KR100326292B1 - 리튬 이온 폴리머 전지 및, 그것의 집전체 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따르면, 일측에 탭이 형성되고 상기 탭을 제외한 전체 면적에 걸쳐서 다수의 개구가 형성된 리튬 이온 폴리머 전지용 집전체에 있어서, 상기 집전체는 그것의 가장자리를 제외한 중앙 부분에 해당하는 제 1 영역과, 상기 집전체의 가장자리에 해당하는 제 2 영역과, 상기 탭에 근접한 제 3 영역으로 구분되며, 상기 다수의 개구는 상기 제 1 영역의 개구율이 상기 제 2 및 제 3 영역의 개구율보다 크게 형성되는 것을 특징으로 하는 리튬 이온 폴리머 전지용 집전체가 제공된다.
Description
본 발명은 리튬 이온 폴리머 전지 및, 그것의 집전체에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 집전체상의 개구 형성 비율을 부위별로 상이하게 함으로써 전지의 성능을 개선시킨 리튬 이온 폴리머 전지 및, 그것의 집전체에 관한 것이다.
통상적으로 리튬 2 차 전지는 액체 전해질을 사용하는 리튬 금속 전지와, 리튬 이온 전지 및, 고분자 고체 전해질을 사용하는 리튬 폴리머 전지(Lithium Ion Polymer Battery)로 구별된다. 또한 상기 리튬 폴리머 전지는 고분자 고체 전해질의 종류에 따라 유기 전해액이 함유되어 있지 않은 완전 고체형 리튬 폴리머 전지와 유기 전해액을 함유하고 있는 겔형 고분자 전해질을 사용하는 리튬 이온 폴리머전지로 나눌 수 있다.
도 1은 통상적인 리튬 이온 폴리머 전지의 구조를 개략적으로 도시한 분해 사시도이다.
첨부된 도면을 참조하면, 리튬 이온 폴리머 전지는 양극판, 음극판 및, 그들 사이에 개재된 세퍼레이터(Seperator)가 적층되어 이루어진 극판 조립체(11)가 절연성 케이스(16)내에 수용된 것이다. 상기 양극판의 일측에는 양극 탭(12a)이 형성되고, 상기 음극판의 일 측에는 음극 탭(13a)이 형성된다. 양극 및 음극 탭(12a, 13a)은 일정한 간격을 두고 나란하게 배치된다. 상기 탭(12a, 13a)들은 리이드(14, 15)에 연결됨으로써 외부 회로와 접속될 수 있다.
상기 케이스(16)는 그와 일체로 형성된 커버(16a)에 의해 밀봉된다. 상기 절연성 케이스(16)와 커버(16a)는 통상적으로 알루미늄 박판으로 형성되어, 열융착 또는 초음파 용접에 의해 극판 조립체(11)가 수용된 공간을 밀봉할 수 있다. 또한극판 조립체의 탭들에 각각 연결된 양극 리이드(14)와 음극 리이드(15)는 케이스(16)의 외부로 노출된다.
도 2에 도시된 것은 도 1에 도시된 극판 조립체(11)의 일부를 개략적인 분해 사시도로 도시한 것이다.
도면을 참조하면, 극판 조립체(11)는 양극 탭(21a)이 일측에 형성된 양극판(21)과, 음극 탭(23a)이 일측에 형성된 음극판(23)과, 그 사이에 개재된 세퍼레이터(22)를 가지며, 실제에 있어서는 도 2에 도시된 구성이 다수로 적층됨으로써 도 1의 극판 조립체(11)를 형성하게 된다. 양극판(21)과 음극판(23)은 집전체상에 전극 활물질(24,25)을 각각 도포하거나 라미네이션시킴으로써 형성되며, 이때 탭(21a,23a)상에는 전극 활물질이 부착되지 아니한다. 또한 세퍼레이터(22)는 유기 전해액이 함침된 것이다.
