KR100354250B1 - 밀폐전지의 전극 - Google Patents

Abstract

목적 : 롤상으로 권취되는 전극군의 부피 변화와 그에 따른 변형을 억제할 수 있는 밀폐전지의 전극을 제공한다.

구성 : 정극 및 부극을 포함하는 것으로, 양 전극의 사이에 세퍼레이터를 개재하여 롤상으로 권취되는 밀폐전지의 전극에 있어서, 베이스 플레이트(20)의 표면에 활물질(22)을 도포하여 형성하고, 그 활물질이 도포되지 않은 베이스 플레이트의 권취 시작부에 전기적인 연결수단으로 전극 탭(16)을 부착하며, 권취시 상기 전극 탭의 표면이 접촉되는 곳으로 활물질이 도포되지 않은 베이스 플레이트의 무지부(20a)를 형성한다.

효과 : 권취시 전극 탭이 위치하는 부분의 활물질을 제거하여 그 전극 탭으로 인한 두께 증가를 상쇄시킴으로써, 전극군의 변형 및 스웰링을 방지하고, 전지의 성능 및 수명 향상을 실현한다.

Description

밀폐전지의 전극{Electrode of sealed battery}

본 발명은 롤상으로 권취되는 전극군의 부피 변화와 그에 따른 변형을 억제하고, 전지의 수명 향상을 실현할 수 있도록 하는데 적합한 밀폐전지의 전극에 관한 것이다.

밀폐전지는 재충전이 가능한 것으로, 외관상 원통형과 각형으로 구분되고 양극 및 음극 물질에 따라 니켈-수소(Ni-MH) 전지, 리튬(Li) 전지, 리튬이온(Li-ion) 전지 등으로 구분된다.

도 6은 종래 공지된 밀폐전지의 일 예로서 각형 구조를 보여주고 있다.

도면에서와 같이 각형 밀폐전지는 정극과 부극의 사이에 세퍼레이터를 개재하여 함께 권취한 후 압착하여 전극군(2)을 형성하고, 그 전극군(2)의 외주에 판 스프링(4)을 개재하여 캔(6) 내부에 수납하며, 그 캔(6)의 상측 개구에 방폭수단을 갖는 캡 플레이트(8)를 용접 설치하고, 상기 캡 플레이트(8)에는 주입구(8a)를 형성하여 전해액을 주입한 후 밀봉하여 이루어진다.

상기 캡 플레이트(8)에는 대략 중심을 관통하는 인출 단자(10)가 설치되는바, 그 인출 단자(10)는 캡 플레이트(8)와의 절연을 위해 가스켓(도시생략)을 개재하고, 접속성을 위해 단자 플레이트(12)를 개재하여 물리적으로 체결되므로 캡 어셈블리(14)를 구성한다. 인출 단자(10)는 정극 혹은 부극에서 인출된 전극 탭(16)과 연결되어서 전기적인 통로 역할을 한다. 또 나머지 전극은 캔(6)과 직접 접촉되거나 전극 탭(도시생략)을 이용하여 연결되므로 외부로 연결되어진다.

이와 같이 구성된 밀폐전지에서 정극 및 부극과 같은 전극(電極)은 종류에 따라 다소 차이가 있지만 통상적으로 금속 기재에 활물질을 도포 및 충전하고 이를 건조, 롤 프레스 및 절단하여 형성한다. 이렇게 형성된 정극 및 부극은 사이에 세퍼레이터를 개재하여 절연된 상태로 맨드렐을 이용하여 롤상으로 권취되고, 도면과같은 형태로 압착된 후 판 스프링(4)을 개재하여 각형 캔(6)의 내부로 수납되어진다.

그러나 상기한 전극군(2)은 롤의 권취 구조상 복원력에 의해 반발하게 되고, 전지의 충·방전시 반복되는 팽창 및 수축에 의해 변형(deformation) 및 스웰링(swelling)하게 된다.

특히 종래의 전극군(8)은 도 7에 도시한 바와 같이, 전극과 인출 단자(10)를 연결하기 위한 전극 탭(16)을 그 중심 부위에 부착하게 되는바, 이것은 전극군(8)의 중심 부위의 두께를 주변 보다 더 크게 하여 그 변형 및 스웰링을 더욱 증가시키게 된다. 그 결과 종래에는 전극군(8)의 중심 부위에서 압력이 증가하여, 전극의 미충전 영역이 확대되고 부피 변화에 의해 활물질이 탈락되거나 열화되며 부반응을 촉발시켜 전지의 성능 및 수명을 저하시키게 된다.

앞서 설명한 종래 기술의 문제점을 해소하기 위한 것으로서, 본 발명은 전극군의 중심 부위에서 발생하는 전극 탭에 의한 두께 증가 요인을 제거하여 전극군의 변형 및 스웰링을 억제할 수 있도록 함에 그 목적을 두고 있다.

이를 위하여 본 발명에서는 베이스 플레이트의 표면에 활물질을 도포하여 정극 및 부극과 같은 전극을 형성함에 있어서, 상기 활물질이 도포되지 않은 베이스 플레이트의 권취 시작부에 전기적인 연결수단으로 전극 탭을 부착하고, 권취시 상기 전극 탭의 표면과 접촉되는 곳에 활물질이 도포되지 않은 베이스 플레이트의 무지부가 위치되게 하여, 활물질이 제거된 만큼 정극과 부극 및 세퍼레이터를 권취 형성한 전극군의 두께가 감소되도록 한 밀폐전지의 전극을 제안한다.

또 상기한 전극 탭이 접촉되는 베이스 플레이트의 무지부는 양면의 활물질을 모두 제거하여 전극 탭이 접촉되는 면 뿐아니라 그 배면에서도 활물질을 제거하므로 전극군의 두께를 더욱 감소시킬 수 있다.

