WO2024112010A1 - 원통형 전지 - Google Patents

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WO2024112010A1
WO2024112010A1 PCT/KR2023/018516 KR2023018516W WO2024112010A1 WO 2024112010 A1 WO2024112010 A1 WO 2024112010A1 KR 2023018516 W KR2023018516 W KR 2023018516W WO 2024112010 A1 WO2024112010 A1 WO 2024112010A1
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WO
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electrode
electrode assembly
protrusion
cylindrical battery
longitudinal end
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PCT/KR2023/018516
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김윤화
이중훈
한인기
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주식회사 엘지에너지솔루션
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    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/058—Construction or manufacture
    • H01M10/0583—Construction or manufacture of accumulators with folded construction elements except wound ones, i.e. folded positive or negative electrodes or separators, e.g. with "Z"-shaped electrodes or separators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/10—Primary casings; Jackets or wrappings
    • H01M50/102—Primary casings; Jackets or wrappings characterised by their shape or physical structure
    • H01M50/107—Primary casings; Jackets or wrappings characterised by their shape or physical structure having curved cross-section, e.g. round or elliptic
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01M50/584—Means for preventing undesired use or discharge for preventing incorrect connections inside or outside the batteries
    • H01M50/586—Means for preventing undesired use or discharge for preventing incorrect connections inside or outside the batteries inside the batteries, e.g. incorrect connections of electrodes
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    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • the present invention relates to a cylindrical battery, and specifically to an electrode assembly; and a cylindrical battery having a battery case including an electrode assembly accommodating portion, and more specifically, a jelly-roll type electrode assembly having an outer tab structure; and a cylindrical secondary battery having a battery case including an electrode assembly accommodating portion.
  • a jelly roll-shaped electrode assembly is manufactured by rolling long electrodes with a fixed width into a roll.
  • a cylindrical battery manufactured by inserting such a jelly-roll type electrode assembly into a battery case undergoes repeated contraction/expansion of the electrodes during charging and discharging, and stress is formed according to the level difference depending on the structure of the jelly-roll.
  • the outermost cathode covers the end of the anode, and the space next to the anode free edge becomes empty due to the thickness of the anode.
  • the step due to the thickness of the anode creates stress in the cathode, and this stress is concentrated on the surface opposite to the side facing the anode during charging and discharging, causing cracks in the outer shell of the cathode.
  • the present invention seeks to provide a cylindrical battery that improves the problem of cracks occurring around the cathode by changing the design of the battery case.
  • One embodiment of the present invention includes an electrode assembly; and a cylindrical battery having a battery case including an electrode assembly accommodating portion, wherein the battery case includes a protrusion provided on at least a portion of the electrode assembly accommodating portion, and the electrode assembly is a stack of a first electrode, a separator, and a second electrode. and is wound, and the second electrode includes a second electrode current collector; and a second electrode active material layer provided on at least one surface of the second electrode current collector and having a longitudinal end at the same position as the second electrode current collector.
  • a cylindrical battery according to an embodiment of the present invention includes a battery case including an electrode assembly accommodating portion, and the battery case includes a protrusion provided on at least a portion of the electrode assembly accommodating portion, thereby allowing the electrode assembly to expand during the cycle. and can prevent cracks and deformation of the electrode assembly due to stress concentration on the outermost cathode.
  • Figure 2 shows before and after receiving the electrode assembly of a cylindrical battery according to an exemplary embodiment of the present invention. Specifically, this is a longitudinal cross-sectional view of the cylindrical battery of Figure 1 cut along line A-A'.
  • Figure 4 schematically shows a stepped portion of a cylindrical battery according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • Figure 5 shows an electrode assembly of a cylindrical battery according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • One embodiment of the present invention includes an electrode assembly; and a cylindrical battery having a battery case including an electrode assembly accommodating portion, wherein the battery case includes a protrusion provided on at least a portion of the electrode assembly accommodating portion, and the electrode assembly is a stack of a first electrode, a separator, and a second electrode. and is wound, and the second electrode includes a second electrode current collector; and a second electrode active material layer provided on at least one surface of the second electrode current collector and having a longitudinal end at the same position as the second electrode current collector.
  • a cylindrical battery according to an embodiment of the present invention includes a battery case including an electrode assembly accommodating portion, and the battery case includes a protrusion provided on at least a portion of the electrode assembly accommodating portion, thereby allowing the electrode assembly to expand during the cycle. and can prevent cracks and deformation of the electrode assembly due to stress concentration on the outermost cathode.
  • Figure 1 shows a battery case including an electrode assembly and an electrode assembly accommodating part of a cylindrical battery according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • a cylindrical battery according to an exemplary embodiment of the present invention may have a battery case 50 including an electrode assembly accommodating portion 51.
  • the battery case 50 and the electrode assembly receiving portion 51 may have a shape corresponding to the shape of the electrode assembly, and the battery case 50 and the electrode assembly may be used to accommodate the jelly-roll type electrode assembly.
  • the receiving portion 51 may be cylindrical.
  • the upper part of the battery case is compressed toward the center through a beading process, thereby fixing the movement of the electrode assembly in the vertical direction. , This may prevent detachment of the electrode assembly, and a cap assembly may be coupled to the top of the battery case.
  • the cylindrical battery according to an embodiment of the present invention may further include a cap assembly coupled to the opening of the battery case, and the cap assembly may include a top cap, a safety vent, and a current blocking element. there is.
  • the battery case may be cylindrical. That is, the electrode assembly according to the present invention can be accommodated in a cylindrical battery case, and includes the electrode assembly; cap assembly; And since the battery case containing the electrolyte has a cylindrical shape, the manufactured battery itself may be cylindrical.
  • the interior of the battery case may contain electrolyte.
  • the electrolyte may include, but is not limited to, an organic liquid electrolyte, an inorganic liquid electrolyte, a solid polymer electrolyte, a gel-type polymer electrolyte, a solid inorganic electrolyte, or a molten inorganic electrolyte that can be used when manufacturing a lithium secondary battery.
  • the electrolyte may include a non-aqueous organic solvent and a metal salt.
  • the non-aqueous organic solvent includes, for example, N-methyl-2-pyrrolidinone, propylene carbonate, ethylene carbonate, butylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, gamma- Butylolactone, 1,2-dimethoxy ethane, tetrahydrofuran, 2-methyl tetrahydrofuran, dimethylsulfoxide, 1,3-dioxorane, formamide, dimethylformamide, dioxoren, acetonitrile, nitro Methane, methyl formate, methyl acetate, phosphoric acid triester, trimethoxy methane, dioxoran derivative, sulfolane, methyl sulfolane, 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone, propylene carbonate derivative, tetrahydrofuran derivative Aprotic organic solvents such as , ether, methyl propionate, and ethylene carbonate derivative, tetra
  • the metal salt may be a lithium salt
  • the lithium salt is a material that is easily soluble in the non-aqueous electrolyte solution.
  • anions of the lithium salt include F - , Cl - , I - , NO 3 - , N(CN) 2- , BF 4 - , ClO 4 - , PF 6 - , (CF 3 ) 2 PF 4 - , (CF 3 ) 3 PF 3 - , (CF 3 ) 4 PF 2 - , (CF 3 ) 5 PF - , (CF 3 ) 6 P - , CF 3 SO 3 - , CF 3 CF 2 SO 3 - , (CF 3 SO 2 ) 2 N - , (FSO 2 ) 2 N - , CF 3 CF 2 (CF 3 ) 2 CO - , (CF 3 SO 2 ) 2 CH - , (SF 5 ) 3 C - , (CF
  • the electrolyte in addition to the electrolyte components, includes, for example, halo such as difluoroethylene carbonate for the purpose of improving battery life characteristics, suppressing battery capacity reduction, and improving battery discharge capacity.
  • halo such as difluoroethylene carbonate
  • Alkylene carbonate compounds pyridine, triethylphosphite, triethanolamine, cyclic ether, ethylene diamine, n-glyme, hexanoic acid triamide, nitrobenzene derivative, sulfur, quinone imine dye, N-substituted oxazoli
  • One or more additives such as dinon, N,N-substituted imidazolidine, ethylene glycol dialkyl ether, ammonium salt, pyrrole, 2-methoxyethanol, or aluminum trichloride may be further included.
  • Figure 2 shows before and after receiving the electrode assembly of a cylindrical battery according to an exemplary embodiment of the present invention. Specifically, this is a longitudinal cross-sectional view of the cylindrical battery of Figure 1 cut along line A-A'. More specifically, Figure 2 (a) shows the electrode assembly of the cylindrical battery according to an embodiment of the present invention before receiving it, and Figure 2 (b) shows the electrode of the cylindrical battery according to an embodiment of the present invention. This is shown after receiving the assembly.
