WO2023200170A1 - 안전성이 개선된 각형 이차전지 - Google Patents

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Definitions

  • the present invention relates to a prismatic secondary battery with improved safety by preventing internal slip of the electrode assembly.
  • secondary batteries can be recharged and have been extensively researched and developed in recent years due to their small size and high capacity.
  • Secondary batteries are classified into coin-shaped batteries, cylindrical batteries, square-shaped batteries, and pouch-shaped batteries, depending on the shape of the battery case.
  • the electrode assembly mounted inside the battery case in a secondary battery is a power generating element capable of charging and discharging consisting of a stacked structure of electrodes and a separator.
  • the electrode assembly is a jellyroll type in which a sheet-like positive and negative electrode coated with an active material is wound with a separator interposed therebetween, a stack type in which a plurality of positive electrodes and negative electrodes are sequentially stacked with a separator interposed, and It can be roughly classified into the Stack & Folding type, in which stacked unit cells are wound with a long length of separation film.
  • the positive and negative tabs of the electrode assembly stored in the square secondary battery are respectively bonded to electrode leads and then connected to the positive and negative terminals on the case.
  • the case accommodating the electrode assembly has some extra space depending on the space for the electrical connection of the electrode assembly and the required amount of electrolyte to be injected. Therefore, the electrode assembly inside the case may be shaken or slip (slip phenomenon) due to external shock.
  • prismatic secondary batteries used in hybrid vehicles or electric vehicles frequently experience slippage due to impacts while driving.
  • Structural support of the electrode assembly is mainly provided by the positive and negative tabs (electrode tabs) connected to the positive and negative terminals. For this reason, if a slip phenomenon occurs in the electrode assembly, various problems may occur, such as a short circuit due to electrical contact or stress concentrated on the electrode tab, causing the tab to tear.
  • Patent Document 001 Korean Patent No. 10-0929034 (announced on November 20, 2009)
  • the purpose of the present invention is to prevent the electrode assembly stored inside a square secondary battery from causing a slip phenomenon during use.
  • the present invention relates to a prismatic secondary battery having an electrode assembly having a stack structure in which unit cells are stacked.
  • the electrode assembly is electrically connected to each of the positive and negative terminals provided on the case of the prismatic secondary battery. It has a positive electrode tab and a negative electrode tab connected to each other, and a positive electrode dummy tab and a negative electrode dummy tab that are electrically separated from the positive electrode terminal and the negative electrode terminal.
  • the anode dummy tab and the cathode dummy tab are fixed to the case and support the electrode assembly.
  • the positive terminal and the negative electrode terminal are disposed together on one side of the case, and the positive electrode dummy tab and the negative electrode dummy tab are located on an opposite side facing the side on which the positive terminal and the negative terminal are disposed together. It is fixed.
  • each pair of the positive electrode tab, the positive electrode dummy tab, and the negative electrode tab and the negative electrode dummy tab may be aligned to be located on a straight line crossing the one surface and the opposing surface.
  • each pair of the positive electrode tab, the positive electrode dummy tab, and the negative electrode tab and the negative electrode dummy tab may be arranged to be offset from each other along a direction crossing the one surface and the opposing surface.
  • the positive electrode tab and the negative electrode dummy tab, and each pair of the negative electrode tab and the positive electrode dummy tab may be aligned to be located on a straight line crossing the one surface and the opposite surface.
  • the positive electrode terminal and the negative electrode terminal are separately disposed on two opposing sides of the case, the positive electrode dummy tab is fixed to the surface on which the positive terminal is disposed, and the negative electrode terminal is fixed to the surface on which the positive terminal is disposed. A dummy tab is fixed to the surface where the negative terminal is disposed.
  • the positive electrode terminal and the negative electrode terminal are separately disposed on two opposite sides of the case, the positive electrode dummy tab is fixed to the surface on which the negative terminal is disposed, and the negative electrode dummy tab is connected to the positive terminal. It may be fixed to the surface on which it is placed.
  • the positive electrode dummy tab and the negative electrode dummy tab may be aligned to be located on a straight line crossing the two opposing surfaces.
  • one of the positive and negative dummy tabs may be electrically insulated from the case.
  • a dummy tab that is electrically insulated from the case may be fixed to an insulator installed on the inner surface of the case.
  • the insulator has a tab insertion groove, and the dummy tab can be inserted into and fixed to the tab insertion groove.
  • a dummy tab that is not electrically insulated from the case may be welded to the inner surface of the case.
  • At least one of the positive electrode dummy tab and the negative electrode dummy tab may be provided in plural numbers.
  • the rectangular secondary battery of the present invention having the above configuration includes a positive electrode dummy tab and a negative electrode dummy tab on opposite sides of the positive electrode tab and the negative electrode tab in the electrode assembly, and the positive electrode dummy tab and the negative electrode dummy tab are fixed to the case.
  • the electrode assembly is fixed in both directions within the case, improving the support structure.
  • the slip phenomenon of the electrode assembly stored inside the square secondary battery during use is suppressed, preventing various problems such as short circuits or tearing of tabs due to electrical contact. By preventing this, the safety of the secondary battery is greatly improved.
  • FIG. 1 is a diagram showing the external appearance of a square secondary battery according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating an electrode assembly stored in the square secondary battery of FIG. 1.
  • FIG. 3 is a diagram showing the support structure of the electrode assembly in the square secondary battery of FIG. 1.
  • FIG. 4 is a diagram showing another electrode assembly in one embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a diagram showing another electrode assembly in one embodiment of the present invention.
  • Figure 6 is a diagram showing the external appearance of a square secondary battery according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating an electrode assembly stored in the square secondary battery of FIG. 6.
  • FIG. 8 is a diagram showing the support structure of the electrode assembly in the square secondary battery of FIG. 6.
  • FIG. 9 is a diagram showing another electrode assembly according to another embodiment of the present invention.
  • Figure 10 shows another embodiment of a one-way electrode assembly.
  • FIG. 11 shows another embodiment of a bidirectional electrode assembly.
  • the present invention relates to a prismatic secondary battery having an electrode assembly having a stack structure in which unit cells are stacked.
  • the electrode assembly is electrically connected to each of the positive and negative terminals provided on the case of the prismatic secondary battery. It has a positive electrode tab and a negative electrode tab connected to each other, and a positive electrode dummy tab and a negative electrode dummy tab that are electrically separated from the positive electrode terminal and the negative electrode terminal.
  • the anode dummy tab and the cathode dummy tab are fixed to the case and support the electrode assembly.
