KR101233491B1 - 이차전지 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 이차전지에 관한 것이다.
본 발명은 양극판, 음극판 및 그 사이에 개재된 세퍼레이터를 포함하고, 상기 양극판과 연결되는 양극탭 및 상기 음극판과 연결되는 음극탭을 포함하는 전극 조립체; 상단에 개구부가 형성되어 상기 전극 조립체가 수용되며, 플라스틱 재질로 형성되는 케이스; 및 상기 양극탭과 연결되는 양극 리드 탭 및 상기 음극탭과 연결되는 음극 리드 탭을 구비하며, 플라스틱 재질로 형성되어 상기 개구부에 결합된 캡 플레이트를 포함하는 캡 조립체를 포함하는 이차전지를 개시한다.

Description

이차전지{SECONDARY BATTERY}
본 발명은 이차전지에 관한 것이다.
리튬 이차전지는 베어셀 형태로 형성될 수 있으며, 베어셀은 양극판, 음극판, 세퍼레이터를 구비하는 전극 조립체와, 전극 조립체와 전해액을 수용하는 케이스를 포함하여 형성될 수 있다.
통상적으로 베어셀의 케이스는 알루미늄 캔 또는 복잡한 알루미늄 복합재로 이루어진다. 그런데, 알루미늄 캔으로 이루어지는 케이스는 높은 강도를 갖지만 상대적으로 무거우며, 파우치 막으로 형성되는 케이스는 가볍지만 낮은 강도를 갖는다.
이에 따라, 상기 케이스는 높은 강도를 가지며 동시에 가벼운 재질로 형성하는 방안에 대하여 연구가 계속되고 있다.
리튬 이차전지는 베어셀 형태로 형성될 수 있으며, 베어셀은 양극판, 음극판, 세퍼레이터를 구비하는 전극 조립체와, 전극 조립체와 전해액을 수용하는 케이스를 포함하여 형성될 수 있다.
통상적으로 베어셀의 케이스는 알루미늄 캔 또는 복잡한 알루미늄 복합재로 이루어진다. 그런데, 알루미늄 캔으로 이루어지는 케이스는 높은 강도를 갖지만 상대적으로 무거우며, 파우치 막으로 형성되는 케이스는 가볍지만 낮은 강도를 갖는다.
이에 따라, 상기 케이스는 높은 강도를 가지며 동시에 가벼운 재질로 형성하는 방안에 대하여 연구가 계속되고 있다.
본 발명의 양극판, 음극판 및 그 사이에 개재된 세퍼레이터를 포함하고, 상기 양극판과 연결되는 양극탭 및 상기 음극판과 연결되는 음극탭을 포함하는 전극 조립체; 상단에 개구부가 형성되어 상기 전극 조립체가 수용되며, 플라스틱 재질로 형성되는 케이스; 및 상기 양극탭과 연결되는 양극 리드 탭 및 상기 음극탭과 연결되는 음극 리드 탭을 구비하며, 플라스틱 재질로 형성되어 상기 개구부에 결합된 캡 플레이트를 포함하는 캡 조립체를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 케이스는 MC 나일론계 또는 폴리에테르에테르캐톤(PEEK)으로 형성될 수 있다. 또한, 상기 캡 플레이트는 상기 케이스와 동일한 재질로 형성될 수 있다.
또한, 상기 캡 조립체는 상기 캡 플레이트에 형성되는 안전벤트를 더 포함하여 형성될 수 있다. 상기 안전벤트는 상기 캡 플레이트의 양극 리드 탭과 음극 리드 탭 사이에 형성될 수 있다. 상기 안전벤트는 상기 캡 플레이트의 다른 부분에 비해 얇게 형성될 수 있다. 상기 안전벤트는 홈 형상으로 형성될 수 있다. 상기 안전벤트는 상기 캡 플레이트의 상면과 하면에 서로 대응되는 위치에 홈 형상으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 캡 플레이트와 상기 양극 리드 탭 및 상기 음극 리드 탭은 인서트 사출되어 형성될 수 있다. 상기 양극 리드 탭 및 상기 음극 리드 탭은 상기 양극탭 및 음극탭과 각각 용접 또는 볼트 결합될 수 있다.
또한, 상기 전극 조립체는 복수개로 형성될 수 있다.
본 발명의 이차전지에 따르면, 케이스가 플라스틱으로 형성됨으로써, 케이스를 강도가 높으면서 상대적으로 가볍게 형성할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 이차전지에 따르면, 캡 플레이트의 재질을 케이스와 동일하게 하며, 캡 플레이트와 양극 리드 탭 및 음극 리드 탭을 인서트 사출 성형하여 일체화 시킴으로써 제조 공정을 간단하게 할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 이차전지에 따르면, 케이스가 플라스틱 재질로 형성됨으로써, 케이스의 내약품성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 이차전지의 분해사시도이다.
도 2는 도 1의 이차전지의 A-A에 대한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 사시도이다.
이하에서 실시예와 첨부한 도면을 통하여 본 발명의 이차전지에 대하여 보다 구체적으로 설명한다.
먼저 본 발명의 일 실시예에 따른 본 발명의 이차전지에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 이차전지의 분해사시도이다. 도 2는 도 1의 이차전지의 A-A에 대한 단면도이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 사시도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지(100)는, 도 1 내지 도 3을 참조하면, 전극 조립체(110)과 케이스(120) 및 캡 조립체(130)를 포함하여 형성된다.
상기 전극 조립체(110)는 얇은 판형 혹은 막형으로 형성된 양극판(111) 및 음극판(112) 사이에 세퍼레이터(113)를 개재하여 젤리-롤(Jelly-roll) 형태로 권취하여 형성된다. 상기 전극 조립체(110)는 양극탭(114) 및 음극탭(115)을 포함하여 이루어진다.