  • Figure 3 shows a cylindrical battery after receiving an electrode assembly according to an exemplary embodiment of the present invention. Specifically, it is a cross-sectional view taken along line B-B' of the cylindrical battery in Figure 1.
  • a cylindrical battery may have an electrode assembly and a battery case 50, and the battery case 50 is located in the electrode assembly receiving portion 51. It may include a protrusion 52 provided at least in part. Specifically, the protrusion 52 may be provided on the inner peripheral surface of the electrode assembly receiving portion 51 of the battery case 50, and may be formed to have a predetermined width (W), height (H), and thickness (T). It may be provided.
  • the electrode assembly accommodated inside repeats contraction/expansion, and the wider the gap between the electrode assembly and the inner peripheral surface of the electrode assembly receiving portion, the wider the space in which the electrode assembly can expand, thus shrinking. /The level of inflation may increase. Accordingly, the stress acting on the outermost layer also increases, which may cause cracking and deformation problems.
  • the protrusion may protrude from the inner circumferential surface of the electrode assembly accommodating part to a predetermined thickness, filling a portion of the internal space of the battery case, and controls the space formed between the electrode assembly and the inner circumferential surface of the electrode assembly accommodating part.
  • the internal space of the battery case may mean an area having a volume excluding the volume of the electrode assembly accommodated therein from the volume surrounded by the inner peripheral surface of the electrode assembly accommodating portion.
  • the protrusion provided in the electrode assembly receiving portion of the cylindrical battery according to the present invention suppresses expansion of the electrode assembly located inside the electrode assembly receiving portion of the cylindrical battery during charging and discharging, resulting from stress concentration in the outermost layer of the electrode assembly. This may be to prevent cracks and deformation.
  • the protrusion occupies a certain space within the electrode assembly accommodating portion, thereby expanding the electrode assembly in a direction opposite to the inner peripheral surface of the electrode assembly accommodating portion, that is, in a direction opposite to the direction opposing the winding axis of the electrode assembly. This may be to reduce the level of increase in the pattern length of the first electrode and the second electrode.
  • the volume of the internal space of the battery case may be 2% or more and 5% or less based on 100% of the volume of the electrode assembly accommodating portion.
  • the diameter of the electrode assembly may be 97% or more and 99.5% or less based on 100% of the inner diameter of the electrode assembly receiving portion.
  • the diameter (L2) of the electrode assembly may be 97% or more and 99.5% or less based on 100% of the inner diameter (L3) of the electrode assembly receiving portion.
  • the electrode assembly formed by forming the protrusion and the inner peripheral surface of the electrode assembly accommodating portion It may be easier to control the space formed between them, and it may be easier to prevent cracks and deformation of the electrode assembly due to stress concentration on the outermost cathode.
  • the protrusion may be made of the same or different material as the battery case.
  • the protrusion may be provided on at least a portion of the electrode assembly receiving portion by adjusting the thickness of the battery case itself, for example, the aluminum can itself, but is not limited thereto, and may be provided on the inner peripheral surface of the electrode assembly receiving portion.
  • a conductive material selected from the same or different conductive material as the battery case for example, stainless steel, aluminum, nickel, titanium, calcined carbon, or surface treatment of aluminum or stainless steel with carbon, nickel, titanium, silver, etc.
  • a separate protrusion made of any conductive material may be attached.
  • the protrusion may be provided in an area of 5% or more and 15% or less based on 100% of the circumference of the inner peripheral surface of the electrode assembly receiving portion.
  • the width W of the protrusion 52 may be 5% or more and 15% or less based on 100% of the inner peripheral circumference of the electrode assembly receiving portion 51.
  • the protrusion may be provided in an area of 7% or more, 9% or more, or 11% or more of the 100% circumference of the inner peripheral surface of the electrode assembly receiving portion.
  • the protrusion may be provided in an area of 13% or less, 11% or less, or 9% or less of the 100% circumference of the inner peripheral surface of the electrode assembly receiving portion.
  • the protrusion may be provided in an area of 95% to 100% of the depth of 100% of the inner peripheral surface of the electrode assembly receiving portion.
  • the height (H) of the protrusion 52 may be 95% or more and 100% or less, based on 100% of the depth (L1) of the inner peripheral surface of the electrode assembly receiving portion.
  • the protrusion may be provided in an area of 95% to 97.5%, or 97.5% to 100%, based on 100% of the depth of the inner peripheral surface of the electrode assembly receiving portion.
  • the protrusion may be provided in an area of 100% of the depth of the inner peripheral surface of the electrode assembly receiving portion.
  • the height (H) of the protrusion 52 may be equal to the depth (L1) of the inner peripheral surface of the electrode assembly accommodating part.
  • the electrode assembly may be a first electrode, a separator, and a second electrode stacked and wound, and the second electrode may include the second electrode current collector; and a second electrode active material layer provided on at least one surface of the second electrode current collector and having a longitudinal end at the same position as the second electrode current collector.
  • the longitudinal end of the second electrode may be in the form of a free edge.
  • the free edge shape may mean a shape in which the end of the second electrode active material layer and the end of the electrode current collector match, and this is not only the case where the longitudinal ends completely match with respect to the plane perpendicular to the longitudinal direction. However, it may include cases where there are errors in the manufacturing process and measurement.
  • the first electrode may be a cathode
  • the second electrode may be an anode
  • the first electrode may include a first electrode current collector and a first electrode active material layer provided on the first electrode current collector.
  • the first electrode may include a first electrode current collector and a first electrode active material layer formed on one or both sides of the first electrode current collector and including a first electrode active material.
  • the first electrode active material layer is formed on the first electrode holding portion of the first electrode current collector, and the surface not provided with the first electrode active material layer may be expressed as a first electrode uncoated region.
  • the first electrode current collector may include a first electrode holding portion on which the first electrode active material layer is formed and a first electrode uncoated portion on which the first electrode active material layer is not formed, It may include a first electrode tab on the first electrode uncoated area.
  • the first electrode current collector may include a first electrode uncoated portion, and may include a first electrode tab formed on the first electrode uncoated portion.
  • the manufactured electrode assembly may include one or more first electrode tabs.
  • the first electrode tab protrudes from the lower surface of the electrode assembly and is electrically connected to the inner peripheral surface of the electrode assembly receiving portion 51 of the battery case 50.
  • the first electrode tab may play a role, and when the electrode assembly is accommodated in the electrode assembly receiving portion 51, the protrusion 52 is a longitudinal end of the second electrode included in the electrode assembly ( It may be fixed to be provided in the area corresponding to 310).
  • the first electrode active material layer may include a first electrode active material containing at least one selected from the group consisting of silicon-based materials and carbon-based materials.
  • the first electrode active material layer may further include a first electrode conductive material and a first electrode binder, and may include: the first electrode active material; First electrode conductive material; And the first electrode binder is a negative electrode active material; cathode conductive material; And as the cathode binder, materials used in the art can be used without limitation.
  • the first electrode current collector can be any conductive material without causing chemical changes in the battery, and is not particularly limited.
  • the first electrode current collector may be copper, stainless steel, aluminum, nickel, titanium, calcined carbon, or aluminum or stainless steel surface treated with carbon, nickel, titanium, silver, etc. You can.
  • a transition metal that easily adsorbs carbon, such as copper or nickel can be used as the first electrode current collector.
  • the thickness of the first electrode current collector may be 8 ⁇ m or more and 180 ⁇ m or less, but the thickness of the first electrode current collector is not limited thereto.
  • the first electrode binder is polyvinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer (PVDF-co-HFP), polyvinylidenefluoride, and polyacrylonitrile.
  • polymethylmethacrylate polyvinyl alcohol, carboxymethylcellulose (CMC), starch, hydroxypropylcellulose, regenerated cellulose, polyvinylpyrrolidone, tetrafluoroethylene, polyethylene, polypropylene, polyacrylic acid , ethylene-propylene-diene monomer (EPDM), sulfonated EPDM, styrene butadiene rubber (SBR), fluororubber, polyacrylic acid, and a group consisting of materials in which hydrogen thereof is replaced with Li, Na, or Ca, etc. It may include at least one selected from, and may also include various copolymers thereof.
  • the first electrode conductive material is not particularly limited as long as it has conductivity without causing chemical changes in the battery.
  • graphite such as natural graphite or artificial graphite
  • Carbon black such as acetylene black, Ketjen black, channel black, Paneth black, lamp black, and thermal black
  • Conductive fibers such as carbon fiber and metal fiber
  • Conductive tubes such as carbon nanotubes
  • Metal powders such as fluorocarbon, aluminum, and nickel powder
  • Conductive whiskers such as zinc oxide and potassium titanate
  • Conductive metal oxides such as titanium oxide
  • Conductive materials such as polyphenylene derivatives may be used.
  • the second electrode may include a second electrode current collector and a second electrode active material layer provided on the second electrode current collector.
