KR100709863B1 - 이차 전지 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전극탭 양측의 전극 기재부분에 지지테이프를 형성하여 권취시 전극롤의 변형을 방지함으로써 변형에 의해 전지의 두께가 두꺼워짐을 방지할 수 있는 이차 전지에 관한 것이다.

본 발명의 실시예에 따른 이차 전지는 양극 기재에 양극 활물질이 도포된 양극판과, 세퍼레이터 및 음극 기재에 음극 활물질이 도포된 음극판을 함께 권취하여 형성된 전극롤; 상기 전극롤을 수용하는 케이스; 및 상기 전극롤의 인입구가 되는 상기 케이스의 개구부를 마감하는 캡 조립체를 포함하며, 상기 전극롤의 중심부에 위치하는 전극탭을 갖는 양극판 또는 음극판은 권취 선단부의 기재에 형성된 상기 전극탭 양측에 지지테이프를 포함함을 특징으로 한다.

Description

이차 전지{Secondary battery}

도 1은 종래 이차 전지의 전극판을 나타내는 단면도이다.

도 2는 도 1의 전극판을 갖는 전극 조립체를 권취하여 형성된 전극롤을 상방에서 본 평면도이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 일 예로 각형 이차 전지를 도시한 분리 사시도이다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 음극판을 나타내는 단면도이다.

도 5는 도 4의 음극판을 나타내는 평면도이다.

도 6은 도 4의 음극판을 갖는 전극 조립체를 권취하여 형성된 전극롤을 상방에서 본 평면도이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

11,21: 캔 12, 22: 전극 조립체

13: 양극판 14: 세퍼레이터

15: 음극판 15a: 음극 기재

15b: 음극 활물질층 16: 양극탭

17: 음극탭 18: 절연 테이프

19: 지지 테이프 20: 전극롤

110: 캡 플레이트 112: 전해액 주입구

120: 가스켓 130: 전극 단자

140: 절연 플레이트 150: 단자 플레이트

160: 마개 190: 절연 케이스

191: 음극탭용 홀 192: 양극탭용 홀

193: 전해액 통과공

본 발명은 이차 전지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전극탭 양측의 전극 기재부분에 지지테이프를 형성하여 권취시 전극롤의 변형을 방지함으로써 변형(deform)에 의해 전지의 두께가 두꺼워짐을 방지할 수 있는 이차 전지에 관한 것이다.

이차 전지는 재충전이 가능하고 소형 및 대용량화 가능성으로 인하여 근래에 많이 연구 개발되고 있다. 근래에 개발되고 사용되는 것 가운데 대표적으로는 니켈수소(Ni-MH)전지와 리튬(Li)전지 및 리튬이온(Li-ion)전지가 있다.

이들 이차 전지의 베어 셀(bare cell) 대부분은 양극, 음극 및 세퍼레이터를 구비하여 이루어진 전극 조립체를 알루미늄 또는 알루미늄 합금 기타 재질로 이루어진 케이스에 수납하고, 케이스를 캡 조립체로 마감한 뒤, 케이스 내부에 전해액 을 주입하여 캡 조립체를 밀봉함으로써 형성된다.

이러한 이차 전지에서 전극 조립체는 통상 젤리롤 형태로 이루어진다. 젤리롤은 양극판과, 음극판 및 세퍼레이터를 적층하고 맨드릴을 이용하여 권취하여 이루어진다. 상기와 같은 양극판과 음극판 각각은 양극 기재와 음극 기재 각각에 활물질을 일정한 두께로 코팅하여 이루어진다. 양극 기재와 음극 기재 각각에는 활물질층이 코팅되지 않은 무지부가 형성되는데, 이러한 무지부에는 전지 외부로부터 충전 전원이 인가되거나 또는 전지 외부로 방전 전원이 인가될 수 있도록 전극탭이 용접되어 일정길이 연장되어 있다. 즉, 양극 기재의 무지부에는 양극탭이, 음극 기재의 무지부에는 음극탭이 용접된다.

도 1은 종래 이차 전지의 전극판을 나타내는 단면도이고, 도 2는 도 1의 전극판을 갖는 전극 조립체를 권취하여 형성된 전극롤을 상방에서 본 평면도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 이차 전지의 전극 조립체에 포함되는 전극판은 전류를 모으는 포일 형태의 전극 기재(1)와, 상기 전극 기재(1) 양면에 코팅된 활물질층(2)으로 이루어진다. 더불어, 상기 전극 기재(1)에는 활물질이 코팅되지 않은 무지부가 형성되어 있다.

전극 기재(1)는 극성에 따라 구리 및 알루미늄이 주로 사용되며, 외부로 전기를 통하게 하는 매개체가 된다.

