KR102291131B1 - 이차전지의 전극 탭 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이차전지의 전극 탭 구조에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전극탭을 전극판에서 돌출될수록 좁아지는 형태의 사다리꼴로 구현하여, 전극탭 돌출길이의 증가에 따라 발생하는 전극탭이 처지는 현상을 감소시키고, 롤투롤(roll-to-roll) 공정 진행 과정에서, 전극탭과 주행 롤이 충돌하는 경우 전극탭이 접히는 현상을 방지하도록 개선한 이차전지의 전극 탭 구조에 관한 것이다.

Description

이차전지의 전극 탭 구조{Electrode tap structure of secondary battery}

본 발명은 이차전지의 전극 탭 구조에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전극 탭 처짐 현상을 방지하고, 롤투롤(roll-to-roll) 공정 과정에서 롤러(roller)와 전극 탭 간의 충돌로 인한 전극 탭 접힘 현상을 방지하도록 개선한 전극 탭 구조에 관한 것이다.

현대 사회에서 모바일 기기 등을 포함하는 다양한 IT기기에 대한 기술이 개발되고, 수요가 증가함에 따라 IT 기기들의 에너지원으로서의 역할을 수행하는 이차전지 또한 기술 개발 및 수요가 증가하는 추세이다.

이차전지는 양극판과 음극판, 그리고 양극판과 음극판 사이에 개재되는 분리막이 적층된 구조의 전극조립체가 어떤 구조로 이루어졌는지에 따라 몇 가지 형태로 분류할 수 있다.

그 예로는, 우선, 긴 시트형의 양극판과 음극판, 그리고 상기 양극판과 음극판 사이에 분리막이 개재된 상태에서 롤러(롤, roller)등에 감은 원통모양의 형태의 젤리롤형 전극조립체가 있다. 또한, 긴 시트형의 양극판과 음극판, 그리고 양극판과 음극판 사이에 분리막이 개재된 상태에서 절취 공정을 통하여 소정의 단위 간격으로 절취한 다수 개의 양극판, 음극판 및 분리막을 순차적으로 적층한 형태의 스택(Stack)형 전극조립체가 있다.

그러나, 이와 같은 상기 젤리롤형 전극조립체와 스택(Stack)형 전극조립체는 여러 자기 문제점을 가지고 있다. 이로부터 발생하는 여러 가지 문제점들을 해결하기 위하여 젤리롤형 및 스택(Stack)형 전극조립체를 혼합 형태의 전극조립체인 스택-폴딩형 전극조립체가 고안되었다. 상기 스택-폴딩형 전극조립체는 소정의 단위 간격으로 양극판, 음극판 및 양극판과 음극판 사이에 개재된 분리막을 적층한 단위 셀들을 분리필름상에 위치시킨 상태에서 순차적으로 롤러(롤, roller)등에 감은 원통형 구조의 전극조립체이다.

상기 스택-폴딩형 전극조립체에 포함되는 전극탭은 전극판의 일변에 직사각형 형태로 돌출된 구조를 가지고 있다. 여기서, 상기 전극판은 양극판과 음극판 그리고 분리막을 포함하여 지칭하는 것을 의미한다. 상기 스택-폴딩형 전극조립체는 각종 롤투롤(roll-to-roll) 공정 과정을 거치게 된다.

이차전지의 용량 증가 등을 위하여 이차전지의 적층 수가 증가함에 따라 전극탭의 돌출길이, 즉 전극판과 전극 탭이 접하는 변과 그에 대향하는 변 사이의 폭이 점점 증가하는 추세이다. 이와 같은 상황은, 알루미늄과 같은 얇은 시트에 내장되는 파우치형 이차전지의 경우, 전극 탭의 돌출길이가 증가함에 따라 전극탭이 처지는 전극탭 처짐 현상이 증가하는 문제점을 가지고 있다.

또한, 롤러의 회전에 따라 이송되며 공정을 진행하는 각종 롤투롤(roll-to-roll) 공정 시, 전극 탭이 처지는 경우 회전하는 롤러와 충돌하는 경우가 발생한다. 이러한 경우, 직각 형태를 가지고 있는 전극탭은 원형 형태의 롤러와 충돌 시 그대로 전극 탭이 접히는 전극 탭 접힘 현상이 발생하며, 이는 전 극탭의 손상되는 등의 문제점을 야기시킨다.

