KR101093904B1 - 리튬 이차 전지용 전극판 및 이를 구비하는 권취형 전극조립체 - Google Patents

리튬 이차 전지용 전극판 및 이를 구비하는 권취형 전극조립체 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전극 조립체의 권심을 기준으로 하여 보다 외부에 위치하는 전극판의 권취 말단부의 열 집중 현상을 방지할 수 있는 리튬 이차 전지용 전극판 및 이를 구비하는 권취형 전극 조립체에 관한 것으로, 본 발명의 리튬 이차 전지는 양 말단 중 적어도 어느 하나의 말단에 열 집중 방지 수단이 형성된 전극 집전체와; 상기 전극 집전체의 적어도 일면 상에 형성된 활물질층을 포함하는 구조로 이루어진다.
리튬 이차 전지, 열 집중 방지, 지그재그

Description

리튬 이차 전지용 전극판 및 이를 구비하는 권취형 전극 조립체{Electrode Plate of Li Secondary Battery and Jelly-Roll Type Electrode Assembly with the same}
도 1a는 본 발명의 실시예에 따른 리튬 이차 전지용 전극판을 설명하기 위한 평면도.
도 1b는 본 발명의 실시예에 따른 리튬 이차 전지용 전극판을 설명하기 위한 단면도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지용 전극판을 구비하는 전극 조립체를 설명하기 위한 사시도.
(도면의 주요 부위에 대한 부호의 설명)
100; 리튬 이차 전지용 전극판 110; 전극 집전체
115; 무지부 117, 240; 열 집중 방지 수단
120; 활물질층 200; 전극 집전체
210; 제 1 전극판 215; 제 1 전극 탭
220; 제 2 전극판 225; 제 2 전극 탭
230; 세퍼레이터 250; 절연 테이프
본 발명은 리튬 이차 전지용 전극판 및 이를 구비하는 권취형 전극 조립체에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전극 조립체의 권심을 기준으로 하여 보다 외부에 위치하는 전극판의 권취 말단부의 열 집중 현상을 방지할 수 있는 리튬 이차 전지용 전극판 및 이를 구비하는 권취형 전극 조립체에 관한 것이다.
최근에는 셀룰라 폰, 노트북 컴퓨터, 캠코더 등의 콤팩트하고 경량화된 전기/전자장치들이 활발하게 개발 및 생산되고 있다. 이러한 휴대용 전기/전자장치들은 별도의 전원이 구비되지 않은 장소에서도 작동될 수 있도록 전지 팩을 내장하고 있다. 내장된 전지 팩은 휴대용 전기/전자장치를 일정기간동안 구동시키기 위해 일정 레벨의 전압을 출력시킬 수 있도록 내부에 적어도 하나의 전지를 구비하고 있다.
상기 전지 팩은 경제적인 측면을 고려하여 최근에는 충방전이 가능한 이차전지를 채용하고 있다. 이차전지에는 대표적으로, 니켈-카드뮴(Ni-Cd) 전지와 니켈-수소(Ni-MH)전지 및 리튬(Li) 전지와 리튬 이온(Li-ion) 전지 등의 리튬 이차 전지 등이 있다.
특히, 리튬 이차 전지는 작동 전압이 3.6V로서, 휴대용 전자 장비 전원으로 많이 사용되고 있는 니켈-카드뮴 전지나, 니켈-수소 전지보다 3배나 높고, 단위 중량당 에너지 밀도가 높다는 측면에서 급속도로 신장되고 있는 추세이다.
이러한 리튬 이차 전지는 주로 양극 활물질로 리튬계 산화물, 음극 활물질로는 탄소재를 사용하고 있다. 일반적으로는, 전해액의 종류에 따라 액체 전해질 전 지와, 고분자 전해질 전지로 분류되며, 액체 전해질을 사용하는 전지를 리튬 이온 전지라 하고, 고분자 전해질을 사용하는 전지를 리튬 폴리머 전지라고 한다. 또한, 리튬 이차 전지는 여러 가지 형상으로 제조되고 있는데, 대표적인 형상으로는 원통형과, 각형과, 파우치형을 들 수 있다.
