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KR101584298B1 - 전극 조립체 및 이를 포함하는 이차 전지 - Google Patents

전극 조립체 및 이를 포함하는 이차 전지 Download PDF

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KR101584298B1
KR101584298B1 KR1020130061238A KR20130061238A KR101584298B1 KR 101584298 B1 KR101584298 B1 KR 101584298B1 KR 1020130061238 A KR1020130061238 A KR 1020130061238A KR 20130061238 A KR20130061238 A KR 20130061238A KR 101584298 B1 KR101584298 B1 KR 101584298B1
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plate
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구자훈
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Abstract

본 발명은 고율 방전시 권취된 전극 조립체의 중심부에서 발열이 일어나는 것을 방지할 수 있는 전극 조립체 및 이를 포함하는 이차 전지를 개시한다.
본 발명에 따른 전극 조립체는, 권취되어 이차 전지 케이스에 수납되는 이차 전지용 전극 조립체로서, 양극 탭이 부착된 양극판; 음극 탭이 부착된 음극판; 및 상기 양극판과 상기 음극판 사이에 개재된 세퍼레이터를 포함하되, 상기 음극 탭은, 상기 음극 탭으로부터 상기 음극판의 권취 중심부까지의 거리와 상기 음극 탭으로부터 상기 음극판의 권취 말단부까지의 거리 사이의 비가 1:0.5 내지 1:3인 지점에 부착되는 것을 특징으로 한다.

