KR100601554B1 - 리튬 이차전지 - Google Patents

리튬 이차전지 Download PDF

Info

Publication number
KR100601554B1
KR100601554B1 KR1020040076137A KR20040076137A KR100601554B1 KR 100601554 B1 KR100601554 B1 KR 100601554B1 KR 1020040076137 A KR1020040076137 A KR 1020040076137A KR 20040076137 A KR20040076137 A KR 20040076137A KR 100601554 B1 KR100601554 B1 KR 100601554B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
electrode
plate
secondary battery
lithium secondary
tab
Prior art date
Application number
KR1020040076137A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20060027266A (ko
Inventor
김천수
임홍섭
Original Assignee
삼성에스디아이 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority to KR1020040076137A priority Critical patent/KR100601554B1/ko
Application filed by 삼성에스디아이 주식회사 filed Critical 삼성에스디아이 주식회사
Priority to AT05108753T priority patent/ATE415712T1/de
Priority to CN2005101049868A priority patent/CN1753204B/zh
Priority to EP05108753A priority patent/EP1641057B1/en
Priority to US11/234,841 priority patent/US20060093922A1/en
Priority to JP2005275851A priority patent/JP4878800B2/ja
Priority to DE602005011217T priority patent/DE602005011217D1/de
Publication of KR20060027266A publication Critical patent/KR20060027266A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100601554B1 publication Critical patent/KR100601554B1/ko
Priority to JP2010106589A priority patent/JP5186529B2/ja
Priority to US13/402,652 priority patent/US9040202B2/en

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/572—Means for preventing undesired use or discharge
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/04—Construction or manufacture in general
    • H01M10/0431—Cells with wound or folded electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/058—Construction or manufacture
    • H01M10/0587—Construction or manufacture of accumulators having only wound construction elements, i.e. wound positive electrodes, wound negative electrodes and wound separators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
    • H01M50/446—Composite material consisting of a mixture of organic and inorganic materials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/531—Electrode connections inside a battery casing
    • H01M50/534—Electrode connections inside a battery casing characterised by the material of the leads or tabs
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/531—Electrode connections inside a battery casing
    • H01M50/538—Connection of several leads or tabs of wound or folded electrode stacks
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2200/00—Safety devices for primary or secondary batteries
    • H01M2200/10—Temperature sensitive devices
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Connection Of Batteries Or Terminals (AREA)

Abstract

본 발명은 제1극탭이 고정된 면의 반대면에 유기재료와 무기재료의 복합재료로 형성된 제1극단열판을 부착하여 리튬 이차전지의 과충방전 또는 내부단락시 전극탭 부위의 발열에 따라 세퍼레이터가 용융될 때 전극판 사이에 추가적인 쇼트가 발생되는 것을 방지할 수 있는 리튬 이차전지에 관한 것이다.
리튬 이차전지, 전극탭, 단열판, 복합재료, 단락방지

