KR100449757B1 - 전지부와 이를 채용한 이차전지 - Google Patents

전지부와 이를 채용한 이차전지 Download PDF

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Abstract

전지부와 이를 채용한 이차전지를 개시한다. 본 발명은 양극판과, 세퍼레이터와, 음극판이 권회된 전지부;와, 양극판과 전기적으로 연결되며, 양극판으로부터 외부로 돌출된 부분에 보호테이프가 형성된 양극탭;와, 음극판과 전기적으로 연결되며, 음극판으로부터 외부로 돌출된 부분에 보호테이프가 형성된 음극탭;과, 전지부가 수용되는 공간부를 가지는 케이스;를 포함하고, 양극 및 음극판은 양극 및 음극집전체와, 양극 및 음극집전체의 양면에 선택적으로 각각 형성되는 양극 및 음극쉬트를 가지며, 양극 및 음극쉬트가 형성되지 않은 양극 및 음극집전체의 영역인 양극 및 음극무지부에는 양극 및 음극집전체의 폭보다 상대적으로 큰 폭을 가지는 다수개의 단락방지수단이 형성된 것으로서, 양극 및 음극판중 전면 및 배면전극쉬트가 선택적으로 형성되지 않은 영역인 다수개의 극판무지부에 절연테이프가 부착되어 있으므로, 전지의 이상유무로 인하여 세퍼레이터가 용해되거나 수축현상이 발생시에도 양극 및 음극판이 절연테이프에 의하여 직접적으로 접촉하지 않으므로 안정성과 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

Description

전지부와 이를 채용한 이차전지{Battery unit and secondary battery applying the such}
본 발명은 이차전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 케이스와 극판간의 접촉이나, 극판간의 접촉으로 인하여 단락이나 부식이 발생하는 것을 방지하도록 구조가 개선된 전지부와 이를 채용한 이차전지에 관한 것이다.
이차전지는 충전 및 방전이 가능한 전지로서, 니켈-카드뮴전지, 니켈-메탈하이드라이드전지, 니켈-수소전지, 리튬이차전지등을 들 수 있다. 이중에서, 리튬이차전지는 작동전압이 3.6V이상으로서, 전자기기의 전원으로 많이 사용하고 있는 니켈-카드뮴전지나, 니켈-메탈하이드라이드전지에 비하여 3배나 우수하고, 단위중량당 에너지밀도가 높다는 측면에서 급속도로 신장되고 있다.
이러한 리튬이차전지는 전해액의 종류에 따라 액체전해질전지와, 고분자전해질전지로 분류할 수 있다. 일반적으로는 액체전해질을 사용하는 전지를 리튬이온전지라 하고, 고분자전해질을 사용하는 전지를 리튬폴리머전지라고 한다. 이러한 리튬이차전지는 다양한 형태로 제조가능한데, 대표적인 형상으로는 리튬이온전지에 주로 사용되는 원통형 및 각형을 들 수 있다. 최근들어 각광받는 리튬폴리머전지는 유연성을 지닌 소재로 제조되어 그 형상이 비교적 자유롭다. 또한, 안전성도 우수하고, 무게가 가벼워서 휴대용 전자기기의 슬림화 및 경량화에 유리하다고 할 수있다.
도 1을 참조하면, 이차전지(10)는 양극판(11)과 음극판(12)과, 그 사이에 개재되어 이들을 상호 절연시키는 세퍼레이터(13)로 된 전지부(14)와, 상기 전지부(14)의 각 극판으로부터 인출되는 양극 및 음극탭(15)(16)과, 상기 양극 및 음극탭(15)(16)과 전기적으로 연결되는 양극 및 음극단자(17)(18)와, 상기 전지부(14)가 수용되는 공간부(100)가 마련된 케이스(19)를 포함한다. 상기 케이스(19)는 파우치 형상으로서, 상부 및 하부 케이스(19a)(19b)로 이루어져 있다.
상기와 같은 구조의 이차전지(10)는 상기 양극판(11), 세퍼레이터(13), 음극판(12) 순으로 적층된 전지부(14)를 파우치 형상의 케이스(14)내에 실장시키는 구조이다. 이러한 적층형 전지부(14)는 극판(11)(12)이나 세퍼레이터(13)를 수회에 걸쳐서 라미네이팅하여야 하고, 이렇게 완성된 셀을 다수장 적층하여야 하는 공정이 필수적으로 필요하게 되어 연속적인 대량생산에 한계가 있을 뿐만 아니라, 적층을 위하여 소망하는 크기로 절단하는 과정에서 극판의 단부로부터 발생되는 버어에 의하여 단락이 발생하게 되어서 전지의 불량율이 높다.
이러한 점을 개선시키기 위하여, 최근에는 전지부를 이루는 양극판과, 음극판과, 그 사이에 개재되는 세퍼레이터를 각각 하나의 박판상태로 형성하고, 양극판, 세퍼레이터, 음극판 순서대로 배치하고 이를 와인딩하여 파우치 형상의 케이스내에 실장하는 방식을 적용하고 있다.
