KR100515836B1 - 전지 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 파우치를 해체하지 않고 열중합공정을 거쳤는지를 알 수 있는 전지를 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한 본 발명은 양극판과 음극판 간의 단락불량을 쉽게 알 수 있는 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; 및 상기 양극판 및 음극판과 각각 연결되고, 상기 파우치의 외부로 연장된 전극탭들;을 구비한 전지로서, 상기 파우치의 외면에는 열감응부가 형성된 것을 특징으로 하는 전지를 제공한다.

Description

전지{Battery}

본 발명은 전지에 관한 것으로서, 더 상세하게는 열감응부를 구비한 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.

한편 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.

도 1 에는 상기 파우치형의 전지가 도시되어 있는데, 이 전지는 전극조립체(20), 상기 전극조립체의 양극판 및 음극판 각각과 연결되어 인출된 전극탭들(24), 및 상기 전극조립체를 수용하는 파우치(10)를 구비한다. 이 파우치형 전지에 액체 전해질이 사용되는 경우에는, 전지의 제조공정에 있어서 상기 파우치의 주변부(13) 등의 파손으로 인하여 전해액이 파우치 외부로 누출될 염려가 있는데 전해액이 누설되면 그 주변에 있는 다른 전지 또는 제조설비를 오염시킨다는 문제가 있다. 이와 같은 관점에서 전지에는 누설된 염려가 없는 겔화된 고분자 전해질이 사용되는 것이 바람직한데, 고분자 전해질을 사용하는 전지의 경우에는 고분자 전해질 형성용 조성물을 열중합시킴으로써 겔화시켜야 한다.

한편 전지 제조공장에는 각 제조단계를 거친 다수의 전지가 존재하는 것이 일반적인바, 어느 전지들이 열중합공정을 거쳤고 어느 전지들이 열중합공정을 거치지 않았는가를 알 필요가 있는 경우가 있는데, 종래의 전지의 경우에는 특정 무리의 전지 중에서 일 전지를 임의로 선택해서 그 파우치를 해체함으로써 전해질이 겔 상태인지를 확인해야 그 전지가 속한 무리의 전지들이 열중합공정을 거쳤는지 알 수 있었다. 그러나 이 경우에는 상기 파우치가 해체된 전지는 사용될 수 없다는 문제점이 있었다.

또한 전지에 있어서 파우치 내부의 양극판과 음극판이 단락되는 불량이 발생하는 경우에는 전지의 온도가 상승하는데, 종래에는 전지의 표면온도를 온도계 등으로 측정하는 등의 번거로운 방법에 의해서 그 불량여부를 감지할 수 있다는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하여, 파우치를 해체하지 않고 열중합공정을 거쳤는지를 알 수 있는 전지를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한 본 발명은 양극판과 음극판 간의 단락불량을 쉽게 알 수 있는 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; 및 상기 양극판 및 음극판과 각각 연결되고, 상기 파우치의 외부로 연장된 전극탭들;을 구비한 전지로서, 상기 파우치의 외면에는 열감응부가 형성된 것을 특징으로 하는 전지를 제공한다.

상기 열감응부는 가역성 열감응부와 비가역성 열감응부를 구비하는 것이 바람직하다.

상기 열감응부는 파우치의 외면에 부착된 열감응테이프 또는 파우치의 외면에 코팅된 열감응층일 수 있고, 특히 상기 가역성 열감응부는 파우치의 외면에 부착된 열감응테이프이고 비가역성 열감응부는 파우치의 외면에 코팅된 열감응층인 것이 바람직하다.

또한 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은: 양극판, 음극판, 및 상기 양극판과 음극판을 절연시키는 세퍼레이터를 구비한 전극조립체; 상기 전극조립체를 수납하는 파우치; 및 상기 양극판 및 음극판과 각각 연결되고, 상기 파우치의 외부로 연장된 전극탭들;을 구비한 전지로서, 상기 전극탭들 중의 적어도 하나에는 열감응부가 형성된 것을 특징으로 하는 전지를 제공한다.

상기 전극탭들 중의 하나에는 가역성 열감응부가 형성되고, 다른 하나에는 비가역성 열감응부가 형성되는 것이 바람직하다.

