있다.
리튬 이차 전지의 출력을 높이기 위해서는 전지의 저항을 낮춰야 하는데, 제한된 부피에서는 전극의 수를 증가시키는 것이 효과적이다. 또한, 리튬 이차 전지의 고용량, 고출력화가 필요해짐에 따라 전극판의 길이가 점차 증대되고 있는데, 이는 내부 저항의 증가를 초래할 수 있다. 이 문제 역시 전극탭의 수를 늘임으로써 완화할 수 있지만, 전극탭의 수를 늘이는 것은 필요 자재량 및 작업 공수를 증대시킬 뿐만 아니라, 리튬 이차 전지의 내부 공간의 공간 활용도를 떨어뜨리기도 한다.
아울러 리튬 이차 전지는 일반적으로, 일정 전압 이상으로 과충전될 경우 리튬 이차 전지를 구성하는 양극 활물질과 전해액의 반응이 과도하게 진행되어 양극 활물질의 구조 붕괴, 전해액의 산화 반응 등이 수반되며, 음극 활물질에는 리튬이 석출되기도 한다. 이러한 상태가 지속되면 리튬 이차 전지가 발화하거나 폭발할 수도 있다.
이러한 발명의 배경이 되는 기술에 개시된 상술한 정보는 본 발명의 배경에 대한 이해도를 향상시키기 위한 것일 뿐이며, 따라서 종래 기술을 구성하지 않는 정보를 포함할 수도 있다.
본 발명은 상술한 종래의 문제점을 극복하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 이차 전지의 저항을 감소시키면서도 전극탭의 수를 최소화할 수 있는 전극 조립체 및 이를 포함하는 이차 전지를 제공하는 데에 있다.
본 발명의 다른 목적은 과충전시 리튬이 석출되는 것을 최소화할 수 있는 전극 조립체 및 이를 포함하는 이차 전지를 제공하는데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 전극 조립체 및 이를 포함하는 이차 전지는 양극 집전체와 상기 양극 집전체에 코팅된 양극 활물질을 포함하되, 상기 양극 집전체 중 상기 양극 활물질이 코팅되어 있지 않은 양극 무지부가 형성된 양극판; 음극 집전체와 상기 음극 집전체에 코팅된 음극 활물질을 포함하되, 상기 음극 집전체 중 상기 음극 활물질이 코팅되어 있지 않은 음극 무지부가 형성된 음극판; 상기 양극판과 상기 음극판 사이에 개재된 세퍼레이터; 상기 양극판의 양극집전체에 전기적으로 연결된 양극탭; 상기 음극판의 음극 집전체에 전기적으로 연결된 음극탭을 포함하고, 상기 양극판, 음극판 및 세퍼레이터는 순차로 적층된 상태로 권취되는 전극 조립체에 있어서, 상기 양극무지부는 상기 양극판의 권취방향에 따른 선단과 후단 사이에 배치되고, 상기 양극탭은 상기 양극무지부에서 상기 양극 집전체에 부착되며, 상기 음극무지부는 상기 음극판의 권취방향에 따른 선단과 후단 사이에 형성된 1차 음극무지부와, 상기 음극판의 후단에 형성된 2차 음극무지부를 포함하고, 상기 음극탭은 상기 1차 음극무지부에 배치되는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 따르면 상기 양극무지부는 상기 양극판의 권취방향을 따른 선단과 후단 사이에 서로 이격되어 형성된 1차 양극무지부와 2차 양극무지부를 포함하고, 상기 양극탭은 각각 상기 1차 양극무지부와 2차 양극무지부에 배치된 제1 양극탭 및 제2 양극탭을 포함할 수 있다. 이때 상기 제1 양극탭과 제2 양극탭은 권취된 상태에서 횡단면 반지름 방향으로 일직선 상에 배치될 수 있다. 또한 상기 1차 양극무지부는 상기 2차 양극무지부보다 상기 양극판의 선단에 더 가깝게 배치되고, 상기 1차 양극무지부는 상기 권취방향을 따라 상기 제1 양극탭의 폭보다 넓은 폭으로 연장되어 양극반코팅부를 형성하고, 상기 양극반코팅부는 권취된 상태에서 상기 제1 양극탭으로부터 한 턴 안쪽에 위치될 수 있다. 또는 상기 1차 양극무지부는 상기 2차 양극무지부보다 상기 양극판의 선단에 더 가깝게 배치되고, 상기 1차 양극무지부는 상기 권취방향을 따라 상기 제1 양극탭의 폭보다 넓은 폭으로 연장되어 양극반코팅부를 형성하고, 상기 양극반코팅부는 권취된 상태에서 상기 제1 양극탭으로부터 한 턴 바깥쪽에 위치될 수도 있다.
한편, 상기 양극판에는 상기 권취방향을 따라 상기 1차 양극무지부와 인접하게 이격된 위치에서 양극코팅층이 형성되지 않은 양극반코팅부를 포함할 수 있는데, 상기 양극반코팅부는 1차 양극무지부보다 선단측에 배치되어, 권취된 상태에서 상기 제1 양극탭으로부터 한 턴 안쪽에 위치되거나, 상기 양극반코팅부는 1차 양극무지부보다 후단측에 배치되어, 권취된 상태에서 상기 제1 양극탭으로부터 한 턴 바깥쪽에 위치될 수 있다.
본 발명에 따른 전극 조립체 및 이를 포함한 이차 전지에 있어서, 상기 양극탭과 음극탭은 권취된 상태에서 횡단면 반지름 방향으로 일직선 상에 배치될 수 있으며, 횡단면 반지름의 1/5 내지 4/5이 되는 영역 내에 배치될 수 있다. 여기서 상기 양극탭과 음극탭은 권취된 상태에서 상기 전극 조립체의 길이방향을 따라 동일 선상에 배치될 수 있지만, 상기 양극탭의 하부와 상기 음극탭의 상부가 서로 중첩되지 않도록 배치될 수 있다.
본 발명에 따른 이차 전지는 본 발명에 따른 전극 조립체; 내부 공간에 상기 전극 조립체와 전해액을 수용하는 케이스; 및 상기 케이스의 상부에 결합되어 상기 케이스를 밀봉하는 캡 플레이트를 포함하고, 상기 2차 음극무지부는 상기 케이스의 내면에 부착될 수 있다.
본 발명에 의한 전극 조립체 및 이를 포함하는 이차 전지는 음극판의 일단에 형성된 무지부가 음극탭의 역할을 하도록 함으로써 이차 전지의 저항을 늘이지 않으면서도 음극탭의 수를 줄일 수 있고, 따라서 전체적인 전극탭의 수를 최소화할 수 있다.
또한 본 발명에 의한 전극 조립체 및 이를 포함하는 이차 전지는 음극탭과 인접한 양극판 중에서, 양극탭이 형성되지 않은 양극판에 무지부를 형성하여, 과충전시 리튬이 석출되는 것을 방지할 수 있게 된다.
도 1a, 도 1b, 도 1c, 및 도 1d는 본 발명의 일실시예에 따른 이차 전지를 도시한 사시도, 분해 사시도, 종단면도 및 횡단면도이다.
도 2는 도 1a 내지 도 1d에 도시된 이차전지의 전극 조립체가 권취되기 이전을 도시한 단면도이다.
도 3은 도 2에 도시된 전극 조립체가 권취된 후, 횡단면도를 일부 확대 도시한 확대 횡단면도이다.
도 4a 내지 도 4b는 도 3에 도시된 전극 조립체의 횡단면도에서 양극탭과 음극탭의 부착 위치를 추가 도시한 확대 횡단면도이다.
도 5는 도 1a 내지 도 1d에 도시된 이차전지의 전극 조립체가 권취되기 이전을 도시한 단면도의 다른 실시예이다.
도 6은 도 5에 도시된 전극 조립체가 권취된 후, 횡단면도를 일부 확대 도시한 확대 횡단면도이다.
