WO2024063434A1 - 이차전지 및 이를 포함하는 전지 모듈 - Google Patents

이차전지 및 이를 포함하는 전지 모듈 Download PDF

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WO2024063434A1
WO2024063434A1 PCT/KR2023/013751 KR2023013751W WO2024063434A1 WO 2024063434 A1 WO2024063434 A1 WO 2024063434A1 KR 2023013751 W KR2023013751 W KR 2023013751W WO 2024063434 A1 WO2024063434 A1 WO 2024063434A1
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separator
secondary battery
electrode assembly
winding
core
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PCT/KR2023/013751
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English (en)
French (fr)
Inventor
손병대
Original Assignee
주식회사 엘지에너지솔루션
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/04—Construction or manufacture in general
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells

Definitions

  • the present invention relates to a secondary battery and a battery module containing the same, which relieves or supports the stress generated in the core portion of the internal jelly roll-type electrode assembly during charging and discharging of the secondary battery, and thereby prevents the irreversible electrode generated in the core portion. It relates to a secondary battery that can prevent collapse of the core portion that may occur through deformation and accumulation thereof, and a battery module including the same.
  • secondary batteries are classified into cylindrical batteries and square batteries in which the electrode assembly is housed in a cylindrical or square metal can, and pouch-type batteries in which the electrode assembly is housed in a pouch-shaped case of aluminum laminate sheet. .
  • the electrode assembly built into the battery case is a power generating element capable of charging and discharging consisting of a laminated structure of anode/separator/cathode, and has a jelly roll-type structure wound with a separator between the long sheet-shaped anode and cathode coated with active material. and a stacked structure in which a plurality of anodes and cathodes of a predetermined size are stacked sequentially with a separator interposed therebetween, and a bicell or full cell structure in which a predetermined unit of anodes and cathodes are stacked with a separator interposed therebetween. It can be classified as a stacked/folding type electrode assembly with a structure in which cells are wound.
  • jelly roll-type electrode assemblies are widely manufactured because they are easy to manufacture and have the advantages of high energy density per weight.
  • the jelly roll-type electrode assembly can be manufactured by assembling a long sheet-shaped anode and cathode and a laminate with a separator between them, and winding the sheet in the longitudinal direction with the core in contact with one end of the electrode laminate. there was. And this jelly roll-type electrode assembly can be inserted into a battery case made of a cylindrical metal can to form a cylindrical secondary battery.
  • Cylindrical secondary batteries are gradually becoming higher capacity as technology develops, and as a result, the space available for battery elements such as electrodes is becoming scarce. As a result, there is a need for a method to effectively relieve stress caused by stress in the cylindrical battery core, such as structural collapse phenomenon occurring inside the jelly roll-type electrode assembly due to contraction and expansion of the electrode.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of a conventional cylindrical secondary battery.
  • the cylindrical secondary battery includes a jelly roll-type electrode assembly 10 formed by alternately stacking and winding electrodes and separators, and a can case 20 that accommodates the jelly roll-type electrode assembly.
  • a core portion 11 is formed in the center of the winding of the jelly roll-type electrode assembly 10.
  • the core portion 11 may be an empty space formed by winding a laminate of an electrode and a separator with a winding core to form a jelly roll-type electrode assembly 10 and then removing the winding core.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line A-A' of FIG. 1.
  • FIG. 2(a) shows the initial state before the core portion 11 of the jelly roll-type electrode assembly 10 collapses.
  • the electrode assembly 10 and the core portion 11 of the electrode assembly 10 repeat expansion and contraction.
  • the electrode of the core portion 11 is deformed or collapses due to accumulation of strain.
  • Figure 2(b) shows this state of deformation and collapse of the core portion 11.
  • the present invention was developed to solve the above problems.
  • the object of the present invention is to relieve or support the stress generated in the core portion of the internal jelly roll-type electrode assembly during charging and discharging of the secondary battery, thereby reducing the stress generated in the core portion.
  • the object of the present invention is to provide a secondary battery that can prevent collapse of the core portion that may occur through irreversible deformation of electrodes and their accumulation, and a battery module including the same.
  • the present invention provides a secondary battery and a battery module containing the same, which prevent the problem of poor winding due to the rigidity of the core portion of the electrode assembly when winding a jelly roll-type electrode assembly with a small diameter of the core portion.
  • the secondary battery according to the present invention includes a jelly roll-type electrode assembly formed by winding a positive electrode, a negative electrode, and a separator, a case accommodating the electrode assembly, and an electrolyte solution accommodated with the electrode assembly within the case, and a core portion that is the center of the winding of the electrode assembly.
  • a swelling tape that expands when absorbing electrolyte is attached to one side of the separator positioned surrounding it.
  • the swelling tape includes a substrate and an adhesive layer formed on the side facing the separator among both sides of the substrate, and the substrate is adhesive. It is formed on a surface opposite to the surface on which the layer is formed, and includes a plurality of convex parts having a protruding shape.
  • the substrate may include a polymer material.
  • One side of the separator may be the side that faces the core part among the two sides of the separator.
  • the electrode assembly includes a first separator, an anode, a second separator, and a cathode that are sequentially stacked and wound, and a swelling tape may be attached to the first separator.
  • the swelling tape may be attached to the separator so that the core side end of the separator and the core side end of the swelling tape coincide with each other.
  • the convex portion may be formed in a shape where the width becomes narrower from the bottom to the top, based on a cross-sectional view cut in a plane perpendicular to the winding axis of the electrode assembly.
  • the convex portion is formed to extend in the width direction of the separator, and a plurality of convex portions may be arranged to be spaced apart on the upper side and in contact with the convex portion on the lower side adjacent to the convex portion in the longitudinal direction of the separator.
  • the convex portion may be formed in the form of a semicircle or part of a circle, based on a cross-sectional view cut in a plane perpendicular to the winding axis of the electrode assembly.
  • the convex portion may be formed in a trapezoidal shape based on a cross-sectional view cut in a plane perpendicular to the winding axis of the electrode assembly.
  • the trapezoid may be an equilateral trapezoid.
  • the diameter (P) of the core portion may be 3.2 mm to 3.6 mm, and the thickness (t) of the substrate may be 30 um to 50 um.
  • the length (U) of the lower side of the iron part having a trapezoidal shape is 0.1 mm to 0.3 mm
  • the convex angle ( ⁇ ) which is the angle formed when two straight lines formed by extending a pair of non-parallel opposite sides meet, may be 6.5 to 7.9 degrees.
  • the length (U) of the lower side of the iron part having a trapezoidal shape is 0.4 mm to 0.6 mm
  • the convex angle ( ⁇ ) which is the angle formed when two straight lines formed by extending a pair of non-parallel opposite sides meet, may be 16 to 20 degrees.
