KR100563038B1 - 밀폐전지 - Google Patents

Abstract

목적 : 롤상으로 권취되는 전극군의 부피 변화와 그에 따른 변형을 억제할 수 있는 밀폐전지를 제공한다.

구성 : 정극, 부극 및 세퍼레이터를 권취 및 압착 형성한 전극군과, 상기 전극군과 함께 전해액을 수납하는 각형 케이스와, 상기 각형 케이스에 절연체를 개재하여 절연된 상태로 결합 밀봉된 인출단자를 포함하며, 상기 정극 및 부극 중에서 한 전극은 케이스에 그리고 나머지 한 전극은 인출단자에 전기적으로 연결하되 그 중에서 상기 인출단자와 전극의 사이에는 단자 탭을 연결하고, 상기 단자 탭의 일단을 전극군의 곡선부에 설치하며, 상기 전극군의 곡선부는 각형 케이스의 단변쪽에 배치한다.

효과 : 단자 탭을 타원 형상 전극군의 곡선부에 설치하여 그 단자 탭으로 인한 전극군의 두께 증가를 최소화한다. 전극군의 변형 및 스웰링을 방지하고 전지의 성능 및 수명을 향상시킬 수 있다.

전극군, 변형, 스웰링, 탭, 곡선부

Description

밀폐전지{Sealed battery}

도 1은 본 발명의 밀폐전지를 도시한 단면도.

도 2는 본 발명의 밀폐전지를 도시한 평단면도.

도 3은 본 발명의 다른 예를 보인 평단면도.

도 4는 종래 공지된 밀폐전지를 도시한 단면도.

도 5는 종래 밀폐전지의 평단면도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

4-각형 캔 4a-단변

4b-장변 6-캡 플레이트

8-인출단자 20-전극군

22-곡선부 160,162-단자 탭

본 발명은 롤상으로 권취되는 전극군의 부피 변화와 그에 따른 변형을 억제 하고, 전지의 수명 향상을 실현할 수 있도록 하는데 적합한 밀폐전지의 전극에 관한 것이다.

밀폐전지는 재충전이 가능한 것으로, 외관상 원통형과 각형으로 구분되고 양극 및 음극 물질에 따라 니켈-수소(Ni-MH) 전지, 리튬(Li) 전지, 리튬이온(Li-ion) 전지 등으로 구분된다.

도 4는 종래 공지된 밀폐전지의 일 예로서 각형 구조를 보여주고 있다.

도면에서와 같이 각형 밀폐전지는 정극과 부극의 사이에 세퍼레이터를 개재하여 함께 권취한 후 압착하여 전극군(2)을 형성하고, 그 전극군(2)을 캔(4) 내부에 수납하며, 그 캔(4)의 상측 개구에 방폭수단을 갖는 캡 플레이트(6)를 용접 설치하고, 상기 캡 플레이트(6)에는 주입구(6a)를 형성하여 전해액을 주입한 후 밀봉하여 이루어진다.

상기 캡 플레이트(6)에는 대략 중심을 관통하는 인출단자(8)가 설치되는바, 그 인출단자(8)는 캡 플레이트(6)와의 절연을 위해 가스켓(10a)(10b)을 개재하고, 접속성을 위해 단자 플레이트(12)를 개재하여 물리적으로 체결하므로 캡 어셈블리(14)를 구성한다. 인출단자(8)는 정극 혹은 부극에서 인출된 단자 탭(16)과 연결되고, 나머지 전극은 캔(6)과 직접 접촉되거나 단자 탭(도시생략)을 이용하여 연결되므로 전기적인 회로를 구성한다.

이와 같이 구성된 밀폐전지에서 정극 및 부극과 같은 전극(電極)은 종류에 따라 다소 차이가 있지만 통상적으로 금속 기재에 활물질을 도포 및 충전하고 이를 건조, 롤 프레스 및 절단하여 형성한다. 이렇게 형성된 정극 및 부극은 사이에 세 퍼레이터를 개재하여 절연된 상태로 맨드렐을 이용하여 롤상으로 권취하고, 도면과 같은 형태로 압착한 후 각형 캔(4)의 내부로 수납되어진다.

