KR100502353B1 - 전지 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전극탭이 용이하게 절단되지 않는 전지를 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한 본 발명은 제조비용이 절감되는 전지를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은:

양극판, 음극판, 및 상기 양극판과 음극판을 절연시키는 세퍼레이터를 구비한 전극조립체;

상기 전극조립체를 수납하는 파우치;

상기 양극판 및 음극판과 각각 연결되고, 상기 파우치의 외부로 연장된 외측부를 구비한 전극탭들; 및

상기 전극탭들 각각의 외측단부들과 연결된 보호회로부;를 구비한 전지로서,

상기 전극탭들의 외측부는 권취된 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 전지를 제공한다.

Description

전지{Battery}

본 발명은 전지에 관한 것으로서, 더 상세하게는 전극조립체가 파우치 내에 수납되는 전지에 관한 것이다.

통상적으로, 충전 및 방전이 가능한 이차 전지는 셀룰라 폰, 노트북 컴퓨터, 캠코더등 휴대용 전자 기기의 개발로 활발한 연구가 진행중이다. 이러한 이차 전지로는 니켈-카드뮴 전지, 니켈-메탈 하이드라이드 전지, 니켈-수소 전지, 리튬 이차 전지등을 들 수 있다. 이중에서, 리튬 이차 전지는 작동 전압이 3.6V로서, 휴대용 전자 기기의 전원으로 많이 사용되고 있는 니켈-카드뮴 전지나, 니켈-메탈 하이드라이드 전지에 비하여 우수하고, 단위 중량당 에너지 밀도의 특성도 우수하여서 각광받고 있다.

리튬 이차 전지는 전해액의 종류에 따라 액체 전해질 전지와, 고분자 전해질 전지로 분류할 수 있다. 일반적으로는, 액체 전해질을 사용하는 전지를 리튬 이온 전지라 하고, 고분자 전해질을 사용하는 전지를 리튬 폴리머 전지라고 한다.

리튬 이차 전지는 다양한 형태로 제조가능한데, 파우치형의 리튬 폴리머 전지가 부피 및 무게 등의 측면에서 캔형의 리튬 폴리머 전지보다 유리하여 휴대용 전자 기기의 슬림화 및 경량화에 유리하다.

후술하는 본 발명은 상기 리튬 이차 전지에 적용할 수 있는 것이지만, 이에 한정되는 것은 아니다.

도 1 에는 한국특허출원 제2002-80873호에 개시된 종래의 전지가 도시되어 있다. 이 전지는 파우치(40) 내에 수납된 전극조립체(10)의 양극판 및 음극판과 각각 연결되고 파우치 외부로 연장되어 'S'자 형태로 접힌 전극탭(20)을 구비한다. 상기 파우치는 주로 알루미늄으로 형성되는 금속층(40a)과 그 양면으로 각각 형성된 제1,2절연층(40b, 40c)을 구비하는데, 파우치가 절단된 단부(40d)에는 상기 금속층이 노출된 노출면(40aa)이 존재하게 된다. 이 노출면과 상기 전극탭(20)이 단락되면 전지가 오작동하거나 또는 손상될 수 있는바, 이들은 서로 절연되어야 하고, 따라서 상기 전극탭의 양면에는 절연층(23)이 형성된다.

그러나 상기와 같이 'S'자 형태로 접힌 전극탭은 그 접힌 부위, 즉 제1꺽임부(A) 및 제2꺽임부(B)의 꺽인 각도가 날카로운 예각이어서, 상기 전극탭을 꺽어서 상기 제1,2꺽임부를 형성함에 있어서 또는 그 이후의 공정에 있어서 제1,2꺽임부가 절단될 수 있다는 문제점이 있었다.

또한 상기와 같이 접히는 전극탭의 경우에는, 파우치의 비접합부들(41ab, 42ab)에 인접한 두 개의 파우치 단부(40d)들의 금속층 노출면(40aa)이 상기 전극탭과 닿아서 단락될 가능성이 높다. 이러한 단락을 충분히 방지하기 위하여는 전극탭의 양면에 절연층(23)을 형성하여야 하는바, 이 경우에는 절연층이 다소 많이 사용되어 제조비용절감에 장애가 된다는 단점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하여, 전극탭이 용이하게 절단되지 않는 전지를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한 본 발명은 제조비용이 절감되는 전지를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은:

양극판, 음극판, 및 상기 양극판과 음극판을 절연시키는 세퍼레이터를 구비한 전극조립체;

상기 전극조립체를 수납하는 파우치;

상기 양극판 및 음극판과 각각 연결되고, 상기 파우치의 외부로 연장된 외측부를 구비한 전극탭들; 및

상기 전극탭들 각각의 외측단부들과 연결된 보호회로부;를 구비한 전지로서,

상기 전극탭들의 외측부는 권취된 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 전지를 제공한다.

상기 전극탭들의 외측부는 'e'형상으로 권취되는 것이 바람직하다.