위와 같은 구조의 폴리머 전지에 있어서, 양극판(21)과 음극판(23)의 집전체에는 전극 활물질과의 결착력을 향상시키기 위해서 다수의 개구가 형성된다. 집전체상의 개구는 예를 들면 집전체 박판 재료에 슬릿을 형성한 후에 집전체 박판 재료를 잡아 늘임으로써 형성하거나, 또는 에칭을 통해서 다수의 개구가 형성될 수 있다. 이때 "개구율"은 개구가 형성되는 집전체상의 면적에 대한 개구의 면적으로 정의된다. 통상적으로 개구율은 집전체의 특정 부위에 상관없이 균일하게 형성된다. 즉, 집전체상에 형성되는 개구는 전체 면적에 걸쳐서 동일한 개구율로 형성되며, 통상적으로 50 내지 98 % 정도로 형성된다.
상기와 같이 개구율이 집전체의 전체 면적에 대해서 균일하게 형성되면 다음과 같은 문제점이 발생된다. 전지의 충방전 반응이 발생할때 집전체의 부위별로 전류 밀도의 차이에 의한 발열 현상이 발생하게 된다. 이러한 발열 현상은 특히 전류 밀도가 높은 탭(21a,23a)에 인접한 부위나 또는 집전체의 가장자리 부분에서 상대적으로 높게 나타나는 경향이 있다. 이와 같은 발열 현상이 심해지면 전극 활물질이 열화되므로 전지의 수명이 단축되는 단점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 개선된 리튬 이온 폴리머 전지의 집전체를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 개선된 집전체를 가지는 리튬 이온 폴리머 전지를 제공하는 것이다.
도 1은 통상적인 리튬 이온 폴리머 전지의 개략적인 구조를 도시한 사시도,
도 2는 도 1의 극판 조립체의 일부에 대한 개략적인 분해 사시도.
도 3은 본 발명에 따른 리튬 이온 폴리머 전지용 집전체에 대한 개략적인 사시도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
11. 전지 셀 12a. 양극 탭
13. 음극판 13a. 음극 탭
14, 15. 리이드 16. 케이스
16a. 커버 21. 양극판
22. 세퍼레이터 23. 음극판
30. 집전체 31. 제 1 영역
32. 제 2 영역 33. 제 3 영역
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따르면, 일측에 탭이 형성되고 상기 탭을 제외한 전체 면적에 걸쳐서 다수의 개구가 형성된 리튬 이온 폴리머 전지용 집전체에 있어서, 상기 집전체는 그것의 가장자리를 제외한 중앙 부분에 해당하는 제 1 영역과, 상기 집전체의 가장자리에 해당하는 제 2 영역과, 상기 탭에 근접한 제 3 영역으로 구분되며, 상기 다수의 개구는 상기 제 1 영역의 개구율이 상기 제 2 및 제 3 영역의 개구율보다 크게 형성되는 것을 특징으로 하는 리튬 이온 폴리머 전지용 집전체가 제공된다.
또한 본 발명에 따르면, 일측에 탭을 가지고 다수의 개구를 가진 집전체상에 활물질이 결착됨으로써 형성된 양극판 및, 음극판과, 상기 양극판과 음극판 사이에개재된 세퍼레이터로 이루어진 전극 조립체와; 상기 전극 조립체를 내부에 수용하는 공간을 형성하며 상기 수용 공간을 밀폐하는 일체형 커버를 가지는 케이스와; 상기 양극탭 및, 음극탭에 각각 연결된 리이드;를 구비하는 리튬 이온 폴리머 전지에 있어서, 상기 집전체는 그것의 가장자리를 제외한 중앙 부분에 해당하는 제 1 영역과, 상기 집전체의 가장자리에 해당하는 제 2 영역과, 상기 탭에 근접한 제 3 영역으로 구분되며, 상기 다수의 개구는 상기 제 1 영역의 개구율이 상기 제 2 및 제 3 영역의 개구율보다 크게 형성되는 것을 특징으로 하는 리튬 이온 폴리머 전지가 제공된다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 제 1 영역의 개구율은 50 내지 98 % 로 형성되고, 상기 제 2 영역 및, 제 3 영역의 개구율은 5 내지 80 % 로 형성된다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 제 1 영역의 개구율은 50 내지 98 % 로 형성되고, 상기 제 2 영역 및, 제 3 영역의 개구율은 20 내지 50 % 로 형성된다.