도 7는 도 1a 내지 도 1d에 도시된 이차전지의 전극 조립체가 권취되기 이전을 도시한 단면도의 다른 실시예이다.
도 8은 도 7에 도시된 전극 조립체가 권취된 후, 횡단면도를 일부 확대 도시한 확대 횡단면도이다.
도 9는 도 1a 내지 도 1d에 도시된 이차전지의 전극 조립체가 권취되기 이전을 도시한 단면도의 다른 실시예이다.
도 10은 도 9에 도시된 전극 조립체가 권취된 후, 횡단면도를 일부 확대 도시한 확대 횡단면도이다.
도 11은 도 1a 내지 도 1d에 도시된 이차 전지의 전극 조립체를 권취되기 이전의 상태로 도시한 단면도이다.
도 12는 도 11에 도시된 전극 조립체가 권취된 후, 횡단면도를 일부 확대 도시한 확대 횡단면도이다.
도 13은 도 11에 도시된 전극 조립체가 다른 방식으로 권취된 후, 횡단면도를 일부 확대 도시한 확대 횡단면도이다.
도 14는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지의 전극 조립체를 권취되기 이전의 상태로 도시한 단면도이다.
도 15는 도 14에 도시된 전극 조립체가 권취된 후, 횡단면도를 일부 확대 도시한 확대 횡단면도이다.
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.
도 1a, 도 1b, 도 1c 및 도 1d는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 이차 전지(100)를 도시한 사시도, 분해사시도, 종단면도 및 횡단면도가 도시되어 있다. 여기서 종단면은 이차 전지(100)를 길이방향으로 절단한 단면이고, 횡단면은 이차 전지의 권취 방향으로 절단한 단면이다.
도 1a, 도 1b, 도 1c 및 도 1d에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 이차 전지(100)는 케이스(110)과, 케이스(110) 내부에 수납된 전극 조립체(120) 및 케이스(110)의 상단 개구를 밀봉하는 캡 조립체(130)를 포함한다.
케이스(110)는 원형의 바닥부(111)와, 바닥부(111)로부터 상부 방향으로 일정 길이 연장된 측부(112)를 포함한다. 여기서, 이차 전지(100)는 원통형 이차 전지로 도시하였으나, 각형 및 파우치형의 이차 전지에도 적용가능하며 본 발명에서 이차 전지의 형상을 원통형으로만 한정하는 것은 아니다. 이차 전지(100)의 제조 공정 중 케이스(110)의 상부는 개방되어 있을 수 있다. 따라서 이차 전지의 조립 공정 중 전극 조립체(120)가 전해액과 함께 케이스(110)에 삽입될 수 있다. 상기 케이스(110)는 스틸, 스틸 합금, 알루미늄, 알루미늄 합금 또는 이의 등가물로 형성될 수 있으나, 여기서 그 재질이 한정되는 것은 아니다. 더불어, 케이스(110)에는 전극 조립체(120)가 외부로 이탈되지 않도록 캡 조립체(130)를 중심으로 그 하부에 내부로 함몰된 비딩부(beading part)(113)가 형성되고, 그 상부에 내부로 절곡된 크림핑부(crimping part)(114)가 형성될 수 있다.
전극 조립체(120)는 대략 원기둥 모양으로 권취된 상태에서 전해액과 함께 케이스(110)의 내부에 수용될 수 있다. 여기서, 상기 전해액은 상기 전극 조립체(120)를 구성하는 양극판과 음극판의 사이에서 리튬 이온이 이동될 수 있도록 주입되는 염을 함유한 유기 액체로서, LiPF6, LiBF4, LiClO4 등의 리튬염과 고순도 유기 용매류의 혼합물인 비수질계 유기 전해액을 포함하여 이루어질 수 있으나, 본 발명에서 이를 한정하는 것은 아니다.
전극 조립체(120)는 음극 활물질이 코팅된 음극판(121)과, 양극 활물질이 코팅된 양극판(122) 및, 음극판(121)과 양극판(122) 사이에 끼워져 음극판(121)과 양극판(122) 사이의 쇼트를 방지하고 리튬 이온의 이동만 가능하게 하는 세퍼레이터(123)를 포함하여 이루어진다. 또한, 음극판(121)에는 하방으로 일정 길이 돌출되어 연장된 음극탭(124)이, 양극판(122)에는 상방으로 일정 길이 돌출된 양극탭(125, 129)이 각각 부착될 수 있으나, 도시된 예와 달리 그 돌출된 방향이 서로 바뀔 수도 있다. 여기서 '부착'이란, 용접, 접착 등의 수단을 이용해 서로 전기적으로 연결되도록, 즉 쇼트되도록 하는 것으로 이해될 수 있다.
도 1d에 예시된 바와 같이, 전극 조립체(120)는 이상적으로는 단면 형상이 원형이며, 권취되는 과정에서 그 권취 중심부(c)를 포함하는 빈 공간이 형성될 수 있는데 이를 코어 영역이라 할 수 있다. 다만, 도시된 예와 달리 코어 영역의 단면 형상이 항상 원형이어야만 하는 것은 아니다.
추가적으로 도 2를 참조하면, 도 1a 내지 도 1d에 도시된 이차전지의 전극 조립체가 권취 되기 이전을 도시한 분해 사시도가 도시되어 있다. 또한 도 3을 참조하면, 도 2에 도시된 전극 조립체를 갖는 이차전지의 횡단면도의 일부를 확대 도시한 확대 횡단면도가 도시되어 있다. 이하에서는 도 2 및 도 3을 참조하여, 본 발명의 이차전지와 전극 조립체의 구성을 구체적으로 설명하고자 한다.
우선 전극 조립체(120)의 상기 음극판(121)은 구리(Cu) 또는 니켈(Ni)로 이루어진 판형의 금속 포일인 음극집전판(121a)의 양면에 전이금속 산화물로 이루어진 활물질인 음극코팅층(121b)이 코팅되어 있다. 상기 음극판(121)은 음극집전판(121a)의 일면에 음극탭(124)이 부착되어 있다. 상기 음극탭(124)은 음극집전판(121a)에 일부가 용접되어 부착될 수 있으며, 전극 조립체(120)의 길이방향에서 하부로 일정길이 돌출된다.
또한 음극집전판(121a)은 음극탭(124)이 부착된 일면의 권취 방향(x)측과, 권취 방향(x) 반대측인 양측에, 음극코팅층(121b)이 형성되지 않은 제1 음극무지부(121c)가 구비된다. 즉 음극탭(124)은 음극코팅층(121b)과 이격되도록 음극판(121)의 음극집전판(121a) 일면에 부착된다. 또한 음극집전판(121a)은 음극탭(124)이 부착된 일면의 반대면인 타면에도, 상기 음극탭(124)과 대응되는 영역과, 제1 음극무지부(121c)가 구비된 영역과 대응되는 영역에 음극코팅층(121b)이 형성되지 않은 제2 음극 무지부(121d)가 더 구비된다.
상기 음극탭(124)은 권취된 전극 조립체(120)의 횡단면에서, 권취 중심부(c)로부터 최외곽(o) 사이의 길이인 횡단면 반지름(r)의 1/5 내지 4/5 사이 중 어느 하나의 위치에 위치될 수 있다. 바람직하게, 음극탭(124)은 횡단면 반지름(r)의 대략 중심에 위치할 수 있다. 상기 음극탭(124)은 구리 또는 니켈 재질로 이루어질 수 있으나, 본 발명에서 이를 한정하는 것은 아니다.
우선 상기 양극판(122)은 알루미늄(Al)으로 이루어진 판형의 금속 포일인 양극집전판(122a)의 양면에 전이금속 산화물로 이루어진 활물질인 양극코팅층(122b)이 코팅되어 있다. 상기 양극판(122)는 양극집전판(122a)의 일면에 양극탭(125)이 부착되어 있다. 상기 양극탭(125)은 양극집전판(122a)에 일부가 용접되어 부착될 수 있으며, 전극 조립체(120)의 길이방향에서 상부로 일정길이 돌출된다.