상기 전극탭의 내측면과 외측면 중 내측면에만 절연층이 형성될 수 있다.

상기 전극탭의 내측면과 외측면 모두에 절연층이 형성될 수 있다.

이어서, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.

도 2 에는 본 발명에 따른 전지의 분해사시도가 도시되어 있는바, 이 전지는 전극조립체(10) 및 상기 전극조립체를 수납하는 파우치(40)를 구비한다. 상기 전극조립체(10)는 양극판(11), 음극판(13), 및 상기 양극판과 음극판을 절연시키는 세퍼레이터(12)를 구비하는데, 도 2 에 도시된 바와 같이 양극판, 음극판, 및 세퍼레이터가 권취된 형태는 젤리롤형(jellyroll type) 전지라고 하고, 양극판, 음극판, 및 세퍼레이터를 각각 소정의 크기로 절단하여 적층배치한 것을 적층형(stack type)이라고 한다. 비록 도 2 에는 젤리롤형 전지가 도시되었으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니고 적층형전지도 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는다.

상기 양극판(11)은 예를 들어 알루미늄으로 얇게 형성된 양극집전체와, 리튬계 산화물을 주성분으로 하여 바인더, 가소제(可塑劑, plasticizer), 도전재 등이 혼합되어 형성되고 상기 양극집전체 상에 코팅된 양극조성물을 구비한다.

상기 음극판(13)은 예를 들어 구리막으로 얇게 형성된 음극집전체와, 탄소재를 주성분으로 하여 바인더, 가소제, 도전재 등이 혼합되어 형성되고 상기 음극집전체 상에 코팅된 음극조성물을 구비한다.

상기 세퍼레이터(12)는 폴리 에틸렌, 폴리 프로필렌, 또는 폴리 에틸렌과 폴리 프로필렌의 복합 필름으로 이루어져 있는데, 이는 양극판(11)과 음극판(13) 간의 절연을 위하여 양극판과 음극판 사이에 배치되어 있다. 이 세퍼레이터(34)는, 상기 양극판 및 음극판을 충분히 안정적으로 절연시키기 위하여, 그 폭을 양극판 또는 음극판보다 넓게 하는 것이 유리하다.

상기 파우치(40)는 알루미늄과 같은 금속으로 형성된 금속층(40a)과, 이 금속층의 양면에 폴리머 등과 같은 절연성 소재로 형성된 제1,2절연층(40b, 40c)으로 구성된다. 상기 파우치는 크게 상부(41)과 하부(42)로 구분될 수 있는바, 이 상부와 하부의 사이에는 전극조립체를 수납할 수 있는 공간이 형성된다.

전극조립체는 이에 연결된 전극탭(20)의 외측부(22)가 파우치의 외부로 연장된 상태에서 파우치 내에 수납되며, 수납된 후에는 파우치의 상측주변부(41a)와 하측주변부(42a)가 서로에 대해 열융착됨으로써 전극조립체가 밀봉된다. 상기 전극탭의 일측면 또는 양측면에는 상기 열융착을 하기 전에 절연층(23)이 형성되어 있는데, 이 절연층은 통상 절연테이프를 전극탭에 붙임으로써 형성된다.

상기 전극탭(20)들은 양극판(11) 및 음극판(13)과 각각 연결되고, 또한 상기 파우치의 외부로 연장된 외측부(22)를 구비한다. 상기 외측부의 끝에 위치된 외측단부(22a)들은 보호회로부(30)의 연결부(31a)와 용접되는데, 상기 보호회로부는 보호회로기판(31)과 보호회로칩(32) 등을 구비하며, 상기 전극탭들에 과전류가 흐르는 등의 오작동 시에 전류의 흐름을 차단하여 사용자를 불의의 사고로부터 보호하거나 또는 전지의 파손을 방지하는 기능을 수행한다.

도 3 에는 상기 전지가 조립된 상태에서의 단면도가 도시되어 있다. 도 3에서 상측주변부(41a)와 하측주변부(42a)는 각각 접합부(41aa, 42aa) 및 비접합부(41ab, 42ab)로 구분되는데, 상기 접합부는 상기 열융착에 의하여 서로 접합되는 부분이고 비접합부는 접합되지 않는 부분을 가리킨다. 이와 같이 상,하측주변부에 대략 0.5mm 정도의 폭을 갖는 비접합부를 둔 것은, 열융착할 때에 파우치(40)의 제1절연층(40b)이 용융되어 외부로 밀려나오는 것을 방지하기 위한 것이다. 상기 비접합부는 서로 융착되지 않기 때문에 도 3 에 도시된 바와 같이 서로에 대해 다소 벌어진 상태인 것이 일반적이다.