상기 열감응부는 상기 파우치와 전극탭을 절연시키는 절연층과 일체로 형성될 수 있고, 절연층과를 별도로 전극탭에 부착된 열감응테이프 또는 전극탭에 코팅된 열감응층일 수 있다. 특히 상기 가역성 열감응부는 전극탭의 외면에 부착된 열감응테이프인 것이 바람직하고, 상기 비가역성 열감응부는 상기 파우치와 전극탭을 절연시키는 절연층과 일체로 형성되는 것이 바람직하다.

이어서, 도 2 를 참조하여 본 발명의 제1실시예를 상세히 설명한다.

도 2 에는 본 발명에 따른 전지의 사시도가 도시되어 있는바, 이 전지는 전극조립체(20) 및 상기 전극조립체를 수납하는 파우치(10)를 구비한다. 상기 전극조립체(20)는 양극판(21), 음극판(22), 및 상기 양극판과 음극판을 절연시키는 세퍼레이터(23)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(21)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(22)은 예를 들어 구리막으로 얇게 형성된 음극집전체와, 탄소재를 주성분으로 하여 바인더, 가소제, 도전재 등이 혼합되어 형성되고 상기 음극집전체 상에 코팅된 음극조성물을 구비한다.

상기 세퍼레이터(23)는 폴리 에틸렌, 폴리 프로필렌, 또는 폴리 에틸렌과 폴리 프로필렌의 복합 필름으로 이루어져 있는데, 이는 양극판(21)과 음극판(22) 간의 절연을 위하여 양극판과 음극판 사이에 배치되어 있다. 이 세퍼레이터(23)는, 상기 양극판 및 음극판을 충분히 안정적으로 절연시키기 위하여, 그 폭을 양극판 또는 음극판보다 넓게 하는 것이 유리하다.

상기 파우치(10)는 상면부(11), 상면부와 대향하는 하면부(12), 상면부와 하면부가 서로 융착된 주변부(13), 및 상면부과 주변부에 대하여 직교하고 이들을 연결하는 측면부(14)로 구분될 수 있는바, 상기 상면부와 하면부의 사이에 전극조립체가 수납되어 파우치 내에 밀봉된다.

상기 전극탭(24)으로는 양극판과 연결되는 양극탭과, 음극판과 연결되는 음극탭이 있으며, 이들은 상기 파우치의 외부로 연장된다. 이 전극탭의 일측면 또는 양측면에는 절연층(25)이 형성되어 있는데, 이 절연층은 절연테이프를 전극탭에 붙임으로써 형성되는 것이 일반적이다.

본 실시예에 따른 전지의 파우치(10)의 외면에는 열감응부가 형성되어 있다. 도 2 에는 열감응부(130)가 상기 외면 중 파우치의 상면부(11)에 형성되어 있는 것으로 도시되어 있으나 이에 한정되는 것은 아니며, 열감응부는 파우치의 하면부(12), 주변부(13), 또는 측면부(14)에 형성되어 있을 수 있다.

상기 열감응부(130)는 비가역성 열감응부(131)와 가역성 열감응부(132)를 구비하는데, 상기 비가역성 열감응부는 일단 소정의 온도를 거치면 그 색깔이 변화하여 온도가 하강하더라도 변화된 색깔을 유지하는 특성을 갖는다. 따라서 소정의 온도 하에서 수행되는 열중합공정을 거친 전지의 비가역성 열감응부는 변화된 색깔의 온도를 갖게 되고, 이는 열중합공정을 거쳤는가를 쉽게 판별할 수 있게 한다. 여기서 소정의 온도라 함은 열중함공정의 온도를 의미하는데, 이는 고분자 전해질 형성용 조성물의 특성과 전지 제조공정 상의 필요에 따라서 정해지며, 통상적으로는 40℃ 내지 100℃ 이다. 상기 비가역성 열감응부는 저옥화수은착염(카멜레온 도료)를 그 주된 성분으로 한다.

