WO2023013929A1 - 전극 조립체, 배터리 및 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차 - Google Patents

전극 조립체, 배터리 및 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차 Download PDF

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김수진
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Definitions

  • the present invention relates to an electrode assembly, a battery, and a battery pack and automobile including the same.
  • a jelly roll type electrode assembly having a shape in which a positive electrode tab and a negative electrode tab are respectively extended vertically along the height direction of the battery housing may be applied to maximize current collection efficiency.
  • the present invention which has been devised in consideration of the above-mentioned problems, aims to reduce the internal resistance of a cylindrical battery and effectively prevent an internal short circuit at the same time.
  • An object of the present invention is to provide an electrode assembly capable of fully exerting the effect of an insulating coating even if the electrode is bent (bending), and a battery including the same.
  • An object of the present invention is to provide an electrode assembly capable of improving electrolyte impregnability through an insulating coating, and a battery including the same.
  • the electrode assembly according to the present invention for achieving the above technical problem is an electrode assembly in which a first electrode and a second electrode having a sheet shape and a separator interposed therebetween are wound around an axis to define a core and an outer circumferential surface.
  • the first electrode and the second electrode may include a non-coated portion protruding out of the separator along an axial direction without an active material layer coated on a long side end; and a holding portion coated with an active material layer except for the uncoated portion.
  • the first electrode includes at least one insulating layer simultaneously covering at least a portion of the uncoated portion and at least a portion of the holding portion along a winding direction.
  • the uncoated portion is bent in a radial direction at a point spaced apart from the insulating layer in the axial direction.
  • a thickness of the insulating layer may be smaller than a thickness of the active material layer, and the insulating layer and the separator may be slightly spaced apart from each other.
  • the insulating layer reinforces strength of a portion of the first electrode covered by the insulating layer. Accordingly, when the uncoated portion is bent, the uncoated portion is bent in an area not covered by the insulating layer.
  • a predetermined gap exists between the bent portion of the uncoated portion and the insulating layer.
  • the gap may be 0.2 mm or more, preferably 0.4 mm or more. If the gap is smaller than this, the insulating layer may be damaged or deformed when the uncoated portion is bent.
  • the gap may be 4 mm or less and preferably 1.5 mm or less. When the gap is larger than this, the effect of preventing the insulation from being damaged or deformed does not increase, but the effect of supporting the bending of the uncoated portion of the insulation layer begins to decrease.
  • the gap may be 0.2 to 4 mm, preferably 0.4 to 1.5 mm.
  • At least part of the uncoated portion may be used as an electrode tab by itself.
  • the uncoated portion of the first electrode has a first surface facing the core and a second surface facing the outer circumferential surface.
  • the insulating layer may be provided on the first surface and the second surface.
  • the uncoated portion may be bent toward the core so that the first surface faces an end surface of the electrode assembly.
  • a region where the insulating layer covers the first surface may extend more toward a distal end of the uncoated portion than a region where the insulating layer covers the second surface.
  • the insulating layer covering the second surface is lower than the height of the insulating layer of the first surface, when the bent portion of the adjacent uncoated portion facing the second surface overlaps the second surface, the insulating layer is adjacent to the second surface.
  • the uncoated portion may be overlapped in several layers in an axial direction while being bent, and an insulating layer may not be formed on a mutually contacting surface between adjacent uncoated portions in the axial direction.
  • a front end of the insulating layer may have substantially the same height as at least a front end of the separation membrane.
  • a front end of the insulating layer may extend further outward in an axial direction than a front end of the separator.
  • one end of the insulating layer in the axial direction may be positioned at substantially the same height as or outside of one end of the separator in the axial direction.
  • one end of the insulating layer in the axial direction may be located at substantially the same height as one end of the separator in the axial direction.
  • the uncoated portion may further protrude outward from the insulating layer.
  • the holding part may not protrude further than the separation membrane in an axial direction.
  • the first electrode may be an anode.
  • one end of the second electrode facing the insulating layer with the separator interposed therebetween may not protrude outward more than one end of the separator.
  • the holding part may include a sliding part in which a thickness of the active material layer is reduced compared to a central region of the holding part.
  • the sliding part may be formed in a boundary region between the holding part and the uncoated part.
  • the sliding part may be provided at one end of the first electrode and the other end of the second electrode, respectively.
  • the sliding part of the holding part provided in the first electrode and the sliding part of the holding part provided in the second electrode may be provided in opposite directions with respect to an axial direction.
  • the separator may protrude outward from the other end of the first electrode and one end of the second electrode.
  • the insulating layer may cover at least a portion of the sliding portion.
  • the insulating layer may cover the uncoated portion by 0.3 to 5 mm.
  • the insulating layer may cover the uncoated portion by 1.5 to 3 mm.
  • the insulating layer may cover the holding portion by 0.1 to 3 mm.
  • the insulating layer may cover the holding portion by 0.2 to 0.5 mm.
  • At least a portion of the uncoated region may be divided into a plurality of segments.
  • At least a partial section of the uncoated portion may be divided into a plurality of segments by a plurality of cutting grooves spaced apart in a winding direction.
  • the segments may be bent in a radial direction.
  • a bending moment may be concentrated on the lower end of the cutting groove, and thus a bending line may be formed at a position corresponding to the lower end of the cutting groove.
  • the gap may exist between a lower end of the cutting groove and the insulating layer.
  • the cutting groove may include a flat bottom, side portions of segment segments located on both sides of the bottom, and round portions connecting the bottom and the side portions.
  • an imaginary line along an axial end of the insulating layer may overlap the round portion.
  • the uncoated portion of the first electrode has a first surface facing the core and a second surface opposite the outer circumferential surface, and the insulating layer is the first surface.
  • a region covering the first surface extends further toward the distal end of the uncoated portion of the first electrode than a region where the insulating layer covers the second surface, and an axial end portion of the insulating layer formed on the second surface of the uncoated portion of the first electrode.
  • An imaginary line along may overlap with the round portion.
  • the plurality of segments may be overlapped in several layers along the axial direction while being bent toward the core.
  • the uncoated portion provided on the first electrode and the uncoated portion provided on the second electrode may protrude in opposite directions with respect to an axial direction.
  • an axial length of the holding part provided in the first electrode may be shorter than an axial length of the holding part provided in the second electrode.
  • the holding part provided in the first electrode may be located on the inner side of the holding part provided in the second electrode in the axial direction.
  • the insulating layer may be an insulating coating layer or an insulating tape provided on a boundary region between the uncoated portion and the holding portion.
  • the insulating layer may include a binder and an inorganic filler.
  • the insulating layer may have porosity.
  • a battery according to an aspect of the present invention for achieving the above technical problem the electrode assembly; a battery housing in which the electrode assembly is accommodated and electrically connected to one of the first electrode and the second electrode; a sealing body sealing the open end of the battery housing; and a terminal electrically connected to the other one of the first electrode and the second electrode and having a surface exposed to the outside.
  • the battery may further include a first collector plate electrically coupled to the uncoated portion provided on the first electrode.
  • the uncoated portion may be electrically coupled to the first current collector in an area not covered by the insulating layer among the entire area of the uncoated portion.
  • the uncoated portion may be coupled to the first current collector plate by welding in an area not covered by the insulating layer among the entire area of the uncoated portion.
  • a battery pack according to the present invention for achieving the above technical problem includes a plurality of the above-described batteries; and a pack housing accommodating the plurality of batteries.
  • the above technical problem can also be achieved by a vehicle including the battery pack.
  • the internal resistance of the battery can be drastically reduced.
  • the insulating layer supports the bending point of the uncoated portion, buckling occurring during bending of the uncoated portion can be minimized.
  • the uncoated portion includes a plurality of segments spaced apart by the cut groove
  • the axial end portion of the insulating layer overlaps the round portion of the cut groove, thereby improving electrolyte impregnability.
  • FIG. 1 is a perspective view of a cylindrical battery according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a longitudinal cross-sectional view of a cylindrical battery according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 3 is a perspective view of an electrode assembly included in a cylindrical battery according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a partial longitudinal cross-sectional view showing a disposition structure of an electrode and a separator included in an electrode assembly according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a partial longitudinal cross-sectional view showing a disposition structure of an electrode and a separator included in an electrode assembly according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a partial longitudinal cross-sectional view showing a disposition structure of electrodes and separators included in an electrode assembly when a non-coated portion is bent according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7A is a partial plan view of an electrode showing characteristics of a gap between an insulating layer and a cut groove when an uncoated portion of the electrode includes a plurality of segments according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7B is a partial plan view of an electrode showing characteristics when an end portion of an insulating layer overlaps a round portion of a cut groove when an uncoated portion of the electrode includes a plurality of segments according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a perspective view illustrating an electrode assembly in a state in which segments are bent according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a partial longitudinal cross-sectional view showing a disposition structure of electrodes and separators included in an electrode assembly according to the prior art.
  • 10 is a graph showing power distribution in several short-circuit cases in a battery.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating a battery pack including a cylindrical battery according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a diagram illustrating a vehicle including a battery pack according to an embodiment of the present invention.
  • a direction corresponding to the winding axis of the electrode assembly 10 may be referred to as an axial direction (Z).
  • the axial direction Z may be a direction corresponding to a width direction of sheet-type electrodes and separators.
  • the longitudinal direction (X) of the sheet-shaped electrodes and separators may correspond to the circumferential direction (X) surrounding the wound electrode assembly 10 .
  • the normal direction (Y) of the surfaces of the sheet-shaped electrodes and separators may correspond to the radial direction (Y) of the wound electrode assembly 10 .
  • the battery 1 according to an embodiment of the present invention includes an electrode assembly 10, a battery housing 20, a sealing body 30, and a terminal 40.
  • the battery 1 additionally includes a first collector plate 50 and/or an insulator 60 and/or an insulating gasket 70 and/or a second collector plate 80 and/or a seal
  • a gasket 90 may be further included.
  • the electrode assembly 10 includes a first electrode 11 having a first polarity, a second electrode 12 having a second polarity, the first electrode 11 and the second electrode 11. It includes a separator 13 interposed between the electrodes 12 and an insulating layer 14 covering at least a portion of the first electrode 11 .
  • the first electrode 11 is an anode or a cathode
  • the second electrode 12 corresponds to an electrode having a polarity opposite to that of the first electrode 11 .
  • the first electrode 11 is an anode
  • the second electrode 12 is a cathode.
  • the first electrode 11 and the second electrode 12 may have a sheet shape.
  • the electrode assembly 10 may have, for example, a jelly-roll shape. That is, in the electrode assembly 10, a laminate formed by sequentially stacking the first electrode 11, the separator 13, the second electrode 12, and the separator 13 at least once is wound around the center (C). It can be manufactured by winding based on. In this case, an outermost winding turn of the separator 13 may be provided on the outer circumferential surface of the electrode assembly 10 to insulate the battery housing 20 .
  • the first electrode 11 and the second electrode 12 may include uncoated portions 11a and 12a at long side ends that are not coated with an active material layer.
  • the first electrode 11 and the second electrode 12 may include holding portions 11b and 12b coated with an active material layer except for the uncoated portions 11a and 12a.
  • the first electrode 11 includes a first electrode current collector and a first electrode active material layer applied on one or both surfaces of the first electrode current collector.
  • a region where the first electrode active material layer is applied on the first electrode current collector is referred to as a holding portion 11b provided in the first electrode 11 .
  • An uncoated portion 11a to which the first electrode active material layer is not coated may exist at one end of the first electrode current collector in the axial direction. At least a part of the uncoated portion 11a is used as an electrode tab by itself. That is, at least some of the winding turns of the uncoated portion 11a function as electrode tabs of the first electrode 11 .
  • the uncoated portion 11a provided on the first electrode 11 is provided on an upper portion of the electrode assembly 10 accommodated in the battery housing 20 in the axial direction.
  • the second electrode 12 includes a second electrode current collector and a second electrode active material layer applied on one or both surfaces of the second electrode current collector.
  • a region where the second electrode active material layer is applied on the second electrode current collector is referred to as a holding portion 12b provided in the second electrode 12 .
  • An uncoated portion 12a to which the second electrode active material layer is not coated may exist at the other end of the second electrode current collector in the axial direction. At least a part of the uncoated portion 12a is used as an electrode tab by itself. That is, at least some of the winding turns of the uncoated portion 12a function as electrode tabs of the second electrode 12 .
  • the uncoated portion 12a provided on the second electrode 12 is provided below the electrode assembly 10 accommodated in the battery housing 20 in the axial direction.
  • the uncoated portion 11a provided on the first electrode 11 and the uncoated portion 12a provided on the second electrode 12 may protrude in opposite directions.
  • the uncoated portion 11a provided on the first electrode 11 protrudes upward toward the axial direction of the electrode assembly 10 and is provided on the second electrode 12.
  • the uncoated portion 12a may protrude toward the lower portion of the electrode assembly 10 in the axial direction. Accordingly, the uncoated portion 11a provided on the first electrode and the uncoated portion 12a provided on the second electrode extend outward from the separator 13 in opposite directions along the axial direction of the electrode assembly 10. may protrude.
  • the thicknesses of the separation membrane 13, the first electrode 11, and the second electrode 12 are exaggerated, and the length of the uncoated portion 11a is shown reduced compared to actual.
  • the holding parts 11b and 12b may include sliding parts having a reduced thickness of the active material layer compared to a central region of the holding parts 11b and 12b.
  • each of the first electrode 11 and the second electrode 12 may have a sliding portion, which is a region in which the thickness of the active material layer is reduced, at one end or the other end.
  • the sliding phenomenon is a phenomenon in which the slurry in the application boundary area has a substantially inclined shape in which less electrode active material is applied in the slurry application boundary area than in areas other than the slurry application border area due to the spread of the slurry containing the electrode active material. it means.
  • the slurry volume decreases as the solvent contained in the slurry evaporates, and the sliding phenomenon may be further intensified near the boundary between the area where the electrode active material is applied and the area where the electrode active material is not applied.
  • the sliding part may be formed in a boundary region between the holding parts 11b and 12b and the uncoated parts 11a and 12a.
  • the sliding part may be provided at one end of the first electrode 11 and at the other end of the second electrode 12 , respectively. That is, the sliding part of the holding part 11b provided in the first electrode 11 and the sliding part of the holding part 12b provided in the second electrode 12 may be provided in opposite directions.
  • the sliding part of the first electrode 11 may be formed at an upper part in the axial direction
  • the sliding part of the second electrode 12 may be formed at the lower part in the opposite direction, the axial direction. can be formed in
  • the length of the holding part 11b provided on the first electrode 11 in the axial direction may be shorter than the length of the holding part 12b provided on the second electrode 12 in the axial direction.
  • the holding part 11b provided on the first electrode 11 may be located on the inner side of the holding part 12b provided on the second electrode 12 in the axial direction.
  • the axial length of the holding portion 12b provided on the second electrode 12 is greater than the axial length of the holding portion 11b provided on the first electrode 11. may have been formed. Accordingly, the upper end of the holding part 11b of the first electrode 11 is lower than the upper end of the holding part 12b of the second electrode 12, and the lower end of the holding part 11b of the first electrode 11 is the second electrode 11.
  • the axial length of the holding portion 11b provided on the first electrode 11 is the axial length of the holding portion 12b provided on the second electrode 12, excluding the sliding portion. It may be formed shorter than the length. This structure is to prevent the precipitation of lithium metal when the NP ratio of the anode/cathode is reduced to 100% or less.
  • the holding portions 11b and 12b may not protrude further than the separation membrane 13 in the axial direction. That is, if the holding parts 11b and 12b protrude more than the separator 13 in the axial direction, the possibility of contact between the first electrode 11 and the second electrode 12 may increase. If so, an internal short circuit may occur in the contact area, increasing the risk of ignition. Therefore, it is important that the holding portions 11b and 12b do not protrude from the separator 13 in the axial direction. That is, the holding portions 11b and 12b are preferably positioned inside the separation membrane 13 in the axial direction.
  • the positive active material coated on the positive electrode plate and the negative active material coated on the negative electrode plate may be used without limitation as long as they are known in the art.
  • the cathode active material has the general formula A (A x M y ) O 2+z (A includes at least one element of Li, Na and K; M is Ni, Co, Mn, Ca, Mg, Al, including at least one element selected from Ti, Si, Fe, Mo, V, Zr, Zn, Cu, Al, Mo, Sc, Zr, Ru, and Cr; x ⁇ 0, 1 ⁇ x+y ⁇ 2, - 0.1 ⁇ z ⁇ 2; the stoichiometric coefficients x, y and z are chosen such that the compound remains electrically neutral).
  • the cathode active material is an alkali metal compound disclosed in US6,677,082, US6,680,143, etc. xLiM1O 2- (1-x)Li 2 M2O 3 (M1 includes at least one element having an average oxidation state of 3; M2 is an average oxidation state of at least one element). It may contain at least one element having an oxidation state of 4; 0 ⁇ x ⁇ 1).
  • the cathode active material has the general formula Li a M1 x Fe 1-x M2 y P 1-y M3 z O 4-z
  • M1 is Ti, Si, Mn, Co, Fe, V, Cr, Mo, Includes at least one element selected from Ni, Nd, Al, Mg, and Al
  • M2 is Ti, Si, Mn, Co, Fe, V, Cr, Mo, Ni, Nd, Al, Mg, Al, As, Sb, Contains at least one element selected from Si, Ge, V and S
  • M3 contains a halogen group element optionally including F; 0 ⁇ a ⁇ 2, 0 ⁇ x ⁇ 1, 0 ⁇ y ⁇ 1, 0 ⁇ z ⁇ 1; the stoichiometric coefficients a, x, y and z are chosen such that the compound remains electrically neutral), or Li 3 M 2 (PO 4 ) 3 [M is Ti, Si, Mn, Fe, Co, V, Cr , including at least one element selected from Mo
  • the cathode active material may include primary particles and/or secondary particles in which the primary particles are aggregated.
  • the negative electrode active material may use a carbon material, lithium metal or a lithium metal compound, silicon or a silicon compound, tin or a tin compound, or the like.
  • Metal oxides such as TiO 2 and SnO 2 having a potential of less than 2 V can also be used as an anode active material.
  • the carbon material both low crystalline carbon and high crystalline carbon may be used.
  • the separator is a porous polymer film, for example, a porous polymer film made of polyolefin-based polymers such as ethylene homopolymer, propylene homopolymer, ethylene/butene copolymer, ethylene/hexene copolymer, and ethylene/methacrylate copolymer. Alternatively, they may be laminated and used. As another example, the separator may use a conventional porous nonwoven fabric, for example, a nonwoven fabric made of high melting point glass fiber, polyethylene terephthalate fiber, or the like.
  • At least one surface of the separator may include a coating layer of inorganic particles. It is also possible that the separation membrane itself is made of a coating layer of inorganic particles. Particles constituting the coating layer may have a structure combined with a binder so that an interstitial volume exists between adjacent particles.