통상적으로, 상기 리튬 이차 전지는 양극 활물질이 코팅된 양극 전극판, 음극 활물질이 코팅된 음극 전극판 및 상기 양극 전극판과 음극 전극판 사이에 위치되어 쇼트를 방지하고 리튬 이온(Li-ion)의 이동만을 가능하게 하는 세퍼레이터가 권취된 전극 조립체와, 상기 전극 조립체를 수용하는 리튬 이차 전지용 케이스와, 상기 리튬 이차 전지용 케이스 내측에 주입되어 리튬 이온의 이동을 가능하게 하는 전해액 등으로 이루어져 있다.
이러한 리튬 이차 전지는 하기한 바와 같이 제조된다.
우선, 상기 양극 활물질이 코팅되며 양극 탭이 연결된 양극 전극판과, 음극 활물질이 코팅되며 음극 탭이 연결된 음극 전극판과, 상기 양극 전극판 및 음극 전극판 사이에 개재된 세퍼레이터를 적층한 후, 이를 권취하여 전극 조립체를 제조한다.
그런 다음, 상기 전극 조립체를 상기 리튬 이차 전지용 케이스에 수용하여 상기 전극 조립체가 이탈하지 않도록 한 후, 상기 리튬 이차 전지용 케이스에 전해액을 주입한 후, 밀봉하여 리튬 이차 전지를 완성한다.
한편, 상기한 바와 같은 리튬 이차 전지는 전극 조립체에 있어서, 상기 양극 전극판의 권취 말단이 상기 음극 전극판의 권취 말단에 비하여 보다 외각에 위치하 게 된다.
이때, 상기 양극 전극판의 권취 말단은 일반적으로 선형으로 이루어져, 상기 리튬 이차 전지의 충ㆍ방전시 상기 권취 말단에 충ㆍ방전 전류가 집중하는 현상이 발생하며, 이로 인하여 리튬 이차 전지의 충ㆍ방전에 따라 발생하는 열이 상기 권취 말단에 집중하는 문제점이 있다.
상기한 바와 같이, 상기 양극 전극판의 말단에 충ㆍ방전 전류 및 열이 과도하게 집중하는 경우에는 상기 양극 전극판 말단과 내부에서 대응하는 음극 전극판의 파단을 유발하는 문제점이 있다.
따라서, 상기 리튬 이차 전지의 열적 안정성이 저하되는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명은 전극 조립체의 권심을 기준으로 하여 보다 외부에 위치하는 전극판의 권취 말단부의 열 집중 현상을 방지할 수 있는 리튬 이차 전지용 전극판 및 이를 구비하는 권취형 전극 조립체를 제공하는 데에 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 리튬 이차 전지는 양 말단 중 적어도 어느 하나의 말단에 열 집중 방지 수단이 형성된 전극 집전체와; 상기 전극 집전체의 적어도 일면 상에 형성된 활물질층을 포함하는 구조로 이루어진다.
상기 열 집중 수단은 상기 전극 집전체 양말단 중 적어도 어느 하나에 형성된 지그재그 형상으로 이루어질 수 있으며, 상기 열 집중 방지 수단의 폭은 1㎜ 내 지 10㎜인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 권취형 전극 조립체는 제 1 전극판과, 제 2 전극판과, 상기 제 1 전극판 및 제 2 전극판의 사이에 개재되어 이들을 절연시키는 세퍼레이터를 포함하며, 상기 제 1 전극판 및 제 2 전극판 중 적어도 권심을 기준으로 하여 보다 외부에 위치하는 전극판은 권취 말단부에 열 집중 방지 수단이 형성된 구조로 이루어진다.
상기 열 집중 방지 수단은 상기 제 1 전극판 및 제 2 전극판 중 적어도 권심을 기준으로 하여 보다 외부에 위치하는 전극판의 권취 말단부에 형성된 지그재그 형상으로 이루어질 수 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 실시예를 설명한다.
