KR101116568B1 - 이차 전지 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 이차 전지는 제1,2전극 및 세퍼레이터를 포함하여 이루어지는 전극 조립체와, 전극 조립체가 수용되는 파우치형 케이스 및 케이스의 외측 및 하측을 감싸는 외장재를 포함하므로, 이차전지가 이너팩 타입으로 장착되는 전자기기에서 파우치가 손상되는 것을 방지할 수 있는 이점이 있다.

Description

이차 전지 {Secondary Battery}
도 1은 본 발명에 따른 전극조립체를 수용하는 파우치를 도시한 도면,
도 2는 본 발명에 따른 파우치의 외면을 감싸는 외장재를 도시한 도면,
도 3은 본 발명에 따른 외장재로 커버된 파우치의 하측을 도시한 도면,
도 4는 본 발명에 따른 파우치의 하측을 커버한 것을 도시한 도면,
도 5는 본 발명에 따른 파우치형 리튬 이차 전지를 도시한 도면이다.
< 도면의 주요 부호에 대한 간단한 설명 >
110 : 전극조립체 111 : 제1전극판
113 : 세퍼레이터 115 : 제2전극판
120 : 파우치 121a : 딥 드로잉부
200 : 이차 전지 210 : 외장재
300 : 휴대용 이동전화 310 : 전지장착부
320 : 커버부
본 발명은 리튬 이차 전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게 설명하면 케이스 의 외면을 보호하는 외장재를 갖는 이차 전지에 관한 것이다.
이차 전지는 리튬과 수분의 반응성 때문에 비수성 전해질을 사용한다. 이 전해질은 리튬염을 함유하는 고체 폴리머이거나, 리튬염이 유기 용매에서 해리된 액상일 수 있다.
이차 전지를 전해질 종류에 따라 구분해 보면, 액체 전해질을 사용하는 리튬 금속 전지와 리튬 이온 전지 그리고, 고분자 고체 전해질을 사용하는 리튬 이온 폴리머 전지로 구분할 수 있다.
완전 고체형 리튬 이온 폴리머 전지의 경우에는 유기 전해액의 누출 문제가 없고 유기 전해액을 함유하는 겔형 리튬 이온 폴리머 전지의 경우에도 액체 전해질을 사용하는 리튬 이온 전지와 비교할 때 전해액의 누출 문제는 보다 간이한 형태로 방지될 수 있다. 가령 리튬 이온 폴리머 전지는 전극 조립체의 용기로 금속 캔 대신 파우치를 사용할 수 있다.
파우치는 통상 금속 포일층과 이를 덮는 합성수지층의 다층막으로 구성되는데 이를 사용할 경우에는 금속 캔을 사용할 때보다 전지의 무게를 현저히 줄일 수 있다. 다층막 파우치에서 포일을 이루는 금속으로 통상 알미늄이 사용된다. 파우치막 내층을 이루는 폴리머 막은 전해질로부터 금속 포일을 보호함과 아울러, 양극과 음극 그리고, 전극 탭들 사이의 단락을 방지한다.
파우치형 리튬 이차 전지를 형성하기 위해 우선 양극, 세퍼레이터, 음극을 적층하거나 적층 후 권취하여 이루어지는 전극 조립체를 가봉지 상태의 파우치 내에 위치시킨다. 그리고 파우치의 개방된 가장자리부에서 상하 파우치막을 가열 융 착 시키면 밀봉된 파우치 형태의 베어셀 전지가 만들어진다.
이러한 베어셀 전지는 이너 팩(Inner Pack) 타입으로 형성될 수 있다. 이너 팩 타입은 이차 전지가 필요한 디지털 카메라나 디지털 캠코더처럼 전자기기의 몸체에 직접 베어셀 전지를 집어넣고 전자기기의 외면을 이루는 커버부재로 그 외측을 커버하도록 형성된 것으로서 외부 충격에 대한 내성이 강한 이점이 있다.
즉, 전자기기의 몸체에는 베어셀 전지의 전극과 연결되는 보호회로기판(PCM : protecting corcuot moudule)이나 PTC(positive temperature coefficient) 같은 부속품 혹은 구조체가 내설된다.
이에, 이차 전지가 이너 팩 타입으로 형성되면 보호회로기판이나 PTC 등이 전자기기의 몸체에 내설됨에 따라 보호회로가 손상되었을 경우, 전자기기에 설치되느 보호회로만 교체하면 되므로 보호회로와 일체로 형성된 이차 전지보다 이차 전지의 수율이 개선되고 외부충격 위험에 대한 노출이 적어진다.
그런데, 이러한 종래의 이차 전지는 전극 조립체가 연질로 형성된 파우치에 수용될 경우 전자기기에 장착되는 과정에서 연질의 파우치가 손상되기 쉬운 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해소시키기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 연질의 파우치가 손상되는 것을 방지할 수 있는 이차 전지를 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 제1,2전극 및 세퍼레이터를 포함하여 이루어지는 전극 조립체와, 상기 전극 조립체가 수용되는 파우치형 케이스 및 상기 케이스의 외측을 감싸는 외장재를 포함하는 이차 전지를 제공한다.