  • the inorganic particles may be made of an inorganic material having a dielectric constant of 5 or more.
  • the inorganic particles are Pb(Zr,Ti)O 3 (PZT), Pb 1-x La x Zr 1-y Ti y O 3 (PLZT), PB(Mg 3 Nb 2/3 )O 3- PbTiO 3 (PMN-PT), BaTiO 3 , hafnia(HfO 2 ), SrTiO 3 , TiO 2 , Al 2 O 3 , ZrO 2 , SnO 2 , CeO 2 , MgO, CaO, ZnO and Y 2 O 3 It may include at least one or more materials selected from the group consisting of.
  • the electrolyte may be a salt having a structure such as A + B - .
  • a + includes alkali metal cations such as Li + , Na + , and K + or ions made of combinations thereof.
  • B - is F - , Cl - , Br - , I - , NO 3 - , N(CN) 2 - , BF 4 - , ClO 4 - , AlO 4 - , AlCl 4 - , PF 6 - , SbF 6 - , AsF 6 - , BF 2 C 2 O 4 - , BC 4 O 8 - , (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 - , C 4 F 9 SO 3 - , CF 3 CF 2
  • the electrolyte can also be used by dissolving it in an organic solvent.
  • organic solvent propylene carbonate (PC), ethylene carbonate (EC), diethyl carbonate (DEC), dimethyl carbonate (DMC), dipropyl carbonate (DPC) , dimethyl sulfoxide, acetonitrile, dimethoxyethane, diethoxyethane, tetrahydrofuran, N-methyl-2-pyrrolidone 2-pyrrolidone (NMP), ethyl methyl carbonate (EMC), ⁇ -butyrolactone, or mixtures thereof may be used.
  • the first electrode 11 of the present invention includes at least a portion of the uncoated portion 11a and at least a portion of the holding portion 11b. It may include at least one insulating layer 14 covering a portion of the same. The insulating layer 14 may cover at least a boundary between the uncoated portion 11a and the holding portion 11b, and cover portions of the uncoated portion 11a and the holding portion 11b adjacent to the boundary.
  • Electrical contact between the first electrode 11 and the second electrode 12 can be effectively prevented by the insulating layer 14 . More specifically, electrical contact between the uncoated portion 11a provided on the first electrode 11 and the holding portion 12b provided on the second electrode 12 can be effectively prevented.
  • the insulating layer 14 may be provided on at least one surface of the first electrode 11 .
  • the insulating layer 14 may be provided on both sides of the first electrode 11 .
  • the separator 13 When viewed in the radial direction, the separator 13 is positioned on both sides of the first electrode 11, and the second electrode 12 faces the separator with the separator interposed therebetween. Therefore, in order to prevent electrical contact between the first electrode 11 and the second electrode 12 facing each other with the separator 13 interposed therebetween, the insulating layer 14 is formed on both sides of the first electrode 11. It is desirable to have all of them.
  • the insulating layer 14 may be provided in all regions of the region of the first electrode 11 that may face the holding portion 12b provided in the second electrode 12 .
  • one end of the insulating layer 14 in the axial direction may be positioned at the same height as or outside of one end of the separator 13 in the axial direction. More specifically, referring to FIG. 4 as an example, one end of the insulating layer 14 in the axial direction may be positioned at the same height as one end of the separator 13 in the axial direction.
  • one end of the insulating layer 14 in the axial direction may be located higher than one end of the separator 13 in the axial direction.
  • the separator 13 protrudes in the axial direction between the first electrode 11 and the second electrode 12, electrical contact between the first electrode 11 and the second electrode 12 is prevented to some extent. can do.
  • the second electrode 12 since there is a possibility that flow such as meandering of the first electrode 11 or the second electrode 12 may occur inside the battery 1, the second electrode 12 may be located near the end of the separator 13. possibility cannot be ruled out. Therefore, when the second electrode 12 is located up to the end of the separator 13 due to flow such as meandering or the second electrode 12 protrudes outward more than the end of the separator 13, the first electrode Electrical contact between (11) and the second electrode (12) becomes unavoidable.
  • the insulating layer 14 provided on the first electrode 11 is at least one part of the separator 13 It preferably extends to the same height as the end or to the outside of one end.
  • the uncoated portion 11a cannot function as an electrode tab, so the insulating layer 14 should cover only a part of the uncoated portion 11a provided on the first electrode 11. That is, the uncoated portion 11a may have a shape that further protrudes outward from the insulating layer 14 .
  • the insulating layer 14 may be an insulating coating layer or an insulating tape provided on a boundary region between the uncoated portion 11a and the holding portion 11b.
  • the shape of the insulating layer 14 is not limited thereto, and any form in which the insulating layer 14 can be attached to the first electrode 11 while ensuring insulating performance can be employed in the present invention.
  • the insulating layer 14 may include, for example, a binder such as oil-based SBR and an inorganic filler such as SiO 2 and Al 2 O 3 in order to secure insulation performance.
  • the binder and inorganic filler may be other materials known in the art.
  • the insulating layer 14 may simultaneously cover at least a portion of the uncoated portion 11a and at least a portion of the holding portion 11b.
  • the insulating layer 14 may be provided on a boundary region between the holding portion 11b and the uncoated portion 11a.
  • the insulating layer 14 may cover at least a portion of the sliding portion.
  • the insulating layer 14 is approximately 0.3 from the boundary between the uncoated portion 11a and the holding portion 11b in the entire area of the uncoated portion 11a provided in the first electrode 11. It can be extended to a point of ⁇ 5 mm. More preferably, the insulating layer 14 is formed approximately from the boundary between the uncoated portion 11a and the holding portion 11b in the entire area of the uncoated portion 11a provided in the first electrode 11. It can be extended to a point of 1.5 to 3 mm.
  • the insulating layer 14 extends to a position where no electrical contact occurs.
  • the insulating layer 14 is approximately 0.1 to 3 from the boundary between the uncoated portion 11a and the holding portion 11b in the entire area of the holding portion 11b provided in the first electrode 11. It can be extended to the mm point. More preferably, the insulating layer 14 extends approximately from the boundary between the uncoated portion 11a and the holding portion 11b in the entire area of the holding portion 11b provided in the first electrode 11. It can be extended to a point of 0.2 to 0.5 mm.
  • the insulating layer 14 covers a part of the holding part 11b provided in the first electrode 11, the capacity loss of the battery occurs, so it is necessary to minimize the length of the holding part covering length of the insulating layer 14. there is.
  • the insulating layer 14 provided on the first electrode 11 It is preferable to cover at least a part of the holding portion 11b.
  • the separation membrane 13 may have a shape protruding outward from the other end of the first electrode 11 and one end of the second electrode 12 .
  • one end means an end in an axial direction upward in the drawing
  • the other end means an end in an axial direction downward in the drawing.
  • the separator 13 may protrude outward from the lower end of the first electrode 11 and protrude outward from the upper end of the second electrode 12 .
  • the separator 13 does not protrude beyond the upper end of the first electrode 11 .
  • the separator 13 does not protrude beyond the lower end of the second electrode 12 .
  • one end of the second electrode 12 facing the insulating layer 14 with the separation film 13 therebetween may have a shape that does not protrude outward more than one end of the separation film 13.
  • an insulating layer 14 is provided at one end of the first electrode 11, and one end of the second electrode 12 facing the insulating layer 14. is located toward the inside of the separation membrane 13. Therefore, even if one end of the first electrode 11 protrudes to the outside of the separator 13, since one end of the second electrode 12 is located inside the separator 13, the first electrode 11 ) and the possibility of contact between the second electrode 12 is significantly reduced.
  • the battery housing 20 is a substantially cylindrical container having an opening formed at a lower end thereof, and is made of a conductive material such as metal.
  • the material of the battery housing 20 may be aluminum, for example.
  • the bottom portion of the battery housing 20 provided with the open portion will be referred to as an open end.
  • a side surface (outer circumferential surface) and an upper surface of the battery housing 20 may be integrally formed.
  • An upper surface of the battery housing 20 (a surface perpendicular to the Z axis and a surface parallel to the X-Y plane) has a substantially flat shape.
  • An upper surface located on the opposite side of the open end is referred to as a closed end.
  • the battery housing 20 accommodates the electrode assembly 10 through an opening formed at the lower side and also accommodates the electrolyte.
  • the battery housing 20 is electrically connected to the electrode assembly 10 .
  • the battery housing 20 may be electrically connected to one of the first electrode 11 and the second electrode 12 .
  • the battery housing may be electrically connected to the second electrode 12 of the electrode assembly 10 .
  • the battery housing 20 may have the same polarity as the second electrode 12 .
  • the battery housing 20 may include a beading portion 21 and a crimping portion 22 formed at a lower end thereof.
  • the beading part 21 is located below the electrode assembly 10 .
  • the beading part 21 is formed by press fitting around the outer circumferential surface of the battery housing 20 .
  • the beading portion 21 prevents the electrode assembly 10, which may have a size substantially corresponding to the width of the battery housing 20, from escaping through the opening formed at the lower end of the battery housing 20, and the sealing body ( 30) can function as a support to be seated.
  • the crimping part 22 is formed below the beading part 21 .
  • the crimping part 22 has an extended and bent shape so as to cover the outer circumferential surface of the sealing body 30 disposed below the beading unit 21 and a part of the lower surface of the sealing body 30 .
  • the present invention does not exclude the case where the battery housing 20 does not have such a beading portion 21 and/or crimping portion 22. That is, in the present invention, when the battery housing 20 does not include the beading portion 21 and/or the crimping portion 22, the electrode assembly 10 is fixed and/or the battery housing 20 is sealed. For example, it can be realized through the additional application of a part that can function as a stopper for the electrode assembly 10 . In addition, if the battery 1 of the present invention includes the sealing body 30, the electrode assembly 10 is fixed and/or the battery housing 20 is sealed, for example, the sealing body 30 is seated. It can be realized through additional application of a structure that can be and/or welding between the battery housing 20 and the sealing body 30. That is, the sealing body 30 may seal the open end of the battery housing 20 .
  • the sealing body 30 may be made of, for example, a metal material to ensure rigidity.
  • the sealing body 30 may cover an open end formed at a lower end of the battery housing 20 . That is, the sealing body 30 forms the lower surface of the battery 1 .
  • the sealing body 30 does not have a polarity even when it is made of a metal material having conductivity. Having no polarity may mean that the sealing body 30 is electrically insulated from the battery housing 20 and the terminal 40 . Therefore, the sealing body 30 does not function as the positive terminal 40 or the negative terminal 40 . Therefore, the sealing body 30 does not need to be electrically connected to the electrode assembly 10 and the battery housing 20, and the material does not necessarily have to be a conductive metal.
  • the sealing body 30 When the battery housing 20 of the present invention includes the beading part 21 , the sealing body 30 may be seated on the beading part 21 formed in the battery housing 20 . In addition, when the battery housing 20 of the present invention includes the crimping portion 22 , the sealing body 30 may be fixed by the crimping portion 22 . A sealing gasket 90 may be interposed between the sealing body 30 and the crimping portion 22 of the battery housing 20 to ensure airtightness of the battery housing 20 .
  • the battery housing 20 of the present invention may not have the beading part 21 and/or the crimping part 22, in which case the sealing gasket 90 is the battery housing 20 It may be interposed between the sealing body 30 and the structure for fixing the sealing body 30 provided on the open side of the battery housing 20 in order to secure the airtightness of the battery housing 20 .
  • the terminal 40 may be electrically connected to the other one of the first electrode 11 and the second electrode 12 . That is, the terminal 40 may have a polarity opposite to that of the battery housing 20 .
  • the terminal 40 may be electrically connected to the first electrode 11 of the electrode assembly 10 .
  • the surface of the terminal 40 may be exposed to the outside.
  • the terminal 40 may be made of a conductive metal material.
  • the terminal 40 may pass through, for example, a substantially central portion of a closed end formed at an upper end of the battery housing 20 . A portion of the terminal 40 may be exposed to the upper portion of the battery housing 20 and the remaining portion may be located inside the battery housing 20 .
  • the terminal 40 may be fixed on the inner surface of the closed end of the battery housing 20 by, for example, riveting.
  • the terminal 40 may pass through the insulator 60 and be coupled to the uncoated portion 11a provided on the first collector plate 50 or the first electrode 11 . In this case, the terminal 40 may have a first polarity. Therefore, the terminal 40 can function as a first electrode terminal in the battery 1 of the present invention.
  • the terminal 40 When the terminal 40 has the first polarity, the terminal 40 is electrically insulated from the battery housing 20 having the second polarity. Electrical isolation between the terminal 40 and the battery housing 20 may be realized in various ways. For example, insulation may be realized by interposing an insulation gasket 70, which will be described later, between the terminal 40 and the battery housing 20. Alternatively, insulation may be realized by forming an insulating coating layer on a portion of the terminal 40 . Alternatively, a method of structurally firmly fixing the terminal 40 to prevent contact between the terminal 40 and the battery housing 20 may be applied. Alternatively, a plurality of methods among the methods described above may be applied together.
  • the first collector plate 50 may be coupled to an upper portion of the electrode assembly 10 .
  • the first collector plate 50 may be coupled to the uncoated portion 11a provided on the first electrode 11 at the top of the electrode assembly 10 .
  • the first collector plate 50 may be made of a conductive metal material.
  • the first collector plate 50 may have a plurality of irregularities radially formed on its lower surface. When the irregularities are formed, the irregularities may be pressed into the uncoated portion 11a provided in the first electrode 11 by pressing the first collector plate 50 .
  • the battery 1 according to another embodiment of the present invention may not include the first collector plate 50 .
  • the uncoated portion 11a provided on the first electrode 11 may be directly electrically connected to the terminal 40 .
  • the first collector plate 50 may be coupled to an end of the uncoated portion 11a provided on the first electrode 11 .
  • the coupling between the uncoated portion 11a provided on the first electrode 11 and the first current collecting plate 50 may be performed by, for example, laser welding.
  • the laser welding may be performed by partially melting the base material of the first collector plate 50, or by interposing solder for welding between the first collector plate 50 and the uncoated portion 11a. there is.
  • the solder preferably has a lower melting point than that of the first collector plate 50 and the uncoated portion 11a.
  • resistance welding, ultrasonic welding, etc. are possible, but the welding method is not limited thereto.
  • the uncoated portion 11a may be bent in a first direction (right direction in the drawing).
  • a location where the uncoated portion 11a is bent may be spaced apart from the insulating layer 14 by a predetermined distance in the axial direction. That is, a predetermined gap G may be provided between the bent position of the uncoated portion 11a and the front end of the insulating layer 14 .
  • the insulating layer 14 covering the first surface S 1 and the second surface S 2 of the uncoated portion 11a has rigidity at the base end of the uncoated portion 11a (near the boundary between the holding portion and the uncoated portion). reinforces As shown in FIGS. 5 and 6, the distal end of the uncoated portion 11a has a structure like a cantilever. Therefore, when the front end of the uncoated portion 11a is pressed in the core (centripetal) direction to bend the uncoated portion 11a, a bending moment acts on the proximal end of the uncoated portion 11a. At this time, the insulating layer 14 reinforces the proximal end of the uncoated portion 11a, and the uncoated portion 11a is bent at an upper portion than the front end of the insulating layer 14.
  • the bent portion of the uncoated portion 11a is made at a position separated from the front end of the insulating layer 14 by a predetermined gap G. If an excessively large bending moment is applied to the insulating layer 14 when the uncoated portion 11a is bent, the insulating layer 14 itself may be deformed or damaged. This increases the possibility of contact between the first electrode 11 and the second electrode 12 due to the absence of the insulating layer 14 in the position where it should be.
  • the bent portion 11a when the uncoated portion 11a is bent in the radial direction, the bent portion is spaced apart from the insulating layer 14 by a predetermined gap G.
  • the thickness of the insulating layer 14 is smaller than the thickness of the active material layer (11b). Accordingly, a slight gap is generated between the insulating layer 14 and the separator 13 . Accordingly, even if a portion of the insulating layer 14 is deformed when the uncoated portion 11a is bent, the deformation of the insulating layer 14 does not directly affect the separator 13 . Accordingly, the separator 13 can maintain an axially extended shape as designed, thereby preventing contact between the first electrode 11 and the second electrode 12 .
  • the insulating layer 14 is provided on both the first surface S 1 and the second surface S 2 of the first electrode 11, and the uncoated portion 11a has the first surface S 1
  • the beam is bent in the direction toward the core. Accordingly, the first surface S 1 of the first electrode 11 receives a compressive force, and the second surface S 2 receives a tensile force. Buckling is more likely to occur when a compressive force is applied to an axially eccentric position of the cantilever. Therefore, in one embodiment of the present invention, as shown in FIG. 6, the insulating layer 14 coated on the first surface (S 1 ) of the first electrode 11 is the second surface (S 2 ). By covering the uncoated portion 11a longer than the insulating layer 14 in the axial direction, buckling of the uncoated portion 11a can be effectively prevented.
  • the second surface S 2 of the uncoated portion 11a comes into contact with the first surface S 1 of another uncoated portion 11a disposed more distally. do. Therefore, the height of the front end of the insulating layer 14 coated on the second surface S 2 of the uncoated portion 11a is lower than that of the first surface S 1 , so that the adjacent uncoated portions 11a When overlapping, the contact area was secured as much as possible.
  • the uncoated portion 11a in bending the uncoated portion 11a, is divided into a plurality of segments to precisely regulate the bending position and prevent a phenomenon such as crumpling of the uncoated portion 11a from being neatly bent. can also be configured.
  • cut grooves TL may be formed at the distal end of the uncoated portion 11a by notching or trimming at intervals along the circumferential direction X. Then, the uncoated portion 11a may have a shape in which a plurality of segments T are provided along the longitudinal direction of the first electrode 11 . It is obvious that when the uncoated portion 11a is only cut at regular intervals, the cutting line can also be regarded as a kind of cutting groove TL.
  • the segment T may have various shapes such as an isosceles trapezoid, a semi-ellipse, a semi-circle, a rectangle, a square, an isosceles triangle, an equilateral triangle, etc., but a substantially rectangular shape is exemplified in the embodiment.
  • the segment pieces T when the segment pieces T are formed, the segment pieces T have an effect of being individually bent when bending them, so that the possibility of problems such as crumpling and folding of the uncoated portion 11a can be significantly reduced.
  • the aforementioned gap G may be a gap between the lower end of the bending line BL, that is, the cut groove TL, and the front end of the insulating layer 14 .
  • the gap G may be 0.2 to 4 mm. If the gap is smaller than 0.2 mm, the insulating layer 14 may be damaged or deformed during the bending process of the uncoated portion 11a. In addition, when the gap is greater than 4 mm, the effect of preventing damage to the insulating layer 14 does not increase any more and the effect of supporting the bending of the uncoated portion of the insulating layer 14 starts to decrease.
