WO2021085664A1 - 이차전지 - Google Patents

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WO2021085664A1
WO2021085664A1 PCT/KR2019/014400 KR2019014400W WO2021085664A1 WO 2021085664 A1 WO2021085664 A1 WO 2021085664A1 KR 2019014400 W KR2019014400 W KR 2019014400W WO 2021085664 A1 WO2021085664 A1 WO 2021085664A1
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electrode
pouch
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negative electrode
positive
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최순형
김선규
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주식회사 엘지에너지솔루션
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Definitions

  • the present invention relates to a pouch-type secondary battery, and more particularly, a positive electrode lead and a negative electrode lead are located in the middle of the upper or lower surface of the pouch to minimize the sealing portion, thereby increasing the capacity to volume and inside the electrode assembly. It relates to a secondary battery capable of reducing the current density deviation of.
  • lithium secondary batteries having a high energy density, a relatively high voltage, and a low self-discharge rate have been commercialized and widely used, and research and development for improving performance are being actively conducted.
  • the secondary battery has a structure in which an electrode assembly and an electrolyte (electrolyte) are embedded in a case such as a can or a pouch.
  • the electrode assembly has a structure in which a positive electrode, a separator, and a negative electrode are repeatedly stacked, but in general, the positive electrode, the separator, and the negative electrode are stacked and rolled together to be built into a case, and the positive electrode, the separator, and the negative electrode are cut to a certain size. It can be classified into a stacked type (stacked type) in which stacking is performed in the state.
  • the double stacked electrode assembly 2 is manufactured in a hexahedral shape having a square upper and lower surfaces as shown in FIG. 1, and is embedded in a pouch in which the upper portion 1a and the lower portion 1b are separated.
  • the upper portion 1a and the lower portion 1b of the pouch are sealed by applying heat and pressure at the edge portion (outside the portion indicated by the dotted line on the upper portion of the pouch).
  • the sealing portion formed in this way is formed on each rim of the pouch and occupies unnecessary space.
  • the sealing portion is a cause of increasing the size of the battery module and the battery pack.
  • the positive terminal 3b and the negative terminal 4b through which current moves are located on one side of the sealing portion.
  • the structure in which the positive terminal 3b connected to the positive electrode tab 3a and the negative terminal 4b connected to the negative electrode tab 4a are arranged skewed on either side increases the current density deviation inside the electrode assembly 2 It could act as a cause of heat generation and electrode deterioration.
  • the present invention can increase the capacity to volume by minimizing the number and area of the sealing parts, and the positive and negative terminals are located in the center so that the current density deviation inside the electrode assembly (current density in the vicinity of the positive and negative terminals)
  • the main purpose is to provide a secondary battery that can reduce the difference in current density at a distance from the positive terminal and the negative terminal).
  • the present invention for achieving the above object is, in a secondary battery in which an electrode assembly having a positive electrode tab connected between positive electrodes and a negative electrode tab connected between negative electrodes is embedded in a pouch, has a quadrangular shape in which four sides are formed, but facing each other.
  • An electrode assembly in which a space portion, which is an empty space, is formed between the two sides, and a positive electrode tab and a negative electrode tab are positioned within the space portion; An anode lead having one end connected to the anode tab; A negative electrode lead having one end connected to the negative electrode tab; And a pouch in which the electrode assembly is embedded, wherein the other end of the anode lead and the other end of the cathode lead penetrate the pouch and protrude to the outside, and protrude from one of the largest surfaces formed in the pouch.
  • the electrode assembly is formed with holes penetrating both sides along the thickness direction between two horizontal sides facing each other and between two vertical sides facing each other to form a space.
  • the positive electrode tab and the negative electrode tab positioned in the space are spaced apart by a predetermined length.
  • the hole forming the space is formed in a square shape.
  • the pouch has a square shape with four sides, but with three sides closed, only one side is opened to insert the electrode assembly, and when the electrode assembly is inserted, the opened side and the anode lead and the cathode lead protrude. The sealing of the part is made.
  • the present invention additionally provides a configuration in which two sub-electrode assemblies are provided. That is, the electrode assembly is composed of two sub-electrode assemblies protruding from the same side of the positive electrode tab and the negative electrode tab, and the sub-electrode assemblies are arranged so that the positive electrode tab and the negative electrode tab face each other. The tabs and negative electrode tabs are connected to each other, and the sub-electrode assemblies are spaced apart from each other to form a space therebetween.
  • the bonding of the positive electrode tabs and the bonding of the negative electrode tabs occurs when one of the positive electrode tabs is placed underneath, the other is placed thereon and in contact with each other in surface contact, and thermal fusion occurs through ultrasonic waves.
  • the positive electrode lead is bonded together with the positive electrode tabs in a state placed on one of the positive electrode tabs on the upper side when the positive electrode tabs are bonded to each other, and the negative electrode lead is any one placed on the upper side when the negative electrode tabs are bonded to each other. It is bonded together with the negative electrode tabs in the state of being placed on the negative electrode tabs.
