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KR101199161B1 - 전극 조립체 및 이를 이용한 이차 전지 - Google Patents

전극 조립체 및 이를 이용한 이차 전지 Download PDF

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KR101199161B1
KR101199161B1 KR1020110012378A KR20110012378A KR101199161B1 KR 101199161 B1 KR101199161 B1 KR 101199161B1 KR 1020110012378 A KR1020110012378 A KR 1020110012378A KR 20110012378 A KR20110012378 A KR 20110012378A KR 101199161 B1 KR101199161 B1 KR 101199161B1
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Abstract

본 발명은 제1 활물질이 도포된 제1 활물질부와, 상기 제1 활물질이 도포되지 않은 제1 무지부를 구비하는 제1 극판; 제2 활물질이 도포된 제2 활물질부와, 상기 제2 활물질이 도포되지 않은 제2 무지부를 구비하는 제2 극판; 상기 제1 및 제2 극판 사이에 개재되는 세퍼레이터; 및 상기 제1 및 제2 무지부에 각각 구비되는 제1 및 제2 전극탭을 포함하고, 상기 제1 및 제2 극판은 제1 및 제2 무지부의 적어도 일부가 대면하되 제1 및 제2 전극탭이 극판내에서 서로 대면하지 않도록 구비되고, 상기 제1 및 제2 무지부가 대면하는 부분에서부터 상기 제1 및 제2 극판을 권취하여 형성되는 전극 조립체와, 상기 전극 조립체들과 상기 전극 조립체를 수용하는 케이스를 포함하는 이차 전지에 관한 것이다.

Description

전극 조립체 및 이를 이용한 이차 전지 {ELECTRODE ASSEMBLY AND SECONDARY BATTERY USING THE SAME}
본 발명은 이차 전지용 전극 조립체 및 상기 전극 조립체를 이용한 이차 전지에 관한 것이다.
일반적으로, 전극 조립체는 양극판과 음극판 및 이들 사이에 개재되는 세퍼레이터로 구성되고, 이차 전지는 상기 전극 조립체를 전해액과 함께 외장 케이스에 수용시킴으로써 제조된다.
이러한 이차 전지에 있어서, 양극판 및 음극판과 그 사이에 세퍼레이터를 게재하여 권취한 전극 조립체를 사용할 수 있다. 상기 전극 조립체는 귄취수가 증가할 경우에 전극 조립체의 형태가 변형되기 쉽지 않다.
본 발명의 목적은 권취 횟수가 증가하여도 전극 조립체의 형태 변형이 없고, 권취 공정이 용이한 전극 조립체와, 상기 전극 조립체를 이용한 이차 전지를 제공하는 것이다.
위와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 본 발명에 따른 전극 조립체들과 상기 전극 조립체들을 이용한 이차 전지를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 본 발명에 따른 전극 조립체는 제1 활물질이 도포된 제1 활물질부와, 상기 제1 활물질이 도포되지 않은 제1 무지부를 구비하는 제1 극판; 제2 활물질이 도포된 제2 활물질부와, 상기 제2 활물질이 도포되지 않은 제2 무지부를 구비하는 제2 극판; 상기 제1 및 제2 극판 사이에 개재되는 세퍼레이터; 및 상기 제1 및 제2 무지부에 각각 구비되는 제1 및 제2 전극탭을 포함하고, 상기 제1 및 제2 극판은 제1 및 제2 무지부의 적어도 일부가 대면하되 제1 및 제2 전극탭이 극판내에서 서로 대면하지 않도록 구비되고, 상기 제1 및 제2 무지부가 대면하는 부분에서부터 상기 제1 및 제2 극판을 권취하여 형성된다.
이때, 상기 제1 전극탭과 제2 전극탭은 각각 상기 전극 조립체의 상부 및 하부에 구비될 수 있다.
상기 제1 또는 제2 전극탭은 제1 또는 제2 무지부에 접하는 부분이 모따기 (chamfering)될 수 있다.
상기 제1 또는 제2 전극탭은 각각의 폭이 상기 전극 조립체의 최소 권취폭과 동일하도록 구비될 수 있다.
상기 제1 또는 제2 전극탭은 상기 제1 또는 제2 무지부와 대면하고, 상기 대면하는 부분의 세로 길이는 5 ㎜ 이상 내지 제1 또는 제2 극판의 세로 길이의 절반 미만으로 구비될 수 있다.
또한, 상기 제1 또는 제2 무지부는 제1 또는 제2 전극탭이 구비되지 않은 부분에 커팅된 부분을 포함할 수 있다.
이때, 상기 커팅된 부분은 세로 길이가 제1 또는 제2 극판의 세로 길이의 절반 미만으로 구비될 수 있다.
상기 커팅된 부분은 상기 커팅된 부분의 모서리가 모따기되도록 구비될 수 있다.
상기 커팅된 부분은 권취되는 전극 조립체의 만곡부에 포함되지 않을 수 있다.
상기 제1 및 제2 극판은 각각의 제1 및 제2 무지부가 대면하되 각 극판의 타단은 서로 반대반향을 향하도록 구비될 수 있다.
상기 제1 극판은 상기 활물질이 간헐 도포된 하나 이상의 제1 활물질부와 상기 제1 활물질 사이에 구비되는 제1 무지부를 포함하고, 상기 제1 무지부는 상기 제1 전극탭이 구비될 수 있다.
또한, 상기 전극 조립체는 제1 및 제2 극판의 일단인 제1 및 제2 무지부의 적어도 일부가 권취 중심부에서 대면하되 상기 제1 및 제2 극판의 타단은 서로 반대방향을 향하도록 구비되며, 상기 제1 및 제2 극판은 상기 권취 중심부를 기준으로 서로 반대방향으로 권취될 수 있다.
상기 전극 조립체는 제1 및 제2 극판의 일단이 권취 중심부에 구비되고 상기 제1 및 제2 극판의 타단은 서로 동일한방향을 향하며, 상기 제1 및 제2 극판은 상기 권취 중심부를 기준으로 서로 동일한방향으로 권취될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 있어서, 본 발명에 따른 전극 조립체는 제1 활물질이 간헐 도포된 하나 이상의 제1 활물질부와, 상기 제1 활물질부들 사이에 상기 제1 활물질이 도포되지 않은 제1 무지부를 구비하는 제1 극판; 제2 활물질이 도포된 제2 활물질부와, 일단에 상기 제2 활물질이 도포되지 않은 제2 무지부를 각각 구비하는 두 개의 제2 극판; 상기 제1 및 제2 극판 사이에 개재되는 세퍼레이터; 및 상기 제1 및 제2 무지부에 각각 구비되는 제1 및 제2 전극탭을 포함하고, 상기 제1 극판의 상부 및 하부에는 상기 제1 및 제2 무지부가 대면하되 제1 및 제2 전극탭이 서로 대면하지 않도록 각각 제2 극판을 구비하되, 상기 제2 극판들은 서로 대면하지 않도록 구비되고, 상기 제1 및 제2 무지부가 대면하는 부분에서 상기 제1 및 제2 극판을 권취하여 형성된다.
이때, 상기 제1 전극탭과 제2 전극탭은 각각 상기 전극 조립체의 상부 및 하부에 구비되되, 상기 제2 극판들에 구비되는 제2 전극탭들은 서로 상이한 크기로 구비될 수 있다.
상기 제1 또는 제2 전극탭은 제1 또는 제2 무지부에 접하는 부분이 모따기될 수 있다.
상기 제1 또는 제2 전극탭은 각각의 폭이 상기 전극 조립체의 최소 권취폭과 동일하도록 구비될 수 있다.
상기 제1 또는 제2 전극탭은 상기 제1 또는 제2 무지부와 대면하고, 상기 대면하는 부분의 세로 길이는 5 ㎜ 이상 내지 제1 또는 제2 극판의 세로 길이의 절반 미만으로 구비 될 수 있다.
상기 제1 극판은 무지부를 사이에 두고 두 개의 제1 활물질부로 이루어지고, 상기 제1 극판의 제1 활물질부의 어느 하나와 및 이에 대면하도록 구비되는 제2 극판을 권취하되, 상기 제1 극판의 제1 활물질부의 다른 하나에 대면하도록 구비되는 제2 극판을 감싸도록 권취할 수 있다.