Description

전극 조립체 및 이를 포함하는 이차 전지{Electrode assembly and secondary battery including the same}
본 발명은 전극 조립체 및 이를 포함하는 이차 전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 발열 억제를 통해 안전성을 향상시킬 수 있도록 구조가 개선된 전극 조립체 및 이를 포함하는 이차 전지에 관한 것이다.
일반적으로, 이차 전지는 충전이 불가능한 일차 전지와 달리, 충방전이 가능한 전지를 의미하며, 휴대폰, 노트북 컴퓨터, 캠코더 등의 전자기기 또는 전기 자동차 등에 널리 사용되고 있다. 특히, 리튬 이차 전지는 작동 전압이 3.6V 가량으로서, 전자 장비의 전원으로 많이 사용되는 니켈-카드뮴 전지 또는 니켈-수소 전지보다 약 3배의 용량을 가지며, 단위 중량당 에너지 밀도가 높기 때문에 그 활용 정도가 급속도로 증가되는 추세에 있다.
이러한 리튬 이차 전지는 주로 리튬계 산화물과 탄소재를 각각 양극 활물질과 음극 활물질로 사용한다. 리튬 이차 전지는, 이러한 양극 활물질과 음극 활물질이 각각 도포된 양극판과 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 배치된 전극 조립체와, 전극 조립체를 전해액과 함께 밀봉 수납하는 외장재를 구비한다.
한편, 리튬 이차 전지는 전지 케이스의 형상에 따라, 전극 조립체가 금속 캔에 내장되어 있는 캔형 이차 전지와 전극 조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치에 내장되어 있는 파우치형 이차 전지로 분류될 수 있다. 통상적으로 캔형 이차 전지의 경우 양극판과 음극판, 즉 전극판이 권취된 형태로 전지 캔에 수납되고, 파우치형 이차 전지의 경우 전극판이 적층 또는 권취된 형태로 전지 캔에 수납된다.
도 1은, 종래기술에 따른 전극 조립체의 사시도이고, 도 2는, 도 1에 도시된 전극 조립체의 정면도이며, 도 3은, 도 1에 도시된 전극 조립체가 권취된 모습을 나타내는 사시도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 전극조립체(1)는, 양극판(10)과 음극판(20) 사이에 세퍼레이터(seperator)(30)가 개재된 상태에서 도 1의 화살표 방향으로 표시된 바와 같이 권취된 구조를 갖는다. 여기서, 이와 같이 권취된 형태의 전극 조립체(1)는 그 형태에 따라 젤리-롤이라 불리기도 한다. 또한, 전극 조립체(1)의 양극판(10)에는 양극 탭(11)이 부착되어 통상적으로 캡 조립체에 접속되고, 음극판(20)에는 음극 탭(21)이 부착되어 전지 캔의 하단에 접속된다.
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이 음극 탭(21)은 음극판(20)의 일단부에 부착된다. 전극 조립체(1)가 권취되면, 음극판(20)의 일단부에 부착된 음극 탭(21)은 권취 중심부에 위치하게 된다. 음극 탭(21)이 권취 중심부에 위치하게 되면, 화학적, 구조적 특성상 권취 중심부에 위치한 음극 탭(21)에서 많은 발열이 일어날 수 있다. 특히, 이러한 음극 탭에서의 발열은 고율 방전시 더욱 심해질 수 있다. 이와 같이, 음극 탭(21)에서 발열이 일어나면, 음극 탭(21)이 위치하는 주변의 세퍼레이터(30)가 녹아 음극판(20)과 양극판(10) 사이에 도전이 발생할 수 있게 되며, 이로 인해, 발열 및 폭발이 일어나는 등, 전지의 안전성에 문제가 발생할 수 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 전지 사용 중 권취된 전극 조립체의 중심부에서 탭으로 인해 발열이 일어나는 것을 방지할 수 있는 전극 조립체 및 이를 포함하는 이차 전지를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허청구범위에 나타난 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 전극 조립체는, 권취되어 이차 전지 케이스에 수납되는 이차 전지용 전극 조립체로서, 양극 탭이 부착된 양극판; 음극 탭이 부착된 음극판; 및 상기 양극판과 상기 음극판 사이에 개재된 세퍼레이터를 포함하되, 상기 음극 탭은, 상기 음극 탭으로부터 상기 음극판의 권취 중심부까지의 거리와 상기 음극 탭으로부터 상기 음극판의 권취 말단부까지의 거리 사이의 비가 1:0.5 내지 1:3인 지점에 부착되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 음극 탭은, 상기 음극 탭으로부터 상기 음극판의 권취 중심부까지의 거리와 상기 음극 탭으로부터 상기 음극판의 권취 말단부까지의 거리 사이의 비가 1:1 내지 1:2인 것을 특징으로 한다.
또한 바람직하게, 상기 음극 탭은, 상기 양극 탭과 반대 방향으로 돌출되도록 부착된 것을 특징으로 한다.
또한 바람직하게, 원통형으로 권취되어 원통형 이차 전지 케이스에 수납되는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 이차 전지는 상술한 전극 조립체를 포함한다.
본 발명에 따르면, 음극 탭이 음극판의 권취 중심부와 음극판의 권취 말단부 사이에 위치함으로써 고율 방전시에도 음극 탭에서 발열이 일어나는 것을 방지할 수 있다.
특히, 본 발명에 의하면, 음극 탭에서 발열이 일어나는 것을 더욱 효과적으로 방지할 수 있는 최적의 위치에 음극 탭이 부착된다.
이외에도 본 발명은 다른 다양한 효과를 가질 수 있으며, 이러한 본 발명의 다른 효과들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은, 종래기술에 따른 전극 조립체의 사시도이다.
도 2는, 도 1에 도시된 전극 조립체의 정면도이다.
도 3은, 도 1에 도시된 전극 조립체가 권취된 모습을 나타내는 사시도이다.
도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체의 사시도이다.
도 5는, 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체의 정면도이다.
도 6은, 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체가 권취된 모습을 나타내는 사시도이다.
도 7은, 본 발명의 일 실시예에 따른 음극판의 정면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
본 발명의 실시형태는 통상의 기술자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이므로 도면에서의 구성요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시될 수 있다. 따라서, 각 구성요소의 크기나 비율은 실제적인 크기나 비율을 전적으로 반영하는 것은 아니다.
도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체의 사시도이고, 도 5는, 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체의 정면도이며, 도 6은, 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체가 권취된 모습을 나타내는 사시도이다.