  • the pouch is configured by connecting two sub-pouches into which the sub-electrode assemblies are inserted, and each of the sub-pouches has a square shape, but only one side to which the anode and cathode tabs are exposed is opened, and the three sides are closed. Opened sides of the electrode assemblies face each other at a point where the positive electrode tabs and the negative electrode tabs are connected to each other, and the opened sides are joined to each other so as to seal the interior thereof.
  • a plurality of secondary batteries having such a configuration may be combined to additionally provide a large-capacity electrical storage device such as a battery module and/or a battery pack.
  • the present invention having the above configuration has a structure in which the anode lead and the cathode lead penetrate the pouch and protrude outward, but protrude from one of the largest surfaces (ie, upper or lower surfaces) formed in the pouch.
  • the number and size of the sealing portions formed in the pouch can be minimized, and the current density variation inside the electrode assembly can be reduced.
  • two sub-electrode assemblies and two sub-pouches are connected to each other, so that the sealing part can be removed from the edge of the pouch.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a state before the pouch is sealed in a conventional pouch-type secondary battery.
  • Figure 2 is a perspective view showing through the inside of the secondary battery according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a perspective view showing a state before the electrode assembly is embedded in the pouch in the secondary battery of FIG. 2.
  • FIG. 4 is a perspective view showing an exploded view of an anode, a separator, and a cathode constituting the electrode assembly according to the first embodiment.
  • FIG 5 is a perspective view showing a portion in which the sealing portion S is formed in the secondary battery according to the first embodiment.
  • FIG. 6 is a perspective view showing an inside of a secondary battery according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a perspective view showing an exploded view of sub-electrode assemblies and sub-pouches in the secondary battery according to the second embodiment.
  • FIG. 8 is a plan view showing a state in which the sub-electrode assemblies are combined.
  • FIG. 9 is a side view showing a state in which the sub-electrode assemblies are combined.
  • FIG 10 is a perspective view showing a portion in which the sealing portion S is formed in the secondary battery according to the second embodiment.
  • the present invention relates to a secondary battery in which an electrode assembly 20 having a positive electrode tab 20b connected to the positive electrode 23 and a negative electrode tab 22b connected to the negative electrode 25 is embedded in the pouch 10, the positive electrode A cathode lead 20b connected to the tab 20a and a cathode lead 22b connected to the negative electrode tab 22a are located at the center of the pouch 10 to reduce current density deviation.
  • FIG. 2 is a perspective view showing the inside of the secondary battery according to the first embodiment of the present invention
  • FIG. 3 is a perspective view showing a state before the electrode assembly is embedded in the pouch.
  • the electrode assembly 20 is configured by repeatedly stacking an anode 23, a separator 24, and a cathode 25, as shown in FIG. , Side) has a formed square shape.
  • the electrode assembly 20 is a space part 21 that is an empty space between relatively shorter sides (horizontal sides) facing each other and between relatively long sides (vertical sides) facing each other (ie, at a center point). ) Is formed
  • a positive electrode tab 20a protruding from the positive electrode 23 and a negative electrode tab 22a protruding from the negative electrode 25 are disposed in the space 21. That is, the anode 23, the cathode 25, and the separator 24 have a structure in which rectangular holes are perforated at the same position as shown in FIG. 4, and when stacked, the rectangular holes form the space part 21. Is configured to Accordingly, the space part 21 is configured to penetrate both sides along the thickness direction by lamination of rectangular holes.
  • each of the negative electrode tab 22a and the positive electrode tab 20a is bent upward and collected, as shown in FIG. 3, and bonded to each of the negative electrode lead 22b and the positive electrode lead 20b. That is, one end of the positive electrode lead 20b and one end of the negative electrode lead 22b are bonded to the positive electrode tab 20a and the negative electrode tab 22a, respectively, and the positive electrode tab 20a and the negative electrode located in the space 21
  • the tabs 22a are spaced apart from each other along the width direction of the electrode assembly 20 by a predetermined length.
  • the pouch 10 is not configured in which the upper and lower portions are separated, but has three sides between the upper and lower surfaces as shown in FIG. It has the shape of a hexahedron.
  • a cutout 12 is formed on the upper surface (or lower surface) of the pouch 10 to have a predetermined length so that the positive and negative leads can protrude out of the pouch.
  • the cutout 12 is formed at a position placed in the space 21 of the electrode assembly 20 when the electrode assembly 20 is inserted into the pouch 10, and the anode lead 20b and the cathode lead 22b It has a size and length enough to protrude.
  • the opening portion and the cutout portion 12 where the electrode assembly 20 entered is formed with a sealing portion (S) that is sealed (by applying heat and pressure).
  • the sealing when pressure is applied from the top and bottom of the opened portion into which the electrode assembly 20 enters, the sealing may be made in a state in which the upper and lower inner surfaces are in contact with each other.