상기 양극탭(125)은 권취된 전극 조립체(120)의 횡단면에서, 권취 중심부(c)로부터 최외곽(o)사이의 길이인 횡단면 반지름(r)의 1/5 내지 4/5 사이 중 어느 하나의 위치에 위치될 수 있다. 바람직하게, 양극탭(125)은 횡단면 반지름(r)의 대략 중심에 위치할 수 있다. 또한 양극탭(125)은 권취된 전극 조립체(120)에서 음극탭(124)과 세퍼레이터(123)를 중심으로 서로 마주보는 면에 위치할 수 있으나, 본 발명에서 이를 한정하는 것은 아니다. 상기 양극탭(125) 및 음극탭(124)은 도 4a 내지 도 4c에 도시된 바와 같이 권취된 양극판(122) 및 음극판(121)의 동일면에 위치할 수도 있으며, 양극판(122) 및 음극판(121)의 서로 반대면에 위치할 수도 있다. 여기서 동일면은 권취된 전극 조립체(120)에서 동일하게 최외측(o)을 향하는 면이거나, 동일하게 권취 중심부(c)를 향하는 면일 수 있다. 또한 반대면은 권취된 전극 조립체(120)에서 양극탭(125)이 최외측(o)을 향하는 면에 형성될 경우, 음극탭(124)이 권취 중심부(c)를 향하는 면에 형성된 것을 의미하거나 그 반대를 의미한다. 즉, 본 발명에서 포일 형태의 양극판(122)과 음극판(121)의 양면에서 양극탭(125)과 음극탭(124)이 부착되는 면을 한정하는 것은 아니다.
이와 같이 양극탭(125)과 음극탭(124)이 모두 권취된 전극 조립체(120)의 횡단면에서, 권취 중심부(c)로부터 최외곽(o)사이의 길이인 횡단면 반지름(r)의 1/5 내지 4/5 사이에 위치될 수 있으므로, 양극탭(125)과 음극탭(124)이 권취된 전극 조립체(120)에서 길이방향으로 동일 선상에 정렬되도록 위치할 수도 있다. 이때 양극탭(125)과 음극탭(124)은 그 동일 선상에서 서로 중첩되지 않도록 위치한다. 즉 양극탭(125)의 하부와 음극탭(124)의 상부는 서로 중첩되지 않도록 전극 조립체(120)의 길이방향 동일 선상에 위치할 수 있다. 이는 양극판(122) 및 음극판(121)에 비해서 두께가 두꺼운 양극탭(125)과 음극탭(124)이 전극 조립체(120)의 길이방향으로 서로 중첩될 경우 발생될 수 있는 전극 조립체(120)의 권취 진원률 저하를 방지하기 위함이다. 상기 전극 조립체(120)에서 양극탭(125)이 세퍼레이터(123)를 기준으로 음극탭(124)보다 외측에 위치할 수 있다. 상기 양극탭(125)은 알루미늄 재질로 이루어질 수 있으나, 본 발명에서 이를 한정하는 것은 아니다.
또한 양극판(122)은 양극탭(125)이 부착된 양극집전판(122a)의 일면에서 권취 방향(x)측과, 권취 방향(x) 반대측인, 양측에 양극코팅층(122b)이 형성되지 않은 제1 양극무지부(122c)가 구비된다. 즉 양극탭(125)은 양극코팅층(122b)과 이격되도록 양극판(122)의 양극집전판(122a) 일면에 부착된다. 또한 양극판(122)은 양극탭(125)이 부착된 일면의 반대면인 타면에도, 상기 양극탭(125)과 대응되는 영역과, 제1 양극무지부(122c)가 구비된 영역과 대응되는 영역에 양극코팅층(122b)이 형성되지 않은 제2 양극무지부(122d)가 더 구비된다.
또한 양극판(122)은 제2 양극무지부(122d)가 권취방향(x)의 반대쪽으로 더 연장되어 형성된다. 즉, 양극판(122)은 양극집전판(122a)의 타면에서, 양극탭(125)이 부착된 영역으로부터 권취방향(x)의 반대쪽으로 일정 길이 양극코팅층(122b)이 형성되지 않은 제2 양극무지부(122d)가 더 구비될 수 있다. 바람직하게 제2 양극무지부(122d)는 권취된 양극판(122)에서 양극탭(125)이 부착된 부분에서 한 턴(turn) 권취 중심부(c) 방향으로 연장된다. 이와 같은 제2 양극무지부(122d)로 인해서, 양극판(122)은 양극탭(125)으로부터, 권취방향(x)의 반대쪽으로 한 턴 연장된 양극반코팅부(122e)를 구비한다. 여기서 양극반코팅부(122e)는 양극집전판(122a)의 하나의 면에만 양극코팅층(122b)이 형성된 것을 의미한다. 도 2 및 도 3에서는 양극반코팅부(122e)가 양극탭이 부착된 일면에 양극코팅층이 형성되고, 반대면인 타면에 무지부가 형성된 것으로 도시하였으나 그 반대도 가능하다.
이때, 권취된 전극 조립체(120)는 음극탭(124)이 부착된 부분의 음극판(121)과 가장 인접한 내측 및 외측의 양극판(122)에서 양극탭(125)이 부착되지 않은 양극판(122)의 영역에는 양극반코팅부(122e)가 구비된다. 여기서 내측은 음극판(121)을 중심으로 권취중심부(c)방향에 가장 인접한 양극판 영역을 의미하고, 외측은 음극판(121)을 중심으로 최외측(o)방향에 가장 인접한 양극판 영역을 의미한다. 이와 같이 양극판(122)은 음극탭(124)과 대응되는 위치에 양극반코팅부(122e)를 형성하여, 과충전시 리튬이 석출되는 것을 방지할 수 있다.
전극 조립체(120)의 음극탭(124)은 케이스(110)의 바닥부(111)에 용접될 수 있다. 따라서 케이스(110)는 음극으로 동작할 수 있다. 물론, 반대로 제1 및 제2 양극탭(125, 129)이 케이스(110)의 바닥부(111)에 용접될 수 있으며, 이러한 경우 케이스(110)는 양극으로 동작할 수 있다.
더불어, 케이스(110)에 결합되며, 중앙에 제1홀(126a) 및 그 외측에 제2홀(126b)이 형성된 제1 절연판(126)이 전극 조립체(120)와 바닥부(111)의 사이에 개재될 수 있다. 이러한 제1 절연판(126)은 전극 조립체(120)가 케이스(110) 중 바닥부(111)에 전기적으로 접촉되지 않도록 하는 역할을 할 수 있다. 특히, 제1 절연판(126)은 전극 조립체(120) 중 양극판(122)이 바닥부(111)에 전기적으로 접촉되지 않도록 하는 역할을 할 수 있다. 여기서, 제1 홀(126a)은 이차 전지의 이상에 의해 다량의 가스가 발생하였을 경우, 가스가 상부로 신속히 이동하도록 하는 역할을 하고, 제2 홀(126b)은 음극탭(124)이 관통하여 바닥부(111)에 용접될 수 있도록 하는 역할을 할 수 있다. 추가적으로, 전극 조립체(120)는 대략 중심에 속이 빈 원형 파이프 형태의 센터핀(미도시)이 더 구비되어, 이차 전지 이상시 생성된 다량의 가스가 센터핀의 내부 통로를 통해 용이하게 배출될 수 있다.
