WO2022169078A1 - 이차 전지 - Google Patents

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WO2022169078A1
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current collector
tab
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secondary battery
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신주연
박정현
신예은
유관현
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삼성에스디아이(주)
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Definitions

  • the present invention relates to a secondary battery.
  • a secondary battery is a battery that can be charged and discharged, unlike a primary battery that cannot be charged.
  • Low-capacity secondary batteries are used for portable electronic devices such as smartphones, feature phones, notebook computers, digital cameras and camcorders, and large-capacity secondary batteries are batteries for driving motors such as hybrid and electric vehicles and for power storage. etc. are widely used.
  • Such lithium ion secondary batteries may be classified into cylindrical, prismatic, and pouch-type secondary batteries in terms of shape.
  • a cylindrical lithium ion secondary battery generally has a cylindrical electrode assembly, a cylindrical case to which the electrode assembly is coupled, an electrolyte injected inside the case to enable movement of lithium ions, and one side of the case It is combined with a cap assembly to prevent leakage of electrolyte and to prevent separation of the electrode assembly.
  • a secondary battery is a rechargeable battery. Unlike a primary battery, which cannot be charged, it is a battery that can be charged and discharged. Low-capacity secondary batteries are used for portable electronic devices such as smartphones, feature phones, notebook computers, digital cameras and camcorders, and large-capacity secondary batteries are batteries for driving motors such as hybrid and electric vehicles and for power storage. etc. are widely used. Such lithium ion secondary batteries may be classified into cylindrical, prismatic, and pouch-type secondary batteries in terms of shape.
  • a cylindrical lithium ion secondary battery generally has a cylindrical electrode assembly, a cylindrical case to which the electrode assembly is coupled, an electrolyte injected inside the case to enable movement of lithium ions, and one side of the case It is combined with a cap assembly to prevent leakage of electrolyte and to prevent separation of the electrode assembly.
  • the present invention provides a secondary battery capable of improving output and safety.
  • a secondary battery includes an electrode assembly including a first electrode, a second electrode, and a separator; a case accommodating the electrode assembly; and a cap assembly coupled to the upper portion of the case, wherein the first electrode includes a first current collector, a first active material layer coated with a first active material layer on the first current collector, and a first active material layer not coated with the first active material. a first uncoated portion and a first electrode tab electrically connected to the first current collector, wherein the first electrode tab includes a current collector tab that is a part of the first current collector and a lead tab attached to the first current collector.
  • the lead tab may be centrally located on one surface of the first current collector.
  • the current collecting tab may be formed in plurality.
  • the lead tab may be welded to the first uncoated portion.
  • the lead tab may be positioned at one end in a first direction that is a longitudinal direction of the first current collector.
  • the lead tab may be formed in plurality.
  • the first electrode tab may be electrically connected to the sub-plate of the cap assembly.
  • the second electrode may include a second current collector, a second active material layer coated with a second active material layer on the second current collector, and a second electrode tab electrically connected to the second current collector.
  • the second electrode tab may be a part of the second current collector.
  • the second electrode tab may be formed in plurality.
  • the secondary battery according to an embodiment of the present invention includes an electrode tab including a current collector tab, which is a part of a current collector, and a lead tab attached to an uncoated region, thereby stably supporting the cap assembly to improve safety and at the same time increase output. can be raised
  • FIG. 1 is a perspective view illustrating a secondary battery according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a secondary battery according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 3 is an exploded perspective view illustrating an electrode assembly according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a plan view illustrating the first electrode and the second electrode of FIG. 3 .
  • FIG. 5 is a perspective view in which the electrode assembly of FIG. 3 is wound.
  • FIG. 6 is a plan view illustrating a first electrode according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a plan view illustrating a first electrode according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a perspective view illustrating a secondary battery according to an embodiment of the present invention.
  • 2 is a cross-sectional view illustrating a secondary battery according to an embodiment of the present invention.
  • 3 is an exploded perspective view illustrating an electrode assembly according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a plan view illustrating the first electrode and the second electrode of FIG. 3 .
  • 5 is a perspective view in which the electrode assembly of FIG. 3 is wound.
  • the secondary battery 100 includes an electrode assembly 110 , a case 150 , and a cap assembly 160 .
  • the electrode assembly 110 includes a first electrode 120 , a second electrode 130 , and a separator 140 interposed between the first electrode 120 and the second electrode 130 .
  • a laminate of the first electrode 120 , the second electrode 130 , and the separator 140 may be wound in the form of a jelly-roll.
  • the first electrode 120 may act as an anode
  • the second electrode 130 may act as a cathode.
  • the reverse is also possible.
  • the first electrode 120 includes a first current collector 121 formed of a metal foil such as aluminum, and a first active material layer 122 formed on both sides of the first current collector 121 and coated with a first active material. and a first uncoated portion 123 on which the first active material is not coated. Also, the first electrode 120 may include a first electrode tab 124 electrically connected to the first current collector 121 .
