KR100813829B1 - 이차전지용 전극 젤리롤 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이차전지용 전극 젤리롤에 관한 것으로서, 양면에 활물질이 형성되며, 개재된 세퍼레이터와 함께 권취되는 양, 음극판과, 양, 음극판에 각각 부착되는 양, ㅇ음극 전극탭을 포함하는 이차전지용 전극 젤리롤으로서, 양, 음극 전극탭은 전극 젤리롤의 두께의 편차에 의해 전극 젤리롤의 두께방향으로 작용하는 수평력의 편차를 방지하는 수평력 편차 방지수단을 갖는 것을 특징으로 한다.

Description

이차전지용 전극 젤리롤{Electrode jelly-roll for secondary cell}

도 1은 통상적인 이차전지용 전극 젤리롤이 변형된 상태를 나타낸 사시도,

도 2는 전극탭의 주변부에 두께의 편차가 발생되는 것을 나타낸 일부 확대 사시도,

도 3은 전극탭 일체형의 극판을 나타낸 사시도,

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지용 전극 젤리롤의 양, 음극판 및 세퍼레이터가 위치되는 상태를 나타낸 분해 사시도,

도 5 또는 도 6은 양, 음극판의 수평 연장부가 서로 반대 방향을 향하도록 위치하는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지용 전극 젤리롤의 사시도,

도 7은 양, 음극판이 서로 동일한 방향을 향하도록 위치하는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지용 전극 젤리롤의 사시도,

도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차전지용 전극 젤리롤의 사시도.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

11a, 11b...양, 음극판 12a, 12b...양, 음극 전극탭

13a, 13b...양, 음극판의 활물질 14...양, 음극판의 제거부

15...세퍼레이터 17...절연테이프

30a, 30b...양, 음극판의 수평 연장부 31a, 31b...양, 음극 전극탭의 수직 부

A'...전극 젤리롤의 수평방향 B...전극 젤리롤의 두께방향

C...전극 젤리롤의 길이방향

본 발명은 이차전지용 전극 젤리롤에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전극 탭에 의한 전극 젤리롤의 두께 편차를 방지하여 전극 젤리롤의 변형을 방지하는 이차전지용 전극 젤리롤에 관한 것이다.

이차전지는 재충전이 가능하고 소형 및 대용량화가 가능한 전지로서, 니켈 카드뮴(Ni-Cd)전지, 니켈 수소(Ni-MH)전지, 리튬 및 리튬 이온(Li-ion)전지, 폴리머 리튬전지(PLI)등으로 분류되고 있으며, 그 적용되는 외형에 따라 원통형 전지와 각형 전지, 전극 젤리롤을 파우치에 수납하는 파우치형 전지로 구분된다.

이러한 이차전지는 종류에 따라 다소 차이가 있지만, 각형 이차전지의 경우, 일반적으로 집전체의 양면에 활물질을 도포 충전하고 이를 건조 및 롤 프레싱한 후 소정의 크기로 절단하여 형성된 양극판 또는 음극판의 사이에 세퍼레이터를 개재하고 함께 권취한다. 이 경우 양극판과 음극판을 세퍼레이터와 교대로 겹친 상태에서 타원형의 권취용 맨드릴을 이용하여 나선형으로 권취하고, 권취된 전극 젤리롤의 최외곽부는 음극판을 1회정도 더 권취한 상태에서 테이프에 의해 마감 처리된다. 이러한 타원형의 전극 젤리롤을 형성한 후 이를 프레싱하여 전해액과 함께 각형 캔 의 내부에 삽입하고 그 상부에 절연체를 개재하여 캡 조립체를 밀봉 설치하여 제조되고 있다.

그러나 상기와 같이 제조된 전극 젤리롤은 권취후 전극 젤리롤을 프레싱하는 경우에 절연테이프 및 전극탭이 부착된 부위와 나머지 부위에서 두께의 편차가 발생하게 된다. 이와 같은 전극 젤리롤의 국부적인 두께 편차는 전지 반응시의 불균등 반응을 초래하는 원인이 되어 전지 성능을 저하시키게 된다. 이러한 문제점을 해결하기 위한 이차전지용 전극 젤리롤이 한국 공개실용신안 제2000-6811호에 개시되어 있다. 이는 절연테이프로 인한 전극의 두께 편차와 변형을 방지하기 위해 절연테이프 대신에 열수축 튜브를 이용한 것이다. 또한, 전극 젤리롤의 권취후의 프레싱공정에서 전극 젤리롤의 권취중심부에서의 극판들의 겹침에 의해 전극 젤리롤의 국부적인 편차가 발생되어 전지의 성능을 저하시키기도 한다. 이는 한국공개실용신안 제2000-18833호에 개시된 바와 같이, 권취용 맨드릴의 구조를 개선하여 전극 젤리롤의 권취중심부에서의 극판들의 겹침을 제거하여 전지성능의 저하를 방지한다.