  • the sealing of the incision 12 is made by applying heat and pressure while the edges of the incision 12 are overlapped and collected, or with a cover made of the same material as the pouch 10 (not shown). It can be done by applying heat and pressure while covering (12).
  • sealing may be achieved by applying an adhesive material that ensures proper insulation and sealing properties.
  • the pouch 10 has a square hexahedron shape having four sides at the top and bottom, but only one side is opened when the three sides are closed, and the electrode assembly 20 is inserted, and the electrode When the assembly 20 is inserted, the open side and the protruding portion of the anode and cathode leads are sealed. Therefore, the number of sealing portions is reduced compared to the conventional structure in which sealing portions are formed in four places, thereby reducing the volume of the electrode assembly relative to the total volume. Capacity can be increased by increasing it.
  • the anode lead 20b and the cathode lead 22b are exposed to the outside through the cutout 12, but the cutout 12 is located at the center of the top or bottom of the pouch 10 So that the difference between the current density in the vicinity of the positive and negative terminals and the current density far from the positive and negative terminals inside the electrode assembly (current density deviation) is minimized to increase the charging/discharging efficiency. Degeneration can be slowed down.
  • the secondary battery provided in this embodiment has a configuration and effect in accordance with the object of the present invention to provide a secondary battery in which a volume-to-volume ratio is increased and a current density deviation is reduced.
  • two sub-electrode assemblies 40 and 50 are connected to form an electrode assembly, and two sub-pouches 30 and 60 are connected to form a pouch.
  • FIG. 6 is a perspective view showing an interior of a secondary battery according to a second embodiment of the present invention
  • FIG. 7 is a perspective view showing an exploded view of sub-electrode assemblies and sub-pouches.
  • an anode, a cathode, and a separator are sequentially stacked, and the anode tabs 41 and 51 protrude from the anodes and protrude from the cathodes.
  • the collected negative electrode tabs 42 and 52 protrude from the same side.
  • the sub-electrode assemblies 40 and 50 are each of the positive electrode tabs 41 and 51 and the negative electrode of each other in a state in which the positive electrode tabs 41 and 51 and the negative electrode tabs 42 and 52 are disposed to face each other.
  • the tabs 42 and 52 are connected as shown in FIG. 8.
  • the sub-electrode assemblies 40 and 50 are spaced apart from each other, and a space 80 is formed therebetween, and the space 80 is formed to have a minimum size so as to occupy less space in the pouch. It is desirable.
  • the bonding between the positive electrode tabs 41 and 51 and the bonding between the negative electrode tabs 42 and 52 are performed when one is placed underneath, the other is seated on it and makes face contact. In this state, heat fusion occurs through ultrasonic waves.
  • the positive electrode lead 70a is bonded together with the positive electrode tabs 41 and 51 in a state placed on any one of the positive electrode tabs placed on the upper side when the positive electrode tabs 41 and 51 are bonded to each other, and the negative electrode lead
  • 70b is bonded together with the negative electrode tabs 42 and 52 in a state placed on any one of the negative electrode tabs on the upper side when the negative electrode tabs 42 and 52 are bonded together.
  • the pouch is configured by connecting two sub-pouches 30 and 60 into which each of the sub-electrode assemblies 40 and 50 is inserted.
  • Each of the sub-pouches 30 and 60 has a rectangular hexahedron shape, but only one side (side) to which the anode tabs 41 and 51 and the cathode tabs 42 and 52 are exposed, and three sides (sides) are In the closed state, the open sides (sides) of the sub-electrode assemblies 40 and 50 face each other at the point where the positive electrode tabs 41 and 51 and the negative electrode tabs 42 and 52 are connected to each other. The opened sides (sides) are bonded to each other to seal.
  • the bonding at this time is achieved by applying heat and pressure while pulling the edge portions overlappingly as described in the first embodiment, or by covering the portion to be bonded with a cover (not shown) made of the same material as the pouch. It can be done by applying. Alternatively, sealing may be achieved by applying an adhesive material that guarantees insulation and sealing performance.
  • the positive electrode lead 70a and the negative electrode lead 70b are located in the center of the pouch, and the sealing portion formed along the circumference of the pouch is removed. Can be increased and the current density deviation can be reduced. That is, the secondary battery provided in this embodiment also has a configuration and effect that meets the object of the present invention.
  • the positive lead and the negative lead are located in the center of the largest side (ie, the upper or lower surface) of the pouch, the capacity to volume can be increased.
  • electrically coupled to form a battery module and/or a battery pack it has the effect of reducing the size and simplifying the connection structure of the negative electrode lead and the positive electrode lead.
  • the present invention having the above configuration has a structure in which the anode lead and the cathode lead penetrate the pouch and protrude to the outside, but protrude from one of the largest surfaces formed on the pouch, so the number of sealing portions formed on the pouch And it is possible to minimize the size, it is possible to reduce the current density deviation inside the electrode assembly.
  • two sub-electrode assemblies and two sub-pouches are connected to each other, so that the sealing part can be removed from the edge of the pouch.