  • the battery module according to the present invention includes the secondary battery according to the present invention described above, and a housing accommodating a plurality of the secondary batteries.
  • the secondary battery and the battery module containing the same relieve or support the stress generated in the core portion of the internal jelly roll-type electrode assembly during charging and discharging of the secondary battery, thereby preventing irreversible deformation of the electrode occurring in the core portion. And it is possible to prevent collapse of the core portion that may occur through their accumulation.
  • the secondary battery according to the present invention and the battery module containing the same can prevent the problem of the winding not being formed properly due to the rigidity of the core portion of the electrode assembly when winding a jelly roll-type electrode assembly with a small diameter of the core portion.
  • Figure 1 is a cross-sectional view showing an example of a conventional cylindrical secondary battery.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line A-A' of FIG. 1.
  • Figure 3 is a cross-sectional view of the secondary battery according to Example 1 of the present invention cut in the same manner as A-A' in Figure 1.
  • Figure 4 is a perspective view showing an unfolded and disassembled jelly roll-type electrode assembly of a secondary battery according to Example 1 of the present invention.
  • Figure 5 is an enlarged perspective view of part B of Figure 3.
  • FIG. 6 is a side view showing a view in the direction of arrow E in FIG. 5.
  • Figure 7 is a side view showing a state in which a jelly roll-type electrode assembly begins to be wound using a winding core in a secondary battery according to Example 1 of the present invention.
  • FIG. 8 is a side view showing another modification to the embodiment shown in FIG. 7.
  • Figure 9 is a side view showing a state in which a swelling tape is attached to a secondary battery according to Example 2 of the present invention.
  • Figure 10 is a side view showing a state in which a swelling tape is attached to a secondary battery according to Example 3 of the present invention.
  • Figure 1 is a cross-sectional view showing an example of a conventional cylindrical secondary battery.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line A-A' of FIG. 1.
  • Figure 3 is a cross-sectional view of the secondary battery according to Example 1 of the present invention cut in the same manner as A-A' in Figure 1.
  • Figure 4 is a perspective view showing an unfolded and disassembled jelly roll-type electrode assembly of a secondary battery according to Example 1 of the present invention.
  • Figure 5 is an enlarged perspective view of part B of Figure 3.
  • FIG. 6 is a side view showing a view in the direction of arrow E in FIG. 5.
  • Figure 7 is a side view showing a state in which a jelly roll-type electrode assembly begins to be wound using a winding core in a secondary battery according to Example 1 of the present invention.
  • the secondary battery according to Example 1 of the present invention includes an electrode assembly 110, a case, and an electrolyte, and a core portion 120, which is the center of the electrode assembly 110.
  • a swelling tape 130 is attached.
  • the electrode assembly 110 may be a jelly roll-type electrode assembly 110 formed by alternately stacking and winding a cathode 112, an anode 114, and a separator 115.
  • the case may be a case that accommodates the electrode assembly.
  • the case may be a can case having a cylindrical shape.
  • the electrolyte solution (not shown) may be a liquid accommodated with the electrode assembly 110 in the case.
  • a core portion 120 is formed at the center of the winding of the jelly roll-type electrode assembly 110.
  • the core portion 120 may be an empty space formed by winding the laminate of the electrode and the separator 115 around the core K to form the jelly roll-type electrode assembly 110 and then removing the core K.
  • a swelling tape 130 is attached to one side of the separator 115 located surrounding the core portion 120, which is the winding center of the electrode assembly 110.
  • one side of the separator 115 may be the side that faces the core portion 120 among the two sides of the separator 115.
  • the electrode assembly 110 has a first separator 111, a cathode 112, a second separator 113, and an anode 114 sequentially stacked and wound. It can be provided. And the swelling tape 130 may be attached to the second separator 113 among the two separators 115 above. This may be attached to the core internal separator 115. When attached to the separator 115 inside the core, there is a distance from the facing portion between the anode and the cathode, so it does not affect the battery reaction, so there is no problem with changes in battery characteristics.
  • the swelling tape 130 can play a supporting role when holding the core (K) and winding it in the winding direction (W) (see FIG. 7).
  • the core (K) is two rods that hold the center of the separator 115 to proceed with the winding process.
  • the core (K) rotates and forms the jelly roll-type electrode assembly 110 through the winding operation, and then the core (K) ) goes out.
  • FIG. 8 is a side view showing another modification to the embodiment shown in FIG. 7.
  • the electrode assembly 110 includes a first separator 111, an anode 114, a second separator 113, and a cathode 112 sequentially stacked. It may be provided in a wound form. Also, the swelling tape 130 may be attached to the second separator 113 among the two separators 115 above. This may also be attached to the core internal separator 115.
  • the swelling tape 130 is aligned with the core side end of the separator 115 to which the swelling tape 130 is attached and the core side end of the swelling tape 130. 115) (specifically, the swelling tape 130 may be attached to the core side end of the second separator 113).
  • the core side is indicated by an O-direction arrow in FIG. 4.
  • the core side may refer to a direction toward the center of winding.
  • the swelling tape 130 may be a tape that expands when it absorbs electrolyte.
  • the swelling tape 130 may include a polymer material.
  • the polymer material may be a material that has the property of absorbing the electrolyte solution, but does not react with the electrolyte solution.
  • it may include PU (polyurethane) material.
  • the swelling tape 130 may include a substrate 131 and an adhesive layer 132.
  • the adhesive layer 132 may be an adhesive material layer applied to one surface of the substrate 131.
  • the substrate 131 of the swelling tape 130 may be formed to include a polymer material.
  • the substrate 131 may include a PU (polyurethane) material.
  • the substrate 131 may be made of another material as long as it absorbs electrolyte and expands.
  • the expanded substrate 131 can buffer or absorb shock or stress. Alternatively, it may serve to resist and support shock or stress.
  • the adhesive layer 132 may be formed on the side facing the separator 115 among both sides of the substrate 131.
  • a plurality of concave portions 134 and convex portions 133 may be formed on the substrate 131.
  • the convex portion 133 may be formed on a surface opposite to the surface on which the adhesive layer 132 is formed.
  • the recess 134 may have a recessed shape.
  • the convex portion 133 may have a relatively taller and thicker shape compared to the concave portion.
  • the recessed portion 134 and the convex portion 133 can be manufactured by laser etching by irradiating a laser onto a tape. Alternatively, it may be possible to manufacture it by pressing it using a mold.
  • the secondary battery according to Example 1 of the present invention attaches the swelling tape 130 to the separator 115 located in the core portion 120, so that the internal jelly roll-type electrode assembly 110 is removed during charging and discharging of the secondary battery. Stress occurring in the core portion 120 can be relieved or supported. And through this, it is possible to prevent collapse of the core portion 120 that may occur through irreversible electrode deformation and accumulation in the core portion 120.