  • the rectangular secondary battery of the present invention is provided with a positive electrode dummy tab and a negative electrode dummy tab on opposite sides of the positive electrode tab and the negative electrode tab in the electrode assembly, and the positive electrode dummy tab and the negative electrode dummy tab are fixed to the case. Accordingly, the support structure of the electrode assembly is improved as it is fixed in both directions within the case, and as a result, the slip phenomenon of the electrode assembly stored inside the square secondary battery during use is suppressed, preventing various types of damage, such as short circuits or tearing of tabs due to electrical contact. By preventing problems, the safety of secondary batteries is greatly improved.
  • FIG. 1 is a diagram showing the external appearance of a prismatic secondary battery 100 according to a first embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a diagram illustrating the electrode assembly 200 stored in the prismatic secondary battery 100 of FIG. 1. am.
  • the prismatic secondary battery 100 in the first embodiment relates to a one-way secondary battery in which the positive terminal 120 and the negative terminal 130 are disposed together on one side of the case 110, in the example shown, on the upper side.
  • the electrode assembly 200 which has a stack structure in which unit cells are stacked, is sealed and stored in the case 110.
  • a unit cell refers to a cell composed of a unit structure of cathode/separator/cathode, and one electrode assembly 200 is formed by stacking a plurality of unit cells. The general configuration of the unit cell is explained as follows.
  • the positive electrode includes a positive electrode current collector and a positive electrode active material applied on one or both sides of the positive electrode current collector. At one end of the positive electrode current collector in the width direction, there is an uncoated area where the positive electrode active material is not applied.
  • the positive electrode tab 210 is formed by performing notching (punching) processing on the uncoated area.
  • the negative electrode includes a negative electrode current collector and a negative electrode active material applied on one or both sides of the negative electrode current collector. At one end of the negative electrode current collector in the width direction, there is an uncoated area where the negative electrode active material is not applied. Likewise, the uncoated portion of the cathode functions as the cathode tab 220.
  • the positive electrode tab 210 and the negative electrode tab 220 in the first embodiment are located at the same end along the width direction of the electrode assembly 200, that is, the height direction of the square secondary battery 100.
  • the positive electrode tab 210 and the negative electrode tab 220 extend toward the upper surface of the square secondary battery 100, and the positive tab 210 and the negative electrode tab 220 are connected to the case of the square secondary battery 100. It is electrically connected to the positive electrode terminal 120 and the negative terminal 130 provided on (110), respectively.
  • the positive electrode active material coated on the positive electrode current collector and the electrode active material coated on the negative electrode current collector can be used without limitation as long as they are active materials known in the art.
  • the positive electrode active material has the general formula A[AxMy]O2+z (A includes at least one element of Li, Na, and K; M includes Ni, Co, Mn, Ca, Mg, Al, Ti, Si, Contains at least one element selected from 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 of the components included in x, y, z, and M are selected so that the compound remains electrically neutral.
  • the positive electrode active material includes an alkali metal compound Contains one or more elements; may be 0 ⁇ x ⁇ 1).
  • the positive electrode active material has the general formula LiaM1xFe1xM2yP1yM3zO4z
  • M1 includes at least one element selected from Ti, Si, Mn, Co, Fe, V, Cr, Mo, Ni, Nd, Al, Mg and Al
  • M2 contains at least one element selected from Ti, Si, Mn, Co, Fe, V, Cr, Mo, Ni, Nd, Al, Mg, Al, As, Sb, Si, Ge, V and S
  • M3 is F 0 ⁇ a ⁇ 2, 0 ⁇ x ⁇ 1, 0 ⁇ y ⁇ 1, 0 ⁇ z ⁇ 1; included in a, x, y, z, M1, M2, and M3
  • the stoichiometric coefficients of the components are chosen such that the compound remains electrically neutral), or Li3M2(PO4)3 [M is from Ti, Si, Mn, Fe, Co, V, Cr, Mo, Ni, Al, Mg and Al. It may be lithium
  • the positive electrode active material may include primary particles and/or secondary particles in which primary particles are aggregated.
  • the negative electrode active material may be carbon material, lithium metal or lithium metal compound, silicon or silicon compound, tin or tin compound, etc.
  • Metal oxides such as TiO2 and SnO2 with a potential of less than 2V can also be used as negative electrode active materials.
  • carbon materials both low-crystalline carbon and high-crystalline carbon can be used.
  • the separator interposed between the anode and the cathode is a porous polymer film, for example, a polyolefin polymer such as ethylene homopolymer, propylene homopolymer, ethylene/butene copolymer, ethylene/hexene copolymer, ethylene/methacrylate copolymer, etc.
  • the porous polymer film prepared can be used alone or by stacking them.
  • the separator may be a conventional porous nonwoven fabric, for example, a nonwoven fabric made of high melting point glass fiber, polyethylene terephthalate fiber, etc.
  • At least one surface of the separator may include a coating layer of inorganic particles. It is also possible that the separator itself is made of a coating layer of inorganic particles. The particles constituting the coating layer may have a structure combined with a binder such that an interstitial volume exists between adjacent particles.
  • the inorganic particles may be made of an inorganic material with a dielectric constant of 5 or more.
  • the inorganic particles include Pb(Zr,Ti)O3(PZT), Pb1xLaxZr1yTiyO3(PLZT), PB(Mg3Nb2/3)O3PbTiO3(PMNPT), BaTiO3, hafnia(HfO2), SrTiO3, TiO2, Al2O3, It may include at least one material selected from the group consisting of ZrO2, SnO2, CeO2, MgO, CaO, ZnO, and Y2O3.
  • the electrolyte that forms the electrolyte solution in which the electrode assembly 200 is impregnated 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 a combination thereof.
  • B- is 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- and (CF3CF2SO2)2N- It contains one or more anions selected from the group consisting of.
  • the electrolyte can also be used by dissolving it in an organic solvent.
  • Organic solvents include propylene carbonate (PC), ethylene carbonate (EC), diethyl carbonate (DEC), dimethyl carbonate (DMC), and dipropyl carbonate (DPC). , dimethyl sulfoxide, acetonitrile, dimethoxyethane, diethoxyethane, tetrahydrofuran, N-methyl-2-pyrrolidone (N-methyl- 2-pyrrolidone (NMP), ethyl methyl carbonate (EMC), gamma butyrolactone ( ⁇ -butyrolactone), or mixtures thereof may be used.
  • PC propylene carbonate
  • EC ethylene carbonate
  • DEC diethyl carbonate
  • DMC dimethyl carbonate
  • DPC dipropyl carbonate
  • dimethyl sulfoxide acetonitrile
  • dimethoxyethane dimethoxyethane
  • the electrode assembly 200 in the first embodiment is electrically connected to the positive electrode terminal 120 and the negative terminal 130 provided on the case 110 of the square secondary battery 100, respectively.