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Abstract

본 발명은, 양극끼리 연결된 양극탭과 음극끼리 연결된 음극탭을 갖는 전극조립체가 파우치에 내장되는 이차전지에 있어서, 네 개의 변들이 형성된 사각 모양을 갖되, 서로 대향하는 두 개의 변들 사이에 빈 공간인 공간부가 형성되고 상기 공간부 내에서 양극탭과 음극탭이 위치하는 전극조립체; 일단이 양극탭과 연결되는 양극리드; 일단이 음극탭과 연결되는 음극리드; 및 상기 전극조립체가 내장되는 파우치;를 포함하고, 상기 양극리드의 타단과 음극리드의 타단은 상기 파우치를 관통하여 외부로 돌출되되 상기 파우치에 형성된 가장 큰 면 중 하나의 표면에서 돌출되는 것을 특징으로 한다. 상기와 같은 구성을 갖는 본 발명은 양극리드와 음극리드가 파우치를 관통하여 외부로 돌출되되 상기 파우치에 형성된 가장 큰 면(즉, 상면 또는 하면) 중 하나의 표면에서 돌출되는 구조를 가지므로, 상기 파우치에 형성되는 씰링부의 갯수 및 그 크기를 최소화할 수 있고, 전극조립체 내부의 전류밀도편차를 감소시킬 수 있다.

Description

이차전지
본 발명은 파우치형 이차전지에 관한 것으로써 더욱 상세하게는 양극리드와 음극리드가 파우치의 상면 또는 하면의 중간 부분에 위치되어 씰링이 이루어지는 부분을 최소화함으로써 부피 대비 용량을 증대시킬 수 있고 전극조립체 내부의 전류밀도편차를 감소시킬 수 있는 이차전지에 관한 것이다.
휴대 기기 및 전기 자동차 분야 등에서 고효율 이차전지에 대해 수요가 급격히 증가하고 있다. 그러한 이차전지 중에서도 에너지 밀도가 높고 상대적으로 고전압을 유지할 수 있으며 자기방전율이 낮은 리튬 이차전지가 상용화되어 널리 사용되고 있고 성능향상을 위한 연구개발이 활발히 이루어지고 있다.
이차전지는 캔, 파우치 등과 같은 케이스 내에 전극조립체와 전해질(전해액)이 내장되는 구조를 갖는다. 상기 전극조립체는 양극, 분리막, 음극이 반복 적층된 구조를 갖되, 일반적으로 양극, 분리막, 음극이 적층된 상태에서 둘둘 말아져 케이스 내에 내장되는 권취형, 일정한 크기로 양극, 분리막, 음극이 절단된 상태에서 적층이 이루어지는 스택형(적층형)으로 구분될 수 있다.
이중 스택형 전극조립체(2)는 도 1 에 도시된 바와 같이 사각형 상하면을 갖는 육면체 모양으로 제조되며, 상부(1a)와 하부(1b)가 분리되는 파우치 내에 내장된다. 상기 파우치 내에 전극조립체(2)가 내장되면 상기 파우치의 상부(1a)와 하부(1b)는 테두리부분(파우치 상부에서 점선으로 표시된 부분 바깥쪽)에서 열과 압력이 가해져 씰링이 이루어진다.
하지만, 이와 같이 씰링이 이루어진 씰링부는 파우치의 각 테두리부분에 형성되어 불필요한 공간을 차지하는 문제가 있었다. 특히, 복수개의 이차전지가 탑재되는 전지모듈, 전지팩 등에서 상기 씰링부는 전지모듈, 전지팩의 크기를 증가시키는 원인이 되었다.
아울러, 도 1 에 도시된 바와 같이 전류가 이동하는 양극단자(3b)와 음극단자(4b)는 실링부의 일측변에 위치한다. 그러나, 이와같이 양극탭(3a)과 연결된 양극단자(3b)와 음극탭(4a)과 연결된 음극단자(4b)가 어느 한쪽에 치우쳐 배치되는 구조는 전극조립체(2) 내부에서 전류밀도편차를 증가시켜 발열발생 및 전극퇴화의 원인으로 작용할 수 있었다.
따라서, 본 발명은 씰링부의 갯수와 면적을 최소화하여 부피 대비 용량을 증대시킬 수 있고, 양극단자와 음극단자가 중앙에 위치시켜 전극조립체 내부의 전류밀도편차(양극단자와 음극단자 근방에서의 전류 밀도와 양극단자와 음극단자에서 멀리 떨어진 곳에서의 전류 밀도 차이)를 감소시킬 수 있는 이차전지를 제공하는 것에 주목적이 있다.