  • the first active material layer 122 may be formed on both surfaces of the first current collector 121 . In some examples, the first active material layer 122 may be formed continuously or discontinuously on one surface of the first current collector 121 .
  • the first uncoated part 123 may be formed on one surface of the first current collector 121 . Also, the first uncoated part 123 may be a part of the first current collector 121 . 3 and 4 , the first uncoated part 123 may be located at the center of one surface of the first current collector 121 .
  • the first active material layer 122 may be positioned on both sides of the first uncoated portion 123 .
  • the first electrode tab 124 may include a current collecting tab 124a and a lead tab 124b.
  • the current collecting tab 124a may protrude in the second direction Y perpendicular to the first direction X (or the longitudinal direction) of the first current collector 121 .
  • the current collecting tab 124a may include a plurality of tabs spaced apart from each other. Referring to FIG. 5 , the current collecting tab 124a is aligned at the same position to form the electrode assembly 110 by winding the first electrode 120 , the second electrode 130 , and the separator 140 to form the multi-tab. can be achieved
  • the current collecting tab 124a having the multi-tap structure may increase the output of the electrode assembly 110 and minimize resistance.
  • the current collecting tab 124a may be formed by punching (or cutting) one end of the first current collector 121 in the second direction Y at regular intervals. Also, the current collector tab 124a may be a part of the first current collector 121 . In other words, the current collecting tab 124a may be a portion extending from the first current collector 121 . In some examples, the current collecting tab 124a may be referred to as a first uncoated part 123 .
  • the lead tab 124b may be attached to the first uncoated part 123 .
  • the lead tab 124b may be electrically connected to the first uncoated portion 123 by welding.
  • the lead tab 124b is attached to the first uncoated portion 123 and may protrude to the outside of the first uncoated portion 123 .
  • the lead tab 124b may extend in the second direction Y of the first current collector 121 to support the electrode assembly 110 .
  • the lead tab 124b may support the weight of the cap assembly 160 to improve the safety of the secondary battery 100 . Also, as the length of the lead tab 124b on the first uncoated portion 123 increases, it is possible to more stably support the electrode assembly 110 .
  • one end of the lead tab 124b may protrude from one end of the first uncoated portion 123 , and the other end of the lead tab 124b may be positioned on the same line as the other end of the first uncoated portion 123 .
  • the lead tab 124b may be aligned at the same position as the current collecting tab 124a when the electrode assembly 110 is formed by winding the first electrode 120 , the second electrode 130 , and the separator 140 .
  • the current collecting tab 124a and the lead tab 124b may be electrically connected by welding to form the first electrode tab 124 .
  • the first electrode tab 124 may protrude above the electrode assembly 110 to be electrically connected to the cap assembly 160 .
  • the second electrode 130 includes a second current collector 131 formed of a metal foil such as copper or nickel, and a second active material layer formed on both sides of the second current collector 131 and coated with a second active material ( 132 ) and a second electrode tab 134 electrically connected to the second current collector 131 .
  • the second active material layer 132 may be formed on both surfaces of the second current collector 131 . In some examples, the second active material layer 132 may be continuously formed on both surfaces of the second current collector 131 .
  • the second electrode tab 134 may protrude in the second direction Y of the second current collector 131 .
  • the second electrode tab 134 may protrude in a direction opposite to that of the first electrode tab 124 .
  • the second electrode tab 134 may protrude downward from the electrode assembly 110 .
  • the second electrode tab 134 may have a shape corresponding to the current collecting tab 124a of the first electrode tab 124 .
  • the second electrode tab 134 may include a plurality of tabs spaced apart from each other.
  • the second electrode tab 134 may be formed by punching (or cutting) one end of the second current collector 131 in the second direction Y at regular intervals.
  • the second electrode tab 134 may be a part of the second current collector 131 .
  • the second electrode tab 134 may be referred to as a second uncoated portion in which the second active material is not formed in the second current collector 131 .
  • the second electrode tab 134 may be electrically connected to the lower surface plate 152 of the case 150 through the auxiliary tab 135 .
  • the plurality of second electrode tabs 134 and the auxiliary tabs 135 may be electrically connected to each other by welding.
  • the separator 140 is positioned between the first electrode 120 and the second electrode 130 to prevent a short circuit between the first electrode 120 and the second electrode 130 and to enable movement of lithium ions. plays a role
  • the separator 140 may be made of polyethylene, polypropylene, or a composite film of polyethylene and polypropylene.
  • the electrode assembly 110 is accommodated in the case 110 together with the electrolyte.
  • the electrolyte is an organic liquid containing a salt so that lithium ions can move between the first electrode 120 and the second electrode 130 constituting the electrode assembly 120 , and LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO It may include a non-aqueous organic electrolyte that is a mixture of a lithium salt such as 4 and high purity organic solvents, but the present invention is not limited thereto.