본 발명은 종래와 같이, 전극 탭이 직사각형으로 구현된 경우에 발생하는 전극 탭 처짐 현상을 감소시키고, 롤투롤(roll-to-roll) 공정 시 롤러(roller)와 전극 탭의 충돌로 인해 발생할 수 있는 전극 탭 접힘 문제를 해결하고자 한다.

적어도 하나 이상의 양극판 및 음극판으로 구성되는 전극판을 포함하여 구성되는 전극 조립체는,

양면에 전극 활물질이 도포되는 활물질 도포 영역을 포함하는 전극판; 상기 전극판의 일면 중앙부에 형성되는 전극 탭; 을 포함하여 구성되고, 상기 전극탭이 상기 전극판과 접하는 변의 길이는, 그에 대향하는 변의 길이보다 큰 것을 특징으로 한다.

상기 전극 탭은, 상기 전극판과 접하는 변의 중심에 수직으로 설정되는 전극판 중심축에 의해 좌우 대칭으로 양분되도록 위치하며, 상기 전극판과 접하는 변과 그에 대향하는 변이 소정의 폭(W)을 가지고 배치되도록 구성되는 판상형 도전체인 것을 특징으로 한다.

상기 전극 탭은, 상기 전극판의 양쪽 끝점으로부터 소정의 일정 구간 안쪽에 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 전극 탭이 전극판과 접하는 변의 양 끝점과 그에 대향하는 변의 양 끝점을 잇는 선의 경사는, 상기 전극 탭이 전극판과 접하는 변과 그에 대향하는 변 사이의 소정의 폭(W)과 상기 전극 탭이 전극판과 접하는 변과 그에 대향하는 길이의 차이에 의해 결정되는 것을 특징으로 한다.

롤러에 의해 전극시트를 이송하며 공정을 수행하는 롤투롤(roll-to-roll) 공정 시스템은, 일면 또는 양면에 전극 활물질이 도포된 활물질 도포 영역을 포함하는 전극 시트; 전극 활물질이 도포되지 않은 전극 활물질 미도포 영역을 포함하며, 상기 전극 시트의 외주변 중 일변 방향으로 돌출될수록 좁아지는 사다리꼴 형태로 형성된 전극 탭; 원기둥 형상으로 형성되어, 상기 전극 시트의 하부에 위치하며 회전을 통하여 발생하는 회전력으로 상기 전극 시트를 일정 방향으로 이송하는 롤러(Roller); 를 포함하여 구성된다.

상기 전극 탭은, 상기 전극 시트와 접하는 변의 양측 끝점으로부터 소정의 일정 직선 구간 안쪽에 형성되는 것을 특징으로 하며, 상기 전극 시트와 접하는 변의 양 끝점과 그에 대향하는 변의 양 끝점을 잇는 경사를 갖는 것을 특징으로 한다.

상기 롤러는, 상기 경사의 아래 끝점부터 순차적으로 지나가는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 기존의 직사각형 형태로 형성되는 전극 탭을 양부에 경사를 갖는 사다리꼴 형태로 형성함으로써, 기존의 직사각형 형태로 형성된 전극 탭보다 반력 증가로 인하여 전극 탭 처짐 현상을 감소시킬 수 있다. 또한, 상기 전극 탭의 양부에 경사를 형성하여, 롤투롤(roll-to-roll) 공정 시 롤러(roller)가 전극 탭의 경사의 아래 부분부터 순차적으로 접촉함으로써 전극 탭 접힘 발생을 방지할 수 있다.

도 1은 종래의 전극조립체 구조를 평면상에서 도시한 도면.
도 2는 종래의 전극조립체를 이용한 롤투롤 공정 시스템을 평면상에서 도시한 도면.
도 3은 도 2를 입체적으로 도시한 도면.
도 4는 본 발명에 따른 전극조립체 구조를 평면상에서 도시한 도면.
도 5는 본 발명에 따른 전극탭 구조를 도시한 도면.
도 6은 본 발명에 따른 전극조립체를 이용한 롤투롤 공정 시스템을 평면상에서 나타내는 도면.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시 예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 “연결”되어 있다고 할 때, 이는 “직접적으로 연결”되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 두고 “전기적으로 연결”되어 있는 경우도 포함된다. 또한 어떤 부분이 다른 구성 요소를 “포함” 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 “~ (하는) 단계” 또는 “~의 단계”는 “~를 위한 단계”를 의미하지 않는다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하도록 한다.