또한, 케이스(110)에 결합되며, 중앙에 제1 홀(127a) 및 그 외측에 다수의 제2 홀(127b)이 형성된 제2 절연판(127)이 전극 조립체(120)와 캡 조립체(130)의 사이에 개재될 수 있다. 이러한 제2 절연판(127)은 전극 조립체(120)가 캡 조립체(130)에 전기적으로 접촉되지 않도록 하는 역할을 할 수 있다. 특히, 제2 절연판(127)은 전극 조립체(120) 중 음극판(121)이 캡 조립체(130)에 전기적으로 접촉하지 않도록 하는 역할을 할 수 있다. 여기서, 제1홀(127a)은 이차 전지의 이상에 의해 다량의 가스가 발생하였을 경우, 가스가 캡 조립체(130)로 신속히 이동하도록 하는 역할을 하고, 제2홀(127b)은 양극탭(125)이 관통하여 캡 조립체(130)에 용접될 수 있도록 하는 역할을 할 수 있다. 또한 나머지 제2홀(127b)은 전해액 주입 공정에서, 전해액이 상기 전극 조립체(120)로 신속히 흘러 들어가도록 하는 역할을 할 수 있다. 상기 전해액은 충방전시 전지 내부의 양극판 및 음극판에서 전기화학적 반응에 의해 생성되는 리튬 이온의 이동 매체 역할을 할 수 있다.
캡 조립체(130)는 다수의 관통홀(131d)이 형성된 캡 업(cap-up)(131), 캡 업(131)의 하부에 설치된 안전 플레이트(133), 안전 플레이트(133)의 하부에 설치된 연결링(135), 연결링(135)에 결합되고 제1 및 제2 관통홀(136a, 136b)이 형성된 캡 다운(cap-down)(136), 캡 다운(136)의 하부에 고정되어 양극탭(125)과 전기적으로 접속된 서브 플레이트(137), 그리고 캡 업(131) 및 안전 플레이트(133), 연결링(135) 및 캡 다운(136)을 케이스(110)의 측부(111)로부터 절연시키는 절연 가스켓(138)을 포함할 수 있다.
여기서, 절연 가스켓(138)은 실질적으로 케이스(110)의 측부(111)에 형성된 비딩부(113)와 크림핑부(114)의 사이에 압착된 형태를 가질 수 있다. 또한, 상기 캡 업(131)에 형성된 관통홀(131d)과, 상기 캡 다운(136)에 형성된 관통홀(136b)은 케이스(110)의 내부에서 이상 내압 발생시 내부 가스를 외부로 배출하는 역할을 할 수 있다. 물론, 이러한 내압에 의해 우선 안전 플레이트(133)가 상부 방향으로 반전되면서 서브 플레이트(137)와 전기적으로 분리되고, 이후 안전 플레이트(133)가 찢어지면서 내부의 가스가 외부로 방출될 수 있다.
도 5를 참조하면, 도 1a 내지 도 1d에 도시된 이차전지의 전극 조립체가 권취 되기 이전을 도시한 단면도의 다른 실시예가 도시되어 있다. 또한 도 6을 참조하면 도 5에 도시된 전극 조립체가 권취된 후, 횡단면도를 일부 확대 도시한 확대 횡단면도가 도시되어 있다.
이와 같이 도 5 및 도 6에 도시된 이차전지의 케이스(110), 전극 조립체(120)의 음극판(121), 전극 조립체(120)의 세퍼레이터(123) 및 캡 조립체(130)의 구성은 도 1a, 도 1b 및 도 1d에 도시된 이차전지(100)와 동일할 수 있다. 따라서, 이하에서는 도 1a, 도 1b, 도 1d, 도 5 및 도 6을 참조하여, 이차전지의 전극 조립체(220)의 양극판(122)의 구성을 위주로 설명하고자 한다.
상기 양극판(122)은 알루미늄(Al)으로 이루어진 판형의 금속 포일인 양극집전판(122a)의 양면에 전이금속 산화물로 이루어진 활물질인 양극코팅층(122b)이 코팅되어 있다. 상기 양극판(122)은 양극집전판(122a)의 일면에 양극탭(125)이 부착되어 있다. 상기 양극탭(125)은 양극집전판(122a)에 일부가 용접되어 부착될 수 있으며, 전극 조립체(220)의 길이방향에서 상부로 일정 길이 돌출된다.
상기 양극탭(125)은 권취된 전극 조립체(220)의 횡단면 반지름(r)의 대략 중심에 위치할 수 있다. 또한 양극탭(125)은 권취된 전극 조립체(220)에서 음극탭(124)과 세퍼레이터(123)를 중심으로 서로 마주보도록 동일한 위치에 위치할 수 있으나, 본 발명에서 이를 한정하는 것은 아니다. 상기 양극탭(125)과 음극탭(124)은 도 4a 내지 도 4c에 도시된 바와 같이 권취된 양극판(122) 및 음극판(121)의 동일면에 위치할 수도 있으며, 양극판(122) 및 음극판(121)의 서로 반대면에 위치할 수도 있다. 즉, 본 발명에서 포일 형태의 양극판(122)과 음극판(121)의 양면에서 각각 양극탭(125)과 음극탭(124)이 부착되는 면을 한정하는 것은 아니다.
또한 양극탭(125)과 음극탭(124)은 권취된 전극 조립체(220)에서 길이방향으로 동일 선상에 정렬되도록 위치할 수 있다. 또한 양극탭(125)과 음극탭(124)은 권취된 전극 조립체(220)에서 길이방향으로 서로 중첩되지 않도록 위치한다. 이는 양극판(122) 및 음극판(121)에 비해서 두께가 두꺼운 양극탭(125)과 음극탭(124)이 전극 조립체(220)의 길이방향으로 서로 중첩될 경우 발생될 수 있는 전극 조립체(220)의 권취 진원률 저하를 방지하기 위함이다. 상기 전극 조립체(220)에서 양극탭(125)이 세퍼레이터(123)를 기준으로 음극탭(124)보다 외측에 위치하는 양극판(122) 영역에 위치할 수 있다. 상기 양극탭(125)은 알루미늄 재질로 이루어질 수 있으나, 본 발명에서 이를 한정하는 것은 아니다.
또한 양극판(122)은 양극탭(125)이 부착된 양극집전판(122a)의 일면에서 권취 방향(x)측과, 권취 방향(x) 반대측인, 양측에 양극코팅층(122b)이 형성되지 않은 제1 양극무지부(122c)가 구비된다. 즉 양극탭(125)은 양극코팅층(122b)과 이격되도록 양극판(122)의 양극집전판(122a) 일면에 부착된다. 또한 양극판(122)은 양극탭(125)이 부착된 일면의 반대면인 타면에도, 상기 양극탭(125)과 대응되는 영역과, 제1 양극무지부(122c)가 구비된 영역과 대응되는 영역에 양극코팅층(122b)이 형성되지 않은 제2 양극무지부(122d)가 더 구비된다.
또한 양극판(122)은 권취된 전극 조립체(220)에서, 음극탭(124)이 부착된 부분의 음극판(121)과 가장 인접한 내측 및 외측의 양극판(122)에서 양극탭(125)이 부착되지 않은 양극판(122)에는 양극반코팅부(222e)가 구비된다. 여기서 양극반코팅부(222e)는 양극집전판(122a)의 하나의 면에만 양극코팅층(122b)이 형성되고 반대면은 양극코팅층(122b)이 형성되지 않은 무지부로 이루어진 것을 의미한다. 상기 양극반코팅부(222e)는 권취된 전극 조립체(220)에서, 음극탭(124)이 부착된 부분의 음극판(121)과 가장 인접한 내측의 양극판(122) 영역에 구비된다.
여기서 내측은 음극판(121)을 중심으로 권취중심부(c)방향에 위치하는 양극판의 영역을 의미하고, 외측은 음극판(121)을 중심으로 최외측(o)방향에 위치하는 양극판의 영역을 의미한다. 또한 양극반코팅부(222e)는 제1 음극무지부(121c) 및 제2 음극무지부(121d) 보다 길이방향과 수직한 폭이 더 넓게 형성될 수 있다. 이는 전극 조립체(220)가 권취될 때, 양극탭(125), 음극탭(124) 및 양극반코팅부(222e)의 정렬이 어긋나는 것을 방지하기 위함이다.
