KR100313119B1 - 이차전지의 전극군 - Google Patents

Abstract

목적 : 롤 상의 권취 구조로 인해 발생하는 부피 팽창 및 변형을 방지할 수 있는 이차전지의 전극군을 제공함에 목적이 있다

구성 : 정극과 부극 및 세퍼레이터를 겹쳐 캔 내부에 수납되는 전극군을 형성함에 있어, 정극(22)과 부극(24) 및 세퍼레이터(26)를 겹친 상태에서 지그재그로 접어 적층 구조의 전극군(20)을 형성한다. 적층 구조를 위하여 상기한 정극 및 부극과 같은 전극은 접혀지는 모서리 부분에 활물질이 도포되지 않은 무지부(30)를 형성한다.

효과 : 상기한 전극군은 반발력이 감소되므로 스웰링 및 변형이 방지되는 것이며, 활물질의 탈락 및 열화가 방지되어서 전지의 성능과 수명을 향상시킬 수 있다.

Description

이차전지의 전극군{Electrode assembly used in secondary battery}

본 발명은 롤 상의 권취구조에 의해 발생하는 전극군의 부피 팽창 및 변형을 방지하고, 안정성을 구현할 수 있도록 한 이차전지의 전극군에 관한 것이다.

이차전지는 반복적인 충전 및 방전이 가능한 것으로, 근래에는 소형 및 대용량화를 실현한 리튬(Li)전지, 리튬이온(Li-ion)전지 및 리튬이온폴리머(Li-ion Polymer)전지가 주로 개발되고 있다.

이러한 이차전지는 외관상 원통형과 각형 전지로 구분되고 있으며, 그 중에서 각형 전지의 구조가 도 5에 잘 나타나 있다.

도면에서와 같이 정극과 세퍼레이터 및 부극이 함께 롤 상으로 권취 및 압착된 전극군(2)은 스프링(4)을 개재하여 캔(6) 내부로 수납되고, 그 캔(6)의 상부에는 안전장치를 포함하는 캡 어셈블리(8)가 설치되어서, 캡 어셈블리(8) 상에 형성된 주입구(10)를 통해 액체 전해질을 주입한 후 플러그를 막아 밀봉되어진다.

여기서 정극 및 부극과 같은 전극은 종류에 따라 다소 차이가 있지만, 통상적으로 기재에 활물질을 도포 및 충전하여 제조한다. 이렇게 제조된 정극 및 부극은 사이에 2장의 세퍼레이터를 개재하고 맨드렐을 이용하여 원형에 가까운 형태로 권취된 후, 도면의 형태로 압착되어서 각형 캔(6)의 내부로 수납되어진다.

그러나 상기한 전극군(2)은 롤의 권취 구조상 복원력에 의해 반발하게 되고, 전지의 충·방전시 팽창 및 수축을 반복하여 스웰링(swelling)하게 되며, 그 변형에 의해 활물질이 탈락하거나 열화되고, 또한 부반응을 촉발시켜 전지의 성능을 저하시키게 된다.

이러한 점을 고려하여 종래에는 전극군(2)과 캔(6)의 사이에 스프링(4)을 삽입하고 있으나, 전극군(2)의 팽창, 수축시 캔(4)도 함께 변형하게 되므로 그 효과가 미미한 정도에 머물고 있다.

또 종래에는 충·방전시 팽창과 수축을 반복하는 전극군(2)의 변형에 대하여 그 압력에 견딜 수 있는 충분한 두께로 캔(6)을 제작하고 있으나, 이것은 전지의 무게를 증가시키는 문제점이 있다.

한편 종래 리튬이온폴리머전지에서는 정극 및 부극과 같은 전극을 겹쳐 판상 구조로 형성하고 있기는 하지만, 이것은 개개의 전극을 세퍼레이터로 인벨럽핑(enveloping)하게 되므로 작업이 많고 번거로운 문제점이 있다.

앞서 설명한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명은 롤 상의 권취 구조로 인해 발생하는 부피 팽창 및 변형을 방지하여, 전지 성능 및 수명을 향상시킬 수 있도록 한 이차전지의 전극군을 제공함에 그 목적을 두고 있다.

상기 목적을 실현하기 위하여 본 발명에서는 정극과 부극 및 세퍼레이터를 겹쳐 캔 내부에 수납되는 전극군을 형성함에 있어, 정극과 부극 및 세퍼레이터를 겹친 상태에서 지그재그로 접어 적층 구조의 전극군을 형성하고 있다.

적층 구조를 위하여 상기한 정극 및 부극과 같은 전극은 접혀지는 모서리 부분에 활물질을 도포하지 않는다.

이에 따라 본 발명의 전극군은 반발력이 감소하므로, 스웰링 및 변형이 방지되는 것이며, 활물질의 탈락 및 열화가 방지되어서 전지의 성능 및 수명을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명에 의한 이차전지를 보인 분리 사시도.

도 2는 본 발명에 의한 이차전지의 횡단면도.