  • FIG. 3(a) shows the expansion and contraction of the core portion 120 before the electrolyte is injected
  • FIG. 3(b) shows the expansion and contraction of the core portion 120 after the electrolyte is injected. It shows what happened after this happened.
  • the core portion 120 thanks to the swollen swelling tape 130, the core portion 120 maintains its shape without being deformed or collapsed even after repeated expansion and contraction of the core portion 120. Able to know.
  • FIG. 6 is a side view showing a view in the direction of arrow E in FIG. 5.
  • the convex portion 133 may be formed in a shape where the width becomes narrower from the bottom to the top, based on a cross-sectional view cut in a plane perpendicular to the winding axis of the electrode assembly 110.
  • the convex portion 133 may be formed to extend in the width direction (Y) of the separator 115 .
  • the width of the swelling tape 130 may be the same as the width of the separator 115 . Referring to FIG.
  • the length (J) of the swelling tape 130 based on the longitudinal direction (L) of the separator 115 may be formed to be neither too long nor too short. Specifically, the length (J) of the swelling tape 130 can be determined within a range that does not interfere with the battery reaction.
  • the plurality of convex portions 133 are spaced apart from each other on the upper side and in contact with the convex portions 133 on the lower side in the longitudinal direction (L) of the separator 115. It may be in an arranged form.
  • the convex portion 133 may be formed in a trapezoidal shape based on a cross-sectional view cut along a plane perpendicular to the winding axis of the electrode assembly 110.
  • the trapezoid may be most preferably an equilateral trapezoid.
  • the shape of the convex part 133 is formed in this way, when the jelly roll-type electrode assembly 110 with a small diameter of the core part 120 is wound, the swell attached to the core part 120 of the electrode assembly 110 Due to the rigidity of the ring tape 130, it is possible to avoid problems in which the winding is not properly formed.
  • the swelling tape 130 must have a certain degree of rigidity in order to prevent the collapse of the core portion 120, but this rigidity may cause difficulty in forming windings in the core portion 120. there is. This is because the rigidity of the swelling tape 130 can serve to apply force to unwind the winding.
  • the swelling tape 130 expands in volume, and this expansion of the swelling tape 130 may act as a force in the direction of unwinding.
  • the convex portion 133 of the present invention can solve the problem of the winding being unraveled or not formed properly.
  • the space between the convex portions 133 serves to weaken the rigidity or repulsive force of the swelling tape 130, the coiling may be unwound or not properly formed due to the rigidity of the swelling tape 130. The problem can be solved.
  • the diameter (P) of the core portion 120 is formed to be 3.2 mm to 3.6 mm
  • the thickness (t) of the substrate 131 is Can be formed from 30 um to 50 um (unit is micrometer).
  • the thickness of the base layer excluding the iron portion may be about 1/4 to 1/3 of the thickness of the entire base layer. This may be the most advantageous thickness range in which the adhesive layer is not exposed, but forms a convex portion)
  • the length (U) of the lower side of the convex portion 133 having a trapezoidal shape may be 0.1 mm to 0.3 mm.
  • the angle ⁇ of the convex portion 133 which is an angle formed by meeting two straight lines formed by extending a pair of non-parallel opposite sides in a trapezoid shape, may be 6.5 degrees to 7.9 degrees.
  • the calculation method is explained as follows.
  • the diameter P of the core portion 120 is about 3.2 mm
  • the circumference of the core portion 120 may be 3.2 mm
  • the length (U) of the lower side of the convex part 133 is about 0.2 mm
  • the length (U) of the lower side of the convex portion 133 having a trapezoidal shape may be 0.4 mm to 0.6 mm.
  • the angle ⁇ of the convex portion 133 which is the angle formed when two straight lines formed by extending a pair of non-parallel opposite sides of a trapezoid meet, may be 16 to 20 degrees.
  • the circumference of the core portion 120 may be 3.2 mm
  • the length (U) of the lower side of the convex part 133 is about 0.5 mm
  • the battery module according to the present invention may be formed including the secondary battery according to Example 1 of the present invention described above, and a housing accommodating a plurality of the secondary batteries.
  • Figure 9 is a side view showing a state in which a swelling tape is attached to a secondary battery according to Example 2 of the present invention.
  • Embodiment 2 of the present invention differs from Embodiment 1 in that the shape of the convex portion is circular rather than trapezoidal.
  • Example 2 Contents in common with Example 1 will be omitted as much as possible and Example 2 will be described focusing on the differences. In other words, it is obvious that if content not explained in Example 2 is necessary, it can be supplemented through the content of Example 1.
  • the convex portion 233 is in the form of a semicircle or part of a circle, based on a cross-sectional view cut in a plane perpendicular to the winding axis of the electrode assembly. It can be formed as
  • a convex portion 233 is formed on the substrate in the shape of a semicircle.
  • the substrate 231 on which the semicircular convex portion 233 is formed is attached to one side of the separator 215 as in Example 1, and an adhesive layer 232 is formed on one side of the substrate 231 to form a separator. Adhesion with (215) may be possible.
  • the corner part can be relatively absent or small compared to the trapezoid.
  • Figure 10 is a side view showing a state in which a swelling tape is attached to a secondary battery according to Example 3 of the present invention.
  • Examples 1 and 2 of the present invention Compared to Examples 1 and 2 of the present invention, it is different from Examples 1 and 2 in that the purpose of the present invention is achieved by attaching a plurality of swelling tapes of good width.
  • Example 3 Contents in common with Examples 1 and 2 will be omitted as much as possible and Example 3 will be described focusing on the differences. In other words, it is obvious that if content not explained in Example 3 is necessary, it can be supplemented through the content of Examples 1 and 2.
  • the secondary battery according to Example 3 of the present invention includes a jelly roll-type electrode assembly 110 formed by winding a negative electrode, a positive electrode, and a separator, a case accommodating the electrode assembly, and an electrode assembly 110 within the case. ), and a plurality of swelling tapes 330, which expand when absorbing the electrolyte, will be attached at predetermined intervals to one side of the separator, which contains an electrolyte accommodated with the electrode assembly 110 and is located surrounding the core portion, which is the winding center of the electrode assembly 110. You can. Additionally, each swelling tape 330 may include a substrate 331 and an adhesive layer 332 formed on one of both sides of the substrate facing the separator.
  • each swelling tape 330 has a thin width and is attached in multiple rows.
  • one swelling tape 330 can play the role played by one convex part 133, 233 in Examples 1 and 2.

