KR100578800B1

KR100578800B1 - 이차 전지

Info

Publication number: KR100578800B1
Application number: KR1020040010044A
Authority: KR
Inventors: 김용삼
Original assignee: 삼성에스디아이 주식회사
Priority date: 2004-02-16
Filing date: 2004-02-16
Publication date: 2006-05-11
Also published as: US20050202319A1; KR20050081690A; CN1658410A; JP2005235763A; CN100369296C; US7794872B2

Abstract

본 발명은 양극판과 음극판 사이에 세퍼레이터를 개재하고, 이를 권취하여 전극군을 형성한 이차 전지에 있어서, 상기 양, 음극판의 양 단부에 활물질이 도포되지 않은 리드 부착부가 형성되고, 상기 각각의 리드 부착부에 상기 양, 음극판의 리드 플레이트가 서로 마주보게 밀착되고, 상기 각각의 리드 플레이트는 상기 리드 부착부와 용접에 따른 적어도 2개의 용접라인이 서로 교차하는 상태로 고정되고, 상기 양극판용 리드 플레이트에 형성된 제1 용접라인과, 상기 음극판용 리드 플레이트에 형성된 제2 용접라인이 비동일선상에 위치하게 구성된다.

이차전지, 극판, 교차, 용접, 레이저, 리드

Description

이차 전지{SECONDARY BATTERY}

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지의 단면도이다.

도 2는 본 발명에 따라 리드 부착부가 양극판용 리드 플레이트에 부착되는 용접 라인을 보여주는 평면도이다.

도 3는 본 발명에 따라 리드 부착부가 음극판용 리드 플레이트에 부착되는 용접 라인을 보여주는 평면도이다.

도 4는 본 발명에 따른 양극 및 음극용 리드 플레이트의 용접 라인에 대한 배치 상태를 보여주는 평면도이다.

본 발명은 이차 전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 이차 전지의 리드 플레이트와 집전체와의 결합 구조를 개선시킨 이차 전지에 관한 것이다.

이차 전지는 충전할 수 없는 일차 전지와 달리 충전과 방전이 가능한 전지이다. 일반적으로, 이차 전지는 팩 형태로 제작되어 셀룰러 폰, 노트북 컴퓨터 및 캠코더와 같은 휴대용 전자기기의 전원으로 널리 사용되고 있다. 특히, 이차 전지 가운데 리튬 이차 전지는 작동 전압과 단위 중량 당 에너지 밀도가 높아 휴대용 전자 장치에 동작 전원으로 널리 사용되고 있다.

이러한 이차 전지가 실질적인 전지 형태를 취할 때에는 주로 원통형이나 사각형의 외형을 가지고 형성되는 바, 이 중 원통형의 이차 전치는 띠 상의 양, 극판 사이에 절연체인 세퍼레이터(separator)를 개재하여 이를 와류 상으로 감아 전극군(또는, 젤리롤)을 형성하고, 이를 원통형의 캔 내부에 삽입하여 전지를 구성한다.

그리고, 상기 양, 음극판에는 리드 단자 즉, 전지의 작용시 양, 음극판에서 발생된 전류를 집전하기 위한 역할로서 도전성 탭(tap)이 각기 부착되며, 이 도전성 탭은 리드 플레이트에 용접 등으로 부착되어 각기 양, 음극판에 발생된 전류를 양, 음극 단자로 유도하게 된다.

이러한 구조는 전지의 용량이 작은 소형 전지에서는 별다른 문제없이 집전 효과를 발휘할 수 있다. 그러나, 전지의 크기가 대형이고 고출력을 내야하는 경우에 있어서는 양, 음극판의 면적이 전지의 크기에 비례하여 커지고, 그에 따른 저항 등을 고려하면 상기 도전성 탭에 의한 집전 방식은 그 효율이 떨어질 수밖에 없다.

이러한 문제점을 방지하기 위해, 일본국 공개특허공보 특개평 11-233148호에 개시된 이차전지를 비롯한 전지에서는 양극판과 음극판으로부터 각각의 전류를 유도하는 탭을 다중으로 제공하고 있다.

이러한, 이차전지는 양극판과 음극판에 각기 여러 개의 리드 탭을 부착시켜 내부 저항을 줄임으로써 그 집전 효율을 증진시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 일본국 공개특허공보 특개평 6-26752호에 개시된 이차전지에서는 띠 형상의 양, 음극 집전체의 일측 단부에 활물질이 도포되지 않은 리드 부착부를 형성하면서 양, 음극판 및 세퍼레이터를 가지고 전극군을 형성할 때, 상기 리드 부착부가 세퍼레이터보다 높게 돌출되도록 한 후, 여기에 리드를 시키고 있다.

