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KR101666873B1 - 전극 어셈블리와 이를 갖는 이차전지 - Google Patents

전극 어셈블리와 이를 갖는 이차전지 Download PDF

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KR101666873B1
KR101666873B1 KR1020120133993A KR20120133993A KR101666873B1 KR 101666873 B1 KR101666873 B1 KR 101666873B1 KR 1020120133993 A KR1020120133993 A KR 1020120133993A KR 20120133993 A KR20120133993 A KR 20120133993A KR 101666873 B1 KR101666873 B1 KR 101666873B1
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Abstract

본 발명의 일 측면에 따른 전극 어셈블리는, 양극 집전체와, 상기 양극 집전체의 양면에 배치된 양극 활물질층을 포함하는 양극과, 음극 집전체와, 상기 음극 집전체의 양면에 배치된 음극 활물질층을 포함하는 음극, 및 상기 양극과 상기 음극 사이에 배치된 내측 세퍼레이터를 포함하고, 상기 양극 및 음극은 상기 양극 및 음극의 측단에 형성되며 집전체의 양면에 활물질층이 형성되지 않은 측단무지부를 포함하고, 상기 양극 또는 음극 중 어느 하나는 전극 어셈블리의 중앙부에 위치하며, 활물질층이 형성되지 않은 내측무지부를 갖는다.

Description

전극 어셈블리와 이를 갖는 이차전지{ELECTRODE ASSEMBLY, AND RECHARGEABLE BATTERY HAVING THEREOF}
본 발명은 전극 어셈블리 및 이차 전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 무지부의 구조를 개선한 전극 어셈블리 및 이차 전지에 관한 것이다.
이차 전지(rechargeable battery)는 충전이 불가능한 일차전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 전지이다. 저용량의 이차 전지는 휴대폰이나 노트북 컴퓨터 및 캠코더와 같이 휴대가 가능한 소형 전자기기에 사용되고, 대용량 전지는 하이브리드 자동차 등의 모터 구동용 전원으로 널리 사용되고 있다.
최근 들어 고에너지 밀도의 비수전해액을 이용한 고출력 이차 전지가 개발되고 있으며, 상기한 고출력 이차 전지는 대전력을 필요로 하는 기기 예컨대, 전기 자동차 등의 모터 구동에 사용될 수 있도록 복수 개의 이차 전지를 직렬로 연결하여 대용량의 전지 모듈로 구성된다.
또한, 이러한 이차전지는 원통형과 각형, 파우치형 등으로 이루어질 수 있다. 이차 전지에 있어서 양극은 양극 집전체와 양극 집전체의 양면에 배치된 양극 활물질층을 포함하며, 음극은 음극 집전체와 음극의 양면에 배치된 음극 활물질층을 포함한다.
양극과 음극은 세퍼레이터를 사이에 두고 감겨져 전극 어셈블리를 구성하는 데, 전극 어셈블리의 구조적인 특징 때문에 양극과 음극은 충전과 방전에 참여하지 않는 활물질층을 갖게 된다. 이러한 활물질층은 전극 어셈블리의 부피를 불필요하게 증가시킬 뿐만 아니라 전극 어셈블리의 무게를 증가시키는 원인이 된다.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 에너지 밀도가 높은 이차 전지를 제공함에 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 전극 어셈블리는, 양극 집전체와, 상기 양극 집전체의 양면에 배치된 양극 활물질층을 포함하는 양극과, 음극 집전체와, 상기 음극 집전체의 양면에 배치된 음극 활물질층을 포함하는 음극, 및 상기 양극과 상기 음극 사이에 배치된 내측 세퍼레이터를 포함하고, 상기 양극 및 음극은 상기 양극 및 음극의 측단에 형성되며 집전체의 양면에 활물질층이 형성되지 않은 측단무지부를 포함하고, 상기 양극 또는 음극 중 어느 하나는 전극 어셈블리의 중앙부에 위치하며, 활물질층이 형성되지 않은 내측무지부를 갖는다.
상기 내측무지부는 접혀서 서로 마주하도록 위치될 수 있으며, 상기 내측무지부와 반대방향을 향하는 집전체의 면에는 활물질층이 형성되어 상기 활물질층이 세퍼레이터와 접촉할 수 있다.
상기 전극 어셈블리는 상기 양극과 상기 음극 사이에 세퍼레이터를 개재한 상태에서 권취되며, 상기 양극 또는 음극 중 어느 하나의 상기 내측무지부와 상기 측단무지부는 서로 연결될 수 있다.
상기 양극 또는 음극 중 어느 하나는 집전체의 한면에 활물질층이 형성되지 아니한 외측무지부를 갖고, 상기 외측무지부는 전극 어셈블리의 제일 외측에 위치할 수 있다.