도 1은 본 발명에 의한 밀폐전지의 전극을 도시한 사시도.

도 2는 본 발명의 전극을 도시한 단면도.

도 3은 본 발명에 의한 전극의 권취 상태를 보인 단면도.

도 4 및 도 5는 본 발명의 다른 예를 보인 단면도.

도 6은 종래 공지된 밀폐전지를 도시한 분해 사시도.

도 7은 종래 밀폐전지의 횡단면도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

16-전극 탭 20-베이스 플레이트

20a-무지부 22-활물질

이하, 본 발명을 실현하기 위한 바람직한 실시예를 첨부 도면에 의거하여 설명한다. 참고로 본 발명에서는 밀폐전지의 일 예로서 각형 케이스 구조를 가지며, 리튬 이온의 이동에 따라 충, 방전이 이루어지는 이차전지에 대하여 설명하기로 한다.

도 1 및 도 2는 본 발명에 관련된 밀폐전지의 전극을 보여주고 있다.

밀폐전지의 전극은 도면에서와 같이 금속 재료로 된 베이스 플레이트(20)에 전극 활물질(22)을 도포하고, 이것을 건조, 롤 프레스한 후 압축하여 전극판을 제고하고, 전지 규격에 맞추어 절단하므로 형성되어진다.

상기 전극은 베이스 플레이트(20)의 종류와 활물질에 따라 정극 및 부극으로 나누어지는바, 정극은 베이스 플레이트로 Al을 사용하고 활물질로 리튬-천이금속산화물을 사용하며, 부극은 베이스 플레이트로 Cu를 사용하고 활물질로 리튬금속, 탄소 혹은 탄소복합체를 사용하여 제조한다.

이렇게 제조된 전극 중에서 전극군의 최내곽에 배치되는 전극 예를 들어 정극은 베이스 플레이트(20)의 권취 시작부에 전기적인 연결수단으로서 전극 탭(16)을 부착하고, 도시하지 않은 부극과의 사이에 세퍼레이터를 개재하여 롤상으로 권취되어진다.

이때 롤상으로 권취된 전극군은 상기 전극 탭(16)으로 인해 특정 부위의 두께가 증가하게 되는바, 본 발명에서는 전극군의 두께 증가를 방지하기 위하여, 상기 전극 탭(16)이 위치되는 부위에서 활물질을 제거하여 전극 탭(16)으로 인한 두께 증가분을 상쇄시키고 있다.

보다 구체적으로 본 발명의 전극은 도 3과 같이 권취시 전극 탭(16)의 표면과 접촉되는 곳에 활물질이 도포되지 않은 베이스 플레이트의 무지부(20a)를 형성하여 이루어진다. 무지부(20a)는 전극 탭(16)이 접촉될 위치의 활물질(22)을 제거한 것이며, 도면과 같이 그 배면의 활물질도 함께 제거하므로 두께 감소 효과를 더욱 높일 수 있다. 이때 상기 무지부(20a)는 전극군의 압착시 도면과 같이 오목하게 밴딩되면서 전극 탭(16)을 수납하므로, 그 전극 탭(16)이 전극의 두께와 동일한 정도로 되게 한다.

도 4는 본 발명에 의한 전극의 다른 예를 보여주고 있다. 도면에서와 같이 밀폐전지의 전극은 권취 방향을 변경하여 활물질(22) 사이의 무지부(20a)에 전극 탭(16)이 위치되도록 할 수 있다. 또한 본 발명의 전극은 도 5와 같이 베이스 플레이트(20)에 도포 형성되는 활물질(22)을 한쪽면에만 짧게 형성하여 무지부(20a)을 형성할 수 있으며, 이때 상기 무지부(20a)에는 권취시 밴딩되는 전극 탭(16)의 표면이 접촉되어진다.

이상에서 설명한 구성을 갖는 본 발명의 전극은 정극 및 부극의 사이에 세퍼레이터를 개재하여 함께 권취하므로 전극군을 형성하고, 그 전극군을 캔 내부에 수납한 후 상기 캔의 개구에 캡 플레이트를 설치하며, 전해액을 주입한 후 밀봉하므로 밀폐전지로 제조되어진다.

이상에서 설명한 구성 및 작용을 통하여 알 수 있듯이, 본 발명은 전극군의 특정 부위의 두께를 증가시키는 전극 탭을 대신하여, 해당 부위의 활물질을 제거하여 상쇄시킴으로써, 전극군의 변형 및 스웰링을 방지하는 효과를 얻을 수 있다.

따라서 본 발명에 의하면 전극군의 변형 및 스웰링 현상에 의한 전극 활물질의 열화를 방지할 수 있고, 그 결과 전지의 성능 및 수명을 향상시키는 효과를 얻을 수 있다.

Claims (3)

1. 정극과 부극과, 그 사이에 세퍼레이터를 개재하여 롤상으로 권취되는 밀폐전지에 관한 것으로서,

   표면에 전극 활물질이 선택적으로 도포되며, 상기 전극 활물질이 도포되지 않는 영역인 전극 무지부가 형성된 베이스 플레이트;와,

   상기 전극 무지부에 접촉되어서, 상기 베이스 플레이트와 전기적으로 연결된 전극 탭;을 포함하며,

   상기 베이스 플레이트의 권취 시작부의 표면과, 권취시 상기 전극 탭의 표면과 접촉되는 곳에 전극 활물질이 제거된 것을 특징으로 하는 밀폐전지의 전극.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 전극은 정극으로 사용되는 것임을 특징으로 하는 밀폐전지의 전극.
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