  • a positive electrode tab 210 and a negative electrode tab 220 are provided, and a positive electrode dummy tab 230 and a negative electrode dummy tab 240 are electrically separated from the positive electrode terminal 120 and the negative electrode terminal 130. do.
  • the positive electrode dummy tab 230 and the negative electrode dummy tab 240 are formed on opposite uncoated areas opposite the uncoated area where the positive electrode tab 210 and the negative electrode tab 220 are formed.
  • the positive electrode tab 210 and the negative electrode tab 220 are disposed at opposite ends of the electrode assembly 200, that is, at the top of the electrode assembly 200 in the drawing, while the positive electrode dummy tab 230 and the negative electrode dummy tab 240 are disposed at the bottom of the electrode assembly 200.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating the support structure of the electrode assembly 200 in the square secondary battery 100 of FIG. 1.
  • the positive electrode tab 210 and the negative electrode tab 220 are fixed to the positive terminal 120 and the negative terminal 130 on the upper surface of the case 110 by welding, and the positive electrode dummy tab 230 and the negative electrode are The dummy tab 240 is fixed to the bottom of the case 110.
  • both the upper and lower sides of the electrode assembly 200 are fixed to the case 110. More specifically, the positive electrode tab 210, the negative electrode tab 220, and the positive electrode dummy tab 230 and negative electrode dummy tab 240 form a four-point support structure that secures the electrode assembly 200 to the case 110. .
  • the four-point support structure is a structure that exerts strong support against external disturbances.
  • the electrode assembly 200 supported at four points suppresses the slip phenomenon during use, preventing short circuits or tearing of the electrode tabs 210 and 220 due to electrical contact. Various problems such as these are prevented, and through this, the safety of the square secondary battery 100 is greatly improved.
  • the positive electrode dummy tab 230 and the negative electrode dummy tab 240 are formed integrally with the positive and negative electrodes of the electrode assembly 200, when the case 110 has polarity, at least Either dummy tab 230 or 240 needs to be electrically insulated from case 110. That is, when the case 110 is electrically positive, the negative dummy tab 240 must be electrically insulated from the case 110, and conversely, when the case 110 is electrically negative, the positive electrode dummy tab 230 must be electrically insulated from the case 110. This will have to be insulated. Also, since the case 110 is electrically neutral, the dummy tabs 230 and 240 do not necessarily need to be insulated from the case 110.
  • FIG. 3 exemplarily shows a case where the case 110 is electrically negative, for example, grounded, and the positive dummy tab 230 is fixed to the insulator 300 installed on the inner surface of the case 110.
  • the anode dummy tab 230 fixed to the case 110 via the insulator 300 is electrically separated from the case 110.
  • the insulator 300 has a tab insertion groove 310, and the anode dummy tab 230 can be inserted into the tab insertion groove 310 of the insulator 300 and fixed by pressing it.
  • the negative electrode dummy tab 240 can also be fixed to the case 110 using the insulator 300, and since it is not necessarily insulated from the electrically negative case 110, the negative electrode dummy tab ( Of course, it is also possible for 240) to be directly welded and fixed to the inner surface of the case 110.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating another electrode assembly 200 according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 5 is a diagram illustrating another electrode assembly 200 according to an embodiment of the present invention.
  • Figures 4 and 5 show that the arrangement relationship of the positive electrode dummy tab 230 and the negative electrode dummy tab 240 with respect to the positive electrode tab 210 and the negative electrode cap can be configured in various ways, and 4 of the electrode assembly 200 The point support structure remains the same.
  • each pair of the positive electrode tab 210, the positive electrode dummy tab 230, and the negative electrode tab 220 and the negative electrode dummy tab 240 are straight lines crossing one side and the opposite side of the electrode assembly 200. , In other words, it is aligned to be located on a straight line crossing the height direction of the case 110 (width direction of the electrode assembly). That is, the positive electrode dummy tab 230 faces the positive electrode tab 210, and the negative electrode dummy tab 240 faces the negative electrode tab 220.
  • each pair of the positive electrode tab 210 and the positive electrode dummy tab 230, and the negative electrode tab 220 and the negative electrode dummy tab 240 crosses one side and the opposite side. They are offset from each other along the direction. That is, the electrode assembly 200 of FIG. 4 is one in which the opposing structures of the positive electrode dummy tab 230 and the negative electrode dummy tab 240 with respect to the positive electrode tab 210 and the negative electrode tab 220 are arranged to be offset.
  • FIG. 5 is a modification of FIG. 2 in which each pair of the positive electrode tab 210 and the negative electrode dummy tab 240, and the negative electrode tab 220 and the positive electrode dummy tab 230 have one side and the opposite side of the electrode assembly 200. It is aligned so that it lies on a straight line that crosses it. That is, the negative electrode dummy tab 240 faces the positive electrode tab 210, and the positive electrode dummy tab 230 faces the negative electrode tab 220.
  • the dummy tab (210) faces each electrode tab (210, 220). It shows that the type (polarity) of 230, 240) is not limited to the embodiment of FIG. 2.
  • FIG. 6 is a diagram showing the external appearance of a prismatic secondary battery 100 according to a second embodiment of the present invention
  • FIG. 7 is a diagram illustrating the electrode assembly 200 stored in the prismatic secondary battery 100 of FIG. 6. am.
  • the second embodiment of the present invention relates to a prismatic secondary battery 100 in which the positive terminal 120 and the negative terminal 130 are separately disposed on two opposing sides of the case 110. , Accordingly, the arrangement of the dummy tabs 230 and 240 of the electrode assembly 200 in which unit cells are stacked is also different from that of the first embodiment.
  • the second embodiment of the present invention will be described focusing on the configuration that is different from the above-described first embodiment.
  • the positive electrode tab 210 and the negative electrode tab 220 are also arranged separately at both left and right ends of the electrode assembly 200, corresponding to the positive electrode terminal 120 and the negative electrode terminal 130 arranged separately on opposite sides. . Additionally, the positive electrode dummy tab 230 is fixed to the surface on which the positive electrode terminal 120 is disposed, while the negative electrode dummy tab 240 is fixed to the surface on which the negative terminal 130 is disposed.
  • the positive electrode tab 210 and the positive electrode dummy tab 230 are disposed together on one side (left side based on the drawing) of the case 110, and the negative electrode tab ( 220 and the negative electrode dummy tab 240 are arranged together on the opposite side (right side in the drawing) of the case 110.
  • the positions of the electrode tabs 210 and 220 and the dummy tabs 230 and 240 provided on the electrode assembly 200 are changed, but as shown in FIG.
  • the four-point support structure of the electrode assembly 200 is maintained as is, and either the anode dummy tab 230 or the cathode dummy tab 240 (230 or 240) is connected to the case 110.