또한 양극반코팅부(222e)는 도 5 및 도 6에서 양극탭(125)이 부착된 일면에 양극코팅부(122b)가 형성되고, 반대면인 타면에 무지부가 형성된 것으로 도시하였으나 그 반대도 가능하다. 이와 같이 양극판(122)은 음극탭(124) 대응되는 위치에 양극반코팅부(222e)를 형성하여, 이차전지 과충전시 리튬이 석출되는 것을 방지할 수 있다.
도 7을 참조하면, 도 1a 내지 도 1d에 도시된 이차전지의 전극 조립체가 권취 되기 이전을 도시한 단면도의 다른 실시예가 도시되어 있다. 또한 도 8을 참조하면, 도 7에 도시된 전극 조립체가 권취된 후, 횡단면도를 일부 확대 도시한 확대 횡단면도가 도시되어 있다.
이와 같이 도 7 및 도 8에 도시된 이차전지의 케이스(110), 전극 조립체(120)의 음극판(121), 전극 조립체(120)의 세퍼레이터(123) 및 캡 조립체(130)의 구성은 도 1a, 도 1b 및 도 1d에 도시된 이차전지(100)와 동일할 수 있다. 따라서, 이하에서는 도 1a, 도 1b, 도 1d, 도 7 및 도 8을 참조하여, 이차전지의 전극 조립체(320)의 양극판(122)의 구성을 위주로 설명하고자 한다.
상기 양극판(122)은 알루미늄(Al)으로 이루어진 판형의 금속 포일인 양극집전판(122a)의 양면에 전이금속 산화물로 이루어진 활물질인 양극코팅층(122b)이 코팅되어 있다. 상기 양극판(122)는 양극집전판(122a)의 일면에 양극탭(125)이 부착되어 있다. 상기 양극탭(125)은 양극집전판(122a)에 일부가 용접되어 부착될 수 있으며, 전극 조립체(320)의 길이방향에서 상부로 일정길이 돌출된다.
상기 양극탭(125)은 권취된 전극 조립체(220)의 횡단면 반지름(r)의 대략 중심에 위치할 수 있다. 또한 양극탭(125)은 권취된 전극 조립체(320)에서 음극탭(124)과 세퍼레이터(123)를 중심으로 서로 마주보도록 동일한 위치에 위치할 수 있으나, 본 발명에서 이를 한정하는 것은 아니다. 상기 양극탭(125)과 음극탭(124)은 도 4a 내지 도 4c에 도시된 바와 같이 권취된 양극판(122) 및 음극판(121)의 동일면에 위치할 수도 있으며, 양극판(122) 및 음극판(121)의 서로 반대면에 위치할 수도 있다. 즉, 본 발명에서 포일 형태의 양극판(122)과 음극판(121)의 양면에서 각각 양극탭(125)과 음극탭(124)이 부착되는 면을 한정하는 것은 아니다.
또한 양극탭(125)과 음극탭(124)은 권취된 전극 조립체(320)에서 길이방향으로 동일 선상에 정렬되도록 위치할 수 있다. 또한 양극탭(125)과 음극탭(124)은 권취된 전극 조립체(320)에서 길이방향으로 서로 중첩되지 않도록 위치한다. 이는 양극판(122) 및 음극판(121)에 비해서 두께가 두꺼운 양극탭(125)과 음극탭(124)이 전극 조립체(320)의 길이방향으로 서로 중첩될 경우 발생될 수 있는 전극 조립체(320)의 권취 진원률 저하를 방지하기 위함이다. 상기 전극 조립체(320)에서 양극탭(125)이 세퍼레이터(123)를 기준으로 음극탭(124)이 부착된 부분의 음극판(121)보다 내측에 위치할 수 있다. 상기 양극탭(125)은 알루미늄 재질로 이루어질 수 있으나, 본 발명에서 이를 한정하는 것은 아니다.
또한 양극판(122)은 양극탭(125)이 부착된 양극집전판(122a)의 일면에서 권취 방향(x)측과, 권취 방향(x) 반대측인, 양측에 양극코팅층(122b)이 형성되지 않은 제1 양극무지부(122c)가 구비된다. 즉 양극탭(125)은 양극코팅층(122b)과 이격되도록 양극판(122)의 양극집전판(122a) 일면에 부착된다. 또한 양극판(122)은 양극탭(125)이 부착된 일면의 반대면인 타면에도, 상기 양극탭(125)과 대응되는 영역과, 제1 양극무지부(122c)가 구비된 영역과 대응되는 영역에 양극코팅층(122b)이 형성되지 않은 제2 양극무지부(122d)가 더 구비된다.
또한 양극판(122)은 제2 양극무지부(122d)가 권취방향(x) 쪽으로 더 연장되어 형성된다. 즉, 양극판(122)은 양극집전판(122a)의 타면에서, 양극탭(125)이 부착된 영역으로부터 권취방향(x)쪽으로 일정 길이 양극코팅층(122b)이 형성되지 않은 제2 양극무지부(122d)가 더 구비될 수 있다. 바람직하게 제2 양극무지부(122d)는 권취된 양극판(122)에서 양극탭(125)이 부착된 부분에서 한 턴(turn) 최외측(o) 방향으로 연장된다. 이와 같은 제2 양극무지부(122d)로 인해서, 양극판(122)은 양극탭(125)으로부터, 권취방향(x)쪽으로 한 턴 연장된 양극반코팅부(322e)를 구비한다. 여기서 양극반코팅부(322e)는 양극집전판(122a)의 하나의 면에만 양극코팅층(122b)이 형성된 것을 의미한다. 도 7 및 도 8에서는 양극반코팅부(322e)가 양극탭(125)이 부착된 일면에 양극코팅부(122b)가 형성되고, 반대면인 타면에 무지부가 형성된 것으로 도시하였으나 그 반대도 가능하다.
이때, 권취된 전극 조립체(320)는 음극탭(124)이 부착된 부분의 음극판(121)과 가장 인접한 내측 및 외측의 양극판(122)에서 양극탭(125)이 부착되지 않은 양극판(122)에는 양극반코팅부(322e)가 구비된다. 여기서 내측은 음극판(121)을 중심으로 권취중심부(c)방향에 위치하는 양극판을 의미하고, 외측은 음극판(121)을 중심으로 최외측(o)방향에 위치하는 양극판을 의미한다. 이와 같이 양극판(122)은 음극탭(124) 대응되는 위치에 양극반코팅부(322e)를 형성하여, 과충전시 리튬이 석출되는 것을 방지할 수 있다.
도 9를 참조하면, 도 1a 내지 도 1d에 도시된 이차전지의 전극 조립체가 권취 되기 이전을 도시한 단면도의 다른 실시예가 도시되어 있다. 또한 도 10을 참조하면 도 9에 도시된 전극 조립체가 권취된 후, 횡단면도를 일부 확대 도시한 확대 횡단면도가 도시되어 있다.
이와 같이 도 9 및 도 10에 도시된 이차전지의 케이스(110),전극 조립체(120)의 음극판(121), 전극 조립체(120)의 세퍼레이터(123) 및 캡 조립체(130)의 구성은 도 1a, 도 1b 및 도 1d에 도시된 이차전지(100)와 동일할 수 있다. 따라서, 이하에서는 도 1a, 도 1b, 도 1d, 도 9 및 도 10을 참조하여, 이차전지의 전극 조립체(420)의 양극판(122)의 구성을 위주로 설명하고자 한다.
상기 양극판(122)은 알루미늄(Al)으로 이루어진 판형의 금속 포일인 양극집전판(122a)의 양면에 전이금속 산화물로 이루어진 활물질인 양극코팅층(122b)이 코팅되어 있다. 상기 양극판(122)은 양극집전판(122a)의 일면에 양극탭(125)이 부착되어 있다. 상기 양극탭(125)은 양극집전판(122a)에 일부가 용접되어 부착될 수 있으며, 전극 조립체(420)의 길이방향에서 상부로 일정길이 돌출된다.