Description

리튬 이차전지{Lithium Secondary battery}
도 1은 종래의 리튬 이차전지의 개략적인 분해사시도.
도 2는 종래의 전극조립체의 권취전 사시도.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전극조립체의 권취전 평면도.
도 4는 도 3의 전극조립체의 전극판에 대한 정면도.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 단열판의 확대도.
도 6은 도 3의 전극조립체가 권취 후 평면도.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 의한 전극조립체의 권취 후 평면도.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예의 전극조립체의 권취 후 평면도.
도 9는 본 발명에 따른 또 다른 실시예의 전극조립체의 권취전 평면도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 간단한 설명>
130 : 제2극판 132: 제2극집전체
133 : 제2극무지부 134 : 제2극활물질층
136, 136b : 제2극탭 138 : 제2극단열판
139 : 절연판 140 : 제1극판
142 : 제1극집전체 143 : 제1극무지부
144 : 제1극활물질층 146, 146b : 제1극탭
148 : 제1극단열판 148a : 유기재료
148b : 무기재료 149 : 절연판
150 : 세퍼레이터
본 발명은 리튬 이차전지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 제1극탭이 고정된 면의 반대면에 유기재료와 무기재료의 복합재료로 형성된 제1극단열판을 부착하여 리튬 이차전지의 과충방전 또는 내부단락시 전극탭 부위의 발열에 따라 세퍼레이터가 용융될 때 전극판 사이에 추가적인 쇼트가 발생되는 것을 방지할 수 있는 리튬 이차전지에 관한 것이다.
통상적으로, 이차 전지(secondary battery)는 충전이 불가능한 일차 전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 전지를 말하는 것으로서, 셀룰라 폰, 노트북 컴퓨터, 캠코더등의 첨단 전자 기기 분야에서 널리 사용되고 있다.
특히, 리튬 이차 전지는 작동 전압이 3.7V로서, 휴대용 전자 장비 전원으로 많이 사용되고 있는 니켈-카드뮴 전지나, 니켈-수소 전지보다 3배나 높고, 단위 중량당 에너지 밀도가 높다는 측면에서 급속도로 신장되고 있는 추세이다.
이러한 리튬 이차 전지는 일반적으로 제2극활물질로 리튬계 산화물, 제1극활물질로는 탄소재를 사용하고 있다. 또한 전해액의 종류에 따라 액체 전해질 전지와, 고분자 전해질 전지로 분류되며, 액체 전해질을 사용하는 전지를 리튬 이온 전 지라 하고, 고분자 전해질을 사용하는 전지를 리튬 폴리머 전지라고 한다. 또한, 리튬 이차 전지는 여러 가지 형상으로 제조되고 있는데, 대표적인 형상으로는 원통형과, 캔형과, 파우치형을 들 수 있다.
캔형 리튬 이차전지는, 도 1 및 도 2에서 보는 바와 같이, 캔(10)과, 캔의 내부에 수용되는 전극조립체(20)와, 상기 캔(10)의 상단개구부(10a)를 밀봉하는 캡조립체(70)를 포함하여 형성된다.
상기 캔(10)은 대략 박스형상을 가진 금속재로 형성될 수 있으며, 그 자체가 단자역할을 수행하는 것이 가능하다. 상기 캔(10)은 그 일면이 개구된 상단개구부(10a)를 포함하며, 상단개구부(10a)를 통해 전극조립체(20)가 수용된다.
상기 전극조립체(20)는 제2극판(30)과 제1극판(40) 및 세퍼레이터(50)를 포함한다. 상기 제2극판(30)과 제1극판(40)은 세퍼레이터(50)가 사이에 게재되어 적층된 후 젤리-롤(jelly-roll) 형태로 권취된다. 일반적으로 상기 제1극판(40)은 음극판으로 형성되며, 제2극판(30)은 양극판으로 형성되며, 제1극판과 제2극판이 반대로 형성될 수 있음은 물론이다.
상기 제2극판(30)은 박판의 알루미늄 호일로 된 제2극집전체(32)와 상기 제2극집전체(32)의 양면에 코팅되는 리튬계 산화물을 주성분으로 하는 제2극활물질층(34)을 포함하고 있다. 제2극집전체(32)상에는 제2극활물질층(34)이 코팅되지 않은 영역인 제2극무지부(positive electrode uncoated area, 32a)가 제2극판(30)의 적어도 일단에 형성된다. 상기 제2극무지부(32a)에는 제2극탭(36)이 초음파 용접 또는 저항 용접되어 고정되며, 상기 제2극탭(36)의 단부는 상기 제2극집전체(32)의 상단부 위로 돌출되도록 고정된다. 제2극탭(36)은 통상 니켈 또는 니켈합금으로 형성되며 다른 금속소재도 사용될 수 있다.
상기 제1극판(36)은 박판의 구리 호일로 된 제1극집전체(42)와 상기 제1극집전체(42)의 양면에 코팅된 탄소재를 주성분으로 하는 제1극 활물질층(44)을 포함하고 있다. 상기 제1극집전체(42)에도 제1극 활물질층(44)이 코팅되지 않은 영역인 제1극무지부(negative electrode uncoated area, 42a)가 제1극판의 양끝단에 소정 영역으로 형성된다. 상기 제1극무지부(42a)에는 제1극탭(46)이 초음파 용접 또는 저항 용접되어 고정되며, 상기 제1극 탭(46)의 단부도 상기 제1극집전체(42)의 상단부 위로 돌출되도록 고정된다. 제1극탭(46)은 통상 니켈 또는 니켈합금으로 형성되며 다른 금속소재도 사용될 수 있다.
한편, 상기 세퍼레이터(50)는 각 전극판(30, 40) 간의 절연을 위하여 상기 제2극판(30)과 제1극판(40) 사이에 배치되어 있다. 상기 세퍼레이터(50)는 폴리에틸렌이나, 폴리프로필렌이나, 폴리에틸렌과 폴리프로필렌의 복합 필름으로 이루어져 있다. 상기 세퍼레이터(50)는 상기 제2극판(30)과 제1극판(40)보다 폭을 넓게 형성하여 전극판(30)(40)간의 단락을 방지하게 된다.