  • the second electrode may include a second electrode current collector and a second electrode active material layer formed on one or both sides of the second electrode current collector and including a second electrode active material.
  • the second electrode active material layer is formed on the second electrode holding portion of the second electrode current collector, and the surface not provided with the second electrode active material layer may be expressed as a second electrode uncoated region.
  • the second electrode current collector may include a second electrode holding portion on which the second electrode active material layer is formed and a second electrode uncoated portion on which the second electrode active material layer is not formed, It may include a second electrode tab on the second electrode uncoated area.
  • the second electrode current collector may include a second electrode uncoated portion, and may include a second electrode tab formed on the second electrode uncoated portion.
  • the manufactured electrode assembly may include one or more second electrode tabs.
  • the second electrode tab 40 protrudes from the upper surface of the electrode assembly and may serve to be electrically connected to the cap assembly (not shown).
  • the second electrode tab is located in an area where the protrusion 52 corresponds to the longitudinal end 310 of the second electrode included in the electrode assembly. It may be fixed so that it is provided.
  • the second electrode current collector is not particularly limited as long as it is conductive without causing chemical changes in the battery.
  • the second electrode current collector is stainless steel, aluminum, , nickel, titanium, fired carbon, or aluminum or stainless steel surface treated with carbon, nickel, titanium, silver, etc. can be used.
  • the second electrode current collector may typically have a thickness of 60 ⁇ m or more and 200 ⁇ m or less, and fine irregularities may be formed on the surface of the second electrode current collector to increase the adhesion of the second electrode active material.
  • it can be used in various forms such as films, sheets, foils, nets, porous materials, foams, and non-woven materials.
  • the second electrode active material may be a commonly used positive electrode active material.
  • the second electrode active material is a layered compound such as lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ), lithium nickel oxide (LiNiO 2 ), or a compound substituted with one or more transition metals; Lithium iron oxide such as LiFe 3 O 4 ; Lithium manganese oxide with the formula Li 1+x Mn 2-x O 4 (0 ⁇ x ⁇ 0.33), LiMnO 3 , LiMn 2 O 3 , LiMnO 2 , etc.; lithium copper oxide (Li 2 CuO 2 ); Vanadium oxides such as LiV 3 O 8 , V 2 O 5 , and Cu 2 V 2 O 7 ; With the chemical formula LiNi 1-y M y O 2 (where M is at least one selected from the group consisting of Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B and Ga, and satisfies 0.01 ⁇ y ⁇ 0.3) Ni site type lithium nickel oxide expressed;
  • the second electrode active material layer may further include a second electrode conductive material and a second electrode binder.
  • the second electrode conductive material is used to provide conductivity to the electrode, and can be used without particular restrictions in the battery being constructed as long as it does not cause chemical change and has electronic conductivity.
  • the second electrode conductive material may be graphite such as natural graphite or artificial graphite; Carbon-based materials such as carbon black, acetylene black, Ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, summer black, and carbon fiber; Metal powders or metal fibers such as copper, nickel, aluminum, and silver; Conductive whiskeys such as zinc oxide and potassium titanate; Conductive metal oxides such as titanium oxide; Alternatively, conductive polymers such as polyphenylene derivatives may be used, and one type of these may be used alone or a mixture of two or more types may be used.
  • the second electrode binder serves to improve adhesion between particles of the second electrode active material and adhesion between the second electrode active material and the second electrode current collector.
  • Specific examples include polyvinylidene fluoride (PVDF), vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer (PVDF-co-HFP), polyvinyl alcohol, polyacrylonitrile, and carboxymethyl cellulose (CMC). ), starch, hydroxypropylcellulose, regenerated cellulose, polyvinylpyrrolidone, tetrafluoroethylene, polyethylene, polypropylene, ethylene-propylene-diene polymer (EPDM), sulfonated-EPDM, styrene butadiene rubber. (SBR), fluororubber, or various copolymers thereof, and one type of these may be used alone or a mixture of two or more types may be used.
  • PVDF polyvinylidene fluoride
  • PVDF-co-HFP vinyli
  • the separator separates the cathode and the anode and provides a passage for lithium ions to move, and can be used without particular restrictions as long as it is normally used as a separator in a secondary battery, especially for ion movement in the electrolyte. It is desirable to have low resistance and excellent electrolyte moisture capacity.
  • porous polymer films for example, porous polymer films made of polyolefin polymers such as ethylene homopolymer, propylene homopolymer, ethylene/butene copolymer, ethylene/hexene copolymer, and ethylene/methacrylate copolymer, or these.
  • a laminated structure of two or more layers may be used.
  • porous non-woven fabrics for example, non-woven fabrics made of high melting point glass fibers, polyethylene terephthalate fibers, etc.
  • a coated separator containing ceramic components or polymer materials may be used to ensure heat resistance or mechanical strength, and may optionally be used in a single-layer or multi-layer structure.
  • the longitudinal end of the first electrode may be extended longer than the longitudinal end of the second electrode and may be additionally wound around the outside of the electrode assembly.
  • the electrode assembly according to an embodiment of the present invention may have a structure in which a first electrode, which is an outermost layer, covers the longitudinal end of the second electrode, which has a free edge shape, and the first electrode is the first electrode. It may include a step portion, which is an empty space formed in an area covering the second end of the two electrodes.
  • Figure 4 schematically shows a stepped portion of a cylindrical battery according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • Figure 5 shows an electrode assembly of a cylindrical battery according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • a first electrode 100 is present in the outermost layer of the electrode assembly, and the first electrode 100 is located on both sides of the first electrode current collector 101, respectively. It may include first electrode active material layers 102 and 103 and include a non-coating area.
  • a second electrode 300 is present on one side opposite the winding axis of the first electrode, which is the outermost layer of the electrode assembly, and the second electrode 300 is located on both sides of the second electrode current collector 301, respectively. It may have second electrode active material layers 302 and 303, but may not include a non-coating area. In other words, it may be in the form of a free edge where the ends of the second electrode current collector and the second electrode active material layer coincide.
  • the longitudinal end 310 of the second electrode 300 may include the ends of the second electrode active material layers 302 and 303 and the end of the second electrode current collector 301 having the same length in the longitudinal direction. And, the longitudinal end 310 of the second electrode 300 may coincide with the end of the second electrode active material layers 302 and 303 and the end of the second electrode current collector 301. Meanwhile, according to an exemplary embodiment of the present invention, the uncoated portion present on the surface opposite to the end of the longitudinal end 310 of the second electrode 300 of the first electrode 100 is It may further include an attached disconnection prevention tape 70 to reduce the possibility of short circuits or cracks due to stress concentration in the area.
  • the first electrode may be in direct contact with the inner surface of the battery case, so that the battery case may function as a first electrode terminal.
  • the first electrode which is the outermost layer of the electrode assembly, may be a cathode, and the electrode assembly may have a cathode outermost structure in which a cathode/separator/anode/separator is wound. In other words, it may have an outer tab structure that exposes the cathode to the outermost part of the electrode assembly.
  • the electrode assembly may be accommodated in the electrode assembly receiving portion, and the protrusion may be provided in an area corresponding to a longitudinal end of the second electrode included in the electrode assembly.
  • the protrusion may be provided such that its center coincides with the longitudinal end of the second electrode.
  • the center of the protrusion may mean a line connecting half of the width direction length of the protrusion.
  • a cylindrical battery may have an electrode assembly and a battery case 50, and the battery case is attached to at least a portion of the electrode assembly receiving portion 51. It may include a protrusion 52 provided.
  • the protrusion may be provided on the inner peripheral surface of the electrode assembly receiving portion 51 of the battery case, and may be located in an area corresponding to the longitudinal end 310 of the second electrode 300 included in the electrode assembly. It may be provided.
  • the protrusion 52 may be provided in an area corresponding to the longitudinal end 310 of the second electrode, which has a free edge shape.
  • the longitudinal end of the second electrode When the protrusion is provided in an area corresponding to the longitudinal end of the second electrode included in the electrode assembly, in the process of expanding the electrode assembly in the inner peripheral surface direction of the electrode assembly accommodating portion, the longitudinal end of the second electrode The area corresponding to may be first contacted and restrained by the battery case to suppress expansion. Specifically, during battery charging and discharging, the electrode assembly repeats contraction/expansion in the direction of the inner circumferential surface of the electrode assembly receiving portion of the battery case adjacent to the outer peripheral surface, and thus is repeatedly contacted and spaced apart from the inner peripheral surface of the electrode assembly receiving portion of the battery case.
  • the larger the separation distance between the outer circumferential surface of the electrode assembly and the inner circumferential surface of the adjacent electrode assembly accommodating part the more space there is for the electrode assembly to expand, thereby increasing the degree of expansion of the electrode assembly.
  • the area corresponding to the longitudinal end of the second electrode may have a smaller separation distance from the inner peripheral surface of the receiving portion of the battery case than the area that does not correspond to the protrusion, and when the electrode assembly is expanded, the outer peripheral surface may be By first contacting and restraining the protrusion, the effect of suppressing expansion of the corresponding area may be excellent.