전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 양극끼리 연결된 양극탭과 음극끼리 연결된 음극탭을 갖는 전극조립체가 파우치에 내장되는 이차전지에 있어서, 네 개의 변들이 형성된 사각 모양을 갖되, 서로 대향하는 두 개의 변들 사이에 빈 공간인 공간부가 형성되고 상기 공간부 내에서 양극탭과 음극탭이 위치하는 전극조립체; 일단이 양극탭과 연결되는 양극리드; 일단이 음극탭과 연결되는 음극리드; 및 상기 전극조립체가 내장되는 파우치;를 포함하고, 상기 양극리드의 타단과 음극리드의 타단은 상기 파우치를 관통하여 외부로 돌출되되 상기 파우치에 형성된 가장 큰 면 중 하나의 표면에서 돌출된다.
상기 전극조립체는 서로 대향하는 가로측 두 개의 변들 사이와 서로 대향하는 세로측 두 개의 변들 사이에서 두께방향을 따라 양면을 관통하는 홀이 형성되어 공간부를 형성한다.
상기 공간부 내에 위치하는 양극탭과 음극탭은 미리 정해진 길이만큼 이격배치된다. 상기 공간부를 형성하는 홀은 사각모양으로 형성된다.
상기 파우치는 네 개의 변을 갖는 사각 모양을 갖되, 세 개의 변은 폐쇄된 상태에서 한 개의 변만 개구되어 전극조립체가 삽입되고, 상기 전극조립체가 삽입되면 개구된 변 및 양극리드와 음극리드가 돌출된 부분의 밀봉이 이루어진다.
아울러, 본 발명에서는 두 개의 서브전극조립체가 제공되는 구성을 추가적으로 제공한다. 즉, 상기 전극조립체는 양극탭과 음극탭이 동일한 변에 돌출된 서브전극조립체 두 개가 연결되어 구성되되, 상기 서브전극조립체들은 각각의 양극탭과 음극탭이 서로 마주하도록 배치된 상태에서 서로의 양극탭들과 서로의 음극탭들끼리 연결되며, 상기 서브전극조립체들은 서로 이격되어 그 사이에서 공간부가 형성된다.
이때, 양극탭들끼리의 접합과 음극탭들끼리의 접합은 어느 하나가 아래에 놓이면 다른 하나가 그 위에 안착되어 면접촉한 상태에서 초음파를 통한 열융착이 발생하여 이루어진다.
이때, 상기 양극리드는 양극탭들끼리 접합될 때 윗쪽에 놓이는 어느 하나의 양극탭 위에 놓인 상태에서 상기 양극탭들과 함께 접합되고, 상기 음극리드는 음극탭들끼리 접합될 때 윗쪽에 놓이는 어느 하나의 음극탭 위에 놓인 상태에서 상기 음극탭들과 함께 접합된다.
상기 파우치는 서브전극조립체들이 삽입되는 서브파우치 두 개가 연결되어 구성되며, 상기 서브파우치 각각은 사각 모양을 갖되 양극탭과 음극탭이 노출되는 한 개의 변만 개구되고 세 개의 변은 폐쇄된 상태에서 상기 서브전극조립체들의 양극탭과 음극탭끼리 연결되는 지점에서 서로의 개구된 변들끼리 마주하게 되고, 내부를 밀폐하도록 상기 개구된 변들끼리 서로 접합된다.
이와 같은 구성을 갖는 이차전지는 복수 개가 결합되어 전지모듈 및/또는 전지팩 등과 같은 대용량 전기저장장치를 추가적으로 제공할 수 있다.
상기와 같은 구성을 갖는 본 발명은 양극리드와 음극리드가 파우치를 관통하여 외부로 돌출되되 상기 파우치에 형성된 가장 큰 면(즉, 상면 또는 하면) 중 하나의 표면에서 돌출되는 구조를 가지므로, 상기 파우치에 형성되는 씰링부의 갯수 및 그 크기를 최소화할 수 있고, 전극조립체 내부의 전류밀도편차를 감소시킬 수 있다.
아울러, 본 발명에서는 두 개의 서브전극조립체 및 두 개의 서브파우치들이 연결되어 구성되어 파우치 테두리 부분에서 씰링부를 삭제할 수 있다.
도 1 은 종래의 파우치형 이차전지에서 파우치의 밀봉이 이루어지기 전의 모습이 도시된 사시도.
도 2 는 본 발명의 제1실시예에 따른 이차전지 내부를 투시하여 도시한 사시도.
도 3 은 도 2 의 이차전지에서 파우치 내부에 전극조립체가 내장되기 전의 모습을 도시한 사시도.
도 4 는 제1실시예에 따른 전극조립체를 구성하는 양극, 분리막, 음극이 분해된 모습이 도시된 사시도.
도 5 는 제 1 실시예에 따른 이차전지에서 씰링부(S)가 형성되는 부분을 표시한 사시도.
도 6 은 본 발명의 제2실시예에 따른 이차전지 내부를 투시하여 도시한 사시도.
도 7 은 제2실시예에 따른 이차전지에서 서브전극조립체들 및 서브파우치들이 분해된 모습이 도시된 사시도.
도 8 은 상기 서브전극조립체들끼리 결합된 모습을 도시한 평면도.