  • the gap G may be more preferably 0.4 to 1.5 mm.
  • the position of the end of the insulating layer 14 may be adjusted based on the position of the lower end of the cut groove TL in order to improve the impregnation of the electrolyte.
  • FIG. 7B is a partial plan view showing a deformed structure of the first electrode 11 in which the end of the insulating layer 14 extends to the lower end of the cut groove TL in consideration of the impregnability of the electrolyte.
  • the structure shown in the figure may be applied to the second electrode 11 as well.
  • the cut groove TL corresponds to a space created when the uncoated portion 11a of the first electrode 11 is removed.
  • the cut groove TL smoothly connects the flat bottom portion A1 and the side portions A3 of the segment T located on both sides of the cut groove TL, and the bottom portion A1 and the side portion A3. It includes a round part A2 to do.
  • the bottom portion A1 may be substantially parallel to the winding direction of the first electrode 11 .
  • symbols A2a and A2b indicate the upper and lower positions of the round portion A2, respectively, and BL indicates a bending line.
  • the radius of curvature of the round portion A2 may be greater than 0 and 0.5 mm or less, preferably greater than 0 and 0.1 mm or less, more preferably 0.01 mm to 0.05 m.
  • the radius of curvature of the round portion A2 satisfies the above numerical range, it is possible to prevent cracks from being generated in the lower portion of the cut groove TL while the first electrode 11 is being driven in a winding process or the like.
  • the uncoated portion 11a is made of aluminum, even when the first electrode 11 travels at a speed of 100 mm/sec or more under a tension of 300 gf or more in a winding process or the like, cracks occur at the bottom of the cut groove TL. that can be prevented
  • the round portion A2 also relieves stress generated near the bending line BL when the segments T located on both sides of the cutting groove TL are bent, thereby maintaining the insulating layer 14 and/or the insulating layer 14 by the bending stress. Damage to the portion 11b can be effectively prevented.
  • an end of the insulating layer 14 may extend to a lower end of the cut groove TL.
  • an end of the insulating layer 14 may extend to a point overlapping the round portion A2 in the axial direction.
  • the fact that the end of the insulating layer 14 overlaps the round portion A2 means that when a virtual line is drawn along the end of the insulating layer 14, the imaginary line is the top position A2a and the bottom position of the round part A2. It means the case of passing through the area between (A2b).
  • the bending line BL of the segment piece T may be substantially spaced apart from the end of the insulating layer 14 and formed in a region between the upper end position A2a and the lower end position A2b of the round part A2. .
  • the bending line BL may be formed at a higher position than the upper end position A2a of the round part A2 according to the method in which the force for bending the segment T is applied.
  • An end of the insulating layer 14 facing the cutting groove TL along the axial direction has a structure recessed toward the holding portion 11b corresponding to the shape of the bottom A1 of the cutting groove TL.
  • This structure may be formed in a process of forming the segment T by notching the uncoated portion 11a after the insulating layer 14 is formed on the uncoated portion 11a. That is, when the uncoated portion 11a is notched, a portion of the insulating layer 14 corresponding to the bottom portion A1 of the cut groove TL may also be notched.
  • the insulating layer 14 may include an inorganic filler such as Al 2 O 3 or SiO 2 together with a binder.
  • the inorganic filler is composed of particles. Particles are bonded by a binder, and pores are formed between the particles. For the formation of pores, the volume contents of the binder and the inorganic filler may be adjusted.
  • the porosity of the insulating layer 14 increases when the volume content of the inorganic filler is increased relative to the volume content of the binder.
  • the volume content of the binder relative to the total volume of the binder and the inorganic filler may be 50% or less, preferably 40% or less, and more preferably 30% or less. Desirable volume contents of the binder and the inorganic filler for imparting porosity to the insulating layer 14 can be easily determined through repeated experiments.
  • the surface of the insulating layer 14 has better wettability with respect to electrolyte than the surface of the non-coated portion 11a made of metal. Therefore, the electrolyte impregnated into the insulating layer 14 near the bottom portion A1 and the round portion A2 of the cut groove TL quickly passes through the insulating layer 14 through the pores of the insulating layer 14, It reaches the holding part 11b. As such, the overlapping structure between the end of the porous insulating layer 14 and the lower end of the cut groove TL may provide an advantage in terms of electrolyte impregnation.
  • the length of the insulating layer 14 formed on the first surface S 1 of the uncoated portion 11a is greater than the length of the insulating layer 14 formed on the second surface S 2 . If it is longer, the end of the insulating layer 14 formed on the first surface S 1 may overlap the round portion A2 of the cutting groove TL. On the other hand, the end of the insulating layer 14 formed on the second surface S 2 overlaps the round portion A2 of the cut groove TL or is substantially the same as the bottom A1 of the cut groove TL, or the same position. may be located at the bottom.
  • the end (segment piece) of the uncoated portion 11a provided on the first electrode 11 is in a direction parallel to the first collector plate 50. It can be combined on the bonding surface formed by bending.
  • the coupling surface may have a structure in which the ends (or segments) of the uncoated portion 11a are stacked in several layers in the axial direction.
  • the bending direction of the uncoated portion 11a may be, for example, a direction toward the winding center C of the electrode assembly 10 .
  • the uncoated portion 11a has such a bent shape, the space occupied by the uncoated portion 11a is reduced, thereby improving energy density.
  • bonding force may be improved and resistance may be reduced.
  • the insulator 60 includes a first collector plate 50 coupled between the top of the electrode assembly 10 and the inner surface of the battery housing 20 or the top of the electrode assembly 10 and a battery. It may be provided between the inner surface of the housing 20.
  • the insulator 60 prevents contact between the uncoated portion 11a provided on the first electrode 11 and the battery housing 20 and/or contact between the first collector plate 50 and the battery housing 20. prevent. That is, the insulator 60 is accommodated inside the battery housing 20 and is configured to block electrical connection between the uncoated portion 11a of the first electrode 11 and the battery housing 20 . Therefore, the insulator 60 may be made of a material having insulation performance.
  • the insulator 60 may include a polymer material.
  • the insulating gasket 70 is interposed between the battery housing 20 and the terminal 40 to prevent the battery housing 20 and the terminal 40 having opposite polarities from contacting each other. That is, the insulating gasket 70 blocks electrical connection between the battery housing 20 and the terminal 40 . Accordingly, the upper surface 20a of the battery housing 20 having a substantially flat shape can function as the second electrode terminal of the battery 1 .
  • the second collector plate 80 may be coupled to a lower portion of the electrode assembly 10 .
  • the second collector plate 80 may be made of a conductive metal material.
  • the second collector plate 80 may be connected to the uncoated portion 12a provided on the second electrode 12 .
  • the second collector plate 80 may be electrically connected to the battery housing 20 .
  • the second collector plate 80 may be interposed and fixed between the inner surface of the battery housing 20 and the sealing gasket 90 .
  • the second collector plate 80 may be welded to an inner wall surface of the battery housing 20, for example, an inner circumferential surface of the beading portion 21.
  • the second collector plate 80 may have a plurality of radially formed irregularities on one surface thereof. When the unevenness is formed, the second current collecting plate 80 may be pressed to press-fit the unevenness into the uncoated portion 12a provided in the second electrode 12 .
  • the second collector plate 80 may be coupled to an end of the uncoated portion 12a provided in the second electrode 12 .
  • the uncoated portion 12a of the second electrode 12 may be divided into a plurality of segments T.
  • the coupling between the uncoated portion 12a provided on the second electrode 12 and the second current collecting plate 80 may be performed by, for example, laser welding.
  • the laser welding may be performed by partially melting the base material of the second collector plate 80, or by interposing solder for welding between the second collector plate 80 and the uncoated portion 12a. there is.
  • the solder preferably has a lower melting point than that of the second collector plate 80 and the uncoated portion 12a.
  • the welding method is not limited thereto.
  • the second collector plate 80 is formed on the coupling surface formed by bending the end (or segmented piece) of the uncoated portion 12a provided in the second electrode 12 in a direction parallel to the second collector plate 80.
  • the coupling surface may have a structure in which the ends (or segments) of the uncoated portion 12a are stacked in several layers in the axial direction.
  • a bending direction of the uncoated portion 12a provided in the second electrode 12 may be, for example, a direction toward the winding center C of the electrode assembly 10 .
  • the uncoated portion 12a provided in the second electrode 12 has such a bent shape, the space occupied by the uncoated portion 12a is reduced, thereby improving energy density.
  • bonding force may be improved and resistance may be reduced.
  • the sealing gasket 90 may have a substantially ring shape surrounding the sealing body 30 .
  • the sealing gasket 90 may simultaneously cover the lower surface, the upper surface, and the side surface of the sealing body 30 .
  • the radial length of the part covering the upper surface of the sealing body 30 is greater than the radial length of the part covering the lower surface of the sealing body 30 among the parts of the sealing gasket 90. can be less than or equal to If the radial length of a portion of the sealing gasket 90 that covers the upper surface of the sealing body 30 is too long, the sealing gasket 90 is removed from the second collector plate in the sizing process of vertically compressing the battery housing 20.
  • the second collector plate 80 may be damaged or the battery housing 20 may be damaged by pressing the 80 . Accordingly, it is necessary to keep the radial length of the portion of the sealing gasket 90 covering the upper surface of the sealing body 30 small at a certain level.
  • the electrode assembly 10 may have a structure in which at least some of the uncoated portions 11a and 12a are bent toward the core.
  • at least some sections of the uncoated regions 11a and 12a may be divided into a plurality of segments T.
  • the plurality of segments T may have a structure in which several layers are overlapped along the axial direction while being bent toward the core.
  • the plurality of segments T may be notched with a laser.
  • the segments T can be formed by a known metal foil cutting process such as ultrasonic cutting or punching.
  • a predetermined gap may be provided between the lower end of the cut groove TL between the segments and the active material layer. This is because when the uncoated portions 11a and 12a are bent, stress is concentrated on the bending line BL provided near the lower end of the cutting groove.
  • the gap is preferably 0.2 to 4 mm.
  • the gap may be 0.2 mm or more. More preferably, the gap may be 0.4 mm or more. More preferably, the gap may be 0.5 mm or more. Most preferably, the gap may be 0.7 mm or more. Also, the gap may be 4 mm or less. More preferably, the gap may be 3 mm or less.
  • the gap may be 1.5 mm or less. More preferably, the gap may be 1.2 mm or less. Most preferably, the gap may be 0.9 mm or less.
  • the gap is adjusted to the corresponding numerical range, it is possible to prevent damage to the active material layer near the lower end of the cut groove due to stress generated during bending of the uncoated portions 11a and 12a.
  • the lower end of the cutting groove of the segment segment T becomes a position where bending of the segment segment T can be induced. That is, when the segment segment T is bent, the bending resistance of the lower end of the segment segment T segmented by the cutting groove TL is low, and bending is induced at the corresponding portion. That is, the bent portion may be referred to as the lower end of the segment T or an area adjacent thereto.
  • the insulating layer 14 exerts an effect of increasing the thickness of the thin uncoated portion 11a, when the uncoated portion 11a is bent, the portion of the uncoated portion 11a covered by the insulating layer 14 By reinforcing the strength of, it is possible to support the uncoated portion 11a lower than the bending inducing portion so that it is not bent.
  • the insulating layer 14 covers the boundary between the uncoated portion 11a and the holding portion 11b, when the uncoated portion 11a is bent, the strength of the boundary region is reinforced to prevent unintentional deformation at the corresponding region. This phenomenon can be reduced or prevented.
  • the bending direction of the uncoated portions 11a and 12a may be, for example, a direction toward the winding center C of the electrode assembly 10 .
  • the space occupied by the uncoated portions 11a and 12a is reduced, thereby improving energy density.
  • an effect of improving bonding strength and reducing resistance may be obtained.
  • the uncoated portion 11a provided on the first electrode 11 may be bent in one direction.
  • the +Y direction in FIG. 6 may be a direction toward the core side.
  • the uncoated portion 11a of the first electrode 11 crosses the two separators 13 in the radial direction, and the uncoated portion 11a of the adjacent first electrode 11 crosses the plain portion 11a. It can be superimposed on the portion 11a. That is, when the uncoated portion 11a is located at the nth winding turn of the first electrode 11, the first surface S 1 of the uncoated portion 11a is the n-1st winding turn of the first electrode 11.
  • the n-1th winding turn is closer to the winding center than the nth winding turn.
  • the insulating layer 14 on the first surface S 1 extends to a higher position than the second surface S 2 . Therefore, the portion where the insulating layer 14 of the first surface S 1 is formed higher than the insulating layer 14 of the second surface S 1 is the second electrode 11 adjacent to the core side direction. It lowers the possibility of contacting the electrodes 12 with each other. That is, the insulating layer 14 formed on the first surface S 1 increases the insulating gap IG existing between the ends of the first electrode 11 and the second electrode 12, thereby preventing a short circuit between the electrodes. can do.
  • the second surface S 2 which is opposite to the first surface S 1 toward the core, has a first surface S 1 and
  • the front end of the insulating layer 14 may be disposed lower. Therefore, it is possible to electrically contact the uncoated portion 11a provided on the adjacent first electrode 11 or the first collector plate 50 through the exposed uncoated portion 11a on the opposite side of the surface facing the core. do.
  • the overlapping non-coated portions 11a may be electrically connected to the first collector plate 50 by being coupled to the first collector plate 50 by welding or the like. The welding may be, for example, laser welding.
  • the laser welding may be performed by partially melting the base material of the first collector plate 50, or by interposing solder for welding between the first collector plate 50 and the uncoated portion 11a.
  • the solder preferably has a lower melting point than that of the first collector plate 50 and the uncoated portion 11a.
  • the welding method is not limited thereto.
  • the insulating layer 14 covering the uncoated portion 11a of the first electrode 11 may have different cover areas for the centrifugal-side surface and the distal-side surface of the uncoated portion 11a.
  • the region where the insulating layer 14 covers the centripetal surface may extend to a higher position (closer to the distal end of the uncoated portion) than the region covering the distal surface.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view of an electrode assembly 10 without an insulating layer 14 as a comparative example of the present invention.
  • a separate insulating layer 14 is not provided in a boundary region between the uncoated portion 11a of the first electrode 11 and the holding portion 11b.
  • the second electrode 12 when flow occurs due to meandering of the first electrode 11 or the second electrode 12, the second electrode 12 is located up to the end of the separator 13 or the second electrode 12 ) protrudes outward more than the end of the separation membrane 13, and electrical contact between the first electrode 11 and the second electrode 12 may occur.
  • the rigidity of the proximal end of the uncoated portion 11a is weak and the buckling resistance is very low, there is a possibility that the proximal end of the uncoated portion 11a may buckle.
  • the separator 13 is damaged for some reason, electrical contact between the first electrode 11 and the second electrode 12 may occur.
  • an internal short circuit cannot be avoided due to electrical contact between the first electrode 11 and the second electrode 12 . Therefore, the risk of ignition increases.
  • FIG. 10 is a graph for explaining power distribution in several short-circuit cases in the battery 1 . Referring to FIG. 10 , the following four short-circuit cases that may occur in the battery 1 may be assumed.
  • the electrode assembly 10 of the present invention considering the structure of the electrode assembly 10 of the present invention, it is required to find a structure capable of preventing electrical contact between the holding part provided in the negative electrode and the uncoated part provided in the positive electrode.
  • the present inventors have found that if the insulating layer 14 is provided in at least a portion of the uncoated portion provided on the anode, electrical contact with the holding portion provided on the cathode can be effectively prevented.
  • the present invention was completed. That is, the first electrode 11 may be an anode.
  • the first electrode 11 is not necessarily limited to an anode, and may be a cathode.
  • the second electrode 12 is provided with the insulating layer 14 . That is, the insulating layer 14 may be provided on both the anode and the cathode. In this case, all possible short-circuit cases can be prevented.
  • the battery may be, for example, a battery with a form factor ratio (defined as the diameter of the battery divided by its height, i.e., the ratio of its height (H) to its diameter ( ⁇ )) greater than approximately 0.4.
  • a form factor ratio defined as the diameter of the battery divided by its height, i.e., the ratio of its height (H) to its diameter ( ⁇ )
  • the form factor means a value representing the diameter and height of the battery.
  • the battery according to an embodiment of the present invention may be, for example, a 46110 battery, a 4875 battery, a 48110 battery, a 4880 battery, or a 4680 battery.
  • the first two numbers represent the diameter of the battery, and the remaining numbers represent the height of the battery.
  • a battery according to an embodiment of the present invention may be a substantially cylindrical battery, having a diameter of about 46 mm, a height of about 110 mm, and a form factor ratio of about 0.418.
  • a battery according to another embodiment may be a substantially cylindrical battery, having a diameter of about 48 mm, a height of about 75 mm, and a form factor ratio of about 0.640.
  • a battery according to another embodiment may be a substantially cylindrical battery having a diameter of about 48 mm, a height of about 110 mm, and a form factor ratio of about 0.436.
  • a battery according to another embodiment may be a substantially cylindrical battery having a diameter of about 48 mm, a height of about 80 mm, and a form factor ratio of about 0.600.
  • a battery according to another embodiment may be a substantially cylindrical battery having a diameter of about 46 mm, a height of about 80 mm, and a form factor ratio of about 0.575.
  • batteries with a form factor ratio of approximately 0.4 or less have been used. That is, conventionally, for example, 1865 batteries and 2170 batteries have been used.
  • the diameter is approximately 18 mm
  • the height is approximately 65 mm
  • the form factor ratio is approximately 0.277.
  • the diameter is approximately 21 mm
  • the height is approximately 70 mm
  • the form factor ratio is approximately 0.300.
  • the battery according to the above-described embodiment may be used to manufacture a battery pack.
  • FIG. 11 is a diagram schematically showing the configuration of a battery pack according to an embodiment of the present invention.
  • a battery pack 3 includes an assembly to which batteries 1 are electrically connected and a pack housing 2 accommodating them.
  • Battery 1 is a battery according to the above-described embodiment.
  • parts such as a bus bar, a cooling unit, and an external terminal 40 for electrically connecting the batteries 1 are omitted.
  • the battery pack 3 may be mounted in a vehicle.
  • the vehicle may be, for example, an electric vehicle, a hybrid vehicle, or a plug-in hybrid vehicle. Vehicles include four-wheeled vehicles or two-wheeled vehicles.
  • FIG. 12 is a diagram for explaining a vehicle including the battery pack 3 of FIG. 11 .
  • a vehicle 5 according to an embodiment of the present invention includes a battery pack 3 according to an embodiment of the present invention.
  • the vehicle 5 operates by receiving power from the battery pack 3 according to an embodiment of the present invention.

