KR100334076B1 - 리튬 이온 2차 전지 - Google Patents

Abstract

리튬 이온 2 차 전지를 개시한다. 본 발명에 따르면, 양극 활물질 및, 음극 활물질을 집전체상에 충전시켜서 형성한 양극판과 음극판 및, 그 사이에 개재된 세퍼레이터를 구비하는 극판 조립체와; 상기 극판 조립체를 수용하여 밀봉시키도록 커버를 구비한 케이스와; 상기 양극판과 음극판에 형성된 양극탭 및, 음극탭에 각각 연결되어 상기 케이스의 외부로 연장되는 양극 리이드 및, 음극 리이드;를 구비하는 리튬 이온 2 차 전지에 있어서, 상기 양극 리이드 및, 상기 음극 리이드는 다수의 개구부가 형성된 그리드 구조를 가지는 익스팬디드 금속 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 리튬 이온 2 차 전지가 제공된다.

Description

리튬 이온 2 차 전지{Lithium ion secondry battery }

본 발명은 리튬 이온 2 차 전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 리이드가 익스팬디드 금속(expanded metal) 재료로 형성된 리튬 이온 2 차 전지에 관한 것이다.

전자 기기, 예컨대 휴대폰, 캠코더, 노트북 컴퓨터 등의 소형화, 경량화 및 무선화가 급속하게 진행됨에 따라 그 구동전원으로서 에너지밀도가 높은 리튬 2차 전지가 활발히 개발되고 있다. 상기 리튬 2차 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 2 차 전지의 구조를 개략적으로 도시한 분해 사시도이다.

첨부된 도면을 참조하면, 리튬 이온 2 차 전지는 그리드(Grid)에 전극 활물질을 충전시킨 양극판 및, 음극판과, 상기 양극판과 음극판 사이에 개재된 것으로 유기 전해액이 함침되어 있는 세퍼레이터(Seperator)가 적층된 구조로 되어 있는 극판 조립체(11)를 구비한다. 또한 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.

상술한 극판 조립체(11), 양극 탭(12a), 음극 탭(13a) 및, 양극 리이드(14)와 음극 리이드(15)는 절연성 케이스(16) 및 그와 일체로 형성된 커버(16a)에 의해 밀봉된다. 상기 절연성 케이스(16)와 커버(16a)는 통상적으로 알루미늄 박막의 상,하면위에 열접착성의 폴리머 물질이 적층된 형태를 가지며, 열접착성 폴리머 물질이 상호 접착됨으로써 극판 조립체(11)가 수용된 공간을 밀봉할 수 있다. 절연성 케이스(16)의 밀봉시에는 커버(16a)가 플랜지(16b)에 대하여 접합됨으로써 형성되는 공간에 상기 극판 조립체(11)가 수용된다. 또한 전지 셀(11)과 외부와의 전기적인 연결을 위하여 양극 리이드(14)와 음극 리이드(15)의 일부가 외부로 노출된 상태에서 절연성 케이스(16)에 의해 밀봉된다.

위와 같은 리튬 이온 2 차 전지에 있어서, 상기 양극 리이드(14)와 음극 리이드(15)는 통상적으로 도전성이 높은 금속재 포일(foil)을 사용하여 형성한다. 이러한 포일 재료의 리이드(14)는 상기 케이스와의 용접이 용이하는등 취급이 용이하므로 널리 사용되는 것이다. 그러나 금속재 포일을 사용할 경우, 소정의 두께를 가지므로 케이스(16)의 커버(16a) 를 지나 연장될때 충분하고 치밀한 시일링이 되지 않는다는 단점을 가진다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 신규한 형태의 양극 및 음극 리이드를 가지는 리튬 이온 2 차 전지를 제공하는 것이다.

도 1은 통상적인 리튬 이온 2 차 전지의 개략적인 구조를 도시한 사시도.

도 2는 본 발명에 따른 리튬 이온 2 차 전지의 개략적인 분해 사시도.

도 3 은 익스펜디드 메탈 재료를 형성하는 과정을 설명하는 설명도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

11. 전지 셀 12a. 양극 탭

13. 음극판 13a. 음극 탭

14, 15. 리이드 16. 케이스

16a. 커버 21. 개구부

22. 그리드 구조 24.25. 리이드

31. 소재 32. 슬릿

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따르면, 양극 활물질 및, 음극 활물질을 집전체상에 충전시켜서 형성한 양극판과 음극판 및, 그 사이에 개재된 세퍼레이터를 구비하는 극판 조립체와; 상기 극판 조립체를 수용하여 밀봉시키도록 커버를 구비한 케이스와; 상기 양극판과 음극판에 형성된 양극탭 및, 음극탭에 각각 연결되어 상기 케이스의 외부로 연장되는 양극 리이드 및, 음극 리이드;를 구비하는 리튬 이온 2 차 전지에 있어서, 상기 양극 리이드 및, 상기 음극 리이드는 다수의 개구부가 형성된 그리드 구조를 가지는 익스팬디드 금속 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 리튬 이온 2 차 전지가 제공된다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 익스팬디드 메탈 재료는 박판의 소재상에 제 1 방향으로 다수의 슬릿을 형성하고, 상기 제 1 방향에 직각인 제 2 방향으로 상기 박판의 소재를 신장시킴으로써 형성된다.

이하, 본 발명을 첨부된 도면에 도시된 일 실시예를 참조하여 보다 상세히 설명하기로 한다.

도 2에는 본 발명에 따른 리튬 이온 2 차 전지의 전체적인 구조가 개략적인 분해 사시도로 도시되어 있다.

