KR100388909B1 - 리튬 2차 전지 - Google Patents

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Abstract

양극판과 음극판 및 세퍼레이터가 적층된 구조의 전극 조립체와, 전극 조립체와 전해질액을 수용하여 밀폐시키는 케이스를 포함하는 리튬 2차 전지에 있어서, 케이스는 소정 두께의 스테인레스 호일층과; 상기 스테인레스 호일층의 적어도 일면에 소정 두께로 도금된 니켈(Ni) 또는 크롬(Cr)의 도금층과; 상기 도금층을 구비한 스테인레스 호일층의 내외곽 각각에 복수층으로 마련되는 고분자층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬 2차 전지가 개시된다. 개시된 2차 전지는 케이스에 스테인레스 호일층을 구비하여 견고성 및 밀폐성을 향상시킬 수 있다.

Description

리튬 2차 전지{Lithium secondary battery}
본 발명은 리튬 2차 전지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전극 조립체를 밀폐한 상태에서 감싸는 케이스의 구조가 개선된 리튬 2차 전지에 관한 것이다.
일반적으로, 2차전지는 충전이 안되는 1차 전지와는 달리 충방전이 가능한 전지로서, 셀룰러폰, 노트북컴퓨터, 캠코더 등의 첨단전자기술분야에서 널리 통용되고 있다. 특히, 리튬 2차 전지는 작동전압이 약 3.6V로서, 니켈-카드늄전지나 니켈-수소전지의 3배에 해당되며 단위중량당 에너지밀도가 높다는 점에서 급속도로 신장되고 있는 추세다.
이러한 리튬 2차 전지는 전해액의 종류에 따라 액체전해질 전지와 고분자 전해질 전지로 분류할 수 있으며, 일반적으로 액체 전해질을 사용하는 전리를 리튬-이온전지, 고분자 전해질을 사용하는 경우는 리튬-폴리머 전지라고 부른다.
그리고, 리튬 2차 전지는 여러 가지 형상으로 제조가능한데, 대표적인 형상으로는 리튬-이온 전지에 주로 사용되는 원통형 및 각형을 들 수 있으며, 리튬-폴리머 전지는 그 형상이 비교적 자유롭다.
이에 따라 최근 들어서는 리튬-폴리머 전지가 안정성과 형상의 자유도가 뛰어나고, 중량이 가벼워 휴대용 전자 기기의 슬림화 및 경량화에 대하여 다른 어떠한 전지보다도 유리하다고 할 수 있다.
도 1은 일반적인 리튬 2차 전지를 나타내 보인 부분 단면도이다.
도 1을 참조하면, 전지(10)는 양극(11)과 음극(12)과, 양극(11) 및 음극(12) 사이에 개재되어 이들을 상호 절연시키는 세퍼레이터(13)가 다수장 적층된 구조의 전극 조립체(14)를 구비한다. 상기 양극(11)과 음극(12)의 일 가장자리로부터는 양극 탭(15)과, 음극 탭(16)이 각각 인출되어 있다. 또한, 양극 및 음극 탭(15)(16)은 각각 양극 단자(17)와 음극 단자(18)와 용접되어 있다.
이러한 구조를 가지는 전극 조립체(14)는 이를 수용하기 위한 공간부가 마련된 케이스(19)에 수용되어 실장된다. 상기 케이스(19)는 통상 일면의 가장자리를 따라 접합되고 다른 세면은 분리 가능하게 형성된 상부 케이스(19a)와 하부 케이스(19b)를 구비하고 있다.
여기서, 상기 케이스(19)는 물성이 상이한 다중층의 구조를 이루고 있다. 즉, 상기 케이스(19)의 최내곽층으로부터 제1에틸렌과 아크릴산의 공중합체층(Poly(Ethylene-co-arcylic). 이하 제1EAA,21)과, 폴리에틸렌층(poly ethylene, 이하 PE, 22)과, 제1나일론층(nylon, 23), 제2EAA층(24)과, 알루미늄 호일층(aluminum foil, 25)과, 최외곽층으로 제2나일론층(26)이 순차적으로 적층되어 있는 구조이다.
이 때, 상기 각 층은 기능이 상호 다르다. 즉, 상기 제1EAA층(21)과 제2EAA층(24)은 전지(10)의 작동 중에 전해액이 팽창되어 알루미늄 호일(25)에 묻지 않도록 전해액의 스웰링(swelling) 효과를 미연에 방지한다. 상기 PE층(22)은 전지 케이스(29)의 성형성을 향상시키고, 상기 알루미늄 호일층(25)은 외부로부터 수분의 침투를 방지하고, 전해액의 손실을 방지하는 역할을 한다. 그리고, 상기 제1 및 제2나일론층(23)(26)은 상기 케이스(19)의 크랙을 방지하고 성형성을 향상시킨다.
그런데, 상기와 같은 구조의 케이스(19)는 상기 제1 및 제2EAA층(21)(14)이나, PE층(12)이 케이스(19) 내에 주입되는 전해액에 대하여 와전한 불용성을 가지지 못하기 때문에, 알루미늄 호일(25)에 전해액이 묻는 것을 완전히 차단하기 힘들다. 때문에, 장시간 사용시 알루미늄 호일(25)에 전해액이 묻게 된다. 따라서, 알루미늄 호일(25)은 전해액과 반응함으로써, 그 견고성과 밀폐성이 저하되는 문제점이 있다. 따라서, 전지의 수명이 단축되고 안전성이 떨어지게 된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로, 전지의 성능을 향상시키도록 케이스의 구조를 개선한 리튬 2차 전지를 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1은 종래의 리튬 2차 전지를 나타내 보인 개략적인 사시도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 리튬 2차 전지를 개략적으로 나타내 보인 사시도.
도 3은 도 2에서 전극 조립체의 요부를 발췌하여 나타내 보인 개략적인 단면도.
< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >
30..전지 31..양극판
32..음극판 33..세퍼레이터
34..전극 조립체 35..양극탭
36..음극탭 37..양극단자
