KR100709862B1 - 원통형 이차전지 - Google Patents

원통형 이차전지 Download PDF

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Abstract

본 발명의 이차전지는 극판에 결합되는 전극탭의 모서리부를 라운딩 처리함으로써, 전극조립체를 캔 내부로 삽입할 때에 전극탭과 극판 및/또는 세퍼레이터 간의 간섭으로 인한 극판 및/또는 세퍼레이터의 손상을 방지할 수 있고, 이에 따라 전극조립체를 캔 내부로 용이하게 삽입할 수 있다.

Description

원통형 이차전지 {CYLINDER TYPE SECONDARY BATTERY}
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 원통형 이차전지를 나타내는 정단면도,
도 2a 는 도 1 의 원통형 이차전지의 A-A선 단면도,
도 2b 는 도 2a 의 확대도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
10: 캔 20: 전극조립체
21, 23: 세퍼레이터 22: 음극판
24: 양극판 27, 29: 전극탭
100: 캡조립체
본 발명은 원통형 이차전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 극판에 결합되는 전극탭의 모서리부를 라운딩 처리함으로써, 전극조립체를 캔 내부로 삽입할 때에 전극탭과 극판 및/또는 세퍼레이터 간의 간섭으로 인한 극판 및/또는 세퍼레이터의 손상을 방지한 원통형 이차전지에 관한 것이다.
통상적으로, 이차전지(secondary battery)는 충전이 불가능한 일차전지와는 달리, 충전 및 방전이 가능한 전지를 말하는 것으로서, 셀룰라 폰, 노트북 컴퓨터, 캠코더 등의 첨단 전자기기 분야에서 널리 사용되고 있다. 특히, 리튬 이차전지는 작동전압이 3.6V로서, 전자장비 전원으로 많이 사용되고 있는 니켈-카드뮴 전지나 니켈-수소 전지보다 3배나 높고, 단위중량당 에너지밀도가 높다는 측면에서 급속도로 신장되고 있는 추세이다.
이러한 리튬 이차전지는 주로 양극 활물질로 리튬계 산화물, 음극 활물질로는 탄소재를 사용하고 있다. 또한, 리튬 이차전지는 여러가지 형상으로 제조되고 있는데, 대표적 형상으로는 원통형과, 각형과, 파우치형을 들 수 있다.
이 중 원통형 이차전지는 전극조립체와, 이 전극조립체를 수용하는 원통형의 캔과, 이 캔의 상부에 결합되는 캡조립체를 포함하여 이루어진다.
전극조립체는 양극판과 음극판 및 이들 두 극판 사이에 개재된 세퍼레이터가 원통형으로 권취되어 있으며, 양극판 및 음극판으로부터 양극탭 및 음극탭이 각각 인출되어 있다. 통상 양극탭은 상방으로, 음극탭은 하방으로 인출된다.
캔은 원통형 이차전지에서 대략 원통의 형상을 가진 금속재질의 용기이며, 딥 드로잉(deep drawing) 등의 가공방법으로 형성한다. 따라서 캔 자체가 단자역할을 수행하는 것도 가능하다.
캡조립체는 캔의 개방된 상부와 결합되는데, 캡조립체와 캔 사이에는 이 둘을 절연시키는 가스켓이 위치한다.
전극조립체의 양극은 상방으로 인출된 양극탭을 통해 캡조립체의 한 부품과 전기 접속되고, 음극은 하방으로 인출된 음극탭을 통해 캔의 바닥면에 접합된다. 물론, 극성이 바뀌어 설계될 수도 있다.
그런데, 종래의 전극탭, 특히 음극탭의 구조는 다음과 같은 문제점이 있다.
전극조립체의 음극판 중 권취가 끝나는 말단 부분에는 음극활물질층이 도포되지 않은 무지부가 존재하는데, 음극탭은 이 무지부에 레이져 용접 등의 방법으로 결합된다. 따라서, 음극탭은 전극조립체의 외곽에 위치하면서 하방으로 인출되어 캔의 바닥면에 용접된다.