이러한 이차전지 역시, 여러 개의 리드를 부착부에 부착시킬 수 있어 내부 저항을 줄이면서 양, 음극판으로부터 전류의 집전을 이룰 수 있게 되므로, 그 집전 효율을 증진시킬 수 있는 효과를 지닌다.

그러나, 상술한 선행 기술의 전지 구조에서는 양, 음극판이 리드 부착부에 리드를 여러 개 부착시켜 전지를 구성하고 있으므로, 그 작업성이 불편한 문제점이 있다.

더욱이, 상술한 선행 기술에서는 상기 리드를 리드 부착부에 부착시킬 때에 일반적인 용접 방법인 스폿 용접을 사용하고 있는 바, 이 때에는 박판으로 구성되는 양, 음극의 집전체 구조를 고려하면, 스폿 용접시 상기 리드 부착부에 부가되는 압력으로 인해 이 리드 부착부가 그 형상을 유지하지 못하기 때문에 용접을 어렵게 하는 문제점도 발생한다.

따라서, 본 발명의 목적은 양, 음극판과 리드 플레이트간의 용접 작업을 용이하게 하면서도, 양, 음극판의 각각에 대한 집전 효율을 높일 수 있도록 구성한 이차 전지를 제공하는데 있다.

상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명은,

양극판과 음극판 사이에 세퍼레이터를 개재하고, 이를 권취하여 전극군을 형성한 이차 전지에 있어서,

상기 양, 음극판의 양 단부에 활물질이 도포되지 않은 리드 부착부가 형성되고,

상기 각각의 리드 부착부에 상기 양, 음극판의 리드 플레이트가 서로 마주보게 밀착되고,

상기 각각의 리드 플레이트는 상기 리드 부착부와 용접에 따른 적어도 2개의 용접라인이 서로 교차하는 상태로 고정되고,

상기 양극판용 리드 플레이트에 형성된 제1 용접라인과, 상기 음극판용 리드 플레이트에 형성된 제2 용접라인이 비동일선상에 위치하도록 구성된다.

이때. 상기 동일한 극성의 리드 플레이트에 형성된 용접 라인이 서로 교차하여 이루는 각은 90도인 것이 바람직하다.

선택적으로, 동일한 극성의 리드 플레이트에 형성된 용접 라인이 서로 교차하여 이루는 각의 크기가 10도 내지 80도일 수 있다.

바람직하게, 상기 리드 플레이트는 상기 리드 부착부에 레이저 용접에 의해 고정된다.

한편, 본 발명의 다른 실시예에서 제공하는 이차 전지는,

상기 양, 음극판의 양 단부에 활물질이 도포되지 않은 리드 부착부가 형성되 고,

상기 각각의 리드 플레이트는 상기 리드 부착부와 용접에 따른 용접라인이 서로 교차하는 상태로 고정되고,

이하, 첨부한 도면을 참고하여 본 발명을 명확히 하기 위한 실시예를 보다 상세하게 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지의 단면도이고, 도 2 내지 도 3은 리드 플레이트에 형성된 용접라인을 보여준다. 이를 참조로 본 발명에서 개시하는 이차 전지를 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 이차 전지는 원통형 또는 각형으로 구성될 수 있다. 본 발명의 바람직한 형태는 원통형이므로 이에 대한 실시예를 예를 들어 설명한다.

본 발명의 이차 전지는 원통형으로 이루어지는 캔(20) 내부에 양극판(22)과 음극판(24)이 조합되어 구성된 전극군(26)을 삽입하고 상기 캔(20)의 일측 개구부에 캡 어셈블리(28)를 장착하여 구성된다. 여기서, 상기 캔(20)과 캡 어셈블리(28)의 구성은 자명한 사항이므로 그 상세한 설명은 생략한다.

그리고, 상기 전극군(26)은 기본적으로 집전체에 양극 활물질과 음극 활물질을 도포하여 구성한 띠 모양의 양극판(22)과 음극판(24) 사이에 절연체인 세퍼레이 터(30)를 개재하고, 와류 형태로 감아 구성한다.

이 때, 상기 양극판(22)과 음극판(24)은 각기 리드 부착부(22a, 24a)를 가지는데, 이 리드 부착부(22a, 24a)는 집전체의 단부에 활물질을 도포하지 않은 것이다. 리드 부착부(22a, 24a)는 동일한 극을 향해서 배치되는데 양극판(22)의 리드 부착부(22a)는 양극의 리드 플레이트(32)로 배치됨은 물론이다. 따라서, 상기 양극판(22)의 리드 부착부(22a)는 상기 캡 어셈블리(28) 측을 향하고, 상기 음극판(24)의 리드 부착부(24a)는 상기 캔(20)의 바닥을 향하도록 배치됨이 바람직하다.