도 9 는 상기 서브전극조립체들끼리 결합된 모습을 도시한 측면도.
도 10 은 제 2 실시예에 따른 이차전지에서 씰링부(S)가 형성되는 부분을 표시한 사시도.
이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 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, 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 안되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
본 발명은 양극(23)끼리 연결된 양극탭(20b)과 음극(25)끼리 연결된 음극탭(22b)을 갖는 전극조립체(20)가 파우치(10)에 내장되는 이차전지에 관한 것으로써, 상기 양극탭(20a)과 연결되는 양극리드(20b)와 상기 음극탭(22a)과 연결되는 음극리드(22b)가 파우치(10)의 중앙에 위치하여 전류밀도편차를 감소시킬 수 있는 이차전지에 관한 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예들을 더욱 상세히 설명한다.
제1실시예
도 2 는 본 발명의 제1실시예에 따른 이차전지 내부를 투시하여 도시한 사시도이고, 도 3 은 파우치 내부에 전극조립체가 내장되기 전의 모습을 도시한 사시도이다. 도면을 참조하면, 이 실시예에서 상기 전극조립체(20)는 도 4 에 도시된 바와 같이 양극(23), 분리막(24), 음극(25)이 반복적으로 적층되어 구성되되, 네 개의 변들(즉, 측면)이 형성된 사각 모양을 갖는다. 상기 전극조립체(20)는 서로 대향하는 상대적으로 더 짧은 변들(가로측 변들) 사이에서 그리고 서로 대향하는 상대적으로 긴 변들(세로측 변들) 사이에서(즉, 가운데 지점에서) 빈 공간인 공간부(21)가 형성된다
상기 공간부(21) 내에는 양극(23)에서 돌출된 양극탭(20a)과 음극(25)에서 돌출된 음극탭(22a)이 배치된다. 즉, 양극(23)과 음극(25) 및 분리막(24)은 도 4 에 도시된 바와 같이 동일한 위치에서 사각형 홀들이 타공된 구조를 가지며, 적층됐을 때 상기 사각형 홀들이 공간부(21)를 형성하도록 구성된다. 따라서, 상기 공간부(21)는 사각형 홀들의 적층에 의해 두께방향을 따라 양면을 관통하도록 구성된다.
한편, 각각의 음극탭(22a)과 양극탭(20a)은 도 3 에 도시된 바와 같이 윗쪽으로 절곡되어 모아지고, 음극리드(22b)와 양극리드(20b) 각각과 접합이 이루어진다. 즉, 양극리드(20b)의 일단과 음극리드(22b)의 일단은 각각 양극탭(20a)과 음극탭(22a)과 접합되며, 상기 공간부(21) 내에 위치하는 양극탭(20a)과 음극탭(22a)은 미리 정해진 길이만큼 전극조립체(20)의 폭방향을 따라 이격배치된다.
아울러, 상기 파우치(10)는 종래의 파우치와는 달리 상부와 하부가 분리되는 구성이 아니라, 도 3 에 도시된 바와 같이 상면과 하면 사이에 세 개의 측면을 갖되 한 곳은 측면이 삭제되어 개구된 육면체 모양을 갖는다. 그리고, 상기 파우치(10)의 상면에는(또는 하면에는) 상기 양극리드와 음극리드가 파우치 외부로 돌출될 수 있게 소정의 길이로 절개부(12)가 형성된다.
상기 절개부(12)는 전극조립체(20)가 파우치(10)에 삽입됐을 때 전극조립체(20)의 공간부(21) 내에 놓이는 위치에 형성되며, 양극리드(20b)와 음극리드(22b)가 돌출될 수 있을 정도의 크기와 길이를 갖는다.
그리고, 상기 양극리드(20b)와 음극리드(22b)가 절개부(12)를 통해 파우치(10) 외부로 돌출되게 전극조립체(20)가 상기 파우치(10) 내부로 삽입되면, 상기 파우치(10)에서 전극조립체(20)가 진입했던 개구된 부분과 절개부(12)는 (열과 압력이 가해져) 밀봉이 이루어지는 씰링부(S)가 형성된다.
이때, 전극조립체(20)가 진입한 개구된 부분은 위아래에서 압력이 가해지면 상측과 하측의 내부면들끼리 접해진 상태에서 밀봉이 이루어질 수 있다. 반면에 절개부(12)의 밀봉은 상기 절개부(12)의 테두리부분을 겹쳐지게 끌어모은 상태에서 열과 압력을 가해 이루어지거나, 또는 파우치(10)와 동일한 재질의 덮개(미도시)로 절개부(12)를 덮은 상태에서 열과 압력을 가해 이루어질 수 있다. 또는, 적절한 절연성 및 밀폐성이 보장되는 접착물질을 도포함으로써 밀봉이 이루어질 수도 있을 것이다.
