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KR102211366B1 - 이차전지 - Google Patents

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KR102211366B1
KR102211366B1 KR1020130130442A KR20130130442A KR102211366B1 KR 102211366 B1 KR102211366 B1 KR 102211366B1 KR 1020130130442 A KR1020130130442 A KR 1020130130442A KR 20130130442 A KR20130130442 A KR 20130130442A KR 102211366 B1 KR102211366 B1 KR 102211366B1
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KR
South Korea
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current collector
thickness
electrode assembly
plate
positive electrode
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KR1020130130442A
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김민한
문중호
한주형
김경현
박도형
박한얼
권선영
송유미
홍명자
김기현
김상훈
강선호
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삼성에스디아이 주식회사
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Abstract

케이스, 케이스의 내부에 수용되는 제1 전극 조립체 및 케이스의 내부에 수용되며 제1 전극 조립체를 가운데 두고 케이스와 인접하게 배치되는 제2 전극 조립체 및 제3 전극 조립체를 포함하며, 제2 전극 조립체와 제3 전극 조립체의 두께는 제1 전극 조립체의 두께와 다른 이차 전지에 관한 것이다.

Description

이차전지{Rechargeable Battery}
본 발명은 이차전지에 관한 것이다.
통상적으로, 이차 전지는 충전이 불가능한 일차 전지와는 달리, 충·방전이 가능한 전지를 말하는 것으로서, 휴대폰, PDA, 노트북 컴퓨터 등의 소형 첨단 전자기기 분야에서 널리 사용되고 있다.
전자기기의 발달에 따라 고에너지의 이차 전지가 요구된다. 또한, 이차 전지는 충방전을 통해 장기간 사용되므로, 이차 전지의 사용환경에 따른 안전성이 중요한 문제로 대두되고 있다. 특히 외부 충격 등에 의하여 도전성을 가진 소재가 이차 전지를 관통하는 경우, 이차 전지는 내부 단락이 발생하면서 폭발 위험이 있다.
본 발명의 일실시예는, 이차 전지에 관한 것으로, 보다 구체적으로 복수의 전극 조립체를 구비하는 이차 전지에 관한 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 케이스; 상기 케이스의 내부에 수용되는 제1 전극 조립체; 및 상기 케이스의 내부에 수용되며, 상기 제1 전극 조립체를 가운데 두고 상기 케이스와 인접하게 배치되는 제2 전극 조립체 및 제3 전극 조립체;를 포함하며, 상기 제2 전극 조립체와 상기 제3 전극 조립체의 두께는 상기 제1 전극 조립체의 두께와 다른, 이차 전지를 제공한다.
본 발명의 일 특징에 따르면, 상기 제1 전극 조립체의 에너지 밀도는 상기 제2 전극 조립체 및 상기 제3 전극 조립체의 에너지 밀도 보다 높고, 상기 제2 전극 조립체와 상기 제3 전극 조립체의 두께는 상기 제1 전극 조립체의 두께보다 얇게 형성될 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 제1 전극 조립체는 제1 양극판, 제1 음극판, 및 이들 사이에 개재되는 제1 세퍼레이터를 적층한 후 권취되어 형성되고, 상기 제2 전극 조립체는 제2 양극판, 제2 음극판, 및 이들 사이에 개재되는 제2 세퍼레이터를 적층한 후 권취되어 형성되며, 상기 제3 전극 조립체는 제3 양극판, 제3 음극판 및 이들 사이에 개재되는 제3 세퍼레이터를 적층한 후 권취되어 형성되며, 상기 제2 전극 조립체 및 상기 제3 전극 조립체 중 적어도 어느 하나의 권취 횟수는 상기 제1 전극 조립체의 권취 횟수보다 적을 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 제1 전극 조립체는 양극 집전체 상에 활물질이 도포되어 형성된 제1 양극판, 음극 집전체 상에 활물질이 도포되어 형성된 제1 음극판 및 제1 세퍼레이터를 포함하고, 상기 제2 전극 조립체는 양극 집전체 상에 활물질이 도포되어 형성된 제2 양극판, 음극 집전체 상에 활물질이 도포되어 형성된 제2 음극판 및 제2 세퍼레이터를 포함하며, 상기 제3 전극 조립체는 양극 집전체 상에 활물질이 도포되어 형성된 제3 양극판, 음극 집전체 상에 활물질이 도포되어 형성된 제3 음극판 및 제3 세퍼레이터를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 제2 양극판의 양극 집전체의 두께 및 상기 제3 양극판의 양극 집전체의 두께 중 적어도 어느 하나는, 상기 제1 양극판의 양극 집전체의 두께 보다 두껍게 형성될 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 제2 양극판의 양극 집전체의 두께 및 상기 제3 양극판의 양극 