  • the electrode assembly is accommodated in the electrode assembly receiving portion, and the protrusion places the first electrode located at the outermost portion of the electrode assembly and is located at the longitudinal end of the second electrode. It may be formed in the corresponding area.
  • the protrusion is formed in an area corresponding to the longitudinal end of the second electrode by placing the first electrode located at the outermost part of the electrode assembly, expansion of the corresponding area is suppressed and the longitudinal end of the second electrode is The stress concentration of the second electrode facing portion of the first electrode may be alleviated, and the crack and deformation prevention effect may be improved.
  • the electrode assembly is accommodated in the electrode assembly accommodating part, the protrusion is provided in an area corresponding to the step included in the electrode assembly, and the step is the first electrode. It may be an empty space formed in an area covering the longitudinal end of the second electrode.
  • the protrusion 52 may be provided to cover the entire area corresponding to the step portion 60 .
  • the 'area corresponding to the step' is defined as a line parallel to the longitudinal end 310 of the second electrode on the first electrode 100, based on the longitudinal direction of the first electrode 100.
  • An area up to a line connecting the points where one electrode touches each other by placing a separator that is, an area having a distance L5 between the longitudinal end of the step portion 60 and the longitudinal end 310 of the second electrode, This may mean a region consisting of a region having the same distance L5' as the L5 in the direction opposite to the longitudinal direction of the first electrode.
  • the thickness of the protrusion may be 30% to 50% of the step formed by the thickness of the longitudinal end of the second electrode.
  • the thickness T of the protrusion may be 30% to 50% of the thickness L4 of the longitudinal end 310 of the second electrode.
  • the thickness of the protrusion may be 30% to 40% or 40% to 50% of the step formed by the thickness of the longitudinal end of the second electrode.
  • One embodiment of the present invention provides a battery module including the cylindrical battery as a unit cell and a battery pack including the same. Since the battery module and battery pack include the secondary battery with high capacity, high battery stability, and improved lifespan characteristics, it is selected from the group consisting of electric vehicles, hybrid electric vehicles, plug-in hybrid electric vehicles, and power storage systems. It may be used as a power source for the device.

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Abstract

본 발명은 원통형 전지에 관한 것으로, 구체적으로는 전극조립체 및 전극조립체 수용부를 포함하는 전지케이스를 갖는 원통형 전지에 관한 것이고, 보다 구체적으로는 외주 탭 구조의 젤리-롤형 전극조립체 및 전극조립체 수용부 중 적어도 일부에 구비되는 돌출부를 포함하는 전지케이스를 갖는 원통형 이차전지에 관한 것이다.

Description

원통형 전지
본 발명은 원통형 전지에 관한 것으로, 구체적으로는 전극조립체; 및 전극조립체 수용부를 포함하는 전지케이스를 갖는 원통형 전지에 관한 것이고, 보다 구체적으로는 외주 탭 구조의 젤리-롤형 전극조립체; 및 전극조립체 수용부를 포함하는 전지케이스를 갖는 원통형 이차전지에 관한 것이다. 본 출원은 2022년 11월 21일 한국특허청에 제출된 한국 특허 출원 제10-2022-0156483호의 출원일의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서에 포함된다.
원통형 전지의 경우 폭이 정해진 긴 전극을 롤 형태로 말아 젤리-롤(Jelly Roll) 형태의 전극조립체를 제조한다. 이러한 젤리-롤형 전극조립체를 전지케이스에 삽입하여 제조되는 원통형 전지는 충방전시 전극의 수축/팽창을 반복하게 되고, 젤리-롤의 구조에 따라 단차에 따른 응력이 형성된다.
특히, 음극 최외각 구조의 젤리-롤형 전극조립체의 경우 최외각의 음극이 양극의 말단을 덮고 있으며, 양극 프리엣지(free edge) 옆의 공간이 양극의 두께로 인해 비어 있게 된다. 이 때, 양극 두께에 의한 단차는 음극에 응력을 형성하게 되고, 이러한 응력은 충방전 시 양극에 대향하는 면의 반대면에 집중되어 음극 외각 크랙을 유발한다.
이러한 음극 외곽 크랙 발생을 방지하기 위하여 해당 영역의 음극 응력 집중을 개선할 수 있는 기술 개발이 필요한 실정이다.
본 발명은 전지케이스의 설계를 변경하여 음극 외곽 크랙 발생 문제를 개선한 원통형 전지를 제공하고자 한다.
다만, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 상기 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 하기의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시상태는 전극조립체; 및 전극조립체 수용부를 포함하는 전지케이스를 갖는 원통형 전지로서, 상기 전지케이스는 상기 전극조립체 수용부 중 적어도 일부에 구비되는 돌출부를 포함하고, 상기 전극조립체는 제1 전극, 분리막 및 제2 전극이 적층되어 권취되고, 상기 제2 전극은 제2 전극 집전체; 및 상기 제2 전극 집전체의 적어도 일면 상에 구비되고, 상기 제2 전극 집전체와 동일한 위치에서 길이방향 단부를 갖는 제2 전극 활물질층을 포함하는 것인 원통형 전지를 제공한다.
본 발명의 일 실시상태에 따른 원통형 전지는 전극조립체 수용부를 포함하는 전지케이스를 포함하고, 상기 전지케이스는 상기 전극조립체 수용부 중 적어도 일부에 구비되는 돌출부를 포함함으로써, 사이클 진행 시 전극조립체의 팽창을 억제하고, 최외각 음극의 응력 집중으로 인한 전극조립체의 크랙 및 변형을 방지할 수 있다.
본 발명의 효과는 상술한 효과로 한정되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 효과들은 본원 명세서 및 첨부된 도면으로부터 당업자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시상태에 따른 원통형 전지의 전극조립체 및 전극조립체 수용부를 포함하는 전지케이스를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시상태에 따른 원통형 전지의 전극조립체 수용 전/후를 도시한 것이다. 구체적으로, 도 1의 원통형 전지를 A-A'로 절단한 종단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시상태에 따른 원통형 전지의 전극조립체 수용 후를 도시한 것이다. 구체적으로, 도 1의 원통형 전지를 B-B'로 절단한 횡단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시상태에 따른 원통형 전지의 단차부를 모식적으로 도시한 것이다.
도 5는 본 발명의 일 실시상태에 따른 원통형 전지의 전극조립체를 도시한 것이다.
[부호의 설명]
100, 100': 제1 전극
101: 제1 전극 집전체
102, 103: 제1 전극 활물질층
110: 제1 전극의 길이방향 단부
20, 20': 분리막
300: 제2 전극
301: 제2 전극 집전체
302, 303: 제2 전극 활물질층
310: 제2 전극의 길이방향 단부
40: 제2 전극 탭
C: 코어부
50: 전지케이스
51: 전극조립체 수용부
52: 돌출부
H: 돌출부의 높이
W: 돌출부의 폭
T: 돌출부의 두께
60: 단차부
70: 단선방지 테이프
L1: 전극조립체 수용부의 내주면 깊이
L2: 전극조립체의 지름
L3: 전극조립체 수용부의 내경
L4: 제2 전극의 길이방향 단부의 두께
L5: 단차부의 길이방향 단부 및 제2 전극의 길이방향 단부 간 이격거리
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.
이하, 도면을 참고하여 본 발명을 상세히 설명한다. 그러나, 도면은 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명의 범위가 도면에 의하여 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시상태는 전극조립체; 및 전극조립체 수용부를 포함하는 전지케이스를 갖는 원통형 전지로서, 상기 전지케이스는 상기 전극조립체 수용부 중 적어도 일부에 구비되는 돌출부를 포함하고, 상기 전극조립체는 제1 전극, 분리막 및 제2 전극이 적층되어 권취되고, 상기 제2 전극은 제2 전극 집전체; 및 상기 제2 전극 집전체의 적어도 일면 상에 구비되고, 상기 제2 전극 집전체와 동일한 위치에서 길이방향 단부를 갖는 제2 전극 활물질층을 포함하는 것인 원통형 전지를 제공한다.
본 발명의 일 실시상태에 따른 원통형 전지는 전극조립체 수용부를 포함하는 전지케이스를 포함하고, 상기 전지케이스는 상기 전극조립체 수용부 중 적어도 일부에 구비되는 돌출부를 포함함으로써, 사이클 진행 시 전극조립체의 팽창을 억제하고, 최외각 음극의 응력 집중으로 인한 전극조립체의 크랙 및 변형을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시상태에 따른 원통형 전지의 전극조립체 및 전극조립체 수용부를 포함하는 전지케이스를 도시한 것이다.