이 실시예에서 상기 파우치(10)는 상면 및 하면에서 네 개의 변을 갖는 사각 육면체 모양을 갖되, 세 개의 측면이 폐쇄된 상태에서 한 개의 측면만 개구되어 전극조립체(20)가 삽입되고, 상기 전극조립체(20)가 삽입되면 개구된 측면 및 양극리드와 음극리드가 돌출된 부분의 밀봉이 이루어지므로 네 곳에서 씰링부가 형성되는 종래의 구조 대비 씰링부의 갯수를 감소시켜 전체 부피 대비 전극조립체의 부피를 증대시킴으로써 용량을 증대시킬 수 있다.
또한, 이 실시예에서 상기 양극리드(20b)와 음극리드(22b)는 절개부(12)를 통해 외부로 노출되되, 상기 절개부(12)는 파우치(10)의 상면 또는 하면에서 중앙에 위치하도록 배치되므로, 전극조립체 내부에서 양극단자와 음극단자 근방에서의 전류 밀도와 양극단자와 음극단자에서 멀리 떨어진 곳에서의 전류 밀도 간의 차이(전류밀도편차)를 최소화하여 충방전효율을 증대시키고 전극의 퇴화를 늦출 수 있다.
따라서, 이 실시예에서 제공되는 이차전지는 부피대비용량이 증대되고 전류밀도편차가 감소된 이차전지를 제공하려는 본 발명의 목적에 부합하는 구성 및 효과를 갖는다.
제2실시예
이 실시예에서는 두 개의 서브전극조립체들(40, 50)이 연결되어 전극조립체를 구성하고, 두 개의 서브파우치들(30, 60)이 연결되어 파우치를 구성하는 것을 특징으로 한다.
도 6 은 본 발명의 제2실시예에 따른 이차전지 내부를 투시하여 도시한 사시도이고, 도 7 은 서브전극조립체들 및 서브파우치들이 분해된 모습이 도시된 사시도이다. 도시된 바와 같이, 이 실시예에서, 상기 서브전극조립체들(40, 50) 각각은 양극, 음극, 분리막이 순차적으로 적층되며 양극들에서 돌출되어 모아진 양극탭(41, 51)과 음극들에서 돌출되어 모아진 음극탭(42, 52)이 동일한 변에 돌출된다.
상기 서브전극조립체들(40, 50)은 각각의 양극탭(41, 51)과 음극탭(42, 52)이 서로 마주하도록 배치된 상태에서 서로의 양극탭들(41, 51)과 서로의 음극탭들(42, 52)끼리 도 8 에 도시된 바와 같이 연결된다. 이때, 상기 서브전극조립체들(40, 50)은 서로 이격되어 그 사이에서 공간부(80)가 형성되되, 파우치 내에서 공간을 적게 차지할 수 있도록 상기 공간부(80)는 최소한의 크기로 형성되는 것이 바람직하다.
도 9 에 보다 명확하게 도시된 바와 같이, 양극탭들(41, 51)끼리의 접합과 음극탭들(42, 52)끼리의 접합은 어느 하나가 아래에 놓이면 다른 하나가 그 위에 안착되어 면접촉한 상태에서 초음파를 통한 열융착이 발생하여 이루어진다.
이때, 상기 양극리드(70a)는 양극탭들(41, 51)끼리 접합될 때 윗쪽에 놓이는 어느 하나의 양극탭 위에 놓인 상태에서 상기 양극탭들(41, 51)과 함께 접합되고, 상기 음극리드(70b)는 양극탭의 접합구조와 마찬가지로 음극탭들(42, 52)끼리 접합될 때 윗쪽에 놓이는 어느 하나의 음극탭 위에 놓인 상태에서 상기 음극탭들(42, 52)과 함께 접합된다.
상기 파우치는 각각의 서브전극조립체들(40, 50)이 삽입되는 서브파우치(30, 60) 두 개가 연결되어 구성된다. 상기 서브파우치(30, 60) 각각은 사각형의 육면체 모양을 갖되 양극탭(41, 51)과 음극탭(42, 52)이 노출되는 한 개의 변(측면)만 개구되고 세 개의 변(측면)은 폐쇄된 상태에서 상기 서브전극조립체들(40, 50)의 양극탭(41, 51)과 음극탭(42, 52)끼리 연결되는 지점에서 서로의 개구된 변(측면)들끼리 마주하게 되고, 내부를 밀폐하도록 상기 개구된 변들(측면)끼리 서로 접합된다.
이때의 접합은 제1실시예에서 설명했던 것과 마찬가지로 테두리부분을 겹쳐지게 끌어모은 상태에서 열과 압력을 가해 이루어지거나, 또는 파우치와 동일한 재질의 덮개(미도시)로 접합될 부분을 덮은 상태에서 열과 압력을 가해 이루어질 수 있다. 또는, 절연성 및 밀폐성능이 보장되는 접착물질을 도포하여 밀봉이 이루어질 수도 있다.