상기 외측무지부에서 반대방향을 향하는 집전체의 면에는 활물질층이 형성되어 상기 활물질층이 세퍼레이터와 접촉할 수 있으며, 상기 외측무지부는 상기 측단무지부와 연결될 수 있다.
상기 음극에 상기 내측 무지부가 형성될 수 있으며, 상기 양극에 상기 내측 무지부가 형성될 수 있다.
충전과 방전을 수행하는 전극 어셈블리와, 상기 전극 어셈블리를 수용하는 케이스, 및 상기 전극 어셈블리와 전기적으로 연결되며 상기 케이스의 외측으로 돌출된 단자를 포함하고, 상기 전극 어셈블리는, 양극 집전체와, 상기 양극 집전체의 양면에 배치된 양극 활물질층을 포함하는 양극과, 음극 집전체와, 상기 음극 집전체의 양면에 배치된 음극 활물질층을 포함하는 음극, 및 상기 양극과 상기 음극 사이에 배치된 내측 세퍼레이터를 포함하고, 상기 양극 및 음극은 상기 양극 및 음극의 측단에 형성되며 집전체의 양면에 활물질층이 형성되지 않은 측단무지부를 포함하고, 상기 양극 또는 음극 중 어느 하나는 전극 어셈블리의 중앙부에 위치하며, 활물질층이 형성되지 않은 내측무지부를 갖는다.
상기 내측무지부는 접혀서 서로 마주하도록 위치할 수 있으며, 상기 내측무지부와 반대방향을 향하는 집전체의 면에는 활물질층이 형성되어 상기 활물질층이 세퍼레이터와 접촉할 수 있다.
상기 전극 어셈블리는 상기 양극과 상기 음극 사이에 세퍼레이터를 개재한 상태에서 권취되며, 상기 양극 또는 음극 중 어느 하나의 상기 내측무지부와 상기 측단무지부는 서로 연결될 수 있다.
상기 양극 또는 음극 중 어느 하나는 집전체의 한면에 활물질층이 형성되지 아니한 외측무지부를 갖고, 상기 외측무지부는 전극 어셈블리의 제일 외측에 위치할 수 있다.
상기 외측무지부에서 반대방향을 향하는 집전체의 면에는 활물질층이 형성되어 상기 활물질층이 세퍼레이터와 접촉할 수 있으며, 상기 외측무지부는 상기 측단무지부와 연결될 수 있다.
상기 음극에 상기 내측 무지부가 형성될 수 있으며, 상기 양극에 상기 내측 무지부가 형성될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 충전과 방전에 참여하지 않는 부분에 무지부를 형성하여 에너지 밀도가 향상되고, 불필요한 원료의 낭비를 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차 전지의 사시도이다.
도 2는 도 1에서 Ⅱ-Ⅱ선을 따라 잘라 본 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 전극 어셈블리를 도시한 분해 사시도이다.
도 4는 도 3에 도시된 전극 어셈블리가 결합되어 감겨진 상태에서 잘라 본 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 전극 어셈블리를 도시한 분해 사시도이다.
도 6은 도 본 발명의 제2 실시예에 따른 전극 어셈블리가 감겨진 상태에서 잘라 본 단면도이다.
도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 전극 어셈블리를 도시한 분해 사시도이다.
도 8은 도 본 발명의 제3 실시예에 따른 전극 어셈블리가 감겨진 상태에서 잘라 본 단면도이다.
도 9는 본 발명의 제4 실시예에 따른 전극 어셈블리를 도시한 분해 사시도이다.
도 10은 도 본 발명의 제4 실시예에 따른 전극 어셈블리가 감겨진 상태에서 잘라 본 단면도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 이하에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 본 명세서 및 도면에서 동일한 부호는 동일한 구성요소를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1에서 Ⅱ-Ⅱ선을 따라 잘라 본 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하여 설명하면, 본 제1 실시예에 따른 이차 전지(101)는 양극(11)과 음극(12) 사이에 세퍼레이터(13)를 개재하여 귄취된 전극 어셈블리(10)와, 전극 어셈블리(10)가 내장되는 케이스(28)와, 케이스(28)의 개구에 결합된 캡 어셈블리(30)를 포함한다.
본 제1 실시예에 따른 이차 전지(101)는 리튬 이온 이차 전지로서 각형인 것을 예로서 설명한다. 다만 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 본 발명은 리튬 폴리머 전지 또는 원통형 전지 등 다양한 형태의 전지에 적용될 수 있다.