  • FIG. 9 is a diagram showing another electrode assembly 200 in the second embodiment of the present invention.
  • the positive electrode dummy tab 230 is fixed to the surface where the negative electrode terminal 130 is disposed, while the negative electrode dummy tab 240 is fixed to the surface where the positive terminal 120 is disposed. That is, in the electrode assembly 200 of FIG. 9, the positive electrode tab 210 and the negative electrode dummy tab 240 are disposed together on one side (left side in the drawing) of the case 110, and the negative electrode tab 220 and the positive electrode dummy tab 240 are disposed together on one side of the case 110 (left side in the drawing).
  • the tabs 230 are arranged together on the opposite side (right side in the drawing) of the case 110. In other words, if the four-point support structure of the electrode assembly 200 is maintained, the protruding positions of the positive electrode dummy tab 230 and the negative electrode dummy tab 240 may not be very important.
  • the positive electrode dummy tab 230 and the negative electrode dummy tab 240 may be aligned to be positioned on a straight line crossing two opposing surfaces, that is, the two surfaces on which the positive electrode tab 210 and the negative electrode tab 220 are disposed to face each other. there is.
  • the positive electrode dummy tab 230 and the negative electrode dummy tab 240 may also be arranged to face each other exactly.
  • first and second embodiments described electrode assemblies suitable for application to one-way secondary batteries and two-way secondary batteries, respectively.
  • one positive electrode dummy tab and one negative electrode dummy tab are provided. It was explained as an example. However, in order to further strengthen the support structure of the electrode assembly in the square secondary battery, a plurality of dummy tabs may be provided, and the third embodiment relates to this.
  • FIG. 10 shows a unidirectional electrode assembly in which the anode tab 210 and the cathode tab 220 are disposed together on the top of the electrode assembly 200.
  • the anode dummy tab 230 and the cathode The dummy tabs 240 may be provided in plural numbers (two in the illustrated example).
  • the support structure of the electrode assembly 200 can be further strengthened by the plurality of dummy tabs 230 and 240.
  • FIG. 11 shows a third embodiment of a bidirectional electrode assembly in which the anode tab 210 and the cathode tab 220 are disposed separately on two opposing surfaces of the electrode assembly 200, where the anode tab A plurality of positive electrode dummy tabs 230 arranged on the same surface as 210 and a plurality of negative electrode dummy tabs 240 arranged on the same surface as the negative electrode tab 220 are provided.
  • the configuration of the insulator 300 and the tab insertion groove 310 described in the first and second embodiments can be equally applied to the third embodiment.
  • 10 and 11 show that both the anode dummy tab 230 and the cathode dummy tab 240 are provided in plural and in the same number, but this is only an example, and the anode dummy tab 230 ) and the negative electrode dummy tab 240 may be provided in plurality, and the number may also be different.
  • Electrode assembly 210 Anode tab
  • cathode tab 230 anode dummy tab
  • cathode dummy tab 300 insulator

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Abstract

개시되는 발명은 단위 셀이 적층된 스택 구조의 전극 조립체를 구비한 각형 이차전지에 관한 것으로서, 하나의 예에서, 상기 전극 조립체는 상기 각형 이차전지의 케이스 상에 구비된 양극 단자와 음극 단자에 각각 전기적으로 연결되는 양극 탭 및 음극 탭과, 상기 양극 단자와 음극 단자에 대해 전기적으로 분리된 양극 더미 탭과 음극 더미 탭을 구비한다.

Description

안전성이 개선된 각형 이차전지
본 발명은 전극 조립체의 내부 슬립을 방지함으로써 안전성이 개선된 각형 이차전지에 관한 것이다.
본 출원은 2022. 04. 11일자 대한민국 특허출원 제10-2022-0044302호, 및 2023. 04. 03일자 대한민국 특허출원 제10-2023-0043523호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
이차전지는 일차전지와는 달리 재충전이 가능하고, 또 소형 및 대용량화 가능성으로 인해 근래에 많이 연구 개발되고 있다. 모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가하고, 또한 환경보호의 시대적 요구에 맞춰 부각되는 전기 차량과 에너지 저장 시스템 등으로 인해 에너지원으로서의 이차전지의 수요는 더욱 급격하게 증가하고 있다.
이차전지는 전지 케이스의 형상에 따라, 코인형 전지, 원통형 전지, 각형 전지, 및 파우치형 전지로 분류된다. 이차전지에서 전지 케이스 내부에 장착되는 전극 조립체는 전극 및 분리막의 적층 구조로 이루어진 충방전이 가능한 발전소자이다.
전극 조립체는 활물질이 도포된 시트형의 양극과 음극 사이에 분리막을 개재(介在)하여 권취한 젤리 롤(Jellyroll)형, 다수의 양극과 음극을 분리막이 개재된 상태에서 순차적으로 적층한 스택형, 및 스택형의 단위 셀들을 긴 길이의 분리필름으로 권취한 스택 앤 폴딩(Stack & Folding)형으로 대략 분류할 수 있다.
각형 이차전지에 수납되는 전극 조립체의 양극 탭과 음극 탭은 각각 전극 리드에 접합된 뒤 케이스 상의 양극 단자와 음극 단자에 연결된다. 전극 조립체를 수용하는 케이스는, 전극 조립체의 전기 연결을 위한 공간과 전해액의 필요 주액량 등에 의해 약간의 여유공간이 형성되어 있다. 따라서, 케이스 안의 전극 조립체에는 외부 충격에 의해 흔들리거나 미끄러지는 현상(슬립 현상)이 발생한다. 특히, 하이브리드 자동차나 전기 자동차에 사용되는 각형 이차전지는 주행 중의 충격에 의해 슬립 현상이 빈번히 발생한다.
전극 조립체의 구조적 지지는 주로 양극 단자와 음극 단자에 연결된 양극 탭과 음극 탭(전극 탭)에 의해 이루어진다. 이 때문에 전극 조립체에 슬립 현상이 일어나면 전기 접촉에 의한 쇼트가 발생하거나 전극 탭에 응력이 집중되어 탭이 찢어지는 등의 각종 문제가 발생할 수 있다.
[선행기술문헌]
(특허문헌 001) 한국등록특허 제10-0929034호(2009.11.20 공고)
본 발명은 각형 이차전지 내부에 수납된 전극 조립체가 사용 중에 슬립 현상을 일으키는 것을 억제할 수 있도록 하는 것에 그 목적이 있다.