상기 양극탭(125)은 권취된 전극 조립체(420)의 횡단면 반지름(r)의 대략 중심에 위치할 수 있다. 또한 양극탭(125)은 권취된 전극 조립체(420)에서 음극탭(124)과 세퍼레이터(123)를 중심으로 서로 마주보도록 동일한 위치에 위치할 수 있으나, 본 발명에서 이를 한정하는 것은 아니다. 상기 양극탭(125)과 음극탭(124)은 도 4a 내지 도 4c에 도시된 바와 같이 권취된 양극판(122) 및 음극판(121)의 동일면에 위치할 수도 있으며, 양극판(122) 및 음극판(121)의 서로 반대면에 위치할 수도 있다. 즉, 본 발명에서 포일 형태의 양극판(122)과 음극판(121)의 양면에서 각각 양극탭(125)과 음극탭(124)이 부착되는 면을 한정하는 것은 아니다.
또한 양극탭(125)과 음극탭(124)은 권취된 전극 조립체(420)에서 길이방향으로 동일 선상에 정렬되도록 위치할 수 있다. 또한 양극탭(125)과 음극탭(124)은 권취된 전극 조립체(420)에서 길이방향으로 서로 중첩되지 않도록 위치한다. 이는 양극판(122) 및 음극판(121)에 비해서 두께가 두꺼운 양극탭(125)과 음극탭(124)이 전극 조립체(420)의 길이방향으로 서로 중첩될 경우 발생될 수 있는 전극 조립체(420)의 권취 진원률 저하를 방지하기 위함이다. 상기 전극 조립체(420)에서 양극탭(125)이 세퍼레이터(123)를 기준으로 음극탭(124)이 부착된 부분의 음극판(121)보다 내측에 위치할 수 있다. 상기 양극탭(125)은 알루미늄 재질로 이루어질 수 있으나, 본 발명에서 이를 한정하는 것은 아니다.
또한 양극판(122)은 양극탭(125)이 부착된 양극집전판(122a)의 일면에서 권취 방향(x)측과, 권취 방향(x) 반대측인, 양측에 양극코팅층(122b)이 형성되지 않은 제1 양극무지부(122c)가 구비된다. 즉 양극탭(125)은 양극코팅층(122b)과 이격되도록 양극판(122)의 양극집전판(122a) 일면에 부착된다. 또한 양극판(122)은 양극탭(125)이 부착된 일면의 반대면인 타면에도, 상기 양극탭(125)과 대응되는 영역과, 제1 양극무지부(122c)가 구비된 영역과 대응되는 영역에 양극코팅층(122b)이 형성되지 않은 제2 양극무지부(122d)가 더 구비된다.
또한 양극판(122)은 권취된 전극 조립체(420)에서, 음극탭(124)이 부착된 부분의 음극판(121)과 가장 인접한 내측 및 외측의 양극판(122)에서 양극탭(125)이 부착되지 않은 양극판(122)에는 양극반코팅부(422e)가 구비된다. 여기서 양극반코팅부(422e)는 양극집전판(122a)의 하나의 면에만 양극코팅층(122b)이 형성되고 반대면은 양극코팅층(122b)이 형성되지 않은 무지부로 이루어진 것을 의미한다. 상기 양극반코팅부(422e)는 권취된 전극 조립체(420)에서, 음극탭(124)이 부착된 부분의 음극판(121)과 가장 인접한 외측의 양극판(122)에 구비된다.
여기서 내측은 음극판(121)을 중심으로 권취중심부(c)방향에 위치하는 양극판을 의미하고, 외측은 음극판(121)을 중심으로 최외측(o)방향에 위치하는 양극판을 의미한다. 또한 양극반코팅부(422e)는 제1 음극무지부(121c) 및 제2 음극무지부(121d) 보다 길이방향과 수직한 폭이 더 넓게 형성될 수 있다. 이는 전극 조립체(420)가 권취될 때, 양극탭(125), 음극탭(124) 및 양극반코팅부(422e)의 정렬이 어긋나는 것을 방지하기 위함이다.
또한 양극반코팅부(422e)는 도 9 및 도 10에서 양극탭(125)이 부착된 일면에 양극코팅부(122b)가 형성되고, 반대면인 타면에 무지부가 형성된 것으로 도시하였으나 그 반대도 가능하다. 이와 같이 양극판(122)은 음극탭(124)과 대응되는 위치에 양극반코팅부(422e)를 형성하여, 이차전지 과충전시 리튬이 석출되는 것을 방지할 수 있다. 도 11을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따라, 도 1a 내지 도 1d에 도시된 이차 전지의 전극 조립체(120)를 권취되기 이전의 상태로 도시한 단면도가 도시되어 있다. 도 11에는 음극판(121), 양극판(122), 세퍼레이터(123), 음극탭(124), 양극탭(125, 129) 등이 도시되어 있으나, 설명의 편의를 위해 이들은 실제 스케일대로 도시된 것이 아니므로, 예컨대 음극탭(124)이나 양극탭(125, 129)의 두께가 도시된 것에 비해 더 두껍고 더 폭넓을 수 있거나, 양극무지부(122c, 122d)가 도시된 것보다 더 길게 형성될 수 있다는 점에 주의하여야 한다. 아울러 도 12를 참조하면, 도 11에 도시된 전극 조립체가 권취된 상태에서의 횡단면도의 일부를 확대 도시한 확대 횡단면도가 도시되어 있다. 이하에서는 도 11 및 도 12를 참조하여, 본 발명의 이차 전지와 전극 조립체의 구성을 보다 상세히 설명한다.
전극 조립체(120) 중 음극판(121)은 구리(Cu) 또는 니켈(Ni)로 이루어진 판형의 금속 포일인 음극 집전체(121a)의 양면에 전이금속 산화물로 이루어진 활물질인 음극 코팅층(121b)이 코팅되어 있다. 음극 집전체(121a)의 일면에 음극탭(124)이 부착되어 있다. 상기 음극탭(124)은 음극 집전체(121a)에 일부가 용접되어 부착될 수 있으며, 전극 조립체(120)의 길이방향에 대해, 예컨대 하방으로 일정 길이 돌출될 수 있다(도 1c 참조). 그러나 음극탭(124)이 반드시 전극 조립체(120)의 길이방향에 대해 하방으로 돌출되어야 하는 것은 아니며, 필요에 따라 다른 방향으로 돌출될 수도 있다.
음극판(121)은 예컨대 도 2의 도면방향을 기준으로 좌측부터 우측으로(도 2의 x방향으로) 권취될 수 있다. 이하에서는 이 x방향을 권취 방향으로 지칭하며, 편의상 도 2의 도면방향을 기준으로 음극판(121)의 좌측 끝단을 선단, 우측 끝단을 후단이라 한다. 권취 완료된 상태에서 음극판(121)의 선단은 코어 영역에 접하게 된다(도 1d 참조).
또한 음극판(121)에는 음극 집전체(121a)에 음극 코팅층(121b)이 형성되지 않은 채로 음극 집전체(121a)가 노출된 1차 제1 음극무지부(121c) 및 1차 제2 음극무지부(121d), 즉 1차 음극무지부(121c, 121d)가 형성된다. 음극탭(124)은 1차 음극무지부(121c, 121d)에서 음극 집전체(121a)에 부착될 수 있는데, 도 11에서는 특히 1차 제1 음극무지부(121c)에 부착된 것으로 예시되어 있다. 1차 제1 음극무지부(121c)의 권취 방향을 따른 폭은 음극탭(124)의 같은 방향으로의 폭보다 넓어서, 음극탭(124)이 부착된 후에도 음극 집전체(121a)의 일부가 노출될 수 있다. 1차 음극무지부(121c, 121d)는 특히 도 11에서 음극 집전체(121a)의 아래쪽 면과 윗쪽 면 각각에 형성되어 있으나, 음극 집전체(121a)의 두 면 중 음극탭(124)이 부착될 면에 1차 제1 음극무지부(121c)만이 형성될 수도 있다.