통상적으로 음극탭 위에는 세퍼레이터가 덮여진 채 원통형의 캔 내부로 삽입되는데, 음극탭의 모서리 부분이 각이 져 있어, 캔 내부로 전극조립체 삽입시 음극탭의 모서리부와 세퍼레이터 간의 간섭이 일어날 수 있다. 즉, 세퍼레이터가 음극탭의 모서리부에 의해 찢어질 위험이 있고, 이에 따라 전극조립체를 캔 내부로 삽입하기 어려운 문제가 있다.
이러한 문제는 음극탭의 경우뿐만 아니라, 전극조립체의 안쪽에 위치하는 양극탭의 경우에도 나타날 수 있다. 즉, 캔 내부로 전극조립체를 삽입할 때에, 전극조립체는 큰 수축압력을 받게 되고, 양극탭의 각진 모서리 부분에 의해 양극탭을 덮고 있는 세퍼레이터가 손상될 위험이 있다.
이는 특히 일반 탭보다 두껍고 넓은 폭을 요구하는 드릴 같은 전동공구용 전지의 탭의 경우에 문제된다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 극판에 결합되는 전극탭의 모서리부를 라운딩 처리함으로써, 전극조립체를 캔 내부로 삽입할 때에 전극탭 과 극판 및/또는 세퍼레이터 간의 간섭으로 인한 극판 및/또는 세퍼레이터의 손상을 방지하는 데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 원통형 이차전지는, 서로 다른 두 극판 및 이들 두 극판 사이에 개재된 세퍼레이터가 적층되어 권취된 전극조립체; 상기 전극조립체가 수용되는 캔; 및 상기 캔의 개방된 상부와 결합되는 캡조립체를 포함하는 원통형 이차전지에 있어서, 상기 전극조립체의 어느 한 극판에 전극탭이 결합되되, 상기 전극탭은 권취된 상기 한 극판의 바깥면에 결합되고, 상기 전극탭은 상기 극판에 부착되는 면과 반대측 면의 양쪽 모서리가 상기 전극탭과 상기 캔 사이에서 모서리부에 의하여 간섭되지 않을 정도의 곡률을 갖도록 라운드지게 형성된 것을 특징으로 한다.
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이때, 상기 전극탭은, 상기 한 극판 중 권취가 끝나는 말단 부분에 결합될 수도 있다. 그리고, 상기 전극탭과 상기 캔의 내벽 사이에는 세퍼레이터만 위치할 수도 있다
또는, 상기 전극탭과 상기 캔의 내벽 사이에는 활물질층이 비코팅된 부분의 금속박판과 세퍼레이터만이 위치할 수도 있다.
이하에서는, 첨부된 도면을 참조하면서 실시예를 통해 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다.
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 원통형 이차전지를 나타내는 정단면도이다.
도 1 을 참조하면, 원통형 이차전지는 전극조립체(20)와, 전극조립체(20)를 수용하는 캔(10)과, 이 캔(10)과 결합되는 캡조립체(100)를 포함한다.
전극조립체(20)는 통상 전기용량을 높이기 위해 서로 다른 두 전극을 넓은 판형으로 형성한 뒤, 이들을 상호 절연시키는 세퍼레이터(21, 23)를 이들 두 극판(22, 24) 사이 및 두 극판 아래쪽 혹은 위쪽에 위치시켜 적층하고, 원형으로 권취하여 이른바 '젤리롤(Jelly Roll)' 형태로 만든다. 두 극판은 각각 알미늄과 구리로 된 금속 포일 혹은 금속 메쉬로 이루어지는 집전체에 활물질 슬러리가 도포되어 이루어진다. 극판이 감기는 방향으로 집전체의 시작단과 끝단에는 슬러리가 도포되지 않는 무지부가 존재한다. 무지부에는 한 극판에 하나씩 전극탭(27, 29)이 설치되며, 전극탭은 하나가 원통형 캔의 개구부 방향인 위쪽으로, 다른 하나는 아래쪽으로 전극에서 인출되도록 형성될 수도 있고, 두 탭 모두 개구부 방향인 위쪽으로 인출되도록 형성될 수도 있다.