38..음극단자 40..케이스
43..스테인레스 호일층 44..도금층
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 리튬 2차 전지는, 양극판과 음극판 및 세퍼레이터가 적층된 구조의 전극 조립체와, 상기 전극 조립체와 전해질액을 수용하여 밀폐시키는 케이스를 포함하는 리튬 2차 전지에 있어서, 상기 케이스는 소정 두께의 스테인레스 호일층과; 상기 스테인레스 호일층의 적어도 일면에 소정 두께로 도금된 니켈(Ni) 또는 크롬(Cr)의 도금층과; 상기 도금층을 구비한 상기 스테인레스 호일층의 내외곽 각각에 복수층으로 마련되는 고분자층;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 리튬 2차 전지를 자세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 리튬 2차 전지의 개략적인 사시도이다.
도 2를 참조하면, 전지는 전극 조립체(34)와, 이 전극 조립체(34) 및 전해액을 수용하여 실장하는 케이스(40)를 구비한다.
상기 전극 조립체(34)는 양극판(31)과 음극판(32), 상기 각 극판(31)(32) 사이에 개재되어 이들 사이를 절연시키는 세퍼레이터(33)를 구비한다. 즉, 상기 전극조립체(34)는 양극판(31), 세퍼레이터(33), 음극판(32)의 순으로 순차적으로 적층되어 구성된다. 상기 양극판(31)의 일측 가장자리에는 양극팹(35)이 인출되어 있으며, 음극판(32)의 일측 가장자리에는 음극탭(36)이 인출되어 있다. 상기 양극 및 음극 탭(35)(36) 각각은 케이스(19)의 외부로 노출되는 양극 단자(37) 및 음극 단자(38) 각각에 용접된다. 또한, 도 3을 참조하면, 상기 각 탭(37)(38)의 외측면에는 서로 다른 전극판과의 절연을 위해 테이프(39)가 감싸여져 있다. 상기 테이프(39)는 케스트 폴리프로필렌(CPP;Cast-Polyprophylene), 에이디코트(ADCOTE), 폴리에틸렌(PE;Polyethylene), 폴리프로필렌(PP;Polypropylene), 폴리에틸렌과 폴리프로필렌의 혼합체(PE+PP)와 같은 폴리아미드(polyamide)계 중에서 선택된 어느 한 물질인 것이 바람직하다. 이와 같이 각 탭(37)(38)을 절연성 테이프(39)로 감싸므로서, 인접한 양극 또는 음극판(31)(32)과의 접촉에 의한 쇼트를 효과적으로 방지할 수 있다.
상기 케이스(40)는 전극 조립체(34)를 수용하기 위한 수용부가 마련된 하부케이스(41)와, 상기 하부케이스(41)의 상부에 접합되는 상부 케이스(42)를 구비한다. 상기 상부 케이스(42)는 하부 케이스(41)의 적어도 일면의 가장자리를 따라서 상호 접합되어 있고, 나머지 다른 세면은 개방되어 있다. 케이스(40)의 개방된 면은 전극 조립체(34) 및 전해액을 수용한 후에 접합되어 실링된다.
한편, 상기 케이스(40)는 상기 전극 조립체(34)를 외부로부터 보호하고, 용이하게 보관하게 위해 물성이 다른 층들이 상호 접착되어 있다.
즉, 케이스(40)는 내부에 스테인레스 호일층(43)과, 상기 스테인레스호일층(43)의 내외곽에 적층된 고분자층을 구비한다. 상기 스테인레스 호일층(43)은 케이스(40)의 기본 골격에 해당하는 것으로, 전해액의 누수 차단 등의 기능도 갖는다. 또한, 스테인레스 호일층(43)은 전지의 슬림화를 위해 약 10 ∼100㎛의 두께를 갖는 것이 바람직하다. 상기 스테인레스 호일층(43)의 적어도 일면에는 그 스테인레스 호일층(43)의 부식 등을 방지하도록 니켈(Ni) 또는 크롬(Cr)으로 도금된 도금층(44)이 마련된다. 이 도금층(44)은 약 1 ∼ 10㎛의 두께로 형성되는 것이 바람직하다. 상기 스테인레스 호일층(43)은 종래의 알루미늄 호일층에 비해 전지의 충방전시 발생하는 가스에 의한 화학적 반응이 적게 일어나므로 케이스(40)의 두께변화율이 종래기술에 비해 적다. 따라서, 전지 케이스(40)의 밀폐성 및 견고성을 향상시켜 전해액 등의 누수를 효과적으로 막을 수 있다. 또한, 스테인레스 호일층(43)에 니켈(Ni) 또는 크롬(Cr)을 도급함으로써, 스테인레스 호일층(43)이 전해액의 접촉 및 외부공기와의 접촉에 의해 부식되는 것을 효과적으로 방지함으로써 전지의 수명을 늘릴 수 있다.
한편, 상기 고분자층은 물성이 서로 상이한 다중층의 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 고분자층은 종래와 마찬가지로, 케이스(40)의 최내곽으로부터 도금층(44) 까지, 제1에틸렌과 아크릴산의 공중합체(Poly(Ethylene-co-acrylic acid),이하 'EAA', 45)층, 폴리에틸렌(poly ethylene, 46)층, 나일론(nylon,47 )층 및 EAA층(48)이 순차적으로 적층되어 구성될 수 있다. 또한, 케이스(40)의 최외곽에도 나일론층(50)이 마련될 수 있다. 여기서, 상술한 고분자층을 구성하는 각 층의 기능은 앞서 도 1을 통해 기술한 바와 같으므로 그 설명은 생략한다.
이상과 같은 구조의 케이스(40)를 실링하기 위해서는, 상/하부 케이스(42)(41) 각각의 상호 마주하는 면을 실리콘 또는 애폭시수지로 접합하게 된다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 리튬 2차 전지는, 케이스의 기본골격을 스테인레스 호일층 및 도금층으로 형성함으로서, 전지에 주입된 전해액이나 충방전시 발생하는 가스에 의한 케이스 두께의 변화 즉, 스웰링(swelling)을 줄일 수 있다. 따라서, 케이스의 밀폐성 및 견고성을 향상시켜 전지의 수명을 늘릴 수 있으며, 전지의 안전성도 향상시킨다.