집전체의 두께 중 적어도 어느 하나는, 상기 제1 양극판의 양극 집전체의 두께의 1.2배와 같거나 그보다 클 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 제2 음극판의 음극 집전체의 두께 및 상기 제3 음극판의 음극 집전체의 두께 중 적어도 어느 하나는, 상기 제1 음극판의 음극 집전체의 두께 보다 두껍게 형성될 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 제2 음극판의 음극 집전체의 두께 및 상기 제3 음극판의 음극 집전체의 두께 중 적어도 어느 하나는, 상기 제1 음극판의 음극 집전체의 두께의 1.25배와 같거나 그보다 클 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 제2 세퍼레이터의 두께 및 상기 제3 세퍼레이터의 두께 중 적어도 어느 하나는, 상기 제1 세퍼레이터의 두께 보다 두껍게 형성될 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 제2 세퍼레이터의 두께 및 상기 제3 세퍼레이터의 두께 중 적어도 어느 하나는, 상기 제1 세퍼레이터의 두께의 1.14배와 같거나 그보다 클 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 제1 양극판의 활물질의 단위 면적당 도포량은, 상기 제2 양극판의 활물질의 단위 면적당 도포량 및 상기 제3 양극판의 활물질의 단위 면적당 도포량과 다르거나, 상기 제2 음극판의 활물질의 단위 면적당 도포량은 상기 제3 음극판의 활물질의 단위 면적당 도포량과 다를 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 케이스; 상기 케이스의 내부에 수용되며, 제1 양극 집전체(213) 상에 활물질이 도포되어 형성된 제1 양극판, 제1 음극 집전체(223) 상에 활물질이 도포되어 형성된 제1 음극판, 및 이들 사이에 개재되는 제1 세퍼레이터를 포함하는 제1 전극 조립체; 상기 케이스의 내부에 수용되며, 제2 양극 집전체 상에 활물질이 도포되어 형성된 제2 양극판, 제2 음극 집전체 상에 활물질이 도포되어 형성된 제2 음극판, 및 이들 사이에 개재되는 제2 세퍼레이터를 포함하는 제2 전극 조립체; 및 상기 케이스의 내부에 수용되며, 제3 양극 집전체 상에 활물질이 도포되어 형성된 제3 양극판, 제3 음극 집전체 상에 활물질이 도포되어 형성된 제3 음극판 및 이들 사이에 개재되는 제3 세퍼레이터를 포함하는 제3 전극 조립체;를 포함하고, 상기 제2 전극 조립체 및 상기 제3 전극 조립체는 상기 케이스 측에 인접하게 위치하고, 상기 제1 전극 조립체는 상기 제2 전극 조립체 및 상기 제3 전극 조립체 사이에 위치하며, 상기 제2 전극 조립체 및 상기 제3 전극 조립체의 에너지 밀도는 상기 제1 전극 조립체의 에너지 밀도 보다 낮을 수 있다.
본 발명의 일 특징에 따르면, 상기 제1 전극 조립체의 상기 제1 양극 집전체, 상기 제1 음극 집전체 및 상기 제1 세퍼레이터 중 적어도 어느 하나의 두께는, 상기 제2 전극 조립체의 제2 양극 집전체, 제2 음극 집전체 및 제2 세퍼레이터 중 적어도 어느 하나의 두께와 다르거나 상기 제3 전극 조립체의 제3 양극 집전체, 제3 음극 집전체 및 제3 세퍼레이터 중 적어도 어느 하나의 두께와 다를 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 제2 전극 조립체와 상기 제3 전극 조립체의 두께는 상기 제1 전극 조립체의 두께보다 얇게 형성될 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 제2 양극 집전체의 두께 및 상기 제3 양극 집전체의 두께는, 상기 제1 양극 집전체의 두께 보다 두껍게 형성될 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 제2 음극 집전체의 두께 및 상기 제3 음극 집전체의 두께는, 상기 제1 음극 집전체의 두께 보다 두껍게 형성될 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 제2 세퍼레이터의 두께 및 상기 제3 세퍼레이터의 두께는, 상기 제1 세퍼레이터의 두께 보다 두껍게 형성될 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 제2 양극판의 활물질의 단위 면적당 도포량 및 상기 제3 양극판의 활물질의 단위 면적당 도포량은, 상기 제1 양극판의 활물질의 단위 면적당 도포량 보다 클 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 제2 음극판의 활물질의 단위 면적당 도포량 및 상기 제3 음극판의 활물질의 단위 면적당 도포량은, 상기 제1 음극판의 활물질의 단위 면적당 도포량 보다 클 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 제2 전극 조립체의 세퍼레이터 및 상기 제3 전극 조립체의 세퍼레이터는 무기물 또는 유기물로 코팅될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 케이스; 상기 케이스의 내부에 수용되는 제1 전극 조립체; 및 상기 케이스의 내부에 수용되며, 상기 제1 전극 조립체를 가운데 두고 상기 케이스와 인접하게 배치되는 제2 전극 조립체 및 제3 전극 조립체;를 포함하며, 상기 제2 전극 조립체와 상기 제3 전극 조립체의 두께는 상기 제1 전극 조립체의 두께와 다른, 이차 전지를 제공한다.
