KR101049832B1 - 이차전지 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 실시예는 전극군과 전극단자를 연결하는 리드 탭의 전기 저항을 최소화하는 이차전지에 관한 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지는, 세퍼레이터와 상기 세퍼레이터의 양면에 구비되는 양극과 음극을 권취하여 형성되는 전극군, 상기 전극군을 내장하는 케이스, 상기 케이스의 일측에 형성되는 개구를 밀폐하는 캡 플레이트, 상기 캡 플레이트에 형성되는 단자홀에 설치되어, 상기 케이스의 내부와 외부로 연장되는 전극단자, 및 상기 케이스의 내부에서, 일측으로 상기 전극단자에 연결되고, 다른 일측으로 상기 전극군에 연결되는 리드 탭을 포함하며, 상기 리드 탭은 적어도 은(Ag)을 포함한다.

리드 탭, 저저항, 초저저항, 은도금층, 아연산염층, 크롬산염층

Description

이차전지 {RECHARGEABLE BATTERY}

본 발명은 이차전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전극군과 전극단자를 연결하는 리드 탭의 전기 저항을 최소화하는 이차전지에 관한 것이다.

이차전지(rechargeable battery)는 세퍼레이터(separator) 및 이의 양면에 구비되는 양극과 음극을 권취한 젤리롤 형태의 전극군, 전극군을 내장하는 케이스, 케이스의 개구를 밀폐하는 캡 플레이트, 전극군에 전기적으로 연결되며 캡 플레이트에 형성된 단자홀을 통하여 캡 플레이트 밖으로 돌출되는 전극단자, 및 전극군의 음극과 양극을 전극단자에 각각 연결하는 리드 탭을 포함한다.

일례를 들면, 음극과 양극을 형성하는 집전체는 구리박판으로 형성된다. 집전체는 전기 저항값을 낮추기 위하여, 구리박판에 은(Ag, silver)을 진공 증착하여 형성된다.

즉 은증착층은 집전체에서 전기 저항을 낮추지만, 구리박판의 산화막에 의하여 접합 불량을 발생시킬 수 있고, 이로 인하여 불균일한 두께로 형성될 수 있다.

또한, 구리박판은 은이나 금보다 낮은 저항값을 가지지만 구리박판에 은증착층을 형성하는 경우, 이차전지의 제조 비용을 상승시키면서, 전기 저항값을 낮추는 데 있어서 큰 효과를 기대하기 어렵다.

본 발명의 일 실시예는 전극군과 전극단자를 연결하는 리드 탭의 전기 저항을 최소화하는 이차전지에 관한 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지는, 세퍼레이터와 상기 세퍼레이터의 양면에 구비되는 양극과 음극을 권취하여 형성되는 전극군, 상기 전극군을 내장하는 케이스, 상기 케이스의 일측에 형성되는 개구를 밀폐하는 캡 플레이트, 상기 캡 플레이트에 형성되는 단자홀에 설치되어, 상기 케이스의 내부와 외부로 연장되는 전극단자, 및 상기 케이스의 내부에서, 일측으로 상기 전극단자에 연결되고, 다른 일측으로 상기 전극군에 연결되는 리드 탭을 포함하며, 상기 리드 탭은 적어도 은(Ag)을 포함한다.

상기 리드 탭은, 금속으로 형성되는 본체와, 상기 본체의 표면에 형성되는 은도금층을 포함할 수 있다.

상기 리드 탭은, 상기 본체와 상기 은도금층 사이에 형성되는 아연산염층을 더 포함할 수 있다.

상기 리드 탭은, 상기 은도금층 위에 형성되는 크롬산염층을 더 포함할 수 있다.

상기 본체는, 구리(Cu) 및 알루미늄(Al) 중 하나로 형성될 수 있다.

이와 같이 본 발명의 일 실시예에 따르면, 리드 탭에 은(Ag)을 포함하므로 전극군과 전극단자를 연결하는 리드 탭의 전기 저항을 최소화하는 효과가 있다.

리드 탭의 본체에 은도금층을 형성하므로 전류가 집중적으로 인가되는 리드 탭의 표면에서 전기저항을 낮추므로 적은 비용으로 큰 저항 감소를 구현하는 효과가 있다.

