KR100528932B1 - 각형전지 - Google Patents

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KR100528932B1
KR100528932B1 KR10-1999-0019760A KR19990019760A KR100528932B1 KR 100528932 B1 KR100528932 B1 KR 100528932B1 KR 19990019760 A KR19990019760 A KR 19990019760A KR 100528932 B1 KR100528932 B1 KR 100528932B1
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Abstract

각형전지(Rectangular battery)가 개시된다. 개시된 각형전지는, 소정의 금속판 또는 호일의 표면에 양극활물질이 코팅되어 이루어진 양극판과, 상기 금속판 또는 상기 호일의 표면에 음극활물질이 코팅되어 이루어진 음극판과, 상기 양극판과 상기 음극판 사이에 개재되어 상기 양극판과 상기 음극판을 절연하는 세퍼레이터를 구비하는 전극판 조립체와; 상기 전극판 조립체가 수납되는 각형 케이스를 구비하는 각형전지에 있어서, 상기 양극판 및 음극판 중 적어도 하나는, 각 전극활물질이 코팅되지 않은 적어도 하나의 무지부를 구비한 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따르면, 전극판이 케이스에 수납되어 벤딩되는 곳이 끊어지거나 꺽이는 것을 방지할 수 있다.

Description

각형전지{Rectangular battery}
본 발명은 각형전지(Rectangular battery)에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전극판이 끊어지거나 꺽이지 않도록 상기 전극판의 구조가 개선된 각형전지에 관한 것이다.
비디오 카메라, 휴대용 전화(cellular phone), 휴대용 PC, 노트북 컴퓨터, 및 캠코더 등의 휴대용 무선기기의 경량화 및 고기능화가 진행됨에 따라, 그 구동용 전원으로 쓰이는 전지에 대해서 많은 연구가 이루어지고 있다. 특히 충전 및 방전이 가능한 2차전지 예컨대 리튬 2차전지(lithium secondary battery)는 기존의 납 축전지, 니켈-카드뮴(Ni-Cd) 전지, 니켈- 수소(Ni-Mh) 전지, 니켈-아연 전지 등과 비교하여 단위 중량당 에너지 밀도가 3배정도 높고 급속 충전이 가능하다.
그리고 리튬 2차전지는 전해액의 종류에 따라 액체 전해질 전지와 고분자 전해질 전지로 분류할 수 있으며, 일반적으로는 액체 전해질을 사용하는 전지를 리튬 이온 전지, 고분자 전해질을 사용하는 전지를 리튬 폴리머 전지라고 부른다. 리튬 2차전지는 여러 가지 형상으로 제조 가능한데, 대표적인 형상으로는 리튬-이온 전지에 주로 사용되는 원통형 및 각형전지를 들 수 있다. 특히 각형전지는 전자제품의 경량화 및 소형화를 하는데 있어서 매우 중요하다.
도 1에는 일반적인 각형전지의 전극조립체가 수납된 전지 케이스 부분만을 개략적으로 나타내 보인 사시도가 도시되어 있다.
도면을 참조하면, 각형전지 예컨대, 리튬 2차전지는, 양면에 세퍼레이터(13)가 배치되어 있는 양극판(11)과 음극판(12)을 교호되게 적층된 전극조립체가 와인딩(winding)되어 형성된 젤리롤(10)과, 상기 와인딩된 젤리롤(10)을 수납하는 케이스(20)와, 도면에는 도시되지는 않았지만, 상기 케이스(20)의 개구를 덮어 밀폐하므로써 전지의 내부를 외부로부터 차단되게 하는 캡 조립체를 포함하여 구성된다. 상기 양극판(11)에는 보통 캡 조립체의 커버부재와 연결되는 양극탭(11a)이 마련되고, 상기 음극판(12)에는 케이스(20)의 일측에 접지되는 음극탭(12a)이 각각 마련된다.
이와 같은 구성을 갖는 각형전지의 전극조립체의 양극판(11) 및 음극판(12)은 도 2에 도시된 바와 같이, 양극 또는 음극활물질이 도포된 활물질층(11b, 12b)과, 상기 양극 또는 음극활물질이 도포되지 않은 양극판(11) 및 음극판(12)의 양단부에는 무지부가 형성된다. 일반적으로 상기 무지부의 일단은 상기 양극탭(11a) 또는 음극탭(12a)이 부착되고, 타단은 양극판(11) 및 음극판(12)에서 발생되는 열이 방출되도록 하는 방열부(11c, 12c)가 되도록 마련된다.