케이스(28)는 대략 직육면체로 이루어지며, 일면에는 개방된 개구가 형성된다. 케이스(28)는 알루미늄, 스테인리스 스틸 등의 금속으로 이루어질 수 있다.
캡 어셈블리(30)는 케이스(28)의 개구를 덮는 캡 플레이트(31)와 캡 플레이트(31)의 외측으로 돌출되며, 양극(11)과 전기적으로 연결된 양극 단자(21), 및 캡 플레이트(31)의 외측으로 돌출되며 음극(12)과 전기적으로 연결된 음극 단자(22)를 포함한다.
캡 플레이트(31)는 일방향으로 이어진 길쭉한 사각판 형태로 이루어지며, 케이스(28)의 개구에 결합된다. 캡 플레이트(31)는 알루미늄 등의 금속으로 형성된다. 캡 플레이트(31)에는 전해액 주입구(32)에 설치된 밀봉 마개(38)와 벤트 홀(34)에 설치되며 설정된 압력에서 개방될 수 있도록 노치(39a)가 형성된 벤트부재(39)가 설치된다.
양극 단자(21) 및 음극 단자(22)는 캡 플레이트(31) 상부로 돌출되도록 설치된다. 양극 단자(21)는 집전탭(42)을 매개로 양극(11)과 전기적으로 연결되며, 음극 단자(22)는 집전탭(41)을 매개로 음극(12)과 전기적으로 연결된다.
양극 단자(21)와 집전탭(41) 사이에는 양극 단자(21)와 집전탭(42)을 전기적으로 연결하는 단자 연결부재(25)가 설치된다. 단자 연결부재(25)는 양극 단자(21)에 형성된 홀에 삽입되어 상단이 양극 단자(21)에 용접으로 고정되며, 하단은 집전탭(42)에 용접으로 고정된다.
단자 연결부재(25)와 캡 플레이트(31) 사이에는 밀봉을 위한 가스켓(55)이 단자 연결부재(25)가 관통되는 홀에 삽입 설치되고, 캡 플레이트(31)의 아래에는 단자 연결부재(25)의 하부가 삽입되는 하부 절연부재(43)가 설치된다.
양극 단자(21)의 하부에는 양극 단자(21)와 캡 플레이트(31)를 전기적으로 절연하는 상부 절연부재(52)가 설치된다. 상부 절연부재(52)에는 단자 연결부재(25)가 끼워져 설치된다.
음극 단자(22)와 집전탭(41) 사이에는 음극 단자(22)와 집전탭(41)을 전기적으로 연결하는 단자 연결부재(26)가 설치된다. 단자 연결부재(26)는 음극 단자(22)에 형성된 홀에 삽입되어 상단이 음극 단자(22)에 용접으로 고정되며, 하단은 집전탭(41)에 용접으로 고정된다.
음극 단자(22)와 캡 플레이트(31) 사이에는 밀봉을 위한 가스켓(65)이 단자 연결부재(26)가 관통되는 홀에 삽입 설치되고, 캡 플레이트(31)의 아래에는 음극 단자(22) 및 집전탭(41)을 캡 플레이트(31)에서 절연하는 하부 절연부재(45)가 설치된다.
음극 단자(22)의 하부에는 음극 단자(22)와 캡 플레이트(31)를 전기적으로 절연하는 상부 절연부재(62)가 설치된다. 상부 절연부재(62)에는 단자 연결부재(26)가 끼워져 설치된다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 전극 어셈블리를 도시한 분해 사시도이고, 도 4는 도 3에 도시된 전극 어셈블리가 결합되어 감겨진 상태에서 잘라 본 단면도이다.
도 3 및 도 4를 참조하여 설명하면, 양극(11)은 박판의 금속 호일로 이루어진 양극 집전체(112)의 양면에 양극 활물질층(113)이 형성된 구조로 이루어진다.
양극 집전체(112)는 일방향으로 길게 이어진 띠 형상으로 형성되며 알루미늄, 스테인리스 스틸 등의 소재로 이루어진다. 양극 활물질층(113)은 LiCoO2, LiMnO2, LiFePO4, LiNiO2, LiMn2O4, 등과 도전제, 바인더 등으로 이루어진다. 양극 활물질층(113)은 양극 집전체(112) 상에 코팅될 수 있으며, 라미네이션 방법으로 부착될 수도 있다.
또한 양극(11)은 양극 활물질층(113)이 도포된 영역인 양극 코팅부(11a)와 양극 활물질층(113)이 도포되지 않는 영역인 양극 측단무지부(11b)를 포함한다. 양극 측단무지부(11b)는 양극 집전체(112)의 양면에 양극 활물질층(113)이 형성되지 않은 구조로 이루어지며, 이에 따라 양극 측단무지부(11b)에서 양극 집전체(112)의 양면이 노출된다. 양극 측단무지부(11b)는 양극(11)의 길이 방향을 따라 양극(11)의 한 쪽 측단을 따라 이어져 형성된다.
