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KR20150122340A - 다수의 전극 탭들을 포함하는 젤리-롤형 전극조립체 - Google Patents

다수의 전극 탭들을 포함하는 젤리-롤형 전극조립체 Download PDF

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KR20150122340A
KR20150122340A KR1020140048465A KR20140048465A KR20150122340A KR 20150122340 A KR20150122340 A KR 20150122340A KR 1020140048465 A KR1020140048465 A KR 1020140048465A KR 20140048465 A KR20140048465 A KR 20140048465A KR 20150122340 A KR20150122340 A KR 20150122340A
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electrode tabs
jelly
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주식회사 엘지화학
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Abstract

본 발명은 양극, 음극, 및 상기 양극과 음극 사이에 개재된 분리막 구조의 긴 시트가 권취되어 있는 젤리-롤형 전극조립체에 있어서, 상기 양극 및 음극에는 권취축 방향의 상단 또는 하단에 집전체로부터 연장된 각각 둘 이상의 전극 탭들이 돌출되어 있고, 상기 전극 탭들은 각각 권취에 의해 인접하게 되는 전극 탭과 접속된 상태로 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 전극조립체를 제공한다.

Description

다수의 전극 탭들을 포함하는 젤리-롤형 전극조립체 {Jelly-Roll Type Electrode Assembly Having Multi Electrode Tabs}
본 발명은 다수의 전극 탭들을 포함하는 젤리-롤형 전극조립체에 관한 것이다.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 그러한 이차전지 중 높은 에너지 밀도와 방전 전압의 리튬 이차전지에 대해 많은 연구가 행해졌고 또한 상용화되어 널리 사용되고 있다.
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 전극조립체는 양극, 음극, 및 상기 양극과 상기 음극 사이에 개재된 분리막 구조로 이루어져 충방전이 가능한 발전소자로서, 활물질이 도포된 긴 시트형의 양극과 음극 사이에 분리막을 개재하여 권취한 젤리-롤형과, 소정 크기의 다수의 양극과 음극을 분리막에 개재된 상태에서 순차적으로 적층한 스택형으로 분류된다. 그 중 젤리-롤형 전극조립체는 제조가 용이하고 중량당 에너지 밀도가 높은 장점을 가지고 있다.
도 1에는 종래의 젤리-롤형 전극조립체의 하나의 예에 따른 모식도가 도시되어 있고, 도 2에는 권취 이전의 전극시트에 관한 모식도가 도시되어 있다.
이들 도면을 참조하면, 종래의 젤리-롤형 전극조립체(10)는 양극/분리막/음극 구조의 긴 시트(12)가 권취되어 있고, 시트(12)의 권취 단부에 전극 탭(14)이 연결되어 있다. 그리고, 전극 탭(14)의 일측 단부는 젤리-롤의 권취축 방향으로 돌출된 구조로 이루어져 있다.
이러한 구조의 젤리-롤형 전극조립체(10)는 충방전시 팽창과 수축을 반복하면서 전극 탭(14)과 전극시트(12) 간의 단차에 의해 비틀림 등과 같은 변형이 발생하게 되며, 변형된 부위에 따른 응력의 집중, 권취 구조의 변화에 의해 전극시트(12)의 파손, 단락이 발생함으로써 안전성을 크게 저하시키고 있다.
본 발명은 종래기술의 문제점들과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
구체적으로, 본 발명의 목적은 젤리-롤의 전극 탭 결합부위의 단차에 의해 발생하는 뒤틀림 등의 변형을 방지하여 안전성을 향상시키고, 전지의 성능 및 용량을 향상시킬 수 있는 젤리-롤형 전극조립체 및 이를 포함하는 전지셀을 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 젤리-롤형 전극조립체는,
양극, 음극, 및 상기 양극과 음극 사이에 개재된 분리막 구조의 긴 시트가 권취되어 있는 젤리-롤형 전극조립체로서,
상기 양극 및 음극에는 권취축 방향의 상단 또는 하단에 집전체로부터 연장된 각각 둘 이상의 전극 탭들이 돌출되어 있고,
상기 전극 탭들은 각각 권취에 의해 인접하게 되는 전극 탭과 접속된 상태로 결합되어 있는 구조로 구성될 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이 종래의 젤리-롤형 전극조립체는 전극시트의 권취 단부에 별도의 전극 탭을 연결하는 구조이나, 본 발명에 따른 젤리-롤형 전극조립체는 전극시트의 상단 또는 하단에 전극 탭이 돌출되어 있는 구조로 형성되어 있으므로, 종래의 젤리-롤형 전극조립체에서 발생하는 전극 탭 연결부위의 단차에 의한 비틀림을 방지할 수 있다.
또한, 권취 폭 방향으로 종래의 전극 탭의 두께에 상응하는 공간이 확보되므로, 상기 공간을 활용하여 전지의 용량을 증가시킬 수 있는 효과를 제공한다.
또한, 권취 단부에 전극 탭을 연결하는 종래의 구조와 비교하여 전극시트에 다수의 전극 탭이 돌출되어 있는 구조는 전극조립체의 내부 저항을 감소시켜 전지의 성능을 향상시키는 효과를 제공한다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 집전체는 전극 탭들을 제외한 나머지 부위에 활물질이 도포되어 있는 구조일 수 있다. 즉, 상기 전극 탭들은 용접성의 확보를 위하여 활물질이 도포되지 않는 구조일 수 있다.