상기 제1 또는 제2 무지부는 제1 또는 제2 전극탭이 구비되지 않은 부분에 커팅된 부분을 포함할 수 있다.
또한, 상기 커팅된 부분은 세로 길이가 제1 또는 제2 극판의 세로 길이의 절반 미만으로 구비될 수 있다.
이때, 상기 커팅된 부분은 상기 커팅된 부분의 모서리가 모따기되도록 구비될 수 있다.
상기 커팅된 부분은 권취되는 전극 조립체의 만곡부에 포함되지 않을 수 있다.
또한, 본 발명은 전술한 전극 조립체와 상기 전극 조립체를 수용하는 케이스를 포함하는 이차 전지에 관한 것이다.
본 발명에 따른 전극 조립체는 권취폭과 동일한 폭을 갖는 전극탭을 사용할 수 있다. 따라서, 별도의 권취심을 필요로 하지 않고, 상기 전극 조립체를 용이하게 권취할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 전극 조립체는 무지부에 커팅된 부분을 포함할 수 있다. 따라서, 상기 전극 조립체를 권취시 중심부를 일정하게 유지할 수 있고, 동시에 상기 커팅된 부분에 의하여 전극 조립체의 두께는 더 얇도록 구현 될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 전극 조립체는 양극판 또는 음극판과 이에 대응하는 다수의 음극판 또는 양극판을 포함한다. 상기 조립체는 다수의 극판을 사용하므로, 이차 전지의 설계를 더 다양하게 변화시킬 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 전극 조립체를 구비하는 이차 전지의 사시도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체의 분해도.
도 3은 도 2에 따른 전극 조립체를 권취하는 방법에 대한 개략적인 도면.
도 4a는 도 3에 따라 권취된 전극 조립체의 사시도.
도 4b는 도 4a의 X-X선에 따른 단면도.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 조립체를 권취하는 방법에 대한 상부면을 도시한 도면.
도 6a는 도 5에 따라 권취된 전극 조립체의 사시도.
도 6b는 도 6a의 X'-X'선에 따른 단면도.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전극 조립체의 분해도.
도 8a는 도 7에 따른 전극 조립체를 권취하는 방법에 대한 개략적인 도면.
도 8b는 도 7에 따른 전극 조립체를 권취하는 방법에 대한 상부면을 도시한 도면.
도 9a는 도 8a 및 8b에 따라 권취된 전극 조립체의 사시도.
도 9b는 도 8a의 X''-X''선에 따른 단면도.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전극 조립체를 권취하는 방법에 대한 상부면을 도시한 도면.
도 11은 도 10에 따라 권취된 전극 조립체의 사시도.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전극 조립체의 분해도.
도 13a은 도 12의 상부면을 도시한 도면.
도 13b는 도 13a의 Y''-Y''선에 따른 단면도.
도 14는 도 12에 따른 전극 조립체를 권취하는 방법에 대한 개략적인 도면.
도 15는 도 14에 따라 권취된 전극 조립체의 사시도.
이하 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 실시예 및 그 밖에 당업자가 본 발명의 내용을 쉽게 이해하기 위하여 필요한 사항에 대하여 상세히 기재한다. 다만, 본 발명은 특허 청구 범위에 기재된 범위 안에서 여러 가지 상이한 형태로 변형 및 변경될 수 있으므로 이하에서 설명하는 실시예는 예시적인 것에 불과함을 당업자는 이해할 수 있다.
본 실시예를 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 도면에 있어서 동일한 구성 요소들이 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 참조 번호 또는 부호로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 아울러, 도면에서 각 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장 또는 축소될 수 있으므로 실제의 층 두께나 크기와 다를 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 다른 실시예의 구성 및 작용을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 전극 조립체를 구비하는 이차 전지의 사시도이다.
도 1을 참조하면, 이차 전지 (10)는 파우치형으로서, 파우치형 케이스 (20)와, 파우치형 케이스 (20)에 수용되는 전극 조립체 (100)를 포함한다.
파우치형 케이스 (20)에는 커버 (21)와 본체 (22)가 구비되어 있다. 상기 파우치형 케이스 (20)의 본체 (22)에는 전극 조립체 (100)를 수용하는 공간인 수용부 (22a)와, 상기 수용부 (22a)의 입구측에 바깥쪽으로 확장되어 형성된 밀봉부 (23)가 있다. 상기 커버 (21)는 밀봉부 (23)의 일측변과 일체로 연결되어 형성된다. 이차 전지 (10)는 전극 조립체 (100)를 본체 (22)의 수용부 (22a)에 수용시킨 다음, 본체 (22)와 커버 (21)를 밀착시킨 상태에서 밀봉부 (23)를 열융착하여 제작된다.
도 1에서는 파우치형 케이스 (20)에 대하여 도시되어 있으나 이에 제한되지 않고, 캔형 등 다양한 케이스를 이용하여 이차 전지를 제조할 수 있다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 전극 조립체들을 설명한다.
도 2 내지 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체에 대한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체의 분해도이다. 도 3은 도 2에 따른 전극 조립체를 권취하는 방법에 대한 개략적인 도면이다. 도 4a는 도 3에 따라 권취된 전극 조립체의 사시도이고, 도 4b는 도 4a의 X-X선에 따른 단면도이다.
도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 전극 조립체 (100)는 제1 활물질이 도포된 제1 활물질부 (111)와, 상기 제1 활물질이 도포되지 않은 제1 무지부 (112)를 구비하는 제1 극판 (110); 제2 활물질이 도포된 제2 활물질부 (121)와, 상기 제2 활물질이 도포되지 않은 제2 무지부 (122)를 구비하는 제2 극판 (120); 상기 제1 및 제2 극판 (110, 120) 사이에 개재되는 세퍼레이터 (130); 및 상기 제1 및 제2 무지부 (112, 122)에 각각 구비되는 제1 및 제2 전극탭 (140, 150)을 포함하고, 상기 제1 및 제2 극판 (110, 120)은 제1 및 제2 무지부 (112, 122)의 적어도 일부가 대면하되 제1 및 제2 전극탭 (140, 150)이 극판내에서 서로 대면하지 않도록 구비되고, 상기 제1 및 제2 무지부 (112, 122)가 대면하는 부분에서부터 상기 제1 및 제2 극판 (110, 120)을 권취하여 형성된다.
상기 제1 극판 (110)은 양극판으로, 양극판은 양극 집전체의 양면 혹은 단면에 양극 활물질이 도포된 양극 활물질부 (111)와 상기 양극 활물질이 도포되지 않은 제1 무지부 (112)를 포함한다. 일반적으로 양극 집전체는 높은 도전성을 가진 물질로, 화학적 변화를 유발하지 않는 것이면 특별히 제한되지 않는다. 예컨대, 상기 양극 집전체는 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소 등이 사용될 수 있다.
양극 활물질부 (111)는 리튬을 포함하는 층상 화합물인 양극 활물질과, 전도성을 향상시키는 도전재와, 상기 층상 화합물과 도전재 간의 결합력을 향상시키는 바인더를 포함한다.
상기 제1 무지부 (112)는 양극 활물질 (111)이 도포되지 않은 부분으로, 제1 전극탭 (140)이 부착되는 부분이다. 상기 제1 전극탭 (140)은 니켈 등으로 형성될 수 있으며, 초음파 용접, 저항 용접 및 레이저 용접 중 어느 하나의 이상의 방식에 의하여 제1 무지부 (112)에 부착된다.
상기 제2 극판 (120)은 음극판으로, 상기 음극판은 음극 집전체의 단면 또는 양면에 음극 활물질이 도포된 음극 활물질부 (121)와 제2 무지부 (122)를 포함한다. 일반적으로 음극 집전체는 전도성 금속판으로, 예컨대 구리, 스테인레스 스틸, 알루미늄, 니켈 등으로 형성될 수 있다.
음극 활물질부 (121)는 음극 활물질 및 상기 음극 활물질의 결합력을 향상시키는 바인더를 용매와 혼합하여 슬러리 형태로 만든 후, 상기 슬러리를 음극 집전체에 도포하여 형성된다.