도 1을 참고하면, 본 발명의 일 실시상태에 따른 원통형 전지는 전극조립체 수용부(51)를 포함하는 전지케이스(50)를 갖는 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 전지케이스(50) 및 상기 전극조립체 수용부(51)는 상기 전극조립체의 형상과 대응되는 형상을 가질 수 있으며, 젤리-롤형 전극조립체를 수용하기 위해 전지케이스(50) 및 전극조립체 수용부(51)가 원통형인 것일 수 있다. 상기 전지케이스는 전극조립체 수용부에 전극조립체를 삽입하고 전해액을 주액하는 공정 이후 비딩 공정을 통해 상기 전지케이스의 상부가 중심 방향으로 압축되어, 전극조립체의 수직 방향으로의 움직임을 고정시키는 것일 수 있고, 이를 통해 전극조립체의 탈착이 방지되는 것일 수 있으며, 상기 전지케이스의 상부에는 캡 어셈블리가 결합되는 것일 수 있다. 구체적으로, 본 발명의 일 실시상태에 따른 원통형 전지는 상기 전지케이스의 개구부에 결합되는 캡 어셈블리를 더 포함하는 것일 수 있고, 상기 캡 어셈블리는 탑 캡, 안전 벤트 및 전류차단소자 등을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 전지케이스는 원통형인 것일 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 전극조립체는 원통형 전지케이스에 수용될 수 있으며, 전극조립체; 캡 어셈블리; 및 전해질이 포함되는 전지케이스가 원통 형상을 가지므로, 제조되는 전지 자체의 형태가 원통형일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 전지케이스의 내부는 전해질을 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 전해질은 리튬 이차전지 제조시 사용 가능한 유기계 액체 전해질, 무기계 액체 전해질, 고체 고분자 전해질, 겔형 고분자 전해질, 고체 무기 전해질 또는 용융형 무기 전해질 등을 들 수 있으며, 이들로 한정되는 것은 아니다. 구체적으로, 상기 전해질은 비수계 유기용매와 금속염을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 비수계 유기용매로는, 예를 들어, N-메틸-2-피롤리디논, 프로필렌 카보네이트, 에틸렌 카보네이트, 부틸렌 카보네이트, 디메틸 카보네이트, 디에틸 카보네이트, 감마-부틸로 락톤, 1,2-디메톡시 에탄, 테트라하이드로푸란, 2-메틸 테트라하이드로푸란, 디메틸술폭시드, 1,3-디옥소런, 포름아미드, 디메틸포름아미드, 디옥소런, 아세토니트릴, 니트로메탄, 포름산 메틸, 초산메틸, 인산 트리에스테르, 트리메톡시 메탄, 디옥소런 유도체, 설포란, 메틸 설포란, 1,3-디메틸-2-이미다졸리디논, 프로필렌 카보네이트 유도체, 테트라하이드로푸란 유도체, 에테르, 피로피온산 메틸, 프로피온산 에틸 등의 비양자성 유기용매가 사용될 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 금속염은 리튬염일 수 있고, 상기 리튬염은 상기 비수 전해액에 용해되기 좋은 물질로서, 예를 들어, 상기 리튬염의 음이온으로는 F-, Cl-, I-, NO3 -, N(CN)2-, BF4 -, ClO4 -, PF6 -, (CF3)2PF4 -, (CF3)3PF3 -, (CF3)4PF2 -, (CF3)5PF-, (CF3)6P-, CF3SO3 -, CF3CF2SO3 -, (CF3SO2)2N-, (FSO2)2N-, CF3CF2(CF3)2CO-, (CF3SO2)2CH-, (SF5)3C-, (CF3SO2)3C-, CF3(CF2)7SO3 -, CF3CO2 -, CH3CO2 -, SCN- 및 (CF3CF2SO2)2N-로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 사용할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 전해질에는 상기 전해질 구성 성분들 외에도 전지의 수명특성 향상, 전지 용량 감소 억제, 전지의 방전 용량 향상 등을 목적으로 예를 들어, 디플루오로에틸렌카보네이트 등과 같은 할로알킬렌카보네이트계 화합물, 피리딘, 트리에틸포스파이트, 트리에탄올아민, 환상 에테르, 에틸렌 디아민, n-글라임(glyme), 헥사인산 트리아미드, 니트로벤젠 유도체, 유황, 퀴논 이민 염료, N-치환옥사졸리디논, N,N-치환 이미다졸리딘, 에틸렌 글리콜 디알킬 에테르, 암모늄염, 피롤, 2-메톡시에탄올 또는 삼염화 알루미늄 등의 첨가제가 1종 이상 더 포함될 수도 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시상태에 따른 원통형 전지의 전극조립체 수용 전/후를 도시한 것이다. 구체적으로, 도 1의 원통형 전지를 A-A'로 절단한 종단면도이다. 보다 구체적으로, 도 2의 (a)는 본 발명의 일 실시상태에 따른 원통형 전지의 전극조립체 수용 전을 도시한 것이고, 도 2의 (b)는 본 발명의 일 실시상태에 따른 원통형 전지의 전극조립체 수용 후를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시상태에 따른 원통형 전지의 전극조립체 수용 후를 도시한 것이다. 구체적으로, 도 1의 원통형 전지를 B-B'로 절단한 횡단면도이다.
도 2 및 도 3을 참고하면, 본 발명의 일 실시상태에 따른 원통형 전지는 전극조립체 및 전지케이스(50)를 갖는 것일 수 있고, 상기 전지케이스(50)는 상기 전극조립체 수용부(51) 중 적어도 일부에 구비되는 돌출부(52)를 포함하는 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 돌출부(52)는 상기 전지케이스(50)의 전극조립체 수용부(51) 내주면 상에 구비되는 것일 수 있고, 소정의 폭(W), 높이(H) 및 두께(T)를 갖도록 구비되는 것일 수 있다.
원통형 전지의 충방전 시 내부에 수용되는 전극조립체는 수축/팽창을 반복하게 되고, 상기 전극조립체와 상기 전극조립체 수용부의 내주면 사이의 간격이 넓을수록 상기 전극조립체가 팽창할 수 있는 공간이 넓어지므로 수축/팽창수준이 증가할 수 있다. 이에 따라, 최외각층에 작용하는 응력 또한 증가하므로 크랙 및 변형 문제가 발생할 수 있다. 이 때, 상기 돌출부는 상기 전극조립체 수용부의 내주면으로부터 소정 두께로 돌출되어, 상기 전지케이스의 내부공간 일부를 채우는 것일 수 있고, 상기 전극조립체와 상기 전극조립체 수용부의 내주면 사이에 형성되는 공간을 제어하는 것일 수 있다. 여기서, 전지케이스의 내부공간은 상기 전극조립체 수용부의 내주면으로 둘러싸인 부피에서 이에 수용되는 전극조립체의 부피를 제외한 부피를 갖는 영역을 의미하는 것일 수 있다.
즉, 본 발명에 따른 원통형 전지의 전극조립체 수용부에 구비되는 돌출부는 충방전 시 상기 원통형 전지의 전극조립체 수용부 내부에 위치한 전극조립체의 팽창을 억제하여, 상기 전극조립체의 최외각층 응력 집중으로 인한 크랙 및 변형을 방지하는 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 돌출부가 상기 전극조립체 수용부 내의 일정 공간을 차지함으로써, 상기 전극조립체의 상기 전극조립체 수용부 내주면에 대향하는 방향, 즉 상기 전극조립체의 권취축에 대향하는 방향의 반대 방향으로의 팽창을 억제하여, 제1 전극 및 제2 전극의 패턴길이 증가 수준을 감소시키는 것일 수 있다. 보다 구체적으로, 제1 전극의 전극조립체 수용부 내주면에 대향하는 방향, 즉 권취축에 대향하는 방향의 반대 방향으로의 연신을 감소시킴으로써, 상기 전극조립체의 최외각층 응력 집중으로 인한 크랙 및 변형을 방지하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 전지케이스의 내부공간의 부피는 상기 전극조립체 수용부의 부피 100 %를 기준으로, 2 % 이상 5 % 이하인 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 전극조립체의 지름은 상기 전극조립체 수용부의 내경 100 %를 기준으로, 97 % 이상 99.5 % 이하인 것일 수 있다. 다시 말해, 도 2 및 도 3을 참고하면, 상기 전극조립체의 지름(L2)은 상기 전극조립체 수용부의 내경(L3) 100 %를 기준으로, 97 % 이상 99.5 % 이하인 것일 수 있다.