도 1은 종래의 파우치형 이차전지의 전극조립체 구조를 평면상에서 간략하게 도시한 도면이다.

상기 도 1을 참조하면, 전체적인 전극조립체(10)의 구성은 양극판과 음극판을 포함하는 전극판(11)과 전극 탭(12)을 포함하여 구성된다. 종래의 전극 탭(12)은, 상기 전극판(11)의 일면 중앙부에 직사각형 형태로 형성된다. 즉, 상기 전극 탭(12)의 변 N, M과 상기 전극판(11)과 전극탭(12)이 접하는 변은 직각을 이루게 되는 것이다.

그러나, 상기 전극판의 적층 수가 증가함에 따라 전극판(11)으로부터의 전극탭이 돌출되는 길이, 즉 전극탭(12)의 돌출길이(L)가 길어지게 된다. 따라서, 전극탭(12)의 돌출길이가 길어짐에 따라 전극탭(12)이 처지는 현상 전극탭 처짐 현상의 발생이 증가한다.

또한, 도 2 및 3은 전극조립체의 롤투롤(roll-to-roll) 공정 과정에서, 전극판(11) 및 전극탭(12)을 포함하는 전극조립체가 회전하는 롤러(20)에 의해 이송될 시, 회전하는 롤러(20)와 처짐 현상이 발생한 전극탭(12)이 충돌하는 문제가 발생한다. 이 경우, 상기 전극탭(12)은 직각 형태로 형성되어 있기 때문에, 상기 롤러(20)와 충돌함과 동시에 전극탭(12)이 접히게 되므로 전극탭 손상 문제 등을 야기시킬 수 있다.

즉, 이와 같은 종래의 직각 형태로 형성된 전극탭(12)은, 전극탭의 돌출길이(L)가 길어질수록 전극탭 처짐 현상이 발생할 수 있으며, 각종 롤루롤(roll-to-roll) 공정 과정에서 전극탭(12)의 직각 부분과 롤러(20)와의 충돌로 인한 전극탭 접힘 현상으로 전극탭 손상 문제 등이 발생하는 문제점이 존재한다.

따라서, 본 발명은 종래의 직사각형 형태로 형성된 전극탭(12)으로 인해 발생하는 문제점을 해결하기 위하여 직각이 아닌 경사 형태로 형성된 사다리꼴 형상으로 구현된 전극탭 구조를 제공한다.

도 4는 본 발명에 따른 전극탭 구조를 갖는 전극조립체를 평면상에서 간략하게 도시한 도면이다.

상기 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 전극조립체(100)는, 적어도 하나 이상의 양극판과 음극판으로 구성되는 전극판(110) 및 전극탭(120)을 포함하여 구성된다.

상기 전극판(110)은 일면 또는 양면에 전극 활물질이 도포되는 활물질 도포 영역을 포함하며, 상기 전극탭(120)은 전극 활물질이 도포되지 않은 활물질 미도포 영역을 포함하여 구성된다.

도 5를 참조하여 본 발명에 따른 전극탭의 구조를 상세히 설명하도록 한다.

상기 도 4를 참조하여, 설명의 이해를 위하여 전극탭(120)이 전극판(110)과 접하는 부분의 변을 A, 상기 전극탭(120)이 전극판(110)과 접하는 부분의 변(A)와 대향하는 변을 B, 상기 변 A의 양 끝점을 각각 a, b, 상기 변 B의 양 끝점을 c, d라고 지칭하도록 한다.

우선, 전극탭(120)이 전극판(110)과 접하는 변 ‘A’는 상기 변 ‘A’에 대향하는 변 ‘B’의 길이보다 길게 형성된다. 또한, 상기 변 ‘A’의 양 끝점 a, b와 변 ‘B’의 양 끝점 c, d를 각각 잇는 경사를 갖도록 형성됨으로써 즉, 전극판(110)의 일변에서 돌출될수록 좁아지는 사다리꼴 형태로 형성된다. 여기서, 상기 전극탭(120)은 판상형 도전체일 수 있다.