상기 캡조립체(70)는 캡플레이트(71)와 절연플레이트(72)와 터미널플레이트(23) 및 전극단자(74)를 포함하여 구성된다. 캡조립체(70)는 별도의 절연케이스(79)와 결합되어 캔(10)의 상단개구부(10a)에 결합되어 캔을 밀봉하게 된다. 상기 전극단자(74)는 제1극탭(46)과 연결된다.
그런데, 리튬 이차전지의 충방전시 발생되는 과충방전 또는 전극의 쇼트시에 캔 내부에 발열이 발생하게된다. 특히 캔의 내부에서 전극판과 전극탭이 용접되는 부위는 이종금속이 접합되는 부위이므로 내부 저항(internal resistance, IR)이 증가되어 발열이 집중된다. 전극탭주위에서 발열이 집중되면 제2극판과 제1극판을 절연시키는 세퍼레이터가 용융 및 수축되어 전극판 사이에서 추가적인 쇼트가 발생되는 문제점이 있다.
최근에는 리튬 이차전지의 고용량화가 진행됨에 따라 리튬 이차전지의 에너지 밀도가 증가되고 있다. 따라서 리튬 이차전지의 전극탭 부위의 발열에 따른 세퍼레이터의 용융과 전극판 사이의 단락이 발생되어 리튬 이차전지의 발열 및 폭발가능성이 증가되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 제1극탭이 고정된 면의 반대 면에 유기재료와 무기재료의 복합재료로 형성된 제1극단열판을 부착하여 리튬 이차전지의 과충방전 또는 내부단락시 전극탭 부위의 발열에 따라 세퍼레이터가 용융될 때 전극판 사이에 추가적인 쇼트가 발생되는 것을 방지할 수 있는 리튬 이차전지를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 리튬 이차전지는 제2극집전체와 제2극활물질층을 구비하며 제2극무지부가 형성된 제2극판과, 제1극집전체와 제1극활물질층을 구비하며 제1극무지부가 형성된 제1극판 및 제2극판과 제1극판을 절연시키는 세퍼레이터가 함께 권취되어 형성되며, 상기 제2극무지부와 제1극무지부 에 각각 제2극탭과 제1극탭이 고정되는 전극조립체를 구비하는 리튬 이차전지에 있어서, 상기 제1극판은 상기 제1극무지부에서 상기 제1극탭이 고정된 면의 반대면에 접착되는 제1극단열판을 포함하며, 상기 제1극단열판은 유기재료와 무기재료의 복합재료로 형성되는 것을 특징으로 한다. 이때 상기 제1극판은 음극판으로, 제2극판은 양극판으로 형성될 수 있다.
또한 본 발명에서 상기 제1극단열판은 5 ∼ 200㎛의 두께로 형성되는 것이 바람직하다.
또한 본 발명에서 상기 제1극단열판을 구성하는 유기재료는 PI 또는 PET 또는 PP 재질로 형성되며, 상기 제1극단열판을 구성하는 무기재료는 산화물 또는 질화물로 형성될 수 있다. 이때, 상기 산화물은 Al2O3, TiO2, ZrO2, SiO2, MnO2, MgO 중 적어도 어느 하나를 포함하며, 상기 질화물은 Si3N4, BN 중 적어도 어느 하나를 포함하여 형성될 수 있다. 상기 무기재료는 구형 또는 휘스커 또는 판형의 입자로 형성되며, 구형 또는 휘스커의 직경 및 판형의 두께가 상기 제1극단열판 두께의 50%보다 작게 형성되는 것이 바람직하다. 또한 상기 무기재료는 상기 제1극단열판의 전체중량 대비 20 내지 80%로 포함되어 형성되는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
또한 본 발명에서 상기 제1극탭은 상기 제1극탭의 표면에 접착되는 절연판을 포함하여 형성될 수 있으며, 상기 절연판은 상기 제1극단열판과 동일한 재질로 사용되는 것이 바람직하다.
또한 본 발명에서 상기 제2극판은 상기 제1극단열판과 동일하게 형성되어 상기 제2극무지부에서 상기 제2극탭이 고정된 면의 반대 면에 접착되는 제2극단열판을 더 포함하여 형성될 수 있다. 이때, 상기 제2극단열판의 두께는 상기 제1극단열판의 두께보다 작게 형성되는 것이 바람직하다.
또한 상기 제2극탭은 전극조립체의 외주부에 설치되고 상기 제1극탭은 상기 전극조립체의 내주부에 설치될 수 있다.
또한 본 발명에서 상기 제2극탭과 제1극탭은 상기 전극조립체의 내주부 내에서 서로 소정간격 이격되어 설치될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참고로 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 보다 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전극조립체의 권취 전 평면도를 나타낸다. 도 4는 도 3의 전극조립체의 전극판에 대한 정면도를 나타낸다. 도 5는 제1극단열판의 단면을 확대한 확대도이다. 도 6은 도 3의 전극조립체가 권취 후 평면도를 나타낸다.
본 발명에 따른 리튬 이차전지는 캔(10)과, 캔(10)의 내부에 수용되는 전극조립체(100)와, 상기 캔(10)의 상단개구부를 밀봉하는 캡조립체(70)를 포함하여 형성된다. 종래의 리튬 이차전지와 동일한 부분은 도 1의 도면을 사용하여 설명한다.
상기 캔(10)은, 도 1을 참조하여 보면, 대략 직육면체의 형상을 가진 금속재로 형성될 수 있으며, 그 자체가 단자역할을 수행하는 것이 가능하다. 상기 캔(10)은 그 일면이 개구된 상단개구부(10a)를 포함하며, 상단개구부(10a)를 통해 전극조립체(100)가 수용된다.
상기 캡조립체(70)는 캡플레이트(71)와 절연플레이트(72)와 터미널플레이트(23) 및 전극단자(74)를 포함하여 구성된다. 캡조립체(70)는 별도의 절연케이스(79)와 결합되어 캔(10)의 상단개구부(10a)에 결합되어 캔(10)을 밀봉하게 된다. 상기 전극단자(74)는 상기 제1극탭과 연결되며, 이차전지의 구조에 따라서는 제2극탭에 연결될 수 있다.
상기 전극조립체(100)는, 도 3 내지 도 6을 참조하면, 제2극판(130)과 제1극판(140) 및 세퍼레이터(150)로 구성되며, 제2극판(130)과 제1극판(140) 사이에 세퍼레이터(150)가 게재되어 적층된 후 젤리-롤(jelly-roll) 형태로 권취된다. 본 실시예에서는 상기 제1극판(140)은 음극판으로 형성되며, 제2극판(130)은 양극판으로 형성되며, 제1극판과 제2극판이 반대로 형성될 수 있음은 물론이다.