본 발명의 일 특징에 따르면, 상기 제1 전극 조립체의 에너지 밀도는 상기 제2 전극 조립체 및 상기 제3 전극 조립체의 에너지 밀도 보다 높고, 상기 제2 전극 조립체와 상기 제3 전극 조립체의 두께는 상기 제1 전극 조립체의 두께보다 얇게 형성될 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 제1 전극 조립체는 제1 양극판, 제1 음극판, 및 이들 사이에 개재되는 제1 세퍼레이터를 적층한 후 권취되어 형성되고, 상기 제2 전극 조립체는 제2 양극판, 제2 음극판, 및 이들 사이에 개재되는 제2 세퍼레이터를 적층한 후 권취되어 형성되며, 상기 제3 전극 조립체는 제3 양극판, 제3 음극판 및 이들 사이에 개재되는 제3 세퍼레이터를 적층한 후 권취되어 형성되며, 상기 제2 전극 조립체 및 상기 제3 전극 조립체 중 적어도 어느 하나의 권취 횟수는 상기 제1 전극 조립체의 권취 횟수보다 적을 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 제1 전극 조립체는 양극 집전체 상에 활물질이 도포되어 형성된 제1 양극판, 음극 집전체 상에 활물질이 도포되어 형성된 제1 음극판 및 제1 세퍼레이터를 포함하고, 상기 제2 전극 조립체는 양극 집전체 상에 활물질이 도포되어 형성된 제2 양극판, 음극 집전체 상에 활물질이 도포되어 형성된 제2 음극판 및 제2 세퍼레이터를 포함하며, 상기 제3 전극 조립체는 양극 집전체 상에 활물질이 도포되어 형성된 제3 양극판, 음극 집전체 상에 활물질이 도포되어 형성된 제3 음극판 및 제3 세퍼레이터를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 제2 양극판의 양극 집전체의 두께 및 상기 제3 양극판의 양극 집전체의 두께 중 적어도 어느 하나는, 상기 제1 양극판의 양극 집전체의 두께 보다 두껍게 형성될 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 제2 양극판의 양극 집전체의 두께 및 상기 제3 양극판의 양극 집전체의 두께 중 적어도 어느 하나는, 상기 제1 양극판의 양극 집전체의 두께의 1.2배와 같거나 그보다 클 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 제2 음극판의 음극 집전체의 두께 및 상기 제3 음극판의 음극 집전체의 두께 중 적어도 어느 하나는, 상기 제1 음극판의 음극 집전체의 두께 보다 두껍게 형성될 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 제2 음극판의 음극 집전체의 두께 및 상기 제3 음극판의 음극 집전체의 두께 중 적어도 어느 하나는, 상기 제1 음극판의 음극 집전체의 두께의 1.25배와 같거나 그보다 클 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 제2 세퍼레이터의 두께 및 상기 제3 세퍼레이터의 두께 중 적어도 어느 하나는, 상기 제1 세퍼레이터의 두께 보다 두껍게 형성될 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 제2 세퍼레이터의 두께 및 상기 제3 세퍼레이터의 두께 중 적어도 어느 하나는, 상기 제1 세퍼레이터의 두께의 1.14배와 같거나 그보다 클 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 제1 양극판의 활물질의 단위 면적당 도포량은, 상기 제2 양극판의 활물질의 단위 면적당 도포량 및 상기 제3 양극판의 활물질의 단위 면적당 도포량과 다르거나, 상기 제2 음극판의 활물질의 단위 면적당 도포량은 상기 제3 음극판의 활물질의 단위 면적당 도포량과 다를 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 케이스; 상기 케이스의 내부에 수용되며, 제1 양극 집전체(213) 상에 활물질이 도포되어 형성된 제1 양극판, 제1 음극 집전체(223) 상에 활물질이 도포되어 형성된 제1 음극판, 및 이들 사이에 개재되는 제1 세퍼레이터를 포함하는 제1 전극 조립체; 상기 케이스의 내부에 수용되며, 제2 양극 집전체 상에 활물질이 도포되어 형성된 제2 양극판, 제2 음극 집전체 상에 활물질이 도포되어 형성된 제2 음극판, 및 이들 사이에 개재되는 제2 세퍼레이터를 포함하는 제2 전극 조립체; 및 상기 케이스의 내부에 수용되며, 제3 양극 집전체 상에 활물질이 도포되어 형성된 제3 양극판, 제3 음극 집전체 상에 활물질이 도포되어 형성된 제3 음극판 및 이들 사이에 개재되는 제3 세퍼레이터를 포함하는 제3 전극 조립체;를 포함하고, 상기 제2 전극 조립체 및 상기 제3 전극 조립체는 상기 케이스 측에 인접하게 위치하고, 상기 제1 전극 조립체는 상기 제2 전극 조립체 및 상기 제3 전극 조립체 사이에 위치하며, 상기 제2 전극 조립체 및 상기 제3 전극 조립체의 에너지 밀도는 상기 제1 전극 조립체의 에너지 밀도 보다 낮을 수 있다.