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Abstract

본 발명은 이차전지 및 이를 포함하는 전지 모듈에 관한 것으로서, 이차전지의 충방전 중 내부 젤리롤형 전극조립체의 코어부에서 발생하는 응력을 해소 또는 지지하며, 이를 통해 코어부에서 발생하는 비가역적인 전극의 변형 및 이들의 누적을 통해 발생할 수 있는 코어부의 붕괴를 방지할 수 있는 이차전지 및 이를 포함하는 전지 모듈에 관한 것이다.

Description

이차전지 및 이를 포함하는 전지 모듈
관련출원과의 상호인용
본 출원은 2022년 09월 23일자 한국특허출원 제10-2022-0121207호 및 2023년 09월 08일자 한국특허출원 제10-2023-0119979호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국특허출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
기술분야
본 발명은 이차전지 및 이를 포함하는 전지 모듈에 관한 것으로서, 이차전지의 충방전 중 내부 젤리롤형 전극조립체의 코어부에서 발생하는 응력을 해소 또는 지지하며, 이를 통해 코어부에서 발생하는 비가역적인 전극의 변형 및 이들의 누적을 통해 발생할 수 있는 코어부의 붕괴를 방지할 수 있는 이차전지 및 이를 포함하는 전지 모듈에 관한 것이다.
이차전지는 전지케이스의 형상에 따라, 전극조립체가 원통형 또는 각형의 금속 캔에 내장되어 있는 원통형 전지 및 각형 전지와, 전극조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 내장되어 있는 파우치형 전지로 분류된다.
또한, 전지케이스에 내장되는 상기 전극조립체는 양극/분리막/음극의 적층 구조로 이루어진 충방전이 가능한 발전소자로서, 활물질이 도포된 긴 시트형의 양극과 음극 사이에 분리막을 개재하여 권취한 젤리롤형 구조와, 소정 크기의 다수의 양극과 음극을 분리막이 개재된 상태에서 순차적으로 적층한 스택형 구조, 및 소정 단위의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 적층한 바이셀(bicell) 또는 풀셀(full cell)들을 권취한 구조의 스택 /폴딩형 전극조립체로 분류될 수 있다.
그 중 젤리롤형 전극조립체는 제조가 용이하고 중량당 에너지 밀도가 높은 장점을 가지고 있어 널리 제작되고 있다. 젤리롤형 전극조립체는 긴 시트형의 양극과 음극 및 이들 사이에 분리막을 개재시킨 적층체를 조립하고, 전극 적층체의 일측 단부에 권심을 접촉시킨 상태에서 시트의 길이 방향으로 권취시킴에 따라 제작될 수 있었다. 그리고 이러한 젤리롤형 전극조립체는 원통형의 금속캔으로 마련된 전지 케이스에 삽입되어 원통형 이차전지를 형성할 수 있다.
원통형 이차전지는 기술이 발달함에 따라 점차 고용량화 되고 있으며, 그에 따라 전극 등 전지 요소가 활용 가능한 공간이 부족하게 되어가고 있다. 그로 인하여 전극의 수축, 팽창에 의한 젤리롤형 전극조립체 내부에서의 구조 붕괴 현상이 발생하는 등 원통형 전지 코어부에서의 응력에 의한 스트레스를 효과적으로 해소할 수 있는 방안이 요구되고 있다.
도 1은 종래의 원통형 이차전지의 일례를 도시하고 있는 단면도이다. 도 1을 참조하면, 원통형 이차전지는 전극과 분리막이 교대로 적층되고 권취되어 형성되는 젤리롤형 전극조립체(10)와 젤리롤형 전극조립체를 수용하는 캔 케이스(20)를 포함한다. 그리고 젤리롤형 전극조립체(10)의 권취 중심부에는 코어부(11)가 형성되어 있다. 코어부(11)는 권심으로 전극과 분리막의 적층체를 와인딩하여 젤리롤형 전극조립체(10)를 만든 후 권심을 빼냄에 따라 형성되는 빈 공간부일 수 있다.
도 2는 도 1의 A-A'에 따른 단면도이다. 도 2를 참조하면, 도 2(a)는 젤리롤형 전극조립체(10)의 코어부(11)가 붕괴하기 전 최초의 상태를 도시하고 있다. 도 2(a)와 같은 상태에서 충전과 방전을 하게 되면 전극조립체(10) 및 전극조립체(10)의 코어부(11)가 팽창과 수축을 반복하게 된다. 그에 따라 코어부(11)의 전극이 변형되거나 또는 변형의 누적으로 인해 붕괴되는 현상이 발생하는데, 도 2(b)가 바로 이런 코어부(11)의 변형과 붕괴의 상태를 도시하고 있다.
전극조립체(10)의 코어부(11) 내부에서 변형 또는 붕괴가 발생할 경우, 전극 모서리 등에 의해 분리막이 찢어지는 등 미세 쇼트 혹은 폭발까지 이어질 수 있는 내부 단락 리스크가 있어 문제되었다.
본 발명은 위와 같은 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 과제는 이차전지의 충방전 중 내부 젤리롤형 전극조립체의 코어부에서 발생하는 응력을 해소 또는 지지하며, 이를 통해 코어부에서 발생하는 비가역적인 전극의 변형 및 이들의 누적을 통해 발생할 수 있는 코어부의 붕괴를 방지할 수 있는 이차전지 및 이를 포함하는 전지 모듈을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명은 코어부의 직경이 작은 젤리롤형 전극조립체를 권취 시, 전극조립체 코어부가 가지는 강성으로 인하여 권취가 제대로 형성되지 않는 문제를 일으키지 않도록 하는 이차전지 및 이를 포함하는 전지 모듈을 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 이차전지는 양극, 음극, 분리막이 권취되어 형성되는 젤리롤형 전극조립체, 전극 조립체를 수용하는 케이스 및 케이스 내에 전극조립체와 함께 수용되는 전해액을 포함하고, 전극조립체의 권취 중심부인 코어부를 둘러싸게 위치하는 분리막의 일면에는 전해액을 흡수하면 팽창하는 스웰링 테이프가 부착되며, 스웰링 테이프는, 기재, 및 기재의 양면 중 분리막과 대면하는 면에 형성되는 점착층을 포함하고, 기재는 점착층이 형성된 면의 반대측 면에 형성되고, 돌출된 형상을 가지는 복수의 철(凸)부를 포함한다.
기재는 폴리머 재질을 포함할 수 있다.
분리막의 일면은 분리막의 양면 중 코어부를 바라보는 면일 수 있다.
전극조립체는 제1 분리막, 양극, 제2 분리막, 음극이 순차로 적층되어 권취된 형태를 포함하고, 스웰링 테이프는 제1 분리막에 부착될 수 있다.
분리막의 코어측 끝단과 스웰링 테이프의 코어측 끝단이 서로 일치되게 스웰링 테이프가 분리막에 부착될 수 있다.