  • first insulating plate 115 is interposed between the electrode assembly 110 and the cap assembly 160
  • second insulating plate 116 is interposed between the electrode assembly 110 and the lower plate 152 of the case 150 .
  • the first insulating plate 115 may serve to prevent the electrode assembly 110 from electrically contacting the cap assembly 160 .
  • the first insulating plate 115 may prevent the second electrode 130 of the electrode assembly 110 from electrically contacting the cap assembly 160 .
  • a hole through which the first electrode tab 124 passes and a hole through which an electrolyte or internal gas moves may be formed in the first insulating plate 115 .
  • the second insulating plate 116 may serve to prevent the electrode assembly 110 from electrically contacting the lower plate 152 of the case 150 .
  • the second insulating plate 116 may prevent the first electrode 120 of the electrode assembly 110 from electrically contacting the lower plate 152 of the case 150 .
  • a hole through which the second electrode tab 134 passes and a hole through which an internal gas moves may be formed in the second insulating plate 116 .
  • the case 150 may include a side plate 151 which is a cylindrical body having a predetermined diameter to form a space in which the electrode assembly 110 is accommodated, and a bottom plate 152 that seals the lower portion of the side plate 151 . have.
  • case 150 may be referred to as a cylindrical case or a cylindrical can.
  • the upper opening of the case 150 is opened to seal after the electrode assembly 110 is inserted.
  • a beading part 153 for preventing the electrode assembly 110 from flowing may be formed on the upper portion of the case 150 .
  • a crimping part 154 for fixing the cap assembly 160 may be formed at the uppermost end of the case 150 .
  • the cap assembly 160 may be positioned on the electrode assembly 110 and may be coupled to the upper opening of the case 150 to seal the case 150 .
  • the cap assembly 160 includes a cap-up 161 , a safety vent 162 , an insulator 163 , a cap-down 164 , a sub-plate 165 , and a gasket. (166).
  • the cap-up 161 may have a convex top to be electrically connected to an external circuit.
  • the cap-up 161 is formed with a discharge hole 161a that provides a path through which the gas generated inside the case 150 can be discharged.
  • the cap-up 161 is electrically connected to the electrode assembly 110 and transmits a current generated in the electrode assembly 110 to an external circuit.
  • the safety vent 162 is formed of a circular plate body corresponding to the cap-up 161 .
  • a protrusion 162a protruding downward is formed in the center of the safety vent 162 .
  • the protrusion 162a may pass through the through hole 164a of the cap down 164 to be electrically connected to the sub-plate 165 .
  • a notch 162b for guiding the breakage of the safety vent 162 is formed on the outer periphery of the protrusion 162a.
  • the outer periphery of the safety vent 162 is installed in close contact with the remaining portions of the cap-up 161 except for the portion protruding upward. That is, the outer periphery of the safety vent 162 and the outer periphery of the cap-up 161 are in contact with each other.
  • the edge of the safety vent 162 is formed to surround the cap-up 161 and extend to the upper portion of the cap-up 161 .
  • the safety vent 162 discharges the internal gas while blocking the current when an abnormal internal pressure is generated inside the case 150 .
  • the safety vent 162 is electrically separated from the sub-plate 165 as the internal pressure of the case 150 becomes equal to or greater than the operating pressure of the safety vent 162, the protrusion 162a rises upward by the internal gas.
  • the notch 162b may be broken to prevent the secondary battery 100 from exploding.
  • the insulator 163 is interposed between the safety vent 162 and the cap down 164 to insulate between the safety vent 162 and the cap down 164 . Specifically, the insulator 163 is interposed between the outer periphery of the front vent 162 and the outer periphery of the cap down 164 .
  • the insulator 163 may be formed of a resin material such as polyethylene (PE), polypropylene (PP), polyethylene terephthalate (PET), or the like.
  • the cap down 164 is formed in a circular plate body.
  • a through hole 164a is formed in the center of the cap down 164, and the protrusion 162a of the safety vent 162 passes through the through hole 164a.
  • a discharge hole 164b is formed at one side of the cap down 164 , and a sub-plate 165 is coupled to a lower portion of the cap down 164 .
  • the discharge hole 164b may discharge internal gas.
  • the sub-plate 165 is welded between the protrusion 162a of the safety vent 162 and the first electrode tab 124 . Accordingly, the sub-plate 165 electrically connects the first electrode tab 124 and the safety vent 162 .
  • the gasket 166 is installed in the upper opening of the case 150 . That is, the gasket 166 is assembled in close contact between the cap-up 161 and the outer periphery of the safety vent 162 , and the upper opening of the case 150 .
  • the gasket 166 may be formed of a resin material such as polyethylene (PE), polypropylene (PP), polyethylene terephthalate (PET), or the like. The gasket 166 may prevent the cap assembly 160 from being separated from the case 150 .
  • FIG. 6 is a plan view illustrating a first electrode according to another embodiment of the present invention.
  • the first electrode 220 may include a first current collector 121 , a first active material layer 222 , a first uncoated portion 223 , and a first electrode tab 224 .