한편, 전지의 화성공정에서 초충전시 발생하는 개스 압력에 의해 전극롤에 힘이 가해지게 되고, 점차적으로 극판에 리튬이온이 석출 삽입되면서 극판이 팽창하여 더욱 전극 젤리롤에 힘이 가해지게 된다. 상기 힘이 두께편차가 발생된 전극 젤리롤에 불균등하게 작용함으로써 상기 전극 젤리롤의 변형이 발생된다는 문제점이 있다.

이러한 문제점을 이하에서 일자형 양, 음극 전극탭이 부착된 전극 젤리롤이 도시된 도 1을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 일반적인 전극 젤리롤(10)은 일자형의 양, 음극 전극탭(2)이 극판(1)에 부착되어 권취됨으로써 형성된다. 상기 양, 음극 전극탭(2)은 상기 전극 젤리롤(10)의 수평방향의 양측단(10a)에 평행되게 위치한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 전극 젤리롤(10)은 상기 양, 음극 전극탭(2)의 두께에 의해 상기 양, 음극 전극탭(2)의 주변부(10a)만 약간 두꺼워진다. 이와 같이, 상기 전극 젤리롤(10)의 두께는 국부적으로 편차가 발생하므로 상술한 원인에 의해 전지의 내부에서 발생한 힘은 불균등하게 상기 전극 젤리롤(10)에 미친다. 따라서, 상기 전극 젤리롤(10)의 양, 음극 전극탭(2)이 일종의 지지축 역활을 하여 상기 양, 음극 전극탭(2)의 주변부(10a)인 상기 전극 젤리롤(10)의 수평방향의 양측단(10a)에는 상기 힘에 의해 변형이 발생하지 않으나, 상대적으로 두께가 얇은 상기 전극 젤리롤(10)의 수평방향의 중심부(10b)에는 전지의 내부에서 발생한 힘에 의해 변형이 된다. 따라서, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 양, 음극 전극탭(2)을 연결하는 가상의 선(A)은 일직선상에 높여지지 않고 어긋나도록 상기 전극 젤리롤(10)은 변형된다.

이러한 문제점을 해결하기 위해 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 극판(1)의 재료 자체를 전극탭(2)으로 이용하기 위해 극판의 제조시부터 극판(1) 자체에 전극탭(2)의 형상을 형성함으로써 다른 재질의 전극탭(2)을 이용하지 않는 방식이 시도되었다. 이는 전극 젤리롤의 양측단에 발생하는 전극 젤리롤의 두께 편차를 방지하여 전극 젤리롤에 가해지는 힘의 불균형을 해소하는 방법이다. 그러나, 극판 재료 자체를 전극탭으로 이용하는 방법의 경우 극판 재료 자체는 얇은 박형이므로 그 형태를 보존하여 전지제조 공정을 진행하는 데에는 어려움이 많다는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 바와 같은 점을 감안하여 된 것으로서, 전극탭에 의한 전극 젤리롤의 두께편차에 의해 발생하는 전극 젤리롤의 변형을 방지하는 이차전지용 전극 젤리롤을 제공하는데 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 이차전지용 전극 젤리롤은 양면에 활물질이 형성되며, 개재된 세퍼레이터와 함께 권취되는 양, 음극판과, 상기 양, 음극판에 각각 부착되는 양, 음극 전극탭을 포함하는 이차전지용 전극 젤리롤으로서, 상기 양, 음극 전극탭은 상기 전극 젤리롤의 두께의 편차에 의해 상기 전극 젤리롤의 두께방향으로 작용하는 수평력의 편차를 방지하는 수평력 편차 방지수단을 갖는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 수평력 편차 방지수단은 상기 양, 음극 전극탭의 일측 하단에서 수평으로 연장된 수평 연장부로서, 상기 수평 연장부가 상기 양, 음극판의 활물질을 제거한 제거부의 상단에 부착되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 양, 음극 전극탭의 수평 연장부가 서로 동일한 방향을 향하도록 상기 제거부의 상단에 부착되거나, 서로 반대방향을 향하도록 상기 제거부의 상단에 부착되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 수평력 편차 방지수단은 상기 양, 음극 전극탭의 양측 하단에서 수평으로 연장된 수평 연장부로서, 상기 수평 연장부가 상기 양, 음극판의 활물질 을 제거한 제거부의 상단에 부착되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 수평 연장부가 서로 중첩되지 않도록 상기 제거부의 상단에 부착되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 수평 연장부는 절연 테이프에 의해 절연되는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이차전지용 전극 젤리롤을 상세히 설명한다.