활물질층(2)의 활물질은 극성에 따라 LiCoO₂ 같은 금속 산화물 및 탄소(C) 계열 물질이 주로 사용되며, 전기를 발생시키는 역할을 한다.

전극 기재(1)의 무지부에는 도전성을 갖는 전극탭(3)이 용접되며, 전극탭(3)의 일단에는 절연을 위한 절연테이프(미도시)가 부착될 수도 있다.

이러한 구조를 갖는 전극판과 세퍼레이터를 권취하여 젤리롤 형태의 전극롤(6)을 형성할 경우, 도 2에 도시된 바와 같이, 한 전극판의 전극탭은 캡 플레이트의 중앙에 형성된 한 전극단자와 연결되기 위해 전극롤(6)의 중앙, 즉 권취 선단부(A)에 위치하고, 다른 전극판의 전극탭은 전극롤의 외측, 즉 권취 말단부(B)에 형성된다.

그런데, 전극롤의 중앙에 위치할 전극탭 부분은 권취 선단부에 위치하기 때문에 맨드릴로 권취시 발생하는 힘을 가장 크게 받는다. 더욱이 전극탭은 전극 기재의 무지부에 형성되어, 전극탭과 전극탭이 없는 전극기재 사이에는 두께차이가 발생한다. 상기와 같이 전극탭과 전극탭이 없는 전극 기재 사이에 두께차이가 발생하기 때문에, 맨드릴을 이용해 권취시 권취 선단부에 발생하는 힘이 전극탭과 전극탭이 없는 전극기재에 불균형하게 가해진다. 즉, 전극 기재의 무지부에서, 전극탭이 없는 전극기재 부분은 전극 탭이 있는 전극 기재부분보다 두께가 얇아 권취시 발생하는 힘을 상대적으로 많이 받는다. 이와 같이, 맨드릴로 권취시 발생되는 힘이 전극롤의 중앙부분의 두께 차이가 있는 전극탭과 전극탭이 없는 전극 기재부분에 불균형하게 가해지기 때문에 전극롤 중앙부분의 변형이 발생될 수 있다.

이렇게, 전극롤에 변형이 일어나면 화성공정에서 충방전을 거쳐 완성된전지팩의 두께가 두꺼워진다. 이는 전지의 두께가 얇아지는 추세에 역행하는 것으로 고객의 요구를 충족시킬 수 없게 된다.

본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 전극롤의 중앙에 위치하는 전극탭을 갖는 전극판의 전극탭 양측에 지지테이프를 형성하여 권취시 전극롤의 변형을 방지함으로써 변형에 의해 전지의 두께가 두꺼워짐을 방지할 수 있는 이차 전지를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 이차 전지는 양극 기재에 양극 활물질이 도포된 양극판과, 세퍼레이터 및 음극 기재에 음극 활물질이 도포된 음극판을 함께 권취하여 형성된 전극롤; 상기 전극롤을 수용하는 케이스; 및 상기 전극롤의 인입구가 되는 상기 케이스의 개구부를 마감하는 캡 조립체를 포함하며, 상기 전극롤의 중심부에 위치하는 전극탭을 갖는 양극판 또는 음극판은 권취 선단부의 기재에 형성된 상기 전극탭 양측에 지지테이프를 포함함을 특징으로 한다.

상기 양극판 및 음극판 각각의 전극탭은 상기 양극 활물질 및 음극 활물질이 코팅되지 않은 상기 양극 기재 및 상기 음극 기재 각각의 무지부에 부착될 수 있다.

상기 지지테이프는 상기 전극탭과 겹치지 않고 평행하게 형성될 수 있다.

상기 지지 테이프는 상기 전극탭과 같은 두께로 이루어질 수 있어 80 내지 120㎛ 의 두께로 이루어질 수 있다.

상기 지지테이프의 폭은 상기 전극탭의 폭과 같거나 크게 형성될 수 있다.

상기 지지테이프는 절연성 재질로 폴리 프로필렌으로 이루어질 수 있다.

이하 도면을 참조하면서 실시예를 통해 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 일 예로 각형 이차 전지를 도시한 분리 사시도이다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지는 캔(11)과, 이 캔의 내부에 수용되는 전극 조립체(12)와, 캔(11)의 개방된 상단과 결합하여 캔(11) 상단을 밀봉하는 캡 조립체를 구비하여 이루어진다.

전극 조립체(12)는 얇은 판형 혹은 막형으로 형성된 양극판(13), 세퍼레이터(14), 음극판(15)을 와형으로 권취하여 젤리롤형의 전극롤로 형성된다. 양극판(13)에는 양극 활물질층이 형성되지 않은 양극 기재 영역에 양극탭(16)이 전기적으로 연결되어 있다. 음극판(15)에도 음극 활물질층이 형성되지 않은 음극 기재 영역에 음극탭(17)이 접속되어 있다.