캔(10)은 도시된 바와 같이 원통의 형상을 가지고 있고, 알미늄 또는 알미늄 합금 같은 경량의 전도성 금속재질의 용기이며, 딥 드로잉(deep drawing) 등의 가공방법으로 형성된다. 이 원통형 캔(10) 내에 하절연부재(30)와 전극조립체(20)와 상절연부재(40)가 순서대로 설치된다. 이때, 젤리롤의 풀림을 방지하고 내부가스의 이동통로의 역할을 수행하는 센터핀(18)이 젤리롤 중앙의 빈 공간에 삽입될 수도 있다.
아래쪽으로 인출되는 전극탭(29)은 젤리롤형 전극조립체(20)의 하면과 평행하도록 절곡되고, 원통형 캔(10)의 바닥면에 용접된다. 이때, 전극조립체(20)의 하 면이 캔(10)의 바닥면과 단락되지 않도록, 절곡된 전극탭(29) 부분과 전극조립체(20)의 하면 사이에는 하절연부재(30)가 위치하도록 한다. 또한, 상절연부재(40)는 전극조립체(20)의 상면과 캡조립체(100) 사이를 절연시키는 역할을 수행한다.
하절연부재(30)와 전극조립체(20)와 상절연부재(40)가 수용된 원통형 캔(10)에 있어서, 상절연부재(40)의 상단 바로 윗부분의 캔(10)의 외주를 따라 외부에서 안쪽으로 가압하여 비딩부(15)를 형성함으로써 전극조립체(20)의 유동을 방지할 수도 있다.
이후, 원통형 캔에는 전해액이 주입된다. 이 전해액은 충·방전시 전극에서 전기화학적 반응에 의해 생성되는 리튬 이온이 이동 가능하게 하는 역할을 한다.
캡조립체(100)는 도시한 바와 같이 벤트(110), 전류차단기(120), PTC(130) 및 캡업(140)이 아래쪽부터 순서대로 위치한다. 캡조립체(100)의 가장 아래쪽에는 벤트(110)가 위치하는데, 이 벤트(110)의 중앙부는 아래쪽으로 볼록하게 돌출되어 전극탭(27)과 전기 접속되는 돌출부(112)를 가지고 있다. 벤트(110) 위쪽에는 벤트(110)의 돌출부(112)가 내부압력에 의해 위로 볼록하게 변형됨으로써 파단되도록 이루어진 전류차단기(CID: Current Interrupt Device)(120)가 설치되어 있다. 이 전류차단기(120) 위쪽에는 PTC(Positive Thermal Coefficient)(130)가 설치되어 있는데, 이 PTC는 전지의 과열에 의해 전지 내 전류의 흐름을 차단한다. PTC 위쪽에는 외부와 전기 접속되도록 볼록하게 형성된 전극단자를 갖는 캡업(Cap Up)(140)이 설치되어 있다.
상기 캔(10)의 상부와 상기 캡조립체(100) 사이에는 가스켓(150)이 위치하여 캔(10)과 캡조립체(100) 사이를 밀폐시키고 절연시키는 역할을 수행한다.
이하에서는, 전극탭의 구조에 관하여 보다 상세하게 살펴본다.
도 2a 는 도 1 의 원통형 이차전지의 A-A선 단면도이고, 도 2b 는 도 2a 의 확대도이다.
도면은 참조하면, 전극조립체(20)의 한 극판(22)에 결합된 전극탭(29)의 모서리부는 라운드져 있다. 나아가, 상기 한 극판(22)에 결합된 상기 전극탭(29)의 양 모서리부 모두가 라운드져 있다.
전극탭의 모서리부를 라운드 처리하는 이유는, 캔 내부로 전극조립체를 삽입할 때 전극탭의 모서리부와 세퍼레이터 및/또는 극판 간의 간섭이 일어나는 가능성을 최소화시키기 위함이다.