상기 경사는, 변 ‘A’의 양 끝점 a, b와 변 ‘B’의 양 끝점 c, d을 이어서 형성되는 선이므로, 상기 변 ‘A’와 변 ‘B’ 사이의 폭(W)과 변 ‘A’와 변 ‘B’의 차이 ‘A-B’에 의해 결정된다.

상기 전극판(110)과 접하는 변 ‘A’의 중심에 수직으로 설정되는 축을 전극판 중심축 ‘S’라고 하면, 상기 전극탭(120)은 상기 전극판 중심축 ‘S’에 의해 좌우 대칭으로 양분되도록 위치할 수 있다.

또한, 상기 전극판(110)의 양 끝점을 각각 e, f 라고 하면, 상기 양 끝점 e, f로부터 소정의 일정 구간(C, D) 안쪽에 형성될 수 있다. 도 4와 같이, 점 e로부터 안쪽으로 C 길이의 구간이 떨어진 지점이 점 a가 되는 것이고, 점 f로부터 안쪽으로 D 길이의 구간이 떨어진 지점이 점 b가 되는 것이다. 따라서, 점 a와 b를 잇는 선이, 상기 전극탭(120)이 전극판(110)과 접하는 변 ‘A’가 되는 것이다. 여기서, 상기 구간 ‘C’와 ‘D’는 직선 구간으로 형성되는 것이다.

도 6은 본 발명에 따른 전극탭 구조가 적용된 전극조립체의 롤투롤(roll-to-roll) 공정 시스템을 나타내는 도면이다.

상기 도 6을 참조하면, 일면 또는 양면에 전극 활물질이 도포된 활물질 도포 영역을 포함하는 전극 시트, 전극 활물질이 도포되지 않은 활물질 미도포 영역을 포함하는 전극탭(120) 및 롤러(200)를 포함하여 구성된다.

여기서, 상기 전극 시트는, 소정의 단위 간격으로 양극판, 음극판 및 양극판과 음극판 사이에 개재된 분리막을 적층한 단위 셀들을 분리필름 상에 위치시킨 상태를 의미한다. 상기 전극시트를 순차적으로 롤러(롤, roller)등에 원통형 구조에 감아 상기 롤투롤(roll-to-roll) 공정 시, 상기 전극시트의 하부에서 회전하는 롤러에 의해 이송되면서 긴 시트 형상으로 펼쳐지는 것이다.

롤러(roller)는, 원기둥 형상으로 형성되어 회전하는 구성이다. 즉, 상기 전극 시트의 하부에 위치하여 회전을 통하여 발생하는 회전력으로 전극 시트를 이송시키는 역할을 수행한다.

상기 전극탭(120)은, 전극 시트의 외주변 중 일변 방향으로 돌출될수록 좁아지는 사다리꼴 형태로 형성될 수 있다. 상기 전극탭(120)은, 상기 도 4를 참조하여 설명한 바와 같이, 상기 전극 시트와 접하는 변 ‘A’ 의 양 끝점 a, b와 상기 변 ‘A’에 대향하는 변 ‘B’의 양 끝점 c, d를 잇는 경사를 갖는다.

즉, 전극탭(120)의 변 ‘A’는 변 ‘B’보다 길게 형성되고, 각 변 ‘A’와 ‘B’의 양 끝점 a, b와 c, d가 각각 연결되어 경사가 형성됨으로써, 상기 전극탭(120)이 사다리꼴 형태로 형성되는 것이다. 따라서, 종래의 직사각형 형태로 형성되었던 전극탭(12)과 달리 사다리꼴 형태로 형성됨으로써 전극판 또는 전극시트와 접하는 변과 전극탭(120)의 양 변, 즉 점 a와 c를 잇는 선과 점 b와 d를 잇는 선이 이루는 각은 직각보다 큰 각도를 이루게 된다.

이와 같이 전극탭(120)이 사다리꼴 형태로 형성됨으로써, 전극탭(120)이 전극판(110)으로부터 돌출되는 전극탭 돌출길이(L)가 증가하더라도 기존의 직사각형 형태보다 반력 증가로 인해 전극 탭 처짐 현상을 감소시킬 수 있다.

또한, 도 6을 참조하면, 롤투롤(roll-to-roll) 공정 과정에서 전극탭(120)과 주행 롤러(200)가 충돌할 경우 전극탭(120)의 경사의 끝, 즉 점 a부터 c 또는 점 b부터 d로 순차적으로 경사를 지나감으로써 전극탭(120)의 접힘 현상을 방지할 수 있다.