철(凸)부는, 전극조립체의 권취축에 수직한 평면으로 자른 단면도를 기준으로, 하측에서 상측으로 갈수록 폭이 좁아지는 형태로 형성될 수 있다.
철(凸)부는 분리막의 폭방향으로 연장되는 형태로 형성되고, 복수 개의 철(凸)부는 분리막의 길이 방향으로 이웃한 철(凸)부와 상측은 이격되고 하측은 접하게 배열될 수 있다.
철(凸)부는, 전극조립체의 권취축에 수직한 평면으로 자른 단면도를 기준으로, 반원 또는 원의 일부인 형태로 형성될 수 있다.
철(凸)부는, 전극조립체의 권취축에 수직한 평면으로 자른 단면도를 기준으로, 사다리꼴로 형성될 수 있다.
사다리꼴은 등변 사다리꼴일 수 있다.
코어부의 직경(P)은 3.2 mm ~ 3.6 mm 로 형성되고, 기재의 두께(t)는 30 um ~ 50 um 로 형성될 수 있다.
사다리꼴 형태를 가지는 철(凸)부의 아랫변의 길이(U)는 0.1 mm ~ 0.3 mm 이고,
사다리꼴 형태에서 평행하지 않은 한 쌍의 두 대변을 연장하여 형성되는 두 직선이 만나서 이루는 각인 철(凸)부각(θ)이 6.5 도 ~ 7.9 도 일 수 있다.
사다리꼴 형태를 가지는 철(凸)부의 아랫변의 길이(U)는 0.4 mm ~ 0.6 mm 이고,
사다리꼴 형태에서 평행하지 않은 한 쌍의 두 대변을 연장하여 형성되는 두 직선이 만나서 이루는 각인 철(凸)부각(θ)이 16 도 ~ 20 도 일 수 있다.
본 발명에 따른 전지 모듈은 상기에 기재한 본 발명에 따른 이차전지, 및 그 이차전지 복수개가 수용되는 하우징을 포함한다.
본 발명에 따른 이차전지 및 이를 포함하는 전지 모듈은, 이차전지의 충방전 중 내부 젤리롤형 전극조립체의 코어부에서 발생하는 응력을 해소 또는 지지하며, 이를 통해 코어부에서 발생하는 비가역적인 전극의 변형 및 이들의 누적을 통해 발생할 수 있는 코어부의 붕괴를 방지할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 이차전지 및 이를 포함하는 전지 모듈은 코어부의 직경이 작은 젤리롤형 전극조립체를 권취 시, 전극조립체 코어부가 가지는 강성으로 인하여 권취가 제대로 형성되지 않는 문제를 일으키지 않도록 할 수 있다.
도 1은 종래의 원통형 이차전지의 일례를 도시하고 있는 단면도이다.
도 2는 도 1의 A-A'에 따른 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예 1에 따른 이차전지를 도 1의 A-A'와 같은 방식으로 자른 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예 1에 따른 이차전지의 젤리롤형 전극조립체를 펼쳐서 분해한 상태를 도시하는 사시도이다.
도 5는 도 3의 B 부분을 확대하여 도시하는 사시도이다.
도 6은 도 5의 화살표 E 방향으로 바라본 모습을 도시하는 측면도이다.
도 7은 본 발명의 실시예 1에 따른 이차전지에서 권심을 이용하여 젤리롤형 전극조립체를 권취하기 시작하는 상태를 나타내는 측면도이다.
도 8은 도 7에서 도시되는 실시예에 대한 또 다른 변형예를 도시하는 측면도이다.
도 9는 본 발명의 실시예 2에 따른 이차전지에서 스웰링 테이프가 부착된 상태를 도시하는 측면도이다.
도 10은 본 발명의 실시예 3에 따른 이차전지에서 스웰링 테이프가 부착된 상태를 도시하는 측면도이다.
이하에서는 첨부의 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 이하의 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분 또는 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련 공지 기술에 대한 상세한 설명은 생략하였으며, 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서는, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일 또는 유사한 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.
실시예 1
도 1은 종래의 원통형 이차전지의 일례를 도시하고 있는 단면도이다. 도 2는 도 1의 A-A'에 따른 단면도이다. 도 3은 본 발명의 실시예 1에 따른 이차전지를 도 1의 A-A'와 같은 방식으로 자른 단면도이다. 도 4는 본 발명의 실시예 1에 따른 이차전지의 젤리롤형 전극조립체를 펼쳐서 분해한 상태를 도시하는 사시도이다. 도 5는 도 3의 B 부분을 확대하여 도시하는 사시도이다. 도 6은 도 5의 화살표 E 방향으로 바라본 모습을 도시하는 측면도이다. 도 7은 본 발명의 실시예 1에 따른 이차전지에서 권심을 이용하여 젤리롤형 전극조립체를 권취하기 시작하는 상태를 나타내는 측면도이다.
도 3, 도 4, 및 도 7을 참조하면, 본 발명의 실시예 1에 따른 이차전지는 전극조립체(110), 케이스 및 전해액을 포함하고, 전극조립체(110)의 중심부인 코어부(120)에 스웰링 테이프(130)가 부착된다.
전극조립체(110)는 음극(112), 양극(114), 분리막(115)이 교대로 적층되고 권취되어 형성되는 젤리롤형 전극조립체(110)일 수 있다. 케이스는 전극조립체를 수용하는 케이스일 수 있다. 케이스는 원통형상을 가지는 캔 케이스일 수 있다. 전해액(미도시)은 케이스 내에 전극조립체(110)와 함께 수용되는 액체일 수 있다.
그리고 젤리롤형 전극조립체(110)의 권취 중심부에는 코어부(120)가 형성되어 있다. 코어부(120)는 권심(K)으로 전극과 분리막(115)의 적층체를 와인딩하여 젤리롤형 전극조립체(110)를 만든 후 권심(K)을 빼냄에 따라 형성되는 빈 공간부일 수 있다.
본 발명의 실시예 1에 따른 이차전지에서 전극조립체(110)의 권취 중심부인 코어부(120)를 둘러싸게 위치하는 분리막(115)의 일면에 스웰링 테이프(130)가 부착된다. 이때, 분리막(115)의 일면은 분리막(115)의 양면 중 코어부(120)를 바라보는 면일 수 있다.