도 4 내지 도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 전극 조립체(1000)는, 양극판(100), 음극판(200) 및 세퍼레이터(300)를 포함한다.
상기 양극판(100)은, 양극 집전체의 적어도 일면에 양극 활물질이 도포되어 형성되고, 양극판(100)에는 양극 탭(101)이 부착된다. 이와 같은 양극 탭(101)은 양극 집전체에서 양극 활물질이 도포되지 않은 무지부에 초음파 융착 등의 방식에 의해 부착될 수 있다. 그러나, 본 발명이 이와 같은 양극 탭(101)의 부착 방식에 의해 제한되는 것은 아니며, 본 발명의 출원 시점에서 공지된 다양한 탭 부착 기술이 본 발명에 채용될 수 있다.
상기 음극판(200)은, 음극 집전체의 적어도 일면에 음극 활물질이 도포되어 형성되고, 음극판(200)에는 음극 탭(201)이 부착된다. 이와 같은 음극 탭(201) 역시 양극 탭(101)과 마찬가지로, 음극 집전체에서 음극 활물질이 도포되지 않은 무지부에 부착될 수 있으며, 초음파 융착 방식과 같은 다양한 부착 방식이 적용될 수 있다.
상기 음극 탭(201)은, 음극판(200)의 권취 중심부와 음극판(200)의 권취 말단부 사이에 부착된다. 특히, 본 발명에 따른 음극 탭(201)은, 음극 탭(201)으로부터 음극판(200)의 권취 중심부까지의 거리와 음극 탭(201)으로부터 음극판(200)의 권취 말단부까지의 거리 사이의 비가 1:0.5 내지 1:3인 지점에 부착될 수 있다. 여기서, 권취 중심부는 권취된 형태의 젤리-롤의 가운데 부분을 의미하고 도면에 c로 표시되어 있다. 권취 말단부는 젤리-롤의 외곽 부분을 의미하고 도면에 o로 표시되어 있다. 즉, 도 5에서 권취 중심부를 기준으로 전극 조립체(1000)가 권취되면 c가 젤리-롤의 중심에 위치하고 o가 젤리-롤의 외곽에 위치하여 도 6과 같은 형태가 된다.
도 7은, 본 발명의 일 실시예에 따른 음극판의 단면도이다. 도 7을 참조하면, 음극 탭(201)은, 음극 탭(201)으로부터 음극판(200)의 권취 중심부(c)까지의 거리(a)와 음극 탭(201)으로부터 음극판(200)의 권취 말단부(o)까지의 거리(b) 사이의 비가 1:0.5 내지 1:3인 지점(s)에 부착될 수 있다. 즉, 도 7에서 음극판(200)의 권취 중심부(c)까지의 거리와 음극판(200)의 권취 말단부(o)까지의 거리의 비가 1:0.5인 지점을 d1이라 하고, 음극판(200)의 권취 중심부(c)까지의 거리와 음극판(200)의 권취 말단부(o)까지의 거리의 비가 1:3인 지점을 d2라 할 때, 음극 탭(201)은 음극판(200)에서 이들 d1과 d2 사이의 지점에 부착될 수 있다. 이러한 실시예에 의하면, 권취된 전극 조립체(1000)의 사용 시, 음극 탭(201)으로부터 열이 발생하는 것을 감소시킬 수 있다.
바람직하게는, 상기 음극 탭(201)은, 음극 탭(201)으로부터 음극판(200)의 권취 중심부(c)까지의 거리(a)와 음극 탭(201)으로부터 음극판(200)의 권취 말단부(o)까지의 거리(b) 사이의 비가 1:1 내지 1:2인 지점(s)에 부착될 수 있다. 즉, 도 7에서 d1은 c까지의 거리와 o까지의 거리의 비가 1:1인 지점이고, d2는 c까지의 거리와 o까지의 거리의 비가 1:2인 지점이라 할 수 있으며, 이 경우 음극 탭(201)은 이러한 d1과 d2 사이에 위치하도록 부착될 수 있다.
위와 같이, 음극 탭(201)이 음극판(200)의 권취 중심부(c)와 음극판(200)의 권취 말단부(o) 사이에 부착됨으로써, 전극 조립체(1000)가 권취되어도 음극 탭(201)이 젤리-롤의 중심부에 위치하지 않게 된다. 따라서, 고율 방전시에도 음극 탭(201) 주변에서 발열이 일어나는 것이 방지 또는 경감될 수 있다.
또한 바람직하게, 상기 음극 탭(201)은, 양극 탭(101)과 반대 방향으로 돌출되도록 부착될 수 있다. 즉, 도 4에 도시된 바와 같이 양극 탭(101)은 양극판(100)의 상부 방향으로 돌출되고, 음극 탭(201)은 음극판(200)의 하부 방향으로 돌출되도록 부착될 수 있다.
여기서, 양극 탭(101)은 상부로, 음극 탭(201)은 하부로 돌출된 것으로 설명되었으나, 이와 같은 '상부' 및 '하부'의 용어는 서로 반대 방향이라는 것을 나타낼 뿐, 전극 조립체를 바라보는 위치 등에 따라 달라질 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 예를 들어, 도 4 및 도 5에 도시된 전극 조립체의 상하를 뒤집어서 바라보는 경우, 양극 탭(101)이 하부로 음극 탭(201)이 상부로 돌출된 것으로 설명될 수 있으며, 이러한 구성 또한 본 발명의 범위에 포함될 수 있다.
또한, 본 발명이 반드시 이러한 실시예로 한정되는 것은 아니며, 양극 탭과 음극 탭은 동일한 방향 또는 직교가 되는 방향으로 돌출되도록 부착될 수 있다.
상기 세퍼레이터(300)는, 양극판(100)과 음극판(200) 사이에 배치되어 양극판(100)과 음극판(200) 사이를 절연시키고, 양극판(100)과 음극판(200) 사이에 활물질 이온이 교환될 수 있도록 한다. 또한, 도면에 도시된 바와 같이, 양극판(100) 또는 음극판(200)의 외측에 또 다른 세퍼레이터(300)가 위치되어 전극 조립체의 권취시 양극판(100)과 음극판(200) 사이에 절연 상태가 이루어지도록 할 수 있다.
상기 양극판(100), 음극판(200) 및 세퍼레이터(300)의 구성이나 재질, 제조 방법 등에 대하여 본 명세서에 설명된 내용 이외에는, 본 발명의 통상의 기술자에게 널리 알려져 있는 내용이 본 발명에 채용될 수 있으며, 이러한 내용에 대해서는 본 명세서에서 그 상세한 설명을 생략한다.
한편, 상술한 전극 조립체(1000)는, 도 6에 도시된 바와 같이 원통형으로 권취되어 원통형 이차 전지 케이스에 수납될 수 있다.
또한, 이차 전지는, 상술한 전극 조립체(1000)를 포함하도록 구성될 수 있다. 일 예로, 전극 조립체(1000)가 원통형으로 권취되어 원통형 이차 전지 케이스에 수납되어 이차 전지를 구성할 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 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
이상의 본 발명에 대한 상세한 설명 또는 도면에서, 상, 하, 내, 외 등과 같은 용어의 사용은 하나의 요소를 다른 요소와 상대적으로 구분하기 위하여 사용되었으며, 설명의 효율성을 높이기 위한 도구적 개념일 뿐, 물리적인 위치, 선후 관계 등을 절대적인 기준에 의하여 구분하기 위하여 사용된 개념으로 해석되어서는 아니된다.
본 명세서의 개별적인 실시예에서 설명된 특징들은 단일 실시예에서 결합되어 구현될 수 있다. 반대로, 본 명세서에서 단일 실시예에서 설명된 다양한 특징들은 개별적으로 다양한 실시예에서 구현되거나, 적절한 부결합(subcombination)에서 구현될 수 있다.
100: 양극판
101: 양극 탭
200: 음극판
201: 음극 탭
300: 세퍼레이터
1000: 전극 조립체