도 4 또는 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지용 전극 젤리롤(20)은 양면에 활물질이 형성되며, 개재된 세퍼레이터와 함께 권취되는 양, 음극판(11a, 11b)과, 상기 양, 음극판(11a, 11b)에 각각 부착되는 양, 음극 전극 탭(12a, 12b)을 포함한다.

상기 양, 음극판(11a, 11b)은 집전체의 양면에 양, 음극 활물질(13a, 13b)을 충진하여 제조된다. 상기 양, 음극 전극탭(12a, 12b)은 일반적으로 양극 또는 음극 리드라고 하거나, 접속리드, 양극 또는 음극 단자등으로 불리고 있는 것으로, 집전체에 접촉 또는 접속되어 있어 집전체와 외부와의 전기적 연결을 행하는 것을 말한다.

도 4에 도시된 바와 같이, 상기 양, 음극 전극탭(12a, 12b)은 상기 양, 음극판(11a, 11b)에서 양, 음극 활물질(13a, 13b)이 제거된 제거부(14)에 부착된다. 상기 제거부(14)는 상기 양, 음극판(11a, 11b)의 길이방향의 선단부나 종단부 등 일단부에 형성된다. 상기 양, 음극 전극탭(12a, 12b)이 부착된 상기 양, 음극판(11a, 11b)은 세퍼레이터(15)를 개재하여 도 4에 도시된 바와 같이 위치하여 권취용 맨드릴에 의해 권취됨으로써 도 5에 도시된 전극 젤리롤(20)이 형성된다. 상기 전극 젤리롤(20)은 캔(16)에 수납된다. 이 경우 상기 전극 젤리롤(20)의 국부적인 두께의 편차에 의해 전극 젤리롤(20)의 두께 방향(B)으로 작용하는 수평력의 편차를 방지하기 위해 상기 양, 음극 전극탭(12a, 12b)에 수평력 편차 방지수단(30a, 30b)이 형성된다.

상기 수평력 편차 방지수단(30a, 30b)은 상기 양, 음극 전극탭(12a, 12b)의 일측 하단에서 수평으로 연장된 수평 연장부(30a, 30b)이다. 상기 양, 음극 전극탭(12a, 12b)은 수평 연장부(30a, 30b)의 연장에 의해 전체적으로 L자 형상을 형성한다. 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 양, 음극 전극탭의 수평 연장부(30a, 30b)가 상기 양, 음극판(11a, 11b)의 활물질을 제거한 제거부(14)의 상단에 부착되어 상기 양, 음극판(11a, 11b)과 외부를 연결한다. 일자형 전극탭과는 달리 수평 연장부(30a, 30b)를 가진 양, 음극 전극탭(12a, 12b)은 전극 젤리롤(20)의 길이방향(C)으로는 위치하지 않으므로 상기 전극 젤리롤(20)의 두께방향(B)으로 작용하는 수평력이 전극 젤리롤의 중심부(20b)와 양측단부(20a)에서 동일하다.

또한, 상기 L자 형상의 양, 음극 전극탭(12a, 12b)은 전지의 두께가 제일 증가하게 되는 중심부에서 떨어진 상부에 위치하게 되어 전지 두께의 증가 원인으로 작용하지 않게 된다.

* 상기 밑줄친 내용은 직무발명 신고서의 기재 내용으로서, 상세한 설명을 부탁드립니다*

도 4에 도시된 바와 같이, 상기 양, 음극 전극탭(12a, 12b)의 수평 연장부(30a, 30b)가 다른 방향을 향하도록 상기 제거부(14)의 상단에 부착된다. 상기 양, 음극 전극 탭의 수평 연장부(30a, 30b)가 상기 제거부(14)의 상단에 부착되도록 점용접이나 레이저용접 또는 초음파용접 등의 방법을 이용한다. 즉, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 양, 음극 전극 탭(12a, 12b)의 각각의 수평 연장부(30a, 30b)가 가까이 마주보도록 상기 제거부(14)의 상단에 부착되거나, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 양, 음극 전극 탭(12a, 12b)의 각각의 수직부(31a, 31b)가 가까이 마주보도록 상기 제거부(14)의 상단에 부착된다. 이 경우에 상기 수평 연장부(30a, 30b) 또는 수직부(31a, 31b)가 상기 전극 젤리롤(20)의 중심부(20b)에서 서로 중첩되지 않도록 하여 상기 제거부(14)의 상단에 부착되는 것이 바람직하다. 상기 수평 연장부(30a, 30b)가 서로 중첩되면 상기 전극 젤리롤의 중심부(20b)의 두께가 증가되어 수평력의 편차에 의해 상기 전극 젤리롤(20)이 변형되기 쉽기 때문이다.