다만, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상술한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래에 기재된 발명의 설명으로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명은 단위 셀이 적층된 스택 구조의 전극 조립체를 구비한 각형 이차전지에 관한 것으로서, 하나의 예에서, 상기 전극 조립체는 상기 각형 이차전지의 케이스 상에 구비된 양극 단자와 음극 단자에 각각 전기적으로 연결되는 양극 탭 및 음극 탭과, 상기 양극 단자와 음극 단자에 대해 전기적으로 분리된 양극 더미 탭과 음극 더미 탭을 구비한다.
상기 양극 더미 탭과 음극 더미 탭은, 상기 케이스에 대해 고정되어 상기 전극 조립체를 지지한다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 양극 단자와 음극 단자는 상기 케이스의 일면에 함께 배치되고, 상기 양극 더미 탭과 음극 더미 탭은 상기 양극 단자와 음극 단자가 함께 배치된 일면과 마주보는 대향면에 고정된다.
여기서, 상기 양극 탭과 양극 더미 탭, 그리고 상기 음극 탭과 음극 더미 탭의 각 쌍은 상기 일면과 대향면을 가로지르는 직선 위에 위치하도록 정렬될 수 있다.
또는, 상기 양극 탭과 양극 더미 탭, 그리고 상기 음극 탭과 음극 더미 탭의 각 쌍은 상기 일면과 대향면을 가로지르는 방향을 따라 서로 어긋나게 배치될 수 있다.
또는, 상기 양극 탭과 음극 더미 탭, 그리고 상기 음극 탭과 양극 더미 탭의 각 쌍은 상기 일면과 대향면을 가로지르는 직선 위에 위치하도록 정렬될 수 있다.
본 발명의 다른 실시형태에서, 상기 양극 단자와 음극 단자는 상기 케이스의 서로 대향하는 두 개의 면에 각각 분리되어 배치되고, 상기 양극 더미 탭은 상기 양극 단자가 배치되는 면에 고정되는 한편, 상기 음극 더미 탭은 상기 음극 단자가 배치되는 면에 고정된다.
또는, 상기 양극 단자와 음극 단자는 상기 케이스의 서로 대향하는 두 개의 면에 각각 분리되어 배치되고, 상기 양극 더미 탭은 상기 음극 단자가 배치되는 면에 고정되는 한편, 상기 음극 더미 탭은 상기 양극 단자가 배치되는 면에 고정될 수도 있다.
여기서, 상기 양극 더미 탭과 상기 음극 더미 탭은 상기 두 개의 대향면을 가로지르는 직선 위에 위치하도록 정렬될 수 있다.
그리고, 상기 양극 더미 탭과 음극 더미 탭 중 어느 하나의 더미 탭은 상기 케이스에 대해 전기적으로 절연될 수 있다.
예를 들어, 상기 케이스에 대해 전기적으로 절연되는 더미 탭은, 상기 케이스의 내면에 설치된 절연체에 고정될 수 있다.
그리고, 상기 절연체는 탭 삽입홈을 구비하고, 상기 더미 탭은 상기 탭 삽입홈에 삽입되어 고정될 수 있다.
그리고, 상기 케이스에 대해 전기적으로 절연되지 않는 더미 탭은, 상기 케이스의 내면에 용접될 수 있다.
한편, 본 발명의 실시형태에 따라서는, 상기 양극 더미 탭과 음극 더미 탭 중의 적어도 어느 하나는 복수 개로 구비될 수 있다.
상기와 같은 구성을 가진 본 발명의 각형 이차전지는 전극 조립체에 양극 탭과 음극 탭의 반대편에 양극 더미 탭과 음극 더미 탭을 구비하고 있고, 양극 더미 탭과 음극 더미 탭이 케이스에 고정된다.
이로써 전극 조립체는 케이스 안에서 양방향으로 고정됨에 따라 지지구조가 개선되고, 이에 따라 각형 이차전지 내부에 수납된 전극 조립체는 사용 중의 슬립 현상이 억제되어 전기 접촉에 의한 쇼트나 탭이 찢어지는 등의 각종 문제가 방지됨으로써 이차전지의 안전성이 크게 향상된다.
다만, 본 발명을 통해 얻을 수 있는 기술적 효과는 상술한 효과에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 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 일 실시형태에 따른 각형 이차전지의 외형을 도시한 도면.
도 2는 도 1의 각형 이차전지에 수납된 전극 조립체를 도시한 도면.
도 3은 도 1의 각형 이차전지에서의 전극 조립체의 지지구조를 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 일 실시형태에서의 다른 전극 조립체를 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 일 실시형태에서의 또 다른 전극 조립체를 도시한 도면.
도 6은 본 발명의 다른 실시형태에 따른 각형 이차전지의 외형을 도시한 도면.
도 7은 도 6의 각형 이차전지에 수납된 전극 조립체를 도시한 도면.
도 8은 도 6의 각형 이차전지에서의 전극 조립체의 지지구조를 도시한 도면.
도 9는 본 발명의 다른 실시형태에서의 다른 전극 조립체를 도시한 도면.
도 10은 일방향 전극 조립체에 대한 다른 실시형태를 도시한 도면.
도 11은 양방향 전극 조립체에 대한 다른 실시형태를 도시한 도면.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 이하에서 상세하게 설명하고자 한다.
그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 본 발명에서, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "상에" 있다고 기재된 경우, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "하에" 있다고 기재된 경우, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 또한, 본 출원에서 "상에" 배치된다고 하는 것은 상부뿐만 아니라 하부에 배치되는 경우도 포함하는 것일 수 있다.
본 발명은 단위 셀이 적층된 스택 구조의 전극 조립체를 구비한 각형 이차전지에 관한 것으로서, 하나의 예에서, 상기 전극 조립체는 상기 각형 이차전지의 케이스 상에 구비된 양극 단자와 음극 단자에 각각 전기적으로 연결되는 양극 탭 및 음극 탭과, 상기 양극 단자와 음극 단자에 대해 전기적으로 분리된 양극 더미 탭과 음극 더미 탭을 구비한다.
여기서, 상기 양극 더미 탭과 음극 더미 탭은, 상기 케이스에 대해 고정되어 상기 전극 조립체를 지지한다.
이와 같이, 본 발명의 각형 이차전지는 전극 조립체에 양극 탭과 음극 탭의 반대편에 양극 더미 탭과 음극 더미 탭을 구비하고 있고, 양극 더미 탭과 음극 더미 탭이 케이스에 고정된다. 따라서, 전극 조립체는 케이스 안에서 양방향으로 고정됨에 따라 지지구조가 개선되고, 이에 따라 각형 이차전지 내부에 수납된 전극 조립체는 사용 중의 슬립 현상이 억제되어 전기 접촉에 의한 쇼트나 탭이 찢어지는 등의 각종 문제가 방지됨으로써 이차전지의 안전성이 크게 향상된다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 각형 이차전지에 대한 구체적인 실시형태에 대해 상세히 설명한다. 참고로, 이하의 설명에서 사용되는 상대적인 위치를 지정하는 전후나 상하좌우의 방향은 발명의 이해를 돕기 위한 것으로서, 특별한 정의가 없는 한 도면에 도시된 방향을 기준으로 삼는다.