음극탭(124)은 권취된 전극 조립체(120)의 횡단면에서, 권취 중심부(c)로부터 최외측(o) 사이의 길이인 횡단면 반지름(r)의 1/5 내지 4/5 사이 중 어느 하나의 위치에 위치될 수 있다(도 1d 참조). 바람직하게, 음극탭(124)은 횡단면 반지름(r)의 대략 중심에 위치할 수 있다. 음극탭(124)은 구리 또는 니켈 재질로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니어서 다른 재질로 이루어질 수도 있다.
음극판(121)의 후단에는 2차 음극무지부(128)가 형성된다. 2차 음극무지부(128)는 아래에서 다시 설명되는 바와 같이 케이스(110)의 내측면에 직접 부착될 수 있으며 따라서 전극으로서 기능할 수 있다. 따라서 음극판(121)은 하나의 음극탭(124)과 2차 음극무지부(128)를 가지고 2개의 음극탭이 있는 것과 같이 기능할 수 있으며, 이로써 전체적인 전극탭의 수를 최소화할 수 있다. 2차 음극무지부(128)는 음극 집전체(121a)의 양면 모두에서 음극 코팅층(121b)이 형성되지 않은 것으로 예시되어 있는데, 필요에 따라 음극 집전체(121a)의 바깥쪽 면, 권취된 상태에서 최외측(o)을 향하는 면에서만 음극 코팅층이 형성되지 않은 것에 의해 형성될 수도 있다.
양극판(122)은 알루미늄(Al)으로 이루어진 판형의 금속 포일인 양극 집전체(122a)의 양면에 전이금속 산화물로 이루어진 활물질인 양극 코팅층(122b)이 코팅되어 있다. 양극 집전체(122a)의 일면에 양극탭(125, 129)이 부착되어 있다. 양극탭(125, 129)은 양극 집전체(122a)에 용접되어 부착될 수 있으며, 전극 조립체(120)의 길이방향을 기준으로 상방으로 일정 길이 돌출될 수 있다(도 1c 참조). 그러나 앞서 설명한 음극탭(124)의 경우와 마찬가지로, 양극탭(125, 129) 역시 돌출되는 방향은 필요에 따라 달라질 수 있어서, 예컨대 음극탭(124)이 상방으로, 양극탭(125, 129)이 하방으로 돌출되거나, 음극탭(124)과 양극탭(125, 129)이 같은 방향으로 돌출될 수도 있다.
양극탭(125, 129)은 제1 양극탭(125)과 제2 양극탭(129)으로 구별하여 예시하고 있는데, 제2 양극탭(129)은 제1 양극탭(125)과는 위치에서만 차이가 있으며, 달리 설명하지 않는 한 제1 양극탭(125)에 대한 설명이 제2 양극탭(129)에도 동일하게 적용될 수 있다.
제1 양극탭(125)은 권취된 전극 조립체(120)의 횡단면에서, 권취 중심부(c)로부터 최외측(o)사이의 길이인 횡단면 반지름(r)의 1/5 내지 4/5 사이 중 어느 하나의 위치에 위치될 수 있다. 바람직하게, 제1 양극탭(125)은 횡단면 반지름(r)의 대략 중심에 위치할 수 있다. 이는 물론 제2 양극탭(129)에도 동일하게 적용될 수 있다. 제1 양극탭(125)의 위치에 대한 이런 고려는 음극탭(124)의 경우에 대해 설명한 바와 같은 이유에서이다. 또한 양극탭(125)은 권취된 전극 조립체(120)의 각 음극 집전체(121a) 및 양극 집전체(122a)에서 세퍼레이터(123)를 중심으로 음극탭(124)과 서로 마주보는 각 면에 위치할 수 있으나, 본 발명에서 이를 한정하는 것은 아니다. 즉, 양극탭(125) 및 음극탭(124)은 각각 음극 집전체(121a)와 양극 집전체(122a)의 다른 면에 위치될 수도 있다. 즉, 본 발명에서 포일 형태의 음극 집전체(121a)과 양극 집전체(122a)의 양면 중 양극탭(125)과 음극탭(124)이 부착되는 면을 한정하는 것은 아니다.
아울러, 도 12에서는 권취된 상태에서 제1 양극탭(125)이 세퍼레이터(123)를 기준으로 음극탭(124)보다 중심부(c)에 더 가까이 배치된 예를 도시하고 있으나, 제1 양극탭(125)이 음극탭(124)보다 최외측(o)에 더 가깝게 위치하도록 권취될 수도 있는데, 그 예가 도 13에 도시되어 있다.
양극판(122)에는 제1 양극탭(125)이 부착된 양극 집전체(122a)에서 양극 코팅층(122b)이 형성되지 않은 1차 제1 양극무지부(122c) 및 1차 제2 양극무지부(122d), 즉 1차 양극무지부(122c, 122d)가 형성된다. 즉 제1 양극탭(125)은 1차 제1 양극무지부(122c)에서 양극 집전체(122a)에 부착되는데, 1차 제1 양극무지부(122c)의 권취 방향으로의 폭은 제1 양극탭(125)의 같은 방향으로의 폭보다 넓어서, 제1 양극탭(125)이 부착된 후에도 양극 집전체(122a)의 일부가 노출될 수 있다. 1차 양극무지부(122c, 122d)는 특히 도 11에서 양극 집전체(122a)의 아래쪽 면과 윗쪽 면 각각에 형성되어 있으나, 양극 집전체(122a)의 두 면 중 양극탭(125)이 부착될 면에 1차 제1 양극무지부(122c)만 형성될 수도 있다.
한편 1차 제2 양극무지부(122d)는 권취 방향(x)을 따라 후단을 향해 연장되어 형성될 수 있다. 즉, 도 11에 예시된 바와 같이 양극 집전체(122a)의 아래쪽 면에 형성된 1차 제2 양극무지부(122d)가 제1 양극탭(125)이 부착된 영역으로부터 권취 방향(x)으로 일정 길이 연장됨으로써 양극코팅층(122b)이 형성되지 않은 양극반코팅부(122e)를 형성할 수 있다. 바람직하게는, 이 양극반코팅부(122e)는 권취된 상태에서 제1 양극탭(125)이 부착된 부분에서 보다 한 턴(turn) 앞에서 제1 양극탭(125)에 대응하는 위치에 배치될 수 있다. 바꾸어 말해, 권취된 상태에서 양극반코팅부(122e)는 제1 양극탭(125)과 반경(r) 방향으로 동일 직선 상에 위치될 수 있다. 이와 같이 양극 집전체(122a)의 아래쪽 면의 1차 제2 양극무지부(122d)를 대신하여, 위쪽 면의 1차 제1 양극무지부(122c)가 권취 방향(x)으로 연장되어 양극반코팅부를 형성할 수도 있으며, 양쪽 면 모두에서 권취 방향(x)으로 연장되어 양쪽 면 모두에 양극반코팅부가 형성될 수도 있다. 특히 전자의 경우 권취된 상태에서 제1 양극탭(125)이 부착된 부분보다 한 턴 뒤에서 제1 양극탭(125)에 대응하는 위치에 배치될 수 있다. 한편, 1차 양극무지부(122c, 122d)가 연장된 방향은 도 11의 예시와 같이 권취 방향(x)을 기준으로 제1 양극탭(125)로부터 후단을 향해 연장되는 것이 아니라, 반대로 선단을 향해 연장될 수도 있다. 이 경우에도 권취된 상태에서는 1차 양극무지부(122c, 122d)에 의한 양극반코팅부가 제1 양극탭(125)과 반경(r) 방향으로 동일 직선 상에 위치되는 것이 바람직하다.
제2 양극탭(129)은 제1 양극탭(125)으로부터 권취 방향(x)을 따라 이격되어 배치되어 있다. 제2 양극탭(129)의 부착을 위해 2차 양극무지부가 형성될 수 있는데, 2차 양극무지부는 본질적으로 1차 양극무지부(122c, 122d)와 동일할 수 있다. 즉, 제2 양극탭(129) 주변에도 양극반코팅부가 형성될 수 있다.