또한 전극조립체(100)의 내주부에는 제1극판(140)에 용접되며 상부로 돌출되는 제1극탭(146)이 형성되어 있으며, 외주부에는 상기 제2극판(130)에 용접되어 상부로 돌출되는 제2극탭(136)이 형성되어 있다. 여기서, 내주부는 상기 전극조립체(100)의 권취시 중심부를 의미하며, 상기 외주부는 전극조립체의 외부 쪽을 의미하며 내주부와 대응되는 개념이다.
상기 제2극판(130)은 제2극집전체(132)와 제2극활물질층(134)과 제2극탭(136)을 포함하여 구성된다.
상기 제2극집전체(132)는 박판의 알루미늄 호일로 형성되며, 제2극집전체(132)의 양면에는 리튬계 산화물을 주성분으로 하는 제2극활물질층(134)이 도포된다. 또한 제2극집전체(132)의 양단에는 제2극활물질층(134)이 코팅되지 않은 영역 인 제2극무지부(133)가 소정영역으로 형성된다.
상기 제2극탭(136)은 상기 제2극무지부(133)의 양단 중에서 일단에 위치되는 제2극무지부(133)에는 제2극탭(136)이 초음파 용접 또는 레이저 용접에 의하여 고정된다. 상기 제2극탭(136)은 니켈금속으로 형성되며 상단부가 제2극집전체(132)의 상단부 위로 돌출되도록 고정된다.
상기 제1극판(140)은 제1극집전체(142)와 제1극활물질층(144)과 제1극탭(146) 및 제1극단열판(148)을 포함하여 구성된다.
상기 제1극집전체(142)는 박판의 구리 호일로 형성되며, 제1극집전체(142)의 양면에는 탄소재를 주성분으로 하는 제1극활물질층(144)이 도포된다. 또한 제1극집전체(142)의 양단에는 제1극활물질층(144)이 코팅되지 않은 영역인 제1극무지부(143)가 형성된다.
상기 제1극탭(146)은 니켈금속으로 형성되며 양단의 제1극무지부(143)중 권취시 내주부에 위치되는 제1극무지부(143)에 제1극탭(146)이 초음파 용접되어 고정된다. 상기 제1극탭(146)은 그 상단부가 제1극집전체(140)의 상단부 위로 돌출되도록 고정된다.
상기 제1극단열판(148)은, 도 5를 참조하면, 단열재로서 열차단 성능과 내열내구성이 우수한 복합재료로 형성된다. 보다 상세히 설명하면, 상기 제1극단열판(148)은 용융점이 낮은 유기재료(148a)와 용융점이 높은 무기재료(148b) 입자가 소정 비율로 혼합된 복합재료로 형성된다. 따라서, 상기 제1극단열판(148)의 온도가 높아져 유기재료(148a)가 용융되면서 소실되더라도 무기재료(148b)에 의하여 단열 기능 및 절연기능이 유지되는 장점이 있다. 상기 제1극단열판(148)은 접착테이프 형태로 형성되며, 두께는 바람직하게는 5 ∼ 200㎛로 형성된다. 상기 제1극단열판(148)의 두께가 5㎛보다 얇으면 제1극단열판(138)의 두께가 너무 얇아 열차폐기능이 떨어지게 되며, 200㎛을 초과하여 너무 두꺼우면 전극조립체의 두께가 부분적으로 두꺼워지게 된다.
상기 유기재료(148a)는 바람직하게는 이차전지의 전해액에 대한 내성이 우수한 PI(polyimide), PET(polyethyleneterephthalate), PP(polypropylene)와 같은 재질이 사용된다. 상기 음극단열판(148)은 캔의 내부에서 전해액과 접촉하게 되므로 전해액에 대한 내성이 강해야 한다.
상기 무기재료(148b)는 비전도성이면서, 용융점이 높은 재료로서, Al2O3, TiO2, ZrO2, SiO2, MnO2, MgO를 포함하는 산화물과 Si3 N4, BN 질화물을 포함하는 다양한 재료가 사용될 수 있다. 상기 무기재료(148b)는 미세한 구형입자, 휘스커(whisker), 판상입자를 포함하는 다양한 형상으로 형성될 수 있다. 또한 상기 무기재료(148b) 입자가 구형 또는 휘스커인 경우에는 입자는 상기 제1극단열판(148) 두께의 50%보다 작은 직경을 갖도록 형성되며, 바람직하게는 상기 제1극단열판(148) 두께의 10%보다 작은 직경을 갖도록 형성된다. 또한 상기 무기재료(148b) 입자가 판상인 경우에는 판상 입자는 상기 제1극단열판(148) 두께의 50%보다 작은 두께를 갖도록 형성되며, 바람직하게는 상기 제1극단열판(148) 두께의 10% 보다 작은 두께로 형성된다. 상기 무기재료(148b) 입자의 직경 또는 두께가 상기 제1극단열판 (148) 두께의 50%보다 크게 되면 상기 제1극단열판의 표면이 매끄럽지 못하여 접착력이 떨어지게 될 수 있다.
상기 제1극단열판(148)은 유기재료(148a)와 무기재료(148b)의 복합재료로 형성될 때, 상기 무기재료(148b)는 전체중량 대비 20% 내지 80%가 포함되도록 형성된다. 상기 제1극단열판(148)에서 무기재료(148b)의 함량이 20%보다 작게 되면 유기재료(148a)의 용융시 무기재료(148b) 입자가 제1극단열판을 유지하기 어려워 상기 제1극단열판(148)을 복합재료로 쓰는 효과가 없게 된다. 또한 무기재료(148b) 입자의 함량이 80%를 초과하게 되면 유기재료(148a)와 무기재료(148b)의 복합재료를 테이프 형상으로 형성하기 어려우며, 형성된 제1극단열판(148)의 강도도 약하게 되어 사용에 문제가 있게된다.
상기 제1극단열판(148)은 상기 제1극탭(146)이 용접된 상기 제1극무지부(143)의 반대편에 접착되며, 바람직하게는 상기 제1극탭(146)이 용접된 상기 제1극무지부(143)의 반대편에 제1극탭(146)의 접착면적보다 넓은 면적으로 형성되어 접착된다.
상기 전극조립체(100)는, 도 6을 참조하여 보면, 상기 제2극판(130)과 제1극판(140)을 절연시키는 세퍼레이터(150)가 게재되어 권취된다. 이때 상기 제2극탭(136)은 외주부에 위치되고, 상기 제1극탭(146)은 내주부에 위치되도록 권취된다. 상기 제1극탭(146)이 용접된 제1극무지부(143)의 반대편에는 제1극단열판(148)이 형성되며, 상기 제1극단열판(148)은 제1극탭(146)에서 발생되는 열을 차단하여 제1극탭(146)에서 발생되는 열이 인접한 세퍼레이터(150)와 제2극판(130)으로 전달되 지 않도록 한다.