양극판(13) 및 음극판(15)과, 탭들(16,17)은 극성을 달리하여 배치될 수도 있으며, 탭들(16,17)이 전극 조립체(12)로부터 인출되는 경계부에는 탭과 두 전극판(13,15) 사이의 단락을 방지하기 위하여 절연 테이프(18)가 각각 감겨질 수 있다.

세퍼레이터(14)는 폴리에틸렌이나, 폴리프로필렌이나, 폴리에틸렌과 폴리프로필렌의 공중합체(co-polymer)로 이루어져 있다. 세퍼레이터(14)는 양극판 및 음극판(13,15)보다 폭을 넓게 하여 형성하여 극판간의 단락을 방지하도록 한다.

각형 캔(11)은 대략 직육면체의 형상을 가진 알루미늄 혹은 알루미늄 합금으 로 형성된다. 캔(11)의 개방된 상단을 통해 전극 조립체(12)가 수용되어 캔(11)은 전극 조립체(12) 및 전해액의 용기 역할을 하게 된다. 캔(11)은 그 자체가 단자역할을 수행하는 것이 가능하다.

캡 조립체에는 캔(12)의 개방된 상단에 대응되는 크기와 형상을 가지는 평판형의 캡 플레이트(110)가 마련되어 있다. 캡 플레이트(110)의 중앙부에는 전극 단자(130)가 통과할 수 있도록 단자용 통공이 형성된다. 캡 플레이트(110)의 중앙부를 관통하는 음극 단자(130) 외측에는 음극 단자(130)와 캡 플레이트와(110)의 전기적 절연을 위해 튜브 형상의 가스켓(120)이 설치되어 있다. 캡 플레이트(110) 중앙부, 단자용 통공 근방에는 캡 플레이트(110) 하면에 절연 플레이트(140)가 배치되어 있다. 절연 플레이트(140)의 아랫면에는 단자 플레이트(150)가 설치되어 있다. 또한, 캡 플레이트(110)의 일측에는 전해액 주입구(112)가 형성된다. 전해액 주입구(112)에는 전해액이 주입된 다음에 전해액 주입구를 밀폐시키기 위하여 마개(160)가 설치된다.

한편, 캡 조립체와 전극 조립체(12)사이, 보다 정확하게는 캡 조립체의 하부측으로 전극 조립체(12)의 상면에는 절연 케이스(190)가 더 설치된다. 절연 케이스(190)는 일측에 전극 조립체(12)로부터 음극탭(17)이 통과할 수 있도록 음극탭용 홀(191)이 형성되고, 다른 측방 가장자리에, 즉 양극탭(16)과 대응되는 위치에, 양극탭용 홀(192)이 형성되어 있다. 또한, 절연 케이스(190)의 또다른 측방에는 전해액 통과공(193)이 형성된다. 전해액 통과공은 별도로 형성되지 않을 수도 있다.

상기와 같은 구성을 가지고 이루어지는 이차 전지에서, 전극 조립체(12)의 음극판(15)에 형성된 음극탭(17)은 캡 조립체의 중앙에 형성된 음극단자(130)와 연결되기 위해서 전극 조립체(12)가 권취되어 이루어진 전극롤의 중앙에 위치한다. 물론, 캡 조립체의 중앙에 형성된 전극단자가 양극이면, 양극탭이 전극롤의 중앙에 위치한다. 본 발명에서는 각형 전지를 예로 들어 음극판의 음극탭이 전극롤의 중앙에 위치한다. 이러한 음극판의 구조는 도 4에 나타낼 것이다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 음극판을 나타내는 단면도이고, 도 5는 도 4의 음극판을 나타내는 평면도이고, 도 6은 도 4의 음극판을 갖는 전극 조립체를 권취하여 형성된 전극롤을 상방에서 본 평면도이다.

도 4 및 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 음극판(15)은 음극 기재(15a)와, 전극 기재의 양면에 도포된 음극 활물질층(15b), 활물질층(15b)이 도포되지 않은 음극기재(15a)의 무지부에 형성된 음극탭(17)을 포함한다. 음극판(15)은 음극 기재(15a)의 무지부에 형성된 음극탭(17) 양측에 본 발명의 지지 테이프(19)를 더 포함한다.

음극판(15)의 음극 기재(15a)는 일반적으로 구리 재질로 이루어지며,외부로 전기를 통하게 하는 매개체가 된다. 본 발명에서 음극 기재의 재질을 한정하는 것은 아니다.