도 2는 이러한 전지부중 하나의 극판의 전면을 나타낸 것이고, 도 3은 극판의 배면을 나타낸 것이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 상기 극판(20)은 집전체(21)와, 상기 집전체(21)의 양면에 형성되는 전극쉬트를 포함한다. 상기 전극쉬트는 집전체(21)의 전면과 배면에 각각 형성되는 전면 및 배면전극쉬트(22)(23)를 구비한다. 상기 집전체(21)에는 전면 및 배면전극쉬트(22)(23)가 형성되지 않은 영역, 예컨대 전극무지부(electrode uncoated area)가 존재한다. 상기 전극무지부는 집전체(21)의 전면과 배면에 각각 형성되는 전면전극무지부(24)와, 배면전극무지부(25)를 구비한다. 상기 배면전극무지부(25)에는 전극탭(26)이 용접고정되어 있다. 상기 전극탭(26)의 일부에는 보호테이프(27)가 감싸져 있다.
한편, 상기 전면 및 배면전극쉬트(22)(23)와, 전면 및 배면전극무지부(24)(25)가 만나는 경계부분과, 상기 전극탭(27)이 용접고정된 부분에는 적어도 하나 이상의 절연테이프(28)가 부착되어 있다.
상기한 구조를 가지는 극판(20)은 상기 절연테이프(28)가 상기 집전체(21)의 폭과 동일하게 형성되어 있으며, 이것은 상기 집전체(21)의 전면 및 배면에 선택적으로 부착되어 있다.
이러한 절연테이프(28)는 극판(20)과 전극탭(26)이 전기적으로 연결되는 부분을 보호하고, 다른 극판끼리의 접촉으로 인한 단락을 방지하기 위하여 필요하다. 이렇게 단락을 방지하기 위한 수단은 전술한 바와 같이 전극탭(26)이 설치되는 부분과, 전극쉬트(22)(23)와 전극무지부(24)(25)의 경계부에 형성시켜서, 이차전지가 작동중 극판간에 접촉으로 인한 단락을 방지하는 것이 가능하게 된다.
그런데, 종래의 이차전지는 다음과 같은 문제점을 가지고 있다.
상기 절연테이프(28)는 상기 집전체(21)의 폭과 동일한 크기를 가지며, 상기 전극탭(26)이 고정되지 않는 영역인 전면전극무지부(24)에는 형성되어 있지 않다. 이에 따라, 극판사이에 개재되는 세퍼레이터가 전지의 작동중 수축등이 발생하게 되면, 극판간에 상호 접촉이 발생하게 되어서 단락이 발생할 가능성이 있다. 이는 상기 절연테이프(28)의 폭이 상기 집전체(21)의 그것과 동일한 크기를 가지고, 상기 전극탭(26)이 부착되는 집전체(21)의 반대면에 단락방지수단이 형성되지 않은 것에 기인한다.
더욱이, 전지부가 케이스에 실장시, 다중층의 구조를 가지는 케이스중 내장층인 절연층의 파괴로 인하여 노출되는 금속재로 된 중간층이 와인딩된 전지부의 양 극판과의 접촉으로 인하여 단락이 발생할 가능성이 있다. 또한, 하나의 극판과 케이스의 중간층과의 접촉, 예컨대 구리박막으로 된 집전체와 알루미늄박막으로 된 중간층이 전기적으로 연결되면, 집전체와 중간층과의 이온화도의 차이에 따라서 케이스가 점차적으로 부식되는 현상이 발생할 수 있다. 따라서, 단락방지수단이 최적화된 설계에 따라 형성된 이차전지가 필요하다고 할 것이다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 극판끼리의 단락과, 극판과 케이스와의 단락이나 부식을 미연에 방지할 수 있도록 집전체에 전면 및 배면에 선택적으로 부착되는 단락방지수단의 구조가 개선된 전지부와 이를 채용한 이차전지를 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1은 통상적인 일 예에 따른 이차전지를 도시한 분리사시도,
도 2는 종래의 전지부의 극판의 전면 일부를 도시한 정면도,
도 3은 도 2의 극판의 배면 일부를 도시한 정면도,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지를 도시한 분리사시도,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지부를 분리하여 도시한 평면도,
도 6은 도 5의 전지부 일부를 절제하여 도시한 분리사시도,
도 7은 도 6의 음극판의 전면을 도시한 정면도,
도 8은 도 6의 음극판의 배면을 도시한 정면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 간단한 설명>
40...이차전지 41...전지부
42...케이스 43,51..양극판
44,52...음극판 45,53...세퍼레이터
46,54...양극탭 47,55...음극탭
48,56...보호테이프 49,500...절연테이프
51a...양극집전체 51b...전면양극쉬트
51c...배면양극쉬트 52a...음극집전체
52b...전면음극쉬트 52c...배면음극쉬트
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 측면에 따른 이차전지의 전지부는,
양극집전체와, 상기 양극집전체의 양 면에 선택적으로 형성되는 양극쉬트로 된 양극판;
상기 양극집전체와 전기적으로 연결되며, 상기 양극집전체로부터 외부로 돌출되는 부분에 보호테이프가 감싸진 양극탭;
음극집전체와, 상기 음극집전체의 양면에 선택적으로 형성되는 음극쉬트로 된 음극판;
상기 음극집전체와 전기적으로 연결되며, 상기 음극집전체로부터 외부로 돌출되는 부분에 보호테이프가 설치된 음극탭;
상기 양극판과 음극판 사이에 개재되는 세퍼레이터; 및
상기 양극 및 음극집전체중 양극 및 음극쉬트가 형성되지 않은 영역인 양극 및 음극무지부에 선택적으로 형성되며, 그 폭이 상기 양극 및 음극집전체의 폭보다 상대적으로 큰 폭을 가지는 다수개의 단락방지수단;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 양극집전체에는 상기 전면 및 배면양극무지부중 한 영역에 상기 양극탭이 용접고정되며, 상기 양극탭을 감싸는 보호테이프와 상기 양극집전체 사이에는 상기 양극탭이 노출되는 영역이 형성된 것을 특징으로 한다.