상기 전극조립체는 권취축의 수직 방향으로의 단면이 원형 또는 타원형으로 형성될 수 있다. 수직 단면이 원형인 전극조립체는 원통형 전지에 내장되고, 타원형인 전극조립체는 판상형의 각형 전지에 내장될 수 있다.
상기 전극조립체가 타원형인 경우, 상기 전극 탭들은 타원형의 단축 방향으로 상호 인접하여 결합되어 있을 수 있다. 구체적으로, 전극시트에는 양극 탭 및 음극 탭이 각각 둘 이상의 개수로 돌출되어 있고, 동일한 극성을 가지는 전극 탭간에 상호 인접하여 결합되어 있는 구조로 이루어질 수 있다. 이 경우, 전극시트가 권취되었을 때 양극 탭들 및 음극 탭들이 각각 상호 인접하도록 전극시트의 상단 또는 하단에 전극 탭들이 돌출되어 있는 구조로 형성될 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 양극 탭들 및 음극 탭들은 각각 집전체가 권취되었을 때 상호 인접하여 접속이 가능하도록, 권취 외측 방향으로 전극 탭들의 간격이 증가하는 형태로 집전체로부터 연장된 구조일 수 있다.
또한, 상기 양극 및 음극에는 권취 1회에 대응하는 길이 상에 각각 양극 전극 탭 및 음극 전극 탭이 1개 또는 2개가 형성되어 있는 구조일 수 있다.
한편, 상기 양극 전극 탭들 및 음극 전극 탭들은 전극조립체의 권취축 방향의 상단 또는 하단에 모두 돌출되어 있는 구조로 형성될 수 있고, 또한 상기 양극 전극 탭들은 권취축 방향으로 돌출되어 있고, 상기 음극 전극 탭들은 상기 양극 전극 탭들이 돌출된 방향에 대향 방향으로 돌출되어 있는 구조로 형성될 수 도 있다.
상기 전극 탭들의 결합은 기계적 결합 또는 용접 등의 방식으로 달성될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
본 발명은 또한 상기 전극조립체가 전지케이스에 내장되어 있는 구조의 전지셀을 제공한다.
상기 전지케이스는 각형 또는 원통형 캔, 라미네이트 시트의 파우치형 케이스 등 다양한 구조 케이스가 사용될 수 있으나 이에 한정되지는 않는다.
본 발명은 또한 상기 전지셀을 포함하고 있는 전지팩을 제공한다. 이러한 전지팩은 상기 전지셀에 다양한 안전부재 또는 외장부재 등이 결합된 구조일 수 있다.
본 발명은 또한, 상기 전지팩을 전원으로 포함하고 있는 디바이스를 제공하는 바, 상기 디바이스는 휴대폰, 휴대용 컴퓨터, 스마트폰, 태플릿 PC, 스마트 패드, 넷북, LEV(Light Electronic Vehicle), 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 및 전력저장장치 등으로부터 선택되는 것일 수 있다.
이러한 디바이스의 구조 및 제작 방법은 당업계에 공지되어 있으므로, 본 명세서에서는 그에 대한 자세한 설명을 생략한다.
상기에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 젤리-롤형 전극조립체는, 종래의 젤리-롤형 전극조립체에서 발생하는 전극 탭 연결부위의 단차에 의한 비틀림을 방지하고, 전극 탭의 두께에 상응하는 공간을 확보하여 전지의 용량을 증가시키며, 전극조립체의 내부 저항을 감소시켜 전지의 성능을 향상시키는 효과가 있다.
도 1은 종래의 젤리-롤형 전극조립체의 하나의 예에 따른 모식도이다;
도 2는 도 1의 전극조립체의 전극시트에 관한 모식도이다;
도 3은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 젤리-롤형 전극조립체의 모식도이다;
도 4는 도 3의 전극조립체의 전극시트에 관한 모식도이다.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
도 3에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 젤리-롤형 전극조립체의 모식도가 도시되어 있고, 도 4에는 도 3의 전극조립체를 구성하는 전극시트에 관한 모식도가 도시되어 있다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 전극조립체(100)는 양극, 분리막, 및 음극이 순차적으로 적층되어 있는 전극 시트(120)가 권취되어 있는 구조로서, 권취축 방향의 상단에 다수의 양극 탭들(140: 141, 142, 143, 144, 145) 및 음극 탭들(150: 151, 152, 153, 154)이 돌출되어있는 구조로 형성되어 있다.
전극 탭들(140, 150)은 각각 권취에 의해 인접하게 되는 전극 탭과 전기적으로 접속된 상태로 결합되어 있다. 즉, 양극 전극과 음극 전극이 권취되었을 때, 양극 탭들(140) 및 음극 탭들(150)이 각각 상호 인접하도록, 권취 외측 방향으로 전극 탭들(140, 150)의 간격이 증가하는 구조(D1< D2< D3< D4)로 전극 시트(120)로부터 연장되어 있다. 또한, 양극 탭들(140)과 음극 탭들(150)은 권취 1회에 대응하는 길이 상에 각각 2개씩 형성되어 있다.
이러한 전극조립체(100)는 평면상으로 타원형으로 형성되어 있으며, 전극 탭들(140, 150)은 타원형의 단축 방향으로 동일한 극성을 가지는 전극 탭들(140, 150) 간에 상호 인접하여 결합되어 있다. 전극 탭들(140, 150)은 상호 용접으로 결합되어 있다.
전극 탭들(140, 150)은 무지부(활물질이 도포되지 않은 부위)로 형성되어 있고, 전극 탭들(140, 150)을 제외한 전극시트 본체에는 활물질(125)이 도포되어 있다. 이러한 구조는, 양극 집전체 및 음극 집전체에서 전극 탭들(140, 150)이 형성되는 무지부를 제외한 나머지 부위에 활물질(125)을 도포한 후, 무지부 부위를 노칭 등의 과정을 사용하여 전극 탭들(140, 150)이 돌출되는 구조를 형성시키는 과정으로 제조된다.
본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.