이하 본 발명을 첨부된 도면에 도시된 일 실시예를 참조하여 보다 상세히 설명하기로 한다.
본 발명에 따른 리튬 이온 폴리머 전지는 전체적으로 도 1에 도시된 구성과 유사한 구성을 구비한다. 즉, 케이스(16)의 내부에 극판 조립체(11)가 수용되며, 상기 극판 조립체는 음극판, 양극판 및, 상기 극판들을 상호 절연하는 세퍼레이터를 적층시킴으로써 이루어진다. 각각의 극판의 일측에 탭(12a,13a)이 형성되며, 상기 탭에 연결된 리이드(14,15)가 커버(16a)로 밀폐되는 케이스(16)의 외부로 연장되어 극판 조립체(11)를 외부 회로에 연결된다.
상기 극판 조립체(11)에 구비된 양극판과 음극판은 집전체에 활물질을 코팅하거나 또는 라미네이팅함으로써 형성된다. 집전체는 알루미늄 재료나 구리 재료로 형성된 박판으로써 형성되며, 상기 집전체상에는 다수의 개구가 형성된다.
도 3 에는 본 발명에 따른 리튬 이온 폴리머 전지에 구비되는 집전체의 개략적인 사시도가 도시되어 있다.
도면을 참조하면, 집전체(30)는 일측에 탭(30a)이 형성된다. 본 발명의 특징에 따르면, 집전체(30)의 전체 면적은 집전체의 가장 자리를 제외한 중앙 부분에 해당하는 제 1 영역(31)과, 집전체의 가장 자리에 해당하는 제 2 영역(32)과, 상기 탭(30a)에 근접한 부분에 해당하는 제 3 영역(31)으로 구분되며, 상기 영역별로 개구율이 상이하게 형성된다. 예를 들면, 제 1 영역(31)의 개구율은 제 2 영역(32) 및, 제 3 영역(33)의 개구율보다 크게 형성된다. 이와 같이 영역별로 개구율이 상이하게 형성되는 것은 위에서 설명한 바와 같이 전류 밀도의 집중 현상이 영역별로 상이하게 발생하기 때문이다.
집전체(30)의 전체 면적의 중앙 부분에 해당하는 제 1 영역(31)은 전지의 충방전시에 상대적으로 전류 밀도의 집중 현상이 작게 발생하는 부위이므로, 개구율을 높게 형성하여 전극 활물질이 상대적으로 많이 결착된다 할지라도 발열량이 심해지지 않는다. 따라서 제 1 영역(31)의 개구율은 약 50 내지 98 % 로 형성할 수 있다. 여기에서 제 1 영역(31)의 개구율은 제 1 영역의 면적에 대한 제 1 영역상에 형성된 개구의 면적의 비율로써 정의된다.
한편, 집전체(30)의 가장 자리에 해당하는 제 2 영역(32)과, 탭(30a)에 근접한 제 3 영역(33)은 전지의 충방전시에 상대적으로 전류 밀도의 집중 현상이 크게 발생하며, 따라서 개구율을 작게 형성하여 전극 활물질의 결착 정도를 의도적으로 감소시킴으로써 발열량을 감소시킬 필요가 있다. 제 2 영역(32)과 제 3 영역(32)의 개구율은 5 내지 80 % 로 형성되는 것이 바람직스러우며, 20 내지 50% 로 형성되는 것이 더욱 바람직스럽다. 여기에서 제 2 영역(32)의 개구율과 제 3 영역(33)의 개구율은 제 2 및, 제 3 영역의 각 면적에 대한 제 2 영역 및, 제 3 영역에 형성된 개구의 면적의 비율로써 정의된다.