음극 기재(15a)의 양면에 형성된 음극 활물질층(15b)은 탄소(C)계열 물질, Si, Sn, 틴 옥사이드, 틴 합금 복합체(composite tin alloys), 전이 금속 산화물, 리튬 금속 나이트라이드 또는 리튬 금속 산화물 등으로 이루어져 전기를 발생시키는 역할을 한다. 본 발명에서 음극 활물질층의 재질을 한정하는 것은 아니다.

음극 기재(15a)의 무지부에 형성된 음극탭(17)은 일반적으로 니켈(Ni) 재질로 이루어지며, 캡 조립체의 중앙에 위치하는 음극단자와 연결되기 위해 일정 길이 돌출된다. 본 발명에서 음극탭의 재질을 한정하는 것은 아니다.

본 발명의 특징인 지지 테이프(19)는 음극 기재(15a)의 무지부에 형성된 음극탭(17) 양측에 음극탭(17)과 겹치지 않고 평행하게 형성된다. 여기서, 지지 테이프(19)는 절연성을 갖는 폴리 프로필렌 재질로 형성될 수 있으며, 음극탭(17)의 두께와 같은 두께, 예를 들어, 80 내지 120㎛로 형성된다. 이러한 지지 테이프(19)는, 음극탭(15a)과 음극탭이 형성되지 않은 음극기재(15a)의 무지부와의 두께차를 경감하고 음극탭(15a)을 지지하여, 전극 조립체를 권취시 권취 선단부, 즉, 음극탭(17)과 지지테이프(19)가 형성된 부분에 가해지는 힘을 균일하게 하고 완화되게 한다. 그리고, 지지테이프(19)는 전극 조립체 권취시 음극탭이 형성된 부분을 충분히 지지하도록 음극탭(17) 폭과 같거나 큰 폭으로 이루어질 수 있다.

상기와 같은 지지 테이프를 갖는 음극판(15), 세퍼레이터(14) 및 양극판(13)이 권취되어 전극롤(20)이 형성될 때, 전극롤(20)의 중앙부의 음극탭(17)으로 인한 두께차이가 경감되어 권취시 권취 선단부(A)에 가해지는 힘이 균일화되고 완화되어 전극롤(20) 중앙부의 변형이 방지된다. 이에 따라, 화성공정의 충방전을 거쳐 완성된 전지의 두께가 전극롤의 변형으로 인해 두꺼워지는 것이 방지된다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지는 전극조립체를 권취하여 전극롤을 형성할 때, 전극롤의 중앙에 위치할, 즉 권취 선단부에 위치하 는 전극탭을 갖는 전극판의 전극탭 양측에 지지테이프를 형성하여 전극탭과 전극탭이 없는 전극 기재의 무지부와의 두께차이를 경감할 수 있다. 이에 따라, 전극조립체를 권취할때 권취 선단부에 가해지는 힘이 균일화되고 완화되어, 전극롤 중앙의 변형이 방지될 수 있어 완성된 전지의 두께가 전극롤의 변형으로 인해 두꺼워지는 것이 방지될 수 있다. 이에 따라, 고객이 요구하는 전지의 두께를 충족시킬 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.

Claims (7)

1. 양극 기재에 양극 활물질이 도포된 양극판과, 세퍼레이터 및 음극 기재에 음극 활물질이 도포된 음극판을 함께 권취하여 형성된 전극롤; 상기 전극롤을 수용하는 케이스; 및 상기 전극롤의 인입구가 되는 상기 케이스의 개구부를 마감하는 캡 조립체를 포함하며,

   상기 전극롤의 중심부에 위치하는 전극탭을 갖는 양극판 또는 음극판은 권취 선단부의 기재에 형성된 상기 전극탭 양측에 상기 전극탭과 겹치지 않고 평행하게 형성되는 지지테이프를 포함함을 특징으로 하는 이차 전지.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 양극판 및 음극판 각각의 전극탭은 상기 양극 활물질 및 음극 활물질이 코팅되지 않은 상기 양극 기재 및 상기 음극 기재 각각의 무지부에 부착됨을 특징으로 하는 이차 전지.
3. 삭제
4. 제 1항에 있어서,

   상기 지지 테이프는 상기 전극탭과 같은 두께로 이루어짐을 특징으로 하는 이차 전지.
5. 제 4항에 있어서,

   상기 지지 테이프는 80 내지 120㎛의 두께로 이루어짐을 특징으로 하는 이차 전지.
6. 제 4항에 있어서,

   상기 지지테이프의 폭은 상기 전극탭의 폭과 같거나 크게 형성됨을 특징으로 하는 이차 전지.
7. 제 1항에 있어서,

   상기 지지테이프는 절연성 재질로 폴리 프로필렌으로 이루어짐을 특징으로 하는 이차 전지.

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