음극(12)은 박판의 금속 호일로 이루어진 음극 집전체(122)의 양면에 음극 활물질층(123)이 형성된 구조로 이루어진다.
음극 집전체(122)는 일방향으로 길게 이어진 띠 형상으로 형성되며 구리, 스테인리스 스틸 등의 소재로 이루어진다. 음극 활물질층(123)은 은 Li4Ti5O12 또는 탄소계 활물질, 도전제, 바인더 등으로 이루어진다. 음극 활물질층(123)은 음극 집전체(122) 상에 코팅될 수 있으며, 라미네이션 방법으로 부착될 수도 있다.
세퍼레이터(13)는 다공성 재료로 이루어지는데, 양극(11)과 음극(12)을 절연하며, 이온이 이동하는 통로를 제공한다.
또한 음극(12)은 음극 활물질층(123)이 도포된 영역인 음극 코팅부(12a)와 음극 활물질층(123)이 도포되지 않는 영역인 음극 측단무지부(12b)를 포함한다. 음극 측단무지부(12b)는 음극 집전체(122)의 양면에 음극 활물질층(123)이 형성되지 않은 구조로 이루어지며, 이에 따라 음극 측단무지부(12b)에서 음극 집전체(122)의 양면이 노출된다. 음극 측단무지부(12b)는 음극(12)의 길이 방향을 따라 음극(12)의 한 쪽 측단을 따라 이어져 형성된다.
또한, 음극(12)은 음극(12)의 선단에 형성된 음극 내측무지부(12c)와 음극(12)의 후단에 형성된 음극 외측무지부(12d)를 더 포함한다. 음극 내측무지부(12c)는 전극 어셈블리(10)의 제일 안쪽에 위치하며, 음극 외측무지부(12d)는 전극 어셈블리(10)의 제일 바깥쪽에 위치한다.
또한 음극 내측무지부(12c)는 음극(12)의 선단에서 음극(12)의 폭방향으로 이어져 형성되어 음극 측단무지부(12b)와 연결된다. 음극 내측무지부(12c)는 음극 집전체(122)의 한쪽 면에 음극 활물질층(123)이 형성되지 않은 구조로 이루어지며, 이에 따라 음극 내측무지부(12c)에서 음극 집전체(122)의 한쪽 면이 노출된다.
음극 외측무지부(12d)는 음극(12)의 후단에서 음극(12)의 폭방향으로 이어져 형성되어 음극 측단무지부(12b)와 연결된다. 음극 외측무지부(12d)는 음극 집전체(122)의 한쪽 면에 음극 활물질층(123)이 형성되지 않은 구조로 이루어지며, 이에 따라 음극 외측무지부(12d)에서 음극 집전체(122)의 한쪽 면이 노출된다.
그리고 양극(11) 및 음극(12)은 절연부재인 세퍼레이터(13)를 사이에 개재한 후 권취된 후, 가압되어 납작한 형태로 형성된다. 권취 시에 음극 내측무지부(12c)는 전극 어셈블리(10)의 중앙에 배치되며 음극 내측무지부(12c)는 접혀서 서로 마주하게 된다. 음극 내측무지부(12c)의 반대면에는 음극 활물질층(123)이 형성되어 음극 활물질층(123)이 세퍼레이터(13)와 맞닿는다.
즉, 본 실시예에서 음극 내측무지부(12c)는 음극(12)의 내측 일면에만 형성되며 타면에는 음극 활물질층(123)이 도포되어 있다. 음극 내측무지부(12c)의 반대면(내측)에 형성된 음극 활물질층(123)은 세퍼레이터(13)를 사이에 두고 양극 활물질층(113)과 마주하여 충전과 방전에 참여한다.
한편, 음극 외측무지부(12d)는 전극 어셈블리(10)의 제일 외측에 배치되며 전극 어셈블리(10)의 외측으로 노출된다. 음극 외측무지부(12d)가 형성된 부분은 양극(11)보다 더 길게 형성된 부분으로서 양극(11)보다 더 돌출되어 양극(11)을 감싼다.
음극 외측무지부(12d)의 반대편에는 음극 활물질층(123)이 형성되며 음극 활물질층(123)은 세퍼레이터(13)와 맞닿는다. 본 실시예에서 음극 외측무지부(12d)는 음극(12)의 외측 일면에만 형성되며 타면에는 음극 활물질층(123)이 도포되어 있다. 음극 외측무지부(12d)의 반대면(내측)에 형성된 음극 활물질층(123)은 세퍼레이터(13)를 사이에 두고 양극 활물질층(113)과 마주하여 충전과 방전에 참여한다.