이 실시예에 따른 이차전지도 상기 양극리드(70a)과 음극리드(70b)가 파우치의 중앙에 위치하며, 파우치의 둘레를 따라 형성되던 씰링부가 삭제되므로, 종래의 이차전지와 비교하여 부피대비용량을 증대시킬 수 있고 전류밀도편차를 감소시킬 수 있다. 즉, 이 실시예에서 제공되는 이차전지 또한 본 발명의 목적에 부합하는 구성 및 효과를 갖는다.
위에 설명된 제1실시예와 제2실시예에 따른 이차전지들은 양극리드와 음극리드가 파우치의 가장 큰 면(즉, 상면 또는 하면) 중앙에 위치되므로 부피 대비 용량을 증대할 수 있으며, 복수 개가 전기적으로 결합되어 전지모듈 및/또는 전지팩 등을 구성할 때 크기를 줄이고 음극리드 및 양극리드들의 연결구조를 단순화시킬 수 있는 효과를 갖는다.
상기와 같은 구성을 갖는 본 발명은 양극리드와 음극리드가 파우치를 관통하여 외부로 돌출되되 상기 파우치에 형성된 가장 큰 면 중 하나의 표면에서 돌출되는 구조를 가지므로, 상기 파우치에 형성되는 씰링부의 갯수 및 그 크기를 최소화할 수 있고, 전극조립체 내부의 전류밀도편차를 감소시킬 수 있다.
아울러, 본 발명에서는 두 개의 서브전극조립체 및 두 개의 서브파우치들이 연결되어 구성되어 파우치 테두리 부분에서 씰링부를 삭제할 수 있다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 실시가 가능하다.

Claims (11)

  1. 양극끼리 연결된 양극탭과 음극끼리 연결된 음극탭을 갖는 전극조립체가 파우치에 내장되는 이차전지에 있어서,
    네 개의 변들이 형성된 사각 모양을 갖되, 서로 대향하는 두 개의 변들 사이에 빈 공간인 공간부가 형성되고 상기 공간부 내에서 양극탭과 음극탭이 위치하는 전극조립체;
    일단이 양극탭과 연결되는 양극리드;
    일단이 음극탭과 연결되는 음극리드; 및
    상기 전극조립체가 내장되는 파우치;를 포함하고,
    상기 양극리드의 타단과 음극리드의 타단은 상기 파우치를 관통하여 외부로 돌출되되 상기 파우치에 형성된 가장 큰 면 중 하나의 표면에서 돌출된 이차전지.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전극조립체는 서로 대향하는 가로측 두 개의 변들 사이와 서로 대향하는 세로측 두 개의 변들 사이에서 두께방향을 따라 양면을 관통하는 홀이 형성되어 공간부를 형성하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 공간부 내에 위치하는 양극탭과 음극탭은 미리 정해진 길이만큼 이격배치된 것을 특징으로 하는 이차전지.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 공간부를 형성하는 홀은 사각모양으로 형성된 것을 특징으로 하는 이차전지.
  5. 제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 파우치는 네 개의 변을 갖는 사각 모양을 갖되, 세 개의 변은 폐쇄된 상태에서 한 개의 변만 개구되어 전극조립체가 삽입되고, 상기 전극조립체가 삽입되면 개구된 변 및 양극리드와 음극리드가 돌출된 부분의 밀봉이 이루어지는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 전극조립체는 양극탭과 음극탭이 동일한 변에 돌출된 서브전극조립체 두 개가 연결되어 구성되되, 상기 서브전극조립체들은 각각의 양극탭과 음극탭이 서로 마주하도록 배치된 상태에서 서로의 양극탭들과 서로의 음극탭들끼리 연결되며, 상기 서브전극조립체들은 서로 이격되어 그 사이에서 공간부가 형성되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  7. 제 6 항에 있어서,
    양극탭들끼리의 접합과 음극탭들끼리의 접합은 어느 하나가 아래에 놓이면 다른 하나가 그 위에 안착되어 면접촉한 상태에서 초음파를 통한 열융착이 발생하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 양극리드는 양극탭들끼리 접합될 때 윗쪽에 놓이는 어느 하나의 양극탭 위에 놓인 상태에서 상기 양극탭들과 함께 접합되고, 상기 음극리드는 음극탭들끼리 접합될 때 윗쪽에 놓이는 어느 하나의 음극탭 위에 놓인 상태에서 상기 음극탭들과 함께 접합되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  9. 제 6 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 파우치는 서브전극조립체들이 삽입되는 서브파우치 두 개가 연결되어 구성된 것을 특징으로 하는 이차전지.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 서브파우치 각각은 사각 모양을 갖되 양극탭과 음극탭이 노출되는 한 개의 변만 개구되고 세 개의 변은 폐쇄된 상태에서 상기 서브전극조립체들의 양극탭과 음극탭끼리 연결되는 지점에서 서로의 개구된 변들끼리 마주하게 되고, 내부를 밀폐하도록 상기 개구된 변들끼리 서로 접합되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  11. 제 1 항 내지 제 4 항 및 제 6 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항의 이차전지가 적어도 두 개 이상 장착된 전지모듈.
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