Claims (13)

  1. 양극, 음극, 및 상기 양극과 음극 사이에 개재된 분리막 구조의 긴 시트가 권취되어 있는 젤리-롤형 전극조립체에 있어서,
    상기 양극 및 음극에는 권취축 방향의 상단 또는 하단에 집전체로부터 연장된 각각 둘 이상의 전극 탭들이 돌출되어 있고,
    상기 전극 탭들은 각각 권취에 의해 인접하게 되는 전극 탭과 접속된 상태로 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 집전체는 전극 탭들을 제외한 나머지 부위에 활물질이 도포되어 있는 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 전극조립체는 권취축의 수직 방향으로의 단면이 타원형인 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 전극조립체는 전극 탭들이 타원형의 단축 방향으로 상호 인접하여 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 양극 전극 탭들은 권취축 방향으로 돌출되어 있고, 상기 음극 전극 탭들은 상기 양극 전극 탭들이 돌출된 방향에 대향 방향으로 돌출되어 있는 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 전극 탭들은 용접으로 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 양극 탭들 및 음극 탭들은 각각 집전체가 권취되었을 때 상호 인접하여 접속이 가능하도록, 권취 외측 방향으로 전극 탭들의 간격이 증가하는 형태로 집전체로부터 연장되어 있는 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 양극 및 음극에는 권취 1회에 대응하는 길이 상에 각각 양극 전극 탭 및 음극 전극 탭이 1개 또는 2개가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 하나에 따른 전극조립체가 전지케이스에 내장되어 있는 구조의 전지셀.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 전지케이스는 금속 캔 또는 라미네이트 시트의 파우치형 케이스인 것을 특징으로 하는 전지셀.
  11. 제 9 항에 따른 전지셀을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  12. 제 11 항에 따른 전지팩을 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 디바이스는 휴대폰, 스마트 패드, 노트북 컴퓨터, 전동 공구, 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 또는 전력저장장치인 것을 특징으로 하는 디바이스.
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WO2018084606A1 (ko) * 2016-11-02 2018-05-11 주식회사 엘지화학 전극조립체 및 그 전극조립체의 제조 방법
US10700384B2 (en) 2016-11-02 2020-06-30 Lg Chem, Ltd. Electrode assembly and method for manufacturing the same
CN112864498A (zh) * 2021-03-19 2021-05-28 惠州锂威新能源科技有限公司 一种多极耳电芯及其制备方法

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