상기한 바와 같이 본 실시예에 따르면 전극 어셈블리(10)의 제일 내측에서 음극(12)끼리 서로 마주하는 부분에 음극 내측무지부(12c)를 형성함으로써 충전과 방전에 참여하지 불필요한 활물질층 제거하여 전극 어셈블리(10)의 부피와 무게를 감소시킬 수 있다. 또한, 전극 어셈블리(10)의 제일 외측에서 양극(11)과 마주하지 않는 부분에 음극 외측무지부(12d)를 형성하여 전극 어셈블리(10)의 부피와 무게를 감소시킬 수 있다. 이에 따라 전극 어셈블리(10) 및 이차 전지(101)의 에너지 밀도가 향상된다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 전극 어셈블리를 도시한 분해 사시도이고, 도 6은 도 본 발명의 제2 실시예에 따른 전극 어셈블리가 감겨진 상태에서 잘라 본 단면도이다.
도 5 및 도 6을 참조하여 설명하면 본 실시예에 따른 전극 어셈블리(200)는 양극(210)과 음극(220) 및 양극(210)과 음극(220) 사이에 배치된 세퍼레이터(230)를 포함한다. 양극(210)과 음극(220)은 세퍼레이터(230)를 사이에 두고 권취된 후, 가압되어 납작한 형태로 형성된다.
본 실시예에 따른 이차 전지는 전극 어셈블리(200)의 구조를 제외하고는 상기한 제1 실시예에 따른 이차 전지와 동일한 구조로 이루어지므로 동일한 구조에 대한 중복 설명은 생략한다.
양극(210)은 박판의 금속 호일로 이루어진 양극 집전체(212)의 양면에 양극 활물질층(213)이 형성된 구조로 이루어진다.
양극(210)은 활물질이 도포된 영역인 양극 코팅부(210a)와 활물질이 코팅되지 않는 영역인 양극 측단무지부(210b)를 포함한다. 양극 측단무지부(210b)는 양극(210)의 길이 방향을 따라 양극(11)의 한 쪽 측단을 따라 이어져 형성된다.
음극(220)은 박판의 금속 호일로 이루어진 음극 집전체(222)의 양면에 음극 활물질층(223)이 부착되어 있으며, 음극 집전체(222)는 일방향으로 길게 이어진 띠 형상으로 형성된다.
또한 음극(220)은 활물질이 도포된 영역인 음극 코팅부(220a)와 활물질이 코팅되지 않는 영역인 음극 측단무지부(220b)를 포함한다. 음극 측단무지부(220b)는 음극(220)의 길이 방향을 따라 음극(220)의 한 쪽 측단을 따라 이어져 형성된다.
또한, 음극(220)은 음극(220)의 선단에 형성된 음극 내측무지부(12c) 를 더 포함하며, 음극 내측무지부(220c)는 전극 어셈블리(200)의 제일 안쪽에 위치한다.
또한 음극 내측무지부(220c)는 음극(220)의 선단에서 음극의 폭방향으로 이어져 형성되어 음극 측단무지부와 연결된다. 음극 내측무지부(220c)는 음극 집전체(222)의 한쪽 면에 음극 활물질층(223)이 형성되지 아니한 구조로 이루어지며, 이에 따라 음극 내측무지부(220c)에서 음극 집전체(222)가 노출된다.
권취 시에 음극 내측무지부(220c)는 전극 어셈블리(200)의 중앙에 배치되며 음극 내측무지부(220c)는 접혀서 서로 마주하게 된다. 음극 내측무지부(220c)의 반대면에는 음극 활물질층(223)이 형성되어 음극 활물질층(223)이 세퍼레이터(230)와 맞닿는다. 음극 내측무지부(220c)의 반대면에 형성된 음극 활물질층(223)은 세퍼레이터(230)를 사이에 두고 양극 활물질층(213)과 마주하여 충전과 방전에 참여한다.
도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 전극 어셈블리를 도시한 분해 사시도이고, 도 8은 도 본 발명의 제3 실시예에 따른 전극 어셈블리가 감겨진 상태에서 잘라 본 단면도이다.
도 7 및 도 8을 참조하여 설명하면 본 실시예에 따른 전극 어셈블리(300)는 양극(310)과 음극(320) 및 양극(310)과 음극(320) 사이에 배치된 세퍼레이터(330)를 포함한다. 양극(310)과 음극(320)은 세퍼레이터(330)를 사이에 두고 권취된 후, 가압되어 납작한 형태로 형성된다.