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체는, 쉬트 형상을 가진 제1전극 및 제2전극과 이들 사이에 개재된 분리막이 축을 중심으로 권취되어 코어와 외주면을 정의한 구조를 가진다. 상기 제1전극 및 상기 제2전극은, 장변 단부에 활물질층이 코팅되지 않은 무지부; 및 상기 무지부를 제외한 영역에 활물질층이 코팅되어 있는 유지부를 포함한다. 상기 제1전극은, 권취 방향을 따라, 상기 무지부의 적어도 일부 및 상기 유지부의 적어도 일부를 동시에 커버하는 절연층을 포함한다. 상기 제1전극의 무지부는 전극 조립체의 반경 방향으로 절곡될 수 있고, 절곡 지점은 상기 절연층의 축방향 단부로부터 이격될 수 있다. 상기 제1전극의 무지부의 적어도 일부는 그 자체로서 전극 탭으로서 사용된다.

Description

전극 조립체, 배터리 및 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차
본 발명은 전극 조립체, 배터리, 및 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차에 관한 것이다.
본 출원은 2021년 08월 05일 자로 출원된 한국 특허출원번호 제10-2021-0103388호 및 2021년 10월 15일 자로 출원된 한국 특허출원번호 제10-2021-0137200호 및 2021년 12월 28일 자로 출원된 한국 특허출원번호 제10-2021-0190215호에 대한 우선권주장출원으로서, 해당 출원의 명세서 및 도면에 개시된 모든 내용은 인용에 의해 본 출원에 원용된다.
원통형 배터리에 있어서, 집전 효율의 극대화를 위해 배터리 하우징의 높이 방향을 따라 상하로 각각 양극 탭 및 음극 탭이 연장된 형태를 갖는 젤리롤 타입의 전극 조립체를 적용할 수 있다.
상술한 바와 같은 구조에서는, 양극 또는 음극의 사행(lateral motion) 등과 같은 유동이 발생할 가능성이 있다. 이 경우, 분리막의 말단 부근에 양극 또는 음극의 말단이 위치할 가능성이 있다. 따라서 양극 또는 음극의 사행 등과 같은 유동 발생으로 인해 양극 또는 음극이 분리막의 말단까지 위치하거나 또는 분리막의 말단보다 더 외측으로 돌출되는 경우에는, 양극과 음극의 전기적 접촉이 발생한다. 또는, 어떠한 이유에서 분리막이 손상될 경우, 양극과 음극의 전기적 접촉이 발생할 수 있다. 그 결과, 전지 내부에서 단락이 발생할 수 있다. 전지 내부에서 단락이 발생하면, 전지의 발열이나 폭발이 초래될 수 있다. 따라서, 양극과 음극 사이의 전기 접촉을 효과적으로 방지하기 위한 절연 부재의 제공이 필요하다.
그러므로, 배터리의 내부 저항이 낮으면서도 동시에 단락 위험이 낮은 배터리, 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차를 제공할 수 있는 방안의 모색이 요청된다.
종래에, 이러한 전기 접촉을 방지하기 위해 양극과 음극의 단부 부위를 절연 코팅하는 기술이 적용되었다. 그러나 이러한 기술에 따르면, 양극이나 음극을 절곡하는 과정에서 절연 코팅이 파괴되거나, 분리막을 변형시키는 문제가 발생하였고, 이는 절연 코팅의 효과를 저해하는 요소로 작용하였다.
본 발명은, 상술한 문제점을 고려하여 창안된 것으로서, 원통형 배터리의 내부 저항을 감소시키고, 동시에 내부 단락을 효과적으로 방지하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은, 전극의 절곡(bending) 가공이 이루어지더라도 절연 코팅의 효과를 온전히 발휘할 수 있는 전극 조립체와, 이를 포함하는 배터리를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은, 절연 코팅을 통해 전해질 함침성도 개선할 수 있는 전극 조립체와, 이를 포함하는 배터리를 제공하는 것을 목적으로 한다.
다만, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상술한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래에 기재된 발명의 설명으로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 전극 조립체는, 쉬트 형상을 가진 제1전극 및 제2전극과 이들 사이에 개재된 분리막이 축을 중심으로 권취되어 코어와 외주면을 정의한 전극 조립체로서, 상기 제1전극 및 상기 제2전극은, 장변 단부에 활물질층이 코팅되지 않으며 축방향을 따라 상기 분리막의 외부로 돌출된 무지부; 및 상기 무지부를 제외한 영역에 활물질층이 코팅되어 있는 유지부를 포함한다.
바람직하게, 상기 제1전극은, 권취 방향을 따라서, 상기 무지부의 적어도 일부 및 상기 유지부의 적어도 일부를 동시에 커버하는 적어도 하나의 절연층을 포함한다.
상기 무지부는 상기 절연층으로부터 상기 축방향으로 이격된 지점에서 반경 방향으로 절곡된다.
상기 절연층의 두께는 상기 활물질층의 두께보다 얇으며, 상기 절연층과 상기 분리막은 약간 이격될 수 있다.
상기 절연층은 상기 절연층이 커버하고 있는 제1전극 부위의 강도를 보강한다. 따라서 상기 무지부를 절곡할 때, 상기 절연층이 커버하지 않는 무지부 영역에서 절곡이 이루어진다.
상기 무지부를 절곡할 때 상기 절연층이 커버하는 부위가 약간 변형되더라도, 상기 절연층과 상기 분리막이 약간 이격되어 있기 때문에 절연층의 변형에 의해 분리막이 변형되는 현상을 방지할 수 있다. 분리막의 변형이 방지되면, 제1전극과 제2전극의 접촉 방지 효과가 유지된다.
축방향으로, 상기 무지부의 절곡 부위와 상기 절연층 사이에는 소정의 갭이 존재한다.
상기 갭은 0.2mm 이상이고 바람직하게는 0.4mm 이상일 수 있다. 상기 갭이 이보다 작으면, 상기 무지부를 절곡할 때 상기 절연층이 손상되거나 변형될 우려가 있다.
상기 갭은 4mm 이하이고 바람직하게는 1.5mm 이하일 수 있다. 상기 갭이 이보다 크면, 절연층의 손상 내지 변형 방지 효과는 증가하지 않으면서 절연층의 무지부 절곡 지지 효과가 감소하기 시작한다.
즉 상기 갭은 0.2 ~ 4 mm일 수 있고, 바람직하게는 0.4 ~ 1.5mm일 수 있다.
상기 무지부의 적어도 일부는 그 자체로서 전극 탭으로서 사용될 수 있다.
상기 제1전극의 무지부는 상기 코어와 대향하는 제1면과 상기 외주면과 대향하는 제2면을 구비한다.
바람직하게, 상기 절연층은, 상기 제1면과 상기 제2면에 구비되어 있을 수 있다.
상기 무지부는 상기 제1면이 상기 전극 조립체의 단부 면을 마주하도록 코어측으로 절곡될 수 있다.
상기 절연층이 상기 제1면을 덮는 영역이, 상기 절연층이 상기 제2면을 덮는 영역보다 상기 무지부의 선단부 쪽으로 더 연장될 수 있다.
무지부를 코어 방향으로 절곡하면, 제2면은 축방향을 따르는 인장력이 작용하고, 제1면은 축방향을 따르는 압축력이 작용한다. 따라서 제1면의 절연층을 더 보강하면, 무지부의 좌굴 현상을 더욱 방지할 수 있다.
또한 제2면을 커버하는 절연층의 높이가 제1면의 절연층의 높이보다 낮으면, 제2면이 마주하는 이웃하는 무지부의 절곡 부위가 상기 제2면과 겹쳐질 때 절연층이 이웃하는 두 무지부 사이에 개재되는 현상을 최소화하여, 중첩되는 무지부들 간의 통전 경로를 더 확보할 수 있다.
본 발명에 따르면, 상기 무지부는 절곡되면서 축방향으로 여러 겹 포개어지고, 축방향으로 접하는 이웃하는 무지부 간에 상호 접하는 표면에는 절연층이 형성되지 않도록 할 수 있다.
이처럼 본 발명에 따르면, 절연층에 의한 무지부의 강도를 보강하면서도, 서로 중첩되는 무지부들 간의 통전 경로를 충분히 확보할 수 있다.
상기 절연층의 선단부는, 적어도 상기 분리막의 선단부와 실질적으로 동일 높이를 이룰 수 있다.
상기 절연층의 선단부는 상기 분리막의 선단부보다 축방향 외측으로 더 연장될 수 있다.
다시 말해, 상기 절연층의 축방향 일 단부는, 상기 분리막의 축방향 일 단부와 실질적으로 동일한 높이 또는 일 단부의 외측에 위치되어 있을 수 있다.
보다 바람직하게는, 상기 절연층의 축방향 일 단부는, 상기 분리막의 축방향 일 단부와 실질적으로 동일 높이에 위치되어 있을 수 있다.
일 측면에서, 상기 무지부는, 상기 절연층의 외측으로 더 돌출되어 있을 수 있다.
한편, 상기 유지부는, 상기 분리막보다 축방향으로 더 돌출되어 있지 않을 수 있다.
바람직하게, 상기 제1전극은, 양극일 수 있다.
일 측면에서, 상기 분리막을 사이에 두고 상기 절연층과 마주보는 상기 제2전극의 일 단부는, 상기 분리막의 일 단부보다 외측으로 돌출되지 않을 수 있다.
한편, 상기 유지부는, 상기 유지부의 중앙 영역에 비해 상기 활물질층의 두께가 감소되어 있는 슬라이딩부를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 슬라이딩부는, 상기 유지부와 상기 무지부의 경계 영역에 형성될 수 있다.
상기 슬라이딩부는, 상기 제1전극의 일 단부 및 상기 제2전극의 타 단부에 각각 구비될 수 있다.
상기 제1전극에 구비된 유지부의 슬라이딩부와, 상기 제2전극에 구비된 유지부의 슬라이딩부는, 축방향을 기준으로 서로 반대 방향에 구비될 수 있다.
상기 분리막은, 상기 제1전극의 타 단부 및 상기 제2전극의 일 단부보다 외측으로 돌출되어 있을 수 있다.
일 측면에서, 상기 절연층은, 상기 슬라이딩부의 적어도 일부를 커버할 수 있다.
상기 절연층은, 상기 무지부를 0.3 ~ 5 mm 커버할 수 있다.
바람직하게는, 상기 절연층은, 상기 무지부를 1.5 ~ 3 mm 커버할 수 있다.
상기 절연층은, 상기 유지부를 0.1 ~ 3 mm 커버할 수 있다.
바람직하게는, 상기 절연층은, 상기 유지부를 0.2 ~ 0.5 mm 커버할 수 있다.
다른 측면에서, 상기 무지부의 적어도 일부 구간은, 복수의 분절편으로 분할되어 있을 수 있다.
바람직하게, 상기 무지부의 적어도 일부 구간은, 권취 방향으로 이격 형성된 복수 개의 절단홈에 의해 복수의 분절편으로 분할될 수 있다.
상기 분절편은 반경 방향으로 절곡될 수 있다.
상기 무지부를 절곡하는 과정에서 벤딩 모멘트는 상기 절단홈의 하단에 집중될 수 있고, 이에 따라 상기 절단홈의 하단과 대응하는 위치에서 절곡 라인이 형성될 수 있다.
상기 갭은 상기 절단홈 하단과 상기 절연층 사이에 존재할 수 있다.
상기 절단홈은, 평평한 저부와, 상기 저부의 양측에 위치한 분절편들의 측부와, 상기 저부와 상기 측부를 연결하는 라운드부를 포함할 수 있다.
전해질 함침성의 개선을 위해, 상기 절연층의 축방향 단부를 따르는 가상의 선은 상기 라운드부와 중첩될 수 있다.
전해질 함침성을 개선하고 무지부의 절곡 시 좌굴을 최소화하기 위해, 상기 제1전극의 무지부는 상기 코어와 대향하는 제1면과 상기 외주면과 대향하는 제2면을 구비하고, 상기 절연층이 상기 제1면을 덮는 영역이, 상기 절연층이 상기 제2면을 덮는 영역보다 상기 제1전극의 무지부의 선단부 쪽으로 더 연장되고, 상기 제1전극의 무지부의 제2면에 형성된 절연층의 축방향 단부를 따르는 가상의 선이 상기 라운드부와 중첩될 수 있다.
상기 복수의 분절편은, 코어측으로 절곡되면서 축방향을 따라 여러 겹으로 중첩될 수 있다.
일 측면에서, 상기 제1전극에 구비된 무지부와, 상기 제2전극에 구비된 무지부는, 축방향을 기준으로 서로 반대 방향으로 돌출되어 있을 수 있다.
한편, 상기 제1전극에 구비된 유지부의 축방향 길이는, 상기 제2전극에 구비된 유지부의 축방향의 길이보다 짧을 수 있다.
상기 제1전극에 구비된 유지부는, 상기 제2전극에 구비된 유지부보다, 축방향 내 측에 위치될 수 있다.
상기 절연층은, 상기 무지부와 상기 유지부의 경계 영역 상에 구비되는 절연 코팅층 또는 절연 테이프일 수 있다.
바람직하게, 상기 절연층은, 바인더 및 무기물 필러를 포함할 수 있다.
바람직하게, 상기 절연층은 다공성을 가질 수 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 배터리는, 상기 전극 조립체; 상기 전극 조립체가 수납되며, 상기 제1전극 및 상기 제2전극 중 하나와 전기적으로 연결되는 배터리 하우징; 상기 배터리 하우징의 개방단을 밀봉하는 밀봉체; 및 상기 제1전극 및 상기 제2전극 중 다른 하나와 전기적으로 연결되고, 표면이 외부로 노출된 단자를 포함할 수 있다.
상기 배터리는, 상기 제1전극에 구비된 무지부와 전기적으로 결합된 제1집전판을 더 포함할 수 있다.
상기 무지부는, 상기 무지부의 전체 영역 중 상기 절연층에 의해 커버되지 않은 영역에서, 상기 제1집전판과 전기적으로 결합될 수 있다.
상기 무지부는, 상기 무지부의 전체 영역 중 상기 절연층에 의해 커버되지 않은 영역에서, 상기 제1집전판과 용접에 의해 결합될 수 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 배터리 팩은, 복수의 상술한 배터리; 및 상기 복수의 배터리를 수용하는 팩 하우징을 포함한다.
상기 기술적 과제는 상기 배터리 팩을 포함하는 자동차에 의해서도 달성될 수 있다.
본 발명에 의하면, 배터리의 내부 저항이 획기적으로 감소될 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 전극 조립체의 양극과 음극 사이의 전기적 접촉을 더욱 확실히 방지함으로써, 배터리 내부의 단락을 효과적으로 방지할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 절연층이 무지부의 절곡 지점을 지지하므로 무지부의 절곡 시 생기는 좌굴을 최소화할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 무지부가 절단홈에 의해 이격된 복수의 분절편을 포함할 때, 절연층의 축방향 단부가 절단홈의 라운드부와 중첩됨으로써 전해질 함침성을 향상시킬 수 있다.
다만, 본 발명을 통해 얻을 수 있는 효과는 상술한 효과들에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적인 효과들은 아래에 기재된 발명의 설명으로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
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 본 발명의 실시예에 따른 원통형 배터리의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 원통형 배터리의 종단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 원통형 배터리에 포함된 전극 조립체의 사시도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 전극 조립체에 포함된 전극 및 분리막의 배치 구조를 나타낸 부분 종단면도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 조립체에 포함된 전극 및 분리막의 배치 구조를 나타낸 부분 종단면도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따라 무지부가 절곡되었을 때 전극 조립체에 포함된 전극 및 분리막의 배치 구조를 나타낸 부분 종단면도이다.
도 7a는 본 발명의 실시예에 따라 전극의 무지부가 복수의 분절편을 포함할 때 절연층과 절단홈 사이의 갭에 관한 특징을 나타낸 전극의 부분 평면도이다.
도 7b는 본 발명의 다른 실시예에 따라 전극의 무지부가 복수의 분절편을 포함할 때 절연층의 단부가 절단홈의 라운드부와 중첩될 때의 특징을 나타낸 전극의 부분 평면도이다.
도 8은 본 발명의 실시예를 따라 분절편들이 절곡된 상태의 전극 조립체를 나타낸 사시도이다.
도 9는 종래 기술에 따른 전극 조립체에 포함된 전극 및 분리막의 배치 구조를 보여주는 부분 종단면도이다.
도 10은 배터리 내의 여러 단락 케이스들에서의 전력 분포를 나타낸 그래프이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 원통형 배터리를 포함하는 배터리 팩을 나타낸 도면이다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 배터리 팩을 포함하는 자동차를 나타낸 도면이다.
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 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일부 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.
실시예를 설명함에 있어서, 전극 조립체(10)의 권취 축에 대응하는 방향을 축방향(Z)이라 지칭할 수 있다. 상기 축방향(Z)은 쉬트 형태의 전극들과 분리막들의 폭방향과 대응하는 방향일 수 있다.
또한 쉬트 형태의 전극들과 분리막들의 길이방향(X)은 권취된 전극 조립체(10)를 둘러싸는 둘레방향(X)과 대응할 수 있다.
그리고, 쉬트 형태의 전극들과 분리막들의 표면의 법선방향(Y)은 권취된 전극 조립체(10)의 반경방향(Y)과 대응할 수 있다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 상기 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리(1)는 전극 조립체(10), 배터리 하우징(20), 밀봉체(30) 및 단자(40)를 포함한다.
상기 배터리(1)는, 상술한 구성요소들 이외에도 추가적으로 제1집전판(50) 및/또는 인슐레이터(60) 및/또는 절연 가스켓(70) 및/또는 제2집전판(80) 및/또는 실링 가스켓(90)을 더 포함할 수도 있다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 상기 전극 조립체(10)는, 제1극성을 갖는 제1전극(11), 제2극성을 갖는 제2전극(12), 제1전극(11)과 제2전극(12) 사이에 개재되는 분리막(13) 및 제1전극(11)의 적어도 일부를 커버하는 절연층(14)을 포함한다.
상기 제1전극(11)은 양극 또는 음극이고, 제2전극(12)은 제1전극(11)과 반대되는 극성을 갖는 전극에 해당한다. 실시예에서는 제1전극(11)이 양극이고, 제2전극(12)이 음극인 형태를 예시한다. 상기 제1전극(11) 및 상기 제2전극(12)은 쉬트 형상을 가질 수 있다. 상기 전극 조립체(10)는, 예를 들어 젤리-롤(jelly-roll) 형상을 가질 수 있다. 즉, 상기 전극 조립체(10)는, 제1전극(11), 분리막(13), 제2전극(12), 분리막(13)을 순차적으로 적어도 1회 적층하여 형성된 적층체를 권취 중심(C)을 기준으로 하여 권취시킴으로써 제조될 수 있다. 이 경우, 상기 전극 조립체(10)의 외주면 상에는 배터리 하우징(20)과의 절연을 위해 분리막(13)의 최외곽 권회 턴 부분이 구비될 수 있다.