상술한 바와 같은 구성을 갖는 양극판(11) 및 음극판(12)과 세퍼레이터(13)를 전술한 바와 같이 순차적으로 적층하여 된 각형전지의 전극조립체를 와인딩하여 젤리롤(10)을 만들고, 상기 케이스(20)에 삽입시키기 위해 거의 원통형의 젤리롤(10)의 외부 양측을 가압하여 거의 직사각형의 모양으로 변형시켜 케이스(20)에 삽입시킨다. 젤리롤(10)을 가압하면 납작한 형태로 되어 케이스(20)에 용이하게 삽입될 수 있다. 그런데 이와 같이 가압되어 조립되는 양극판(11) 및 음극판(12)이 두껍거나 딱딱할 경우에 젤리롤(10)이 가압되면서 젤리롤(10)의 양단(좌우)부의 꺽어짐이 발생되는 곳에서 양극판(11) 및 음극판(12)이 끊어지거나 꺽이는 문제점이 발생한다.
그리고 도 1에 도시된 바와 같이 와인딩된 젤리롤(10)의 양단(좌우)에 꺽이는 부분 즉 사방 모서리부에서 데드 스페이스(dead space)(D)가 발생하게 되고, 전극조립체가 와인딩되고 가압되어 케이스(20) 내에 수납되어도 젤리롤(10)은 가압되기 전의 형태로 팽창하려는 반발력이 생겨(화살표 방향으로) 팽창하게 된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 양극판 및 음극판의 전극판들이 끊어지지 않도록 하고, 전극판들이 적층되어 케이스에 수납되어도 데드 스페이스가 발생하지 않으며, 전지가 팽창되지 않도록 하는 각형전지를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 각형전지는, 소정의 금속판 또는 호일의 표면에 양극활물질이 코팅되어 이루어진 양극판과, 상기 금속판 또는 상기 호일의 표면에 음극활물질이 코팅되어 이루어진 음극판과, 상기 양극판과 상기 음극판 사이에 개재되어 상기 양극판과 상기 음극판을 절연하는 세퍼레이터를 구비하는 전극판 조립체와; 상기 전극판 조립체가 수납되는 각형 케이스를 구비하는 각형전지에 있어서, 상기 양극판 및 음극판 중 적어도 하나는, 각 전극활물질이 코팅되지 않은 적어도 하나의 무지부를 구비한 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 무지부는 상기 양극판 및 상기 음극판이 와인딩되어 가압되어 상기 케이스에 수납될 때 꺽이는 벤딩부에 형성될 수 있다.상기 벤딩부에 형성된 무지부는 상기 전극판 조립체의 적어도 권심 방향의 최초 벤딩부에 구비될 수 있다.또한, 상기 벤딩부에 형성된 무지부는 적어도 상기 양극판 또는 음극판의 권심 방향을 향한 면에 구비될 수 있다.본 발명에 있어서, 또한, 상기 무지부는 상기 양극판 및 음극판 중 적어도 하나의 적어도 일단부에 구비된 제1무지부와, 상기 양극판 및 상기 음극판이 와인딩되어 가압되어 상기 케이스에 수납될 때 꺽이는 벤딩부에 형성된 제2무지부로 구비될 수 있다.이 때, 상기 제2무지부는 상기 전극판 조립체의 적어도 권심 방향의 최초 벤딩부에 구비될 수 있다.또한, 상기 제2무지부는 적어도 상기 양극판 또는 음극판의 권심 방향을 향한 면에 구비될 수 있다.상기 양극 탭 및 음극 탭 중 적어도 하나는 상기 제1무지부에 위치할 수 있다.본 발명은 또한 전술한 목적을 달성하기 위하여, 소정의 금속판 또는 호일의 표면에 양극활물질이 코팅되어 이루어진 양극판과, 상기 금속판 또는 상기 호일의 표면에 음극활물질이 코팅되어 이루어진 음극판과, 상기 양극판과 상기 음극판 사이에 개재되어 상기 양극판과 상기 음극판을 절연하는 세퍼레이터를 구비하는 전극판 조립체와; 상기 전극판 조립체가 수납되는 각형 케이스를 구비하는 각형전지에 있어서, 상기 양극판 및 음극판 중 적어도 하나는, 와인딩되어 가압되어 상기 케이스에 수납될 때 꺽이는 벤딩부에 전극활물질이 코팅되지 않은 적어도 하나의 무지부를 구비한 것을 특징으로 하는 각형전지를 제공한다.이 때, 상기 무지부는 상기 전극판 조립체의 적어도 권심 방향의 최초 벤딩부에 구비될 수 있다.또, 상기 무지부는 적어도 상기 양극판 또는 음극판의 권심 방향을 향한 면에 구비될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 3에는 본 발명에 따른 각형전지의 구성을 나타낸 개략적인 단면도가 도시되어 있다.