전술한 전지케이스의 내부공간의 부피 및 전극조립체 수용부의 부피 간의 관계, 또는 전극조립체의 지름 및 전극조립체 수용부의 내경 간의 관계를 만족하는 경우, 상기 돌출부 형성에 의한 전극조립체와 상기 전극조립체 수용부의 내주면 사이에 형성되는 공간 제어가 보다 용이할 수 있고, 최외각 음극의 응력 집중으로 인한 전극조립체의 크랙 및 변형 방지가 보다 용이할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 돌출부는 상기 전지케이스와 동일하거나 상이한 소재로 이루어지는 것일 수 있다. 다시 말해, 상기 돌출부는 상기 전지케이스 자체, 예를 들어, 알루미늄 캔 자체의 두께를 두껍게 조절하여 전극조립체 수용부 중 적어도 일부에 구비되는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 상기 전극조립체 수용부 내주면 상에 상기 전지케이스와 동일하거나 상이한 도전성 소재, 예를 들어, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소 또는 알루미늄이나 스테인레스 스틸 표면에 탄소, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면 처리한 것 중 선택되는 어느 하나인 도전성 소재로 이루어지는 별도의 돌출부를 부착하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 돌출부는 상기 전극조립체 수용부의 내주면 둘레 100 %를 기준으로, 5 % 이상 15 % 이하의 영역에 구비되는 것일 수 있다. 다시 말해, 도 3을 참고하면, 상기 돌출부(52)의 폭(W)은 상기 전극조립체 수용부(51)의 내주면 둘레 100 %를 기준으로, 5 % 이상 15 % 이하일 수 있다. 구체적으로, 상기 돌출부는 상기 전극조립체 수용부의 내주면 둘레 100 %를 기준으로, 7 % 이상, 9 % 이상 또는 11 % 이상의 영역에 구비되는 것일 수 있다. 또한, 상기 돌출부는 상기 전극조립체 수용부의 내주면 둘레 100 %를 기준으로, 13 % 이하, 11 % 이하 또는 9 % 이하의 영역에 구비되는 것일 수 있다.
전술한 범위를 만족하는 경우, 상기 전극조립체와 상기 전극조립체 수용부의 내주면 사이에 형성되는 공간 제어가 보다 용이할 수 있고, 전지 충방전 시 상기 원통형 전지 내부에 위치한 전극조립체의 팽창 억제 효과가 보다 우수할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 돌출부는 상기 전극조립체 수용부의 내주면 깊이 100 %를 기준으로, 95 % 이상 100 % 이하의 영역에 구비되는 것일 수 있다. 다시 말해, 도 2의 (a)를 참고하면, 상기 돌출부(52)의 높이(H)는 상기 전극조립체 수용부의 내주면 깊이(L1) 100 %를 기준으로, 95 % 이상 100 % 이하일 수 있다. 구체적으로, 상기 돌출부는 상기 전극조립체 수용부의 내주면 깊이 100 %를 기준으로, 95 % 이상 97.5 % 이하 또는 97.5 % 이상 100 % 이하의 영역에 구비되는 것일 수 있다. 예를 들어, 상기 돌출부는 상기 전극조립체 수용부의 내주면 깊이 100 %를 기준으로, 100 %의 영역에 구비되는 것일 수 있고. 상기 돌출부(52)의 높이(H)는 상기 전극조립체 수용부의 내주면 깊이(L1)와 동일한 것일 수 있다. 전술한 범위를 만족하는 경우, 상기 전극조립체와 상기 전극조립체 수용부의 내주면 사이에 형성되는 공간 제어가 보다 용이할 수 있고, 전지 충방전 시 상기 원통형 전지 내부에 위치한 전극조립체의 팽창 억제 효과가 보다 우수할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 전극조립체는 제1 전극, 분리막 및 제2 전극이 적층되어 권취되는 것일 수 있고, 상기 제2 전극은 상기 제2 전극 집전체; 및 상기 제2 전극 집전체의 적어도 일면 상에 구비되고, 상기 제2 전극 집전체와 동일한 위치에서 길이방향 단부를 갖는 제2 전극 활물질층을 포함하는 것일 수 있다. 다시 말해, 상기 제2 전극의 길이방향 단부는 프리엣지(Free- edge) 형태인 것일 수 있다. 여기서, 프리엣지 형태는 전극 제2 전극 활물질층의 단부와 전극 집전체의 단부가 일치하는 형태를 의미하는 것일 수 있으며, 이는 길이방향 단부가 길이방향에 수직한 면을 기준으로 완전히 일치하는 경우뿐만 아니라 제조공정 및 측정상의 오차를 갖는 경우를 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 전극은 음극이고, 상기 제2 전극은 양극인 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 전극은 제1 전극 집전체 및 상기 제1 전극 집전체 상에 구비된 제1 전극 활물질층을 포함하는 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 제1 전극은 제1 전극 집전체 및 상기 제1 전극 집전체의 일면 또는 양면에 형성되며, 제1 전극 활물질을 포함하는 제1 전극 활물질층을 포함할 수 있다. 다시 말해, 상기 제1 전극 활물질층은 상기 제1 전극 집전체의 제1 전극 유지부에 형성되고, 상기 제1 전극 활물질층이 구비되지 않은 면은 제1 전극 무지부로 표현될 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 전극 집전체는 제1 전극 활물질층이 형성되는 제1 전극 유지부와 제1 전극 활물질층이 형성되지 않는 제1 전극 무지부를 포함하는 것일 수 있고, 제1 전극 무지부 상에 제1 전극 탭을 포함하는 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 제1 전극 집전체는 제1 전극 무지부를 포함할 수 있으며, 상기 제1 전극 무지부에 형성된 제1 전극 탭을 포함하는 것일 수 있다. 이에 따라, 제조되는 전극조립체는 제1 전극 탭을 1개 이상 포함하는 것일 수 있다. 예를 들어, 도 1을 참고하면, 상기 제1 전극 탭(미도시)은 상기 전극조립체의 하부면으로 돌출되어, 상기 전지케이스(50)의 전극조립체 수용부(51) 내주면에 전기적으로 연결되는 역할을 하는 것일 수 있고, 상기 제1 전극 탭은 상기 전극조립체가 상기 전극조립체 수용부(51) 내에 수용되는 경우, 상기 돌출부(52)가 상기 전극조립체에 포함되는 제2 전극의 길이방향 단부(310)에 대응되는 영역에 구비되도록 고정하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 전극 활물질층은 실리콘계 물질 및 탄소계 물질로 이루어진 군에서 선택되는 1 이상을 포함하는 제1 전극 활물질을 포함하는 것일 수 있다. 또한, 상기 제1 전극 활물질층은 제1 전극 도전재 및 제1 전극 바인더를 더 포함할 수 있으며, 상기 제1 전극 활물질; 제1 전극 도전재; 및 제1 전극 바인더는 음극 활물질; 음극 도전재; 및 음극 바인더로서 당업계에 사용되는 물질이 제한 없이 사용될 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 전극 집전체는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 되고, 특별히 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 제1 전극 집전체로는 구리, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 또는 알루미늄이나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면 처리한 것 등이 사용될 수 있다. 구체적으로는, 구리, 니켈과 같은 탄소를 잘 흡착하는 전이 금속을 제1 전극 집전체로 사용할 수 있다.
상기 제1 전극 집전체의 두께는 8 ㎛ 이상 180 ㎛ 이하일 수 있으나, 상기 제1 전극 집전체의 두께가 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 전극 바인더는 폴리비닐리덴플루오라이드-헥사플루오로프로필렌 코폴리머(PVDF-co-HFP), 폴리비닐리덴플루오라이드(polyvinylidenefluoride), 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile), 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmethacrylate), 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로오스(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로오스, 재생 셀룰로오스, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리아크릴산, 에틸렌-프로필렌-디엔 모노머(EPDM), 술폰화 EPDM, 스티렌 부타디엔 고무(SBR), 불소 고무, 폴리 아크릴산 (poly acrylic acid) 및 이들의 수소를 Li, Na 또는 Ca 등으로 치환된 물질로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함할 수 있으며, 또한 이들의 다양한 공중합체를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 전극 도전재는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연; 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 파네스 블랙, 램프 블랙, 서멀 블랙 등의 카본블랙; 탄소 섬유나 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 탄소 나노 튜브 등의 도전성 튜브; 플루오로카본, 알루미늄, 니켈 분말 등의 금속 분말; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 위스커; 산화 티탄 등의 도전성 금속 산화물; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 소재 등이 사용될 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제2 전극은 제2 전극 집전체 및 상기 제2 전극 집전체 상에 구비된 제2 전극 활물질층을 포함하는 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 제2 전극은 제2 전극 집전체 및 상기 제2 전극 집전체의 일면 또는 양면에 형성되며, 제2 전극 활물질을 포함하는 제2 전극 활물질층을 포함할 수 있다. 다시 말해, 상기 제2 전극 활물질층은 상기 제2 전극 집전체의 제2 전극 유지부에 형성되고, 상기 제2 전극 활물질층이 구비되지 않은 면은 제2 전극 무지부로 표현될 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제2 전극 집전체는 제2 전극 활물질층이 형성되는 제2 전극 유지부와 제2 전극 활물질층이 형성되지 않는 제2 전극 무지부를 포함하는 것일 수 있고, 제2 전극 무지부 상에 제2 전극 탭을 포함하는 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 제2 전극 집전체는 제2 전극 무지부를 포함할 수 있으며, 상기 제2 전극 무지부에 형성된 제2 전극 탭을 포함하는 것일 수 있다. 이에 따라, 제조되는 전극조립체는 제2 전극 탭을 1개 이상 포함하는 것일 수 있다. 예를 들어, 도 1을 참고하면, 상기 제2 전극 탭(40)은 상기 전극조립체의 상부면으로 돌출되어, 상기 캡 어셈블리(미도시)에 전기적으로 연결되는 역할을 하는 것일 수 있다. 상기 제2 전극 탭은 상기 전극조립체가 상기 전극조립체 수용부(51) 내에 수용되는 경우, 상기 돌출부(52)가 상기 전극조립체에 포함되는 제2 전극의 길이방향 단부(310)에 대응되는 영역에 구비되도록 고정하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제2 전극 집전체는 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 구체적으로, 상기 제2 전극 집전체로는 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소 또는 알루미늄이나 스테인레스 스틸 표면에 탄소, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면 처리한 것 등이 사용될 수 있다.