그러나 상기한 전극군(2)은 롤의 권취 구조상 복원력에 의해 반발하게 되고, 전지의 충·방전시 반복되는 팽창 및 수축에 의해 변형(deformation) 및 스웰링(swelling)하게 된다.

특히 종래의 전극군(2)은 도 5에 도시한 바와 같이, 전극군의 한 전극과 인출단자(8)를 연결하기 위한 단자 탭(16)을 그 중심 부위에 부착하게 되는바, 이것은 전극군(2)의 중심 부위의 두께를 주변 보다 더 크게 만들어 변형 및 스웰링을 더욱 증가시키게 된다. 그 결과 종래에는 전극군(2)의 중심 부위에서 압력이 증가하여, 전극의 미충전 영역이 확대되고 부피 변화에 의해 활물질이 탈락되거나 열화되며 부반응을 촉발시켜 전지의 성능 및 수명을 저하시킨다.

앞서 설명한 종래 기술의 문제점을 해소하기 위한 것으로서, 본 발명은 전극군의 중심 부위에서 발생하는 단자 탭에 의한 두께 증가 요인을 제거하여 전극군의 변형 및 스웰링을 억제할 수 있도록 함에 그 목적을 두고 있다.

이를 위하여 본 발명에서는 정극 및 부극 중에서 한 전극에 부착되는 단자 탭을 타원 형상으로 권취된 전극군의 곡선부에 위치시켜, 상기 단자 탭으로 인한 두께 증가분을 최소화한 밀폐전지를 제안한다.

보다 구체적으로 본 발명에 의한 밀폐전지는 정극, 부극 및 세퍼레이터를 권 취 및 압착 형성한 전극군과, 상기 전극군과 함께 전해액을 수납하는 각형 케이스와, 상기 각형 케이스에 절연체를 개재하여 절연된 상태로 결합 밀봉된 인출단자를 포함하며, 상기 정극 및 부극 중에서 한 전극은 케이스에 그리고 나머지 한 전극은 인출단자에 전기적으로 연결하되 그 중에서 상기 인출단자와 전극의 사이에는 단자 탭을 연결하고, 상기 단자 탭의 일단을 전극군의 곡선부에 설치하며, 상기 전극군의 곡선부는 각형 케이스의 단변쪽에 위치되도록 한다.

여기서 전극군의 최외곽에 배치된 정극 및 부극 중에서 한 전극은 케이스와 직접 접촉하거나, 혹은 단자 탭으로 연결하되 그 단자 탭의 일단을 전극군의 곡선부에 설치하여 구성한다.

이하, 본 발명을 실현하기 위한 바람직한 실시예를 첨부 도면에 의거하여 설명한다. 참고로 본 발명에서는 밀폐전지의 일 예로서 각형 케이스 구조를 가지며, 리튬 이온의 이동에 따라 충, 방전이 이루어지는 이차전지에 대하여 설명한다.

도 1 및 도 2는 본 발명에 관련된 밀폐전지을 보여주고 있다.

도면에서와 같이 본 발명의 밀폐전지는 각형 캔(4)과 캡 플레이트(6)를 용접하여 외장 케이스를 구성하고, 그 내부에 정극과 부극 및 세퍼레이터를 함께 권취한 후 압착한 전극군(20)과 함께 전해액을 수납하며, 상기 캡 플레이트(6)에 절연체(10a)(10b)를 개재하여 인출단자(8)를 결합 밀봉하여 이루어진다.

전극군(20)을 구성하는 한 전극(부극)은 각형 캔(4)에 연결되고, 나머지 한 전극(정극)은 절연체(10a)(10b)를 개재하여 캡 플레이트(6)에 결합 밀봉된 인출단자(8)에 연결되어서 전기적인 회로를 구성하는바, 여기서 본 발명의 밀폐전지는 전극군(20)의 한 전극(정극)과 인출단자(8)의 사이에 단자 탭(160)을 연결한다. 특히 본 발명에서는 상기 전극에 용접되는 단자 탭(160)의 일측 단부를 상기 전극군(20)의 곡선부(22)에 위치시켜, 그 단자 탭(160)으로 인한 두께 증가분이 전극군(20)의 곡선부(22)에서 발생되도록 함으로써, 전극군(20)의 중심 부위의 변형 및 스웰링을 방지한다. 또한 전극군(20)의 곡선부(22)쪽으로 발생하는 두께 증가분은 각형 캔(4)의 단변(4a)에 작용하는데, 각형 캔(4)의 단변(4a)은 장변(4b) 보다 구조적으로 강하여 변형량을 최소화할 수 있다.