도면을 참조하면, 본 발명에 따른 각형전지 예컨대 각형 리튬 2차전지는, 케이스(120)와, 상기 케이스(120)에 수납되도록 전극조립체가 와인딩된 젤리롤(100)과, 상기 케이스(120)의 개구를 덮어 케이스(120) 내부를 외부로부터 밀폐되도록 하는 캡 조립체(130)를 포함하여 구성된다.
상기 캡 조립체(130)는 케이스(120)의 개구를 실질적으로 밀폐하는 캡 플레이트(131)와, 상기 캡 플레이트(131)의 전면으로 절연부재(133)가 삽입되어 그 상면에 설치되는 양극부재(132)와, 상기 캡 플레이트(131)의 하측으로 설치되어 절연막 역할을 하는 가스켓(134)과, 상기 캡 플레이트(131), 절연부재(133), 양극부재(132), 및 가스켓(134)을 하나의 조립체가 되도록 체결하는 리벳부재(135)를 포함하여 구성된다. 상기 캡 플레이트(131)의 일측에는 각형 리튬 2차전지 내부의 전기화학에 있어서, 이온을 전도시키는 모체가 되는 전해액을 넣을 수 있는 전해액 주입구(미도시)가 설치되며, 상기 전해액은 통상적으로 리튬(Li)염이 함유된다. 그리고 상기 캡 플레이트(131)의 타측에는 전지 내부에 이상이 발생되었을 때, 예컨대 과열이나 고압이 발생되었을 때 이를 차단할 목적으로 캡 플레이트(131)의 두께를 소정 형태로 낮춘 안전변(미도시)이 형성된다.
그리고 상기 젤리롤(110)이 되는 전극조립체는, 양극판(111)과, 음극판(113)과, 상기 양극판(111)과 음극판(113) 사이에 개재되어 이들을 절연하는 세퍼레이터(112)가 복수층으로 적층되어 구성된다. 그리고 상기 양극판(111)의 일단부에는 양극탭(111a)이 형성되어 상기 리벳부재(135)의 하단부에 용접된다. 한편 도면에는 도시되지 않았지만, 상기 리벳부재(135)와 젤리롤(110) 사이에는 보통 젤리롤(110)과 캡 조립체(130)가 절연되도록 하는 소정의 절연재가 개재된다. 상기 리벳부재(135)의 하단부에 용접되는 것이 음극판(113)의 일단부에 형성된 음극탭일 수도 있음은 물론이다.
도 4에는 양극판(111) 및 음극판(113)의 전극판의 구성을 나타낸 개략적인 평면도가 도시되어 있다.