도 11에 도시된 예에서, 권취된 상태에서 제1 양극탭(125)과 1차 제2 양극무지부(122d)에 의한 양극반코팅부(122e)가 반경(r) 방향으로 동일 직선 상에 배치되면, 과충전시 리튬이 석출되는 것을 억제하는 데에 도움을 줄 수 있다.
도 14를 참조하면, 도 1a 내지 도 1d에 도시된 이차 전지의 전극 조립체를 권취되기 이전의 상태로 도시한 단면도의 다른 실시예가 도시되어 있다. 또한 도 15를 참조하면 도 14에 도시된 전극 조립체가 권취된 후, 횡단면도를 일부 확대 도시한 확대 횡단면도가 도시되어 있다.
이와 같이 도 14 및 도 15에 도시된 이차 전지의 케이스(110), 전극 조립체(120)의 음극판(121), 전극 조립체(120)의 세퍼레이터(123) 및 캡 조립체(130)의 구성은 도 1a 내지 도 1d에 도시된 이차 전지(100)와 동일할 수 있다. 따라서, 이하에서는 도 1a 내지 도 1d, 도 14 및 도 15를 참조하여, 이차 전지의 전극 조립체(120)의 양극판(122)의 구성을 위주로 앞선 실시예와 다른 부분을 설명한다.
양극판(122)에는 양극반코팅부(222e)가 1차 제2 양극무지부(122d)와는 이격되어 형성될 수 있다. 양극반코팅부(222e)는 1차 양극무지부와 2차 양극무지부 사이에 배치되지만 1차 양극무지부에 보다 인접하게 배치될 수 있다. 보다 바람직하게는, 양극반코팅부(222e)는 권취된 상태에서 1차 양극무지부(122c, 122d)보다 한 턴 뒤에서 제1 양극탭(125)에 대응하는 위치에 배치될 수 있다. 이와 같은 상태에서 양극반코팅부(222e)는 앞서 도 11을 참조로 예시된 실시예에서 권취 방향(x)을 따라 연장되어 양극반코팅부(122e)를 형성하는 1차 제2 양극무지부(122d)의 중간에 양극 코팅층(122b)을 단속적으로 형성한 결과에 상당할 수 있다. 이는 양극판(122) 전체에서 양극 코팅층(122b)이 형성된 구간의 길이를 늘이는 효과를 가질 수 있으며 전극 조립체의 두께, 권취된 전극 조립체의 반경 방향 크기 등에 따라 제1 양극탭(125)과 양극반코팅부(222e)가 반경 방향으로 동일한 직선 상에 위치되도록 하기 위해 설계자가 선택할 수 있는 다양성을 제시할 수 있다. 도 14 및 도 15에서 양극반코팅부(222e)는 양극 집전체(122a)의 도면방향을 기준으로 한 아래쪽 면에만 형성된 것으로 예시되어 있으나, 이를 대체하여 그 반대편 면에 형성될 수도 있으며, 양쪽 면 모두에 형성될 수도 있다. 도시하지 않은 다른 실시예에서, 양극반코팅부(222e)는 1차 양극무지부(122c, 122d)보다 선단측에 배치될 수 있으며, 이 경우 권취된 상태에서 양극반코팅부(222e)는 1차 양극무지부(122c, 122d)보다 한 턴 앞에서 제1 양극탭(125)에 대응하게 배치될 수 있다. 앞서 도 12 및 도 13을 참조로 설명한 바와 같이, 도 15에서는 권취된 상태에서 제1 양극탭(125)이 세퍼레이터(123)를 기준으로 음극탭(124)보다 중심부(c)에 더 가까이 배치된 예를 도시하고 있으나, 제1 양극탭(125)이 음극탭(124)보다 최외측(o)에 더 가깝게 위치하도록 권취될 수도 있다.

Claims (11)

  1. 양극 집전체와 상기 양극 집전체에 코팅된 양극 활물질을 포함하되, 상기 양극 집전체 중 상기 양극 활물질이 코팅되어 있지 않은 양극무지부가 형성된 양극판;
    음극 집전체와 상기 음극 집전체에 코팅된 음극 코팅층을 포함하되, 상기 음극 집전체 중 상기 음극 활물질이 코팅되어 있지 않은 음극무지부가 형성된 음극판;
    상기 양극판과 상기 음극판 사이에 개재된 세퍼레이터;
    상기 양극판의 양극집전체에 전기적으로 연결된 양극탭;
    상기 음극판의 음극집전체에 전기적으로 연결된 음극탭을 포함하고,
    상기 양극판, 음극판 및 세퍼레이터는 순차로 적층된 상태로 권취되는 전극 조립체에 있어서,
    상기 양극무지부는 상기 양극판의 권취방향에 따른 선단과 후단 사이에 배치되고,
    상기 양극탭은 상기 양극무지부에서 상기 양극집전체에 부착되며,
    상기 음극무지부는 상기 음극판의 권취방향에 따른 선단과 후단 사이에 형성된 1차 음극무지부와, 상기 음극판의 후단에 형성된 2차 음극무지부를 포함하고,
    상기 음극탭은 상기 1차 음극무지부에 배치되는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 양극무지부는 상기 양극판의 권취방향을 따른 선단과 후단 사이에 서로 이격되어 형성된 1차 양극무지부와 2차 양극무지부를 포함하고,
    상기 양극탭은 각각 상기 1차 양극무지부와 2차 양극무지부에 배치된 제1 양극탭 및 제2 양극탭을 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 1차 양극무지부는 상기 2차 양극무지부보다 상기 양극판의 선단에 더 가깝게 배치되고,
    상기 1차 양극무지부는 상기 권취방향을 따라 상기 제1 양극탭의 폭보다 넓은 폭으로 연장되어 양극반코팅부를 형성하고, 상기 양극반코팅부는 권취된 상태에서 상기 제1 양극탭으로부터 한 턴 안쪽에 위치되는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 1차 양극무지부는 상기 2차 양극무지부보다 상기 양극판의 선단에 더 가깝게 배치되고,
    상기 1차 양극무지부는 상기 권취방향을 따라 상기 제1 양극탭의 폭보다 넓은 폭으로 연장되어 양극반코팅부를 형성하고, 상기 양극반코팅부는 권취된 상태에서 상기 제1 양극탭으로부터 한 턴 바깥쪽에 위치되는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 양극판에는 상기 권취방향을 따라 상기 1차 양극무지부와 인접하게 이격된 위치에서 양극코팅층이 형성되지 않은 양극반코팅부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  6. 제5항에 있어서, 상기 양극반코팅부는 1차 양극무지부보다 선단측에 배치되어, 권취된 상태에서 상기 제1 양극탭으로부터 한 턴 안쪽에 위치되는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  7. 제5항에 있어서, 상기 양극반코팅부는 1차 양극무지부보다 후단측에 배치되어, 권취된 상태에서 상기 제1 양극탭으로부터 한 턴 바깥쪽에 위치되는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 제1 양극탭과 제2 양극탭은 권취된 상태에서 횡단면 반지름 방향으로 일직선 상에 배치되는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 양극탭과 음극탭은 권취된 상태에서 횡단면 반지름의 1/5 내지 4/5이 되는 영역 내에 배치되는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 양극탭과 음극탭은 권취된 상태에서 상기 전극 조립체의 길이방향을 따라 동일 선상에 배치되되, 상기 양극탭의 하부와 상기 음극탭의 상부가 서로 중첩되지 않도록 배치되는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  11. 제1항의 전극 조립체;
    내부 공간에 상기 전극 조립체와 전해액을 수용하는 케이스; 및
    상기 케이스의 상부에 결합되어 상기 케이스를 밀봉하는 캡 플레이트를 포함하고,
    상기 2차 음극무지부는 상기 케이스의 내면에 부착되는 이차전지.
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