도 3은 본 발명을 구성하는 전극을 도시한 전개 사시도.

도 4는 본 발명을 구성하는 전극의 다른 예를 보인 전개 사시도.

도 5는 종래 공지된 각형 이차전지를 보인 분리 사시도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

6-캔8-캡 어셈블리

20-전극군22-정극

24-부극26-세퍼레이터

28-활물질30-무지부

32-오목부

이하, 본 발명을 실현하기 위한 실시 예를 첨부 도면에 의거하여 보다 상세하게 설명한다. 참고로 본 발명을 설명함에 있어 종래 기술에서 인용한 부분과 동일한 구성에 대하여는 설명의 명료성을 위해 동일 부호를 사용하기로 한다.

도 1은 본 발명에 의한 이차전지의 전체 구성을 도시한 것이고, 도 2는 본 발명의 이차전지를 횡 방향으로 절취 도시한 구성을 나타내고 있다.

도면에서와 같이 본 발명의 이차전지는 캔(6) 내부에 정극과 부극 및 세퍼레이터가 적층된 전극군(20)을 삽입하고, 상기 캔(6)의 상측 개구에 캡 어셈블리(8)를 설치하고, 주입구(10)를 통해 액체 전해질을 주입한 후 밀봉하는 구조로 이루어진다.

여기서 본 발명의 전극군(20)은 종래 롤 상의 권취 구조로 인하여 발생하였던 문제점을 해소하기 위한 특징적인 구성으로, 병풍과 같이 지그재그로 접어서 겹쳐지게 적층하여 반발력을 최소화하고 변형을 억제한다.

보다 구체적으로 본 발명에서는 편평한 판상의 정극(22)과 부극(24) 및 세퍼레이터(26)를 겹친 상태에서, 그 구성품들을 동시에 지그재그로 접어 적층 구조를 갖는 전극군(20)을 형성하고 있다.

정극(22) 및 부극(24)과 같은 전극은 적층 구조를 용이하게 실현하기 위하여, 도 3과 같이 접혀지는 모서리에 해당하는 영역에 활물질(28)이 도포되지 않은무지부(30)를 형성한다.

무지부(30)는 균등한 간격으로 반복 형성되는 것이며, 그 폭은 3±0.5㎜로 형성할 수 있지만, 그 값은 전지의 규격에 따라 변할 수 있으므로 한정할 필요는 없다.

또 정극(22) 및 부극(24)과 같은 전극은 도 4와 같이, 접혀지게 될 모서리 부분에 오목부(32)를 형성할 수도 있다.

여기서 정극 및 부극과 같은 전극은 리튬이온전지 및 리튬이온폴리머전지의 경우에, 정극 활물질로,및중에서 적어도 1종이 함유된 리튬-천이금속산화물을 사용하고, 부극 활물질로 탄소 및 탄소복합체를 사용한다.

이렇게 형성된 정극(22) 및 부극(24)은 각각 탭(22a)(24a)을 부착하고, 사이에 세퍼레이터(26)를 개재하여 절연하게 되는 바, 상기 세퍼레이터(26)는 2장을 삽입할 수도 있지만, 1장을 반으로 접어 정극(22) 혹은 부극(24) 중에서 어느 하나를 인벨럽핑 형태로 둘러싸도록 함으로써, 접을 경우에 정극(22) 혹은 부극(24)에서 탈락된 활물질로 인한 쇼트를 방지할 수도 있다.

이와 같이 형성된 본 발명의 전극군(20)은 캔(6)의 내부에 수납되고, 그 캔(6)의 개구에 캡 어셈블리(8)를 설치한 다음 액체 전해질을 주입한 후 밀봉함으로써 이차전지로 제작되어진다.

이상에서 설명한 구성 및 작용을 통하여 알 수 있듯이, 본 발명의 이차전지의 전극군은 롤 상의 권취 구조를 취하지 않고 지그재그로 접어 형성함으로써, 반발력에 의한 변형이나 충·방전시의 스웰링을 억제 및 최소화할 수 있다.

또 본 발명에 의하면 전극군의 스웰링과 변형을 억제하므로 활물질의 탈락 및 열화를 방지할 수 있으며, 그 결과로 전지의 성능 및 수명을 향상시킬 수 있다.

본 발명에 의하면 전지의 고용량 설계시 전극군을 안정적으로 형성하는데 효과적이다.

아울러 본 발명에 의한 전극군은 리튬전지, 리튬이온전지, 리튬이온폴리머전지뿐 아니라, 각형 구조에 모두 적용할 수 있다.

Claims (2)

1. 정극과 부극의 사이마다 세퍼레이터를 겹친 상태에서, 동시에 지그재그로 접어 적층되며, 정극과 부극이 접혀지는 부분에 활물질이 도포되지 않은 무지부가 위치된 것을 특징으로 하는 이차전지의 전극군.
2. 제 1항에 있어서, 정극 혹은 부극을 세퍼레이터로 인벨럽핑한 것을 특징으로 하는 이차전지의 전극군.