본 실시예에 따른 이차 전지는 전극 어셈블리(300)의 구조를 제외하고는 상기한 제1 실시예에 따른 이차 전지와 동일한 구조로 이루어지므로 동일한 구조에 대한 중복 설명은 생략한다.
양극(310)은 박판의 금속 호일로 이루어진 양극 집전체(312)의 양면에 양극 활물질층(313)이 형성된 구조로 이루어지며, 양극 집전체(312)는 일방향으로 길게 이어진 띠 형상으로 형성된다.
또한 양극(310)은 양극 활물질층(313)이 도포된 영역인 양극 코팅부(310a)와 양극 활물질층(313)이 도포되지 않는 영역인 양극 측단무지부(310b)를 포함한다. 양극 측단무지부(310b)는 양극(310)의 길이 방향을 따라 양극(310)의 한 쪽 측단을 따라 이어져 형성된다.
음극(320)은 박판의 금속 호일로 이루어진 음극 집전체(322)의 양면에 음극 활물질층(323)이 형성된 구조로 이루어지며, 음극 집전체(322)는 일방향으로 길게 이어진 띠 형상으로 형성된다.
세퍼레이터(330)는 다공성 재료로 이루어지는데, 양극(310)과 음극(320)을 절연하며, 이온이 이동하는 통로를 제공한다.
또한 음극(320)은 음극 활물질층(323)이 도포된 영역인 음극 코팅부(320a)와 음극 활물질층(323)이 도포되지 않는 영역인 음극 측단무지부(320b)를 포함한다. 음극 측단무지부(320b)는 음극(320)의 길이 방향을 따라 음극(320)의 한 쪽 측단을 따라 이어져 형성된다.
또한, 음극(320)은 음극(320)의 후단에 형성된 음극 외측무지부(320c)를 더 포함하며, 음극 외측무지부(320c)는 전극 어셈블리(300)의 제일 바깥쪽에 위치한다.
또한 음극 외측무지부(320c)는 음극(320)의 후단에서 음극(320)의 폭방향으로 이어져 형성되어 음극 측단무지부(320b)와 연결된다. 음극 외측무지부(320c)는 음극 집전체(322)의 한쪽 면에 음극 활물질층(323)이 형성되지 아니한 구조로 이루어지며, 이에 따라 음극 외측무지부(320c)에서 음극 집전체(322)가 노출된다.
권취 시에 음극 외측무지부(320c)는 전극 어셈블리(300)의 제일 외측에 배치되며 전극 어셈블리(300)의 외측으로 노출된다. 음극 외측무지부(320c)가 형성된 부분은 양극(310)보다 더 길게 형성된 부분으로서 양극(310)보다 더 돌출되어 양극(310)의 외측 부분을 감싼다.
음극 외측무지부(320c)의 반대편에는 음극 활물질층(323)이 형성되며 음극 활물질층(323)은 세퍼레이터(330)와 맞닿는다. 음극 외측무지부(320c)의 반대면에 형성된 음극 활물질층(323)은 세퍼레이터(330)를 사이에 두고 양극 활물질층(313)과 마주하여 충전과 방전에 참여한다.
도 9는 본 발명의 제4 실시예에 따른 전극 어셈블리를 도시한 분해 사시도이고, 도 10은 도 본 발명의 제4 실시예에 따른 전극 어셈블리가 감겨진 상태에서 잘라 본 단면도이다.
본 실시예에 따른 전극 어셈블리(400)는 양극(410)과 음극(420) 및 양극(410)과 음극(420) 사이에 배치된 세퍼레이터(430)를 포함한다. 양극(410)과 음극(420)은 세퍼레이터(430)를 사이에 두고 권취된 후, 가압되어 납작한 형태로 형성된다.
본 실시예에 따른 이차 전지는 전극 어셈블리(400)의 구조를 제외하고는 상기한 제1 실시예에 따른 이차 전지와 동일한 구조로 이루어지므로 동일한 구조에 대한 중복 설명은 생략한다.
양극(410)은 박판의 금속 호일로 이루어진 양극 집전체(412)의 양면에 양극 활물질층(413)이 형성된 구조로 이루어지며, 양극 집전체(412)는 일방향으로 길게 이어진 띠 형상으로 형성된다.
또한 양극(410)은 양극 활물질층(413)이 도포된 영역인 양극 코팅부(410a)와 양극 활물질층(413)이 도포되지 않는 영역인 양극 측단무지부(410b)를 포함한다. 양극 측단무지부(410b)는 양극(410)의 길이 방향을 따라 양극(410)의 한 쪽 측단을 따라 이어져 형성된다.