게다가, 상기 양극탭이 형성된 영역에는 제1 단락방지수단이 그 상면에 부착된 것을 특징으로 한다.
더욱이, 상기 제1 단락방지수단은 상기 양극집전체와, 상기 양극집전체의 상단부와 상기 양극탭을 감싸는 보호테이프의 하단부 사이에 상기 양극탭이 노출되는 영역을 공히 커버가능한 폭을 가지는 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 제2 단락방지수단은 상기 양극집전체와, 상기 양극탭을 감싸는 보호테이프의 하단부 사이에 상기 양극탭이 노출되는 영역을 공히 커버가능한 폭을 가지는 것을 특징으로 한다.
게다가, 상기 제1 또는 제2 단락방지수단은 상기 양극집전체의 일 가장자리로부터 상기 양극무지부와 양극전극쉬트의 경계부까지의 영역을 공히 커버가능한 길이를 가지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 음극집전체에는 상기 전면 및 배면음극무지부중 한 영역에 상기 음극탭이 용접고정되며, 상기 음극탭을 감싸는 보호테이프와 상기 음극집전체 사이에는 상기 음극탭이 노출되는 영역이 형성된 것을 특징으로 한다.
게다가, 상기 음극탭이 형성된 영역에는 제3 단락방지수단이 그 상면에 부착된 것을 특징으로 한다.
더욱이, 상기 제3 단락방지수단은 상기 음극집전체와, 상기 음극집전체의 상단부와 상기 음극탭을 감싸는 보호테이프의 하단부 사이에 상기 음극탭이 노출되는 영역을 공히 커버가능한 폭을 가지는 것을 특징으로 한다.
나아가, 상기 음극탭이 형성된 음극집전체의 배면에 형성된 음극무지부에는 제4 단락방지수단이 더 형성된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 측면에 따른 이차전지는,
양극판과, 세퍼레이터와, 음극판이 권회된 전지부;
상기 양극판과 전기적으로 연결되며, 양극판으로부터 외부로 돌출된 부분에 보호테이프가 형성된 양극탭;
상기 음극판과 전기적으로 연결되며, 음극판으로부터 외부로 돌출된 부분에 보호테이프가 형성된 음극탭;
상기 전지부가 수용되는 공간부를 가지는 케이스;를 포함하고,
상기 양극 및 음극판은 양극 및 음극집전체와, 상기 양극 및 음극집전체의 양면에 선택적으로 각각 형성되는 양극 및 음극쉬트를 가지며,
상기 양극 및 음극쉬트가 형성되지 않은 양극 및 음극집전체의 영역인 양극 및 음극무지부에는 상기 양극 및 음극집전체의 폭보다 상대적으로 큰 폭을 가지는 다수개의 단락방지수단이 형성된 것;을 특징으로 한다.
나아가, 상기 단락방지수단은 상기 양극 및 음극집전체의 영역과, 상기 양극 및 음극집전체의 상단부와 상기 양극 및 음극탭을 감싸는 밀봉테이프의 사이에 상기 양극 및 음극탭이 노출되는 영역을 공히 커버가능한 폭을 가지는 것을 특징으로 한다.
이하에서 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이차전지를 상세하게 설명하고자 한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지(40)를 도시한 것이다.
도면을 참조하면, 상기 전지(40)는 전지부(41)와, 상기 전지부(41)가 수용되는 케이스(42)를 포함한다. 상기 전지부(41)는 양극판(43)과, 음극판(44)과, 그 사이에 개재되어 상호 절연시키는 세퍼레이터(45)를 구비한다. 상기 전지부(41)는 양극판(43), 세퍼레이터(45), 음극판(44) 순으로 위치시킨 상태에서 젤리-롤 타입(jelly-roll type)으로 와인딩되어 완성된다.
상기 양극 및 음극판(43)(44)에는 양극탭(46)과, 음극탭(47)이 각 극판과 각각 전기적으로 연결되어 있다. 상기 양극 및 음극탭(46)(47)의 외면 일부에는 보호테이프(48)가 감싸져 있다. 상기 보호테이프(48)는 상기 전지부(41)가 케이스(42)의 공간부(400)에 수용된 다음에 케이스(42)를 열융착시 양극 및 음극탭(46)(47)이 케이스(42)의 밀폐면(42a)과 접촉되는 부분에서의 밀봉성을 강화시키기 위하여 부착된다.
본 발명의 특징에 따르면, 상기 전지부(41)에는 상기 극판(43)(44)간의 단락을 방지하고, 상기 양극 및 음극탭(46)(47)과 케이스(42)간의 접촉되는 부분에서의 단락을 방지하기 위하여 단락방지수단(49)이 설치되는데에 있다.
보다 상세하게는 이후 실시예에서 상세하게 설명될 것이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지부(50)를 분리하여 도시한 것이다.
도면을 참조하면, 상기 전지부(50)는 양극판(51)과, 음극판(52)과, 상기 양극 및 음극판(51)(52) 사이에 개재되는 적어도 하나 이상의 세퍼레이터(53)를 포함한다.