알루미늄 본체에 아연산염층을 구비하므로 알루미늄의 리드 탭에 은도금층을 형성할 수 있게 하는 효과가 있다.

은도금층에 크롬산염층을 구비하므로 은도금층의 변색을 방지하는 효과가 있다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.

도1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지의 사시도이고, 도2는 도1의 Ⅱ-Ⅱ선을 따라 잘라서 도시한 단면도이다.

도1 및 도2를 참조하면, 이차전지(100)는 전극군(10)을 내장하는 케이 스(20), 케이스(20)의 일측에 형성되는 개구를 밀폐하는 캡 플레이트(30), 캡 플레이트(30)의 단자홀(31)에 설치되는 전극단자(40), 및 전극단자(40)를 전극군(10)에 연결하는 리드 탭(50)을 포함한다.

전극군(10)은 양극(11)과 음극(12)을 절연체인 세퍼레이터(13)의 양면에 각각 배치하고, 양극(11)과 음극(12) 및 세퍼레이터(13)를 함께 권취함으로써 젤리롤 형태로 이루어진다.

양극(11)과 음극(12)은 박판의 금속 호일로 형성되는 집전체에 활물질이 코팅된 영역의 코팅부와, 활물질이 코팅되지 않는 영역의 무지부(111, 121)를 포함한다. 무지부(111, 121)는 양극(11)과 음극(12)의 길이 방향 각 측단에 형성된다.

리드 탭(50)은 전극군(10)에서 서로 반대측에 형성되는 무지부(111, 121)에 일측으로 연결되고, 다른 일측으로 전극단자(40)에 연결된다. 전극단자(40)는 양전극단자(41)와 음전극단자(42)를 포함한다. 따라서 리드 탭(50)은 쌍으로 형성되어, 양극(11)과 음극(12)을 양전극단자(41)와 음전극단자(42)에 각각 연결한다.

케이스(20)는 이차전지(100)의 전체적인 외관을 형성하며, 알루미늄, 알루미늄 합금 또는 니켈이 도금된 스틸과 같은 도전성 금속으로 형성된다. 케이스(20)는 전극군(10)을 내장하는 공간을 형성하며, 일례를 들면, 육면체의 각형으로 이루어질 수 있다.

도3은 리드 탭 및 전극군의 분해 사시도이다. 도3을 참조하면, 각형 케이스(20)에 내장되는 전극군(10)의 무지부(111, 121)는 양극(11)과 음극(12)에서 동일하게 형성되므로 이하에서는 양극(11) 측을 예로 들어 설명한다.

무지부(111)는 연속적으로 감기므로 무지부(111)의 끝은 동일 중심을 가지면서 점진적으로 커지는 라인들을 형성한다. 즉 무지부(111) 끝 라인들은 z축 방향을 따라 직선으로 형성되고 x축 방향으로 포개어지는 직선부와, 직선부의 z축 방향 양단에서 반원 또는 반타원으로 연결되고 z축 방향으로 포개어지는 호부를 가진다.

다시 도1 및 도2를 참조하면, 캡 플레이트(30)는 얇은 판재로 이루어지며, 케이스(20)의 일측에 형성되는 개구에 결합되어 개구를 밀폐하며, 밀폐된 내부로 전해액을 주입하는 전해액 주입구(32)를 가진다. 전해액 주입구(32)는 전해액 주입 후, 밀봉마개(33)에 의하여 밀봉된다.

또한, 캡 플레이트(30)는 케이스(2)의 내압 상승에 따라 이차전지(100)가 폭발하는 것을 방지하기 위하여, 이차전지(100)의 내압이 설정치에 이를 때 절개되어 배기하는 벤트부(34)를 가진다.

전극단자(40)는 캡 플레이트(30)의 단자홀(31)에 외측 인슐레이터(43)와 내측 인슐레이터(44)를 개재하여 장착된다. 전극단자(40)는 단자홀(31)을 통하여 케이스(20)의 외부와 내부로 신장된다.

예를 들면, 단자홀(31), 내측 인슐레이터(44) 및 외측 인슐레이터(43)는 양전극단자(41) 및 음전극단자(42) 측에서 동일한 구조로 형성될 수 있다. 따라서 이하에서는 양전극단자(41) 측을 예로 들어 설명한다.