일반적으로 전극판에 전극탭이 용접된 부분에서 발열량이 많게 되며, 특히 상기 제1극판(140)에 제1극탭(146)이 용접된 부분은 전극조립체(100)내에서 발열량이 가장 많게 된다. 그러나, 제1극탭(146)이 용접된 제1극무지부(143)의 반대편에 별도의 제1극단열판(148)이 형성되면 제1극탭(146)에서 발생되는 열은 인접한 세퍼레이터(150) 및 제2극판(130)으로 전달되는 것이 차단되어 세퍼레이터(150)가 수축되거나 용융되지 않으므로 제2극판(130)과 제1극판(140)이 서로 단락되는 것을 방지 할 수 있게 된다. 또한 상기 제1극단열판(148)은 복합재료로 형성되므로 제1극탭(146) 부분에서 발열량이 증가되어 유기재료(148a)인 수지가 용융되어 소실되더라도 무기재료(148b)가 단열판을 유지하게 된다.
도 7은 본 발명에 따른 다른 실시예를 나타낸다.
상기 전극조립체(100)에서는, 도 7을 참조하면, 제1극탭(146) 부위뿐만 아니라 제2극탭(136)이 용접된 부위에도 제2극단열판(138)이 형성되어 있다. 즉 상기 제2극탭(136)이 용접된 제2극무지부(133)의 반대편에도 상기 제1극단열판(148)과 유사한 사양으로 제2극단열판(138)이 형성될 수 있다.
상기 제2극탭(136)은 일반적으로 전극조립체(100)의 외주부에 설치되므로 발생되는 열이 캔(10) 방향으로 확산되지만 열이 급격히 발생되는 경우에는 내주부로도 전달될 수 있다. 다만 제2극탭(136)이 외주부에 설치되는 경우에는 제1극탭(146)부위보다 발열량이 적고, 외부로 확산되는 것이 용이하므로 제2극단열판(138)은 제1극단열판(148)보다 얇게 형성되어도 가능하게 된다.
도 8은 본 발명에 따른 다른 실시예를 나타낸다.
상기 전극조립체(100)에서 상기 제2극탭(136)과 제1극탭(146)은, 도 8을 참조하여 보면, 모두 전극조립체(100)의 내주부에 형성되며, 제2극탭(136)과 제1극탭(146)의 반대쪽에는 각각 단열판(138, 148)이 형성된다. 리튬 이차전지의 충방전시 상기 제2극탭(136)과 제1극탭(148)에서 발생되는 열은 인접한 세퍼레이터(150) 또는 전극판으로 전달되지 않게 되며, 세퍼레이터(150)의 용융 또는 수축이 발생하지 않게 된다.
도 9는 본 발명에 따른 또 다른 실시예를 나타낸다.
상기 전극조립체(100b)는, 도 9를 참조하면, 상기 제2극탭(136b)과 제1극탭(146b)의 표면에 접착되는 절연판(139b, 149b)을 더 포함할 수 있다. 즉 상기 단열판(138b, 148b)의 반대면에 추가적으로 절연판(139b, 149b)이 각각 형성되어 있다.
상기 제2극탭(136b)과 제1극탭(146b)은 일반적으로 금속판이 프레스 금형에 의하여 일정모양으로 절단되어 형성되므로 특정 모서리부분에 버(burr)가 형성될 수 있다. 제2극탭(136b)과 제1극탭(146b)에 버가 존재하는 상태로 사용되면, 전극조립체의 권취와 판형으로의 성형과정에서 제2극탭(136b)과 제1극탭(146b)에 존재하는 버가 제2극판(130b)과 제1극판(140b)을 전기적으로 절연하는 세퍼레이터(150b)를 관통하는 등 세퍼레이터(150b)에 손상을 주고 더 나아가 제2극판(130b)과 제1극판(140b)이 단락되는 현상이 발생될 수 있다.
따라서 상기 절연판(139b, 149b)은 상기 제2극탭(136b)과 제1극탭(146b)을 테이핑 처리하여 제2극탭(136b)과 제1극탭(146b)에 존재하는 버에 의하여 세퍼레이 터(150b)가 손상되어 전극판과 단락되는 것을 방지하게 된다. 상기 제2극탭(136)과 제1극탭(146)에 대한 테이핑처리는, 도 9에서 보는 바와 같이, 제2극무지부(133b)와 제1극무지부(143b)에 고정된 각각의 제2극탭(136b)과 제1극탭(146b) 표면에 일정한 크기의 절연판(139b, 149b)을 접착하여 제2극탭(136b) 및 제1극탭(146b)과 세퍼레이터(150b)가 직접적으로 접촉되는 것을 방지하여 세퍼레이터(150b)가 손상되는 것을 방지할 수 있다.
또한 상기 절연판(139b, 149b)은 상기 단열판(138b, 148b)과 동일한 단열특성의 테이프를 사용하게 되면, 절연과 동시에 단열효과도 얻을 수 있게되어 세퍼레이터의 용융과 수축을 방지할 수 있게 된다.
또한 본 명세서에서는 본 발명의 바람직한 실시예로서 본 발명의 전극조립체를 젤리 롤 형상으로 형성한 후 일정하게 압착한 캔형 리튬 이차전지에 대해 설명하였으나, 이것은 단지 각형 리튬 이차전지에 국한될 것이 아니며, 본 실시예와 같은 전극 젤리롤이 사용될 수 있는 전지는 어떠한 형태의 것도 적용 가능하다 할 것이다. 따라서, 본 발명은 각형 리튬 이차전지 뿐 아니라, 원통형 리튬 이차전지와 단추형 리튬 이차전지 및 일차전지 등 다양하게 적용될 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형의 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 특허청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
본 발명에 따르면 리튬 이차전지의 충방전시 발생되는 과충방전 또는 전극의 쇼트시에 전극탭에서의 발열에 의하여 세퍼레이터의 용융 수축이 발생되는 것을 방지하여 전극판간의 추가적인 단락을 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한 본 발명에 따르면 이차전지의 온도가 상승하여 단열판의 수지부분이 용융되더라도 무기재료에 의하여 단열판이 유지되므로 단열 및 절연 효과가 지속되어 이차전지의 추가적인 단락을 방지할 수 있는 효과가 있다.