도면을 참조하면, 본 발명에 따른 리튬 이온 2 차 전지의 전체적인 구조는 도 1에 도시된 통상적인 전지의 구조와 유사하며, 동일한 구성 요소에 대해서는 동일한 참조 번호로 표시하였다. 즉, 그리드(Grid)에 전극 활물질을 충전시킨 양극판 및, 음극판과, 그 사이에 개재된 세퍼레이터(Seperator)가 적층된 극판 조립체(11)는 커버(16a)에 의해 밀폐될 수 있는 케이스(16)내에 수용된다. 상기 양극판의 일측에는 양극 탭(12a)이 형성되고, 상기 음극판의 일 측에는 음극 탭(13a)이 형성되며, 상기 탭(12a, 13a)들은 양극 리이드(24) 및, 음극 리이드(25)에 각각 연결됨으로써 외부 회로와 접속될 수 있다.

본 발명의 일 특징에 따르면, 상기 양극 리이드와 음극 리이드(24,25)는 다수의 개구부(21)를 가지는 그리드 구조(22)로 형성된다. 도 2 에서 원(A)내에 확대 도시된 것은 리이드(24,25)를 확대 도시한 것이다. 확대된 도면에서 알 수 있는 바와 같이, 리이드(24,25)의 표면에 다수의 개구부(21)가 형성됨으로써 상기 리이드(25,25)는 전체적으로 그물과 같은 형상의 그리드 구조를 가지게 되는 것이다.

도 3a 및, 도 3b 에 도시된 것은 상기와 같은 그리드 구조가 형성되는 과정을 개략적으로 도시한 설명도이다.

도 3a 를 참조하면, 리이드를 제작하기 위한 소재(31)는 두께가 얇은 박판 금속 재료이며, 전체적으로 폭이 W 로 표시되어 있다. 그리드 구조를 만들기 위해서는 우선 상기 금속 재료상에 소정 간격을 두고 제 1 방향으로 다수의 슬릿(31)을 형성하는데, 도 3a 에서는 소재의 폭의 방향에 직각인 길이 방향으로 슬릿(31)이 형성되어 있다. 이러한 슬릿(32)은 예를 들면 다이상에 소재(31)를 배치하고 나이프와 같은 공구로 상기 소재(31)를 천공하는 것이다.

다음에, 도 3a 상기 슬릿(31)이 형성된 제 1 방향과 직각인 방향, 즉, 도 3a 에서 F 로 표시된 힘의 방향으로 소재(31)를 잡아늘린다. 그러면 소재(31)는 도 3b 에 도시된 바와 같이 그 폭이 W' 로 증가함과 동시에, 상기 도 3a 에서 도면 번호 32 로 표시되었던 슬릿(32)이 개구부(21)의 형상으로 확장되는 것이다. 이러한 과정을 통해 형성된 금속 재료를 소위 익스팬디드 메탈 재료라 칭한다.

도 3a 및, 도 3b 에 도시된 것과 같은 과정을 거친 재료는 통상적으로 전지의 전극 집전체를 사용하기 위하여 사용된다. 그러나 본 발명에서는 집전체로서가 아니라 리이드로서 사용하는 것이다.

다시 도 2 를 참조하면, 그리드 구조의 리이드(24,25)는 케이스(16)의 커버(16a)와 플렌지(16b)를 통해서 외부로 연장되고 그 사이에서 용접되는 것을 알 수 있다. 이때, 상기 개구부(21)를 통해서 상기 커버(16a)와 플렌지(16b)가 상호 용접되거나 또는 적어도 서로에 대하여 더욱 근접하게 밀착되기 때문에 케이스(16)로부터의 개스 누출이 방지될 수 있다. 또한 과전류가 흐를 경우 그리드 구조를 가진 익스팬디드 메탈 재료의 리이드(24,25)는 단락될 수 있으므로, 다른 과전류 방지 장치나 보호 회로 없이, 또는 그들과 함께 채용되어 전지에 대한 과전류를 차단할 수 있다.

본 발명에 따른 리튬 이온 2 차 전지는 익스팬디드 메탈 재료의 리이드를 사용함으로써 케이스의 시일이 보장되고, 또한 전지에 흐르는 과전류를 차단할 수 있다. 따라서 외부 충격이나 과전류에 의해서 전지가 팽창하거나 또는 폭발할 위험성을 사전에 방지할 수 있다는 장점이 있다.

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 (2)

1. 양극 활물질 및, 음극 활물질을 집전체상에 충전시켜서 형성한 양극판과 음극판 및, 그 사이에 개재된 세퍼레이터를 구비하는 극판 조립체와; 상기 극판 조립체를 수용하여 밀봉시키도록 커버를 구비한 케이스와; 상기 양극판과 음극판에 형성된 양극탭 및, 음극탭에 각각 연결되어 상기 케이스의 외부로 연장되는 양극 리이드 및, 음극 리이드;를 구비하는 리튬 이온 2 차 전지에 있어서,

   상기 양극 리이드 및, 상기 음극 리이드는 다수의 개구부가 형성된 그리드 구조를 가지는 익스팬디드 금속 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 리튬 이온 2 차 전지.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 익스팬디드 메탈 재료는 박판의 소재상에 제 1 방향으로 다수의 슬릿을 형성하고, 상기 제 1 방향에 직각인 제 2 방향으로 상기 박판의 소재를 신장시킴으로써 형성된 것을 특징으로 하는 리튬 이온 2 차 전지.