상기 양극판(51)은 금속박판으로 된 양극집전체(51a)와, 상기 양극집전체(51a)의 양 면에 코팅되는 양극활물질을 주성분으로 한 전면 및 배면양극쉬트(51b)(51c)를 구비한다. 상기 음극판(52)은 금속박판으로 된 음극집전체(52a)와, 상기 음극집전체(52a)의 양 면에 코팅되는 음극활물질을 주성분으로 한 전면 및 배면음극쉬트(52b)(52c)를 구비한다.
이때, 리튬이차전지의 경우에는 상기 양극집전체(51a)로는 알루미늄박판을 사용하고, 음극집전체(52a)로는 구리박판을 사용한다. 그리고, 전면 및 배면양극쉬트(51b)(51c)는 리튬계산화물과 같은 양극활물질과, 바인더, 도전재, 가소제등이 함유된 혼합물이고, 전면 및 배면음극쉬트(52b)(52c)는 탄소재와 같은 음극활물질과, 바인더, 가소제등이 함유된 혼합물이다.
상기 양극판(51)에는 양극탭(54)이 부착되고, 상기 음극판(52)에는 음극탭(55)이 부착되어 있다. 상기 양극 및 음극탭(54)(55)의 외면에는 소정폭을 가지는 보호테이프(56)가 각각 감싸져 있다. 상기 보호테이프(56)의 역할은 전술한 바가 있기에 여기서는 생략하기로 한다.
이때, 상기 양극집전체(51a)에는 그 양면의 일부분에 양극쉬트(51b)(51c)가 형성되지 않는 영역, 이른바 양극무지부가 적어도 한 영역 이상이 형성되어 있다. 양극무지부는 집전체(51a)의 전면에 형성되는 전면양극무지부(51d)와, 집전체(51a)의 배면에 형성되는 배면양극무지부(51e)를 포함하며, 상기 전면 및 배면양극무지부(51d)(51e)는 극판간의 반응이 일어나지 않는 부분이거나, 양극탭(54)이 부착되는 부분에 선택적으로 형성시킬 수 있다. 상기 전면양극무지부(51d)에는 양극탭(54)이 용접에 의하여 전기적으로 연결되어 있다.
또한, 상기 음극집전체(52a)에도 그 양면의 일부에 음극쉬트(52b)(52c)가 형성되지 않은 영역인 음극무지부가 적어도 한 영역 이상 형성되어 있다. 음극무지부는 집전체(52a)의 전면 및 배면에 선택적으로 형성되는 전면 및 배면음극무지부(52d)(52e)를 포함한다. 상기 음극탭(55)은 용접에 의하여 배면음극무지부(52e)에 고정되어 있다.
상기 양극 및 음극무지부에는 그 상면에 단락방지수단이 형성되어 있다. 단락방지수단은 전지의 작동중 세퍼레이터(53)가 수축되는 등의 이유로 상기 양극 및 음극판(51)(52)이 접촉하여 단락이 발생하는 것을 방지하기 위하여 형성되는 것으로서, 내열성이 강한 폴리에스테르나 폴리이미드와 같은 고분자수지로 된 절연테이프(500)인 것이 바람직하다.
도 6은 도 5의 전지부(50)의 좌측 일부를 도시한 것이다.
도면을 참조하면, 상기 양극판(51)에는 양극집전체(51a)의 양 면에 전면 및 배면양극쉬트(51b)(51c)가 선택적으로 형성되어 있고, 상기 양극집전체(51a)의 일부 영역에는 양극쉬트가 형성되지 않는 영역인 전면 및 배면양극무지부(51d)(51e)가 형성되어 있다. 상기 전면양극무지부(51d)에는 양극탭(54)이 용접고정되어 있으며, 상기 양극탭(54)중 양극집전체(51a)의 외부로 돌출되는 부분에는 보호테이프(56)가 감싸져 있다.
상기 음극판(52)에는 양극판(51)의 경우와 마찬가지로 음극집전체(52a)의 양 면에 전면 및 배면음극쉬트(52b)(52c)가 선택적으로 형성되어 있고, 일부 영역에는 전면 및 배면음극무지부(52d)(52e)가 형성되어 있다. 상기 배면음극무지부(52e)에는 보호테이프(56)로 외면 일부가 감싸진 음극탭(54)이 용접고정되어 있다.
이때, 상기 양극판(51)과, 음극판(52)에는 전극쉬트가 형성되지 않은 집전체의 영역을 포함하여 극판간의 단락을 방지하기 위하여 절연테이프(500)가 다수개 부착되어 있다
즉, 상기 전면양극무지부(51d)에는 양극탭(54)이 형성된 부분에 제1 절연테이프(510)가 부착되어 있다. 상기 제1 절연테이프(510)는 상기 양극집전체(51a)의 일 가장자리로부터 상기 전면양극쉬트(51b)와 상기 전면양극무지부(51d)와의 경계부까지의 영역을 완전히 커버가능하도록 형성되어 있다. 또한, 상기 제1 절연테이프(510)의 폭은 상기 양극탭(54)의 일부를 커버할 수 있도록 상기 양극집전체(51a)의 폭보다 상대적으로 크게 형성되어 있다. 이때, 상기 제1 절연테이프(510)를 포함한 다수개의 절연테이프(500)의 폭은 상기 양극 및 음극집전체(51a)(52a)의 폭보다 공히 크도록 형성되며, 이에 대해서는 추후 도 7 및 도 8에서 상세하게 설명될 것이다.
상기 배면양극무지부(51e)에는 제2 절연테이프(520)가 부착되어 있다. 상기 제2 절연테이프(520)는 제1 절연테이프(510)와 마찬가지로 상기 양극집전체(51a)의 일 가장자리로부터 상기 배면양극쉬트(51c)와 상기 배면양극무지부(51e)와의 경계부까지의 영역을 완전히 커버가능하도록 형성되어 있다.