Claims (16)

  1. 제1극집전체와 제1극활물질층을 구비하며 제1극무지부가 형성된 제1극판과, 제2극집전체와 제2극활물질층을 구비하며 제2극무지부가 형성된 제2극판 및 제1극판과 제2극판을 절연시키는 세퍼레이터가 함께 권취되어 형성되며, 상기 제1극무지부와 제2극무지부에 각각 제1극탭과 제2극탭이 고정되는 전극조립체를 구비하는 리튬 이차전지에 있어서,
    상기 제1극판은 상기 제1극무지부에서 상기 제1극탭이 고정된 면의 반대 면에 접착되는 제1극단열판을 포함하며,
    상기 제1극단열판은 유기재료와 무기재료의 복합재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제1극단열판은 5 ∼ 200㎛의 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제1극단열판을 구성하는 유기재료는 PI 또는 PET 또는 PP 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 제1극단열판을 구성하는 무기재료는 산화물 또는 질화물로 형성되는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 산화물은 Al2O3, TiO2, ZrO2, SiO2, MnO2 , MgO 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
  6. 제 4항에 있어서,
    상기 질화물은 Si3N4, BN 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
  7. 제 4항에 있어서,
    상기 무기재료는 구형 또는 휘스커 또는 판형의 입자로 형성되는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 무기재료는 구형 또는 휘스커의 직경 및 판형의 두께가 상기 제1극단열판 두께의 50%보다 작게 형성되는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
  9. 제 1에 있어서,
    상기 무기재료는 상기 제1극단열판의 전체중량 대비 20 내지 80%로 포함되어 형성되는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 제1극탭은 상기 제1극탭의 표면에 접착되는 절연판을 포함하여 형성되는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 절연판은 상기 제1극단열판과 동일한 재질로 사용되는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
  12. 제 1항에 있어서,
    상기 제2극판은
    제 2항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 의한 상기 제1극단열판과 동일하게 형성되어 상기 제2극무지부에서 상기 제2극탭이 고정된 면의 반대 면에 접착되는 제2극단열판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 제2극단열판의 두께는 상기 제1극단열판의 두께보다 작게 형성되는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
  14. 제 12항에 있어서,
    상기 제2극탭은 전극조립체의 외주부에 설치되고 상기 제1극탭은 상기 전극조립체의 내주부에 설치되는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
  15. 제 12항에 있어서,
    상기 제2극탭과 제1극탭은 상기 전극조립체의 내주부 내에서 서로 소정간격 이격되어 설치되는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
  16. 제 1항에 있어서,
    상기 제1극판은 음극판으로, 제2극판은 양극판으로 형성되는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
KR1020040076137A 2004-09-22 2004-09-22 리튬 이차전지 KR100601554B1 (ko)