제2 무지부 (122)는 음극 활물질부 (121)가 도포되지 않은 부분으로, 제2 전극탭 (150)이 부착되는 부분이다. 상기 제2 전극탭 (150)은 니켈 등으로 형성될 수 있으며, 초음파 용접, 저항 용접 및 레이저 용접 중 어느 하나 이상의 방식에 의하여 제2 무지부 (122)에 부착된다.
세퍼레이터 (130)는 제1 및 제2 극판 (110, 120)에 개재되는 것으로, 시트형으로 연장된 형태일 수 있다. 상기 세퍼레이터 (130)는 이온의 통로가 되는 동시에 양극판 (110) 및 음극판 (120)이 서로 직접 접촉하는 것을 막는 기능을 한다. 따라서, 세퍼레이터 (130)는 높은 이온 투과도와 기계적 강도를 가지는 절연성의 얇은 박막일 수 있다.
이차 전지에 사용되는 전극 조립체는 권취형 전극 조립체, 적층형 전극 조립체 등으로 분류될 수 있다. 권취형 전극 조립체는 길게 연장된 시트형의 양극판과 음극판을, 상기 극판들 사이에 세퍼레이터를 개재하여 권취한 것이다. 반면, 적층형 전극 조립체는 일정한 크기의 다수의 양극판과 음극판을, 상기 극판들 사이에 세퍼레이터를 개재하면서 순차적으로 적층한 것이다. 이들 가운데 권취형 전극 조립체의 경우, 전지의 용량을 높이는 가장 손쉬운 방법 중 하나는 양극판 및 음극판의 권취수를 증가시키는 것이다. 그러나, 권취수를 증가시킬수록, 전극 조립체를 구성하는 극판들 또는 세퍼레이터가 이탈하기 쉬고, 상기 전극 조립체의 형태 변형이 유발될 수 있다. 또한, 심한 경우에는 양극판과 음극판이 직접 접촉하여 단락 등이 발생할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 전극 조립체 (100)는 상기 양극판 및 음극판 (110, 120)을 서로 대면하되, 상기 극판들 사이에 세퍼레이터 (130)를 개재하여 일방향으로 권취함으로써 형성될 수 있다.
상기 제1 및 제2 전극탭 (140, 150)은 각각의 폭이 상기 전극 조립체 (100)의 최소 권취폭과 동일하도록 구비될 수 있다. 또한, 상기 전극 조립체 (100)에 있어서, 제1 전극탭 (140)과 제2 전극탭 (150)은 각각 상기 전극 조립체 (100)의 상부 및 하부에 구비될 수 있다.
제1 및 제2 전극탭 (140, 150)은 전극 조립체 (100)를 권취하는 경우, 귄취폭의 기준을 잡아주는 권취심의 역할을 할 수 있다. 따라서, 전극 조립체 (100)의 권취를 용이하도록 할 수 있으며,전극 조립체 (100)의 형태 변형을 방지할 수 있다. 따라서, 전극 조립체 (100)의 권취수의 증가에 대한 공정 불량 등의 제약이 없으므로, 대용량 전지 등의 제작에 유리하다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 권취 방향을 기준으로, 상기 제1 전극탭 (140) 및 제2 전극탭 (150)이 제1 및 제2 무지부 (112, 122)에 부착되는 부분을 부착면이라고 할때 상기 부착면에 부착되는 전극탭의 폭 (s2, t2)은 본 발명에 따른 전극 조립체 (100)의 권취폭과 동일 또는 유사할 수 있다. 바람직하게는, 상기 전극탭의 폭 (s2, t2)은 전극 조립체 (100)의 권취폭과 동일하다.
도 2에 있어서, 제1 무지부 (112)에 부착되는 제1 전극탭 (140)의 부착면의 세로 길이 (s1)는 제1 극판 (110)의 단축 길이 (a1)에 의하고, 상기 제1 전극탭 (140)의 폭 (s2)은 전극 조립체 (100)의 권취폭에 의한다. 또한, 제2 무지부 (122)에 부착되는 제2 전극탭 (150)의 부착면의 세로 길이 (t1)는 제2 극판 (120)의 단축 길이 (b1)에 의하고, 상기 제2 전극탭 (150)의 폭 (t2)은 상기 전극 조립체 (100)의 권취폭에 의한다.
도면에서는 상기 전극탭들이 제1 무지부 (112)와 제2 무지부 (122)에 부착하는 부착면의 크기가 동일하게 도시되어 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 전술한 제1 및 제2 전극탭 (140, 150)의 크기 등도 상이할 수 있다. 그러나, 생산성 및 공정 효율 등을 고려할 때, 상기 제1 및 제2 전극탭 (140, 150)은 동일한 것이 바람직하다.
제1 전극탭 (140)의 부착면의 세로 길이 (s1)와 제2 전극탭 (150)의 부착면의 세로 길이의 합 (s1 + t1)은 상기 극판들의 단축 길이 (a1 + b1)에 의한다. 구체적으로, 상기 부착면의 세로 길이의 합 (s1 + t1)은 상기 제1 극판 (110)의 단축 길이 (a1) 또는 제2 극판 (120)의 단축 길이 (b1) 중 더 짧은 길이 미만인 것이 바람직하다. 이하에서, 전술한 내용을 구체적으로 검토한다.
또한, 상기 제1 또는 제2 전극탭 (140, 150)은 상기 제1 또는 제2 무지부 (112, 122)와 대면하고, 상기 대면하는 부분의 세로 길이는 5 ㎜ 이상 내지 제1 또는 제2 극판의 세로 길이의 절반 미만으로 구비될 수 있다. 즉, 양극판 (110) 또는 음극판 (120)의 단축 길이가 동일할 경우, 권취 방향을 기준으로 상기 제1 전극탭 (140)의 부착면의 세로 길이 (s1)는 5 ㎜ 이상 내지 제1 또는 제2 극판 (110, 120)의 단축 길이 (a1, b1)를 이등분한 길이 미만이 바람직하다.
제1 전극탭 (140)의 부착면의 세로 길이 (s1)가 5 ㎜ 미만인 경우에는, 상기 제1 전극탭 (140)과 제1 무지부 (112)와의 부착되는 부분이 충분하지 못하여, 외력에 의하여 상기 제 전극탭 (140)은 무지부측에서 쉽게 분리될 수 있다. 또한, 상기 제1 전극탭 (140)의 부착면의 세로 길이 (s1)가 양극판 (110) 또는 음극판 (120)의 단축 길이 (a1, b1)를 이등분한 길이 이상일 경우에는, 제1 및 제2 전극탭 (140, 150)의 일부가 세퍼레이터 (130)를 사이에 두고 대면할 수 있다. 이는, 전극 조립체 (100)의 두께를 증가시킬 뿐 아니라, 상기 전극 조립체 (100)를, 권취시 균형이 맞지 않으므로 전극 조립체 (100)의 형태불량을 유발 할 수 있다. 이와 같은 내용은 제2 전극탭 (150)에도 역시 동일하게 적용된다.
제1 및 제2 전극탭 (140, 150)의 폭 (s2, t2)은 본 실시예에 따른 전극 조립체 (100)의 폭에 따라 결정될 수 있다. 상기 전극 조립체 (100)를 권취하는 경우에, 상기 제1 및 제2 전극탭 (140, 150)은 권취심의 역할을 한다. 따라서, 상기 전극 조립체 (100)의 권취폭을 일정하게 유지시킬 수 있으므로, 전극 조립체 (100)의 권취 공정을 용이하게 할 수 있다.
이때, 제1 및 제2 전극탭 (140, 150)의 폭 (s2, t2)은 서로 유사하거나 또는 상이할 수 있다. 상기 제1 및 제2 전극탭 (140, 150)의 폭 (s2, t2)이 상이한 경우에는, 이들 중 더 넓은 폭 (s2, t2)에 의하여 권취폭이 결정될 것이다. 따라서, 상기 전극탭들 가운데에서 폭이 더 넓은 전극탭만이 권취심의 역할을 하므로, 권취시에 한쪽 방향으로 힘이 치우칠 염려가 있다. 상기 전극탭들의 폭 (s2, t2)이 동일한 경우에는, 상기 제1 및 제2 전극탭 (140, 150) 양쪽 모두가 권취심의 역할을 하므로, 권취를 더 용이하게 한다. 또한, 상기 전극탭들을 개별적으로 구별하여 제작 또는 관리의 필요성이 없으므로 생산비를 낮출 수 있다. 따라서, 상기 제1 및 제2 전극탭 (140, 150)의 폭 (s2, t2)은 동일한 것이 바람직하다.