본 발명의 일 특징에 따르면, 상기 제1 전극 조립체의 상기 제1 양극 집전체, 상기 제1 음극 집전체 및 상기 제1 세퍼레이터 중 적어도 어느 하나의 두께는, 상기 제2 전극 조립체의 제2 양극 집전체, 제2 음극 집전체 및 제2 세퍼레이터 중 적어도 어느 하나의 두께와 다르거나 상기 제3 전극 조립체의 제3 양극 집전체, 제3 음극 집전체 및 제3 세퍼레이터 중 적어도 어느 하나의 두께와 다를 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 제2 전극 조립체와 상기 제3 전극 조립체의 두께는 상기 제1 전극 조립체의 두께보다 얇게 형성될 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 제2 양극 집전체의 두께 및 상기 제3 양극 집전체의 두께는, 상기 제1 양극 집전체의 두께 보다 두껍게 형성될 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 제2 음극 집전체의 두께 및 상기 제3 음극 집전체의 두께는, 상기 제1 음극 집전체의 두께 보다 두껍게 형성될 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 제2 세퍼레이터의 두께 및 상기 제3 세퍼레이터의 두께는, 상기 제1 세퍼레이터의 두께 보다 두껍게 형성될 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 제2 양극판의 활물질의 단위 면적당 도포량 및 상기 제3 양극판의 활물질의 단위 면적당 도포량은, 상기 제1 양극판의 활물질의 단위 면적당 도포량 보다 클 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 제2 음극판의 활물질의 단위 면적당 도포량 및 상기 제3 음극판의 활물질의 단위 면적당 도포량은, 상기 제1 음극판의 활물질의 단위 면적당 도포량 보다 클 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 제2 전극 조립체의 세퍼레이터 및 상기 제3 전극 조립체의 세퍼레이터는 무기물 또는 유기물로 코팅될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 이차 전지를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 제1 전극 조립체를 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 제2 전극 조립체를 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 제3 전극 조립체를 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이차 전지를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고, 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성 요소들은 용어들에 의하여 한정되어서는 안된다. 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 한편, 하기에서 사용된 "/"는 상황에 따라 "및"으로 해석될 수도 있고 "또는"으로 해석될 수도 있다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "상에" 또는 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분의 바로 위에 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 이차 전지를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지는 케이스(10)와 케이스(10)의 내부에 수용된 복수의 전극 조립체를 포함한다. 케이스(10)의 내부에는 적어도 3개의 전극 조립체(20, 30, 40)가 수용된다. 복수의 전극 조립체(20, 30, 40)는 전해질(E)에 함침된다.
케이스(10)는 기계적 강도를 유지하기 위한 금속성 소재를 포함하여, 각형으로 제작될 수 있다. 또 다른 실시예로서, 케이스(10)는 폴리머와 같은 파우치 타입으로 제작될 수 있다.
케이스(10)의 내부에는 제1 전극 조립체(20), 제2 전극 조립체(30) 및 제3 전극 조립체(40)가 수용된다. 구체적으로, 케이스(10)와 인접한 측, 즉 케이스(10)의 내측면과 인접하게 제2,3 전극 조립체(30, 40)를 배치하고, 제2,3 전극 조립체(30, 40) 사이에 제1 전극 조립체(20)를 배치한다.
이차 전지는 충방전을 통해 오랜 기간 동안 사용 가능한 전지이므로, 사용 중 안전성이 확보되어야 한다. 이차 전지에 도전성을 갖는 소재가 관통하게 되면, 이차 전지에 내부 단락이 발생하면서 이차 전지의 온도가 급격히 상승하게 되고, 따라서 이차 전지의 발화 또는 폭발이 발생할 수 있다. 안전성 확보를 위한 테스트로서 못과 같은 도전성 소재를 이차 전지에 관통하는 테스트가 수행된다. 만약, 이차 전지가 고에너지 밀도의 전극 조립체로만 구성되는 경우, 도전성 소재가 관통하면서 열 방출 또는 전류 분산이 거의 일어나지 않아, 순간적으로 큰 전류가 흐르면서 전극 조립체의 양극과 음극의 내부 단락이 야기된다. 또한, 이차 전지의 폭발 또는 발화가 생길 수 있다.
그러나, 본 발명에 따르면, 열 안전성이 우수한 제2,3 전극 조립체(30, 40)를 케이스(10)의 내측면과 인접하게 배치함으로써, 도전성 소재가 관통할 때, 즉 내부 단락이 발생할 때 제2,3 전극 조립체(30, 40)를 통한 열 방출 및 전류 분산 효과를 얻을 수 있다.
제2,3 전극 조립체(30, 40)는 제1 전극 조립체(20)에 비하여 열 안전성이 우수한 전극 조립체로서, 내부 단락시 발생하는 순간적인 열을 방출하고 전류를 분산하는 효과를 얻을 수 있다.
제1 전극 조립체(20)는 케이스(10)의 중앙에 배치되며, 제2,3 전극 조립체(30, 40) 보다 고에너지 밀도의 전극 조립체이다. 제1 전극 조립체(20)는 이차 전지의 용량을 담당하는 부분으로서, 제1 전극 조립체(20)의 두께는 제2,3 전극 조립체(30, 40) 각각의 두께 보다 두껍다. 제2,3 전극 조립체(30, 40)도 제1 전극 조립체(20)와 전기적으로 연결되어 이차 전지의 전체 용량을 형성할 수 있으나, 앞서 설명한 바와 같이, 제2,3 전극 조립체(30, 40)는 주로 내부 단락시 효과적인 열 방출과 전류 분산을 유도하기 위한 것으로, 케이스(10)의 내부 공간을 충분히 활용하면서 충분한 용량을 확보하기 위하여 그 두께는 제1 전극 조립체(20)의 두께 보다 얇게 형성된다.
