KR100739951B1 - 이차전지 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 이차전지는 서로 다른 두 전극 및 이들 두 전극 사이에 개재된 세퍼레이터가 적층되어 권취된 전극조립체; 이 전극조립체가 수용되는 캔; 및 이 캔의 상부에 조립되는 캡조립체를 구비하는 이차전지에 있어서, 캔의 내부와 전극조립체 사이에 전극조립체 고정용 접착부재가 개재되는 것을 특징으로 한다. 따라서, 전극조립체의 회전을 방지하여 전극탭 용접부의 파손을 방지할 수 있다.

Description

이차전지 {SECONDARY BATTERY}
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 원통형 이차전지의 정단면도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
10: 원통형 캔 13a, 13b: 상·하절연판
15: 비딩부 20: 전극조립체
21,23: 세퍼레이터 25: 전극
27,29: 전극탭 30: 가스켓
40: 안전벤트 50: 전류차단기
60: PTC 70: 캡업(Cap Up)
80: 캡조립체 90a, 90b: 접착부재
본 발명은 이차전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 캔의 내부와 전극조립체 사이에 전극조립체 고정용 접착부재를 개재시킴으로써 전극조립체의 회전을 방지하여 전극탭 용접부의 파손을 방지하는 이차전지에 관한 것이다.
이차전지는 재충전이 가능하고 소형 및 대용량화가 가능하다는 이점으로 인 하여 근래에 그 개발이 급속히 이루어지고, 사용도 급속히 증가하고 있다. 이차전지는 전극활물질에 따라 니켈수소(Ni-MH)전지와 리튬이온(Li-ion) 전지 등으로 나뉠 수 있다.
리튬 이차전지의 경우, 전해질 종류에 따라 액체 전해질을 사용하는 경우와 고체폴리머 전해질 혹은 겔 상의 전해질을 사용하는 경우로 나뉠 수 있다. 리튬 이차전지는 또한 전극조립체가 수용되는 용기의 형태에 따라 캔형과 파우치형으로 나뉠 수 있다.
캔형 리튬 이차전지에서는 전극조립체가 알미늄 함유 금속 등의 금속으로 딥 드로잉(deep drawing) 등의 방법을 통해 형성한 캔에 내장된다. 통상적으로 캔형 이차전지 구조에서는 액체 전해질을 사용하게 된다.
한편, 캔형 이차전지는 형태에 따라 각형과 원통형 전지로 나뉠 수 있다. 각형은 용기를 직육면체형으로 얇게 성형하여 이를 사용하는 휴대 전화기 등의 전자 ·전기기기 장착에 융통성을 줄 수 있다. 원통형은 비교적 대용량의 전자·전기기기에 많이 사용되며, 복수개가 결합되어 전지팩을 형성하는 형태로 많이 사용된다.
각형 전지나 원통형 전지는 모두 서로 다른 두 전극 및 이들 두 전극 사이에 개재된 세퍼레이터가 적층되어 권취된 전극조립체와, 이 전극조립체가 수용되는 캔과, 이 캔의 상부에 조립되는 캡조립체를 구비한다.
전극조립체는 직사각의 판형으로 형성된 두 전극과 이들 전극 사이에 개재되어 두 전극 사이의 단락을 방지하는 세퍼레이터가 적층되고, 와형 또는 원형으로 권취되어 형성된다. 이를 젤리롤(Jelly-Roll)로 통칭하기도 한다. 각 전극판은 금 속 포일로 이루어진 집전체에 활물질 슬러리가 도포되어 형성된다.
전극판이 감기는 방향으로 집전체의 시작단과 끝단에는 슬러리가 도포되지 않는 무지부가 존재한다. 무지부에는 한 전극판에 통상 하나씩 전극탭이 설치된다. 전극탭 중 하나는 캔의 개구부 방향인 위쪽으로, 다른 하나는 아래쪽으로 전극에서 인출되도록 형성될 수도 있고, 두 탭 모두 개구부 방향인 위쪽으로 인출되도록 형성될 수도 있다.
보통 위쪽으로 인출된 전극탭은 캡조립체에 용접되고, 아래쪽으로 인출된 전극탭은 캔의 바닥면에 용접된다. 보다 구체적으로 살펴보면, 원통형 전지의 경우, 위쪽으로 인출된 전극탭은 캡조립체의 안전벤트 하면 돌출부에 용접되고, 아래쪽으로 인출된 전극탭은 캔의 바닥면에 용접된다.
그런데, 외부에서의 충격이나 회전력에 의해 캔 내부의 전극조립체가 회전하게 되면, 안전벤트에 용접된 전극탭과 캔의 바닥면에 용접된 전극탭도 함께 회전하게 되고, 이에 따라 전극탭의 용접부가 떨어져 나가 단선이 되는 문제가 있다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로, 캔의 내부와 전극조립체 사이에 전극조립체 고정용 접착부재를 개재시킴으로써 전극조립체의 회전을 방지하여 전극탭 용접부의 파손을 방지하는 데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 이차전지는 서로 다른 두 전극 및 이들 두 전극 사이에 개재된 세퍼레이터가 적층되어 권취된 전극조립체; 상기 전극조립체가 수용되는 캔; 및 상기 캔의 상부에 조립되는 캡조립체를 구비하는 이차전지에 있어서, 상기 캔의 내부와 상기 전극조립체 사이에 상기 전극조립체 고정용 접착부재가 개재되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 캔의 외형은 원통형일 수도 있다.