도 1a는 본 발명의 실시예에 따른 리튬 이차 전지용 전극판을 설명하기 위한 평면도이며, 도 1b는 본 발명의 실시예에 따른 리튬 이차 전지용 전극판을 설명하기 위한 단면도이다.
도 1a 및 도 1b를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 리튬 이차 전지용 전극판(100)은 양극 전극판용 또는 음극 전극판용 전극 집전체(110)와, 양극 활물질 또는 음극 활물질을 포함하여 상기 전극 집전체(110)의 적어도 일면 상에 형성되는 활물질층(120)을 포함하는 구조로 이루어진다. 이때, 상기 활물질층(120)은 상기 전극 집전체(110) 양단의 일부분을 제외하고 형성되며, 상기 전극 집전체(110)의 양단은 무지부(115)로 작용한다.
상기 전극 집전체(110)는 소정 폭과 소정의 길이를 구비하는 일종의 플레이 트와 같은 형상으로 이루어진다. 또한, 상기 전극 집전체(110)가 양극 집전체인 경우에는 일반적으로 알루미늄(Al) 및 이의 등가물로 이루어지며, 음극 집전체인 경우에는 일반적으로 구리(Cu) 및 이의 등가물로 이루어지나, 본 발명에서 그 재질을 한정하는 것은 아니다.
또한, 상기 무지부(115) 중 적어도 권취 말단부에 해당되는 무지부의 끝단은 열집중 방지 수단(117)이 형성되어 있다. 이때, 상기 열 집중 방지 수단(117)은 상기 무지부(115) 중 권취 말단부에 해당되는 무지부의 끝단에 형성된 지그재그 형상으로 이루어지며, 상기 열 집중 방지 수단(117)이 형성된 부분의 폭(W)은 1㎜ 내지 10㎜인 것이 바람직하다.
이는 상기 리튬 이차 전지용 전극판(100)을 이용하여 전극 조립체를 형성하는 경우, 리튬 이차 전지의 충ㆍ방전시 상기 전극 조립체 중 보다 외부에 위치하는 전극판의 권취 말단부에 전류 집중 현상이 발생하는 것을 방지할 수 있으며, 이로 인해 리튬 이차 전지의 충ㆍ방전시 열이 집중되는 현상을 방지할 수 있도록 하기 위함이다.
즉, 상기 무지부(115) 중 권취 말단부에 해당되는 무지부의 끝단에 지그재그 형상으로 이루어지는 열 집중 방지 수단(117)을 형성함으로써, 상기 전극 조립체의 권취 말단부에서의 전류 집중을 방지할 수 있다.
또한, 상기 리튬 이차 전지의 충ㆍ방전시 발생하는 열은 권취 말단부에서 주로 방열되는데, 상기 무지부(115) 중 권취 말단부에 해당되는 무지부의 끝단에 지그재그 형상으로 이루어지는 열 집중 방지 수단(117)을 형성하여, 상기 열이 집중 되지 않으며, 효과적으로 열을 방출시킬 수 있는 범위를 증대시킬 수 있다. 따라서, 방열 효율이 증대되며, 열이 집중되는 것을 방지할 수 있다.
상기 활물질층(120)은 상기 전극 집전체(110)가 양극 집전체인 경우에는 리튬 이차 전지의 양극 화학 반응에 참여하여 전자를 발생시키는 양극 활물질과, 상기 양극 활물질에서 발생한 전자를 상기 전극 집전체로 전달하는 도전제와, 상기 양극 활물질 및 도전제를 결착시키며 양극 전극판의 기계적 강도를 유지하는 양극 결합제가 용매를 통하여 혼합된 양극 슬러리를 상기 전극 집전체(110) 상에 코팅하여 형성된다.
또는, 상기 활물질층(120)은 상기 전극 집전체(110)가 음극 집전체인 경우에는 리튬 이차 전지의 음극 화학 반응에 참여하여 전자가 유입되는 음극 활물질과, 상기 음극 활물질을 상기 전극 집전체 상으로 결착시키며 음극 전극판의 기계적 강도를 유지하는 음극 결합제가 용매를 통하여 혼합된 음극 슬러리를 상기 전극 집전체(110)에 코팅하여 형성된다.