Claims (5)

  1. 권취되어 이차 전지 케이스에 수납되는 이차 전지용 전극 조립체에 있어서,
    양극 탭이 부착된 양극판;
    음극 탭이 부착된 음극판; 및
    상기 양극판과 상기 음극판 사이에 개재된 세퍼레이터를 포함하되,
    상기 음극 탭은, 상기 음극 탭으로부터 상기 음극판의 권취 중심부까지의 거리와 상기 음극 탭으로부터 상기 음극판의 권취 말단부까지의 거리 사이의 비가 1:0.5 내지 1:3인 지점에 해당하는 상기 음극판의 권취 중심부와 상기 음극판의 권취 말단부 사이에 부착되는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 음극 탭은, 상기 음극 탭으로부터 상기 음극판의 권취 중심부까지의 거리와 상기 음극 탭으로부터 상기 음극판의 권취 말단부까지의 거리 사이의 비가 1:1 내지 1:2인 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 음극 탭은, 상기 양극 탭과 반대 방향으로 돌출되도록 부착된 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  4. 제1항에 있어서,
    원통형으로 권취되어 원통형 이차 전지 케이스에 수납되는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 따른 전극 조립체를 포함하는 이차 전지.

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JP2011065981A (ja) * 2009-09-18 2011-03-31 Samsung Sdi Co Ltd 二次電池用電極組立体の製造方法
JP2012023011A (ja) * 2010-07-12 2012-02-02 Samsung Sdi Co Ltd 電極組立体およびこれを含む二次電池

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