또한, 상기 캔의 하부에 상기 전극조립체의 하면과 상기 캔의 바닥면 사이의 절연을 위한 하절연판이 위치하며, 상기 하절연판과 상기 전극조립체의 하면 사이에 상기 접착부재가 개재될 수도 있다.
또는, 상기 전극조립체의 하면과 상기 캔의 바닥면 사이에 상기 접착부재가 개재될 수도 있고, 이때 상기 접착부재는 상기 전극조립체의 하면과 상기 캔의 바닥면 사이를 절연시키는 재질로 이루어질 수도 있다.
한편, 상기 캔의 상부에 상기 전극조립체의 상면과 상기 캡조립체 사이의 절연을 위한 상절연판이 위치하며, 상기 상절연판과 상기 전극조립체의 상면 사이에 상기 접착부재가 개재될 수도 있다.
이상, 상기 접착부재는 내열성 물질인 것이 바람직하다.
이하 도면을 참조하면서 실시예를 통해 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다.
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 원통형 이차전지의 정단면도이다.
도면을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 원통형 이차전지는 전극조립체(20)와, 이 전극조립체(20)를 수용하는 캔(10)과, 전극조립체(20)와 캔(10) 사이에 개재되는 접착부재(90a, 90b)와, 캔(10)의 상부에 결합되는 캡조립체(80)와, 이 캡조립체(80)와 캔(10) 사이를 절연하는 가스켓(30)을 포함하여 이루어진다.
전극조립체(20)는 통상 전기용량을 높이기 위해 서로 다른 두 전극(25)을 넓은 판형으로 형성한 뒤, 이들을 상호 절연시키는 세퍼레이터(21, 23)를 이들 두 전극 사이 및 두 전극 아래쪽 혹은 위쪽에 위치시켜 적층하고, 원형으로 권취하여 이른바 '젤리롤(Jelly Roll)' 형태로 만든다.
두 전극판은 각각 알미늄과 구리로 된 금속 포일 혹은 금속 메쉬로 이루어지는 집전체에 활물질 슬러리가 도포되어 이루어진다. 슬러리는 통상적으로 입상의 활물질, 보조도체, 바인더 및 가소제 등이 용매가 첨가된 상태에서 교반되어 이루어진다. 용매는 이후의 전극형성 공정에서 제거된다. 전극판이 감기는 방향으로 집전체의 시작단과 끝단에는 슬러리가 도포되지 않는 무지부가 존재한다.
무지부에는 한 전극판에 하나씩 전극탭(27, 29)이 설치되며, 전극탭 중 하나(27)는 원통형 캔의 개구부 방향인 위쪽으로 다른 하나(29)는 아래쪽으로 전극에서 인출되도록 형성될 수도 있고, 혹은 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 하절연판(13b)과 접착부재(90b)와 전극조립체(20)와 접착부재(90a)와 상절연판(13a)이 순서대로 삽입된다. 이때, 젤리롤의 풀림을 방지하고 내부가스의 이동통로의 역할을 수행하는 센터핀이 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 하면이 캔(10)의 바닥면과 단락되지 않도록 전극조립체(20)의 하면과 캔(10)의 바닥면 사이에는 하절연판(13b)이 위치하도록 한다. 상절연판(13a)은 전극조립체(20)의 상면과 캡조립체(80) 사이를 절연시키는 역할을 수행한다.
도시한 바와 같이, 하절연판(13b)과 전극조립체(20)의 하면 사이에는 접착부재(90b)가 개재된다. 이에 따라, 전극조립체(20)의 회전을 방지하여 전극탭(27, 29) 용접부의 파손을 방지할 수 있게 된다. 또한, 상절연판(13a)과 전극조립체(20)의 상면 사이에도 접착부재(90a)가 개재되어, 마찬가지로 전극조립체(20)의 회전을 방지한다. 도 1 에서는 접착부재가 캔(10)의 상·하부 모두에 위치하고 있지만, 둘 중 한 곳에만 위치하여도 본 발명에 따른 효과를 어느 정도 달성할 수 있다.
또한, 하절연판(13b)이 없는 경우 전극조립체(20)의 하면과 캔(10)의 바닥면 사이에 접착부재가 개재될 수도 있다. 이때, 상기 접착부재는 전극조립체(20)의 하면과 캔(10)의 바닥면 사이를 절연시키는 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.
또한, 상술한 특정 위치 외에 캔(10)의 내부와 전극조립체(20) 사이에 개재되어 전극조립체(20)의 회전을 방지할 수만 있다면, 본 발명에 따른 효과를 달성할 수 있을 것이다.