구체적으로, 도 4 및 도 7을 참조하면, 전극조립체(110)는 제1 분리막(111), 음극(112), 제2 분리막(113), 양극(114)이 순차로 적층되어 권취된 형태로 구비될 수 있다. 그리고 스웰링 테이프(130)는 위의 두 분리막(115) 중에서 제2 분리막(113)에 부착될 수 있다. 이는 코어 내부 분리막(115)에 부착되는 것일 수 있다. 코어 내부 쪽 분리막(115)에 부착될 경우 양-음극간 대면부와 거리가 있으므로 전지 반응에 영향을 미치지 않으므로 전지 특성 변화에는 문제가 없게 된다. 또한 전지 제조 공정상으로도 권심(K)으로 잡고 와인딩 방향(W)으로 와인딩 할 때 스웰링 테이프(130)가 지지하는 역할을 할 수 있어 더 유리할 수 있다(도 7 참조). 여기서 권심(K)이란 와인딩 공정을 진행하기 위하여 분리막(115) 중심부를 잡는 두 개의 봉이며, 권심(K)이 회전하며 와인딩 작업을 통해 젤리롤형 전극조립체(110)를 형성한 후, 권심(K)은 빠져나가게 된다.
도 8은 도 7에서 도시되는 실시예에 대한 또 다른 변형예를 도시하는 측면도이다. 도 8을 참조하면, 전극조립체를 구성하는 또 다른 변형예로, 전극조립체(110)는 제1 분리막(111), 양극(114), 제2 분리막(113), 음극(112)이 순차로 적층되어 권취된 형태로 구비될 수 있다. 그리고 스웰링 테이프(130)는 위의 두 분리막(115) 중에서 역시 제2 분리막(113)에 부착될 수 있다. 이 역시 코어 내부 분리막(115)에 부착되는 것일 수 있다.
도 4 내지 도 5를 참조하면, 스웰링 테이프(130)가 부착된 분리막(115)의 코어측 끝단과 스웰링 테이프(130)의 코어측 끝단이 서로 일치되게 스웰링 테이프(130)가 분리막(115)에 부착될 수 있다(구체적으로는 제2 분리막(113)의 코어측 끝단에 일치되기 스웰링 테이프(130)가 부착될 수 있다). 코어측은 도 4에서 O 방향 화살표로 표시되고 있다. 코어측은 권취 중심을 향하는 방향을 의미할 수 있다.
스웰링 테이프(130)는 전해액을 흡수하면 팽창하는 성질을 가지는 테이프일 수 있다. 일례로 스웰링 테이프(130)는 폴리머 재질을 포함할 수 있다. 폴리머 재질은 전해액을 흡수하는 성질을 가지지만, 전해액과 반응하지는 않는 소재일 수 있다. 구체적으로 PU(폴리우레탄) 소재를 포함할 수 있다.
구체적으로 스웰링 테이프(130)는, 기재(131) 및 점착층(132)을 포함할 수 있다. 점착층(132)은 기재(131)의 일면에 도포되는 접착성 물질층일 수 있다. 그리고 구체적으로 스웰링 테이프(130) 구성 중 기재(131)가 폴리머 재질을 포함하도록 형성될 수 있다. 구체적으로 기재(131)가 PU(폴리우레탄) 소재를 포함할 수 있다. 기재(131)는 전해액을 흡수하여 팽창할 수 있는 소재라면 다른 소재를 사용하는 것도 가능하다. 팽창한 기재(131)는 충격이나 응력을 완충하거나 흡수할 수 있다. 또는 충격이나 응력에 대해서 저항하며 지지하는 역할을 할 수도 있다. 점착층(132)은 기재(131)의 양면 중 분리막(115)과 대면하는 면에 형성될 수 있다.
도 5 내지 6을 참조하면, 본 발명의 실시예 1에 따른 이차전지에서 기재(131)에는 복수 개의 요(凹)부(134)와 철(凸)부(133)가 형성될 수 있다. 구체적으로 철(凸)부(133)는 점착층(132)이 형성된 면의 반대측 면에 형성될 수 있다. 요부(134)는 함몰된 형상을 가질 수 있다. 철부(133)는 요부에 비해 상대적으로 높이가 더 높고 더 두꺼운 형상을 가질 수 있다.
참고로, 요부(134)와 철부(133)를 제조하는 방법으로는 테이프 상에 레이저를 조사하는 방식으로 레이저 식각에 의하여 제조할 수 있다. 또는 금형을 이용하여 가압하는 방식으로 제작하는 것도 가능할 수 있다.
본 발명의 실시예 1에 따른 이차전지는, 코어부(120)에 위치하는 분리막(115)에 스웰링 테이프(130)를 부착함으로써, 이차전지의 충방전 중 내부 젤리롤형 전극조립체(110)의 코어부(120)에서 발생하는 응력을 해소 또는 지지할 수 있다. 그리고 이를 통해 코어부(120)에서 발생하는 비가역적인 전극의 변형 및 이들의 누적을 통해 발생할 수 있는 코어부(120)의 붕괴를 방지할 수 있다.
도 3을 참조하면 도 3(a)는 전해액이 주입되기 전에 코어부(120)의 팽창과 수축이 발생하기 전 모습이고, 도 3(b)는 전해액 주입 후 코어부(120)의 팽창과 수축이 발생하고 난 이후의 모습을 도시하고 있다. 도 3(b)를 참조하면, 부풀어 오른 스웰링 테이프(130) 덕에 코어부(120)의 팽창과 수축이 반복적으로 발생한 이후에도 코어부(120)가 변형되거나 붕괴되지 않고 형태를 유지하고 있는 것을 알 수 있다.
도 6은 도 5의 화살표 E 방향으로 바라본 모습을 도시하는 측면도이다. 도 6을 참조하면, 철(凸)부(133)는, 전극조립체(110)의 권취축에 수직한 평면으로 자른 단면도를 기준으로, 하측에서 상측으로 갈수록 폭이 좁아지는 형태로 형성될 수 있다. 그리고 도 5를 참조하면, 철(凸)부(133)는 분리막(115)의 폭방향(Y)으로 연장되는 형태로 형성될 수 있다. 도 4에서 도시되듯이 스웰링 테이프(130)의 폭도 분리막(115)의 폭과 같은 폭을 가질 수 있다. 도 6을 참조하면, 분리막(115)의 길이 방향(L)을 기준으로 스웰링 테이프(130)의 길이(J)는 너무 길거나 너무 짧지 않도록 형성될 수 있다. 구체적으로 스웰링 테이프(130)의 길이(J)는 전지 반응이 방해 받지 않는 범위 내에서 정해질 수 있다.
그리고 도 5 및 도 6을 참조하면, 복수 개의 철(凸)부(133)는 분리막(115)의 길이 방향(L)으로 이웃한 철(凸)부(133)와 상측은 이격되고 하측은 접하게 배열되는 형태일 수 있다.
도 6을 참조하면, 구체적으로, 철(凸)부(133)는, 전극조립체(110)의 권취축에 수직한 평면으로 자른 단면도를 기준으로, 사다리꼴로 형성될 수 있다. 여기서 사다리꼴은 특히 등변 사다리꼴이 가장 바람직할 수 있다.