상기 외장재는 상기 케이스의 측면이 라운드형으로 감싸지게 형성될 수 있다.
상기 외장재는 스틸 또는 스테인레스 스틸 또는 사출물 또는 금속재 중 어느 하나로 형성될 수 있다.
상기 외장재는 포일(foil)형으로 형성될 수 있다.
상기 외장재는 플라스틱 합성수지로 형성될 수 있다.
상기 파우치의 하부를 커버하는 외장재는 핫멜팅 또는 사출물 중 어느 하나인 것이 좋다.
상기 외장재의 두께는 0.1m이하인 것이 좋다.
상기 이차 전지는 이너팩 타입에 적용될 수 있다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명에 따른 파우치형 리튬 이차 전지를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 전극조립체를 수용하는 파우치를 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명에 따른 파우치의 외면을 감싸는 외장재를 도시한 도면이며, 도 3은 본 발명에 따른 외장재로 커버된 파우치의 하측을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 파우치의 하측을 커버한 것을 도시한 도면이고, 도 5는 본 발명에 따른 파우치형 리튬 이차 전지를 도시한 도면이다.
이들 도면을 참조하면, 이차 전지는 제1,2전극판(111,115) 및 세퍼레이터(113)를 포함하는 전극 조립체(110)와, 전극 조립체(110)가 수용되는 케이스를 포함하여 이루어진다.
케이스는 소정의 공간을 갖는 딥 드로잉부(121a)를 마련하여 전극 조립체(110)를 수용하는 파우치(120)이다.
전극 조립체(110)는 제1,2전극 활물질층이 코팅된 제1,2전극판(111,115)과, 제1,2전극판(111,115)사이에 게재되어 제1,2전극판(111,115)의 단락을 방지하고 리튬 이온의 이동만 가능하게 하는 세퍼레이터(113)가 권취되어 이루어진다. 제1,2전극판(111,115)에는 제1,2전극탭(111a,115a)이 각각 인출된다.
이때, 제1전극판(111)은 양극이고, 제2전극판(115)은 음극이 될 수 있다.
여기서, 양극 활물질로는 칼코게나이드(Chalcogenide) 화합물이 사용되고 있으며, 그 예로 LiCo02, LiMn204, LiNi02, LiNi1-xCox02(0<x<1), LiMn02 등의 복합 금속 산화물들이 사용되고 있다. 음극 활물질로는 탄소(C) 계열 물질, Si, Sn, 틴 옥사이드, 틴 합금 복합체(Composite tin alloys), 전이 금속 산화물, 리튬 금속 산화물 등이 사용되고 있다. 또한, 일반적으로 양극 전극판은 알루미늄(Al)재질, 음극 전극판은 구리(Cu)재질을 사용하며, 세퍼레이터(113)는 일반적으로 폴리에틸렌(PE) 또는 폴리프로필렌(PP)을 사용하지만, 본 발명에서 상기의 재질을 한정하는 것은 아니다.
파우치(120)는 전극 조립체(110)가 수납될 수 있도록 일정 깊이의 드로잉부(121a)를 갖는 제1영역(121)과, 제1영역(121)의 드로잉부(121a)를 커버할 수 있는 면적의 제2영역(122)으로 이루어져 있다. 파우치(120)의 재질은 알루미늄(Al)박을 중심층으로 하여 그 일면에는 변성폴리프로필렌 예컨대, CPP(Casted Polypropylene)를 사용하여 접착층으로 작용하며, 절연막은 나일론이나 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)와 같은 수지재가 적용될 수 있으나 여기서 파우치(120)의 재질을 한정하는 것은 아니다.
또한, 파우치의 드로잉부(121a)는 일정 깊이로 형성되어 있으며, 전극 조립체(110)와 연결된 제1,2전극탭(111a,115a)은 파우치(120)의 외주연 즉, 드로잉부(121a)의 외측으로 일정길이 연장되어 있다.
파우치(120)의 외부에는 외장재(210)가 마련되어 파우치(120)의 외측을 감싸도록 형성된다. 이때, 외장재(210)는 파우치(120)의 측면을 라운드형으로 감싸도록 형성되어야 한다. 즉, 파우치(120)의 외장재(210)는 파우치(120)의 측면을 곡선으로 된 라운드형으로 형성하여 전자기기의 내측에 장착되거나 탈착될 때 전자기기와의 접촉면을 줄여 착탈을 용이하도록 한다.
외장재(210)는 스틸 또는 스테인레스 스틸(SUS : JIS에서 steel use stainless의 약어표기를 칭함.) 또는 사출물 또는 금속재 중 어느 하나로 형성될 수 있다 또한, 플라스틱 합성수지로도 형성될 수 있다.
외장재(210)는 그 두께가 얇은 포일형으로 형성되어 외장재(210)의 부피를 최소화하는 것이 좋다. 다시 설명하면, 외장재(210)의 두께는 0.1m이하로 얇게 형성되어 이차 전지의 부피를 최소화하는 것이 좋다.