음극(420)은 박판의 금속 호일로 이루어진 음극 집전체(422)의 양면에 음극 활물질층(423)이 형성된 구조로 이루어지며, 음극 집전체(422)는 일방향으로 길게 이어진 띠 형상으로 형성된다.
세퍼레이터(430)는 다공성 재료로 이루어지는데, 양극(410)과 음극(420)을 절연하며, 이온이 이동하는 통로를 제공한다.
또한 음극(420)은 음극 활물질층(423)이 도포된 영역인 음극 코팅부(420a)와 음극 활물질층(423)이 도포되지 않는 영역인 음극 측단무지부(420b)를 포함한다. 음극 측단무지부(420b)는 음극(420)의 길이 방향을 따라 음극(420)의 한 쪽 측단을 따라 이어져 형성된다.
또한, 양극(410)은 양극(410)의 선단에 형성된 양극 내측무지부(410c)와 양극(410)의 후단에 형성된 양극 외측무지부(410d)를 더 포함한다. 양극 내측무지부(410c) 전극 어셈블리(400)의 제일 안쪽에 위치하며, 양극 외측무지부(410d)는 전극 어셈블리(400)의 제일 바깥쪽에 위치한다.
또한 양극 내측무지부(410c)는 양극(410)의 선단에서 양극(410)의 폭방향으로 이어져 형성되어 양극 측단무지부(410b)와 연결된다. 양극 내측무지부(410c)는 양극 집전체(412)의 한쪽 면에 양극 활물질층(413)이 형성되지 않은 구조로 이루어지며, 이에 따라 양극 내측무지부(410c)에서 양극 집전체(412)의 한쪽 면이 노출된다.
양극 외측무지부(410d)는 양극(410)의 후단에서 양극(410)의 폭방향으로 이어져 형성되어 양극 측단무지부(410b)와 연결된다. 양극 외측무지부(410d)는 양극 집전체(412)의 한쪽 면에 양극 활물질층(413)이 형성되지 않은 구조로 이루어지며, 이에 따라 양극 외측무지부(410d)에서 양극 집전체(412)의 한쪽 면이 노출된다.
그리고 양극(410) 및 음극(420)은 절연부재인 세퍼레이터(430)를 사이에 개재한 후 권취된 후, 가압되어 납작한 형태로 형성된다. 권취 시에 양극 내측무지부(410c)는 전극 어셈블리(400)의 중앙에 배치는 바, 이 때 양극 내측무지부(410c)는 접혀서 서로 마주하게 된다. 양극 내측무지부(410c)의 반대면에는 양극 활물질층(413)이 형성되어 양극 활물질층(413)이 세퍼레이터(430)와 맞닿으며, 양극 활물질층(413)은 세퍼레이터(430)를 사이에 두고 음극 활물질층(423)과 마주하여 충전과 방전에 참여한다.
한편, 양극 외측무지부(410d)는 전극 어셈블리(400)의 제일 외측에 배치되며 전극 어셈블리(400)의 외측으로 노출된다. 양극 외측무지부(410d)가 형성된 부분은 음극(420)보다 더 길게 형성된 부분으로서 음극(420)보다 더 돌출되어 음극(420)의 외측 부분을 감싼다.
양극 외측무지부(410d)의 반대편에는 양극 활물질층(413)이 형성되며 양극 활물질층(413)은 세퍼레이터(430)와 맞닿는다. 양극 외측무지부(410d)의 반대면(내측)에 형성된 양극 활물질층(413)은 세퍼레이터(430)를 사이에 두고 음극 활물질층(423)과 마주하여 충전과 방전에 참여한다.
상기한 바와 같이 본 실시예에 따르면 전극 어셈블리(400)의 제일 내측에서 양극(410)끼리 서로 마주하는 부분에 양극 내측무지부(410c)를 형성함으로써 충전과 방전에 참여하지 불필요한 활물질층 제거하여 전극 어셈블리(400)의 부피와 무게를 감소시킬 수 있다. 또한, 전극 어셈블리(400)의 제일 외측에서 음극(420)과 마주하지 않는 부분에 양극 외측무지부(410d)를 형성하여 전극 어셈블리(400)의 부피와 무게를 감소시킬 수 있다.
이상 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시할 수 있다.