도 2b를 참조하면, 본 실시예에 따른 전극 조립체 (100)에서, 양극판 (110)과 음극판 (120)은 그 사이에 세퍼레이터 (130)를 개재하여 대면한다. 이때, 이차 전지의 용량을 극대화하기 위해서는, 상기 극판들에서 활물질부는 활물질부들끼리, 무지부는 무지부들끼리 대면하도록 한다. 따라서, 상기 제1 무지부 (112)는 세퍼레이터 (130)를 사이에 두고 상기 제2 무지부 (122)와 대면하게 된다. 이하에서, 도 4a 및 4b를 참조하여 이를 좀더 자세히 검토한다.
도 4a는 본 실시예에 따른 전극 조립체 (100)의 사시도이고, 도 4b는 도 4a의 X-X선에 따른 단면도이다.
도 4a 및 도 4b를 참조하면, 세퍼레이터 (130a, 130b, 130c, 130d, 130e, 130f)를 사이에 두고 양극판 (110a, 110b, 110c)과 음극판 (120a, 120b, 120c, 120d)이 교대로 구비될 수 있다. 중심부에는 세퍼레이터 (130a)를 사이에 두고 양극판 (110a)과 음극판 (120a)이 대면할 수 있다. 중심부는 전극 조립체 (100)의 권취가 시작되는 부분으로, 상기 중심부에는 상기 극판들의 무지부들이 대면할 수 있다. 즉, 중심부에는 세퍼레이터 (130a)를 사이에 두고 제1 전극탭 (140)과 제2 전극탭 (150)이 존재하게 된다. 이때, 제1 전극탭 (140)과 제2 전극탭 (150)은 서로 직접 대면하지 않는 것이 바람직하다.
중심부에서 제1 전극탭 (140) 및 제2 전극탭 (150)가 대면하는 경우에는 문제가 된다. 전극탭들의 부착면의 전체가 대면하는 경우에는 상기 전극 조립체 (100)의 두께를 증가시킨다. 또한, 상기 전극탭들의 부착면의 일부만이 대면하는 경우에는, 상기 전극 조립체 (100)의 두께를 증가시킬 뿐 아니라 중심부를 불균일하게 할 수 있으므로, 권취시 전극 조립체 (100)의 변형을 유발할 수 있다.
또한, 상기 제1 또는 제2 전극탭 (140, 150)은 제1 또는 제2 무지부 (112, 122)에 접하는 부분이 모따기될 수 있다. 세퍼레이터 (130)는 박막이므로, 상기 전극탭들 (140, 150)의 날카로운 모서리에 의하여 손상될 수 있다. 따라서, 제1 또는 제2 전극탭 (140, 150)의 모서리, 특히 무지부측에 접하는 부분을 모따기함으로써 세퍼레이터 (130)의 손상을 방지할 수 있다.
양극판은 상기 활물질이 간헐 도포된 하나 이상의 제1 활물질부와 상기 제1 활물질 사이에 구비되는 제1 무지부를 포함할 수 있으며, 이때, 상기 제1 무지부는 상기 제1 전극탭이 구비될 수 있다.
이하는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 조립체에 관하여 설명한다. 후술할 내용은 도 1 내지 도 4b에 기재된 내용과 동일한 구성 또는 기능에 대한 내용은 생략한다.
도 5 내지 도 6b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 조립체에 관한 것이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 조립체를 권취하는 방법에 대한 상부면을 도시한 도면이다. 도 6a는 도 5에 따라 권취된 전극 조립체의 사시도이고, 도 6b는 도 6a의 X'-X'선에 따른 단면도이다.
도 2 및 도 5를 참조하면, 본 실시예에 따른 전극 조립체 (200)는 양극판 (110) 및 음극판 (120)은 각각의 제1 및 제2 무지부 (112, 122)의 적어도 일부가 대면하되 각 극판의 타단은 서로 반대반향을 향하도록 구비될 수 있다. 또한, 상기 양극판 (110) 및 음극판 (120)은 권취 중심부를 기준으로 서로 반대방향으로 권취될 수 있다.
양극판 (110)은 제1 무지부 (112)가 좌측을 향하고, 음극판 (120)은 제2 무지부 (122)가 우측을 향하도록 배치한다. 이어서, 상기 극판들 (110, 120)은 세퍼레이터 (130)가 개재된 상태로, 상기 극판들 (110, 120)의 각각의 제1 및 제2 전극탭 (140, 150)이 부착되는 무지부측이 서로 대면하도록 구비시킨다. 이때, 상기 제1 전극탭 (140)과 제2 전극탭 (150)이 서로 대면하지 않도록 적층한다. 따라서, 상기 제1 전극탭 (140)과 제2 전극탭 (150)은 각각 상기 전극 조립체 (200)의 상부 및 하부에 구비되어 (도 6a, 도 6b 참조), 상기 전극탭들 (140, 150)이 서로 이격되도록 적층한다.
이어서, 도 5에 도시한 바와 같이 세퍼레이터 (130)가 개재된 양극판 (110)을 반시계 방향으로 감아서 세퍼레이터 (130)가 개재된 음극판 (120)을 감싸도록 한다. 또한, 상기 음극판 (120)도 반시계 방향으로 감아서 상기 양극판 (110)을 감싸도록 한다. 이를 반복하여 본 실시예에 따른 권취된 상기 전극 조립체 (200)를 제작한다. 상기 전극 조립체 (200)는 무지부측을 중심으로 권취된다.
본 실시예에 따른 전극 조립체 (200)의 중심부에는 제1 전극탭 (140)과 제2 전극탭 (150)이 구비될 수 있으며, 전극 조립체 (200)를 권취시 제1 및 제2 전극탭 (140, 150)은 권취심으로 작용하여, 상기 전극 조립체 (200)의 권취폭을 일정하게 유지시킬 수 있다.
도 6a 및 6b을 참조하면, 본 실시예에 따른 전극 조립체 (200)와 도 3에 도시한 전극 조립체 (100)는 다른 방법으로 권취하여 제작될 수 있다. 그러나, 완성된 전극 조립체들을 동일한 형상을 갖을 수 있다.
도 7 내지 도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전극 조립체에 관한 것이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 조립체의 분해도이다. 도 8a는 도 7에 따른 전극 조립체를 권취하는 방법에 대한 개략적인 도면이고, 도 8b는 도 7에 따른 전극 조립체를 권취하는 방법에 대한 상부면을 도시한 도면이다. 도 9a는 도 8a 및 8b에 따라 권취된 전극 조립체의 사시도이고, 도 9b는 도 8a의 X''-X''선에 따른 단면도이다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 본 실시예에 따른 전극 조립체 (300)에 있어서, 상기 제1 또는 제2 무지부 (312, 323)는 제1 또는 제2 전극탭 (340, 350)이 구비되지 않은 부분에 커팅된 부분 (313, 323)을 포함할 수 있다.
제1 무지부 (312)에 구비되는 커팅된 부분 (313)은 제1 전극탭 (340)의 부착면의 하방으로 형성된다. 또한, 제2 무지부 (322)에 구비되는 커팅된 부분 (323)도 제2 전극탭 (350)의 부착면의 하방으로 형성된다. 따라서, 상기 전극 조립체 (300)에 있어서, 양극판 (310) 및 음극판 (320)과 세퍼레이터 (130)가 대면하도록 구비시키는 경우, 상기 커팅된 부분들 (313, 323)은 각각 제1 전극탭 (340) 및 제2 전극탭 (350)에 대응하여 위치할 수 있다.