상기 양극 활물질로는 칼코게나이드(chalcogenide) 화합물이 사용되고 있으며, 그 예로 LiCoO2, LiMn2O4, LiNiO2, LiNi1-xCoxO2(0<x<1), LiMnO2 등의 복합 금속 산화물들이 사용되고 있다. 음극 활물질층 물질로는 탄소(C) 계열 물질, Si, Sn, 틴 옥사이드, 틴 합금 복합체(composite tin alloys), 전이 금속 산화물, 리튬 금속 나이트라이드 또는 리튬 금속 산화물 등이 사용되고 있으나, 본 발명에서 상기 양극 활물질 및 음극 활물질을 한정하는 것은 아니다.
또한, 상기 도전제로는 인조 흑연, 천연 흑연 등의 흑연계 물질과, 아세틸렌 블랙, 써멀 블랙, 채널 블랙 등의 카본 블랙계 물질과, 탄소 섬유, 금속 섬유 등의 도전성 섬유와, 동 니켈, 알루미늄, 은 등의 금속 분말과, 산화 티탄 등의 금속 산화물과 같은 물질이 사용될 수 있으나, 본 발명에서 그 재질을 한정하는 것은 아니다.
또한, 상기 양극 결합제 및 음극 결합제로는 폴리비닐리덴 플로라이드(Polyvinylidene fluoride, 이하 "PVDF"라 칭함), 스티렌부타디엔 고무(styrene butadiene rubber, 이하 "SBR"라 칭함), 폴리비닐 클로라이드(polyvinyl chloride, 이하 "PVC"라 칭함) 또는 폴리에틸렌(polyethylene, 이하"PE"라 칭함)과 같은 물질이 사용될 수 있으며, 일반적으로 상기 활물질층(120)에 대략 6% 정도 함유된다.
한편, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지용 전극판을 구비하는 전극 조립체를 설명하기 위한 사시도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 상기 전극 조립체(200)는 양극 활물질 및 음극 활물질 중 어느 하나, 예를 들면, 양극 활물질이 코팅된 제 1 전극판(210), 상기 양극 활물질 및 음극 활물질 중 다른 하나, 예를 들면, 음극 활물질이 코팅된 제 2 전극판(220), 상기 제 1 전극판(210) 및 제 2 전극판(220) 사이에 위치하여 상기 제 1 전극판(210)과 제 2 전극판(220)의 쇼트(short)를 방지하고 리튬 이온의 이동만 가능하게 하는 세퍼레이터(230)로 이루어진다. 또한, 상기 제 1 전극판(210)에는 일반적으로 알루미늄(Al) 재질로 이루어지며, 상부로 일정 길이 돌출된 제 1 전극 탭(215)이 접합되어 있다. 상기 제 2 전극판(220)에는 일반적으 로 니켈(Ni) 재질로 이루어지며, 하부로 일정 길이 돌출된 제 2 전극 탭(225)이 접합되어 있으나, 본 발명에서 상기 제 1 전극 탭(215) 및 제 2 전극 탭(225)의 재질 및 그 돌출 방향을 한정하는 것은 아니다. 또한, 상기 제 1 전극 탭(215) 및 제 2 전극 탭(225)이 상기 전극 조립체(200)로부터 인출되는 경계부에는 상기 제 1 전극(200) 및 제 2 전극판(220) 간의 쇼트(short)를 방지하기 위하여 절연 테이프(240)로 각각 절연되어 있다.
이때, 상기 제 1 전극판(210) 및 제 2 전극판(220) 중 적어도 상기 전극 조립체(200)의 권심을 기준으로 하여 보다 외부에 위치하는 전극판은 도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같은 리튬 이차 전지용 전극판(100)으로 이루어진다. 즉, 상기 전극 조립체(200)의 권심을 기준으로 하여 보다 외부에 위치하는 전극판의 권취 말단부에는 지그재그 형상으로 이루어지는 열 집중 방지 수단(240)이 형성되어 있다.