도면을 참조하면, 상기 양극판(111) 및 음극판(113)은, 통상 금속판 또는 호일로 이루어진 전극판(111b, 113b)의 표면에는 양극 또는 음극활물질이 코팅되는 활물질층(111e, 113e)과, 상기 양극 또는 음극활물질이 코팅되지 않은 무지부가 적어도 하나 이상 형성된다. 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 상기 무지부는 상기 전극판(111b, 113b)의 양단부에 형성되는 제1무지부와, 상기 제1무지부 사이의 전극판(111b, 113b)에 제1무지부와 마찬가지로 양극 및 음극활물질이 형성되지 않아 형성되는 제2무지부(111d, 113d)로 구성된다. 상기 제1무지부의 일단부에는 상기 양극탭(111a)이나, 상기 케이스(120)의 일측에 부착되도록 음극판(113)에 형성되는 음극탭(113a)이 부착되고, 그 타단부에는 양극판(111) 및 음극판(113)으로부터 발생되는 열이 방출되도록 하는 방열부(111c, 113c)로 이루어진다. 본 발명에 있어, 상기 제1무지부의 구조는 반드시 도면에 도시된 것에 한정하지 않고, 다양하게 적용될 수 있음은 물론이다. 즉, 상기 제1무지부는 전술한 도 1 및 도 2에 따른 종래기술에서 언급한 바와 같이, 양극판(111) 또는 음극판(113)의 양단부에 구비될 수도 있고, 비록 도면으로 도시하지는 않았지만 어느 일단부에만 구비될 수도 있으며, 아예 구비되지 않을 수도 있다. 즉, 상기 제1무지부는 도 1 및 도 2의 종래기술에 나타나 있듯이, 본 발명에 있어 특징적 구성에 해당하지 않으므로, 양극판 또는 음극판의 양단부에 구비될 수도 있고, 비록 도면으로 도시하지는 않았지만, 어느 일단부에만 구비될 수도 있으며, 아예 구비되지 않을 수도 있는 것이다.한편, 상기 제2무지부(111d, 113d)는 제1무지부 사이의 전극판(111b, 113b)에 형성되며, 특히 도 5에 도시된 바와 같이, 젤리롤(110)이 케이스(120)에 삽입될 때 꺽이는 벤딩부(C)에 적어도 하나 이상 형성된다. 상기 제2무지부(111e, 113e)는 상기 젤리롤(110)이 케이스(120)에 수납될 때 꺽이는 부분인 벤딩부(C)에 형성됨으로써 상기 양극판(111) 및 음극판(113)이 꺽이거나, 끊어지지 않도록 하는 기능을 한다. 따라서, 상기 제2무지부는 적어도 젤리롤이 와인딩되어 가압될 때에 가장 큰 힘을 받게 되는 권심 방향의 최초 벤딩부에 구비되는 것이 바람직하며, 각 전극판에 있어서 적어도 권심 방향을 향한 면에 구비되는 것이 바람직하다.
이와 같이 구성된 본 발명에 따른 각형전지의 작용을 설명하면 다음과 같다. 여기에서는 일반적인 각형전지의 작용설명은 생략하고 본 발명에 따른 특징부에 따른 작용만을 설명하기로 한다.
도 4 및 도 5를 다시 참조하면, 양극판(111) 및 음극판(113)의 전극판(111b, 113b) 사이에 양극 및 음극활물질이 코팅되지 않은 제2무지부(111e, 113e)를 다수 형성하여 전술한 바와 같이 전극조립체를 완성하고, 이 전극조립체를 와인딩하여 젤리롤(110)을 형성한다. 상기 젤리롤(110)의 전후면 특히, 상기 제2무지부(111e, 113e)가 형성되지 않은 쪽을 가압하여 케이스(120)와 유사한 사각 형태가 되게 하여 케이스(120)에 수납한다. 특히, 상기 제2무지부(111e, 113e)가 상기 젤리롤(110)이 케이스(120)에 수납될 때 꺽이는 부분인 벤딩부(C)에 형성함으로써 상기 양극판(111) 및 음극판(113)이 꺽이거나, 끊어지지 않도록 한다. 그리고 상기 벤딩부(C)에 제2무지부(111e, 113e)가 위치되도록 하여 거의 사각과 유사한 형태로 젤리롤(110)을 형성할 수 있으므로 데드 스페이스가 발생하지 않고, 또한 벤딩부(C)에서 전극판(111b, 113b)이 확실하게 벤딩될 수 있어서 젤리롤(110)이 팽창되는 것을 최소화할 수 있다.이상 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 젤리롤 전극 조립체는 각형 이차전지에 적용될 뿐 아니라, 이러한 각형 젤리롤의 전극 조립체가 수납될 수 있는 것이라면 어떠한 형상의 케이스에라도 적용될 수 있음은 물론이다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 각형전지는 다음과 같은 효과를 갖는다.
전극판에 적어도 하나 이상의 무지부를 형성하여 이 무지부가 젤리롤의 벤딩부가 되게 함으로써 상기 벤딩부가 끊어지거나 꺽이지 않는다.
그리고 상기 무지부의 형성에 따라 젤리롤이 사각 케이스의 형태에 맞도록 형성될 수 있어서 데드 스페이스가 발생되지 않아 젤리롤의 패킹율을 향상시킬 수 있으며, 상기 벤딩부에 무지부가 형성됨으로서 각각의 전극판이 원래의 형태로 돌아가려는 탄성력이 감소됨으로 전체적으로 젤리롤이 팽창되는 것을 방지할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
도 1은 일반적인 각형전지의 케이스에 젤리롤이 수납된 상태를 개략적으로 도시한 사시도.