구체적으로, 상기 제1 무지부 (312)의 커팅된 부분 (313)은 무지부측의 제2 전극탭 (350)에 대면하고, 상기 제2 무지부 (322)의 커팅된 부분 (323)은 무지부측의 제1 전극탭 (340)에 대면하다. 즉, 상기 무지부측에 존재하는 제1 전극탭 (340)은 음극판 (320)의 제2 무지부 (322)와 대면하지 않는다. 마찬가지로, 상기 무지부측에 존재하는 제2 전극탭 (350)도 양극판 (310)의 제1 무지부 (312)와 대면하지 않는다. 이와 같이, 중심부에서는 상기 커팅된 부분들 (313, 323)에 의하여 상기 전극탭들은 상기 전극탭들이 부착되는 무지부에만 접촉하게 된다. 이에 의하여, 본 실시예에 따른 전극 조립체 (300)의 중심부의 두께가 더 얇게 형성될 수 있다.
상기 커팅된 부분 (313)은 상기 커팅된 부분 (313)의 모서리 (313a)가 모따기되도록 구비될 수 있다. 커팅된 부분 (313)의 모서리 (313a)가 날카로운 모서리로 이루어진 경우에는, 꼭지점 부위에서 응력이 집중되기 쉽다. 이에 의하여, 상기 꼭지점을 기점으로 극판들의 찢김 현상이 빈번하게 발생할 수 있다. 따라서, 도면에 도시된 바와 같이, 커팅된 부분 (313)은 상기 커팅된 부분 (313)의 모서리 (313a)가 모따기되는 것이 바람직하다.
양극판 (310)에 있어서, 제1 무지부 (312)에 부착되는 제1 전극탭 (340)의 부착면의 세로 길이 (s'1)는 양극판 (310)의 단축 길이 (a'1)에 의한다. 또한, 상기 제1 전극탭 (340)의 폭 (s'2)은 본 실시예에 따른 전극 조립체 (100)의 권취폭에 의하여 결정된다. 마찬가지로, 음극판 (320)에 있어서, 제2 무지부 (323)에 부착되는 제2 전극탭 (350)의 부착면의 세로 길이 (t'1)는 음극판 (320)의 단축 길이 (b'1)에 의하고, 상기 제2 전극탭 (350)의 폭 (t'2)은 본 실시예에 따른 전극 조립체 (300)의 권취폭에 의하여 결정된다.
상기 제1 전극탭 (340)의 부착면의 세로 길이 (s'1)와 제2 전극탭 (350)의 부착면의 세로 길이 (t'1)에 있어서, 상기 부착면들의 세로 길이의 합 (s'1 + t'1)은 상기 극판들의 단축 길이 중 더 짧은 길이 미만일 수 있다. 도면에 도시된 바와 같이 부착면들의 세로 길이 (s'1, t'1)는 동일한 경우, 권취 방향을 기준으로 각각의 부착면들의 세로 길이 (s'1, t'1)는 5 ㎜ 이상 내지 제1 또는 제2 극판 (310, 320)의 단축 길이를 이등분한 길이 미만이다.
이하, 본 실시예에 따른 전극 조립체 (300)를 권취하는 방법을 도 8a 내지 도9b를 참조하여 자세히 검토한다.
먼저, 본 실시예에 따른 전극 조립체 (300)믐 도 8a 및 도 8b에 도시한 바와 같이 권취된다. 도 8a 및 도 8b을 참조하면, 상기 전극 조립체 (300)는 양극판 (310) 및 음극판 (320)이 그 사이에 세퍼레이터 (330)를 개재하여 대면한다. 또한, 제1 및 제2 전극탭 (340, 350)은 상기 전극 조립체 (300)의 권취심으로 작용하여 권취를 용이하게 한다. 이때, 상기 전극탭들은 세퍼레이터 (300)를 끼고 서로 반대 방향으로 돌출된다.
상기 전극 조립체 (300)는 양극판 (310) 및 음극판 (320)의 일단이 권취 중심부에 구비되고 타단은 서로 동일한방향을 향하며, 상기 양극판 (310) 및 음극판 (320)은 상기 권취 중심부를 기준으로 서로 동일한방향으로 권취될 수 있다.
도 9b를 참조하면, 양극판 (310a, 310b, 310c)과 음극판 (320a, 320b, 320c, 320d)은 그 사이에 세퍼레이터 (330a, 330b, 330c, 330d, 330e, 330f)가 개재되어 있다. 이때, 상기 전극 조립체 (300)의 중심부에서 제1 무지부 (312) 및 제2 무지부 (322)가 대면한다. 이와 같은 경우, 도시한 바와 같이 제1 전극탭 (340)과 제2 전극탭 (350)은 대면하지 않고 이격되어 존재하는 것이 바람직하다.
제1 및 제2 무지부 (312, 322)는 이차 전지의 용량에 직접 기여하지 않는다. 따라서, 상기 제1 및 제2 무지부 (312, 322)에 커팅된 부분 (313)을 구비시킴으로써, 전극 조립체 (300)의 두께를 감소시킬 수 있다. 상기 커팅된 부분 (313, 323)은 세로 길이가 양극판 (310) 또는 음극판 (320)의 세로 길이의 절반 미만으로 구비될 수 있다.
상기 제1 무지부 (312)의 커팅된 부분 (313)에서, 상기 커팅된 부분 (313)의 세로 길이 (ℓ1)는 제1 전극탭 (340)의 부착면의 세로 길이 (s'1)와 제1 극판 (310)의 단축 길이 (a'1)에 의한다. 상기 커팅된 부분 (313)의 폭 (ℓ2)은 상기 제1 전극탭 (340)의 폭 (s'2)과 본 실시예에 따른 전극 조립체 (300)의 권취폭에 의하여 결정된다. 제2 무지부 (322)에 존재하는 커팅된 부분 (323)도 전술한 바와 동일하다.
상기 전극탭들의 부착면에 커팅된 부분들 (313, 323)이 형성되면 무지부들과 전극탭들의 결합이 약해진다. 따라서, 상기 커팅된 부분들 (313, 323)은 상기 무지부에서 전극탭들이 구비되지 않는 부위에 형성되는 것이 바람직하다. 권취 방향을 기준으로 상기 커팅된 부분 (313)의 세로 길이 (ℓ1)는 0 초과 내지 상기 제1 및 제2 극판 (310, 320)의 단축 길이 (a'1)에서 상기 제1 전극탭 (340)의 부착면 (s'1)의 최소 세로 길이 (5 ㎜)를 제외한 값 (a'1 - 5 ㎜) 미만일 수 있다. 바람직하게는, 상기 제1 극판 (310)의 단축 길이 (a'1)를 이등분한 값 미만이다. 커팅된 부분 (313)의 폭 (ℓ2)이 제1 전극탭 (340)의 폭 (s'2)과 상이할 경우, 상기 전극 조립체 (300)의 중심부의 두께가 일정하지 않다. 따라서, 상기 커팅된 부분 (313)의 폭 (ℓ2)도 상기 제1 전극탭 (340)의 폭 (s'2)과 동일한 것이 바람직하다. 전술한 내용은 상기 제2 무지부 (322)의 커팅된 부분 (323)의 세로 길이 (m1) 및 폭 (m2)에도 동일하게 적용될 수 있다.
도면에서는, 제1 및 제2 전극탭 (340, 350)에서, 상기 전극탭들의 부착면에 있어서, 각각의 세로 길이 (s'1, t'1) 및 폭 (s'2, t'2)과, 상기 커팅된 부분의 세로 길이 (ℓ1, m1), 및 폭 (ℓ2, m2)이 동일하게 도시되어 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
만곡부는 권취시 극판들 및 세퍼레이터가 활 모양으로 굽은 부분을 나타내는 부분으로, 상기 커팅된 부분 (313, 323)은 권취되는 전극 조립체 (300)의 만곡부에 포함되지 않을 수 있다.
도 9a 및 9b를 참조하면, 중심부에는 제1 무지부 (312) 및 제2 무지부 (322)가 위치한다. 상기 제1 및 제2 무지부 (312, 322)에 커팅된 부분이 형성되어 있다. 이와 같이, 커팅된 부분이 구비된 무지부들 (312, 322)에 있어서, 중심부에서 커팅된 부분이 상기 만곡부 (360)에 포함되어 권취되는 경우 문제가 된다. 상기 커팅된 부분은 커팅된 부분이 존재하지 않는 무지부에 비하여 상대적으로 찢김 손상에 약하다. 따라서, 상기 커팅된 부분에 힘이 가해지면 무지부의 일부 또는 전부가 찢길 수 있다. 또한, 상기 커팅된 부분은 외력에 약하므로 권취시 중심부를 일정하게 유지하는데 방해가 된다. 도 9b에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 전극 조립체 (300)에 있어서, 커팅된 부분이 활 모양으로 굽은 부분인 만곡부에 포함되지 않도록 권취된다. 바람직하게는, 활물질부가 일부 만곡부에 포함되도록 한다.