또한, 상기 양, 음극 전극탭(12a, 12b)의 수평 연장부(30a, 30b)가 서로 동일한 방향을 향하도록 상기 제거부(14)의 상단에 부착된다. 즉, 상기 양극 전극탭의 수평 연장부(30a)와 상기 음극 전극탭의 수직부(31b)가 마주보거나, 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 양극 전극탭의 수직부(31a)와 상기 음극 전극탭의 수평 연장부(30b)가 가까이 마주보도록 부착된다. 이 경우에 상기 양극 전극탭의 수평 연장부(30a) 및 음극 전극탭의 수직부(31b)가 상기 전극 젤리롤의 중심부(20b)에서 서로 중첩되지 않도록 하고, 상기 음극 전극탭의 수평 연장부(30b) 및 양극 전극탭의 수직부(31a)가 상기 전극 젤리롤의 중심부(20b)에서 서로 중첩되지 않도록 하여 상 기 제거부(14)의 상단에 부착되는 것이 바람직하다

상기 수평 연장부(30a, 30b)는 절연 테이프(17)에 의해 절연된다. 상기 절연 테이프(17)는 폴리프로필렌 재질으로서 상기 수평 연장부(30a, 30b)의 상면에 부착된다. 상기 절연 테이프(17)는 상기 수평 연장부(30a, 30b)의 크기보다 더 큰 직사각형 형태를 가지므로 상기 수평 연장부(30a, 30b)의 상면을 모두 감싸도록 한다.

상술한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 이차전지용 전극 젤리롤의 작용을 설명하면 다음과 같다.

전지의 화성공정에서 초충전시 발생하는 개스 압력이나 극판에 리튬이온이 점차적으로 삽입되는 것에 의한 극판의 팽창으로 전극 젤리롤에 힘이 가해지게 된다. 이 경우 상기 전극 젤리롤의 양, 음극 전극탭의 일측 하단에는 수평으로 연장된 수평 연장부가 형성되어 양, 음극판의 상단에 부착된다. 상기 양, 음극판에서 활물질이 제거된 제거부에 상기 양, 음극 전극탭의 수평 연장부가 부착됨으로써 상기 전극 젤리롤의 두께는 약간 증가된다. 상기 양, 음극 전극탭의 수평으로 수평 연장부가 형성됨으로써 상기 전극 젤리롤의 길이방향으로는 내부에 상기 양, 음극 전극탭이 연장되어 부착되지 않는다. 따라서, 상기 전극 젤리롤의 두께는 상기 양, 음극 전극탭의 수평 연장부가 부착된 상기 전극 젤리롤의 길이방향(C)의 상단을 제외하고는 균일하다. 그러므로, 상술한 바와 같이 전지 내부에서 발생한 힘중에서 상기 전극 젤리롤의 두께방향(B)으로 작용하는 수평력은 상기 전극 젤리롤의 중심부(20b)와 양측단부(20a)에 균일하게 미친다. 따라서, 상기 전극 젤리롤의 변형은 발생하지 않는다. 또한, 상기 양, 음극 전극탭의 수평 연장부(30a, 30b)는 상기 전 극 젤리롤의 내부에서 수평방향(A')으로 부착되어 상기 양, 음극판과의 접촉면적을 넓힌다. 따라서, 상기 양, 음극판과 양, 음극 전극탭간의 접촉력이 증대되므로 일자형 전극탭에 비해 접촉력이 감소되지는 않는다.

도 8을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차전지용 전극 젤리롤(40)은 양면에 활물질이 형성되며, 개재된 세퍼레이터와 함께 권취되는 양, 음극판(11a, 11b)과, 상기 양, 음극판(11a, 11b)에 각각 부착되는 양, 음극 전극 탭(12a, 12b)을 포함한다.

여기서, 앞서 도시된 도면에서와 동일한 참조부호는 동일한 기능을 하는 동일한 부재를 가리키는 것으로, 앞서 설명된 바와 실질적으로 동일하므로 자세한 설명을 생략한다.