또한, 상기 제2 전극 집전체는 통상적으로 60 ㎛ 이상 200 ㎛ 이하의 두께를 가질 수 있으며, 상기 제2 전극 집전체 표면 상에 미세한 요철을 형성하여 제2 전극 활물질의 접착력을 높일 수도 있다. 예를 들어, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태로 사용될 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제2 전극 활물질은 통상적으로 사용되는 양극 활물질일 수 있다. 구체적으로, 상기 제2 전극 활물질은 리튬 코발트 산화물(LiCoO2), 리튬 니켈 산화물(LiNiO2) 등의 층상 화합물이나 1 또는 그 이상의 전이금속으로 치환된 화합물; LiFe3O4 등의 리튬 철 산화물; 화학식 Li1+xMn2-xO4 (0≤x≤0.33), LiMnO3, LiMn2O3, LiMnO2 등의 리튬 망간 산화물; 리튬 동 산화물(Li2CuO2); LiV3O8, V2O5, Cu2V2O7 등의 바나듐 산화물; 화학식 LiNi1-yMyO2 (여기서, M은 Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B 및 Ga으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나이고, 0.01≤y≤0.3를 만족한다.)으로 표현되는 Ni 사이트형 리튬 니켈 산화물; 화학식 LiMn2-zMzO2 (여기서, M은 Co, Ni, Fe, Cr, Zn 및 Ta 으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나이고, 0.01≤z≤0.1를 만족한다.) 또는 Li2Mn3MO8 (여기서, M은 Fe, Co, Ni, Cu 및 Zn으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나이다.)으로 표현되는 리튬 망간 복합 산화물; 화학식의 Li 일부가 알칼리토금속 이온으로 치환된 LiMn2O4 등을 들 수 있지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다. 상기 제2 전극은 Li-metal일 수도 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제2 전극 활물질층은 제2 전극 도전재 및 제2 전극 바인더를 더 포함할 수 있다. 상기 제2 전극 도전재는 전극에 도전성을 부여하기 위해 사용되는 것으로서, 구성되는 전지에 있어서, 화학변화를 야기하지 않고 전자 전도성을 갖는 것이면 특별한 제한 없이 사용 가능하다. 구체적으로, 상기 제2 전극 도전재는 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연; 카본 블랙, 아세틸렌블랙, 케첸블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙, 탄소섬유 등의 탄소계 물질; 구리, 니켈, 알루미늄, 은 등의 금속 분말 또는 금속 섬유; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 위스키; 산화 티탄 등의 도전성 금속 산화물; 또는 폴리페닐렌 유도체 등의 전도성 고분자 등을 사용할 수 있으며, 이들 중 1종 단독 또는 2종 이상의 혼합물이 사용될 수 있다.
또한, 상기 제2 전극 바인더는 제2 전극 활물질 입자들 간의 부착 및 제2 전극 활물질과 제2 전극 집전체와의 접착력을 향상시키는 역할을 한다. 구체적인 예로는 폴리비닐리덴플로라이드(PVDF), 비닐리덴플루오라이드-헥사플루오로프로필렌 코폴리머(PVDF-co-HFP), 폴리비닐알코올, 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile), 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로우즈, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 폴리머(EPDM), 술폰화-EPDM, 스티렌 부타디엔 고무(SBR), 불소 고무, 또는 이들의 다양한 공중합체 등을 들 수 있으며, 이들 중 1종 단독 또는 2종 이상의 혼합물이 사용될 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 분리막은 음극과 양극을 분리하고 리튬 이온의 이동 통로를 제공하는 것으로, 통상 이차전지에서 분리막으로 사용되는 것이라면 특별한 제한 없이 사용가능하며, 특히 전해질의 이온 이동에 대하여 저저항이면서 전해질 함습 능력이 우수한 것이 바람직하다. 구체적으로는 다공성 고분자 필름, 예를 들어 에틸렌 단독중합체, 프로필렌 단독중합체, 에틸렌/부텐 공중합체, 에틸렌/헥센 공중합체 및 에틸렌/메타크릴레이트 공중합체 등과 같은 폴리올레핀계 고분자로 제조한 다공성 고분자 필름 또는 이들의 2 층 이상의 적층 구조체가 사용될 수 있다. 또 통상적인 다공성 부직포, 예를 들어 고융점의 유리 섬유, 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유 등으로 된 부직포가 사용될 수도 있다. 또한, 내열성 또는 기계적 강도 확보를 위해 세라믹 성분 또는 고분자 물질이 포함된 코팅된 분리막이 사용될 수도 있으며, 선택적으로 단층 또는 다층 구조로 사용될 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 전극의 길이방향 단부는, 상기 제2 전극의 길이방향 단부보다 길게 연장되어 상기 전극조립체의 외곽으로 추가 권취되는 것일 수 있다. 구체적으로, 본 발명의 일 실시상태에 따른 전극조립체는 프리엣지 형태인 상기 제2 전극의 길이방향 단부를 최외각 층인 제1 전극이 덮고 있는 구조를 갖는 것일 수 있고, 상기 제1 전극이 상기 제2 전극의 제2 단부를 덮고 있는 영역에 형성되는 빈 공간인 단차부를 포함하는 것일 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시상태에 따른 원통형 전지의 단차부를 모식적으로 도시한 것이다.
도 5는 본 발명의 일 실시상태에 따른 원통형 전지의 전극조립체를 도시한 것이다.
구체적으로, 도 4 및 도 5를 참고하면, 상기 전극조립체의 최외각 층에는 제1 전극(100)이 존재하며, 상기 제1 전극(100)은 제1 전극 집전체(101)의 양면에 각각 제1 전극 활물질층(102, 103)을 구비하고, 무지부(non-coating area)를 포함할 수 있다. 반면, 상기 전극조립체의 최외각 층인 제1 전극의 권취축에 대향하는 일면 상에는 제2 전극(300)이 존재하며, 상기 제2 전극(300)은 제2 전극 집전체(301)의 양면에 각각 제2 전극 활물질층(302,303)을 구비하지만, 무지부(non-coating area)를 포함하지 않는 것일 수 있다. 다시 말해, 제2 전극 집전체와 제2 전극 활물질층의 말단이 일치하는 프리엣지(free edge) 형태일 수 있다. 즉, 상기 제2 전극(300)의 길이방향 단부(310)는 길이방향으로 동일한 길이를 갖는 제2 전극 활물질층(302,303)의 단부와 제2 전극 집전체(301)의 단부를 포함하는 것일 수 있고, 상기 제2 전극(300)의 길이방향 단부(310)는 상기 제2 전극 활물질층(302, 303)의 단부와 제2 전극 집전체(301)의 단부가 일치하는 것일 수 있다. 한편, 본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 전극(100)의 상기 제2 전극(300)의 길이방향 단부(310)의 단부에 대향하는 면의 반대면 상에 존재하는 무지부는, 해당 영역의 응력집중에 의한 단락 또는 크랙 발생 가능성을 줄이기 위해 부착된 단선방지 테이프(70)를 더 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 전극은 전지케이스의 내면과 직접 접촉하여 상기 전지케이스가 제1 전극 단자의 역할을 수행하는 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 전극조립체의 최외각층인 제1 전극이 음극일 수 있고, 상기 전극조립체는 음극/분리막/양극/분리막이 권취되는 음극 최외각 구조인 것일 수 있다. 다시 말해, 전극조립체의 최외각에 음극을 노출시키는 외주 탭 구조를 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 전극조립체는 상기 전극조립체 수용부 내에 수용되고, 상기 돌출부는 상기 전극조립체에 포함되는 제2 전극의 길이방향 단부에 대응되는 영역에 구비되는 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 돌출부는 중심부가 제2 전극의 길이방향 단부와 일치하도록 구비되는 것일 수 있다. 여기서, 상기 돌출부의 중심부는 돌출부의 폭방향 길이의 1/2 지점을 연결한 선을 의미하는 것일 수 있다.