  • the first electrode tab 224 may include a current collecting tab 124a and a lead tab 224b.
  • the lead tab 224b may be located at one end of the first current collector 121 .
  • the lead tab 224b may be located at one end of the first current collector 121 in the first direction (X).
  • the first uncoated portion 223 to which the lead tab 224b is attached may also be located at one end of the first current collector 121 in the first direction (X).
  • the first active material layer 222 may be continuously formed on both surfaces of the first current collector 121 .
  • FIG. 7 is a plan view illustrating a first electrode according to another embodiment of the present invention.
  • the first electrode 320 may include a first current collector 121 , a first active material layer 322 , a first uncoated portion 323 , and a first electrode tab 324 .
  • the first electrode tab 324 may include a current collecting tab 124a and a lead tab 324b.
  • a plurality of lead tabs 324b may be attached to one surface of the first current collector 121 .
  • the plurality of lead tabs 324b may be spaced apart to be aligned at the same position when forming the electrode assembly 110 .
  • the plurality of lead tabs 324b are illustrated as being positioned on one surface of the first current collector 121 in FIG.
  • the plurality of lead tabs 324b may be positioned on both surfaces of the first current collector 121 . have. For example, one lead tab 324b may be attached to one surface of the first current collector 121 , and two lead tabs 324b may be attached to the opposite surface of the first current collector 121 . In addition, a plurality of first uncoated portions 323 to which the lead tabs 324b are attached may be formed on one or both surfaces of the first current collector 121 .
  • the first active material layer 322 may be discontinuously or intermittently formed on the first current collector 121 .

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Abstract

본 발명은 출력 및 안전성을 향상시킬 수 있는 이차 전지에 관한 것이다. 일례로, 제1전극과, 제2전극 및 세퍼레이터를 포함하는 전극 조립체; 상기 전극 조립체를 수용하는 케이스; 상기 케이스의 상부에 결합되는 캡 조립체;를 포함하고, 상기 제1전극은 제1집전체, 상기 제1집전체 상에 제1활물질층이 코팅된 제1활물질층, 제1활물질이 코팅되지 않은 제1무지부 및 상기 제1집전체와 전기적으로 연결된 제1전극탭을 포함하며, 상기 제1전극탭은 상기 제1집전체의 일부인 집전탭과, 상기 제1집전체에 부착된 리드탭을 포함하는 이차 전지를 개시한다.

Description

이차 전지
본 발명은 이차 전지에 관한 것이다.
이차 전지(secondary battery)는 충전이 불가능한 일차 전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 전지이다. 저용량의 이차 전지는 스마트폰, 피처폰, 노트북 컴퓨터, 디지털 카메라 및 캠코더와 같이 휴대가 가능한 소형 전자기기에 사용되고, 대용량의 이차 전지는 하이브리드 자동차, 전기 자동차 등의 모터 구동용 전원 및 전력 저장용 전지 등으로 널리 사용되고 있다. 이러한 리튬 이온 이차 전지는 형태에 있어서 원통형, 각형 및 파우치형의 이차 전지로 분류될 수 있다.
구체적으로, 원통형 리튬 이온 이차 전지는 일반적으로 원기둥 형태의 전극 조립체와, 전극 조립체가 결합되는 원통 형태의 케이스와, 케이스의 내측에 주액되어 리튬 이온의 이동이 가능하도록 하는 전해액과, 케이스의 일측에 결합되어 전해액의 누액을 방지하고, 전극 조립체의 이탈을 방지하는 캡 조립체 등으로 이루어진다.
이러한 발명의 배경이 되는 기술에 개시된 상술한 정보는 본 발명의 배경에 대한 이해도를 향상시키기 위한 것뿐이며, 따라서 종래 기술을 구성하지 않는 정보를 포함할 수도 있다.이차 전지(secondary battery)는 충전이 불가능한 일차 전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 전지이다. 저용량의 이차 전지는 스마트폰, 피처폰, 노트북 컴퓨터, 디지털 카메라 및 캠코더와 같이 휴대가 가능한 소형 전자기기에 사용되고, 대용량의 이차 전지는 하이브리드 자동차, 전기 자동차 등의 모터 구동용 전원 및 전력 저장용 전지 등으로 널리 사용되고 있다. 이러한 리튬 이온 이차 전지는 형태에 있어서 원통형, 각형 및 파우치형의 이차 전지로 분류될 수 있다.
구체적으로, 원통형 리튬 이온 이차 전지는 일반적으로 원기둥 형태의 전극 조립체와, 전극 조립체가 결합되는 원통 형태의 케이스와, 케이스의 내측에 주액되어 리튬 이온의 이동이 가능하도록 하는 전해액과, 케이스의 일측에 결합되어 전해액의 누액을 방지하고, 전극 조립체의 이탈을 방지하는 캡 조립체 등으로 이루어진다.