상기 제1전극(11) 및 상기 제2전극(12)은, 장변 단부에 활물질층이 코팅되지 않은 무지부(11a, 12a)를 포함할 수 있다. 상기 제1전극(11) 및 상기 제2전극(12)은, 상기 무지부(11a, 12a)를 제외한 영역에 활물질층이 코팅되어 있는 유지부(11b, 12b)를 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 제1전극(11)은, 제1전극 집전체 및 제1전극 집전체의 일 면 또는 양 면 상에 도포된 제1전극 활물질층을 포함한다. 제1전극 집전체 상에 제1전극 활물질층이 도포된 영역을, 제1전극(11)에 구비된 유지부(11b)로 칭한다. 상기 제1전극 집전체의 축방향 일 측 단부에는 제1전극 활물질층이 도포되지 않은 무지부(11a)가 존재할 수 있다. 상기 무지부(11a)의 적어도 일부는 그 자체로서 전극 탭으로서 사용된다. 즉, 상기 무지부(11a)의 권회 턴들 중 적어도 일부는, 제1전극(11)의 전극 탭으로서 기능한다. 상기 제1전극(11)에 구비된 무지부(11a)는, 배터리 하우징(20) 내에 수용된 전극 조립체(10)의 축방향 상부에 구비된다.
상기 제2전극(12)은, 제2전극 집전체 및 제2전극 집전체의 일 면 또는 양 면 상에 도포된 제2전극 활물질층을 포함한다. 제2전극 집전체 상에 제2전극 활물질층이 도포된 영역을, 제2전극(12)에 구비된 유지부(12b)로 칭한다. 상기 제2전극 집전체의 축방향 타 측 단부에는 제2전극 활물질층이 도포되지 않은 무지부(12a)가 존재할 수 있다. 상기 무지부(12a)의 적어도 일부는 그 자체로서 전극 탭으로서 사용된다. 즉, 상기 무지부(12a)의 권회 턴들 중 적어도 일부는, 제2전극(12)의 전극 탭으로서 기능한다. 상기 제2전극(12)에 구비된 무지부(12a)는, 배터리 하우징(20) 내에 수용된 전극 조립체(10)의 축방향 하부에 구비된다.
상기 제1전극(11)에 구비된 무지부(11a)와, 상기 제2전극(12)에 구비된 무지부(12a)는, 서로 반대 방향으로 돌출된 형태일 수 있다. 예를 들어, 도 3 및 도 4를 참조하면, 제1전극(11)에 구비된 무지부(11a)는 전극 조립체(10)의 축방향 상부를 향해 돌출되며, 제2전극(12)에 구비된 무지부(12a)는 전극 조립체(10)의 축방향 하부를 향해 돌출될 수 있다. 이에 따라, 상기 제1전극에 구비된 무지부(11a) 및 제2전극에 구비된 무지부(12a)는, 전극 조립체(10)의 축방향을 따라 서로 반대 방향으로 분리막(13)의 외부로 연장 돌출될 수 있다.
설명의 편의를 위해, 도 4에서는, 분리막(13)과 제1전극(11) 및 제2전극(12)의 두께를 과장되게 표현하였고, 무지부(11a)의 길이는 실제보다 축소시켜 나타냈다.
한편, 상기 유지부(11b, 12b)는, 상기 유지부(11b, 12b)의 중앙 영역에 비해 상기 활물질층의 두께가 감소되어 있는 슬라이딩부를 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 4를 참조하면, 상기 제1전극(11) 및 제2전극(12) 각각은, 활물질층의 두께가 감소된 영역인 슬라이딩부를 일 단부 또는 타 단부에 구비할 수 있다.
슬라이딩 현상이란, 전극 활물질이 포함된 슬러리의 퍼짐에 의해, 슬러리 도포 경계 영역 외의 영역보다, 슬러리 도포 경계 영역에서, 전극 활물질이 더 적게 도포되어 도포 경계 영역의 슬러리가 대략 경사진 형태를 갖는 현상을 의미한다. 여기서, 전극을 전체적으로 건조하면, 슬러리에 포함된 용매가 증발하면서 슬러리 부피가 감소하면서, 전극 활물질이 도포된 영역과 도포되지 않은 영역의 경계 부근에서 슬라이딩 현상이 더 심화될 수 있다.
상기 슬라이딩부는, 상기 유지부(11b, 12b)와 상기 무지부(11a, 12a)의 경계 영역에 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 슬라이딩부는, 상기 제1전극(11)의 일 단부 및 상기 제2전극(12)의 타 단부에 각각 구비될 수 있다. 즉, 상기 제1전극(11)에 구비된 유지부(11b)의 슬라이딩부와, 상기 제2전극(12)에 구비된 유지부(12b)의 슬라이딩부는, 서로 반대 방향에 구비될 수 있다. 예를 들어, 도 4를 참조하면, 제1전극(11)의 슬라이딩부는, 축방향의 상부에 형성될 수 있고, 제2전극(12)의 슬라이딩부는, 그와 반대 방향인, 축방향의 하부에 형성될 수 있다.
한편, 상기 제1전극(11)에 구비된 유지부(11b)의 축방향 길이는, 상기 제2전극(12)에 구비된 유지부(12b)의 축방향의 길이보다 짧을 수 있다. 또한, 상기 제1전극(11)에 구비된 유지부(11b)는, 상기 제2전극(12)에 구비된 유지부(12b)보다, 축방향 내 측에 위치할 수 있다. 예를 들어, 도 4를 참조하면, 제1전극(11)에 구비된 유지부(11b)의 축방향 길이에 비해 제2전극(12)에 구비된 유지부(12b)의 축방향 길이가 크게 형성되어 있을 수 있다. 이에 따라, 제1전극(11)의 유지부(11b) 상단은 제2전극(12)의 유지부(12b) 상단보다 낮으며, 제1전극(11)의 유지부(11b) 하단은 제2전극(12)의 유지부(12b) 하단보다 높다. 나아가, 도 4를 참조하면, 제1전극(11)에 구비된 유지부(11b)의 축방향 길이는, 제2전극(12)에 구비된 유지부(12b) 중 슬라이딩부를 제외한 영역의 축방향 길이보다도 짧게 형성되어 있을 수 있다. 이러한 구조는, 양/음극의 NP Ratio가 100% 이하로 감소되어 리튬 금속이 석출되는 것을 방지하기 위함이다.
한편, 상기 유지부(11b, 12b)는, 상기 분리막(13)보다 축방향으로 더 돌출되어 있지 않을 수 있다. 즉, 상기 유지부(11b, 12b)가 분리막(13)보다 축방향으로 돌출되어 있다면, 제1전극(11)과 제2전극(12)이 접촉할 가능성이 커질 수 있다. 그렇게 되면, 접촉 영역에서 내부 단락이 발생하여 발화 리스크가 높아질 수 있다. 따라서, 상기 유지부(11b, 12b)는 분리막(13)보다 축방향으로 돌출되지 않는 것이 중요하다. 즉, 상기 유지부(11b, 12b)는, 축방향을 기준으로 상기 분리막(13)의 내측에 위치하는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명에 있어서, 양극판에 코팅되는 양극 활물질과 음극판에 코팅되는 음극 활물질은 당업계에 공지된 활물질이라면 제한없이 사용될 수 있다.
일 예에서, 양극 활물질은 일반 화학식 A(AxMy)O2+z(A는 Li, Na 및 K 중 적어도 하나 이상의 원소를 포함; M은 Ni, Co, Mn, Ca, Mg, Al, Ti, Si, Fe, Mo, V, Zr, Zn, Cu, Al, Mo, Sc, Zr, Ru, 및 Cr에서 선택된 적어도 하나 이상의 원소를 포함; x ≥ 0, 1 ≤ x+y ≤2, -0.1 ≤ z ≤ 2; 화학량론 계수 x, y 및 z는 화합물이 전기적 중성을 유지하도록 선택됨)로 표시되는 알칼리 금속 화합물을 포함할 수 있다.
다른 예에서, 양극 활물질은 US6,677,082, US6,680,143 등에 개시된 알칼리 금속 화합물 xLiM1O2-(1-x)Li2M2O3(M1은 평균 산화 상태 3을 갖는 적어도 하나 이상의 원소를 포함; M2는 평균 산화 상태 4를 갖는 적어도 하나 이상의 원소를 포함; 0≤x≤1)일 수 있다.
또 다른 예에서, 양극 활물질은, 일반 화학식 LiaM1xFe1-xM2yP1-yM3zO4-z(M1은 Ti, Si, Mn, Co, Fe, V, Cr, Mo, Ni, Nd, Al, Mg 및 Al에서 선택된 적어도 하나 이상의 원소를 포함; M2는 Ti, Si, Mn, Co, Fe, V, Cr, Mo, Ni, Nd, Al, Mg, Al, As, Sb, Si, Ge, V 및 S에서 선택된 적어도 하나 이상의 원소를 포함; M3는 F를 선택적으로 포함하는 할로겐족 원소를 포함; 0 < a ≤2, 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y < 1, 0 ≤ z < 1; 화학량론 계수 a, x, y 및 z는 화합물이 전기적 중성을 유지하도록 선택됨), 또는 Li3M2(PO4)3[M은 Ti, Si, Mn, Fe, Co, V, Cr, Mo, Ni, Al, Mg 및 Al에서 선택된 적어도 하나의 원소를 포함]로 표시되는 리튬 금속 포스페이트일 수 있다.
바람직하게, 양극 활물질은 1차 입자 및/또는 1차 입자가 응집된 2차 입자를 포함할 수 있다.
일 예에서, 음극 활물질은 탄소재, 리튬금속 또는 리튬금속화합물, 규소 또는 규소화합물, 주석 또는 주석 화합물 등을 사용할 수 있다. 전위가 2V 미만인 TiO2, SnO2와 같은 금속 산화물도 음극 활물질로 사용 가능하다. 탄소재로는 저결정 탄소, 고결정성 탄소 등이 모두 사용될 수 있다.
분리막은 다공성 고분자 필름, 예를 들어 에틸렌 단독중합체, 프로필렌 단독중합체, 에틸렌/부텐 공중합체, 에틸렌/헥센 공중합체, 에틸렌/메타크릴레이트 공중합체 등과 같은 폴리올레핀계 고분자로 제조한 다공성 고분자 필름을 단독으로 또는 이들을 적층하여 사용할 수 있다. 다른 예시로서, 분리막은 통상적인 다공성 부직포, 예를 들어 고융점의 유리 섬유, 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유 등으로 된 부직포를 사용할 수 있다.
분리막의 적어도 한 쪽 표면에는 무기물 입자의 코팅층을 포함할 수 있다. 또한 분리막 자체가 무기물 입자의 코팅층으로 이루어지는 것도 가능하다. 코팅층을 구성하는 입자들은 인접하는 입자 사이 사이에 인터스티셜 볼륨(interstitial volume)이 존재하도록 바인더와 결합된 구조를 가질 수 있다.
무기물 입자는 유전율이 5이상인 무기물로 이루어질 수 있다. 비제한적인 예시로서, 상기 무기물 입자는 Pb(Zr,Ti)O3(PZT), Pb1-xLaxZr1-yTiyO3(PLZT), PB(Mg3Nb2/3)O3-PbTiO3(PMN-PT), BaTiO3, hafnia(HfO2), SrTiO3, TiO2, Al2O3, ZrO2, SnO2, CeO2, MgO, CaO, ZnO 및 Y2O3로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나 이상의 물질을 포함할 수 있다.
전해질은 A+B-와 같은 구조를 갖는 염일 수 있다. 여기서, A+는 Li+, Na+, K+와 같은 알칼리 금속 양이온이나 이들의 조합으로 이루어진 이온을 포함한다. 그리고 B-는 F-, Cl-, Br-, I-, NO3 -, N(CN)2 -, BF4 -, ClO4 -, AlO4 -, AlCl4 -, PF6 -, SbF6 -, AsF6 -, BF2C2O4 -, BC4O8 -, (CF3)2PF4 -, (CF3)3PF3 -, (CF3)4PF2 -, (CF3)5PF-, (CF3)6P-, CF3SO3 -, C4F9SO3 -, 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 군에서 선택된 어느 하나 이상의 음이온을 포함한다.
전해질은 또한 유기 용매에 용해시켜 사용할 수 있다. 유기 용매로는, 프로필렌 카보네이트(propylene carbonate, PC), 에틸렌 카보네이트(ethylenecarbonate, EC), 디에틸카보네이트(diethyl carbonate, DEC), 디메틸카보네이트(dimethyl carbonate, DMC), 디프로필카보네이트(dipropyl carbonate, DPC), 디메틸설프옥사이드 (dimethyl sulfoxide), 아세토니트릴 (acetonitrile), 디메톡시에탄 (dimethoxyethane), 디에톡시에탄 (diethoxyethane), 테트라하이드로퓨란(tetrahydrofuran), N-메틸-2-피롤리돈 (N-methyl-2-pyrrolidone, NMP), 에틸메틸카보네이트(ethyl methyl carbonate, EMC), 감마 부티로락톤(γ-butyrolactone) 또는 이들의 혼합물이 사용될 수 있다.
제1전극(11)과 제2전극(12)의 접촉 가능성을 최소화하기 위해, 본 발명의 제1전극(11)은, 상기 무지부(11a)의 적어도 일부 및 상기 유지부(11b)의 적어도 일부를 동시에 커버하는 적어도 하나의 절연층(14)을 포함할 수 있다. 상기 절연층(14)은 적어도 무지부(11a)와 유지부(11b)의 경계부위를 덮고, 상기 경계부위와 인접하는 무지부(11a) 부위와 유지부(11b) 부위를 덮을 수 있다.
상기 절연층(14)에 의해, 제1전극(11)과 제2전극(12)의 전기적 접촉이 효과적으로 방지될 수 있다. 보다 구체적으로는, 제1전극(11)에 구비된 무지부(11a)와, 제2전극(12)에 구비된 유지부(12b)와의 전기적 접촉을 효과적으로 방지할 수 있다.
상기 절연층(14)은, 상기 제1전극(11)의 적어도 일 면에 구비될 수 있다. 예를 들어, 상기 절연층(14)은, 상기 제1전극(11)의 양 면에 구비될 수 있다. 반경 방향에서 보았을 때, 제1전극(11)의 양측에는 분리막(13)이 위치하고 있으며, 분리막을 사이에 두고 제2전극(12)이 대향하고 있다. 따라서, 분리막(13)을 사이에 두고 대향하고 있는 제1전극(11)과 제2전극(12)의 전기적 접촉을 방지하기 위해서, 절연층(14)은 제1전극(11)의 양 면에 모두 구비되는 것이 바람직하다.
상기 절연층(14)은, 제1전극(11)의 영역 중에서, 제2전극(12)에 구비된 유지부(12b)와 대면할 가능성이 있는 전 영역에 구비될 수 있다. 예를 들면, 상기 절연층(14)의 축방향 일 단부는, 상기 분리막(13)의 축방향 일 단부와 동일한 높이 또는 일 단부의 외측에 위치되어 있을 수 있다. 보다 구체적으로, 도 4를 예로 들어 설명하면, 상기 절연층(14)의 축방향 일 단부는, 상기 분리막(13)의 축방향 일 단부와 동일 높이에 위치할 수 있다. 아니면 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 절연층(14)의 축방향 일 단부는, 상기 분리막(13)의 축방향 일 단부보다 더 높게 위치할 수 있다.
분리막(13)이 제1전극(11)과 제2전극(12) 사이에서 축방향으로 돌출되어 있기 때문에, 제1전극(11)과 제2전극(12) 사이의 전기적 접촉을 어느 정도는 방지할 수 있다. 그러나, 배터리(1) 내부에서 제1전극(11) 또는 제2전극(12)의 사행 등과 같은 유동이 발생할 가능성이 있기 때문에, 분리막(13)의 말단 부근에 제2전극(12)이 위치할 가능성을 배제할 수 없다. 따라서 사행 등의 유동 발생으로 인해 제2전극(12)이 분리막(13)의 말단까지 위치하거나 또는 제2전극(12)이 분리막(13)의 말단보다 더 외측으로 돌출되는 경우에는, 제1전극(11)과 제2전극(12)의 전기적 접촉을 피할 수 없게 된다. 또는, 어떠한 이유에서 분리막(13)이 손상될 경우, 제1전극(11)과 제2전극(12)의 전기적 접촉을 피할 수 없게 된다. 따라서, 이러한 경우가 발생하더라도 제1전극(11)과 제2전극(12)의 전기적 접촉을 방지하기 위해, 제1전극(11)에 구비된 절연층(14)은 적어도 분리막(13)의 일 단부와 동일한 높이까지 또는 일 단부의 외측까지 연장되는 것이 바람직하다.
다만, 상기 절연층(14)이 제1전극(11)에 구비된 무지부(11a)의 전체를 커버할 경우, 무지부(11a)가 전극 탭으로서 기능할 수 없게 되므로, 절연층(14)은 제1전극(11)에 구비된 무지부(11a)의 일부만을 커버해야 한다. 즉, 상기 무지부(11a)는, 상기 절연층(14)의 외측으로 더 돌출되는 형태를 가질 수 있다.
상기 절연층(14)은, 상기 무지부(11a)와 상기 유지부(11b)의 경계 영역 상에 구비되는 절연 코팅층 또는 절연 테이프일 수 있다. 다만, 절연층(14)의 형태가 이에 한정되는 것은 아니고 절연층(14)이 절연 성능을 확보하면서 제1전극(11)에 부착될 수 있는 형태라면, 본 발명에 채용될 수 있다. 한편, 상기 절연층(14)은, 절연 성능을 확보하기 위해, 예를 들면 유계 SBR 등의 바인더와 SiO2, Al2O3 등의 무기물 필러를 포함할 수 있다. 물론, 바인더와 무기물 필러는 당업계에 공지된 다른 물질일 수도 있다.
상기 절연층(14)은, 상기 무지부(11a)의 적어도 일부 및 상기 유지부(11b)의 적어도 일부를 동시에 커버할 수 있다. 예를 들어, 상기 절연층(14)은, 상기 유지부(11b)와 상기 무지부(11a)의 경계 영역 상에 구비될 수 있다. 예를 들면, 상기 절연층(14)은, 상기 슬라이딩부의 적어도 일부를 커버할 수 있다.
예를 들면, 상기 절연층(14)은, 상기 제1전극(11)에 구비된 무지부(11a)의 전체 영역 중에서, 상기 무지부(11a)와 유지부(11b)의 경계 지점으로부터 대략 0.3 ~ 5 mm 지점까지 연장될 수 있다. 보다 바람직하게는, 상기 절연층(14)은, 상기 제1전극(11)에 구비된 무지부(11a)의 전체 영역 중에서, 상기 무지부(11a)와 유지부(11b)의 경계 지점으로부터 대략 1.5 ~ 3 mm 지점까지 연장될 수 있다.