도 1 내지 도 3을 참고하면, 본 발명의 일 실시상태에 따른 원통형 전지는 전극조립체 및 전지케이스(50)을 갖는 것일 수 있고, 상기 전지케이스는 상기 전극조립체 수용부(51) 중 적어도 일부에 구비되는 돌출부(52)를 포함하는 것일 수 있다. 이 때, 상기 돌출부는 상기 전지케이스의 전극조립체 수용부(51) 내주면 상에 구비되는 것일 수 있고, 상기 전극조립체에 포함되는 제2 전극(300)의 길이방향 단부(310)에 대응되는 영역에 구비되는 것일 수 있다. 다시 말해, 상기 돌출부(52)는 프리엣지 형태인 제2 전극의 길이방향 단부(310)에 대응되는 영역에 구비되는 것일 수 있다.
상기 돌출부가 상기 전극조립체에 포함되는 제2 전극의 길이방향 단부에 대응되는 영역에 구비되는 경우, 상기 전극조립체가 상기 전극조립체 수용부의 내주면 방향으로 팽창되는 과정에서, 상기 제2 전극의 길이방향 단부에 대응되는 영역은 상기 전지케이스에 먼저 접촉 및 구속되어 팽창이 억제되는 것일 수 있다. 구체적으로, 전지 충방전 시 전극조립체는 외주면과 인접한 상기 전지케이스의 전극조립체 수용부 내주면 방향으로 수축/팽창을 반복하므로, 상기 전지케이스의 전극조립체 수용부의 내주면과 접촉 및 이격이 반복적으로 이루어진다. 즉, 상기 전극조립체의 외주면과 인접한 상기 전극조립체 수용부의 내주면 사이의 이격거리가 클수록 상기 전극조립체가 팽창가능한 공간이 충분하여 상기 전극조립체의 팽창정도가 증가할 수 있다. 이 때, 상기 제2 전극의 길이방향 단부에 대응되는 영역은 상기 돌출부에 대응되지 않는 영역에 비하여 상기 전지케이스의 수용부의 내주면과의 이격거리가 작은 것일 수 있고, 상기 전극조립체의 팽창 시 외주면이 상기 돌출부에 먼저 접촉 및 구속되어 해당 영역의 팽창 억제 효과가 우수한 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 전극조립체는 상기 전극조립체 수용부 내에 수용되고, 상기 돌출부는 상기 전극조립체의 최외각에 위치하는 상기 제1 전극을 게재하여 상기 제2 전극의 길이방향 단부에 대응되는 영역에 형성되는 것일 수 있다. 상기 돌출부가 상기 전극조립체의 최외각에 위치하는 상기 제1 전극을 게재하여 상기 제2 전극의 길이방향 단부에 대응되는 영역에 형성되는 경우, 해당 영역의 팽창이 억제되어 제2 전극의 길이방향 단부에 의한 상기 제1 전극의 제2 전극 대면부 응력 집중이 완화될 수 있고, 크랙 및 변형 방지 효과가 보다 우수할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 전극조립체는 상기 전극조립체 수용부 내에 수용되고, 상기 돌출부는 상기 전극조립체에 포함되는 단차부에 대응되는 영역에 구비되고, 상기 단차부는 상기 제1 전극이 상기 제2 전극의 길이방향 단부를 덮고 있는 영역에 형성되는 빈 공간인 것일 수 있다. 구체적으로, 도 3 및 도 4를 참고하면, 상기 돌출부(52)는 상기 단차부(60)에 대응하는 영역을 모두 덮도록 구비되는 것일 수 있다. 여기서, 상기 '단차부에 대응하는 영역'은 제1 전극(100)의 길이방향을 기준으로, 상기 제1 전극(100) 상의 제2 전극의 길이방향 단부(310)와 평행한 선으로부터, 제1 전극이 분리막을 게재하여 서로 접하는 지점을 연결한 선까지의 영역, 즉 상기 단차부(60)의 길이방향 단부 및 제2 전극의 길이방향 단부(310) 간 거리(L5)를 갖는 영역과, 상기 제1 전극의 길이방향과 반대방향으로 상기 L5과 동일한 거리 L5'을 갖는 영역으로 이루어진 영역을 의미하는 것일 수 있다.
다시 말해, 상기 '단차부에 대응하는 영역'은 상기 제1 전극(100) 상의, 제2 전극의 길이방향 단부(310)와 평행한 선으로부터 상기 제1 전극(100)의 길이방향의 양측으로 L5 및 L5'의 거리를 갖는 영역을 의미하는 것일 수 있고, 은 'L5 + L5' = L5 + L5 = 2 X L5'의 길이를 갖는 것일 수 있다. 즉, 상기 돌출부(52)의 폭(W)은 상기 단차부(60)에 대응하는 영역의 길이보다 큰 것일 수 있고, '2 X L5' 이상인 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 돌출부의 두께는, 상기 제2 전극의 길이방향 단부의 두께에 의해 형성되는 단차의 30 % 이상 50 % 이하인 것일 수 있다. 다시 말해, 도 3 및 도 4를 참고하면, 상기 돌출부의 두께(T)는, 상기 제2 전극의 길이방향 단부(310)의 두께(L4)의 30 % 이상 50 % 이하인 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 돌출부의 두께는, 상기 제2 전극의 길이방향 단부의 두께에 의해 형성되는 단차의 30 % 이상 40 % 이하 또는 40 % 이상 50 % 이하인 것일 수 있다. 상기 돌출부의 두께가 전술한 범위를 만족하는 경우, 전지 충방전 시 상기 원통형 전지 내부에 위치한 전극조립체의 팽창 억제 효과 및 크랙 방지 효과가 보다 우수할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태는 상기 원통형 전지를 단위 셀로 포함하는 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩을 제공한다. 상기 전지 모듈 및 전지 팩은 고용량, 높은 전지 안정성 및 수명 특성이 개선된 상기 이차전지를 포함하므로, 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차 및 전력 저장용 시스템으로 이루어진 군에서 선택되는 중대형 디바이스의 전원으로 이용되는 것일 수 있다.
이상 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시상태를 제시하였으나, 상기 실시상태는 본 기재를 예시하는 것일 뿐 본 기재의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것은 당연한 것이다.

Claims (9)

  1. 전극조립체; 및 전극조립체 수용부를 포함하는 전지케이스를 갖는 원통형 전지로서,
    상기 전지케이스는 상기 전극조립체 수용부 중 적어도 일부에 구비되는 돌출부를 포함하고,
    상기 전극조립체는 제1 전극, 분리막 및 제2 전극이 적층되어 권취되고,
    상기 제2 전극은 제2 전극 집전체; 및 상기 제2 전극 집전체의 적어도 일면 상에 구비되고, 상기 제2 전극 집전체와 동일한 위치에서 길이방향 단부를 갖는 제2 전극 활물질층을 포함하는 것인 원통형 전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 돌출부는 상기 전극조립체 수용부의 내주면 둘레 100 %를 기준으로, 5 % 이상 15 % 이하의 영역에 구비되는 것인 원통형 전지.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 돌출부는 상기 전극조립체 수용부의 내주면 깊이 100 %를 기준으로, 100 %의 영역에 구비되는 것인 원통형 전지.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전극은 음극이고, 상기 제2 전극은 양극인 것인 원통형 전지.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전극의 길이방향 단부는, 상기 제2 전극의 길이방향 단부보다 길게 연장되어 상기 전극조립체의 외곽으로 추가 권취되는 것인 원통형 전지.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 전극조립체는 상기 전극조립체 수용부 내에 수용되고,
    상기 돌출부는 상기 전극조립체에 포함되는 제2 전극의 길이방향 단부에 대응되는 영역에 구비되는 것인 원통형 전지.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 전극조립체는 상기 전극조립체 수용부 내에 수용되고,
    상기 돌출부는 상기 전극조립체의 최외각에 위치하는 상기 제1 전극을 게재하여 상기 제2 전극의 길이방향 단부에 대응되는 영역에 형성되는 것인 원통형 전지.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 전극조립체는 상기 전극조립체 수용부 내에 수용되고,
    상기 돌출부는 상기 전극조립체에 포함되는 단차부에 대응되는 영역에 구비되고,
    상기 단차부는 상기 제1 전극이 상기 제2 전극의 길이방향 단부를 덮고 있는 영역에 형성되는 빈 공간인 것인 원통형 전지.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 돌출부의 두께는,
    상기 제2 전극의 길이방향 단부의 두께에 의해 형성되는 단차의 30 % 이상 50 % 이하인 것인 원통형 전지.
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