Priority Applications (9)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020040076137A KR100601554B1 (ko) 2004-09-22 2004-09-22 리튬 이차전지
CN2005101049868A CN1753204B (zh) 2004-09-22 2005-09-22 用于锂二次电池的复合材料带和使用它的锂二次电池
EP05108753A EP1641057B1 (en) 2004-09-22 2005-09-22 Composite material tape for lithium secondary battery and lithium secondary battery using the same
US11/234,841 US20060093922A1 (en) 2004-09-22 2005-09-22 Composite material tape for lithium secondary battery and lithium secondary battery using the same
AT05108753T ATE415712T1 (de) 2004-09-22 2005-09-22 Kompositmaterialband für sekundäre lithiumbatterien und sekundäre lithiumbatterien dieses verwendend
JP2005275851A JP4878800B2 (ja) 2004-09-22 2005-09-22 リチウム二次電池
DE602005011217T DE602005011217D1 (de) 2004-09-22 2005-09-22 Kompositmaterialband für sekundäre Lithiumbatterien und sekundäre Lithiumbatterien dieses verwendend
JP2010106589A JP5186529B2 (ja) 2004-09-22 2010-05-06 リチウム二次電池
US13/402,652 US9040202B2 (en) 2004-09-22 2012-02-22 Composite material tape for lithium secondary battery and lithium secondary battery using the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020040076137A KR100601554B1 (ko) 2004-09-22 2004-09-22 리튬 이차전지