이러한 발명의 배경이 되는 기술에 개시된 상술한 정보는 본 발명의 배경에 대한 이해도를 향상시키기 위한 것뿐이며, 따라서 종래 기술을 구성하지 않는 정보를 포함할 수도 있다.
본 발명은 출력 및 안전성을 향상시킬 수 있는 이차 전지를 제공한다.
본 발명에 의한 이차 전지는 제1전극과, 제2전극 및 세퍼레이터를 포함하는 전극 조립체; 상기 전극 조립체를 수용하는 케이스; 상기 케이스의 상부에 결합되는 캡 조립체;를 포함하고, 상기 제1전극은 제1집전체, 상기 제1집전체 상에 제1활물질층이 코팅된 제1활물질층, 제1활물질이 코팅되지 않은 제1무지부 및 상기 제1집전체와 전기적으로 연결된 제1전극탭을 포함하며, 상기 제1전극탭은 상기 제1집전체의 일부인 집전탭과, 상기 제1집전체에 부착된 리드탭을 포함할 수 있다.
상기 리드탭은 상기 제1집전체의 일면에서 중앙에 위치할 수 있다.
상기 집전탭은 복수개로 이루어질 수 있다.
상기 리드탭은 상기 제1무지부에 용접될 수 있다.
상기 리드탭은 상기 제1집전체의 길이방향인 제1방향에서 일단에 위치할 수 있다.
상기 리드탭은 복수개로 이루어질 수 있다.
상기 제1전극탭은 상기 캡 조립체의 서브 플레이트에 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 제2전극은 제2집전체, 상기 제2집전체 상에 제2활물질층이 코팅된 제2활물질층 및 상기 제2집전체와 전기적으로 연결된 제2전극탭을 포함할 수 있다.
상기 제2전극탭은 상기 제2집전체의 일부일 수 있다.
상기 제2전극탭은 복수개로 이루어질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지는 집전체의 일부인 집전탭과 무지부에 부착된 리드탭을 포함하는 전극탭을 구비함으로써, 캡 조립체를 안정적으로 지지하여 안전성을 향상시킬 수 있으며 동시에 출력을 높일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체를 도시한 분해 사시도이다.
도 4는 도 3의 제1전극 및 제2전극을 도시한 평면도이다.
도 5는 도 3의 전극 조립체를 권취한 사시도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 제1전극을 도시한 평면도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 제1전극을 도시한 평면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.
또한, 이하의 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이며, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는" 는 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
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, 단계, 동작, 부재, 요소 및 /또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 사시도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 단면도이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체를 도시한 분해 사시도이다. 도 4는 도 3의 제1전극 및 제2전극을 도시한 평면도이다. 도 5는 도 3의 전극 조립체를 권취한 사시도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(100)는 전극 조립체(110), 케이스(150) 및 캡 조립체(160)를 포함한다.
상기 전극 조립체(110)는 제1전극(120), 제2전극(130) 및 상기 제1전극(120)과 제2전극(130) 사이에 개재된 세퍼레이터(140)를 포함한다. 상기 전극 조립체(110)는 제1전극(120), 제2전극(130) 및 세퍼레이터(140)의 적층제가 젤리-롤 형태로 권취될 수 있다. 여기서, 제1전극(120)은 양극으로서 작용할 수 있으며, 제2전극(130)은 음극으로서 작용할 수 있다. 물론, 그 반대도 가능하다.
상기 제1전극(120)은 알루미늄과 같은 금속 포일로 형성된 제1집전체(121)와, 상기 제1집전체(121)의 양면에 형성되며 제1활물질이 코팅된 제1활물질층(122)과, 상기 제1활물질이 코팅되지 않은 제1무지부(123)를 포함할 수 있다. 또한, 제1전극(120)은 제1집전체(121)와 전기적으로 연결된 제1전극탭(124)을 포함할 수 있다.
제1활물질층(122)은 제1집전체(121)의 양면에 형성될 수 있다. 일부 예에서, 제1활물질층(122)은 제1집전체(121)의 일면에 연속적으로 형성되거나, 불연속적으로 형성될 수 있다. 제1무지부(123)는 제1집전체(121)의 일면에 형성될 수 있다. 또한, 제1무지부(123)는 제1집전체(121)의 일부일 수 있다. 도 3 및 도 4를 참조하면, 제1무지부(123)는 제1집전체(121)의 일면에서 중앙에 위치할 수 있다. 제1활물질층(122)은 제1무지부(123)를 기준으로 양측에 위치할 수 있다.