101: 이차 전지
10, 200, 300, 400: 전극 어셈블리 11, 210, 310, 410: 양극
12, 220, 320, 420: 음극 13, 230, 330, 430: 세퍼레이터
11a, 210a, 310a, 410a: 양극 코팅부
11b, 210b, 310b, 410b: 양극 측단무지부
12a, 220a, 320a, 420a: 음극 코팅부
12b, 220b, 320b, 420b: 음극 측단무지부
12c, 220c: 음극 내측무지부
12d, 320c: 음극 외측무지부
21: 양극 단자 22: 음극 단자
25: 단자 연결부재 26: 케이스
30: 캡 어셈블리 25, 26: 단자 연결부재
28: 케이스 30: 캡 어셈블리
31: 캡 플레이트 32: 전해액 주입구
34: 벤트 홀 38: 밀봉 마개
39: 벤트부재 39a: 노치
41: 집전탭 42: 집전탭
43, 45: 하부 절연부재 52, 62: 상부 절연부재
55, 65: 가스켓
112, 212, 312, 412: 양극 집전체
113, 213, 313, 413: 양극 활물질층
122, 222, 322, 422: 음극 집전체
123, 223, 323, 423: 음극 활물질층
410c: 양극 내측무지부 410d: 양극 외측무지부

Claims (18)

  1. 양극 집전체와, 상기 양극 집전체의 양면에 배치된 양극 활물질층을 포함하는 양극;
    음극 집전체와, 상기 음극 집전체의 양면에 배치된 음극 활물질층을 포함하는 음극; 및
    상기 양극과 상기 음극 사이에 배치된 내측 세퍼레이터;
    를 포함하고,
    상기 양극 및 음극은 상기 양극 및 음극의 측단에 형성되며 집전체의 양면에 활물질층이 형성되지 않은 측단무지부를 포함하고,
    상기 양극 또는 상기 음극 중 어느 하나는,
    집전체의 제1면의 선단에 형성되고 활물질층이 형성되지 않은 내측무지부와 상기 제1면과 반대방향을 향하는 제2면의 후단에 형성되고 활물질층이 형성되지 않은 외측무지부를 포함하고,
    상기 내측무지부는 전극 어셈블리의 중앙부에 위치하고, 상기 외측무지부는 전극 어셈블리의 제일 외측에 위치하며,
    상기 내측무지부와 반대방향을 향하는 집전체의 면에는 활물질층이 형성되어 상기 활물질층이 세퍼레이터와 접촉하고, 상기 외측무지부에서 반대방향을 향하는 집전체의 면에는 활물질층이 형성되어 상기 활물질층이 세퍼레이터와 접촉하는 전극 어셈블리.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 내측무지부는 접혀서 서로 마주하는 전극 어셈블리.
  3. 삭제
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 전극 어셈블리는 상기 양극과 상기 음극 사이에 세퍼레이터를 개재한 상태에서 권취되며, 상기 양극 또는 음극 중 어느 하나의 상기 내측무지부와 상기 측단무지부는 서로 연결된 전극 어셈블리.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 외측무지부는 상기 측단무지부와 연결된 전극 어셈블리.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 음극에 상기 내측 무지부가 형성된 전극 어셈블리.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 양극에 상기 내측 무지부가 형성된 전극 어셈블리.
  10. 충전과 방전을 수행하는 전극 어셈블리;
    상기 전극 어셈블리를 수용하는 케이스; 및
    상기 전극 어셈블리와 전기적으로 연결되며 상기 케이스의 외측으로 돌출된 단자;
    를 포함하고,
    상기 전극 어셈블리는
    양극 집전체와, 상기 양극 집전체의 양면에 배치된 양극 활물질층을 포함하는 양극;
    음극 집전체와, 상기 음극 집전체의 양면에 배치된 음극 활물질층을 포함하는 음극; 및
    상기 양극과 상기 음극 사이에 배치된 내측 세퍼레이터;
    를 포함하고,
    상기 양극 및 음극은 상기 양극 및 음극의 측단에 형성되며 집전체의 양면에 활물질층이 형성되지 않은 측단무지부를 포함하고,
    상기 양극 또는 상기 음극 중 어느 하나는,
    집전체의 제1면의 선단에 형성되고 활물질층이 형성되지 않은 내측무지부와 상기 제1면과 반대방향을 향하는 제2면의 후단에 형성되고 활물질층이 형성되지 않은 외측무지부를 포함하고,
    상기 내측 무지부는 전극 어셈블리의 중앙부에 위치하고, 상기 외측 무지부는 전극 어셈블리의 제일 외측에 위치하며,
    상기 내측무지부와 반대방향을 향하는 집전체의 면에는 활물질층이 형성되어 상기 활물질층이 세퍼레이터와 접촉하고, 상기 외측무지부에서 반대방향을 향하는 집전체의 면에는 활물질층이 형성되어 상기 활물질층이 세퍼레이터와 접촉하는 이차 전지.
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 삭제
  18. 삭제
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