만약 절연층(14)이 없는 경우, 제1전극(11)과 제2전극(12)의 접촉으로 인해 내부 단락이 발생할 가능성이 있기 때문에, 제1전극(11)과 제2전극(12)의 전기적 접촉이 일어나지 않을 정도의 위치까지 절연층(14)이 연장되어 있는 것이 바람직하다.
한편, 상기 절연층(14)은, 상기 제1전극(11)에 구비된 유지부(11b)의 전체 영역 중에서, 상기 무지부(11a)와 유지부(11b)의 경계 지점으로부터 대략 0.1 ~ 3 mm 지점까지 연장될 수 있다. 보다 바람직하게는, 상기 절연층(14)은, 상기 제1전극(11)에 구비된 유지부(11b)의 전체 영역 중에서, 상기 무지부(11a)와 유지부(11b)의 경계 지점으로부터 대략 0.2 ~ 0.5 mm 지점까지 연장될 수 있다.
절연층(14)이 제1전극(11)에 구비된 유지부(11b)의 일부를 커버할 경우, 전지의 용량 손실이 발생하기 때문에 절연층(14)의 유지부 커버 길이를 최소화할 필요성이 있다. 그러나, 제1전극(11)에 구비된 유지부(11b)가 제2전극(12)과 접촉할 가능성이 있기 때문에, 이를 방지하기 위해서 절연층(14)은 제1전극(11)에 구비된 유지부(11b)의 적어도 일부를 커버하는 것이 좋다.
한편, 도 4를 참조하여 설명하면, 상기 분리막(13)은, 상기 제1전극(11)의 타 단부 및 상기 제2전극(12)의 일 단부보다 외측으로 돌출되어 있는 형태를 가질 수 있다. 여기서, 일 단부란, 도면 상에서 축방향의 상부 방향의 단부를 의미하고, 타 단부란, 도면 상에서 축방향의 하부 방향의 단부를 의미한다. 따라서, 상기 분리막(13)은, 제1전극(11)의 하 단부보다 외측으로 돌출되어 있고, 제2전극(12)의 상 단부보다 외측으로 돌출되어 있는 형태를 가질 수 있다. 한편, 상기 분리막(13)은 제1전극(11)의 상 단부보다는 돌출되어 있지 않다. 이는 제1전극(11)의 상 단부, 즉 무지부(11a)가 제1전극(11)에 구비된 전극 탭으로 기능하기 위함이다. 마찬가지로, 상기 분리막(13)은 제2전극(12)의 하 단부보다는 돌출되어 있지 않다. 이는 제2전극(12)의 하 단부, 즉 무지부(12a)가 제2전극(12)에 구비된 전극 탭으로 기능하기 위함이다.
한편, 상기 분리막(13)을 사이에 두고 상기 절연층(14)과 마주보는 상기 제2전극(12)의 일 단부는, 상기 분리막(13)의 일 단부보다 외측으로 돌출되지 않는 형태를 가질 수 있다. 예를 들어 도 4를 참조하여 설명하면, 상기 제1전극(11)의 일 단부에는 절연층(14)이 구비되어 있으며, 상기 절연층(14)과 마주보는 제2전극(12)의 일 단부는 상기 분리막(13)보다 내측을 향해 위치하고 있다. 따라서, 제1전극(11)의 일 단부가 분리막(13)의 외측으로 돌출되어 있다고 하더라도, 제2전극(12)의 일 단부가 분리막(13)의 내측에 위치하고 있기 때문에, 제1전극(11)과 제2전극(12)의 접촉 가능성이 현저히 감소하게 된다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 배터리 하우징(20)은, 하단에 개방부가 형성된 대략 원통형의 수용체로서, 예를 들어 금속과 같은 도전성을 갖는 재질로 이루어진다. 상기 배터리 하우징(20)의 재질은, 예를 들어 알루미늄일 수 있다. 개방부가 구비된 상기 배터리 하우징(20)의 바닥부를 개방단(opened end)이라고 칭하기로 한다. 상기 배터리 하우징(20)의 측면(외주면)과 상면은 일체로 형성될 수 있다. 상기 배터리 하우징(20)의 상면(Z축과 수직을 이루는 면, X-Y 평면에 나란한 면)은 대략 플랫(flat)한 형태를 갖는다. 상기 개방단의 반대편에 위치하는 상면을 폐쇄단(closed end)이라고 칭하기로 한다. 상기 배터리 하우징(20)은, 하방에 형성된 개방부를 통해 전극 조립체(10)를 수납하며, 전해질도 함께 수용한다.
상기 배터리 하우징(20)은, 전극 조립체(10)와 전기적으로 연결된다. 상기 배터리 하우징(20)은, 상기 제1전극(11) 및 상기 제2전극(12) 중 하나와 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들어 상기 배터리 하우징은 전극 조립체(10)의 제2전극(12)과 전기적으로 연결될 수 있다. 이 경우, 상기 배터리 하우징(20)은, 제2전극(12)과 동일한 극성을 가질 수 있다.
도 2를 참조하면, 상기 배터리 하우징(20)은, 그 하단에 형성된 비딩부(21) 및 크림핑부(22)를 구비할 수 있다. 상기 비딩부(21)는, 전극 조립체(10)의 하부에 위치한다. 상기 비딩부(21)는, 배터리 하우징(20)의 외주면 둘레를 압입하여 형성된다. 상기 비딩부(21)는, 배터리 하우징(20)의 폭과 대략 대응되는 사이즈를 가질 수 있는 전극 조립체(10)가 배터리 하우징(20)의 하단에 형성된 개방부를 통해 빠져나오지 않도록 하며, 밀봉체(30)가 안착되는 지지부로서 기능할 수 있다.
상기 크림핑부(22)는, 비딩부(21)의 하부에 형성된다. 상기 크림핑부(22)는, 비딩부(21)의 하방에 배치되는 밀봉체(30)의 외주면, 그리고 밀봉체(30)의 하면의 일부를 감싸도록 연장 및 절곡된 형태를 갖는다.
다만, 본 발명은, 배터리 하우징(20)이 이러한 비딩부(21) 및/또는 크림핑부(22)를 구비하지 않는 경우를 배제하지 않는다. 즉, 본 발명에 있어서 배터리 하우징(20)이 비딩부(21) 및/또는 크림핑부(22)를 구비하지 않는 경우, 전극 조립체(10)의 고정 및/또는 배터리 하우징(20)의 밀봉은, 예를 들어 전극 조립체(10)에 대한 스토퍼로서 기능할 수 있는 부품의 추가 적용 등을 통해 실현할 수 있다. 또한, 만약 본 발명의 배터리(1)가 밀봉체(30)를 포함할 경우, 전극 조립체(10)의 고정 및/또는 배터리 하우징(20)의 밀봉은, 예를 들어 밀봉체(30)가 안착될 수 있는 구조물의 추가 적용 및/또는 배터리 하우징(20)과 밀봉체(30) 간의 용접 등을 통해 실현할 수 있다. 즉, 상기 밀봉체(30)는, 상기 배터리 하우징(20)의 개방단을 밀봉할 수 있다.
도 2를 참조하면, 상기 밀봉체(30)는, 강성 확보를 위해, 예를 들어 금속 재질로 이루어질 수 있다. 상기 밀봉체(30)는, 배터리 하우징(20)의 하단에 형성된 개방단을 커버할 수 있다. 즉, 상기 밀봉체(30)는, 배터리(1)의 하면을 이룬다. 본 발명의 배터리(1)에 있어서, 상기 밀봉체(30)는, 전도성을 갖는 금속 재질인 경우에도, 극성을 갖지 않는다. 극성을 갖지 않는다는 것은, 상기 밀봉체(30)가 배터리 하우징(20) 및 단자(40)와 전기적으로 절연되어 있음을 의미할 수 있다. 따라서, 상기 밀봉체(30)는, 양극 단자(40) 또는 음극 단자(40)로서 기능하지 않는다. 따라서, 상기 밀봉체(30)는, 전극 조립체(10) 및 배터리 하우징(20)과 전기적으로 연결될 필요가 없으며, 그 재질이 반드시 전도성 금속이어야 하는 것도 아니다.
본 발명의 배터리 하우징(20)이 비딩부(21)를 구비하는 경우, 상기 밀봉체(30)는, 배터리 하우징(20)에 형성된 비딩부(21) 상에 안착될 수 있다. 또한, 본 발명의 배터리 하우징(20)이 크림핑부(22)를 구비하는 경우, 상기 밀봉체(30)는, 크림핑부(22)에 의해 고정될 수 있다. 상기 밀봉체(30)와 배터리 하우징(20)의 크림핑부(22) 사이에는 배터리 하우징(20)의 기밀성을 확보하기 위해 실링 가스켓(90)이 개재될 수 있다. 한편, 앞서 설명한 바와 같이, 본 발명의 배터리 하우징(20)은 비딩부(21) 및/또는 크림핑부(22)를 구비하지 않을 수도 있으며, 이 경우 상기 실링 가스켓(90)은 배터리 하우징(20)의 기밀성 확보를 위해 배터리 하우징(20)의 개방부 측에 구비된 밀봉체(30)의 고정을 위한 구조물과 밀봉체(30) 사이에 개재될 수 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 단자(40)는 상기 제1전극(11) 및 상기 제2전극(12) 중 다른 하나와 전기적으로 연결될 수 있다. 즉, 상기 단자(40)는, 상기 배터리 하우징(20)과 반대 극성을 띨 수 있다. 예를 들면, 상기 단자(40)는, 전극 조립체(10)의 제1전극(11)과 전기적으로 연결될 수 있다. 그리고, 상기 단자(40)는 표면이 외부로 노출될 수 있다.
상기 단자(40)는, 전도성을 갖는 금속 재질로 이루어질 수 있다. 상기 단자(40)는, 예를 들어 배터리 하우징(20)의 상단에 형성된 폐쇄단의 대략 중심부를 관통할 수 있다. 상기 단자(40)의 일부는 배터리 하우징(20)의 상부로 노출되고 나머지 일부는 배터리 하우징(20)의 내부에 위치할 수 있다. 상기 단자(40)는, 예를 들어 리벳팅(riveting)에 의해 배터리 하우징(20)의 폐쇄단의 내측면 상에 고정될 수 있다. 단자(40)는 인슐레이터(60)를 관통하여 제1집전판(50) 또는 제1전극(11)에 구비된 무지부(11a)와 결합할 수 있다. 이 경우, 상기 단자(40)는 제1극성을 띨 수 있다. 따라서, 상기 단자(40)는, 본 발명의 배터리(1)에 있어서 제1전극 단자로서 기능할 수 있다. 상기 단자(40)가 이처럼 제1극성을 갖는 경우, 단자(40)는 제2극성을 갖는 배터리 하우징(20)과는 전기적으로 절연된다. 상기 단자(40)와 배터리 하우징(20) 간의 전기적 절연은, 다양한 방식으로 실현될 수 있다. 예를 들어, 상기 단자(40)와 배터리 하우징(20) 사이에 후술할 바와 같은 절연 가스켓(70)을 개재시킴으로써 절연을 실현할 수 있다. 이와는 달리, 상기 단자(40)의 일부에 절연성 코팅층을 형성시킴으로써 절연을 실현할 수 있다. 또는, 상기 단자(40)와 배터리 하우징(20)의 접촉이 불가능하도록 단자(40)를 구조적으로 단단히 고정시키는 방식을 적용할 수도 있다. 또는, 앞서 설명한 방식들 중 복수의 방식을 함께 적용할 수도 있다.
도 2를 참조하면, 상기 제1집전판(50)은, 전극 조립체(10)의 상부에 결합될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1집전판(50)은, 상기 전극 조립체(10)의 상부에서 제1전극(11)에 구비된 무지부(11a)에 결합될 수 있다. 상기 제1집전판(50)은 도전성을 갖는 금속 재질로 이루어질 수 있다. 도면에 도시되어 있지는 않으나, 상기 제1집전판(50)은, 그 하면에 방사상으로 형성된 복수의 요철을 구비할 수 있다. 상기 요철이 형성된 경우, 제1집전판(50)을 눌러서 요철을 제1전극(11)에 구비된 무지부(11a)에 압입시킬 수 있다.
본 발명의 다른 실시예를 따르는 배터리(1)는, 제1집전판(50)을 포함하지 않을 수도 있다. 이 경우, 제1전극(11)에 구비된 무지부(11a)는 바로 단자(40)와 전기적으로 연결될 수 있다.
도 2를 참조하면, 상기 제1집전판(50)은 제1전극(11)에 구비된 무지부(11a)의 단부에 결합될 수 있다. 상기 제1전극(11)에 구비된 무지부(11a)와 제1집전판(50) 간의 결합은 예를 들어 레이저 용접에 의해 이루어질 수 있다. 상기 레이저 용접은, 제1집전판(50) 모재를 부분적으로 용융시키는 방식으로 이루어질 수도 있고, 제1집전판(50)과 무지부(11a) 사이에 용접을 위한 솔더를 개재시킨 상태에서 이루어질 수도 있다. 이 경우, 상기 솔더는, 제1집전판(50) 및 무지부(11a)와 비교하여 더 낮은 융점을 갖는 것이 바람직하다. 한편 레이저 용접 외에도, 저항 용접, 초음파 용접 등이 가능하나, 용접 방법이 이에 한정되는 것은 아니다.
도 5와 도 6을 참조하면, 상기 무지부(11a)는 제1방향(도면상 우측 방향)으로 절곡될 수 있다. 상기 무지부(11a)가 절곡되는 위치는 상기 절연층(14)으로부터 축방향으로 소정 거리만큼 이격될 수 있다. 즉 상기 무지부(11a)의 절곡 위치와 상기 절연층(14)의 선단부 사이에는 소정의 갭(G)이 제공될 수 있다.
상기 무지부(11a)의 제1면(S1)과 제2면(S2)을 덮고 있는 절연층(14)은 상기 무지부(11a)의 기단부(유지부와 무지부의 경계 부근)의 강성을 보강해준다. 도 5와 도 6에 도시된 바와 같이 상기 무지부(11a)의 선단부는 마치 외팔보(cantilever)와 같은 구조를 가진다. 따라서 무지부(11a)를 절곡하기 위해 상기 무지부(11a)의 선단부를 코어(구심) 방향으로 가압하면 상기 무지부(11a)의 기단부에 벤딩 모멘트가 작용한다. 이때, 상기 절연층(14)은 상기 무지부(11a)의 기단부를 보강해주게 되는 바, 상기 무지부(11a)는 상기 절연층(14)의 선단부보다 더 상부에서 절곡이 이루어지게 된다.
본 발명에 따르면 상기 무지부(11a)의 절곡 부위는 상기 절연층(14)의 선단부로부터 소정 갭(G)만큼 떨어진 위치에서 이루어지도록 한다. 상기 무지부(11a)가 절곡될 때 상기 절연층(14)에 지나치게 큰 벤딩 모멘트가 가해지면 절연층(14) 자체가 변형되거나 손상될 여지가 있다. 이는 원래 있어야 할 위치에 절연층(14)이 부재하게 되어, 제1전극(11)과 제2전극(12) 간에 접촉이 일어날 가능성을 높이게 된다.
이에 본 발명의 실시예에서는, 상기 무지부(11a)를 반경방향으로 절곡할 때, 절곡 부위가 절연층(14)으로부터 소정의 갭(G)만큼 거리를 두도록 한다.
도 5와 도 6을 참조하면, 상기 절연층(14)의 두께는 활물질층(11b)의 두께보다 얇다. 이에 따라 상기 절연층(14)과 분리막(13) 사이에는 약간의 틈이 발생한다. 따라서, 무지부(11a)를 절곡함에 있어서, 일부 절연층(14) 부위가 변형되더라도, 이러한 절연층(14)의 변형이 곧바로 분리막(13)에 영향을 미치지 않는다. 이에 따라, 분리막(13)은 설계된 대로 축방향으로 연장된 형태를 유지할 수 있어, 상기 제1전극(11)과 제2전극(12) 간의 접촉을 방지할 수 있게 된다.
상기 절연층(14)은 제1전극(11)의 제1면(S1)과 제2면(S2)에 모두 제공되고, 상기 무지부(11a)는 제1면(S1)이 바라보는 코어측 방향으로 절곡된다. 이에 따라 상기 제1전극(11)의 제1면(S1)은 압축력을 받게 되고, 제2면(S2)은 인장력을 받게 된다. 좌굴(buckling) 현상은 외팔보의 축방향으로 편심된 위치에 압축력이 가해질 때 발생할 가능성이 높아진다. 따라서 본 발명의 일 실시예에서는, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 제1전극(11)의 제1면(S1)에 코팅된 절연층(14)이 상기 제2면(S2)의 절연층(14)보다 상기 무지부(11a)를 축방향으로 더 길게 덮도록 함으로써, 무지부(11a)의 좌굴 현상을 효과적으로 방지할 수 있다.
또한 무지부(11a)를 코어 방향으로 절곡하면, 무지부(11a)의 제2면(S2)은 그보다 원심 측에 배치된 또 다른 무지부(11a)의 제1면(S1)과 접하게 된다. 따라서 무지부(11a)의 제2면(S2)에 코팅된 절연층(14)의 선단부의 높이가 제1면(S1)의 그것보다는 낮게 위치하도록 함으로써, 이웃하는 무지부(11a)들이 중첩될 때 그 접촉 면적을 최대한 확보하도록 하였다.
한편, 상기 무지부(11a)를 절곡함에 있어서, 절곡 위치를 정확하게 규제하고, 무지부(11a)가 깔끔하게 절곡되지 않고 구겨지는 등의 현상이 일어나지 않도록, 무지부(11a)를 복수 개의 분절편으로 구성할 수도 있다.
도 7a와 도 8을 참조하면, 상기 무지부(11a)의 선단부에는, 둘레 방향(X)을 따라 간격을 두고 노칭 또는 트리밍을 하여 절단홈(TL)을 형성할 수 있다. 그러면, 무지부(11a)는 제1전극(11)의 길이방향을 따라 복수 개의 분절편(T)이 마련된 형태를 이룰 수 있다. 무지부(11a)을 일정한 간격으로 커팅만 한 경우, 커팅 라인도 일종의 절단홈(TL)으로 간주될 수 있음은 자명하다.
상기 분절편(T)의 형태는 등변 사다리꼴, 반타원형, 반원형, 직사각형, 정사각형, 이등변삼각형, 정삼각형 등 다양할 수 있으나, 실시예에서는 실질적으로 직사각형인 형태를 예시한다.
이와 같이 분절편(T)을 형성한 상태에서, 상기 무지부(11a)를 절곡하고자 상기 무지부(11a)의 선단부를 반경 방향으로 가압하면, 상기 절단홈(TL)의 하단부를 이은 절곡 라인(BL)을 따라 상기 무지부(11a)가 절곡된다. 즉 무지부(11a)를 절곡하기 위해 절단홈(TL) 가공을 하면, 분절편(T)의 하단부에서 절곡이 유도된다. 이에 따라, 무지부(11a)의 절곡 라인(BL)의 위치를 정확하게 제어할 수 있다.