이는 도 1a 및 도 1b에 도시된 리튬 이차 전지용 전극판(100)을 이용하는 전극 조립체(200)의 경우, 리튬 이차 전지의 충ㆍ방전시 최외각 전극판의 권취 말단부에 전류 집중 현상이 발생하는 것을 방지하며, 이로 인해 리튬 이차 전지의 충ㆍ방전시 열이 상기 전극 조립체(200)의 권심을 기준으로 하여 보다 외부에 위치하는 전극판의 권취 말단부에 집중되는 현상을 방지할 수 있도록 하기 위함이다.
또한, 상기 리튬 이차 전지의 충ㆍ방전시 발생하는 열은 권취 말단부에서 주로 방열되는데, 상기 무지부 중 권취 말단부에 해당되는 무지부의 끝단에 지그재그 형상으로 이루어지는 열 집중 방지 수단(240)을 형성하여, 상기 열이 방출될 수 있는 범위를 증대시킬 수 있다. 따라서, 리튬 이차 전지의 충ㆍ방전시 발생하는 열이 권취 말단부에 집중되는 것을 방지하며, 방열 효율이 증대되어 효과적인 열 방출을 할 수 있다.
상기한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 리튬 이차 전지용 전극판 및 이를 구비하는 권취형 전극 조립체의 경우, 전극 조립체의 권심을 기준으로 하여 보다 외부에 위치하는 전극판의 권취 말단부가 지그재그 형상으로 이루어져, 리튬 이차 전지의 충ㆍ방전시 발생할 수 있는 전류 집중 현상을 방지할 수 있다. 또한, 리튬 이차 전지의 충ㆍ방전시 발생할 수 있는 열이 상기 전극 조립체의 최외각 전극판의 권취 말단부에 집중되는 현상을 방지하여 리튬 이차 전지의 안정성이 향상된다.
상기한 바와 같이 본 발명에 따르면, 본 발명은 전극 조립체의 권심을 기준으로 하여 보다 외부에 위치하는 전극판의 권취 말단부의 열 집중 현상을 방지할 수 있는 리튬 이차 전지용 전극판 및 이를 구비하는 권취형 전극 조립체를 제공할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (6)

  1. 양 말단 중 적어도 어느 하나의 말단에 열 집중 방지 수단이 형성된 전극 집전체와;
    상기 전극 집전체의 양단부에 형성된 무지부; 및
    상기 전극 집전체의 적어도 일면 상에 형성된 활물질층을 포함하고,
    상기 열 집중 수단은 적어도 하나의 상기 무지부의 끝단을 따라서 지그재그 형상으로 형성된 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지용 전극판.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 열 집중 방지 수단의 폭은 1㎜ 내지 10㎜인 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지용 전극판.
  4. 제 1 전극판과, 제 2 전극판과, 상기 제 1 전극판 및 제 2 전극판의 사이에 개재되어 이들을 절연시키는 세퍼레이터를 포함하며,
    상기 제 1 전극판 및 제 2 전극판 중 적어도 권심을 기준으로 하여 보다 외부에 위치하는 전극판은 권취 말단부를 따라서 지그재그 형상인 열 집중 방지 수단이 형성된 것을 특징으로 하는 권취형 전극 조립체.
  5. 삭제
  6. 제 4항에 있어서,
    상기 열 집중 방지 수단의 폭은 1㎜ 내지 10㎜인 것을 특징으로 하는 권취형 전극 조립체.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100545456B1 (ko) * 1996-12-16 2006-06-07 다우 코닝 코포레이션 실리콘 탄성중합체의 제조방법 및 당해 방법으로 제조한 실리콘 탄성중합체

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KR100545456B1 (ko) * 1996-12-16 2006-06-07 다우 코닝 코포레이션 실리콘 탄성중합체의 제조방법 및 당해 방법으로 제조한 실리콘 탄성중합체

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KR20060035406A (ko) 2006-04-26

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