한편, 상기 음극판(52)에도 절연테이프(500)가 선택적으로 부착되어 있다.
즉, 상기 전면음극무지부(52d)에는 제3 절연테이프(530)가 부착되어 있다. 상기 제3 절연테이프(530)는 상기 음극집전체(52a)의 일 가장자리로부터 상기 전면음극쉬트(52b)와 상기 전면음극무지부(52d)와의 경계부까지의 영역을 완전히 커버가능하도록 형성되어 있다.
상기 배면음극무지부(52e)에는 음극탭(55)이 형성된 부분에 제4 절연테이프(540)가 부착되어 있다. 상기 제4 절연테이프(540)는 상기 음극집전체(52a)의 일 가장자리로부터 상기 음극탭(55)이 용접고정된 부분을 완전히 커버가능하도록 형성되어 있다.
또한, 상기 배면음극무지부(52e)에는 상기 제4 절연테이프(540)와 소정간격 이격된 위치에 제5 절연테이프(550)가 부착되어 있다. 상기 제5 절연테이프(550)는 상기 제4 절연테이프(540)와 인접한 위치로부터 상기 배면음극쉬트(52c)와 상기 배면음극무지부(52e)와의 경계부까지의 영역을 완전히 커버가능하도록 형성되어 있다. 상기 제4 및 제5 절연테이프(540)(550)가 부착되지 않는 영역인 상기 배면음극무지부(52e)는 실질적으로 극판간의 접촉이 발생하지 않는 영역이지만, 경우에 따라서는 제4 및 제5 절연테이프(540)(550)를 일체형으로 부착시킬 수도 있을 것이다.
도 7은 도 6의 음극판(52)의 전면을 도시한 것이고, 도 8은 도 6의 음극판(52)의 배면을 도시한 것이다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 상기 음극판(52)에는 음극집전체(52a)의 양 면에 전면 및 배면음극쉬트(52b)(52c)가 형성되어 있으며, 일부 영역은 상기 전면 및 배면음극쉬트(52b)(52c)가 형성되지 않은 전면 및 배면음극무지부(52d)(52e)이다.
상기 전면음극무지부(52d)에는 음극탭(55)이 형성된 반대면에 제3 절연테이프(530)가 부착되어 있다. 상기 제3 절연테이프(530)는 전술한 바대로 상기 음극집전체(52a)의 일 가장자리로부터 전면음극쉬트(52b)와 전면음극무지부(52d)와의 경계부까지의 영역을 완전히 커버가능한 크기를 가지고 있다. 한편, 상기 배면음극무지부(52e)에는 음극탭(55)이 형성된 부분에 제4 절연테이프(540)가 부착되어 있으며, 이와 소정간격 이격된 위치에 제 5 절연테이프(550)가 부착되어 있다.
이때, 상기 제3 내지 제5 절연테이프(530 내지 550)의 폭은 상기 집전체(52a)의 그것보다 상대적으로 크게 형성되어 있다.
보다 상세하게는 다음과 같다.
상기 음극탭(55)은 용접등에 의하여 상기 배면음극무지부(52e)에 상기 음극집전체(52a)와 전기적으로 연결되어 있다. 상기 음극탭(55)은 상기 집전체(52a) 폭방향의 외부로 일부가 돌출되어 있다. 돌출된 음극탭(55)의 외면에는 도 4에 도시된 케이스(42)에 실장시 밀폐면(42a)에서의 기밀성을 향상시키기 위하여 보호테이프(56)가 감싸져 있다. 이때, 상기 음극집전체(52a)의 상단부와 상기 음극탭(55)을 감싸는 보호테이프(56)의 하단부 사이에는 부품의 공용화나 조립의 용이성등으로 인하여 상기 음극탭(55)이 노출되는 영역(55a)이 존재하고 있다.
상기 제3 및 제4 절연테이프(530)(540)의 폭은 상기 전면 및 배면음극무지부(52d)(52e)의 폭, 실질적으로 음극집전체(52a)의 폭(W1)과, 상기 음극집전체(52a)의 상단부와 상기 음극탭(55)을 감싸는 보호테이프(56)의 하단부 사이에서 상기 음극탭(55)이 노출되는 영역(55a)의 폭(W2)을 수용가능하다. 더욱이, 상기 절연테이프(530)(540)는 상기 음극탭(55)이 노출되는 부분과 반대되는 부분의 음극집전체(52a)로도 일정 길이 연장된 폭(W3)을 가지도록 형성되는 것이 극판끼리의 단락이나, 극판과 케이스의 단락을 방지하기 위해서는 더욱 바람직하다고 할 것이다. 이에 따라, 상기 제3 및 제4 절연테이프(530)(540)가 부착되는 폭은 상기 음극집전체(52a)의 그것보다 상대적으로 크다고 할 수 있다. 한편, 상기 제5 절연테이프(550)도 상기 제3 및 제4 절연테이프(530)(540)와 공히 동일한 폭을 가지도록 형성되어 있다.
이렇게 제3 내지 제4 절연테이프(530)(540)의 폭이 음극집전체(52a)의 그것보다 상대적으로 크게 형성되는 것은 전술한 바대로 상기 음극집전체(52a)의 일면에 용접고정된 음극탭(55)의 외면에 형성되는 보호테이프(56)의 하단부로부터 음극집전체(52a)의 상단부 사이에 노출되는 음극탭(55)의 노출되는 영역(55a)을 완전히 밀폐시키기 위해서이다.