외측 인슐레이터(43)는 캡 플레이트(30)의 외측에서 단자홀(31)에 부분적으로 삽입되어 양전극단자(41)와 캡 플레이트(30)를 전기적으로 절연시킨다. 즉 외측 인슐레이터(43)는 양전극단자(41)의 외면과 캡 플레이트(30)의 외면을 절연시키고, 동시에 양전극단자(41)의 외면과 단자홀(31) 내면을 서로 절연시킨다.

내측 인슐레이터(44)는 캡 플레이트(30)의 내측에서 단자홀(31)에 대응하여 캡 플레이트(30)와 리드 탭(50)를 전기적으로 절연시킨다. 즉 내측 인슐레이터(44)는 리드 탭(50)의 상면과 캡 플레이트(30)의 내면을 서로 절연시킨다.

리드 탭(50)은 케이스(20)의 내부에서 일측으로 전극단자(40)에 전기적으로 연결되고, 다른 일측으로 전극군(10)의 무지부(111, 121)에 전기적으로 연결된다. 예를 들면, 리드 탭(50)은 무지부(111, 121)를 감싸고, 이 상태에서 무지부(111, 121)와 용접으로 연결된다.

도4는 도3의 Ⅳ-Ⅳ 선을 따라 잘라서 도시한 단면도이다. 도4를 참조하면, 리드 탭(50)은 전극군(10)과 전극단자(40)를 전기적으로 연결하며, 이들 사이에서 전기적인 저항을 최소화할 수 있도록 형성된다.

예를 들면, 리드 탭(50)은 적어도 은(Ag) 성분을 포함하여 형성된다. 상온에서 전기 전도도를 나타내는 비저항(×10^-8Ωm)을 보면, 은(Ag)은 1.63, 구리(Cu)는 1.70 및 알루미늄(Al)은 2.65이다. 따라서 은(Ag)을 포함하는 리드 탭(50)은 다른 재질로 형성되는 경우에 비하여, 낮은 전기 저항을 가지게 된다.

또한, 리드 탭(50)은 본체(51)와 본체(51)의 표면에 형성되는 은도금층(52)을 포함한다. 따라서 본체(51)는 은(Ag)에 비하여 상대적으로 저가의 금속으로 형성되므로 제품의 비용을 줄이고, 은도금층(52)은 상대적으로 많은 전류가 흐르는 리드 탭(50)의 표면을 형성하므로 리드 탭(50)의 저항 감소를 극대화할 수 있다.

예를 들면, 본체(51)는 구리(Cu) 또는 알루미늄(Al)으로 형성되어 제품의 비용을 줄일 수 있다. 양극(11)과 음극(12)에 연결되는 리드 탭(50)은 모두 알루미늄(Al)으로 형성할 수 있다. 또한 양극(11)에 연결되는 리드 탭(50)의 본체(51)는 알루미늄(Al)으로 형성되고, 음극(12)에 연결되는 본체(51)는 구리(Cu)로 형성될 수 있다.

비저항에서 보는 바와 같이, 알루미늄(Al)은 우수한 전기 전도도를 가지지만, 구리(Cu)나 은(Ag)에 비하여 낮은 전기 전도도를 가진다. 은(Ag)은 전기 저항을 낮추면서 또한 알루미늄(Al)이나 구리(Cu)에 비하여 우수한 용접성을 가진다. 따라서 전극군(10)의 무지부(111, 121)와 리드 탭(50)의 용접성이 향상된다.

은도금층(52)은 본체(51)의 재질에 따라 본체(51)의 표면에 직접 형성될 수도 있고, 매개층을 개재하여 형성될 수 있다. 본 실시예에서 본체(51)가 알루미늄(Al)으로 형성되므로 양극(11) 또는 음극(12)에 연결되는 리드 탭(50)은 매개층을 더 구비한다.

예를 들면, 매개층은 알루미늄(Al)의 본체(51) 표면에 아연산염층(53)으로 형성될 수 있다. 아연산염층(53)은 본체(51)의 알루미늄(Al) 표면에 은도금층(52)의 형성을 가능하게 한다.

또한, 리드 탭(50)은 은도금층(52) 위에 크롬산염층(54)을 더 구비할 수 있다. 크롬산염층(54)은 전기 전도도를 낮추기 위하여 본체(51)의 표면에 형성된 은도금층(52)의 변색을 방지한다.