그리고, 리드 부착부(22a, 24a)는 전극군(26)을 형성할 때, 세퍼레이터(30)보다 위로(또는, 아래로) 위치시킨다. 따라서, 리드 부착부(22a, 24a)는 대응하는 리드 플레이트(32, 34)에 접촉하게 된다. 이 상태에서, 가상의 용접 라인(L+, L-)을 따라 리드 플레이트(32, 34)와 리드 부착부(22a, 24a)를 용접하게 되므로, 리드 플레이트(32, 34)와, 리드 부착부(22a, 24a)를 쉽게 연결시킬 수가 있다.

한편, 상기 리드 플레이트(32, 34)는 판 상의 도전성 물질로 구비되며, 그 형상은 상기 이차 전치의 전체 형상에 맞추어 원형으로 이루어짐이 바람직하다. 두께는 상기 양, 음극판(22, 24)의 집전체 두께 대비 2∼3배 두껍게 되는 것이 바람직하다.

본 발명에서, 리드 부착부(22a, 24a)와 리드 플레이트(32, 34)의 고정은 레이저 용접을 통해 이루어지는 것이 바람직하다. 이 레이저 용접은 종래의 스폿 용접과는 달리, 상기 리드 부착부(22a, 24a)에 압력을 가하지 않으므로, 리드 부착부(22a, 24a)의 형상에 영향을 주지 않는 이점이 있다. 따라서, 박막의 리드 부착부 모양에 영향을 주지 않으므로 도 2 내지 도 3을 통해 설명되는 용접 라인의 배열이 가능하도록 한다.

즉, 세퍼레이터(30)보다 돌출된 접전체의 리드 부착부(22a 24a)는 각각의 리드 플레이트(32, 34)에 대응하게 밀착되어 맞닿은 상태에서 용접 라인(L+, L-)을 따라 용접된다.

여기서, 상기 용접 라인(L+, L-)은 리드 플레이트(32, 34)의 중심을 통과하는 직선으로 형성됨이 바람직하며, 본 실시예에서는 동일 극상에 적어도 2개의 용접 라인이 교차하는 형태(예, 십자 모양)로 각각의 리드 플레이트(32, 34)에 형성된다. 선택적으로, 리드 플레이트(32, 34)에는 1개의 용접 라인만이 구비될 수도 있다.

더욱이, 상기 양극판용 리드 플레이트(32)에 형성된 용접 라인(L1+, L2+)과 음극판용 리드 플레이트(34)에 형성된 용접 라인(L1-, L2-)은 리드 플레이트(32, 34)가 전극군(26)의 양 측면에 밀착되어 고정시 비동일선상에 위치함이 바람직하다(도 4참조). 더욱 바람직하게는 십자 형태로 용접 라인이 교차된다.

상기 리드 플레이트(32, 34)는 리드 부착부(22a, 24a)와 맞닿는 곳(이하, '리드') 중 가상의 용접라인을 따라 용접함으로써 고정된다. 여기서, 리드의 개수는 전지의 집전 효율과 관련되므로, 수치 한정되지 않고 선택적으로 변하게 된다. 또한, 용접 라인 'L1+'와 'L2+'는 중심에서 교차되는데, 이때 두 용접 라인이 이루는 각도(α)는 90도(°)가 바람직하나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

따라서, 하나의 리드 플레이트(32, 34)에는 복수의 리드 부착부(22a, 24a)가 연결되어, 전극군(26)의 양극판(22)과 음극판(24)으로부터 리드 플레이트(32, 34)로 집전된 전류가 내부 저항을 줄이면서 이차 전지(10)의 각 단자로 이동할 수 있다.

한편, 전류의 집전 통로를 제공하는 리드가 외곽을 향할수록 그 간격(인접한 용접 포인트까지의 호의 길이)이 늘어나게 되는데, 호의 길이는 수학적으로 호의 반지름에 비례하는 선형적인 모양을 갖는다. 따라서, 리드 플레이트(32, 34)의 중심으로 리드가 몰리게 된다.

그런데, 이는 수, 초 간격으로 충, 방전이 이루어지는 이차 전지에 전위차를 발생시키는 요인으로 작용한다. 즉, 리드 플레이트(32, 34)의 중심이 외곽보다 높은 전위를 보이게 되는 것이다. 전위차는 리드 부분의 열화를 촉진시켜 전지의 출력과 수명에 나쁜 영향을 미치게 된다.

이러한 점을 고려해서 본 발명에서는 도 4와 같은 용접 라인의 배열을 개시한다.