제1전극탭(124)은 집전탭(124a) 및 리드탭(124b)을 포함할 수 있다. 집전탭(124a)은 제1집전체(121)의 제1방향(X)(또는 길이 방향)과 수직한 제2방향(Y)으로 돌출될 수 있다. 집전탭(124a)은 서로 이격된 다수의 탭으로 구성될 수 있다. 도 5를 참조하면, 집전탭(124a)은 제1전극(120)과 제2전극(130) 및 세퍼레이터(140)를 권취하여 전극 조립체(110)를 형성할 때, 동일한 위치에 정렬되어 멀티탭을 이룰 수 있다. 이러한 멀티탭 구조의 집전탭(124a)은 전극 조립체(110)의 출력을 높일 수 있고 저항을 최소화할 수 있다. 일부 예에서, 집전탭(124a)은 제1집전체(121)의 제2방향(Y)의 일단을 일정 간격으로 타발(또는 컷팅)하여 형성될 수 있다. 또한, 집전탭(124a)은 제1집전체(121)의 일부일 수 있다. 다시 말하자면, 집전탭(124a)은 제1집전체(121)로부터 연장된 부분일 수 있다. 일부 예에서, 집전탭(124a)은 제1무지부(123)로 지칭될 수도 있다.
리드탭(124b)은 제1무지부(123)에 부착될 수 있다. 일부 예에서, 리드탭(124b)은 제1무지부(123)에 용접에 의해 전기적으로 연결될 수 있다. 리드탭(124b)은 제1무지부(123)에 부착되며, 제1무지부(123)의 외측으로 돌출될 수 있다. 리드탭(124b)은 제1집전체(121)의 제2방향(Y)으로 연장되어, 전극 조립체(110)를 지지하는 역할을 할 수 있다. 일부 예에서, 리드탭(124b)은 캡 조립체(160)의 무게를 지지하여 이차 전지(100)의 안전성을 향상시킬 수 있다. 또한, 리드탭(124b)은 제1무지부(123) 상에서의 길이가 길수록 전극 조립체(110)를 보다 더 안정적으로 지지할 수 있게 된다. 예를 들어, 리드탭(124b)의 일단은 제1무지부(123)의 일단으로부터 돌출되고, 리드탭(124b)의 타단은 제1무지부(123)의 타단과 동일 선상에 위치할 수 있다. 리드탭(124b)은 제1전극(120)과 제2전극(130) 및 세퍼레이터(140)를 권취하여 전극 조립체(110)를 형성할 때, 집전탭(124a)과 동일한 위치에 정렬될 수 있다. 또한, 집전탭(124a)과 리드탭(124b)은 용접에 의해 전기적으로 연결되어 제1전극탭(124)을 이룰 수 있다. 제1전극탭(124)은 전극 조립체(110)의 상부로 돌출되어 캡 조립체(160)에 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 제2전극(130)은 구리 또는 니켈과 같은 금속 포일로 형성된 제2집전체(131)와, 상기 제2집전체(131)의 양면에 형성되며 제2활물질이 코팅된 제2활물질층(132)과, 상기 제2집전체(131)와 전기적으로 연결된 제2전극탭(134)을 포함할 수 있다.
제2활물질층(132)은 제2집전체(131)의 양면에 형성될 수 있다. 일부 예에서, 제2활물질층(132)은 제2집전체(131)의 양면에 연속적으로 형성될 수 있다.
제2전극탭(134)은 제2집전체(131)의 제2방향(Y)으로 돌출될 수 있다. 제2전극탭(134)은 제1전극탭(124)의 돌출 방향과 반대 방향으로 돌출될 수 있다. 다시 말하자면, 제2전극탭(134)은 전극 조립체(110)의 하부로 돌출될 수 있다. 제2전극탭(134)은 제1전극탭(124)의 집전탭(124a)과 대응되는 형태일 수 있다. 예를 들어, 제2전극탭(134)은 서로 이격된 다수의 탭으로 구성될 수 있다. 제2전극탭(134)은 제1전극(120)과 제2전극(130) 및 세퍼레이터(140)를 권취하여 전극 조립체(110)를 형성할 때, 동일한 위치에 정렬되어 멀티탭을 이룰 수 있다. 일부 예에서, 제2전극탭(134)은 제2집전체(131)의 제2방향(Y)의 일단을 일정 간격으로 타발(또는 컷팅)하여 형성될 수 있다. 제2전극탭(134)은 제2집전체(131)의 일부일 수 있다. 일부 예에서, 제2전극탭(134)은 제2집전체(131)에서 제2활물질이 형성되지 않은 제2무지부로 지칭될 수 있다. 제2전극탭(134)은 보조탭(135)을 통해 케이스(150)의 하면판(152)에 전기적으로 접속될 수 있다. 일부 예에서, 다수의 제2전극탭(134)과 보조탭(135)은 용접에 의해 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 세퍼레이터(140)는 제1전극(120)과 제2전극(130) 사이에 위치되어, 제1전극(120)과 제2전극(130) 사이의 쇼트를 방지하고 리튬 이온의 이동을 가능하게 하는 역할을 한다. 세퍼레이터(140)는 폴리에틸렌이나, 폴리 프로필렌이나, 폴리 에틸렌과 폴리 프로필렌의 복합 필름으로 이루어질 수 있다.