도 2는 도 1의 양극판 또는 음극판의 구성을 나타낸 개략적인 평면도.
도 3은 본 발명에 따른 각형전지의 구성을 나타낸 개략적인 반단면도.
도 4는 도 3의 양극판 또는 음극판의 구성을 나타낸 개략적인 평면도.
도 5는 도 3의 케이스에 젤리롤이 수납된 상태를 나타낸 개략적으로 도시한 사시도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
110. 젤리롤 111. 양극판
111a. 양극탭 111b, 113b. 전극판
111c, 113c. 방열부 111d, 113d. 제2무지부
111e, 113e. 활물질층 112. 세퍼레이터
113. 음극판 113a. 음극탭
120. 케이스 130. 캡 조립체
131. 캡 플레이트 132. 양극부재
133. 절연부재 134. 가스켓
135. 리벳부재

Claims (11)

  1. 소정의 금속판 또는 호일의 표면에 양극활물질이 코팅되어 이루어진 양극판과, 상기 금속판 또는 상기 호일의 표면에 음극활물질이 코팅되어 이루어진 음극판과, 상기 양극판과 상기 음극판 사이에 개재되어 상기 양극판과 상기 음극판을 절연하는 세퍼레이터를 구비하는 전극판 조립체와; 상기 전극판 조립체가 수납되는 각형 케이스를 구비하는 각형전지에 있어서,
    상기 양극판 및 음극판 중 적어도 하나는,
    각 전극활물질이 코팅되지 않은 적어도 하나의 무지부를 구비한 것을 특징으로 하는 각형전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 무지부는 상기 양극판 및 상기 음극판이 와인딩되어 가압되어 상기 케이스에 수납될 때 꺽이는 벤딩부에 형성된 것을 특징으로 하는 각형전지.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 벤딩부에 형성된 무지부는 상기 전극판 조립체의 적어도 권심 방향의 최초 벤딩부에 구비된 것을 특징으로 하는 각형전지.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 벤딩부에 형성된 무지부는 적어도 상기 양극판 또는 음극판의 권심 방향을 향한 면에 구비된 것을 특징으로 하는 각형전지.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 무지부는 상기 양극판 및 음극판 중 적어도 하나의 적어도 일단부에 구비된 제1무지부와, 상기 양극판 및 상기 음극판이 와인딩되어 가압되어 상기 케이스에 수납될 때 꺽이는 벤딩부에 형성된 제2무지부로 구비된 것을 특징으로 하는 각형전지.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제2무지부는 상기 전극판 조립체의 적어도 권심 방향의 최초 벤딩부에 구비된 것을 특징으로 하는 각형전지.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 제2무지부는 적어도 상기 양극판 또는 음극판의 권심 방향을 향한 면에 구비된 것을 특징으로 하는 각형전지.
  8. 제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 양극 탭 및 음극 탭 중 적어도 하나는 상기 제1무지부에 위치한 것을 특징으로 하는 각형전지.
  9. 소정의 금속판 또는 호일의 표면에 양극활물질이 코팅되어 이루어진 양극판과, 상기 금속판 또는 상기 호일의 표면에 음극활물질이 코팅되어 이루어진 음극판과, 상기 양극판과 상기 음극판 사이에 개재되어 상기 양극판과 상기 음극판을 절연하는 세퍼레이터를 구비하는 전극판 조립체와; 상기 전극판 조립체가 수납되는 각형 케이스를 구비하는 각형전지에 있어서,
    상기 양극판 및 음극판 중 적어도 하나는,
    와인딩되어 가압되어 상기 케이스에 수납될 때 꺽이는 벤딩부에 전극활물질이 코팅되지 않은 적어도 하나의 무지부를 구비한 것을 특징으로 하는 각형전지.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 무지부는 상기 전극판 조립체의 적어도 권심 방향의 최초 벤딩부에 구비된 것을 특징으로 하는 각형전지.
  11. 제9항 또는 제10항에 있어서,
    상기 무지부는 적어도 상기 양극판 또는 음극판의 권심 방향을 향한 면에 구비된 것을 특징으로 하는 각형전지.
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