리드 탭(50)에서, 알루미늄(Al) 본체(51)에 아연산염층(53), 은도금층(52) 및 크롬산염층(54)의 형성 공정에 대하여, 예를 들어 설명한다.

먼저, 알루미늄(Al)의 리드 탭(50) 표면을 탈지한다. 예를 들면, 탈지는 화학적 탈지방법에 의해 가성소다(NaOH) 용액 0.1몰 이상의 농도에서 설정 시간 동안 실시한다.

탈지된 리드 탭(50)의 표면에 아연산염층(53)을 형성한다. 아연산염층(53)은 리드 탭(50)의 표면에 1㎛ 이하로 형성된다. 아연도금에서, 액조건은 금속아연 7 내지 30g/l, 시안화아연 10 내지 60g/l, 시안화소다 10 내지 40g/l, 및 가성소다 30 내지 100g/l이며, 몰비(mole rate)는 2 내지 3이다. 온도는 25 내지 35℃이고, 전류밀도는 10 내지 100mA/cm²이며, 및 전압은 3 내지 15V이다.

도금된 아연산염층(53)의 이물질을 세척한다. 세척된 아연산염층(53)에 은(Ag)을 도금하여 은도금층(52)을 형성한다.

은도금에서, 액조건은 시안화은 20 내지 50g/l, 시안화나트륨 30 내지 70g/l, 및 시안화칼리 80 내지 150g/l이다. 온도는 상온이며, 전류밀도는 10 내지 50mA/cm² 및 전압은 3 내지 10V이다.

은도금 이후, 후처리가 진행된다. 은도금 이후, 소량의 크롬(Cr)을 사용하여, 크로메이트 처리하여 은도금층(52)의 표면에 크롬산염층(54)을 형성한다. 크롬산염층(54)은 은도금층(52)이 공기중의 SO₂와 반응하여 표면에 Ag₂S 및 Ag₂SO₄를 생성하여 변색되는 것을 방지한다.

리드 탭(50)의 표면에 형성되는 아연산염층(53), 은도금층(52) 및 크롬산염 층(54)은 1 내지 5㎛의 두께를 형성될 수 있다. 은도금층(52)은 리드 탭(50)에서 많은 전류가 흐르는 표면에서 저항을 낮추므로 고효율 이차전지(100)의 충방전을 효과적으로 가능하게 한다.

이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

도1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지의 사시도이다.

도2는 도1의 Ⅱ-Ⅱ 선을 따라 잘라서 도시한 단면도이다.

도3은 리드 탭 및 전극군의 분해 사시도이다.

도4는 도3의 Ⅳ-Ⅳ 선을 따라 잘라서 도시한 단면도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100 : 이차전지 10 : 전극군

20 : 케이스 30 : 캡 플레이트

40 : 전극단자 50 : 리드 탭

11 : 양극 12 : 음극

111, 121 : 무지부 13 : 세퍼레이터

31 : 단자홀 32 : 전해액 주입구

33 : 밀봉마개 41 : 양전극단자

42 : 음전극단자 43, 44 : 외측, 내측 인슐레이터

51 : 본체 52 : 은도금층

53 : 아연산염층 54 : 크롬산염층

Claims (5)

1. 세퍼레이터와 상기 세퍼레이터의 양면에 구비되는 양극과 음극을 권취하여 형성되는 전극군;

   상기 전극군을 내장하는 케이스;

   상기 케이스의 일측에 형성되는 개구를 밀폐하는 캡 플레이트;

   상기 캡 플레이트에 형성되는 단자홀에 설치되어, 상기 케이스의 내부와 외부로 연장되는 전극단자; 및

   상기 케이스의 내부에서, 일측으로 상기 전극단자에 연결되고, 다른 일측으로 상기 전극군에 연결되는 리드 탭을 포함하며,

   상기 리드 탭은,

   알루미늄(Al)으로 형성되는 본체,

   상기 본체의 표면에 형성되는 아연산염층, 및

   상기 아연산염층에 형성되는 은도금층

   을 포함하는 이차전지.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1 항에 있어서,

   상기 리드 탭은,

   상기 은도금층 위에 형성되는 크롬산염층을 더 포함하는 이차전지.
5. 삭제

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