KR100362279B1 - 리튬 이온 폴리머 전지 및, 그것의 집전체 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따르면, 박판상에 형성된 평행한 다수의 제 1 스트립과; 상기 제 1 스트립에 소정의 각도로 평행하게 연장된 다수의 제 2 스트립과; 상기 제 1 스트립과 제 2 스트립이 형성하는 부위내에 형성된 다수의 구멍;을 가지는 리튬 이온 폴리머 전지용 집전체 및, 상기 집전체를 구비한 리튬 이온 폴리머 전지가 제공된다.

Description

리튬 이온 폴리머 전지 및, 그것의 집전체{Lithium ion polymer cell and collector therefor}

본 발명은 리튬 이온 폴리머 전지 및, 그것의 집전체에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 집전체의 형상이 개선됨으로써 소재의 안정성이 보장되고 활물질의 균일한 코팅이 보장되는 리튬 이온 폴리머 전지에 관한 것이다.

통상적으로 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 폴리머 전지의 구조를 개략적으로 도시한 분해 사시도이다.

첨부된 도면을 참조하면, 리튬 이온 폴리머 전지는 집전체에 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)에연결됨으로써 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 열접착성 물질이 적층된 형태를 가지며, 열접착성 물질이 상호 접착됨으로써 극판 조립체(11)가 수용된 공간을 밀봉할 수 있다. 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.

도 2a 및, 도 2b 에 도시된 것은 도 1에 도시된 리튬 이온 폴리머 전지에 구비되는 집전체의 제조 과정을 설명하는 설명도이다. 공지된 바와 같이 집전체에 활물질을 코팅함으로써 양극판 또는 음극판이 형성되고, 상기 양극판과 음극판을 세퍼레이터로 절연시켜서 적층함으로써 도 1 에 도시된 극판 조립체가 이루어진다.

도 2a 를 참조하면, 알루미늄이나 구리 재료로 박판(21)을 형성하고, 상기 박판(21)에 다수의 슬릿(21)을 형성한 것이 도시되어 있다. 슬릿(21)은 예를 들면 펀치(미도시)를 사용하여 박판(21)에 소정 길이로 다수개 형성될 수 있다. 다음에 화살표 F 로 표시된 방향으로 박판(21)을 신장시키면, 도 2b에 도시된 바와 같이 폭이 w' 로 신장된 박판(21)이 만들어진다. 도 2a 의 박판(21)에서 형성된 슬릿(22)은 박판(21)이 신장되면서 도 2b 에 도시된 바와 같이 슬릿이 벌어짐으로써 구멍(23)으로 형성된다.

한편, 도 3 에는 다른 제조 과정을 거쳐서 제작된 집전체가 도시되어 있는데, 이것은 박판(21)상에 다수의 구멍(32)이 에칭을 통해 형성된 것이다. 즉, 박판(31)상에 마스크(미도시)를 씌운 상태에서 에칭액을 부가함으로써 에칭에 의해 구멍(32)의 부분에 해당하는 집전체 재료가 식각되도록 하는 것이다.

도 2b 및, 도 3에 도시된 리튬 이온 폴리머 전지의 집전체는 다음과 같은 문제점을 가진다. 집전체에는 다수의 구멍(23,32)이 형성되는데, 이러한 구멍의 형성은 결과적으로 집전체 재료 박판(21,31)의 강성을 저하시키는 원인이 된다. 따라서 집전체(20,30)는 전지 제조 과정중에 길이 방향으로 늘어나거나 또는 폭 방향으로 휘어지는 경향을 가지며, 그에 따라서 활물질을 집전체에 코팅하거나 라미네이션하는데 있어서 활물질의 두께가 균일하게 되지 않는다는 문제점이 있다. 더욱이 절단시에는 버어(burr)가 발생하는 경향이 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 2a 및, 도 2b 는 통상적인 리튬 이온 폴리머 전지에 구비되는 집전체의 제조 과정을 설명하는 설명도.

도 3은 다른 리튬 이온 폴리머 전지용 집전체에 대한 개략적인 사시도.

도 4는 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... 박판

22....슬릿 23... 구멍

31....박판 32....구멍

41....집전체 42....제 1 스트립

43....제 2 스트립

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따르면, 박판상에 형성된 평행한 다수의 제 1 스트립과; 상기 제 1 스트립에 소정의 각도로 평행하게 연장된 다수의 제 2 스트립과; 상기 제 1 스트립과 제 2 스트립이 형성하는 부위내에 형성된 다수의 구멍;을 가지는 리튬 이온 폴리머 전지용 집전체가 제공된다.

또한 본 발명에 따르면, 집전체상에 활물질이 부착됨으로써 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 양극판 및, 음극판의 일측으로부터 각각 연장된 양극탭 및, 음극탭과; 상기 양극탭 및, 음극탭에 각각 연결된 리이드;를 구비하는 리튬 이온 폴리머 전지에 있어서, 상기 집전체는, 박판상에 형성된 평행한 다수의 제 1 스트립과, 상기 제 1 스트립에 소정의 각도로 평행하게 연장된 다수의 제 2 스트립과, 상기 제 1 스트립과 제 2 스트립이 형성하는 부위내에 형성된 다수의 구멍을 가지는 것을 특징으로 하는 리튬 이온 폴리머 전지가 제공된다.