파우치(120)를 감싸는 외장재(210)에는 일측으로 파우치(120)의 외측으로 인 출된 제1,2전극탭(111a,115a)이 인출되고, 타측은 도 4에 도시된 바와 같이, 파우치(120)의 하측을 커버하여 하부를 강화하도록 하부강화부재가 구비된다. 하부강화부재로는 핫멜트(220)또는 사출물이 사용될 수 있다.
밀봉된 파우치(200)는 밀봉된 측에 플랜지부(230)가 위치되며 플랜지부(230)에는 파우치(200)의 외부로 제1,2전극탭(141,143)이 인출된다.
인출된 제1,2전극탭(111a,115a)은 이차 전지의 외측 즉, 전자기기의 내측에 설치된 도시되지 않은 보호회로기판과 연결되도록 된다.
이러한 전자기기는 휴대용 이동전화(300)가 될 수 있다.
휴대용 이동전화(300)는 일측에 이차 전지(200)가 삽입될 수 있도록 소정의 공간을 갖는 전지장착부(310)가 마련되고, 전지장착부(310)의 외면을 커버하도록 커버부(320)가 마련된다. 커버부(320)에는 커버부(320)와 휴대용 이동전화(300)를 고정시키는 고정버튼(321)이 설치됨은 물론이다.
휴대용 이동전화(300)의 내부 즉, 전지 장착부(310)의 주변에는 이차 전지(200)의 제1,2전극탭(111a,115a)과 연결되는 보호회로기판이 내설된다.
이하에서는 상기와 같이 구성된 본 발명의 이차 전지의 작용을 상세히 설명한다.
전극조립체(120)는 파우치(110)의 딥 드로잉부(121a)에 삽입된다. 전극조립체(120)가 수용되어 밀봉된 파우치(110)는 외장재(210)에 의해 양측면이 라운드형의 곡선을 형성하며 감싸진다. 이때, 개방된 파우치(120)의 하측은 하부보강부재인 핫멜트(220) 또는 사출물에 의해 밀폐된다.
외장재(210)의 일측으로는 제1,2전극탭(111a,115a)이 인출되어 이차 전지(200)가 된다.
이차 전지(200)는 도 5에 도시된 바와 같이, 휴대용 이동전화(300)의 전지장착부(310)에 삽입된다.
이때, 이차 전지(200)는 파우치(120)의 외측을 감싸는 외장재(210) 측면이 라운드형으로 둥글게 형성됨에 따라 전지장착부(310)에 장착될 때 이차 전지(200)와 전지 장착부(310)의 접촉면이 부드럽게 접촉되고, 이차 전지(200)의 측면과 전지장착부(310) 내면의 접촉면이 줄어들어 이차 전지(200)의 착탈이 용이하다.
또한, 케이스가 파우치(120)로 된 이차 전지(200)는 스테인레스 스틸이나 플라스틱 합성수지 등으로 형성된 외장재(210)에 의해 그 외면이 감싸지므로 연질의 파우치(120)가 손상되어 이차 전지(200)가 손상되는 것이 방지된다.
그리고, 제1,2전극탭(111a,115a)이 인출된 반대측 즉, 외장재(210)의 하측은 핫멜트(220)에 의해 밀폐되므로 이차 전지(200)가 전지장착부(310)에 장착될 때 전지장착부(310)의 내면과 접촉될 때 파우치(120)를 보호할 수 있다.
여기서, 이차 전지(200)는 외장재(210)의 일측으로 인출된 제1,2전극탭(111a,115a)이 전지장착부(310)의 주변에 내설된 보호회로기판과 연결되도록 장착되어야 한다.
이차 전지(200)가 휴대용 이동전화(300)의 전지장착부(310)에 장착되면, 커버부(320)는 고정버튼(321)에 의해 휴대용 이동전화(300)에 고정되어 전지장착부(310)의 개방된 면을 커버한다.
이상 설명한 바에 따르면 본 발명의 이차 전지는 연질의 파우치를 감싸는 외장재를 마련함에 따라 이차전지가 이너팩 타입으로 장착되는 전자기기에서 파우치가 손상되는 것을 방지할 수 있는 이점이 있다.
특히, 이차 전지는 파우치의 하측도 외장재에 의해 커버되므로 이차 전지를 전자기기에 장착할 때 발생되는 마찰로부터 파우치의 하측을 보호할 수 있는 이점이 있다.

Claims (8)

  1. 제1,2전극 및 세퍼레이터를 포함하여 이루어지는 전극 조립체;
    상기 전극 조립체 수용되는 파우치형 케이스; 및
    상기 케이스의 외측 및 하측을 감싸는 외장재를 포함하는 이차 전지.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 외장재는 상기 케이스의 측면이 라운드형으로 감싸지게 형성된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 외장재는 스틸 또는 스테인레스 스틸 또는 사출물 또는 금속재 중 어느 하나로 형성된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 외장재는 포일(foil)형으로 형성된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 외장재는 플라스틱 합성수지로 형성된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 파우치의 하측을 커버하는 외장재는 핫멜팅 또는 사출물 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 외장재의 두께는 0.1m이하인 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 이차 전지는 이너팩 타입에 적용된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
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