이러한 접착부재(90a, 90b)로는 내열성 물질이 바람직한데, 이는 전지의 작동으로 전지 내부가 고온이 되더라도 응고된 접착부재가 액상으로 변하지 않도록 하여 전극조립체(20)와의 접착을 유지하기 위함이다.
한편, 상절연판(13a) 바로 윗부분의 캔(10)의 외주를 따라 외부에서 안쪽으로 가압하여 비딩부(15)를 형성함으로써 전극조립체(20)의 유동을 방지할 수도 있다. 이 비딩부(15)는 외부 충격시 전극조립체(20)의 상·하 유동을 방지하는 데 반해, 상기 접착부재(90a, 90b)는 전극조립체(20)의 회전을 방지하는 데 그 차이가 있다.
캡조립체(80)를 캔(10)의 상부에 결합하기 전에, 캔(10) 내부로 전해액이 주입된다. 이 전해액은 충·방전시 전극(25)에서 전기화학적 반응에 의해 생성되는 리튬 이온이 이동 가능하게 하는 역할을 한다. 이러한 전해액은 리튬염과 고순도 유기용매류의 혼합물인 비수질계 유기전해액일 수도 있고, 고분자 전해질을 이용한 폴리머일 수도 있으며, 여기서 상기 전해액의 종류를 한정하는 것은 아니다.
캡조립체(80)는 도시한 바와 같이 안전벤트(40), 전류차단기(50), PTC(60) 및 캡업(70)이 아래쪽부터 순서대로 위치한다. 캡조립체(80)의 가장 아래쪽에는 안전벤트(40)가 위치하는데, 이 안전벤트(40)의 중앙부는 아래쪽으로 볼록하게 돌출되어 전극탭(27)과 전기적으로 접속되는 돌출부(42)를 가지고 있다. 안전벤트(40) 위쪽에는 안전벤트(40)의 돌출부(42)가 내부압력에 의해 위로 볼록하게 변형됨으로써 파단되도록 이루어진 전류차단기(CID: Current Interrupt Device)(50)가 설치되어 있다. 이 전류차단기(50) 위쪽에는 PTC(Positive Thermal Coefficient)(60)가 설치되어 있는데, 이 PTC(60)는 전지의 과열에 의해 전지 내 전류의 흐름을 차단한다. PTC(60) 위쪽에는 외부와 전기 접속되도록 볼록하게 형성된 전극단자를 갖는 캡업(Cap Up)(70)이 설치되어 있다.
캔(10)의 상부와 캡조립체(80) 사이에는 가스켓(30)이 위치하여 캔(10)과 캡조립체(80) 사이를 밀폐시키고 절연시키는 역할을 수행한다. 그리고, 가스켓(30) 내측에 투입된 캡업(70) 등을 마개로 원통형 캔(10)의 개구부 벽체에 내측 및 아래쪽으로 압력을 가해 캔을 봉합하는 클림핑 작업이 이루어진다.
본 발명은 원통형 전지를 실시예로 기재되었으나, 각형 전지에도 동일한 논의가 적용될 수 있다.
본 발명에 따르면, 캔의 내부와 전극조립체 사이에 전극조립체 고정용 접착부재를 개재시킴으로써 전극조립체의 회전을 방지하여 전극탭 용접부의 파손을 방지할 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 (7)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 서로 다른 두 전극 및 이들 두 전극 사이에 개재된 세퍼레이터가 적층되어 권취된 전극조립체; 상기 전극조립체가 수용되는 캔; 및 상기 캔의 상부에 조립되는 캡조립체를 구비하는 이차전지에 있어서,
    상기 캔의 하부에 상기 전극조립체의 하면과 상기 캔의 바닥면 사이의 절연을 위한 하절연판이 위치하며, 상기 하절연판과 상기 전극조립체의 하면 사이에 접착부재가 개재되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  4. 서로 다른 두 전극 및 이들 두 전극 사이에 개재된 세퍼레이터가 적층되어 권취된 전극조립체; 상기 전극조립체가 수용되는 캔; 및 상기 캔의 상부에 조립되는 캡조립체를 구비하는 이차전지에 있어서,
    상기 전극조립체의 하면과 상기 캔의 바닥면 사이에 접착부재가 개재되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 접착부재는 상기 전극조립체의 하면과 상기 캔의 바닥면 사이를 절연시키는 재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 이차전지.
  6. 서로 다른 두 전극 및 이들 두 전극 사이에 개재된 세퍼레이터가 적층되어 권취된 전극조립체; 상기 전극조립체가 수용되는 캔; 및 상기 캔의 상부에 조립되는 캡조립체를 구비하는 이차전지에 있어서,
    상기 캔의 상부에 상기 전극조립체의 상면과 상기 캡조립체 사이의 절연을 위한 상절연판이 위치하며, 상기 상절연판과 상기 전극조립체의 상면 사이에 접착부재가 개재되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  7. 제 3 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 접착부재는 내열성 물질인 것을 특징으로 하는 이차전지.
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