상기 가역성 열감응부(132)는 소정의 온도에 의하여 그 색깔이 변화한 후에라도 온도가 하강하면 원래의 색깔로 되돌아오는 특성을 갖는다. 따라서 상기 열중합공정을 거친 후에라도 온도가 하강하면 다시 원래의 색깔을 띠게 되며, 따라서 그 후에 양극판과 음극판 간의 단락으로 인하여 온도가 상승하면 이를 감지할 수 있게 한다. 가역성 열감응부는 양극판과 음극판 간의 단락으로 인한 상승온도, 예를 들면 60-80℃ 정도를 감지할 수 있는 특성을 가지며, 저옥화수은착염(카멜레온 도료)를 그 주된 성분으로 한다.

본 실시예에서는 상기 열감응부(130)가 파우치의 외면에 부착된 열감응테이프인 것으로 한다. 이와 같이 열감응부를 별도의 열감응테이프로 제조하여 파우치의 외면에 부착하면, 종래의 파우치를 달리 제조할 필요없이 그대로 사용할 수 있다는 장점이 있다. 또한 상기 가역성 열감응부는 재활용될 수도 있는바, 예를 들어 전지의 제조가 완료되어 구매자에게 인도하기 전에 가역성 열감응부를 떼어서 다른 전지의 제조공정에 사용할 수도 있다.

본 실시예의 변형예로서 상기 열감응부(130)는 파우치의 외면에 코팅된 열감응층일 수도 있다. 이 경우에는 상기 파우치를 제조한 후에 파우치의 외면에 열감응물질을 도포하고 고착시키는 공정이 필요하다. 이 경우에는 열감응부가 파우치의 외면에 고착되므로, 열감응층이 전지의 제조공정 중에 파우치로부터 떼어지지 않는다는 장점이 있다.

또 다른 변형예로서 상기 열감응부 중 일부는 열감응테이프로 형성되고 다른 일부는 열감응층으로 형성될 수도 있다. 예를 들어 상기 가역성 열감응부는 열감응테이프로 형성되고 비가역성 열감응부는 파우치의 외면에 코팅된 열감응층으로 형성될 수 있는데, 이 경우에는 비가역성 열감응부는 파우치로부터 떼어지지 않고 가역성 열감응부는 재활용될 수 있다는 장점을 갖는다.

도 3 를 참조하되 제1실시예와 다른 사항을 중심으로 본 발명의 제2실시예를 상세히 설명한다. 본 실시예가 상기 제1실시예와 상이한 사항은 열감응부가 상기 전극탭(24)에 형성된다는 것이다. 상기 전극탭은 통상 알루미늄과 같은 금속으로 형성되는바, 이는 전기전도성뿐만 아니라 열전도성도 좋고, 따라서 전극탭의 온도를 측정함으로써 파우치 내부의 온도를 알 수 있다.

도 3 에 도시된 바와 같이 전지는 두 개의 전극탭, 즉 양극탭과 음극탭을 갖는바, 일 전극탭에는 가역성 열감응부가 형성되고, 다른 전극탭에는 비가역성 열감응부가 형성되는 것이 바람직하다. 이와 같이 함으로써 전기가 열중합공정을 거쳤는지의 여부와 파우치 내부에서 전극판들끼리의 단락불량이 발생하였는지를 알 수 있다.

도 3 에 도시된 바와 같이 상기 전극탭(24)의 외면에는 전극탭과 파우치 간의 단락을 방지하기 위한 절연층(125)이 형성되는데, 이 절연층은 전극탭과 함께 파우치의 외부로 충분히 연장되는 것이 바람직하다. 상기 절연층은 통상적으로 상기 전극탭의 외면에 부착된 절연성의 테이프로 형성된다.

본 실시예에서는 상기 열감응부가 절연층(125)과 일체로 형성된 것으로 하는데, 이는 상기 절연층의 외면에 열감응물질이 도포되거나 또는 절연층의 재료에 열감응물질을 혼합되어 있다는 것을 의미한다. 상기 열감응부를 상기 절연층과 별도로 전극탭에 부착하고자 하면 전극탭을 더 길게 연장하여야 할 필요가 있을 수 있고 또한 전극탭을 접을 때 열감응부가 떨어질 수 있으므로, 일반적으로 열감응부는 절연층과 일체로 형성되는 것이 바람직하다.