도 10 및 도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 조립체에 관한 도면이다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전극 조립체를 권취하는 방법에 대한 상부면을 도시한 도면이다. 도 11은 도 10에 따라 권취된 전극 조립체의 사시도이다.
본 실시예에 따른 전극 조립체 (400)는 도 7에 도시한 제1 및 제2 극판 (310, 320)과, 세퍼레이터 (330), 제1 및 제2 전극탭 (340, 350)을 이용한다. 따라서, 후술한 내용을 제외한 상기 전극 조립체 (400)의 구성 및 작용은 도 7에 도시한 실시예의 전극 조립체 (300)와 동일하므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 10을 참조하면, 본 실시예에 따른 전극 조립체 (400)는, 먼저 상기 극판들이 직접 대면하지 않도록, 양극판 (310) 및 음극판 (320)에 각각 세퍼레이터 (330)를 구비시킨다. 이어서, 상기 양극판 (310)은 제1 무지부 (312)가 좌측을 향하도록, 상기 음극판 (320)의 제2 무지부 (322)가 우측을 향하도록 적층한다. 이때, 상기 제1 및 제2 무지부 (312, 322)의 적어도 일부가 대면하고, 각각의 활물질부들은 서로 반대 방향을 향하도록 한다.
이와 같이 중심부에 존재하는 제1 및 제2 전극탭 (340, 350)을 권취심의 역활을 하고, 상기 극판들 및 세퍼레이터는 상기 권취심을 중심으로 권취된다. 구체적으로, 세퍼레이터 (330)가 개재된 제1 전극탭 (310)을 반시계 방향으로 감아서 세퍼레이터 (320)가 개재된 음극판 (320)을 감싸도록 하고, 상기 음극판 (320)도 반시계 방향으로 감아서 상기 양극판 (310)을 감싸도록 한다. 이를 반복하여, 상기 양극판 (310)과 음극판 (320)은 세퍼레이터 (330)를 사이에 두고 서로 대면하게 된다. 이때, 상기 제1 및 제2 전극탭 (340, 350)이 극판내에서 서로 대면하지 않도록 반대 방향을 향하도록 한다.
도 10에 도시한 바와 같이, 본 실시예에 따른 전극 조립체 (400)는 권취 시작 부위가 되는 중심부의 만곡부 (460a)에 제1 무지부 (312)에 존재하는 커팅된 부분이 포함되지 않도록 한다. 또한, 제2 무지부 (322)에 존재하는 커팅된 부분도 만곡부 (460b)에 포함되지 않도록 한다. 전술한 바와 같이, 상기 커팅된 부분은 외부 충격 등에 의하여 쉽게 손상될 수 있다. 따라서, 커팅된 부분에 힘이 가해지지 않도록 상기 커팅된 부분이 만곡부 (460a, 460b)에 포함되지 않도록 하는 것이 바람직하다.
도 11을 참조하면, 본 실시예에 따른 전극 조립체 (400)와 도 8에 도시한 전극 조립체 (300)는 상기 전극 조립체들의 권취 방법은 상이하나 동일한 형상을 갖는다. 이외의 전극 조립체 (400)의 구성 및 작용은 도 8a 및 8b에 도시한 전극 조립체 (300)와 동일하다. 또한, 본 발명에 따른 전극 조립체 (400)를 권취하는 방법은 도 5에 도시한 바와 동일하다. 따라서, 상기 전극 조립체 (400)의 구성 및 작용과, 권취하는 방법에 대한 자세한 내용은 생략한다.
도 12 내지 도 15는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전극 조립체에 관한 것이다.
도 12는 본 발명의 그 밖의 실시예에 따른 전극 조립체의 분해도이다. 도 13a은 도 12의 상부면을 도시한 도면이고, 도 13b는 도 13a의 Y''-Y''선에 따른 단면도이다. 도 14는 도 12에 따른 전극 조립체를 권취하는 방법에 대한 개략적인 도면이다. 도 15는 도 14에 따라 권취된 전극 조립체의 사시도이다.
도 12를 참조하면, 본 실시예에 따른 전극 조립체 (500)는 양극 활물질이 간헐 도포된 하나 이상의 양극 활물질부 (511a, 511b)와, 상기 양극 활물질부 (511a, 511b)들 사이에 상기 양극 활물질이 도포되지 않은 제1 무지부 (512)를 구비하는 양극판 (510); 음극 활물질이 도포된 음극 활물질부 (521a, 521b)와, 일단에 상기 음극 활물질이 도포되지 않은 제2 무지부 (522a, 522b)를 각각 구비하는 두 개의 음극판 (520a, 520b); 상기 양극판 (510) 및 음극판 (520a, 520b) 사이에 개재되는 세퍼레이터 (530); 및 상기 제1 및 제2 무지부 (512, 522a, 522b)에 각각 구비되는 제1 및 제2 전극탭 (540, 550a 550b)을 포함하고, 상기 양극판 (510)의 상부 및 하부에는 상기 제1 및 제2 무지부 (512, 522a, 522b)의 적어도 일부가 대면하되 제1 및 제2 전극탭 (540, 550a, 550b)이 극판내에서 서로 대면하지 않도록 각각 음극판 (520a, 520b)을 구비하되, 상기 음극판들 (520a, 520b)은 서로 대면하지 않도록 구비되고, 상기 제1 및 제2 무지부 (512, 522a, 522b)가 대면하는 부분에서부터 상기 양극판 (510) 및 음극판 (520a, 520b)을 권취하여 형성될 수 있다.
상기 양극판 (510)은 제1 무지부 (512)를 일단에 구비되지 않고, 양극 활물질부 (511a, 511b) 사이에 구비될 수 있다. 도면에서는 상기 제1 무지부 (512)를 기준으로 좌측은 제1 양극 활물질부 (511a)로, 우측은 제1 양극 활물질부 (511b)로 도시되어 있다.
상기 제1 및 제2 양극 활물질부 (511a, 511b)는 동일한 종류의 양극 활물질로 도포될 수 있으나, 상이한 종류의 양극 활물질로 도포될 수 있다. 또한, 동일한 양극 활물질을 사용하는 경우에는, 양극 활물질부에 도포된 양극 활물질의 두께를 상이하게 하는 등의 다양한 방법으로 활물질부의에 변화를 가할 수 있다. 따라서, 본 실시예에 따른 전극 조립체 (500)를 포함하는 이차 전지는 설계에 따른 그 용량 등의 특성을 더 자유롭게 변형시킬 수 있다는 장점을 갖는다. 본 실시예에서는 상기 제1 및 제2 양극 활물질부 (511a, 511b)들을 동일한 양극 활물질을 사용하여, 동일한 도포 두께로 제작하였다.
상기 음극판 (520a, 520b)은 제1 및 제2 음극판 (520a, 520b)을 포함하고, 상기 제1 및 제2 음극판 (520a, 520b)은 각각 제1 및 제2 음극 활물질부 (521a, 521b)와 제2' 및 제2'' 무지부 (522a, 522b)로 구성될 수 있다. 또한, 상기 제1 및 제2 음극 활물질부 (521a, 521b)는 각각 상이한 음극 활물질로 도포할 수 있고, 동일한 음극 활물질로 도포할 수 있다. 또한, 동일한 음극 활물질을 사용하는 경우에는, 음극 활물질부에 도포된 음극 활물질의 두께를 다르게 할 수 있다. 이와 같이, 제1 및 제2 음극 활물질부 (521a, 521b)는 각각의 음극 활물질부에 대응하도록 구비되는 양극 활물질부 (511a, 511b)에 따라서 적절하게 변화시킬 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 제1 및 제2 음극 활물질부 (521a, 521b)는 동일한 음극 활물질을 사용하여 제1 및 제2 양극 활물질부 (511a, 511b)에 대응하도록 제작하였다.