도 3 에 도시된 전지의 전극탭 외측부(22)는 도 4 에 도시된 바와 같이 권취된다. 종래의 전지에 있어서는 상기 외측부가 'S'자 형상으로 절곡되었는바, 이 경우에는 절곡된 제1꺽임부(A) 및 제2꺽임부(B)가 접히는 형태를 갖게 되었고, 따라서 이 부분의 강도가 취약하여 전지의 제조공정 중에 절단되는 등의 문제점이 있었다. 그러나 본 발명과 같이 상기 전극탭 외측부가 권취되는 경우에는 절곡된 제1꺽임부(C) 및 제2꺽임부(D)가 접히지 않고 완만하게 절곡되므로 이 부분들이 뜻하지 않게 절단될 가능성은 매우 낮아지게 된다. 또한 종래의 경우에는 'S'자 형태로 절곡하여야 하는 바, 그 절곡의 위치를 적절히 정한다음에 절곡해야 하는 공정상의 불편함이 있었으나, 본 발명의 경우에는 보호회로부를 중심으로 권취하면 되므로 공정이 편리하게 된다는 장점이 있다.

상기 전극탭 외측부(22)가 권취되는 횟수는 특별한 제한이 없으나, 반회만 권취하면 종래의 경우와 같이 제1꺽임부가 접히게 될 수 있으므로, 적어도 1회 권취하는 것으로 한다. 한편, 1회를 초과하여 권취하면 권취된 부분의 두께가 증가하게 되어 바람직하지 않으므로, 본 실시예에 있어서는 1회만 권취하는 것으로 한다. 본 실시예와 같이 전극탭 외측부(22)를 1회 권취하게 되면, 그 권취된 단면은 도 4 에 도시된 바와 같이 'e'형상을 갖게 된다.

전극탭 외측부가 상기와 같이 권취되는 경우에는 전극탭의 외측면(20b)이 파우치 상부(41)의 비접합부(41ab)로부터 이격되게 된다. 이 경우에는 전극탭 외측면이 상기 비접합부(41ab)의 금속층의 노출면(40aa)과 단락될 가능성이 적은바, 상기 전극탭의 내측면(20a)에만 절연층(23)을 형성하고 외측면에는 절연층을 형성하지 않아도 된다. 이와 같이 전극탭 내측면에만 절연층을 형성하는 경우에는, 전극탭 외측면에 형성될 절연층 만큼의 절연층 재료를 절감할 수 있으므로 제조비용의 절감에 기여하게 된다. 또한 전극탭이 권취된 부분의 두께도 감소되므로 전지의 소형화에도 기여하게 된다는 장점이 있다.

한편 전극탭 외측부가 상기와 같이 권취되는 경우라도 상기 파우치 상부(41)의 비접합부(41ab)의 폭이 짧은 경우 등에는, 전극탭 외측면이 상기 비접합부(41ab)의 금속층의 노출면(40aa)과 단락될 가능성이 다소 있을 수 있는데, 이 경우에는 상기 전극탭 외측면에도 절연층을 형성함으로써 단락의 가능성을 배제할 수 있다.

본 발명에 의하여 용이하게 절단되지 않는 전극탭을 구비한 전지가 제공되고, 따라서 전지의 불량률이 저감된다.

또한 전극탭의 절곡 공정이 간단하게 되므로, 공정에 소요되는 비용 및 시간을 절감할 수 있으며, 공정자동화도 용이하게 된다.

나아가 전극탭의 일측면에만 절연층을 형성하는 경우에는, 절연층을 형성하는 재료를 절감할 수 있으므로 제조비용이 절감되고, 또한 전지의 소형화도 용이하게 된다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

도 1 은 종래의 전지를 도시하는 단면도이고,

도 2 는 본 발명에 따른 전지를 도시하는 분해사시도이고,

도 3 은 도 2 의 Ⅲ-Ⅲ선을 따라 취하되, 조립된 상태를 도시하는 단면도이고,

도 4 는 본 발명에 따른 전지의 전극탭이 권취된 상태를 도시하는 단면도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

10: 전극조립체 20: 전극탭

22: 전극탭의 외측부 22a: 전극탭의 외측단부

23: 절연층 30: 보호회로부

40: 파우치 40a: 금속층

40aa: 금속층의 노출면 40b, 40c: 절연층

A, C: 제1꺽임부 B, D: 제2꺽임부

Claims (4)

1. 양극판, 음극판, 및 상기 양극판과 음극판을 절연시키는 세퍼레이터를 구비한 전극조립체;

   상기 전극조립체를 수납하는 파우치;

   상기 양극판 및 음극판과 각각 연결되고, 상기 파우치의 외부로 연장된 외측부를 구비한 전극탭들; 및

   상기 전극탭들 각각의 외측단부들과 연결된 보호회로부;를 구비한 전지에 있어서,

   상기 전극탭들의 외측부는 권취된 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 전지.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 전극탭들의 외측부는 'e'형상으로 권취된 것을 특징으로 하는 전지.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 전극탭의 내측면과 외측면 중 내측면에만 절연층이 형성된 것을 특징으로 하는 전지.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 전극탭의 내측면과 외측면 모두에 절연층이 형성된 것을 특징으로 하는 전지.