이하, 도 2 및 도 3을 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지의 제2,3 전극 조립체(30, 40) 및 제1 전극 조립체(20)에 대하여 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 제1 전극 조립체를 개략적으로 나타낸 사시도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 제2 전극 조립체를 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 제1 전극 조립체(20)의 두께는 제2 전극 조립체(30)의 두께 보다 두껍고, 제3 전극 조립체(40)의 두께 보다 두껍게 형성된다.
도 2를 참조하면, 제1 전극 조립체(20)는 제1 양극판(210), 제1 음극판(220) 및 이들 사이에 개재되는 제1 세퍼레이터(230)를 포함한다. 제1 양극판(210)은 제1 양극 집전체(213) 상에 양극 활물질이 도포되어 형성되며, 제1 음극판(220)은 제1 음극 집전체(223) 상에 음극 활물질이 도포되어 형성된다. 제1 양극판(210), 제1 세퍼레이터(230), 및 제1 음극판(220)이 순차적으로 적층된 상태에서 젤리-롤(jelly-roll) 타입으로 권취되어 제1 전극 조립체(20)가 형성될 수 있다.
제1 양극판(210)은 제1 양극 집전체(213) 상의 일부 영역에 양극 활물질이 도포되면서 형성된 코팅부(211), 및 양극 활물질이 도포되지 않은 무지부(212)를 포함할 수 있으며, 제1 음극판(220)은 제1 음극 집전체(223) 상의 일부 영역에 음극 활물질이 도포되면서 형성된 코팅부(221) 및 음극 활물질이 도포되지 않은 무지부(222)를 포함할 수 있다.
도 3을 참조하면, 제2 전극 조립체(30)는 제2 양극판(310), 제2 음극판(320) 및 이들 사이에 개재되는 제2 세퍼레이터(330)를 포함한다. 제2 양극판(310)은 제2 양극 집전체(313) 상에 양극 활물질이 도포되어 형성되고, 제2 음극판(320)은 제2 음극 집전체(323) 상에 음극 활물질이 도포되어 형성된다. 제2 양극판(310), 제2 세퍼레이터(330), 및 제2 음극판(320)이 순차적으로 적층된 상태에서 젤리-롤 타입으로 권취되어 제2 전극 조립체(30)가 형성될 수 있다.
제2 양극판(310)은 제2 양극 집전체(313) 상의 일부 영역에 양극 활물질이 도포되면서 형성된 코팅부(311), 및 양극 활물질이 도포되지 않은 무지부(312)를 포함할 수 있으며, 제2 음극판(320)은 제2 음극 집전체(323) 상의 일부 영역에 음극 활물질이 도포되면서 형성된 코팅부(321) 및 음극 활물질이 도포되지 않은 무지부(322)를 포함할 수 있다.
도 4를 참조하면, 제3 전극 조립체(40)는 제2 전극 조립체(30)와 마찬가지로, 제3 양극판(410), 제3 음극판(420) 및 이들 사이에 개재되는 제3 세퍼레이터(430)를 포함한다. 제3 양극판(410)은 제3 양극 집전체(413) 상에 양극 활물질이 도포되어 형성되고, 제3 음극판(420)은 제3 음극 집전체(423) 상에 음극 활물질이 도포되어 형성된다. 제3 양극판(410), 제3 세퍼레이터(430), 및 제3 음극판(420)이 순차적으로 적층된 상태에서 젤리-롤 타입으로 권취되어 제3 전극 조립체(40)가 형성될 수 있다.
제3 양극판(410)은 제3 양극 집전체(413) 상의 일부 영역에 양극 활물질이 도포되면서 형성된 코팅부(411), 및 양극 활물질이 도포되지 않은 무지부(412)를 포함할 수 있으며, 제3 음극판(420)은 제3 음극 집전체(423) 상의 일부 영역에 음극 활물질이 도포되면서 형성된 코팅부(421) 및 음극 활물질이 도포되지 않은 무지부(422)를 포함할 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이 제1 전극 조립체(20)는 이차 전지의 전체 용량의 대부분을 담당한다. 따라서, 제1 양극판(210), 제1 세퍼레이터(230) 및 제1 음극판(220)의 적층체가 권취될 때 제2 전극 조립체(30)의 권취 횟수 또는/및 제3 전극 조립체(40)의 권취 횟수 더 많이 권취되도록 함으로써, 제1 전극 조립체(20)의 두께를 제2,3 전극 조립체(30, 40)의 두께 보다 두껍게 형성하고, 고에너지 밀도를 구현할 수 있다.
반면에, 제2 전극 조립체(30)는 열 안전성을 확보하기 위하여, 제2 양극 집전체(313), 제2 음극 집전체(323) 및 제3 세퍼레이터(430) 중 적어도 어느 하나의 두께를 두껍게 형성할 수 있다. 제3 전극 조립체(40)도 열 안전성을 확보하기 위하여, 제3 양극 집전체(413), 제3 음극 집전체(423) 및 제3 세퍼레이터(430) 중 적어도 어느 하나의 두께를 두껍게 형성할 수 있다.