상기 제2 전극탭은 제2' 및 제2'' 전극탭 (550a, 550b)을 포함할 수 있다. 상기 제2' 및 제2'' 전극탭 (550a, 550b)은 제1 및 제2 음극판 (520a, 520b)에 구비될 수 있으며, 상기 제2' 및 제2'' 전극탭 (550a, 550b)의 폭은 동일하나 그 세로 길이는 상이하도록 구비될 수 있다.
상기 제1 전극탭 (520)과 제2' 및 제2'' 전극탭 (550a, 550b)은 각각 상기 전극 조립체 (500)의 상부 및 하부에 구비될 수 있고, 또한, 상기 제1 전극탭 (520)과 제2' 및 제2'' 전극탭 (550a, 550b)은 각각의 무지부측에 접하는 부분이 모따기될 수 있다.
도 12를 참조하면, 본 실시예에 따른 전극탭들의 크기는 다음과 같다. 권취 방향을 기준으로 제1 무지부 (512)에 부착되는 제1 전극탭 (540)의 부착면의 세로 길이 (u1)는 제1 전극탭 (540)의 단축 길이 (c1)에 의한다. 또한, 상기 제1 전극탭 (540)의 폭 (u2)는 본 실시예에 따른 전극 조립체 (500)의 권취폭에 의한다. 이와 유사하게, 제2' 및 제2'' 무지부 (522a, 522b)에 부착되는 제2' 및 제2'' 전극탭 (550a, 550b)의 부착면의 세로 길이 (v1, v'1)는 각각 제2' 및 제2'' 극판 (520a, 520b)의 단축 길이 (d1, d'1)에 의하고, 상기 제2' 및 제2'' 전극탭 (550a, 550b)의 폭 (v1, v'1)은 본 실시예에 따른 전극 조립체 (500)의 권취폭에 의한다.
제1 전극탭 (540)과 제2' 및 제2'' 전극탭 (550a, 550b)의 크기와, 상기 전극탭들이 각각 무지부에 부착되는 부착면의 크기는 이차 전지의 설계에 따라 다양하게 변화시킬 수 있으나, 본 실시예에서는 동일하게 하였다.
전술한 바와 같이, 상기 전극탭들의 부착면의 세로 길이 (u1, v1, v'1)가 5 ㎜ 미만인 경우에는 무지부측와 상기 전극탭들의 부착 면적이 협소하여, 부착능이 떨어진다. 또한, 상기 전극탭들의 부착면의 세로 길이 (u1, v1, v'1)가 상기 극판들의 단축 길이를 이등분한 길이 이상일 경우에는 상기 전극탭들이 서로 대면한다. 따라서, 전극 조립체 (500)의 두께를 두껍게 만들고, 권취시 전극 조립체 (500)가 변형되기 쉽다. 따라서, 상기 제1 전극탭 (540)의 부착면의 세로 길이 (u1) 및 제2' 및 제2'' 전극탭 (550a, 550b)의 부착면의 세로 길이 (v1, v'1)는 5 ㎜ 이상 내지 상기 양극판 (510)의 단축 길이 (c1)를 이등분한 길이 미만이 바람직하다.
또한, 권취 방향을 기준으로 상기 전극탭들의 폭 (u2, v2, v'2)은 상기 전극 조립체 (500)의 최소 권취폭과 동일한 것이 바람직하다. 상기 폭 (u2, v2, v'2)이 상이한 경우에는, 이들 중 더 넓은 길이를 가진 전극탭에 의하여 권취폭이 결정된다. 따라서, 상기 전극탭들 가운데에서 폭이 더 넓은 전극탭만이 권취심의 역할을 하므로, 권취시에 한쪽 방향으로 힘이 치우칠 염려가 있다. 따라서, 상기 폭 (u2, v2, v'2)이 서로 동일한 것을 사용하는 것이 바람직하다.
전술한 바와 같이 본 실시예에 따른 제2' 및 제2'' 전극탭 (550a, 550b)은 그 폭은 동일하나, 세로 길이가 상이하게 구비될 수 있다. 제2' 및 제2'' 전극탭 (550a, 550b)에 있어서, 상대적으로 더 긴 세로 길이를 갖는 제2' 전극탭 (550a)은 제1 전극탭 (540)과 동일한 세로 길이를 갖도록 구비될 수 있다. 반면, 상대적으로 짧은 세로 길이를 갖는 제2'' 전극탭 (550b)의 외부로 돌출된 부분의 끝단은 제2' 전극탭 (550a)에 접촉한다. 상기 제2' 및 제2'' 전극탭 (550a, 550b)이 서로 접촉하는 부위를 저항 용접 또는 레이저 용접 등을 이용하여 용접한다. 본 실시예에서는 상기 제2' 및 제2'' 전극탭 (550a, 550b)의 세로 길이를 상이하게 하였으나, 상기 세로 길이를 동일하게 하는 것도 가능하다.
도 13을 참조하면, 상기 전극 조립체 (500)의 중심부에는 세퍼레이터 (530)를 사이에 두고 각 극판들의 무지부측이 서로 대면하도록 구비될 수 있다. 이때, 상기 무지부측에서, 제2' 및 제2'' 전극탭 (550a, 550b)은 서로 대면하나, 상기 제1 전극탭 (540)과 제2' 및 제2'' 전극탭 (550a, 550b)는 서로 대면하지 않도록 적층된다. 따라서, 세퍼레이터 (530)를 끼고 제1 전극탭 (540)과 제2' 및 제2'' 전극탭 (550a, 550b)은 서로 반대 방향으로 상기 전극 조립체 (500)의 상부 및 하부에 구비될 수 있다. 이때, 상기 제2' 및 제2'' 전극탭 (550a, 550b)은 동일한 방향으로 돌출된다
이하에서, 도 14 및 도 15를 참조하여 본 실시예에 따른 전극 조립체 (500)의 권취 방법을 살펴본다.
도 14를 참조하면, 본 실시예에 따른 전극 조립체 (500)는 하나의 양극판 (510)과 두 개의 제1 및 제2 음극판 (520a, 520b) 및 두 개의 세퍼레이터 (530)으로 구성된다. 상기 양극판 (510)은 상기 양극 집전체의 어느 끝단이 아닌 그 내부에 제1 무지부 (512)가 형성될 수 있다. 상기 제1 무지부 (512)의 좌측에는 제1 양극 활물질부 (511a)가 형성되고, 우측에는 제2 양극 활물질부 (511b)가 형성된다.
양극판 (510)의 좌측 상부면에는, 제1 음극판 (520a)이 구비되되, 상기 극판들 사이에는 세퍼레이터 (530)가 개재된다. 또한, 제2 음극판 (520b)도 그 사이에 세퍼레이터 (530)를 개재한 상태로 상기 양극판 (510)의 우측 하부면에 구비될 수 있다. 따라서, 상기 제1 및 제2 음극 활물질부 (521a, 521b)는 각각 제1 및 제2 양극 활물질부 (511a, 511b)에 대응하여 적층된다.
또한, 상기 양극판 (510)의 무지부측에는 전면 및 후면에 상기 제1 음극판 (520a) 및 상기 제2 음극판 (520b)의 무지부측이 대면한다. 여기에서, 상기 무지부측의 일면은 제2' 전극탭 (550a)이, 또 다른 일면은 제2'' 전극탭 (550b)이 대면한다. 따라서, 상기 제2' 및 제2'' 전극탭 (550a, 550b)은 그 사이에 제1 전극탭 (540)을 끼고 대면하게 된다.
따라서, 상기 양극판 (510)의 제1 양극 활물질부 (521a)는 제1 음극판 (520a)의 제1 음극 활물질부 (521a)와 그 사이에 세퍼레이터 (530)를 끼고 대면한다. 또한, 상기 양극판 (510)의 제2 양극 활물질부 (521b)도 상기 제2 음극판 (520b)의 제2 음극 활물질부 (521b)와 대면한다. 이와 같이 전극 조립체 (500)는 서로 다른 극성을 갖는 극판끼리 대면하도록 구비되되, 각각의 극판들의 활물질부는 각 극판들의 활물질부끼리 대면하고, 무지부측은 무지부측들끼리 대면하게 된다.