[제1 실시형태]
도 1은 본 발명의 제1 실시형태에 따른 각형 이차전지(100)의 외형을 도시한 도면이고, 도 2는 도 1의 각형 이차전지(100)에 수납된 전극 조립체(200)를 도시한 도면이다.
제1 실시형태에서의 각형 이차전지(100)는 양극 단자(120)와 음극 단자(130)가 케이스(110)의 일면, 도시된 예에서는 상면에 함께 배치된 일방향 이차전지에 관한 것이다. 단위 셀이 적층된 스택 구조의 전극 조립체(200)는 케이스(110) 안에 밀봉 수납된다. 단위 셀은 음극/분리막/음극의 단위 구조로 이루어져 있는 셀을 말하는 것으로서, 복수의 단위 셀이 적층됨으로써 하나의 전극 조립체(200)가 구성된다. 단위 셀의 일반적인 구성을 설명하면 다음과 같다.
양극은 양극 집전체 및 양극 집전체의 일면 또는 양면 상에 도포된 양극 활물질을 포함한다. 양극 집전체의 폭 방향 일측 단부에는 양극 활물질이 도포되지 않은 무지부가 존재한다. 무지부에 대해 노칭(타발) 가공을 수행함으로써 양극 탭(210)이 형성된다.
음극은 음극 집전체 및 음극 집전체의 일면 또는 양면 상에 도포된 음극 활물질을 포함한다. 음극 집전체의 폭 방향 일측 단부에는 음극 활물질이 도포되지 않은 무지부가 존재한다. 마찬가지로, 음극의 무지부는 음극 탭(220)으로서 기능한다.
이에 따라, 제1 실시형태에서의 양극 탭(210)과 음극 탭(220)은, 전극 조립체(200)의 폭 방향, 즉 각형 이차전지(100)의 높이 방향을 따라 동일 단부에 위치한다. 도시된 예에서, 양극 탭(210)과 음극 탭(220)은 각형 이차전지(100)의 상면을 향해 연장되며, 양극 탭(210) 및 음극 탭(220)은 각형 이차전지(100)의 케이스(110) 상에 구비된 양극 단자(120)와 음극 단자(130)에 각각 전기적으로 연결된다.
본 발명에 있어서, 양극 집전체에 코팅되는 양극 활물질과 음극 집전체에 코팅되는 극 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; x, y, z 및 M에 포함된 성분의 화학량론적 계수는 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(1­x)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 LiaM1xFe1­xM2yP1­yM3zO4­z(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; a, x, y, z, M1, M2, 및 M3에 포함된 성분의 화학량론적 계수는 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.
그리고, 양극과 음극 사이에 개재되는 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), Pb1­xLaxZr1­yTiyO3(PLZT), PB(Mg3Nb2/3)O3­PbTiO3(PMN­PT), BaTiO3, hafnia(HfO2), SrTiO3, TiO2, Al2O3, ZrO2, SnO2, CeO2, MgO, CaO, ZnO 및 Y2O3로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나 이상의 물질을 포함할 수 있다.
그리고, 전극 조립체(200)가 함침되는 전해액을 이루는 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.
다시 도 2로 돌아오면, 제1 실시형태에서의 전극 조립체(200)는 각형 이차전지(100)의 케이스(110) 상에 구비된 양극 단자(120)와 음극 단자(130)에 각각 전기적으로 연결되는 양극 탭(210) 및 음극 탭(220)을 구비함과 함께, 양극 단자(120)와 음극 단자(130)에 대해 전기적으로 분리된 양극 더미 탭(230)과 음극 더미 탭(240)을 구비한다. 양극 더미 탭(230)과 음극 더미 탭(240)은, 양극 탭(210)과 음극 탭(220)이 형성된 무지부에 대향하는 반대편의 무지부에 형성된다. 따라서, 제1 실시형태에서, 전극 조립체(200)의 대향하는 양단, 즉 도면상의 전극 조립체(200) 상단에 양극 탭(210)과 음극 탭(220)이 배치되는 한편, 양극 더미 탭(230)과 음극 더미 탭(240)은 전극 조립체(200)의 하단에 배치된다.
도 3은 도 1의 각형 이차전지(100)에서의 전극 조립체(200)의 지지구조를 도시한 도면이다. 도면에 도시된 바와 같이, 양극 탭(210)과 음극 탭(220)은 케이스(110) 상면의 양극 단자(120)와 음극 단자(130)에 용접으로 고정되고, 양극 더미 탭(230)과 음극 더미 탭(240)은 케이스(110) 하면에 고정된다.
이와 같이, 본 발명의 제1 실시형태에 따른 각형 이차전지(100)에서, 전극 조립체(200)는 상하부 양쪽이 케이스(110)에 고정된다. 좀더 구체적으로는, 양극 탭(210)과 음극 탭(220), 그리고 양극 더미 탭(230)과 음극 더미 탭(240)이 4점 지지구조로서 전극 조립체(200)를 케이스(110)에 고정한다. 4점 지지구조는 외부 교란에 대해 강한 지지력을 발휘하는 구조로서, 4점 지지되는 전극 조립체(200)는 사용 중의 슬립 현상이 억제되어 전기 접촉에 의한 쇼트나 전극 탭(210, 220)이 찢어지는 등의 각종 문제가 방지되고, 이를 통해 각형 이차전지(100)의 안전성이 크게 향상된다.
그리고, 양극 더미 탭(230)과 음극 더미 탭(240)은 전극 조립체(200)의 양극과 음극에 대해 일체로 형성되므로, 케이스(110)가 극성을 가지는 경우에는, 내부 쇼트를 방지하기 위해 적어도 어느 하나의 더미 탭(230 또는 240)은 케이스(110)에 대해 전기적으로 절연될 필요가 있다. 즉, 케이스(110)가 전기적으로 양성을 띄는 경우에는 음극 더미 탭(240)이 케이스(110)에 대해 전기적으로 절연되어야 하며, 반대로 케이스(110)가 음성을 띄는 경우에는 양극 더미 탭(230)이 절연되어야 할 것이다. 그리고, 케이스(110)가 전기적으로 중성이라며, 더미 탭(230, 240)은 케이스(110)와 반드시 절연될 필요는 없다.