제2 양극 집전체(313)와 제3 양극 집전체(413) 중 적어도 어느 하나의 두께는 제1 양극 집전체(213)의 두께 보다 두껍게 형성될 수 있다. 제2 음극 집전체(323)와 제3 음극 집전체(423) 중 적어도 어느 하나의 두께는 제1 음극 집전체(223)의 두께 보다 두껍게 형성될 수 있다. 제2 세퍼레이터(330) 및 제3 세퍼레이터(430) 중 적어도 어느 하나의 두께는 제1 세퍼레이터(230)의 두께 보다 두껍게 형성될 수 있다.
예컨대, 제2 양극 집전체(313)의 두께는 제1 양극 집전체(213)의 두께의 약 1.2배와 같거나 그보다 클 수 있다. 일 실시예로서, 제1 양극 집전체(213)의 두께는 약 10 ㎛ 이하로 형성되고, 제2 양극 집전체(313)의 두께는 약 12㎛ 이상으로 형성될 수 있다. 제3 양극 집전체(413)의 두께도 제2 양극 집전체(313)와 마찬가지로, 제1 양극 집전체(213)의 두께의 약 1.2배와 같거나 그보다 클 수 있다.
제2 음극 집전체(323)의 두께는 제1 음극 집전체(223)의 두께의 1.25배와 같거나 그보다 클 수 있다. 일 실시예로서, 제1 음극 집전체(223)의 두께는 약 8㎛ 이하로 형성되고, 제2 음극 집전체(323)의 두께는 약 10㎛ 이상으로 형성될 수 있다. 제3 음극 집전체(423)의 두께도 제2 음극 집전체(323)의 두께와 마찬가지로, 제1 음극 집전체(223)의 두께의 1.25배와 같거나 그보다 클 수 있다.
제2 세퍼레이터(330)의 두께는 제1 세퍼레이터(230)의 두께의 약 1.14배와 같거나 그 보다 클 수 있다. 일 실시예로서, 제1 세퍼레이터(230)의 두께는 14㎛ 이하로 형성되고, 제2 세퍼레이터(330)의 두께는 16㎛ 이상으로 형성될 수 있다. 제3 세퍼레이터(430)의 두께도 제2 세퍼레이터(330)와 마찬가지로, 제1 세퍼레이터(230)의 두께의 약 1.14배와 같거나 그 보다 클 수 있다.
제2,3 양극 집전체(313, 413) 및/또는 제2,3 음극 집전체(323, 423)의 두께를 상술한 바와 같은 조건을 갖도록 두껍게 형성함으로써 열 방출 및 전류 분산 효과를 증가시킬 수 있다. 또한, 제2,3 세퍼레이터(330, 430)의 두께를 상술한 바와 같은 조건을 갖도록 두껍게 형성함으로써 내부 단락에 따른 열이 발생하더라도 제2,3 세퍼레이터(330, 430)가 녹는 것을 방지함으로써 양극 및 음극 간의 단락을 차단 내지 지연시킬 수 있다.
또 다른 실시예에 따르면, 제2 세퍼레이터(330) 및/또는 제3 세퍼레이터(430)는 알루미나, 폴리에틸렌, 폴리 프로필렌과 같은 열 안전성이 우수한 무기물 또는 유기물로 표면이 코팅될 수 있다.
한편, 제2 양극판(310)과 제3 양극판(410)의 양극 활물질의 단위 면적당 도포량(이하, 로딩 레벨이라고 함)은 제1 양극판(210)의 양극 활물질의 로딩 레벨과 다를 수 있다. 활물질의 로딩 레벨이 높으면 출력이 낮아져 열 안전성을 확보할 수 있다. 예컨대, 제2 양극판(310)과 제3 양극판(410)의 양극 활물질의 로딩 레벨을 제1 양극판(210)의 양극 활물질의 로딩 레벨 보다 높게 형성함으로써, 출력 감소를 통한 열 안전성을 확보할 수 있다. 한편, 제2 음극판(320)과 제3 음극판(420)을 음극 활물질의 로딩 레벨은 제1 음극판(220)의 음극 활물질의 로딩 레벨 보다 높게 형성하여, 출력 감소를 통한 열 안전성을 확보할 수 있다.
상술한 바와 같은 제1 전극 조립체(20)의 제1 양극판(210)의 무지부(212)는, 제2 전극 조립체(30)의 제2 양극판(310)의 무지부(312) 및 제3 전극 조립체(40)의 제3 양극판(410)의 무지부(412)와 전기적으로 연결될 수 있다. 마찬가지로, 제1 전극 조립체(20)의 제1 음극판(220)의 무지부(222)는, 제2 전극 조립체(30)의 제2 음극판(320)의 무지부(322) 및 제3 전극 조립체(40)의 제3 음극판(420)의 무지부(422)와 전기적으로 연결될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 케이스(10)의 내부에 3개의 전극 조립체(20, 30, 40)가 배치된 경우를 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다.