위에 설명된 바와 같이 부위별로 상이한 개구율로 형성된 집전체를 사용할 경우, 전지의 충방전시 발생되는 온도는 현저하게 떨어지는 것을 알 수 있다. 예를 들면, 집전체의 전체 면적이 균일한 개구율로 형성된 경우에 집전체의 중앙 부위에서는 상온 내지 50 ℃ 의 온도 범위에서 발열되고 집전체의 가장자리 및 탭에 근접한 부위에서는 50 내지 80℃ 의 온도 범위에서 발열되었다. 그러나 본 발명에 따른 집전체를 사용하게 되면 전지의 충방전시에 발생되는 온도는 전체적으로 상온 내지 50 ℃ 의 온도 범위로 발열되므로, 전극 활물질의 열화 현상이 방지될 수 있다는 것을 이해할 수 있다.
도 3 에 도시된 것과 본 발명의 집전체(30)는 통상적인 다양한 방식에 의해서 제작될 수 있다. 예를 들면, 알루미늄 재료나 구리 재료의 표면에 마스크를 씌운 상태에서 에칭액을 분사시키는 에칭에 의해 제작될 수 있는데, 이때 각 영역별로 에칭액에 대한 상이한 노출 면적을 가지는 마스크를 사용하면 상이한 개구율로 집전체가 형성될 수 있다. 다른 예에서는 집전체의 박판 재료에 슬릿을 형성하고박판 재료를 잡아당김으로써 개구를 형성하되, 슬릿의 크기를 영역별로 상이하게 형성함으로써 상이한 개구율을 가진 집전체가 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 리튬 이온 폴리머 전지에 구비된 집전체는 영역별로 상이한 개구율로 개구가 형성됨으로써 전극 활물질의 결착 정도가 상이해질 수 있으며, 그에 따라서 전지의 충방전시에 발생되는 발열량이 줄어들 수 있다. 따라서 전극 활물질의 열화 현상이 감소될 수 있으며, 전지의 수명이 연장된다는 장점을 가진다.
본 발명은 첨부된 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 특허 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
Claims (4)
- 일측에 탭이 형성되고 상기 탭을 제외한 전체 면적에 걸쳐서 다수의 개구가 형성된 리튬 이온 폴리머 전지용 집전체에 있어서,상기 집전체는 그것의 가장자리를 제외한 중앙 부분에 해당하는 제 1 영역과, 상기 집전체의 가장자리에 해당하는 제 2 영역과, 상기 탭에 근접한 제 3 영역으로 구분되며, 상기 다수의 개구는 상기 제 1 영역의 개구율이 상기 제 2 및 제 3 영역의 개구율보다 크게 형성되는 것을 특징으로 하는 리튬 이온 폴리머 전지용 집전체.
- 일측에 탭을 가지고 다수의 개구를 가진 집전체상에 활물질이 결착됨으로써 형성된 양극판 및, 음극판과, 상기 양극판과 음극판 사이에 개재된 세퍼레이터로 이루어진 전극 조립체와; 상기 전극 조립체를 내부에 수용하는 공간을 형성하며 상기 수용 공간을 밀폐하는 일체형 커버를 가지는 케이스와; 상기 양극탭 및, 음극탭에 각각 연결된 리이드;를 구비하는 리튬 이온 폴리머 전지에 있어서,상기 집전체는 그것의 가장자리를 제외한 중앙 부분에 해당하는 제 1 영역과, 상기 집전체의 가장자리에 해당하는 제 2 영역과, 상기 탭에 근접한 제 3 영역으로 구분되며, 상기 다수의 개구는 상기 제 1 영역의 개구율이 상기 제 2 및 제 3 영역의 개구율보다 크게 형성되는 것을 특징으로 하는 리튬 이온 폴리머 전지.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 제 1 영역의 개구율은 50 내지 98 % 로 형성되고, 상기 제 2 영역 및, 제 3 영역의 개구율은 5 내지 80 % 로 형성되는 것을 특징으로 하는 리튬 이온 폴리머 전지용 집전체.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 제 1 영역의 개구율은 50 내지 98 % 로 형성되고, 상기 제 2 영역 및, 제 3 영역의 개구율은 20 내지 50 % 로 형성되는 것을 특징으로 하는 리튬 이온 폴리머 전지용 집전체.
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