상기 전극 조립체(110)는 전해액과 함께 케이스(110)의 내부에 수용된다. 여기서, 전해액은 전극 조립체(120)를 구성하는 제1전극(120)과 제2전극(130)의 사이에서 리튬 이온이 이동될 수 있도록 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.
또한, 전극 조립체(110)와 캡 조립체(160) 사이에 제1절연판(115)이 개재되고, 전극 조립체(110)와 케이스(150)의 하면판(152) 사이에 제2절연판(116)이 개재될 수 있다. 제1절연판(115)은 전극 조립체(110)가 캡 조립체(160)에 전기적으로 접촉되지 않도록 하는 역할을 할 수 있다. 특히, 제1절연판(115)은 전극 조립체(110) 중 제2전극(130)이 캡 조립체(160)에 전기적으로 접촉되지 않도록 할 수 있다. 제1절연판(115)에는 제1전극탭(124)이 관통하는 홀과, 전해액 또는 내부 가스가 이동하는 홀이 형성될 수 있다.
제2절연판(116)은 전극 조립체(110)가 케이스(150)의 하면판(152)에 전기적으로 접촉되지 않도록 하는 역할을 할 수 있다. 특히, 제2절연판(116)은 전극 조립체(110) 중 제1전극(120)이 케이스(150)의 하면판(152)에 전기적으로 접촉되지 않도록 할 수 있다. 제2절연판(116)에는 제2전극탭(134)이 관통하는 홀과, 내부 가스가 이동하는 홀이 형성될 수 있다.
상기 케이스(150)는 전극 조립체(110)가 수용되는 공간이 형성되도록 일정 직경을 갖는 원통체인 측면판(151)과, 측면판(151)의 하부를 밀폐하는 하면판(152)을 포함할 수 있다. 일부 예에서, 케이스(150)는 원통형 케이스 또는 원통형 캔으로 지칭될 수 있다. 케이스(150)의 상단 개구부는 전극 조립체(110)를 삽입한 후에 밀폐하도록 개방되어 있다. 또한, 케이스(150)의 상부에는 전극 조립체(110)의 유동을 방지하기 위한 비딩부(153)가 형성될 수 있다. 그리고 케이스(150)의 최상단부에는 캡 조립체(160)를 고정하기 위한 크림핑부(154)가 형성될 수 있다.
상기 캡 조립체(160)는 전극 조립체(110)의 상부에 위치하며, 케이스(150)의 상단 개구부에 결합되어 케이스(150)를 밀봉할 수 있다. 캡 조립체(160)는 캡 업(Cap-up)(161), 안전벤트(Safety Vent)(162), 인슐레이터(163), 캡 다운(Cap-down)(164), 서브 플레이트(165) 및 가스켓(166)을 포함할 수 있다.
상기 캡 업(161)은 상부가 볼록하게 형성되어 외부 회로와 전기적으로 접속될 수 있다. 또한, 캡 업(161)은 케이스(150)의 내부에서 발생되는 가스가 배출될 수 있는 경로를 제공하는 배출홀(161a)이 형성되어 있다. 캡 업(161)은 전극 조립체(110)와 전기적으로 연결되며 전극 조립체(110)에서 발생되는 전류를 외부 회로로 전달한다.
상기 안전벤트(162)는 캡 업(161)과 대응되는 원형의 판체로 형성된다. 안전벤트(162)의 중앙에는 하부 방향으로 돌출된 돌출부(162a)가 형성된다. 돌출부(162a)는 캡 다운(164)의 관통홀(164a)을 관통하여, 서브 플레이트(165)와 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, 돌출부(162a)의 외주연에는 안전벤트(162)의 파단을 안내하는 노치(162b)가 형성된다.
상기 안전벤트(162)의 외주연은 캡 업(161)중 상부로 돌출된 부분을 제외한 나머지 부분에 밀착되게 설치된다. 즉, 안전벤트(162)의 외주연과 캡 업(161)의 외주연은 서로 접촉된다. 또한, 안전벤트(162)의 가장자리는 캡 업(161)을 감싸며 캡 업(161)의 상부로 연장되어 형성된다. 안전벤트(162)는 케이스(150)의 내부에서 이상 내압 발생시 전류를 차단하면서 내부 가스를 배출시킨다. 상기 안전벤트(162)는 케이스(150)의 내압이 안전벤트(162)의 작동 압력 이상이 되면, 내부 가스에 의해 돌출부(162a)가 상부로 상승하면서, 서브 플레이트(165)와 전기적으로 분리된다. 또한, 안전벤트(162)는 케이스(150)의 내압이 안전벤트(162)의 작동 압력보다 높은 파단 압력 이상이 되면 노치(162b)가 파단되어 이차 전지(100)의 폭발을 방지할 수 있다.
상기 인슐레이터(163)는 안전벤트(162)와 캡 다운(164) 사이에 개재되어, 안전벤트(162)와 캡 다운(164) 사이를 절연시킨다. 구체적으로, 인슐레이터(163)는 전벤트(162)의 외주연과 캡 다운(164)의 외주연 사이에 개재된다. 인슐레이터(163)는 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 등과 같은 수지재질로 형성될 수 있다.