상기 음극탭(55)의 노출영역(55a)은 추후 전지를 제조시 상기 음극탭(55)이 케이스의 외부로 인출시 케이스의 밀봉되는 면에 접촉되는 부분이다. 통상적으로, 파우치 형태의 케이스는 고분자 수지로 된 내장층과, 금속박판으로 된 중간층과, 고분자 수지로 된 외장층의 다중층 구조이다. 상기 노출영역(55a)은 케이스에서 절연성을 가진 내장층이 파괴되어 노출되는 중간층, 이를테면 알루미늄 박판과 직접 접촉이 가능한 부분이다. 이러한 영역은 상기 제3 및 제4 절연테이프(530)(540)에 의하여 절연가능하다. 또한, 음극탭(55)의 가장자리에 발생하는 버어에 의한 단락도 상기 절연테이프(530)(540)에 의하여 방지할 수 있을 것이다.
이와 동시에, 상게 제5 절연테이프(550)는 상기 음극판(52)이 양극판(51,도 6참조)과의 접촉되는 것을 미연에 방지할 수 있다. 이것은 극판(51)(52)간의 사이에 개재되는 세퍼레이터(53)의 수축등의 변형으로 극판(51)(52)간의 접촉시 이를 사전에 차단할 수 있다.
이와 같은 구조를 가지는 본 발명에 따른 이차전지의 전지부의 제조과정을 도 4 내지 6을 참조하여 간략하게 설명하면 다음과 같다.
여기서, 전지부의 도면부호는 도 5를 참조하여 표기하기로 한다.
상기 양극판(51)은 하나의 양극집전체(51a)를 마련하고, 그 양면에 선택적으로 전면 및 배면양극쉬트(51b)(51c)를 코팅한다. 상기 음극판(52)도 하나의 음극집전체(52a)를 마련하고, 그 양면에 선택적으로 전면 및 배면양극쉬트(52b)(52c)를 코팅한다. 또한, 상기 양극 및 음극판(51)(52) 사이에 설치되는 세퍼레이터(53)를 준비한다.
이때, 상기 양극판(51)에는 양극집전체(51a)의 양 면에 전면 및 배면양극쉬트(51b)(51c)가 형성되지 않은 영역인 적어도 하나 이상의 전면 및 배면양극무지부(51d)(51e)를 형성시킨다. 상기 전면양극무지부(5d)에는 양극탭(54)이 용접고정되며, 양극탭(54)의 단부에는 보호테이프(54)가 감싸져 있다. 또한, 상기 음극판(31)에도 음극집전체(52a)의 양면에 전면 및 배면음극쉬트(52b)(52c)가 형성되지 않은 영역인 적어도 하나 이상의 전면 및 배면음극무지부(52d)(52e)를 형성시킨다. 상기 배면음극무지부(52e)에도 보호테이프(56)로 감싸진 음극탭(55)이 용접고정시킨다.
이러한 상기 양극 및 음극집전체(51a)(52b)에는 양극 및 음극판(51)(52)간의 단락과, 극판(51)(52)과 케이스(42)와의 단락 또는 부식을 방지하기 위하여 양극및 음극무지부의 상면에 다수개의 절연테이프(500)가 부착된다.
상기 절연테이프(500)는 상기 양극 및 음극집전체(51a)(52a)에 형성된 양극 및 음극무지부(51d)(51e)(52d)(52e)의 영역에 선택적으로 부착된다. 특히, 상기 절연테이프(500)는 상기 양극 및 음극무지부(51d)(52e)의 영역중 상기 양극 및 음극탭(54)(55)이 부착된 부분은 양극 및 음극집전체(51a)(52a)의 영역과, 상기 집전체(51a)(52a)의 상단부로 돌출한 상기 양극 및 음극탭(54)(55)을 감싸는 밀봉테이프(56)의 하단부에 노출되는 양극 및 음극탭 부분을 공히 커버가능하도록 부착되어진다.
이렇게 전지부(50)를 제조한 다음에는, 이들을 양극판(51), 세퍼레이터(53), 음극판(52), 세퍼레이터(53) 순으로 배치시킨다. 이어서, 상기 전지부(50)를 와인딩시켜서 젤리롤 타입으로 완성하게 된다. 완성된 전지부(50)는 도 4에 도시된 바와 같은 케이스(42)내에 장착하고, 상기 케이스(42)의 밀폐면(42a)를 열융착하여 전지를 완성하게 된다.
여기서, 케이스의 밀폐면(42a)에는 외부단자와 전기적으로 접속되는 단부가 외부로 인출된 양극 및 음극탭(54)(55)이 접촉되어 있다. 이때, 양극 및 음극탭(54)(55)의 하부, 즉, 밀봉테이프(56)의 하단부로부터 양극 및 음극집전체(51a)(52a)과의 상단부에 노출되는 양극 및 음극탭(54)(55)이 노출되는 영역에는 다수개의 절연테이프(500)가 절연가능하도록 부착되어 있다.
이때, 다중층의 구조를 가지는 케이스(42)중 절연성을 가지는 내장층이 파괴되어서 중간층인 금속박판이 노출될 경우에는, 이 금속박판과 양극 및음극탭(54)(55)이 노출되는 영역이 상호 접촉하게 되어서 단락이 발생하게 된다. 또한, 케이스(42)의 금속박판과 양극 및 음극탭(34)(35)중 어느 하나의 탭이 노출되는 영역과 접촉하는 경우에는 케이스(42) 내부의 주입된 전해액이 침투하여 금속박판과 탭과의 산화전위 차이에 의하여 금속박판이 지속적으로 부식이 진행될 가능성이 있다.