또한 분절편(T)을 형성하면, 이들을 절곡함에 있어서 분절편(T)들이 개별적으로 절곡되는 효과를 발휘하므로, 무지부(11a)가 구겨지며 접히는 등의 문제가 발생할 가능성을 현저히 낮출 수 있다.
실시예에 따르면, 상술한 갭(G)은 상기 절곡 라인(BL), 즉 상기 절단홈(TL)의 하단부와, 상기 절연층(14)의 선단부 사이의 간격일 수 있다.
상기 갭(G)은 0.2 ~ 4mm일 수 있다. 갭이 0.2mm보다 작으면 무지부(11a)의 절곡 가공 과정에서 절연층(14)이 파손되거나 변형될 여지가 있다. 또한 갭이 4mm보다 크면 절연층(14)의 손상 방지 효과는 더 이상 증가하지 않으면서 절연층(14)의 무지부 절곡 지지 효과가 감소하기 시작한다.
상기 갭(G)은, 보다 바람직하게는 0.4 ~ 1.5mm일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에서, 전해질의 함침성을 향상시키기 위해 절연층(14)의 단부 위치는 절단홈(TL)의 하단부 위치를 기준으로 조절될 수 있다.
도 7b는 전해질의 함침성을 고려하여 절연층(14)의 단부가 절단홈(TL)의 하단부까지 연장된 제1전극(11)의 변형 구조를 나타낸 부분 평면도이다. 도면에 도시된 구조는 제2전극(11)에 대해서도 적용될 수 있다.
도 7b를 참조하면, 절단홈(TL)은 제1전극(11)의 무지부(11a)가 제거되면서 생긴 공간에 해당한다. 바람직하게, 절단홈(TL)은, 평평한 저부(A1)와, 절단홈(TL) 양측에 위치한 분절편(T)의 측부(A3)와, 상기 저부(A1)와 측부(A3)를 부드럽게 연결하는 라운드부(A2)를 포함한다. 저부(A1)는 제1전극(11)의 권취 방향과 실질적으로 평행할 수 있다.
도 7b의 부분 확대도에 있어서, 기호 A2a 및 A2b는 각각 라운드부(A2)의 상단 위치와 하단 위치를 나타내고, BL은 절곡 라인을 나타낸다.
라운드부(A2)의 곡률 반경은 0 초과 0.5mm 이하, 바람직하게는 0 초과 0.1mm 이하, 보다 바람직하게 0.01mm 내지 0.05m일 수 있다. 라운드부(A2)의 곡률 반경이 상기 수치범위를 충족할 때, 제1전극(11)이 권취 공정 등에서 주행되는 동안 절단홈(TL)의 하부에서 크랙이 생기는 것을 방지할 수 있다. 특히, 무지부(11a)가 알루미늄으로 이루어진 경우, 제1전극(11)이 권취 공정 등에서 300gf 이상의 장력(tension) 하에서 100mm/sec 이상의 속도로 주행하더라도, 절단홈(TL)의 하부에서 크랙이 생기는 것을 방지할 수 있다.
라운드부(A2)는 또한 절단홈(TL)의 양측에 위치한 분절편(T)들이 절곡될 때 절곡 라인(BL) 근처에서 생기는 응력을 완화시킴으로써 절곡 응력에 의해 절연층(14) 및/또는 유지부(11b)가 손상되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.
도 7b에 도시된 바와 같이, 절연층(14)의 단부는 절단홈(TL)의 하단부까지 연장될 수 있다. 바람직하게, 절연층(14)의 단부는 축방향에서 라운드부(A2)와 중첩되는 지점까지 연장될 수 있다. 절연층(14)의 단부가 라운드부(A2)와 중첩된다는 것은 절연층(14)의 단부를 따르는 가상의 선을 그었을 때 가상의 선이 라운드부(A2)의 상단 위치(A2a)와 하단 위치(A2b) 사이의 영역을 통과하는 경우를 의미한다.
분절편(T)의 절곡 라인(BL)은 실질적으로 절연층(14)의 단부보다는 이격되어 있으면서 라운드부(A2)의 상단 위치(A2a)와 하단 위치(A2b) 사이의 영역에 형성될 수 있다. 물론, 분절편(T)의 절곡을 위한 힘이 가해지는 방식에 따라 절곡 라인(BL)은 라운드부(A2)의 상단 위치(A2a)보다는 더 높은 위치에 형성될 수도 있다.
축방향을 따라 상기 절단홈(TL)을 마주보는 절연층(14)의 단부는 절단홈(TL)의 저부(A1) 형상에 상응하여 유지부(11b)를 향해 리세스된 구조를 가진다. 이러한 구조는 절연층(14)을 무지부(11a)에 형성한 이후에, 무지부(11a)를 노칭하여 분절편(T)을 형성하는 과정에서 형성될 수 있다. 즉, 무지부(11a)가 노칭될 때, 절단홈(TL)의 저부(A1)에 해당하는 절연층(14)의 일부 영역도 함께 노칭될 수 있는 것이다.
절연층(14)의 단부가 절단홈(TL)의 라운드부(A2)와 중첩되도록 축방향을 따라 연장되면, 전해질 함침성이 개선되는 효과가 있다. 즉, 도 8에 도시된 것처럼, 분절편(T)들이 코어 측으로 절곡되어 있는 전극 조립체(10)를 배터리 하우징(20)에 삽입한 후 액상의 전해질(EL)이 주입되면, 전해질(EL)은 분절편(T)들 사이의 절단홈(TL)을 통해 전극 조립체(10)의 내부로 유입된다. 이 때, 절연층(14)의 단부가 절단홈(TL)의 라운드부(A2)와 중첩되어 있으므로 전해질(EL)이 절연층(14)까지 이동하는 거리가 짧을 뿐만 아니라 절연층(14)은 전해질(EL)과 직접적으로 접촉하게 된다.
바람직하게, 절연층(14)은 바인더와 함께 Al2O3, SiO2 등의 무기물 필러를 포함할 수 있다. 무기물 필러는 입자들로 이루어진다. 입자들은 바인더에 의해 결합되며, 입자들 사이에는 기공이 형성된다. 기공의 형성을 위해, 바인더와 무기물 필러의 부피 함량이 조절될 수 있다. 일 예에서, 바인더의 부피 함량 대비 무기물 필러의 부피 함량을 증가시키면 절연층(14)의 기공도가 증가한다. 바인더와 무기물 필러의 전체 부피 대비 바인더의 부피 함량은 50% 이하, 바람직하게는 40% 이하, 더욱 바람직하게는 30% 이하일 수 있다. 절연층(14)에 다공성을 부여하기 위한 바인더와 무기물 필러의 바람직한 부피 함량은 반복 실험을 통해서 용이하게 결정할 수 있다.
절연층(14)이 다공성을 가지면, 절연층(14)의 표면은 금속 재질의 무지부(11a) 표면보다 전해질에 대해 젖음성이 우수하다. 따라서, 절단홈(TL)의 저부(A1) 및 라운드부(A2) 근처에서 절연층(14)의 내부로 함침된 전해질은 절연층(14)의 기공을 통해 절연층(14)을 빠르게 통과하여 유지부(11b)에 다다르게 된다. 이처럼, 다공성을 가진 절연층(14)의 단부와 절단홈(TL) 하단부의 중첩 구조는 전해질의 함침성 관점에서 이점을 제공할 수 있다.
한편, 도 5에 도시된 바와 같이, 무지부(11a)의 제1면(S1)에 형성된 절연층(14)의 길이가 제2면(S2)에 형성된 절연층(14)의 길이보다 더 긴 경우, 제1면(S1)에 형성된 절연층(14)의 단부가 절단홈(TL)의 라운드부(A2)와 중첩될 수 있다. 한편, 제2면(S2)에 형성된 절연층(14)의 단부는 절단홈(TL)의 라운드부(A2)와 중첩되거나 절단홈(TL)의 저부(A1)와 실질적으로 동일한 위치 또는 그 하부에 위치할 수 있다.
도 2 및 도 8을 참조하면, 상기 제1집전판(50)은, 제1전극(11)에 구비된 무지부(11a)의 단부(분절편)가 제1집전판(50)과 나란한 방향으로 절곡되어 형성된 결합 면 상에 결합될 수 있다. 상기 결합 면은 무지부(11a)의 단부(또는 분절편)가 축방향으로 여러 겹 적층된 구조를 가질 수 있다. 상기 무지부(11a)의 절곡 방향은, 예를 들어 전극 조립체(10)의 권취 중심(C)을 향하는 방향일 수 있다. 상기 무지부(11a)가 이처럼 절곡된 형태를 갖는 경우, 무지부(11a)가 차지하는 공간이 축소되어 에너지 밀도의 향상을 가져올 수 있다. 또한, 상기 무지부(11a)와 제1집전판(50) 간의 결합 면적의 증가로 인해 결합력 향상 및 저항 감소 효과를 가져올 수 있다.
도 2를 참조하면, 상기 인슐레이터(60)는, 전극 조립체(10)의 상단과 배터리 하우징(20)의 내측 면 사이 또는 전극 조립체(10)의 상부에 결합된 제1집전판(50)과 배터리 하우징(20)의 내측 면 사이에 구비될 수 있다. 상기 인슐레이터(60)는, 제1전극(11)에 구비된 무지부(11a)와 배터리 하우징(20) 사이의 접촉 및/또는 제1집전판(50)과 배터리 하우징(20) 사이의 접촉을 방지한다. 즉, 상기 인슐레이터(60)는, 상기 배터리 하우징(20) 내부에 수용되며, 상기 제1전극(11)의 무지부(11a)와 상기 배터리 하우징(20) 사이의 전기적 연결을 차단하도록 구성된다. 따라서, 상기 인슐레이터(60)는 절연 성능을 갖는 재질로 이루어질 수 있다. 예를 들면, 상기 인슐레이터(60)는 폴리머 재질을 포함할 수 있다.
상기 절연 가스켓(70)은, 배터리 하우징(20)과 단자(40) 사이에 개재되어 서로 반대 극성을 갖는 배터리 하우징(20)과 단자(40)가 서로 접촉되는 것을 방지한다. 즉, 상기 절연 가스켓(70)은, 배터리 하우징(20)과 단자(40)의 전기적 연결을 차단한다. 이로써 대략 플랫한 형상을 갖는 배터리 하우징(20)의 상면(20a)이 배터리(1)의 제2전극 단자로서 기능할 수 있다.
상기 제2집전판(80)은, 전극 조립체(10)의 하부에 결합될 수 있다. 상기 제2집전판(80)은 도전성을 갖는 금속 재질로 이루어질 수 있다. 상기 제2집전판(80)은 제2전극(12)에 구비된 무지부(12a)와 연결될 수 있다. 또한, 상기 제2집전판(80)은, 배터리 하우징(20)과 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 제2집전판(80)은, 배터리 하우징(20)의 내측 면과 실링 가스켓(90) 사이에 개재되어 고정될 수 있다. 바람직하게, 상기 제2집전판(80)은, 배터리 하우징(20)의 내벽 면, 예컨대 비딩부(21)의 내주면에 용접될 수 있다.
도면에 도시되어 있지는 않으나, 상기 제2집전판(80)은, 그 일 면 상에 방사상으로 형성된 복수의 요철을 구비할 수 있다. 상기 요철이 형성된 경우, 제2집전판(80)을 눌러서 요철을 제2전극(12)에 구비된 무지부(12a)에 압입시킬 수 있다.
상기 제2집전판(80)은 제2전극(12)에 구비된 무지부(12a)의 단부에 결합될 수 있다. 제2전극(12)의 무지부(12a)는 제1전극(11)의 무지부(11a)와 마찬가지로 복수의 분절편(T)으로 분할되어 있을 수 있다. 상기 제2전극(12)에 구비된 무지부(12a)와 제2집전판(80) 간의 결합은 예를 들어 레이저 용접에 의해 이루어질 수 있다. 상기 레이저 용접은, 제2집전판(80) 모재를 부분적으로 용융시키는 방식을 이루어질 수도 있고, 제2집전판(80)과 무지부(12a) 사이에 용접을 위한 솔더를 개재시킨 상태에서 이루어질 수도 있다. 이 경우, 상기 솔더는 제2집전판(80) 및 무지부(12a)와 비교하여 더 낮은 융점을 갖는 것이 바람직하다. 한편, 레이저 용접 외에도, 저항 용접, 초음파 용접 등이 가능하나, 용접 방법이 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 제2집전판(80)은, 제2전극(12)에 구비된 무지부(12a)의 단부(또는 분절편)가 제2집전판(80)과 나란한 방향으로 절곡되어 형성된 결합 면 상에 결합될 수 있다. 상기 결합 면은 도 8에 도시된 바와 같이 무지부(12a)의 단부(또는 분절편)가 축방향으로 여러 겹 적층된 구조를 가질 수 있다. 상기 제2전극(12)에 구비된 무지부(12a)의 절곡 방향은, 예를 들어 전극 조립체(10)의 권취 중심(C)을 향하는 방향일 수 있다. 상기 제2전극(12)에 구비된 무지부(12a)가 이처럼 절곡된 형태를 갖는 경우, 무지부(12a)가 차지하는 공간이 축소되어 에너지 밀도의 향상을 가져올 수 있다. 또한, 상기 무지부(12a)와 제2집전판(80) 간의 결합 면적의 증가로 인해 결합력 향상 및 저항 감소 효과를 가져올 수 있다.
상기 실링 가스켓(90)은, 상기 밀봉체(30)를 감싸는 대략 링 형상을 가질 수 있다. 상기 실링 가스켓(90)은, 밀봉체(30)의 하면, 상면 및 측면을 동시에 커버할 수 있다. 실링 가스켓(90)의 부위 중에서 밀봉체(30)의 상면을 커버하는 부위의 반경 방향 길이는, 실링 가스켓(90)의 부위 중에서 상기 밀봉체(30)의 하면을 커버하는 부위의 반경 방향 길이보다 작거나 같을 수 있다. 실링 가스켓(90)의 부위 중에서 밀봉체(30)의 상면을 커버하는 부위의 반경 방향 길이가 지나치게 길면, 배터리 하우징(20)을 상하로 압축하는 사이징 공정에서 실링 가스켓(90)이 제2집전판(80)을 가압하여, 제2집전판(80)이 손상되거나 배터리 하우징(20)이 손상될 가능성이 있다. 따라서, 실링 가스켓(90)의 부위 중에서 밀봉체(30)의 상면을 커버하는 부위의 반경 방향 길이를 일정 수준으로 작게 유지할 필요가 있다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 전극 조립체(10)는, 무지부(11a, 12a)의 적어도 일부가 코어측으로 절곡되어 있는 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 도 7a와 도 8을 참조하면, 상기 무지부(11a, 12a)의 적어도 일부 구간은, 복수의 분절편(T)으로 분할되어 있을 수 있다. 여기서, 상기 복수의 분절편(T)은, 코어측으로 절곡되면서 축방향을 따라 여러 겹으로 중첩되는 구조를 가질 수 있다. 예를 들어 복수의 분절편(T)은 레이저로 노칭된 것일 수 있다. 분절편(T)은 초음파 커팅이나 타발 등 공지의 금속박 커팅 공정으로 형성할 수 있다.
무지부(11a, 12a)의 절곡 가공시 활물질층이 손상되는 것을 방지하기 위해 분절편 사이의 절단홈(TL) 하단과 활물질층 사이에 소정의 갭을 둘 수 있다. 무지부(11a, 12a)가 절곡될 때 절단홈 하단 근처에 마련된 절곡 라인(BL)에 응력이 집중되기 때문이다. 갭은 0.2 내지 4mm인 것이 바람직하다. 상기 갭은 0.2mm 이상일 수 있다. 보다 바람직하게 상기 갭은 0.4mm 이상일 수 있다. 보다 바람직하게 상기 갭은 0.5mm 이상일 수 있다. 가장 바람직하게 상기 갭은 0.7mm 이상일 수 있다. 또한 상기 갭은 4mm 이하일 수 있다. 보다 바람직하게 상기 갭은 3mm 이하일 수 있다. 보다 바람직하게 상기 갭은 1.5mm 이하일 수 있다. 보다 바람직하게 상기 갭은 1.2mm 이하일 수 있다. 가장 바람직하게 상기 갭은 0.9mm 이하일 수 있다. 갭이 해당 수치범위로 조절되면, 무지부(11a, 12a)의 절곡 가공시 생기는 응력에 의해 절단홈 하단 근처의 활물질층이 손상되는 것을 방지할 수 있다.
상기 분절편(T)의 절단홈 하단은 상기 분절편(T)의 절곡을 유도할 수 있는 위치가 된다. 즉 분절편(T)을 절곡할 때, 절단홈(TL)에 의해 분절된 분절편(T)의 하단의 절곡 저항성이 낮게 되어, 해당 부위에서 절곡이 유도된다. 즉 절곡 부위는 상기 분절편(T)의 하단 또는 이와 인접한 영역이라 할 수 있다
상기 절연층(14)은 얇은 무지부(11a)의 두께를 한층 두껍게 해주는 효과를 발휘하므로, 상기 무지부(11a)를 절곡할 때 절연층(14)이 덮여 있는 무지부(11a) 구간의 부위의 강도를 보강하여 절곡 유도 부위보다 하부의 무지부(11a)가 절곡되지 않도록 지지해 줄 수 있다.
또한 상기 절연층(14)은 무지부(11a)와 유지부(11b)의 경계를 커버하고 있으므로, 무지부(11a)를 절곡할 때 상기 경계 부위의 강도를 보강하여 해당 부위에서 의도치 않은 변형이 발생하는 현상을 줄여주거나 방지해줄 수 있다.
상기 무지부(11a, 12a)의 절곡 방향은, 예를 들어 전극 조립체(10)의 권취 중심(C)을 향하는 방향일 수 있다. 상기 무지부(11a, 12a)가 이처럼 절곡된 형태를 갖는 경우, 무지부(11a, 12a)가 차지하는 공간이 축소되어 에너지 밀도의 향상을 가져올 수 있다. 또한, 상기 무지부(11a, 12a)와 집전판(50, 80) 간의 결합 면적의 증가로 인해 결합력 향상 및 저항 감소 효과를 가져올 수 있다.