철(凸)부(133)의 형상을 이와 같이 형성하면, 코어부(120)의 직경이 작은 젤리롤형 전극조립체(110)를 권취 시, 전극조립체(110) 코어부(120)에 부착된 스웰링 테이프(130)가 가지는 강성으로 인하여 권취가 제대로 형성되지 않는 문제를 일으키지 않도록 할 수 있다.
구체적으로, 스웰링 테이프(130)는 코어부(120)의 붕괴를 막는 역할을 하기 위해서 어느 정도의 강성을 가져야 하는데, 이러한 강성으로 인해서 코어부(120)에서 권취가 형성되는 것에 어려움이 발생할 수 있다. 스웰링 테이프(130)의 강성은 권취가 도로 풀리도록 하는 힘을 가하는 역할을 할 수 있기 때문이다.
또한, 젤리롤형 전극조립체(110)의 삽입 후 전해액 주액 작업 시 스웰링 테이프(130)는 부피가 팽창하게 되는데, 이러한 스웰링 테이프(130)의 팽창은 권취를 푸는 방향으로 힘을 작용할 수도 있다. 본 발명의 철(凸)부(133)는 이러한 권취가 풀리거나 제대로 형성되지 않는 문제를 해결하는 역할을 할 수 있다.
구체적으로, 철(凸)부(133) 사이의 공간이 스웰링 테이프(130)의 강성 또는 반발력을 약화시키는 역할을 하므로, 스웰링 테이프(130)의 강성에 의하여 권취가 풀리거나 제대로 형성되지 않는 문제를 해결할 수 있다.
도 3, 도 6을 참조하면, 본 발명의 실시예 1에 따른 이차전지에서, 코어부(120)의 직경(P)은 3.2 mm ~ 3.6 mm 로 형성되고, 기재(131)의 두께(t)는 30 um ~ 50 um(단위는 마이크로미터)로 형성될 수 있다. 또한, 철(凸)부를 제외한 기재층의 두께는 전체 기재 층의 1/4 ~1/3 정도의 두께로 형성할 수 있다. 이는 점착층이 노출되지 않되, 철(凸)부를 형성하는 가장 유리한 두께 범위일 수 있다)
그리고, 사다리꼴 형태를 가지는 철(凸)부(133)의 아랫변의 길이(U)는 0.1 mm ~ 0.3 mm 일 수 있다. 이 경우, 사다리꼴 형태에서 평행하지 않은 한 쌍의 두 대변을 연장하여 형성되는 두 직선이 만나서 이루는 각인 철(凸)부(133)각(θ)이 6.5 도 ~ 7.9 도 일 수 있다.
참고로, 계산 방식을 설명하면 다음과 같다. 코어부(120)의 직경(P)이 약 3.2mm일때, 코어부(120)의 원주는 3.2mm X 3.14(원주율) = 약 10mm일 수 있다. 철(凸)부(133)의 아랫변의 길이(U)가 약 0.2mm라고 가정할 경우, 상기 10mm 나누기 0.2mm 하면 약 50개의 철(凸)부(133)가 코어부(120) 둘레로 형성될 수 있다. 따라서 360도 나누기 50을 하면 약 7.2도의 철(凸)부(133)각이 구해질 수 있다. 이 경우 공차 범위 약10%를 적용하면 7.2 - 0.7 = 6.5도 이고, 7.2 + 0.7 = 7.9도가 된다.
또한, 사다리꼴 형태를 가지는 철(凸)부(133)의 아랫변의 길이(U)는 0.4 mm ~ 0.6 mm일 수 있다. 이 경우는 사다리꼴 형태에서 평행하지 않은 한 쌍의 두 대변을 연장하여 형성되는 두 직선이 만나서 이루는 각인 철(凸)부(133)각(θ)이 16 도 ~ 20 도일 수 있다.
이 경우도 마찬가지로 계산할 수 있다. 코어부(120)의 직경(P)이 약 3.2mm일때, 코어부(120)의 원주는 3.2mm X 3.14(원주율) = 약 10mm일 수 있다. 철(凸)부(133)의 아랫변의 길이(U)가 약 0.5mm라고 가정할 경우, 상기 10mm 나누기 0.5mm 하면 약 20개의 철(凸)부(133)가 코어부(120) 둘레로 형성될 수 있다. 따라서 360도 나누기 20을 하면 약 18도의 철(凸)부(133)각이 구해질 수 있다. 이 경우 공차 범위 약10%를 적용하면 18 - 2 = 16 도 이고, 18 + 2 = 20 도가 된다.
그리고, 본 발명에 따른 전지 모듈은 상기에 기재한 본 발명의 실시예 1에 따른 이차전지, 및 그 이차전지 복수개가 수용되는 하우징을 포함하여 형성될 수 있다.
실시예 2
도 9은 본 발명의 실시예 2에 따른 이차전지에서 스웰링 테이프가 부착된 상태를 도시하는 측면도이다.
본 발명의 실시예 2는 철(凸)부의 형태가 사다리꼴이 아닌 원형으로 형성된다는 점에서 실시예 1과 차이가 있다.
실시예 1과 공통된 내용은 가급적 생략하고 차이점 중심으로 실시예 2에 대해서 설명하기로 한다. 즉, 실시예 2에서 설명하지 않은 내용이 필요한 경우 실시예 1의 내용을 통해 보완될 수 있음은 자명하다.
도 9을 참조하면, 본 발명의 실시예 2에 따른 이차전지에서, 철(凸)부(233)는, 전극조립체의 권취축에 수직한 평면으로 자른 단면도를 기준으로, 반원 또는 원의 일부인 형태로 형성될 수 있다.
도 9에서는, 반원의 형태로 기재 상에 철(凸)부(233)가 형성된 것이 도시되고 있다. 반원 형상의 철(凸)부(233)가 형성된 기재(231)는 실시예 1에서와 마찬가지로 분리막(215)의 일면 상에 부착되며, 기재(231) 일면에는 점착층(232)이 형성되어 분리막(215)과 접착이 가능할 수 있다.
철(凸)부가 이와 같이 형성될 경우 사다리꼴 보다는 상대적으로 모서리 부분이 없거나 적도록 할 수 있다는 차이점이 있다.
실시예 3
도 10은 본 발명의 실시예 3에 따른 이차전지에서 스웰링 테이프가 부착된 상태를 도시하는 측면도이다.
본 발명의 실시예 1 및 2와 비교하여 폭이 좋은 스웰링 테이프를 복수개 부착하여 본 발명의 목적을 달성한다는 점에서 실시예 1 및 2와 차이가 있다.