한편, 전지부(50)가 양극판(51), 세퍼레이터(53), 음극판(52)순으로 와인딩시 세퍼레이터(53)의 수축등의 현상으로 양극판(51)과 음극판(52)의 상호 접촉이 발생하게 되어서 단락이 발생할 수도 있다.
이러한 단락이나 부식현상은 상기 양극 및 음극판(31)(32)에 형성된 다수개의 무지부에 부착된 절연테이프(500)에 의하여 미연에 방지할 수 있다.
이상의 설명에서와 같이 본 발명의 전지부와 이를 채용한 이차전지는 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.
첫째, 양극 및 음극집전체상에 용접고정된 양극 및 음극탭상에 절연테이프가 부착되어 있으므로, 케이스의 내부 절연층이 파괴되어서 케이스의 금속박판과 탭이 노출되는 영역과의 접촉으로 인하여 발생가능한 단락이나 부식을 미연에 방지할 수 있다.
둘째, 양극 및 음극판중 전면 및 배면전극쉬트가 선택적으로 형성되지 않은 영역인 다수개의 극판무지부에 절연테이프가 부착되어 있으므로, 전지의 이상유무로 인하여 세퍼레이터가 용해되거나 수축현상이 발생시에도 양극 및 음극판이 절연테이프에 의하여 직접적으로 접촉하지 않으므로 전지의 안정성과 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
셋째, 양극 및 음극탭상에 절연테이프가 부착되어 있으므로, 전지가 충격에 의하여 케이스에 대한 양극 및 음극탭의 융착부가 약화되는 것을 방지함과 동시에, 탭의 이탈현상을 방지하게 된다.
본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims (29)

  1. 양극집전체와, 상기 양극집전체의 양면에 선택적으로 형성되며, 양극활물질을 주성분으로 하는 양극쉬트와, 양극집전체의 양극무지부에 용접되며, 양극집전체로부터 외부로 돌출된 부분에 보호테이프가 감싸고 있는 양극탭을 구비한 양극판;
    음극집전체와, 상기 음극집전체의 양면에 선택적으로 형성되며, 음극활물질을 주성분으로 하는 음극쉬트와, 음극집전체의 음극무지부에 용접되며, 음극집전체로부터 외부로 돌출된 부분에 보호테이프가 감싸고 있는 음극탭을 구비한 음극판;
    상기 양극판과 음극판 사이에 개재되는 세퍼레이터; 및
    상기 양극탭이 형성된 영역의 양극집전체의 전면 및 배면에는 제1 및 제2 단락방지수단이 그 상면에 부착되고, 상기 음극탭이 형성된 영역의 음극집전체의 전면 및 배면에는 제3 및 제4 단락방지수단이 그 상면에 부착되며,
    상기 제1 내지 제4 단락방지수단의 폭은 상기 양극 및 음극집전체의 폭보다 상대적으로 큰 폭을 가지는 다수의 단락방지수단;을 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지의 전지부.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 단락방지수단은 상기 양극집전체와, 상기 양극집전체의 상단부와 상기 양극탭을 감싸는 보호테이프의 하단부 사이에 상기 양극탭이 노출되는 영역을 다같이 커버가능한 폭으로 형성된 것을 특징으로 하는 이차전지의 전지부.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 단락방지수단은 상기 양극탭이 부착된 양극집전체의 일 가장자리로부터 상기 양극무지부와 양극전극쉬트의 경계부까지의 영역을 다같이 커버할 수 있는 길이로 형성된 것을 특징으로 하는 이차전지의 전지부.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제3 및 제4 단락방지수단은 상기 음극집전체와, 상기 음극집전체의 상단부와 상기 음극탭을 감싸는 보호테이프의 하단부 사이에 상기 음극탭이 노출되는 영역을 다같이 커버가능한 폭으로 형성된 것을 특징으로 하는 이차전지의 전지부.
  11. 삭제
  12. 제1항에 있어서,
    상기 제3 및 제4 단락방지수단은 상기 음극탭이 부착된 음극집전체의 일 가장자리로부터 상기 음극무지부와 음극전극쉬트의 경계부까지의 영역을 다같이 커버할 수 있는 길이로 형성된 것을 특징으로 하는 이차전지의 전지부.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 단락방지수단은 내열성의 고분자수지로 된 절연테이프인 것을 특징으로 하는 이차전지의 전지부.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 단락방지수단은 폴리에스테르인 것을 특징으로 하는 이차전지의 전지부.
  15. 양극판과, 세퍼레이터와, 음극판이 권회된 전지부;
    상기 양극판과 전기적으로 연결되며, 양극판으로부터 외부로 돌출된 부분에 보호테이프가 감싸진 양극탭;
    상기 음극판과 전기적으로 연결되며, 음극판으로부터 외부로 돌출된 부분에 보호테이프가 감싸진 음극탭;
    상기 전지부가 수용되는 공간부를 가지는 케이스;를 포함하고,
    상기 양극 및 음극판은 양극 및 음극집전체와, 그 양면에 각각 형성된 양극 및 음극활물질을 주성분으로 하는 양극 및 음극쉬트를 가지며,
    상기 양극 및 음극집전체의 양극 및 음극무지부에는 양극 및 음극집전체의 폭보다 상대적으로 큰 폭을 가지며, 상기 양극 및 음극집전체의 영역과, 상기 양극 및 음극집전체의 상단부와, 보호테이프의 사이에 양극 및 음극탭이 노출되는 영역을 다같이 커버할 수 있는 폭으로 된 다수의 단락방지수단이 형성된 것을 특징으로 하는 이차전지.