도 6 및 도 8을 참조하면, 제1전극(11)에 구비된 무지부(11a)는 일 방향으로 절곡되어 있을 수 있다. 예를 들면, 도 6에서 +Y 방향이 코어측을 향하는 방향일 수 있다. 이와 같이 무지부(11a)가 코어측으로 절곡되어 있는 경우, 제1전극(11)의 무지부(11a)는 반경 방향으로 2개의 분리막(13)을 가로질러 이웃하는 제1전극(11)의 무지부(11a) 상에 포개어질 수 있다. 즉, 무지부(11a)가 제1전극(11)의 n번째 권회 턴에 위치할 경우, 무지부(11a)의 제1면(S1)은 제1전극(11)의 n-1번째 권회 턴에 위치하는 무지부(11a)의 제2면(S2) 상에 포개어질 수 있다. 여기서, n-1번째 권회 턴은 n번째 권회 턴보다 권취 중심과 인접한다. 제1면(S1)의 절연층(14)은 제2면(S2)보다 더 높은 위치까지 연장되어 있다. 따라서, 제1면(S1)의 절연층(14)이 제2면(S1)의 절연층(14)보다 더 높게 형성된 부위는 제1전극(11)이 코어측 방향으로 이웃하는 제2전극(12)과 서로 접촉할 가능성을 낮춘다. 즉, 제1면(S1)에 형성된 절연층(14)은 제1전극(11)과 제2전극(12)의 단부 사이에 존재하는 절연 갭(IG)을 증가시킴으로써 전극들 간의 단락을 방지할 수 있다.
한편, 도 6을 참조하면, 상기 무지부(11a)의 양 면 중, 코어측을 향하는 제1면(S1)의 반대측 면인 제2면(S2)에는, 제1면(S1)과 대비하여 절연층(14)의 선단부가 더 낮게 배치될 수 있다. 따라서, 코어측을 향하는 면의 반대측 면의 노출된 무지부(11a)를 통해, 인접한 제1전극(11)에 구비된 무지부(11a) 또는 제1집전판(50)과 전기적으로 접촉이 가능하다. 그리고 중첩된 무지부(11a)들은, 상기 제1집전판(50)과 용접 등의 방식으로 결합되어 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 용접은 예를 들어 레이저 용접일 수 있다. 상기 레이저 용접은, 제1집전판(50) 모재를 부분적으로 용융시키는 방식으로 이루어질 수도 있고, 제1집전판(50)과 무지부(11a) 사이에 용접을 위한 솔더를 개재시킨 상태에서 이루어질 수도 있다. 이 경우, 상기 솔더는, 제1집전판(50) 및 무지부(11a)와 비교하여 더 낮은 융점을 갖는 것이 바람직하다. 한편 레이저 용접 외에도, 저항 용접, 초음파 용접 등이 가능하나, 용접 방법이 이에 한정되는 것은 아니다.
이처럼, 제1전극(11)의 무지부(11a)를 덮는 절연층(14)은, 무지부(11a)의 구심측 표면과 원심측 표면의 커버 영역이 다를 수 있다. 가령, 절연층(14)이 구심측 표면을 덮는 영역이 원심측 표면을 덮는 영역보다 더 높은 위치(무지부의 선단부에 더 가까운 위치)까지 연장될 수 있다.
도 9는 본 발명의 비교예로서, 절연층(14)이 구비되지 않은 전극 조립체(10)의 단면을 도시한 도면이다. 도 9를 참조하면, 제1전극(11)의 무지부(11a)와 유지부(11b)의 경계 영역에는 별도의 절연층(14)이 구비되어 있지 않다. 이와 같은 구조에 의하면, 제1전극(11) 또는 제2전극(12)의 사행 등으로 유동이 발생할 경우, 제2전극(12)이 분리막(13)의 말단까지 위치하거나 또는 제2전극(12)이 분리막(13)의 말단보다 더 외측으로 돌출되어 제1전극(11)과 제2전극(12)의 전기적 접촉이 발생할 수 있다. 또한 비교예의 구조는, 실시예들과 달리, 무지부(11a)의 기단부의 강성이 약하고 좌굴 저항성이 매우 낮으므로, 무지부(11a)의 기단부가 좌굴될 우려가 있다. 또는, 어떠한 이유에서 분리막(13)이 손상될 경우, 제1전극(11)과 제2전극(12)의 전기적 접촉이 발생할 수 있다. 이 경우, 도 9와 같은 구조를 갖는 전극 조립체(10)에서는, 제1전극(11)과 제2전극(12)의 전기적 접촉에 의해 내부 단락의 발생을 피할 수 없게 된다. 따라서, 발화 리스크가 증가하게 된다.
도 10은 배터리(1) 내의 여러 단락 케이스들에서의 전력 분포를 설명하기 위한 그래프이다. 도 10을 참조하면, 배터리(1) 내에서 발생할 수 있는 단락 케이스를 다음의 4가지로 상정할 수 있다.
(i) 양극에 구비된 유지부와 음극에 구비된 유지부가 전기적으로 접촉하는 경우, (ii) 양극에 구비된 유지부와 음극에 구비된 무지부가 전기적으로 접촉하는 경우, (iii) 음극에 구비된 유지부와 양극에 구비된 무지부가 전기적으로 접촉하는 경우, (iv) 양극에 구비된 무지부와 음극에 구비된 무지부가 전기적으로 접촉하는 경우이다.
도 10을 참조하면, 음극에 구비된 유지부와 양극에 구비된 무지부가 전기적으로 접촉하는 (iii)번 케이스에서 전력이 가장 높게 나타났음을 확인할 수 있다. 즉, 음극에 구비된 유지부와 양극에 구비된 무지부가 전기적으로 접촉하는 (iii)번 케이스에서 발화 발생 가능성이 매우 높게 나타났다. 이는 저항이 매우 낮아 단락 전류가 크고, 그로 인해 온도가 급격히 상승하기 때문이다.
따라서, 본 발명의 전극 조립체(10)의 구조를 고려할 때, 음극에 구비된 유지부와 양극에 구비된 무지부의 전기적 접촉을 방지할 수 있는 구조의 모색이 요청된다.
이러한 과제에 대하여 예의 검토한 결과, 본 발명자는 양극에 구비된 무지부의 적어도 일부 영역에 절연층(14)을 구비하면, 음극에 구비된 유지부와의 전기적 접촉을 효과적으로 방지할 수 있다는 결과를 도출하여 본 발명을 완성시켰다. 즉, 상기 제1전극(11)은, 양극일 수 있다. 다만, 제1전극(11)이 반드시 양극에 한정되는 것은 아니고, 음극이 될 수도 있다. 그리고, 본 발명에서 제2전극(12)에 절연층(14)이 구비되는 것을 배제하는 것도 아니다. 즉, 양극과 음극 모두에 상기 절연층(14)이 구비될 수 있다. 이 경우, 발생 가능한 모든 단락 케이스를 방지할 수 있다.
바람직하게, 배터리는, 예를 들어 폼 팩터의 비(배터리의 직경을 높이로 나눈 값, 즉 높이(H) 대비 직경(Φ)의 비로 정의됨)가 대략 0.4 보다 큰 배터리일 수 있다.
여기서, 폼 팩터란, 배터리의 직경 및 높이를 나타내는 값을 의미한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리는, 예를 들어 46110 배터리, 4875 배터리, 48110 배터리, 4880 배터리, 4680 배터리일 수 있다. 폼 팩터를 나타내는 수치에서, 앞의 숫자 2개는 배터리의 직경을 나타내고, 나머지 숫자들은 배터리의 높이를 나타낸다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리는, 대략 원기둥 형태의 배터리로서, 그 직경이 대략 46mm이고, 그 높이는 대략 110mm이고, 폼 팩터의 비는 대략 0.418인 배터리일 수 있다.
다른 실시예에 따른 배터리는, 대략 원기둥 형태의 배터리로서, 그 직경이 대략 48mm이고, 그 높이는 대략 75mm이고, 폼 팩터의 비는 대략 0.640인 배터리일 수 있다.
또 다른 실시예에 따른 배터리는, 대략 원기둥 형태의 배터리로서, 그 직경이 대략 48mm이고, 그 높이는 대략 110mm이고, 폼 팩터의 비는 대략 0.436인 배터리일 수 있다.
또 다른 실시예에 따른 배터리는, 대략 원기둥 형태의 배터리로서, 그 직경이 대략 48mm이고, 그 높이는 대략 80mm이고, 폼 팩터의 비는 대략 0.600인 배터리일 수 있다.
또 다른 실시예에 따른 배터리는, 대략 원기둥 형태의 배터리로서, 그 직경이 대략 46mm이고, 그 높이는 대략 80mm이고, 폼 팩터의 비는 대략 0.575인 배터리일 수 있다.
종래에는, 폼 팩터의 비가 대략 0.4 이하인 배터리들이 이용되었다. 즉, 종래에는, 예를 들어 1865 배터리, 2170 배터리 등이 이용되었다. 1865배터리의 경우, 그 직경이 대략 18mm이고, 그 높이는 대략 65mm이고, 폼 팩터의 비는 대략 0.277이다. 2170 배터리의 경우, 그 직경이 대략 21mm이고, 그 높이는 대략 70mm이고, 폼 팩터의 비는 대략 0.300이다.
상술한 실시예에 따른 배터리는 배터리 팩을 제조하는데 사용될 수 있다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 팩의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 11을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 배터리 팩(3)은 배터리(1)가 전기적으로 연결된 집합체 및 이를 수용하는 팩 하우징(2)을 포함한다. 배터리(1)는 상술한 실시예에 따른 배터리다. 도면에서는, 도면 도시의 편의상 배터리(1)들의 전기적 연결을 위한 버스바, 냉각 유닛, 외부 단자(40) 등의 부품의 도시는 생략되었다.
배터리 팩(3)은 자동차에 탑재될 수 있다. 자동차는 일 예로 전기 자동차, 하이브리드 자동차 또는 플러그인 하이브리드 자동차일 수 있다. 자동차는 4륜 자동차 또는 2륜 자동차를 포함한다.
도 12는 도 11의 배터리 팩(3)을 포함하는 자동차를 설명하기 위한 도면이다.
도 12를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차(5)는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(3)을 포함한다. 자동차(5)는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(3)으로부터 전력을 공급받아 동작한다.
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.

Claims (40)

  1. 쉬트 형상을 가진 제1전극 및 제2전극과 이들 사이에 개재된 분리막이 축을 중심으로 권취되어 코어와 외주면을 정의한 전극 조립체에 있어서,
    상기 제1전극 및 상기 제2전극은,
    장변 단부에 활물질층이 코팅되지 않으며 축방향을 따라 상기 분리막의 외부로 돌출된 무지부; 및
    상기 무지부를 제외한 영역에 활물질층이 형성되어 있는 유지부를 포함하고,
    상기 제1전극은,
    권취 방향을 따라서 상기 무지부의 적어도 일부 및 상기 유지부의 적어도 일부를 동시에 커버하는 적어도 하나의 절연층을 포함하고,
    상기 무지부는 상기 절연층으로부터 상기 축방향으로 이격된 지점에서 반경 방향으로 절곡되고,
    상기 절연층은 상기 활물질층보다 얇은, 전극조립체.
  2. 청구항 1에 있어서,
    축방향으로 상기 무지부의 절곡 부위와 상기 절연층 간에는 소정의 갭이 존재하는, 전극 조립체.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 절연층은,
    상기 제1전극의 무지부의 양 면에 구비되어 있는, 전극 조립체.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 무지부는 상기 코어와 대향하는 제1면과 상기 외주면과 대향하는 제2면을 구비하고, 상기 무지부는 상기 제1면이 상기 전극 조립체의 단부 면을 마주하도록 절곡되는, 전극 조립체.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 절연층이 상기 제1면을 덮는 영역이, 상기 절연층이 상기 제2면을 덮는 영역보다 상기 무지부의 선단부 쪽으로 더 연장된, 전극 조립체.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 무지부는 절곡되면서 축방향으로 여러 겹 포개어지고,
    축방향으로 접하는 이웃하는 무지부 간에 상호 접하는 표면에는 절연층이 형성되지 아니한, 전극 조립체.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 절연층의 선단부는 상기 분리막의 선단부보다 축방향으로 더 외측으로 연장된, 전극 조립체.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 무지부의 적어도 일부 구간은,
    권취 방향으로 이격 형성된 복수 개의 절단홈에 의해 복수의 분절편으로 분할되고, 상기 분절편이 반경 방향으로 절곡되는, 전극 조립체.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 절단홈 하단과 상기 절연층 사이에 소정의 갭이 존재하는, 전극 조립체.
  10. 청구항 8에 있어서,
    상기 절단홈은, 평평한 저부와, 상기 저부의 양측에 위치한 분절편들의 측부와, 상기 저부와 상기 측부를 연결하는 라운드부를 포함하고,
    상기 절연층의 축방향 단부를 따르는 가상의 선이 상기 라운드부와 중첩되는, 전극 조립체.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 제1전극의 무지부는 상기 코어와 대향하는 제1면과 상기 외주면과 대향하는 제2면을 구비하고,
    상기 절연층이 상기 제1면을 덮는 영역이, 상기 절연층이 상기 제2면을 덮는 영역보다 상기 제1전극의 무지부의 선단부 쪽으로 더 연장되고,
    상기 제1전극의 무지부의 제2면에 형성된 절연층의 축방향 단부를 따르는 가상의 선이 상기 라운드부와 중첩되는, 전극 조립체.
  12. 청구항 1에 있어서,
    상기 무지부의 적어도 일부는 그 자체로서 전극 탭으로서 사용되는, 전극 조립체.
  13. 청구항 1에 있어서,
    상기 절연층의 축방향 일 단부는,
    상기 분리막의 축방향 일 단부와 실질적으로 동일 높이에 위치되어 있는, 전극 조립체.
  14. 청구항 1에 있어서,
    상기 유지부는,
    상기 분리막보다 축방향으로 더 돌출되어 있지 않은, 전극 조립체.
  15. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1전극은,
    양극인, 전극 조립체.
  16. 청구항 1에 있어서,
    상기 분리막을 사이에 두고 상기 절연층과 마주보는 상기 제2전극의 일 단부는,
    상기 분리막의 일 단부보다 외측으로 돌출되지 않는, 전극 조립체.
  17. 청구항 1에 있어서,
    상기 유지부는,
    상기 유지부의 중앙 영역에 비해 상기 활물질층의 두께가 감소되어 있는 슬라이딩부를 축방향의 일측 단부에 포함하는, 전극 조립체.
  18. 청구항 17에 있어서,
    상기 슬라이딩부는,
    상기 유지부와 상기 무지부의 경계 영역에 형성되는, 전극 조립체.
  19. 청구항 17에 있어서,
    상기 슬라이딩부는,
    상기 제1전극의 일 단부 및 상기 제2전극의 타 단부에 각각 구비되는, 전극 조립체.
  20. 청구항 17에 있어서,
    상기 제1전극에 구비된 유지부의 슬라이딩부와, 상기 제2전극에 구비된 유지부의 슬라이딩부는,
    축방향을 기준으로 서로 반대 방향에 구비되는, 전극 조립체.
  21. 청구항 19에 있어서,
    상기 분리막은,
    상기 제1전극의 타 단부 및 상기 제2전극의 일 단부보다 외측으로 돌출되어 있는, 전극 조립체.
  22. 청구항 17에 있어서,
    상기 절연층은,
    상기 슬라이딩부의 적어도 일부를 커버하는, 전극 조립체.
  23. 청구항 1에 있어서,
    상기 절연층은,
    상기 무지부를 0.3 ~ 5 mm 커버하는, 전극 조립체.
  24. 청구항 1에 있어서,
    상기 절연층은,
    상기 무지부를 1.5 ~ 3 mm 커버하는, 전극 조립체.
  25. 청구항 1에 있어서,
    상기 절연층은,
    상기 유지부를 0.1 ~ 3 mm 커버하는, 전극 조립체.
  26. 청구항 1에 있어서,
    상기 절연층은,
    상기 유지부를 0.2 ~ 0.5 mm 커버하는, 전극 조립체.
  27. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1전극에 구비된 무지부와, 상기 제2전극에 구비된 무지부는,
    서로 반대 방향으로 돌출되어 있는, 전극 조립체.
  28. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1전극에 구비된 유지부의 축방향 길이는,
    상기 제2전극에 구비된 유지부의 축방향의 길이보다 짧은, 전극 조립체.
  29. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1전극에 구비된 유지부는,
    상기 제2전극에 구비된 유지부보다, 축방향 내 측에 위치되는, 전극 조립체.
  30. 청구항 1에 있어서,
    상기 절연층은,
    상기 무지부와 상기 유지부의 경계 영역 상에 구비되는 절연 코팅층 또는 절연 테이프인, 전극 조립체.
  31. 청구항 1 또는 청구항 10에 있어서,
    상기 절연층은,
    바인더 및 무기물 필러를 포함하는, 전극 조립체.
  32. 청구항 31에 있어서,
    상기 절연층은 다공성을 가지는, 전극 조립체.
  33. 청구항 2 또는 청구항 9에 있어서,
    상기 갭은, 0.2 ~ 4 mm인, 전극 조립체.
  34. 청구항 2 또는 청구항 9에 있어서,
    상기 갭은, 0.4~ 1.5mm인, 전극 조립체.
  35. 쉬트 형상을 가진 제1전극 및 제2전극과 이들 사이에 개재된 분리막이 축을 중심으로 권취되어 코어와 외주면을 정의한 전극 조립체로서, 상기 제1전극 및 상기 제2전극은, 장변 단부에 활물질층이 코팅되지 않으며 상기 축방향을 따라 상기 분리막의 외부로 돌출된 무지부; 및 상기 무지부를 제외한 영역에 활물질층이 형성되어 있는 유지부를 포함하고, 상기 제1전극은, 권취 방향을 따라서 상기 무지부의 적어도 일부 및 상기 유지부의 적어도 일부를 동시에 커버하는 적어도 하나의 절연층을 포함하고, 상기 무지부는 상기 절연층으로부터 상기 축방향으로 이격된 지점에서 반경 방향으로 절곡되고, 상기 절연층은 상기 활물질층보다 얇은, 전극 조립체;
    상기 전극 조립체가 수납되며, 상기 제1전극 및 상기 제2전극 중 하나와 전기적으로 연결되는 배터리 하우징;
    상기 배터리 하우징의 개방단을 밀봉하는 밀봉체; 및
    상기 제1전극 및 상기 제2전극 중 다른 하나와 전기적으로 연결되고, 표면이 외부로 노출된 단자를 포함하는, 배터리.
  36. 청구항 35에 있어서,
    상기 배터리는,
    상기 제1전극의 무지부와 전기적으로 결합된 제1집전판을 더 포함하는, 배터리.
  37. 청구항 36에 있어서,
    상기 제1전극의 무지부는,
    상기 제1전극의 무지부의 전체 영역 중 상기 절연층에 의해 커버되지 않은 영역에서, 상기 제1집전판과 전기적으로 결합되는, 배터리.
  38. 청구항 37에 있어서,
    상기 제1전극의 무지부는,
    상기 제1전극의 무지부의 전체 영역 중 상기 절연층에 의해 커버되지 않은 영역에서, 상기 제1집전판과 용접에 의해 결합되는, 배터리.
  39. 청구항 35에 따른 배터리를 포함하는 배터리 팩.
  40. 청구항 39에 따른 배터리 팩을 포함하는 자동차.
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