실시예 1 및 2와 공통된 내용은 가급적 생략하고 차이점 중심으로 실시예 3에 대해서 설명하기로 한다. 즉, 실시예 3에서 설명하지 않은 내용이 필요한 경우 실시예 1 및 2의 내용을 통해 보완될 수 있음은 자명하다.
도 10을 참조하면, 본 발명의 실시예 3에 따른 이차전지는, 음극, 양극, 분리막이 권취되어 형성되는 젤리롤형 전극조립체(110), 전극 조립체를 수용하는 케이스, 및 케이스 내에 전극조립체(110)와 함께 수용되는 전해액을 포함하고, 전극조립체(110)의 권취 중심부인 코어부를 둘러싸게 위치하는 분리막의 일면에는 전해액을 흡수하면 팽창하는 스웰링 테이프(330)가 소정의 간격으로 복수 개 부착될 수 있다. 그리고, 각각의 스웰링 테이프(330)는, 기재(331), 및 기재의 양면 중 분리막과 대면하는 면에 형성되는 점착층(332)을 포함할 수 있다.
즉, 본 발명은 스웰링 테이프(330) 하나 하나가 얇은 폭을 가지고 여러 줄로 부착되는 형태라는 점을 특징으로 가진다. 실시예 1과 2에서 하나의 철(凸)부(133, 233)가 하는 역할을 본 실시예 3에서는 1개의 스웰링 테이프(330)가 할 수 있다.
이와 같이 형성할 경우 따로 요(凹)부와 철(凸)부를 구현하기 위해 레이저 식각 등의 방법을 사용할 필요가 없으므로, 제조상의 편의가 달성될 수 있다. 즉, 별도의 레이저 식각 장치 등 정밀하거나 고가의 장비가 필요 없이, 스웰링 테이프(330)를 여러 개 붙이기만 하면 될 수 있으므로 더욱 용이한 제조와 사용이 가능할 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.
[부호의 설명]
100: 이차전지
110: 전극조립체
111: 제1 분리막
112: 양극
113: 제2 분리막
114: 음극
115, 215, 315: 분리막
120: 코어부
130, 230, 330: 스웰링 테이프
131, 231, 331: 기재
132, 232, 332: 점착층
133, 233: 철(凸)부
134, 234: 요(凹)부
K: 권심
W: 와인딩 방향

Claims (16)

  1. 음극, 양극, 분리막이 권취되어 형성되는 젤리롤형 전극조립체;
    상기 전극 조립체를 수용하는 케이스; 및
    상기 케이스 내에 상기 전극조립체와 함께 수용되는 전해액;을 포함하고,
    상기 전극조립체의 권취 중심부인 코어부를 둘러싸게 위치하는 분리막의 일면에는 전해액을 흡수하면 팽창하는 스웰링 테이프가 부착되며,
    상기 스웰링 테이프는,
    기재; 및
    상기 기재의 양면 중 상기 분리막과 대면하는 면에 형성되는 점착층을 포함하고,
    상기 기재는 상기 점착층이 형성된 면의 반대측 면에 형성되고, 복수의 요(凹)부와 철(凸)부를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 기재는 폴리머 재질을 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 분리막의 일면은 상기 분리막의 양면 중 상기 코어부를 바라보는 면인 것을 특징으로 하는 이차전지.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 상기 전극조립체는 제1 분리막, 음극, 제2 분리막, 양극이 순차로 적층되어 권취된 형태를 포함하고,
    상기 스웰링 테이프는 상기 제2 분리막에 부착되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 상기 전극조립체는 제1 분리막, 양극, 제2 분리막, 음극이 순차로 적층되어 권취된 형태를 포함하고,
    상기 스웰링 테이프는 상기 제2 분리막에 부착되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 분리막의 코어측 끝단과 상기 스웰링 테이프의 코어측 끝단이 서로 일치되게 상기 스웰링 테이프가 상기 분리막에 부착되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 철(凸)부는, 상기 전극조립체의 권취축에 수직한 평면으로 자른 단면도를 기준으로, 하측에서 상측으로 갈수록 폭이 좁아지는 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 철(凸)부는 상기 분리막의 폭방향으로 연장되는 형태로 형성되고,
    복수 개의 상기 철(凸)부는 상기 분리막의 길이 방향으로 이웃한 철(凸)부와 상측은 이격되고 하측은 접하게 배열되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  9. 청구항 7에 있어서,
    상기 철(凸)부는, 상기 전극조립체의 권취축에 수직한 평면으로 자른 단면도를 기준으로, 반원 또는 원의 일부인 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  10. 청구항 7에 있어서,
    상기 철(凸)부는, 상기 전극조립체의 권취축에 수직한 평면으로 자른 단면도를 기준으로, 사다리꼴로 형성되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 사다리꼴은 등변 사다리꼴인 것을 특징으로 하는 이차전지.
  12. 청구항 10에 있어서,
    상기 코어부의 직경(P)은 3.2 mm ~ 3.6 mm로 형성되고,
    상기 기재의 두께(t)는 30 um ~ 50 um로 형성되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  13. 청구항 12에 있어서,
    사다리꼴 형태를 가지는 상기 철(凸)부의 아랫변의 길이(U)는 0.1 mm ~ 0.3 mm이고,
    상기 사다리꼴 형태에서 평행하지 않은 한 쌍의 두 대변을 연장하여 형성되는 두 직선이 만나서 이루는 각인 철(凸)부각(θ)이 6.5 도 ~ 7.9 도인 것을 특징으로 하는 이차전지.
  14. 청구항 12에 있어서,
    사다리꼴 형태를 가지는 상기 철(凸)부의 아랫변의 길이(U)는 0.4 mm ~ 0.6 mm이고,
    상기 사다리꼴 형태에서 평행하지 않은 한 쌍의 두 대변을 연장하여 형성되는 두 직선이 만나서 이루는 각인 철(凸)부각(θ)이 16 도 ~ 20 도인 것을 특징으로 하는 이차전지.
  15. 음극, 양극, 분리막이 권취되어 형성되는 젤리롤형 전극조립체;
    상기 전극 조립체를 수용하는 케이스; 및
    상기 케이스 내에 상기 전극조립체와 함께 수용되는 전해액;을 포함하고,
    상기 전극조립체의 권취 중심부인 코어부를 둘러싸게 위치하는 분리막의 일면에는 전해액을 흡수하면 팽창하는 스웰링 테이프가 소정의 간격으로 복수 개 부착되며,
    각각의 상기 스웰링 테이프는,
    기재; 및
    상기 기재의 양면 중 상기 분리막과 대면하는 면에 형성되는 점착층을 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  16. 청구항 1에 따른 이차전지; 및
    상기 이차전지 복수개가 수용되는 하우징을 포함하는 전지 모듈.
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