본 실시예의 변형예로서, 상기 열감응부는 전극탭의 외면에 절연층과 별도로 형성될 수 있다. 열감응부가 절연층과 별도로 형성되는 경우로서는, 열감응부가 별도의 테이프 형태로 제작되어 전극탭에 부착된 열감응테이프이거나 또는 열감응물질이 전극탭에 코팅되어 열감응층을 형성하는 경우를 의미한다. 이 변형예는 특히 가역성 열감응부가 상기 절연층과 별도로 전극탭 상에 형성되는 경우, 특히 열감응테이프로서 형성되는 경우에 바람직한데, 이 경우에는 전지의 제조가 완료된 후에 상기 가역성 열감응부를 떼어서 다른 전지의 제조에 재활용할 수 있다는 장점이 있다.

본 실시예의 다른 변형예로서, 가역성 열감응부는 상기 절연층과는 별도로 제작되어 전극탭의 외면에 부착된 열감응테이프이고, 비가역성 열감응부는 상기 절연층과 일체로 형성된 전지가 제공될 수 있다.

상기 제1실시예 및 그 변형예는 상기 제2실시예 및 그 변형예와 조합될 수 있다.

본 발명에 의하여, 파우치를 해체하지 않고 열중합공정을 거쳤는지를 알 수 있는 전지가 제공된다.

또한 본 발명에 의하여 양극판과 음극판 간의 단락불량을 쉽게 알 수 있는 전지가 제공된다.

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 한다.

도 1 은 종래의 전지를 도시하는 사시도이고,

도 2 는 본 발명의 제1실시예에 따른 전지의 사시도이고,

도 3 은 본 발명의 제2실시예에 따른 전지의 사시도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

10: 파우치 11: 상면부

12: 하면부 13: 주변부

14: 측면부 20: 전극조립체

24: 전극탭 25: 절연층

130: 열감응부 131: 비가역성 열감응부

132: 가역성 열감응부

Claims (11)

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

   상기 전극조립체를 수납하며, 고분자 전해질이 개재된 파우치;

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

   상기 파우치의 외면에 형성되고, 상기 고분자 전해질 형성용 조성물의 열중합 공정에 따른 온도 차이에 의하여 색깔이 변화하는 열감응부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전지.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 열감응부는 가역성 열감응부와 비가역성 열감응부를 구비한 것을 특징으로 하는 전지.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 열감응부는 파우치의 외면에 부착된 열감응테이프인 것을 특징으로 하는 전지.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 열감응부는 파우치의 외면에 코팅된 열감응층인 것을 특징으로 하는 전지.
5. 제 2 항에 있어서,

   상기 가역성 열감응부는 파우치의 외면에 부착된 열감응테이프이고, 비가역성 열감응부는 파우치의 외면에 코팅된 열감응층인 것을 특징으로 하는 전지.
6. 양극판, 음극판, 및 상기 양극판과 음극판을 절연시키는 세퍼레이터를 구비한 전극조립체;

   상기 전극조립체를 수납하며, 고분자 전해질이 개재된 파우치;

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

   상기 전극탭들중의 적어도 어느 하나에 형성되고, 상기 고분자 전해질 형성용 조성물의 열중합 공정에 따른 온도 차이에 의하여 색깔이 변화하는 열감응부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전지.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 전극탭들 중의 하나에는 가역성 열감응부가 형성되고, 다른 하나에는 비가역성 열감응부가 형성된 것을 특징으로 하는 전지.
8. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,

   상기 열감응부는 상기 파우치와 전극탭을 절연시키는 절연층과 일체로 형성된 것을 특징으로 하는 전지.
9. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,

   상기 열감응부는 전극탭에 부착된 열감응테이프인 것을 특징으로 하는 전지.
10. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,

    상기 열감응부는 전극탭에 코팅된 열감응층인 것을 특징으로 하는 전지.
11. 제 7 항에 있어서,

    상기 가역성 열감응부는 전극탭의 외면에 부착된 열감응테이프이고, 상기 비가역성 열감응부는 상기 파우치와 전극탭을 절연시키는 절연층과 일체로 형성된 것을 특징으로 하는 전지.