도면을 계속해서 보면, 상기 전극탭(29)은 권취된 상기 한 극판(22)의 바깥면에 결합되어 있다. 그리고, 상기 전극탭(29)은, 상기 한 극판(22) 중 권취가 끝나는 말단 부분에 결합되어 있다. 상술한 바와 같이, 전극탭은 극판 중 활물질층이 코팅되지 않은 부분인 무지부에 레이져 용접 등을 이용하여 결합된다.
도시한 바와 같이, 전극탭(29)과 상기 캔(10)의 내벽 사이에는 세퍼레이터(21)만 위치할 수도 있다. 이 경우, 전극탭(29)의 모서리가 각져 있지 않고 라운드져 있어, 캔(10) 내부로 전극조립체(20)를 삽입할 때 전극탭(29)의 모서리부와 세퍼레이터(21) 간의 간섭이 일어날 위험이 없다. 따라서, 전극탭(29)을 덮고 있는 세퍼레이터(21)의 손상을 방지할 수 있고, 이에 따라 전극조립체(20)를 캔(10) 내부로 용이하게 삽입할 수 있다.
또는, 상기 전극탭(29)과 상기 캔(10)의 내벽 사이에는, 도시하진 않았지만, 활물질층이 비코팅된 부분의 금속박판(미도시)과 세퍼레이터만이 위치할 수도 있다. 이는 상기 금속박판의 무지부가 한 바퀴 이상 권취되어 있는 경우를 말한다. 예를 들어, 상기 금속박판의 무지부에 상기 전극탭(29)이 결합된 후, 상기 금속박판이 한 바퀴 권취되어 이 전극탭(29) 위를 덮고, 그 위를 세퍼레이터가 덮는 경우이다. 이 경우에도, 전극탭(29)의 모서리가 각져 있지 않고 라운드져 있어, 캔(10) 내부로 전극조립체(20)를 삽입할 때 전극탭(29)의 모서리부와 금속박판 및 세퍼레이터 간의 간섭이 일어날 위험이 없다. 따라서, 전극탭(29)을 덮고 있는 금속박판과 세퍼레이터의 손상을 방지할 수 있고, 이에 따라 전극조립체를 캔 내부로 용이하게 삽입할 수 있다.
본 발명에 따르면, 극판에 결합되는 전극탭의 모서리부를 라운딩 처리함으로써, 전극조립체를 캔 내부로 삽입할 때에 전극탭과 극판 및/또는 세퍼레이터 간의 간섭으로 인한 극판 및/또는 세퍼레이터의 손상을 방지할 수 있고, 이에 따라 전극조립체를 캔 내부로 용이하게 삽입할 수 있다.
본 발명은 도시된 실시예를 중심으로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 할 수 있는 다양한 변형 및 균등한 타 실시예를 포괄할 수 있음을 이해할 것이다.

Claims (6)

  1. 서로 다른 두 극판 및 이들 두 극판 사이에 개재된 세퍼레이터가 적층되어 권취된 전극조립체; 상기 전극조립체가 수용되는 캔; 및 상기 캔의 개방된 상부와 결합되는 캡조립체를 포함하는 원통형 이차전지에 있어서,
    상기 전극조립체의 어느 한 극판에 전극탭이 결합되되,
    상기 전극탭은 권취된 상기 한 극판의 바깥면에 결합되고,
    상기 전극탭은 상기 극판에 부착되는 면과 반대측 면의 양쪽 모서리가 상기 전극탭과 상기 캔 사이에서 모서리부에 의하여 간섭되지 않을 정도의 곡률을 갖도록 라운드지게 형성된 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 전극탭은, 상기 한 극판 중 권취가 끝나는 말단 부분에 결합된 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 전극탭과 상기 캔의 내벽 사이에는 세퍼레이터만 위치하는 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 전극탭과 상기 캔의 내벽 사이에는 활물질층이 비코팅된 부분의 금속박판과 세퍼레이터만이 위치하는 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지.
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