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20060027266A KR20060027266A (ko) 2006-03-27
KR100601554B1 true KR100601554B1 (ko) 2006-07-19

Family

ID=37138390

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020040076137A KR100601554B1 (ko) 2004-09-22 2004-09-22 리튬 이차전지

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100601554B1 (ko)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107732318A (zh) * 2017-07-05 2018-02-23 东莞市创明电池技术有限公司 安全锂离子电池卷芯和锂离子电池

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60230363A (ja) * 1984-04-27 1985-11-15 Japan Storage Battery Co Ltd 熱電池
JPH0260050A (ja) * 1988-08-26 1990-02-28 Ube Ind Ltd 薄形電池
JPH03241664A (ja) * 1990-02-19 1991-10-28 Matsushita Electric Ind Co Ltd 電池及び電池用リード端子
JP2000294286A (ja) * 1999-04-12 2000-10-20 Toshiba Battery Co Ltd ポリマーリチウム二次電池

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60230363A (ja) * 1984-04-27 1985-11-15 Japan Storage Battery Co Ltd 熱電池
JPH0260050A (ja) * 1988-08-26 1990-02-28 Ube Ind Ltd 薄形電池
JPH03241664A (ja) * 1990-02-19 1991-10-28 Matsushita Electric Ind Co Ltd 電池及び電池用リード端子
JP2000294286A (ja) * 1999-04-12 2000-10-20 Toshiba Battery Co Ltd ポリマーリチウム二次電池

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
02060050
03241664
12294286
60230363

Also Published As

Publication number Publication date
KR20060027266A (ko) 2006-03-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100635761B1 (ko) 전극조립체 및 이를 이용하는 이차전지
KR100601548B1 (ko) 이차전지
JP5186529B2 (ja) リチウム二次電池
EP1998401B1 (en) Electrode assembley and secondary battery using the same
KR100686851B1 (ko) 리튬 이차전지용 복합재료 테이프 및 이를 이용한 리튬이차전지
EP2293367A1 (en) Rechargeable secondary battery having improved safety against puncture and collapse
EP2985812B1 (en) Secondary battery
KR100601504B1 (ko) 전극조립체 및 이를 이용하는 리튬이온 이차전지
US8785021B2 (en) Battery pack
US20060099501A1 (en) Secondary battery
US20090092897A1 (en) Cap assembly and secondary battery using the same
KR100561303B1 (ko) 파우치형 리튬 이차전지
US8580417B2 (en) Electrode assembly and secondary battery having the same
US9508973B2 (en) Secondary battery
KR100601555B1 (ko) 권취형 전극 조립체 및 이를 이용하는 리튬 이차 전지
KR100601554B1 (ko) 리튬 이차전지
KR100670452B1 (ko) 전극 조립체 및 이를 이용한 이차 전지
KR100571252B1 (ko) 파우치형 리튬 이차전지
KR100659876B1 (ko) 이차 전지
KR20060019768A (ko) 권취형 전극 조립체

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20130621

Year of fee payment: 8

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20140701

Year of fee payment: 9

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20150623

Year of fee payment: 10

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160617

Year of fee payment: 11

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170621

Year of fee payment: 12

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180628

Year of fee payment: 13

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190626

Year of fee payment: 14