도 4의 실선은 양극의 리드 플레이트(32)에 마련된 용접 라인(L+)이고, 파선은 음극의 리드 플레이트(34)에 마련된 용접 라인(L-)이다. 도 3을 통해 알 수 있듯이, 본 발명에서 양극과 음극의 용접 라인은 서로 교호적으로 위치된다. 즉, 양극의 두 용접 라인(L1+, L2+) 사이에 음극의 용접 라인(L1-)이 위치하는 것이다. 따라서, 상기 음극의 용접 라인(L-)과 양극의 용접 라인(L+)이 중심에서 교차되면서 생기는 각(β)은 0도 보다 크고 90도 보다 작게 된다. 바람직하게는 10도에서 80도 내의 범위를 갖는다. 원통형 전지의 형상을 감안한다면, 45도인 것이 더욱 바 람직하다.

아래의 표 1은 상술한 바처럼 구성된 본 발명(실시예)과 종래 방법에 따라 제작된 이차 전지(실험예)를 수차에 걸쳐 반복 실험해서 얻은 실험 결과를 보여준다. 실험 결과를 통해서 알 수 있듯이 본 발명처럼 판상의 리드 플레이트를 양극 및 음극에 구비하고, 그 용접 라인을 교차 배열한 구조가 종래의 박판용 리드 구조의 이차 전지에 비해서 출력 효율이 좋음을 알 수 있다. 표 1에서 수치는 전지의 출력값으로, 10만 싸이클 후에 측정하였다.

	실험예	실시예
1회	1325	1433
2회	1319	1452
3회	1297	1392
4회	1299	1431
5회	1345	1430

이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

본 발명에 따르면, 집전체와 리드 플레이트 사이의 용접을 간편하게 행할 수 있으며, 더욱이 집전체의 형상을 변형시키지 않으면서 멀티 탭 구조로 전극군과 리드 플레이트를 간단히 용접할 수가 있다. 따라서, 전지의 집전 효율을 증진시킬 수 있는 장점이 있다.

나아가, 양극판과 음극판용 리드 플레이트에 형성된 리드를 비동일선 상으로 위치시킴으로써 집전시 발생하던 전위차의 문제를 해결할 수 있는 이점 또한 있다.

Claims

양극판과 음극판 사이에 세퍼레이터를 개재하고, 이를 권취하여 전극군을 형성한 이차 전지에 있어서,

상기 양, 음극판의 양 단부에 활물질이 도포되지 않은 리드 부착부가 형성되고,

상기 각각의 리드 부착부에 상기 양, 음극판의 리드 플레이트가 서로 마주보게 밀착되고,

상기 각각의 리드 플레이트는 상기 리드 부착부와 용접에 따른 적어도 2개의 용접라인이 서로 교차하는 상태로 고정되고,

상기 양극판용 리드 플레이트에 형성된 제1 용접라인과, 상기 음극판용 리드 플레이트에 형성된 제2 용접라인이 비동일선상에 위치함을 특징으로 하는 이차 전지.
제1항에 있어서,

상기 제1 용접라인과 상기 제2 용접라인이 십자 형태로 배열되는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
제2항에 있어서,

상기 동일한 극성의 리드 플레이트에 형성된 용접 라인이 서로 교차하여 이 루는 각은 90도인 것을 특징으로 하는 이차 전지.
제1항에 있어서,

반대 극성의 리드 플레이트에 형성된 상기 용접 라인이 서로 교차하여 이루는 각의 크기가 10도 내지 80도인 것을 특징으로 하는 이차 전지.
제1항 내지 제4항의 어느 한 항에 있어서,

상기 이차 전지가 원통형으로 이루어짐 특징으로 하는 이차 전지.
제5항에 있어서,

상기 리드 플레이트가 원형으로 이루어짐을 특징으로 하는 이차 전지.
제1항에 있어서,

상기 리드 플레이트가 상기 리드 부착부에 레이저 용접에 의해 고정됨을 특징으로 하는 이차 전지.
양극판과 음극판 사이에 세퍼레이터를 개재하고, 이를 권취하여 전극군을 형성한 이차 전지에 있어서,

상기 양, 음극판의 양 단부에 활물질이 도포되지 않은 리드 부착부가 형성되고,

상기 각각의 리드 부착부에 상기 양, 음극판의 리드 플레이트가 서로 마주보게 밀착되고,

상기 각각의 리드 플레이트는 상기 리드 부착부와 용접에 따른 용접라인이 서로 교차하는 상태로 고정되고,

상기 양극판용 리드 플레이트에 형성된 제1 용접라인과, 상기 음극판용 리드 플레이트에 형성된 제2 용접라인이 비동일선상에 위치함을 특징으로 하는 이차 전지.