도 3은 케이스(110)가 전기적으로 음성, 예를 들어 접지되어 있는 경우를 예시적으로 도시한 것으로서, 양극 더미 탭(230)은 케이스(110)의 내면에 설치된 절연체(300)에 고정되어 있으며, 절연체(300)를 매개로 하여 케이스(110)에 고정된 양극 더미 탭(230)은 케이스(110)와는 전기적으로 분리되어 있다. 예를 들어, 절연체(300)는 탭 삽입홈(310)을 구비하고, 양극 더미 탭(230)은 절연체(300)의 탭 삽입홈(310)에 삽입되어 압박됨으로써 고정될 수 있다.
그리고, 음극 더미 탭(240)은, 역시 절연체(300)를 이용하여 케이스(110)에 고정될 수 있으며, 전기적으로 음성을 띄는 케이스(110)에 대해 반드시 절연될 필요는 없기 때문에 음극 더미 탭(240)이 케이스(110)의 내면에 직접 용접되어 고정되는 것도 가능함은 물론이다.
도 4는 본 발명의 일 실시형태에서의 다른 전극 조립체(200)를 도시한 도면이고, 도 5는 본 발명의 일 실시형태에서의 또 다른 전극 조립체(200)를 도시한 도면이다. 도 4 및 도 5는 양극 탭(210)과 음극 캡에 대한 양극 더미 탭(230)과 음극 더미 탭(240)의 배치관계를 다양하게 구성할 수 있음을 보여주는 것이며, 전극 조립체(200)의 4점 지지구조는 동일하게 유지된다.
먼저 도 2를 보면, 양극 탭(210)과 양극 더미 탭(230), 그리고 음극 탭(220)과 음극 더미 탭(240)의 각 쌍은 전극 조립체(200)의 일면과 대향면을 가로지르는 직선, 다시 말해 케이스(110)의 높이 방향(전극 조립체의 폭 방향)을 가로지르는 직선 위에 위치하도록 정렬되어 있다. 즉, 양극 더미 탭(230)은 양극 탭(210)에 대향하고, 음극 더미 탭(240)은 음극 탭(220)에 대향한다.
이와 비교할 때, 도 4의 전극 조립체(200)는 양극 탭(210)과 양극 더미 탭(230), 그리고 음극 탭(220)과 음극 더미 탭(240)의 각 쌍은 일면과 대향면을 가로지르는 방향을 따라 서로 어긋나게 오프셋 배치되어 있다. 즉, 양극 탭(210)과 음극 탭(220)에 대한 양극 더미 탭(230)과 음극 더미 탭(240)의 대향구조를 어긋나게 배치한 것이 도 4의 전극 조립체(200)이다. 4점 지지의 상하대칭 구조를 깨뜨림으로써 고유진동수를 변화시키고, 이에 따라 다양한 양상의 진동에 대응가능하게 만들 수 있다.
도 5는 도 2의 변형으로서, 양극 탭(210)과 음극 더미 탭(240), 그리고 음극 탭(220)과 양극 더미 탭(230)의 각 쌍은 전극 조립체(200)의 일면과 대향면을 가로지르는 직선 위에 위치하도록 정렬되어 있다. 즉, 음극 더미 탭(240)은 양극 탭(210)에 대향하고, 양극 더미 탭(230)은 음극 탭(220)에 대향하는 구조로서, 각 전극 탭(210, 220)에 대향하는 더미 탭(230, 240)의 종류(극성)는 도 2의 실시형태에 제한되지 않음을 보여준다.
[제2 실시형태]
도 6은 본 발명의 제2 실시형태에 따른 각형 이차전지(100)의 외형을 도시한 도면이고, 도 7은 도 6의 각형 이차전지(100)에 수납된 전극 조립체(200)를 도시한 도면이다.
본 발명의 제2 실시형태는 각형 이차전지(100)는 양극 단자(120)와 음극 단자(130)가 케이스(110)의 서로 대향하는 두 개의 면에 각각 분리되어 배치되는 양방향 이차전지에 관한 것이며, 이에 따라 단위 셀이 적층된 전극 조립체(200) 역시 더미 탭(230, 240)의 배치가 제1 실시형태와는 다르게 된다. 본 발명의 제2 실시형태에 대해서는 전술한 제1 실시형태와 구별되는 구성을 중심으로 하여 설명하기로 한다.
도 7을 보면, 대향면에 분리 배치된 양극 단자(120)와 음극 단자(130)에 대응하여 양극 탭(210)과 음극 탭(220) 역시 전극 조립체(200)의 좌우 양단으로 분리되게 배치된다. 그리고, 양극 더미 탭(230)은 양극 단자(120)가 배치되는 면에 고정되는 한편, 음극 더미 탭(240)은 음극 단자(130)가 배치되는 면에 고정된다.
다시 말해, 도 7에 따른 본 발명의 제2 실시형태에서는, 양극 탭(210)과 양극 더미 탭(230)이 케이스(110)의 일면(도면 기준으로 좌측면)에 함께 배치되고, 음극 탭(220)과 음극 더미 탭(240)은 케이스(110)의 대향면(도면 기준으로 우측면)에 함께 배치되어 있다. 각형 이차전지(100)의 단자 배치에 따라 전극 조립체(200) 상에 구비되는 전극 탭(210, 220)과 더미 탭(230, 240)의 위치에 변경이 생겼지만, 도 8에 도시된 바와 같이 제2 실시형태에서도 전극 조립체(200)의 4점 지지구조는 그대로 유지되고 있으며, 양극 더미 탭(230)과 음극 더미 탭(240) 중 어느 하나의 더미 탭(230 또는 240)이 케이스(110)에 대해 전기적으로 절연될 수 있는 것도 동일하다.
도 9는 본 발명의 제2 실시형태에서의 다른 전극 조립체(200)를 도시한 도면이다. 도 9에서 양극 더미 탭(230)은 음극 단자(130)가 배치되는 면에 고정되는 한편, 음극 더미 탭(240)은 양극 단자(120)가 배치되는 면에 고정되어 있다. 즉, 도 9의 전극 조립체(200)는 양극 탭(210)과 음극 더미 탭(240)이 케이스(110)의 일면(도면 기준으로 좌측면)에 함께 배치되고, 음극 탭(220)과 양극 더미 탭(230)은 케이스(110)의 대향면(도면 기준으로 우측면)에 함께 배치되어 있다. 다시 말해, 전극 조립체(200)의 4점 지지구조를 유지한다면, 양극 더미 탭(230)과 음극 더미 탭(240)의 돌출위치는 크게 중요하지 않을 수 있는 것이다.
여기서, 양극 더미 탭(230)과 음극 더미 탭(240)은 두 개의 대향면, 즉 양극 탭(210)과 음극 탭(220)이 대향 배치되는 두 개의 면을 가로지르는 직선 위에 위치하도록 정렬될 수 있다. 다시 말해, 양극 탭(210)과 음극 탭(220)의 배치와 마찬가지로, 양극 더미 탭(230)과 음극 더미 탭(240)도 정확하게 대향 배치될 수 있다.