이에 따라 본 발명의 밀폐전지는 전극군(20)의 중심 부위에서 균일한 압력을 유지하여 전극의 미충전 영역을 줄이고, 활물질의 탈락 및 열화를 방지하며 그 결과 전지의 성능 및 수명을 향상시키게 된다.

한편 상기한 전극군(20) 중에서 나머지 전극(부극)은 각형 캔(4)과 직접 접촉하는 관벽 접촉방식에 의해 전기적으로 연결될 수 있다. 이때 상기 전극(부극)은 전극군(20)의 최외곽에 배치되며 그 단부에 활물질이 도포되지 않은 베이스 플레이트를 배치하여 금속 재료간에 전기적인 연결이 이루어지도록 한다.

또 상기한 전극군(20) 중에서 나머지 전극(부극)은 도 3에 도시한 바와 같이 단자 탭(162)을 이용하여 전기적인 회로를 구성할 수 있는데, 이 단자 탭(162)은 앞서 설명한 정극 단자 탭(160)의 경우와 마찬가지의 이유로 전극군(20)의 곡선부(22)에 배치되어진다.

이상에서 설명한 본 발명의 전극은 베이스 플레이트에 전극 활물질을 도포 형성하여 이루어지는바, 그 베이스 플레이트와 활물질의 종류에 따라 정극 및 부극으로 나누어진다. 예를 들어 정극은 베이스 플레이트로 Al을 사용하고 활물질로 리튬-천이금속산화물을 사용하며, 부극은 베이스 플레이트로 Cu를 사용하고 활물질로 리튬금속, 탄소 혹은 탄소복합체를 사용하여 제조한다.

이렇게 제조된 정극 및 부극은 그 사이에 다공성 세퍼레이터를 개재하여 절연된 상태로 타원 형상으로 권취되는 것이며, 그 권취 끝단부에 단자 탭(160)(162)을 부착한 상태에서 타원 형상으로 권취되고 압착되어진다. 이후 상기 전극군(20)은 각형 캔(4) 내부에 수납되고 그 캔의 개구에 인출단자(8)가 결합된 캡 플레이트(6)를 설치하며, 전해액을 주입한 후 그 주입구를 밀봉하여 형성되어진다.

이상에서 설명한 구성 및 작용을 통하여 알 수 있듯이, 본 발명은 전극군의 두께를 증가시키는 단자 탭을 전극군의 곡선부에 위치시켜, 특히 중앙 부위의 두께 증가를 방지하고 구조적으로 안정한 각형 캔의 단변쪽으로 압력이 작용되게 하므로 전극군의 변형 및 스웰링을 최소화하는 것이며, 그 결과 전극 활물질의 열화를 방지하고, 전지의 성능 및 수명을 향상시키는 효과를 얻을 수 있다.

Claims (3)

1. 정극과 부극의 사이에 세퍼레이터를 개재하여 타원형으로 권취 및 압착 형성한 전극군과, 상기 전극군과 함께 전해액을 수납하는 각형 케이스와, 상기 각형 케이스에 절연체를 개재하여 절연된 상태로 결합 밀봉된 인출단자와, 상기 정극 및 부극 중에서 한 전극은 케이스에 그리고 나머지 한 전극은 인출단자에 전기적으로 연결하되 그 중에서 상기 인출단자와 전극의 사이에는 단자 탭을 연결하고, 상기 단자 탭의 일단을 전극군의 곡선부에 설치하며, 상기 전극군의 곡선부는 각형 케이스의 단변쪽에 배치한 구성을 포함하는 밀폐전지.
2. 제 1 항에 있어서, 정극 및 부극 중에서 전극군의 최외곽에 배치된 한 전극과 케이스를 직접 접촉시켜 전기적으로 연결한 구성을 포함하는 밀폐전지.
3. 제 1 항에 있어서, 정극 및 부극 중에서 한 전극과 케이스를 단자 탭으로 연결하되, 그 단자 탭의 일단을 전극군의 곡선부에 설치한 구성을 특징으로 하는 밀폐전지.

Images