전극 조립체 (500)는 도 14에 도시한 바와 같이, 양극판 (510)은 제1 양극 활물질부 (521a)와 상기 제1 양극 활물질부 (521a)에 대면하도록 구비되는 제1 음극판 (520a)을 권취하되, 상기 양극판 (510)의 제2 양극 활물질부 (521b)와 상기 제2 양극 활물질부 (521b)에 대면하도록 구비되는 제2 음극판 (520b)을 감싸도록 권취될 수 있다.
즉, 제1 음극판 (520a), 세퍼레이터 (530) 및 양극판 (510)의 좌측을 반시계 방향으로 감아서 상기 제2 음극판 (520b)을 감싸도록 한다. 또한, 세퍼레어터 (530), 양극판 (510)의 우측 및 제2 음극판 (520b)을 반시계 방향으로 감아서 상기 제1 음극판 (520a)을 감싸도록 한다. 이때, 중심부에 존재하는 전극탭들은 권취심으로 작용하여 권취를 용이하게 한다. 이를 반복하여 본 실시예에 따른 전극 조립체 (500)를 형성할 수 있다.
본 발명의 기술 사상은 양호한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기 실시예들는 본 발명을 설명하기 위한 것으로, 본 발명을 제한하기 위함이 아님을 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 변형 및 변경이 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
전술한 발명의 권리 범위는 이하의 특허 청구 범위에 의하여 정해지는 것으로, 본 명세서의 기재에 구속되지 않으며, 특허 청구 범위의 균등 범위에 속하는 변형과 변경은 모두 본 발명의 범위에 속할 것이다.
10: 이차 전지
20: 파우치 케이스
100, 200, 300, 400, 500: 전극 조립체
110, 310, 510: 제1 극판
120, 320, 520a, 520b: 제2 극판
130, 330, 530: 세퍼레이터
140, 340, 540: 제1 전극탭
150, 350, 550a, 550b: 제2 전극탭

Claims (24)

  1. 제1 활물질이 도포된 제1 활물질부와, 상기 제1 활물질이 도포되지 않은 제1 무지부를 구비하는 제1 극판;
    제2 활물질이 도포된 제2 활물질부와, 상기 제2 활물질이 도포되지 않은 제2 무지부를 구비하는 제2 극판;
    상기 제1 및 제2 극판 사이에 개재되는 세퍼레이터; 및
    상기 제1 및 제2 무지부에 각각 구비되는 제1 및 제2 전극탭을 포함하고,
    상기 제1 및 제2 극판은 제1 및 제2 무지부의 적어도 일부가 대면하되 제1 및 제2 전극탭이 극판내에서 서로 대면하지 않도록 구비되고, 상기 제1 및 제2 무지부가 대면하는 부분에서부터 상기 제1 및 제2 극판을 권취하여 형성되는 전극 조립체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전극탭과 제2 전극탭은 각각 상기 전극 조립체의 상부 및 하부에 구비되는 전극 조립체.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 또는 제2 전극탭은 제1 또는 제2 무지부에 접하는 부분이 모따기 (chamfering)되는 전극 조립체.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 또는 제2 전극탭은 각각의 폭이 상기 전극 조립체의 최소 권취폭과 동일하도록 구비되는 전극 조립체.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 또는 제2 전극탭은 상기 제1 또는 제2 무지부와 대면하고, 상기 대면하는 부분의 세로 길이는 5 ㎜ 이상 내지 제1 또는 제2 극판의 세로 길이의 절반 미만으로 구비되는 전극 조립체.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 또는 제2 무지부는 제1 또는 제2 전극탭이 구비되지 않은 부분에 커팅된 부분을 포함하는 전극 조립체.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 커팅된 부분은 세로 길이가 제1 또는 제2 극판의 세로 길이의 절반 미만으로 구비되는 전극 조립체.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 커팅된 부분은 상기 커팅된 부분의 모서리가 모따기되도록 구비되는 전극 조립체.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 커팅된 부분은 권취되는 전극 조립체의 만곡부에 포함되지 않는 전극 조립체.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 극판은 제1 및 제2 무지부의 적어도 일부가 대면하되 각 극판의 타단은 서로 반대반향을 향하도록 구비되는 전극 조립체.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제1 극판은 상기 활물질이 간헐 도포된 하나 이상의 제1 활물질부와 상기 제1 활물질 사이에 구비되는 제1 무지부를 포함하고, 상기 제1 전극탭은 상기 제1 무지부에 구비되는 전극 조립체.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 전극 조립체는 제1 및 제2 극판의 일단인 제1 및 제2 무지부의 적어도 일부가 권취 중심부에서 대면하되 상기 제1 및 제2 극판의 타단은 서로 반대방향을 향하도록 구비되며, 상기 제1 및 제2 극판은 상기 권취 중심부를 기준으로 서로 반대방향으로 권취되는 전극 조립체.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 전극 조립체는 제1 및 제2 극판의 일단이 권취 중심부에 구비되고 상기 제1 및 제2 극판의 타단은 서로 동일한방향을 향하며, 상기 제1 및 제2 극판은 상기 권취 중심부를 기준으로 서로 동일한방향으로 권취되는 전극 조립체.
  14. 제1 활물질이 간헐 도포된 하나 이상의 제1 활물질부와, 상기 제1 활물질부들 사이에 상기 제1 활물질이 도포되지 않은 제1 무지부를 구비하는 제1 극판;
    제2 활물질이 도포된 제2 활물질부와, 일단에 상기 제2 활물질이 도포되지 않은 제2 무지부를 각각 구비하는 두 개의 제2 극판;
    상기 제1 및 제2 극판 사이에 개재되는 세퍼레이터; 및
    상기 제1 및 제2 무지부에 각각 구비되는 제1 및 제2 전극탭을 포함하고,
    상기 제1 극판의 상부 및 하부에는 상기 제1 및 제2 무지부의 적어도 일부가 대면하되 제1 및 제2 전극탭이 극판내에서 서로 대면하지 않도록 각각 제2 극판을 구비하되, 상기 제2 극판들은 서로 대면하지 않도록 구비되고, 상기 제1 및 제2 무지부가 대면하는 부분에서부터 상기 제1 및 제2 극판을 권취하여 형성되는 전극 조립체.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제1 전극탭과 제2 전극탭은 각각 상기 전극 조립체의 상부 및 하부에 구비되되, 상기 제2 극판들에 구비되는 각각의 제2 전극탭들은 폭은 동일하나 그 세로 길이는 상이하도록 구비되는 전극 조립체.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 제1 또는 제2 전극탭은 제1 또는 제2 무지부에 접하는 부분이 모따기되는 전극 조립체.
  17. 제14항에 있어서,
    상기 제1 또는 제2 전극탭은 각각의 폭이 상기 전극 조립체의 최소 권취폭과 동일하도록 구비되는 전극 조립체.
  18. 제14항에 있어서,
    상기 제1 또는 제2 전극탭은 상기 제1 또는 제2 무지부와 대면하고, 상기 대면하는 부분의 세로 길이는 5 ㎜ 이상 내지 제1 또는 제2 극판의 세로 길이의 절반 미만으로 구비되는 전극 조립체.
  19. 제14항에 있어서,
    상기 제1 극판은 무지부를 사이에 두고 두 개의 제1 활물질부로 이루어지고, 상기 제1 극판의 제1 활물질부의 어느 하나와 및 이에 대면하도록 구비되는 제2 극판을 권취하되, 상기 제1 극판의 제1 활물질부의 다른 하나에 대면하도록 구비되는 제2 극판을 감싸도록 권취하는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  20. 제14항에 있어서,
    상기 제1 또는 제2 무지부는 제1 또는 제2 전극탭이 구비되지 않은 부분에 커팅된 부분을 포함하는 전극 조립체.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 커팅된 부분은 세로 길이가 제1 또는 제2 극판의 세로 길이의 절반 미만으로 구비되는 전극 조립체.
  22. 제20항에 있어서,
    상기 커팅된 부분은 상기 커팅된 부분의 모서리가 모따기되도록 구비되는 전극 조립체.
  23. 제20항에 있어서,
    상기 커팅된 부분은 권취되는 전극 조립체의 만곡부에 포함되지 않는 전극 조립체.
  24. 제1항 내지 제23항 중 어느 하나의 항에 기재된 전극 조립체와 상기 전극 조립체를 수용하는 케이스를 포함하는 이차 전지.
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