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 안착되며, 상기 극판 조립체는 음극판, 양극판 및, 상기 극판들을 상호 절연하는 세퍼레이터를 적층시킴으로써 이루어진다. 각각의 극판에 대해서 탭(12a,13a)이 연결되며, 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 위에서 설명한 바와 같이 예를 들면 알루미늄 재료나 구리 재료로 형성된 박판으로써 형성된다.

도 4 에는 본 발명에 따른 리튬 이온 폴리머 전지에 구비되는 집전체의 개략적인 사시도가 도시되어 있다.

도면을 참조하면, 집전체(41)는 박판상에 상호 소정의 각도를 이루는 제 1 스트립(42)과 제 2 스트립(43)이 형성되어 있으며, 또한 상기 스트립(42,43)들 사이에 형성되는 박판상의 부위에 다수의 구멍(44)이 형성되어 있다. 상기 제 1 스트립(42)과 제 2 스트립(43)이 형성하는 각도는 직각인 것이 바람직스럽다. 제 1 스트립(42)은 도면에 도시된 바와 같이 박판의 길이 방향으로 평행하게 다수가 연장되어 있으며, 제 2 스트립(43)은 박판의 폭 방향으로 평행하게 다수가 연장되어 있다. 스트립(42,43)의 연장 방향은 도면에서 박판의 길이 방향과 폭 방향으로 도시되었으나, 이것에 한정되는 것은 아니며 다른 방향으로의 연장도 가능하다. 예를 들면 박판의 사선 방향으로도 연장될 수 있다.

본 발명에 따른 집전체(41)에 있어서 스트립(42,43)의 기능은 중요한 의미를 가진다. 스트립(42,43)은 이를테면 박판 전체의 강성을 보존하는 역할을 하는 것으로서, 박판을 이용하여 소정의 작업을 수행할때 박판이 휘어지거나 뒤틀리는 현상을 방지할 수 있고, 또한 연신되는 현상을 방지할 수 있다. 예를 들면 활물질을 코팅하거나 또는 라미네이션할때 집전체에 가해지는 압력에 의해서 집전체(41)가 변형되는 현상이 상기 스트립(42,43)에 의해서 방지될 수 있다. 단위 면적당 스트립의 갯수는 실험에 따라서 최적화된 값으로 구할 수 있다.

한편, 스트립(42,43)의 사이에 형성된 다수의 구멍(44)들은 활물질이 집전체의 표면에 코팅되거나 라미네이션될때 활물질을 보다 많이 유지할 수 있게 한다.

도 4에 도시된 것과 같은 집전체(41)는 에칭에 의해서 형성될 수 있다. 예를 들면, 알루미늄 재료나 구리 재료의 표면에 마스크를 씌운 상태에서 부식액을 분사함으로써 집전체(41)를 도면에 도시된 바와 같이 에칭시킬 수 있는 것이다. 이때 마스크에는 상기 스트립(42,43)과 구멍(44)에 대응하는 패턴이 형성됨으로써 이들이 도면에 도시된 바와 같은 형상을 가질 수 있다.

본 발명에 따른 리튬 이온 폴리머 전지에 구비된 집전체는 제조 과정중에 가해지는 외력에도 불구하고 형상을 유지할 수 있으므로, 활물질의 코팅 또는 라미네이션이 용이하고 그 두께 또한 균일하게 관리될 수 있다. 따라서 전지의 용량이 향상되고 수명도 연장된다. 또한 집전체의 절단시에도 버어가 발생하지 않으므로 전지가 단락되는 불량이 방지되며, 집전체 제조시의 불량 발생이 줄어들어 전체적인 제조 비용이 감소된다.

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. 박판상에 형성된 평행한 다수의 제 1 스트립과; 상기 제 1 스트립에 소정의각도로 평행하게 연장된 다수의 제 2 스트립과; 상기 제 1 스트립과 제 2 스트립이 형성하는 부위내에 형성된 다수의 구멍;을 가지는 리튬 이온 폴리머 전지용 집전체.
2. 집전체상에 활물질이 부착됨으로써 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 양극판 및, 음극판의 일측으로부터 각각 연장된 양극탭 및, 음극탭과; 상기 양극탭 및, 음극탭에 각각 연결된 리이드;를 구비하는 리튬 이온 폴리머 전지에 있어서,

   상기 집전체는,

   박판상에 형성된 평행한 다수의 제 1 스트립과,

   상기 제 1 스트립에 소정의 각도로 평행하게 연장된 다수의 제 2 스트립과,

   상기 제 1 스트립과 제 2 스트립이 형성하는 부위내에 형성된 다수의 구멍을 가지는 것을 특징으로 하는 리튬 이온 폴리머 전지.