따라서, 종래의 직각 형태의 전극탭(12)과 롤러의 충돌로 인해 발생하였던 전극탭접힘 현상을 해소함으로써 전극탭 접힘 현상으로 인한 전극탭 손상 등의 문제 발생을 감소시킬 수 있다.

100: 전극조립체
110: 전극판
120: 전극 탭
200: 주행 롤러

Claims (8)

1. 적어도 하나 이상의 양극판 및 음극판으로 구성되는 전극판을 포함하여 구성되는 전극 조립체에 있어서,
   양면에 전극 활물질이 도포되는 활물질 도포 영역을 포함하는 전극판;
   상기 전극판의 양쪽 끝점으로부터 중앙부 방향으로 각각 소정의 직선구간을 형성하도록 상기 전극판의 양쪽 끝점으로부터 소정이 일정 구간 안쪽에 형성되며, 상기 전극판의 양쪽 끝점으로부터 소정의 직선구간 떨어진 각 지점을 상호 잇는 제1 변의 양 끝점과 상기 제1 변에 대향하는 제2 변의 양 끝점을 잇는 변이 직각보다 작은 각도를 이루는 경사를 갖도록 상기 제1 변은 제2 변의 길이보다 길게 형성되고, 상기 직선구간과 상기 제1 변과 제2 변을 잇는 경사가 이루는 각은 직각보다 큰 각도를 이루도록 형성되어 상기 전극판의 일면 방향으로 돌출될수록 좁아지는 사다리꼴 형태로 상기 전극판의 일면 중앙부에 형성되는 전극 탭; 을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 전극 탭은,
   상기 전극판과 접하는 제1 변의 중심에 수직으로 설정되는 전극판 중심축에 의해 좌우 대칭으로 양분되도록 위치하며,
   상기 전극판과 접하는 제1 변과 그에 대향하는 제2 변이 소정의 폭(W)을 가지고 배치되도록 구성되는 판상형 도전체인 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
   
3. 삭제
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 전극 탭이 전극판과 접하는 제1 변의 양 끝점과 그에 대향하는 제2 변의 양 끝점을 잇는 선의 경사는,
   상기 전극 탭이 전극판과 접하는 제1 변과 그에 대향하는 제2 변 사이의 소정의 폭(W)과 상기 전극 탭이 전극판과 접하는 제1 변과 그에 대향하는 제2 변의 길이의 차이에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
   
5. 롤러에 의해 전극시트를 이송하며 공정을 수행하는 롤투롤(roll-to-roll) 공정 시스템에 있어서,
   일면 또는 양면에 전극 활물질이 도포된 활물질 도포 영역을 포함하는 전극 시트;
   전극 활물질이 도포되지 않은 전극 활물질 미도포 영역을 포함하며, 상기 전극 시트의 양쪽 끝점으로부터 중앙부 방향으로 각각 소정의 직선구간을 형성하도록 상기 전극 시트의 양쪽 끝점으로부터 소정의 일정 구간 안쪽에 형성되며, 상기 전극 시트의 양 끝점으로부터 소정의 직선구간 떨어진 각 지점을 상호 잇는 제1 변의 양 끝점과 상기 제1 변에 대향하는 제2 변의 양 끝점을 잇는 변이 직각보다 작은 각도를 이루는 경사를 갖도록 상기 제1 변은 제2 변의 길이보다 길게 형성되고, 상기 직선구간과 상기 제1 변과 제2 변을 잇는 경사가 이루는 각은 직각보다 큰 각도를 이루도록 형성되어 상기 전극 시트의 외주변 중 일변 방향으로 돌출될수록 좁아지는 사다리꼴 형태로 형성된 전극 탭;
   원기둥 형상으로 형성되어, 상기 전극 시트의 하부에 위치하며 회전을 통하여 발생하는 회전력으로 상기 전극탭의 직선구간부터 상기 제1 변의 일측 끝점, 상기 제1 변의 일측 끝점과 그에 대향하는 제2 변의 끝점을 잇는 경사, 상기 제2 변을 순차적으로 지나가며 상기 전극 시트를 일정 방향으로 이송하는 롤러(Roller);
   를 포함하여 구성되는 롤투롤(roll-to-roll) 공정 시스템.
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