상기 캡 다운(164)은 원형의 판체로 형성된다. 캡 다운(164)의 중앙에는 관통홀(164a)이 형성되며, 관통홀(164a)에는 안전벤트(162)의 돌출부(162a)가 관통한다. 또한, 캡 다운(164)의 일측에는 배출홀(164b)이 형성되며, 캡 다운(164)의 하부에는 서브 플레이트(165)가 결합된다. 배출홀(164b)은 내부 가스를 배출시킬 수 있다.
상기 서브 플레이트(165)는 안전벤트(162)의 돌출부(162a)와 제1전극탭(124) 사이에 용접된다. 이에 따라, 서브 플레이트(165)는 제1전극탭(124)과 안전벤트(162)를 전기적으로 접속시킨다.
상기 가스켓(166)은 케이스(150)의 상단 개구부에 설치된다. 즉, 가스켓(166)은 캡 업(161) 및 안전벤트(162)의 외주연, 케이스(150)의 상단 개구부 사이에 밀착되어 조립된다. 가스켓(166)은 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 등과 같은 수지재질로 형성될 수 있다. 이러한 가스켓(166)은 캡 조립체(160)가 케이스(150)로부터 분리되는 것을 방지할 수 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 제1전극을 도시한 평면도이다.
도 6을 참조하면, 제1전극(220)은 제1집전체(121)와, 제1활물질층(222)과, 제1무지부(223) 및 제1전극탭(224)을 포함할 수 있다. 제1전극탭(224)은 집전탭(124a)과 리드탭(224b)을 포함할 수 있다. 리드탭(224b)은 제1집전체(121)의 일단에 위치할 수 있다. 구체적으로, 리드탭(224b)은 제1집전체(121)의 제1방향(X)의 일단에 위치할 수 있다. 또한, 리드탭(224b)이 부착되는 제1무지부(223)도 제1집전체(121)의 제1방향(X)의 일단에 위치할 수 있다. 따라서, 제1활물질층(222)은 제1집전체(121)의 양면에 연속적으로 형성될 수 있다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 제1전극을 도시한 평면도이다.
도 7을 참조하면, 제1전극(320)은 제1집전체(121)와, 제1활물질층(322)과, 제1무지부(323) 및 제1전극탭(324)을 포함할 수 있다. 제1전극탭(324)은 집전탭(124a)과 리드탭(324b)을 포함할 수 있다. 리드탭(324b)은 제1집전체(121)의 일면에 복수개가 부착될 수 있다. 복수의 리드탭(324b)은 전극 조립체(110)를 형성할 때 동일한 위치에 정렬되도록 이격될 수 있다. 또한, 도 7에는 복수의 리드탭(324b)이 제1집전체(121)의 일면에 위치한 것으로 도시되어 있으나, 복수의 리드탭(324b)은 제1집전체(121)의 양면에 위치할 수 있다. 예를 들어, 제1집전체(121)의 일면에 하나의 리드탭(324b)이 부착되고, 반대면에 두 개의 리드탭(324b)이 부착될 수 있다. 또한, 리드탭(324b)이 부착되는 제1무지부(323)는 제1집전체(121)의 일면 또는 양면에 복수개가 형성될 수 있다. 제1활물질층(322)은 제1집전체(121)에 불연속적으로 또는 간헐적으로 형성될 수 있다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 의한 이차 전지를 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.

Claims (10)

  1. 제1전극과, 제2전극 및 세퍼레이터를 포함하는 전극 조립체;
    상기 전극 조립체를 수용하는 케이스; 및
    상기 케이스의 상부에 결합되는 캡 조립체;를 포함하고,
    상기 제1전극은 제1집전체, 상기 제1집전체 상에 제1활물질층이 코팅된 제1활물질층, 제1활물질이 코팅되지 않은 제1무지부 및 상기 제1집전체와 전기적으로 연결된 제1전극탭을 포함하며,
    상기 제1전극탭은 상기 제1집전체의 일부인 집전탭과, 상기 제1집전체에 부착된 리드탭을 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 리드탭은 상기 제1집전체의 일면에서 중앙에 위치한 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 집전탭은 복수개로 이루어진 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 리드탭은 상기 제1무지부에 용접된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 리드탭은 상기 제1집전체의 길이방향인 제1방향에서 일단에 위치하는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 리드탭은 복수개로 이루어진 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1전극탭은 상기 캡 조립체의 서브 플레이트에 전기적으로 연결된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2전극은 제2집전체, 상기 제2집전체 상에 제2활물질층이 코팅된 제2활물질층 및 상기 제2집전체와 전기적으로 연결된 제2전극탭을 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제2전극탭은 상기 제2집전체의 일부인 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 제2전극탭은 복수개로 이루어진 것을 특징으로 하는 이차 전지.
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