[제3 실시형태]
전술한 제1 실시형태와 제2 실시형태는 각각 일방향 이차전지와 양방향 이차전지에 적용하기에 적합한 전극 조립체에 대해 설명하였으며, 각 실시형태에서 양극 더미 탭과 음극 더미 탭은 각각 하나씩 구비되는 것을 하나의 예로서 설명하였다. 그러나, 각형 이차전지 내에서의 전극 조립체의 지지구조를 더욱 강화하기 위하여, 복수의 더미 탭이 구비되는 것도 가능하며, 제3 실시형태는 이에 관한 것이다.
도 10은 양극 탭(210)과 음극 탭(220)이 전극 조립체(200)의 상단에 함께 배치되는 일방향의 전극 조립체를 도시하고 있으며, 도 10에 나타난 바와 같이, 양극 더미 탭(230)과 음극 더미 탭(240)은 각각 복수 개(도시된 예에서는 두 개씩)로 구비될 수 있다. 복수의 더미 탭(230, 240)에 의해 전극 조립체(200)의 지지구조는 더욱 강화될 수 있다.
도 11은 양극 탭(210)과 음극 탭(220)이 전극 조립체(200)의 서로 대향하는 두 개의 면에 각각 분리되어 배치된 양방향의 전극 조립체에 대한 제3 실시형태를 도시하는 것으로서, 양극 탭(210)과 같은 면에 배치되는 양극 더미 탭(230), 및 음극 탭(220)과 같은 면에 배치되는 음극 더미 탭(240)이 모두 복수 개로 구비되어 있다.
더미 탭(230, 240)이 복수로 구비된다는 점을 제외하고, 제1 및 제2 실시형태에서 설명한 절연체(300)나 탭 삽입홈(310) 등의 구성이 제3 실시형태에 대해서도 동등하게 적용될 수 있음은 물론이다. 그리고, 도 10 및 도 11은 양극 더미 탭(230)과 음극 더미 탭(240) 양자가 복수 개로 구비되고, 또한 동일한 개수로 구비되는 것으로 도시하고 있지만, 이는 하나의 예시로서, 양극 더미 탭(230)과 음극 더미 탭(240) 중의 어느 하나만 복수로 구비될 수 있는 것은 물론 그 개수도 서로 다르게 구비될 수도 있는 것이다.
이상, 도면과 실시예 등을 통해 본 발명을 보다 상세히 설명하였다. 그러나, 본 명세서에 기재된 도면 또는 실시예 등에 기재된 구성은 본 발명의 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
[부호의 설명]
100: 각형 이차전지 110: 케이스
120: 양극 단자 130: 음극 단자
200: 전극 조립체 210: 양극 탭
220: 음극 탭 230: 양극 더미 탭
240: 음극 더미 탭 300: 절연체
310: 탭 삽입홈

Claims (14)

  1. 단위 셀이 적층된 스택 구조의 전극 조립체를 구비한 각형 이차전지에 있어서,
    상기 전극 조립체는,
    상기 각형 이차전지의 케이스 상에 구비된 양극 단자와 음극 단자에 각각 전기적으로 연결되는 양극 탭 및 음극 탭과,
    상기 양극 단자와 음극 단자에 대해 전기적으로 분리된 양극 더미 탭과 음극 더미 탭을 구비하는 것을 특징으로 하는 각형 이차전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 양극 더미 탭과 음극 더미 탭은,
    상기 케이스에 대해 고정되어 상기 전극 조립체를 지지하는 것을 특징으로 하는 각형 이차전지.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 양극 단자와 음극 단자는 상기 케이스의 일면에 함께 배치되고,
    상기 양극 더미 탭과 음극 더미 탭은 상기 양극 단자와 음극 단자가 함께 배치된 일면과 마주보는 대향면에 고정되는 것을 특징으로 하는 각형 이차전지.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 양극 탭과 양극 더미 탭, 그리고 상기 음극 탭과 음극 더미 탭의 각 쌍은 상기 일면과 대향면을 가로지르는 직선 위에 위치하도록 정렬된 것을 특징으로 하는 각형 이차전지.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 양극 탭과 양극 더미 탭, 그리고 상기 음극 탭과 음극 더미 탭의 각 쌍은 상기 일면과 대향면을 가로지르는 방향을 따라 서로 어긋나게 배치되는 것을 특징으로 하는 각형 이차전지.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 양극 탭과 음극 더미 탭, 그리고 상기 음극 탭과 양극 더미 탭의 각 쌍은 상기 일면과 대향면을 가로지르는 직선 위에 위치하도록 정렬된 것을 특징으로 하는 각형 이차전지.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 양극 단자와 음극 단자는 상기 케이스의 서로 대향하는 두 개의 면에 각각 분리되어 배치되고,
    상기 양극 더미 탭은 상기 양극 단자가 배치되는 면에 고정되는 한편, 상기 음극 더미 탭은 상기 음극 단자가 배치되는 면에 고정되는 것을 특징으로 하는 각형 이차전지.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 양극 단자와 음극 단자는 상기 케이스의 서로 대향하는 두 개의 면에 각각 분리되어 배치되고,
    상기 양극 더미 탭은 상기 음극 단자가 배치되는 면에 고정되는 한편, 상기 음극 더미 탭은 상기 양극 단자가 배치되는 면에 고정되는 것을 특징으로 하는 각형 이차전지.
  9. 제7항 또는 제8항에 있어서,
    상기 양극 더미 탭과 상기 음극 더미 탭은 상기 두 개의 대향면을 가로지르는 직선 위에 위치하도록 정렬된 것을 특징으로 하는 각형 이차전지.
  10. 제2항에 있어서,
    상기 양극 더미 탭과 음극 더미 탭 중 어느 하나의 더미 탭은 상기 케이스에 대해 전기적으로 절연되는 것을 특징으로 하는 각형 이차전지.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 케이스에 대해 전기적으로 절연되는 더미 탭은, 상기 케이스의 내면에 설치된 절연체에 고정되는 것을 특징으로 하는 각형 이차전지.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 절연체는 탭 삽입홈을 구비하고,
    상기 더미 탭은 상기 탭 삽입홈에 삽입되어 고정되는 것을 특징으로 하는 각형 이차전지.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 케이스에 대해 전기적으로 절연되지 않는 더미 탭은, 상기 케이스의 내면에 용접되는 것을 특징으로 하는 각형 이차전지.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 양극 더미 탭과 음극 더미 탭 중의 적어도 어느 하나는 복수 개로 구비되는 것을 특징으로 하는 각형 이차전지.
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