도 5에 도시된 바와 같이, 케이스(10)와 인접한 측, 즉 케이스(10)의 내측면과 인접하게 제2 전극 조립체(30) 및 제3 전극 조립체(40)가 배치되고, 이들 사이에 전극 집전체들이 복수개 배치될 수 있음은 물론이다. 제2 전극 조립체(30) 및 제3 전극 조립체(40) 사이에는 제1 전극 조립체(20) 및 제4 전극 조립체(50), 제5 전극 조립체(60) 등의 고에너지 밀도를 갖는 전극 조립체들이 배치될 수 있다. 제2 전극 조립체(30) 및 제3 전극 조립체(40) 사이에 배치된 전극 조립체들(20, 50, 60)은 제2 전극 조립체(30) 및 제3 전극 조립체(40) 에 비하여 고에너지밀도의 전극 조립체로서, 앞서 설명한 제1 전극 조립체(20)와 동일한 구조를 가질 수 있다.
비록 본 발명이 상기 언급된 바람직한 실시예와 관련하여 설명되었지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 따라서 첨부된 특허청구의 범위에는 본 발명의 요지에 속하는 한 이러한 수정이나 변형을 포함할 것이다.
10: 케이스 20: 제1 전극 조립체
30: 제2 전극 조립체 40: 제3 전극 조립체
210: 제1 양극판 211: 코팅부
212: 무지부 213: 제1 양극 집전체
220: 제1 음극판 221: 코팅부
222: 무지부 223: 제1 음극 집전체
230: 제1 세퍼레이터 310: 제2 양극판
311: 코팅부 312: 무지부
313: 제2 양극 집전체 320: 제2 음극판
321: 코팅부 322: 무지부
323: 제2 음극 집전체 330: 제2 세퍼레이터
410: 제3 양극판 411: 코팅부
412: 무지부 413: 제3 양극 집전체
420: 제3 음극판 421: 코팅부
422: 무지부 423: 제3 음극 집전체
430: 제3 세퍼레이터

Claims (20)

  1. 케이스;
    상기 케이스의 내부에 수용되는 제1 전극 조립체; 및
    상기 케이스의 내부에 수용되며, 상기 제1 전극 조립체를 가운데 두고 상기 케이스와 인접하게 배치되는 제2 전극 조립체 및 제3 전극 조립체;를 포함하며,
    상기 제2 전극 조립체와 상기 제3 전극 조립체의 두께는 상기 제1 전극 조립체의 두께와 다르고,
    상기 제1 전극 조립체는 제1 양극판, 제1 음극판, 및 이들 사이에 개재되는 제1 세퍼레이터를 적층한 후 권취되어 형성되고,
    상기 제2 전극 조립체는 제2 양극판, 제2 음극판, 및 이들 사이에 개재되는 제2 세퍼레이터를 적층한 후 권취되어 형성되며,
    상기 제3 전극 조립체는 제3 양극판, 제3 음극판 및 이들 사이에 개재되는 제3 세퍼레이터를 적층한 후 권취되어 형성되며,
    i)상기 제2 양극판의 두께 및 상기 제3 양극판의 두께 중 적어도 어느 하나는, 상기 제1 양극판의 두께 보다 두껍게 형성되거나 또는,
    ii)상기 제2 음극판의 두께 및 상기 제3 음극판의 두께 중 적어도 어느 하나는, 상기 제1 음극판의 두께 보다 두껍게 형성되거나 또는,
    iii)상기 제2 세퍼레이터의 두께 및 상기 제3 세퍼레이터의 두께 중 적어도 어느 하나는, 상기 제1 세퍼레이터의 두께 보다 두껍게 형성되며,
    상기 제2 전극 조립체 및 상기 제3 전극 조립체 중 적어도 어느 하나의 권취 횟수는 상기 제1 전극 조립체의 권취 횟수보다 적은, 이차 전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전극 조립체의 에너지 밀도는 상기 제2 전극 조립체 및 상기 제3 전극 조립체의 에너지 밀도 보다 높고, 상기 제2 전극 조립체와 상기 제3 전극 조립체의 두께는 상기 제1 전극 조립체의 두께보다 얇게 형성된, 이차 전지.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전극 조립체는 양극 집전체 상에 활물질이 도포되어 형성된 제1 양극판, 음극 집전체 상에 활물질이 도포되어 형성된 제1 음극판 및 제1 세퍼레이터를 포함하고,
    상기 제2 전극 조립체는 양극 집전체 상에 활물질이 도포되어 형성된 제2 양극판, 음극 집전체 상에 활물질이 도포되어 형성된 제2 음극판 및 제2 세퍼레이터를 포함하며,
    상기 제3 전극 조립체는 양극 집전체 상에 활물질이 도포되어 형성된 제3 양극판, 음극 집전체 상에 활물질이 도포되어 형성된 제3 음극판 및 제3 세퍼레이터를 포함하는, 이차 전지.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제2 양극판의 양극 집전체의 두께 및 상기 제3 양극판의 양극 집전체의 두께 중 적어도 어느 하나는, 상기 제1 양극판의 양극 집전체의 두께 보다 두껍게 형성된, 이차 전지.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제2 양극판의 양극 집전체의 두께 및 상기 제3 양극판의 양극 집전체의 두께 중 적어도 어느 하나는, 상기 제1 양극판의 양극 집전체의 두께의 1.2배와 같거나 그보다 큰, 이차 전지.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 제2 음극판의 음극 집전체의 두께 및 상기 제3 음극판의 음극 집전체의 두께 중 적어도 어느 하나는, 상기 제1 음극판의 음극 집전체의 두께 보다 두껍게 형성된, 이차 전지.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제2 음극판의 음극 집전체의 두께 및 상기 제3 음극판의 음극 집전체의 두께 중 적어도 어느 하나는, 상기 제1 음극판의 음극 집전체의 두께의 1.25배와 같거나 그보다 큰, 이차 전지.