상기 양, 음극 전극탭(12a, 12b)이 부착된 상기 양, 음극판(11a, 11b)은 세퍼레이터(15)를 개재하여 권취용 맨드릴에 의해 권취됨으로써 도 8에 도시된 전극 젤리롤(40)이 형성된다. 상기 전극 젤리롤(40)은 캔(16)에 수납된다. 이 경우 상기 전극 젤리롤(40)의 국부적인 두께의 편차에 의해 전극 젤리롤(40)의 두께 방향(B)으로 작용하는 수평력의 편차를 방지하기 위해 상기 양, 음극 전극탭(12a, 12b)에 수평력 편차 방지수단(30a, 30b)이 형성된다.

상기 수평력 편차 방지수단(30a, 30b)은 상기 양, 음극 전극탭(12a, 12b)의 양측 하단에서 수평으로 연장된 수평 연장부(30a, 30b)이다. 상기 양, 음극 전극탭(12a, 12b)은 수평 연장부(30a, 30b)의 연장에 의해 전체적으로 ㅗ자 형상을 형성한다. 상기 양, 음극 전극 탭(12a, 12b)의 수평 연장부(30a, 30b)가 상기 양, 음극판(11a, 11b)의 활물질을 제거한 제거부(14)의 상단에 부착된다.

따라서, 상기 전극 젤리롤(40)의 두께는 상기 ㅗ자 형상의 양, 음극 전극탭(12a, 12b)이 부착된 상기 전극 젤리롤의 길이방향(C)의 상단을 제외하고는 균일하다. 그러므로, 전지의 화성공정에서 초충전시 발생하는 개스 압력이나 극판에 리튬이온이 점차적으로 삽입되는 것에 의한 극판의 팽창으로 전극 젤리롤에 가해지는 힘 중에서 상기 전극 젤리롤의 두께방향(B)으로 작용하는 수평력은 상기 전극 젤리롤의 중심부(40b)와 양측단부(40a)에 균일하게 미친다. 따라서, 상기 전극 젤리롤의 변형은 발생하지 않는다.

상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 이차전지용 전극 젤리롤은 전극탭의 일측이나 양측 하단에 수평 연장부를 형성함으로써 전극의 두께 편차에 의해 전극 젤리롤에 작용하는 수평력의 편차를 제거한다는 이점이 있다.

또한, 전극내부에서 발생하여 전극 젤리롤에 작용하는 수평력의 편차를 제거함으로서 전극 젤리롤의 변형을 방지한다는 이점이 있다.

본 발명은 첨부된 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

Claims (6)

1. 양면에 활물질이 형성되며, 개재된 세퍼레이터와 함께 권취되는 양, 음극판과, 상기 양, 음극판에 각각 부착되는 양, 음극 전극탭을 포함하는 이차전지용 전극 젤리롤으로서,

   상기 양, 음극 전극탭은 상기 전극 젤리롤의 두께의 편차에 의해 상기 전극 젤리롤의 두께방향으로 작용하는 수평력의 편차를 방지하는 수평력 편차 방지수단을 갖는 것을 특징으로 하는 이차전지용 전극 젤리롤.
2. 제1항에 있어서,

   상기 수평력 편차 방지수단은 상기 양, 음극 전극탭의 일측 하단에서 수평으로 연장된 수평 연장부로서, 상기 수평 연장부가 상기 양, 음극판의 활물질을 제거한 제거부의 상단에 부착되는 것을 특징으로 하는 이차전지용 전극 젤리롤.
3. 제2항에 있어서,

   상기 양, 음극 전극탭의 수평 연장부가 서로 동일한 방향을 향하도록 상기 제거부의 상단에 부착되거나, 서로 반대방향을 향하도록 상기 제거부의 상단에 부착되는 것을 특징으로 하는 이차전지용 전극 젤리롤.
4. 제1항에 있어서,

   상기 수평력 편차 방지수단은 상기 양, 음극 전극탭의 양측 하단에서 수평으로 연장된 수평 연장부로서, 상기 수평 연장부가 상기 양, 음극판의 활물질을 제거 한 제거부의 상단에 부착되는 것을 특징으로 하는 이차전지용 전극 젤리롤.
5. 제2항 내지 제4항의 어느 한 항에 있어서,

   상기 수평 연장부가 서로 중첩되지 않도록 상기 제거부의 상단에 부착되는 것을 특징으로 하는 이차전지용 전극 젤리롤.
6. 제2항 내지 제4항의 어느 한 항에 있어서,

   상기 수평 연장부는 절연 테이프에 의해 절연되는 것을 특징으로 하는 이차전지용 전극 젤리롤.

Images