  16. 삭제
  17. 제15항에 있어서,
    상기 단락방지수단은 내열성의 고분자수지로 된 절연테이프인 것을 특징으로 하는 이차전지.
  18. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 단락방지수단은 양극탭이 형성된 영역의 양극집전체와, 양극무지부와 양극쉬트와의 경계부 영역을 동시에 커버하는 것을 특징으로 하는 이차전지의 전지부.
  19. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 단락방지수단은 양극탭이 형성된 영역의 양극집전체와, 양극무지부와 양극쉬트와의 경계부 영역을 각각 커버하는 것을 특징으로 하는 이차전지의 전지부.
  20. 제1항에 있어서,
    상기 제3 및 제4 단락방지수단은 음극탭이 형성된 영역의 음극집전체와, 음극무지부와 음극쉬트와의 경계부 영역을 동시에 커버하는 것을 특징으로 하는 이차전지의 전지부.
  21. 제1항에 있어서,
    상기 제3 및 제4 단락방지수단은 음극탭이 형성된 영역의 음극집전체와, 음극무지부와 음극쉬트와의 경계부 영역을 각각 커버하는 것을 특징으로 하는 이차전지의 전지부.
  22. 양극집전체와, 상기 양극집전체의 양면에 선택적으로 형성되며, 양극활물질을 주성분으로 하는 양극쉬트와, 양극집전체의 양극무지부에 용접되며, 양극집전체로부터 외부로 돌출된 부분에 보호테이프가 감싸고 있는 양극탭을 구비한 양극판;
    음극집전체와, 상기 음극집전체의 양면에 선택적으로 형성되며, 음극활물질을 주성분으로 하는 음극쉬트와, 음극집전체의 음극무지부에 용접되며, 음극집전체로부터 외부로 돌출된 부분에 보호테이프가 감싸고 있는 음극탭을 구비한 음극판;
    상기 양극판과 음극판 사이에 개재되는 세퍼레이터; 및
    상기 양극탭이 형성된 영역의 양극집전체의 전면 및 배면에는 제1 및 제2 단락방지수단이 그 상면에 부착되고, 상기 제1 및 제2 단락방지수단의 폭은 상기 양극집전체의 폭보다 상대적으로 큰 폭을 가지는 다수의 단락방지수단;을 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지의 전지부.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 단락방지수단은 상기 양극집전체와, 상기 양극집전체의 상단부와 상기 양극탭을 감싸는 보호테이프의 하단부 사이에 상기 양극탭이 노출되는 영역을 다같이 커버가능한 폭으로 형성된 것을 특징으로 하는 이차전지의 전지부.
  24. 제22항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 단락방지수단은 양극탭이 형성된 영역의 양극집전체와, 양극무지부와 양극쉬트와의 경계부 영역을 동시에 커버하는 것을 특징으로 하는 이차전지의 전지부.
  25. 제22항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 단락방지수단은 양극탭이 형성된 영역의 양극집전체와, 양극무지부와 양극쉬트와의 경계부 영역을 각각 커버하는 것을 특징으로 하는 이차전지의 전지부.
  26. 양극집전체와, 상기 양극집전체의 양면에 선택적으로 형성되며, 양극활물질을 주성분으로 하는 양극쉬트와, 양극집전체의 양극무지부에 용접되며, 양극집전체로부터 외부로 돌출된 부분에 보호테이프가 감싸고 있는 양극탭을 구비한 양극판;
    음극집전체와, 상기 음극집전체의 양면에 선택적으로 형성되며, 음극활물질을 주성분으로 하는 음극쉬트와, 음극집전체의 음극무지부에 용접되며, 음극집전체로부터 외부로 돌출된 부분에 보호테이프가 감싸고 있는 음극탭을 구비한 음극판;
    상기 양극판과 음극판 사이에 개재되는 세퍼레이터; 및
    상기 음극탭이 형성된 영역의 음극집전체의 전면 및 배면에는 제3 및 제4 단락방지수단이 그 상면에 부착되고, 상기 제3 및 제4 단락방지수단의 폭은 상기 음극집전체의 폭보다 상대적으로 큰 폭을 가지는 다수의 단락방지수단;을 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지의 전지부.
  27. 제26항에 있어서,
    상기 제3 및 제4 단락방지수단은 상기 음극집전체와, 상기 음극집전체의 상단부와 상기 음극탭을 감싸는 보호테이프의 하단부 사이에 상기 음극탭이 노출되는 영역을 다같이 커버가능한 폭으로 형성된 것을 특징으로 하는 이차전지의 전지부.
  28. 제26항에 있어서,
    상기 제3 및 제4 단락방지수단은 음극탭이 형성된 영역의 음극집전체와, 음극무지부와 음극쉬트와의 경계부 영역을 동시에 커버하는 것을 특징으로 하는 이차전지의 전지부.
  29. 제26항에 있어서,
    상기 제3 및 제4 단락방지수단은 음극탭이 형성된 영역의 음극집전체와, 음극무지부와 음극쉬트와의 경계부 영역을 각각 커버하는 것을 특징으로 하는 이차전지의 전지부.
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