Claims (7)

  1. 양극판과 음극판 및 세퍼레이터가 적층된 구조의 전극 조립체와, 상기 전극 조립체와 전해질액을 수용하여 밀폐시키는 케이스를 포함하는 리튬 2차 전지에 있어서,
    상기 케이스는 소정 두께의 스테인레스 호일층과;
    상기 스테인레스 호일층의 적어도 일면에 소정 두께로 도금된 니켈(Ni) 또는 크롬(Cr)의 도금층과;
    상기 도금층을 구비한 스테인레스 호일층의 내외곽 각각에 복수층으로 마련되는 고분자층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬 2차 전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 스테인레스 호일층은 약 10 ∼ 100㎛의 두께로 형성된 것을 특징으로하는 리튬 2차 전지.
  3. 삭제
  4. 제3항에 있어서,
    상기 도금층은 약 1 ∼ 10㎛의 두께로 형성된 것을 특징으로 하는 리튬 2차 전지.
  5. 제1항에 있어서, 상기 케이스는,
    상기 전극 조립체를 수용하여 밀폐시키도록 상하로 결합되는 상부 및 하부케이스를 구비하며,
    상기 상/하부 케이스 각각의 상호 마주하는 면은 실리콘 또는 에폭시수지로 실링된 것을 특징으로 하는 리튬 2차 전지.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 양극판 및 음극판의 일측으로부터 인출된 양극탭 및 음극탭을 더 구비하며,
    상기 각 탭의 외측에는 절연을 위한 테이프가 감싸여진 것을 특징으로 하는리튬 2차 전지.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 테이프는 케스트 폴리프로필렌(CPP;Cast-Polyprophylene), 에이디코트(ADCOTE), 폴리에틸렌(PE;Polyethylene), 폴리프로필렌(PP;Polypropylene), 폴리에틸렌과 폴리프로필렌의 혼합체(PE+PP) 중에서 선택된 어느 한 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 리튬 2차 전지.
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