  9. 삭제
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제2 세퍼레이터의 두께 및 상기 제3 세퍼레이터의 두께 중 적어도 어느 하나는, 상기 제1 세퍼레이터의 두께의 1.14배와 같거나 그보다 큰, 이차 전지.
  11. 제4항에 있어서,
    상기 제1 양극판의 활물질의 단위 면적당 도포량은, 상기 제2 양극판의 활물질의 단위 면적당 도포량 및 상기 제3 양극판의 활물질의 단위 면적당 도포량과 다르거나,
    상기 제2 음극판의 활물질의 단위 면적당 도포량은 상기 제3 음극판의 활물질의 단위 면적당 도포량과 다른, 이차 전지.
  12. 케이스;
    상기 케이스의 내부에 수용되며, 제1 양극 집전체 상에 활물질이 도포되어 형성된 제1 양극판, 제1 음극 집전체 상에 활물질이 도포되어 형성된 제1 음극판, 및 이들 사이에 개재되는 제1 세퍼레이터를 포함하는 제1 전극 조립체;
    상기 케이스의 내부에 수용되며, 제2 양극 집전체 상에 활물질이 도포되어 형성된 제2 양극판, 제2 음극 집전체 상에 활물질이 도포되어 형성된 제2 음극판, 및 이들 사이에 개재되는 제2 세퍼레이터를 포함하는 제2 전극 조립체; 및
    상기 케이스의 내부에 수용되며, 제3 양극 집전체 상에 활물질이 도포되어 형성된 제3 양극판, 제3 음극 집전체 상에 활물질이 도포되어 형성된 제3 음극판 및 이들 사이에 개재되는 제3 세퍼레이터를 포함하는 제3 전극 조립체;를 포함하고,
    상기 제2 전극 조립체 및 상기 제3 전극 조립체는 상기 케이스 측에 인접하게 위치하고,
    상기 제1 전극 조립체는 상기 제2 전극 조립체 및 상기 제3 전극 조립체 사이에 위치하며,
    상기 제2 전극 조립체 및 상기 제3 전극 조립체의 에너지 밀도는 상기 제1 전극 조립체의 에너지 밀도 보다 낮고,
    i)상기 제2 양극판의 활물질의 단위 면적당 도포량 및 상기 제3 양극판의 활물질의 단위 면적당 도포량은, 상기 제1 양극판의 활물질의 단위 면적당 도포량 보다 크거나 또는,
    ii)상기 제2 음극판의 활물질의 단위 면적당 도포량 및 상기 제3 음극판의 활물질의 단위 면적당 도포량은, 상기 제1 음극판의 활물질의 단위 면적당 도포량 보다 크고,
    상기 제2 전극 조립체 및 상기 제3 전극 조립체 중 적어도 어느 하나의 권취 횟수는 상기 제1 전극 조립체의 권취 횟수보다 적은, 이차 전지.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제1 전극 조립체의 상기 제1 양극 집전체, 상기 제1 음극 집전체 및 상기 제1 세퍼레이터 중 적어도 어느 하나의 두께는, 상기 제2 전극 조립체의 제2 양극 집전체, 제2 음극 집전체 및 제2 세퍼레이터 중 적어도 어느 하나의 두께와 다르거나 상기 제3 전극 조립체의 제3 양극 집전체, 제3 음극 집전체 및 제3 세퍼레이터 중 적어도 어느 하나의 두께와 다른, 이차 전지.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 제2 전극 조립체와 상기 제3 전극 조립체의 두께는 상기 제1 전극 조립체의 두께보다 얇게 형성된, 이차 전지.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 제2 양극 집전체의 두께 및 상기 제3 양극 집전체의 두께는, 상기 제1 양극 집전체의 두께 보다 두껍게 형성된, 이차 전지.
  16. 제12항에 있어서,
    상기 제2 음극 집전체의 두께 및 상기 제3 음극 집전체의 두께는, 상기 제1 음극 집전체의 두께 보다 두껍게 형성된, 이차 전지.
  17. 제12항에 있어서,
    상기 제2 세퍼레이터의 두께 및 상기 제3 세퍼레이터의 두께는, 상기 제1 세퍼레이터의 두께 보다 두껍게 형성된, 이차 전지.
  18. 삭제
  19. 삭제
  20. 제12항에 있어서,
    상기 제2 전극 조립체의 세퍼레이터 및 상기 제3 전극 조립체의 세퍼레이터는 무기물 또는 유기물로 코팅된, 이차 전지.
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