상기 양극판(111)은 도전성이 우수한 금속 박판, 예를 들면 알루미늄(AL) 호일(foil)로 이루어진 양극 집전체와 그 양면에 코팅된 양극 활물질층을 포함하고 있다. 상기 양극 활물질로는 LiCoO2, LiMn2O4, LiNiO2, LiMnO2 등의 리튬산화물이 사용되고 있다. 상기 양극판(111)의 양 말단에는 양극 활물질층이 형성되지 않은 양극 집전체 영역, 즉 양극 무지부가 형성된다. 상기 양극 무지부의 일단에는 알루미늄(Al) 재질로 형성되는 양극탭(114)이 접합되어 있다.
상기 음극판(112)은 전도성 금속 박판, 예를 들면 구리(Cu) 호일(foil)로 이루어진 음극 집전체와, 그 양면에 코팅된 음극 활물질층을 포함하고 있다. 상기 음극판(112)의 양 말단은 음극 활물질층이 형성되지 않은 음극 집전체 영역, 즉 음극 무지부가 형성된다. 상기 음극 무지부의 일단에는 니켈(Ni) 재질로 형성되는 음극탭(115)이 접합되어 있다.
상기 세퍼레이터(113)는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 또는 폴리에틸렌과 폴리프로필렌의 공중합체(co-polymer)로 이루어질 수 있다. 상기 세퍼레이터(113)는 전극 조립체(110)에서 양극판(111)과 음극판(112)과의 전자 전도를 차단하고 리튬 이온의 이동을 원활히 할 수 있다. 상기 세퍼레이터(113)는 양극판(111)과 음극판(112)의 접촉을 방지하는 역할 외에 외부 쇼트 등으로 인한 이차전지(100)의 온도 상승시 셧다운(Shut-down) 등을 통해 온도 상승을 방지하는 역할을 할 수 있다. 또한, 상기 세퍼레이터(113)는 양극판(111)과 음극판(112) 간의 단락을 방지하기 위하여 세퍼레이터(113) 외에도 세라믹 물질을 바인더와 혼합한 세라믹층이 더 형성될 수도 있다. 상기 세퍼레이터(113)는 양극판(111)과 음극판(112) 보다 폭을 넓게 하여 형성하는 것이 극판 간의 단락을 방지하는 데 유리하다.
상기 양극탭(114) 및 음극탭(115)은 양극판(111)과 음극판(112)에 각각 연결되어, 전극 조립체(110)와 캡 조립체(130)를 전기적으로 연결한다. 상기 양극탭(114) 및 음극탭(115)은 전극 조립체(110)의 외부로 인출되는 경계부에 단락을 방지하기 위한 절연 테이프(116)가 감겨진다. 상기 절연 테이프(116)는 양극탭(114) 또는 음극탭(115)이 전극 조립체(110)의 상부에서 음극판(112) 또는 양극판(111)과 접촉하여 단락되는 것을 방지하게 된다.
상기 케이스(120)는 내부가 중공인 대략 직육면체의 형상을 가진다. 또한, 상기 케이스(120)는 상대적으로 면적이 큰 장측면과 상대적으로 면적이 작은 단측면 및 하면을 구비하여 형성된다. 또한, 상기 케이스(120)는 상단부에 개구부(120a)가 형성된다. 상기 케이스(120)는 내부에 전극조립체(110)를 수용하게 된다. 또한, 상기 케이스(120)는 내측에 전해액(미도시)이 주입되어 수용된다. 상기 전해액은 충방전시 전지 내부의 전기화학적 반응에 의해 생성되는 리튬 이온이 이동 가능하게 하는 역할을 한다. 상기 전해액은 리튬염과 고순도 유기 용매류의 혼합물인 비수질계 유기 전해액일 수 있다. 더불어, 상기 전해액(미도시)은 고분자 전해질을 이용한 폴리머일 수도 있다.
상기 케이스(120)는 외부 충격에 대한 케이스(120)의 강도를 높이기 위해 외부 충격에 강하며 내약품성이 우수하고 가벼운 플라스틱으로 형성될 수 있다. 특히, 상기 케이스(120)는 MC나일론계 수지, 폴리에테르에테르케톤 (Polyetheretherketone, PEEK) 수지 중 선택된 어느 하나로 형성될 수 있다. 여기서, 상기 MC 나일론계 수지는 반응 촉매가 혼합된 나일론 모노머를 금형에 주입하여 대기압에서 화학변화로 성형시킨 엔지니어링 플라스틱이다. 또한, 폴리에테르에테르케톤 (Polyetheretherketone, PEEK) 수지는 압출성형 소재로서 최고 사용 온도는 250 ℃ 이고, 내약품성이 뛰어난 슈퍼엔지니어링 플라스틱 소재이다. 따라서, 상기 케이스(120)는 외부 충격에 강하며 가벼운 플라스틱 수지로 형성함으로써, 기존에 전극 조립체를 알루미늄 재질의 캔 또는 파우치 막으로 형성되는 경우에 비하여, 강도를 높일 수 있으며 경량화를 실현시킬 수 있다.
한편, 상기 케이스(120)는 열전도성을 증가시키기 위하여 외면에 열전도성 필름 예를 들면, 그라파이트 필름(도면에 도시하지 않음)이 코팅되어 형성될 수 있다. 상기 그라파이트 필름은 케이스의 열을 보다 효율적으로 외부로 방출하게 된다.
상기 개구부(120a)는 전극 조립체(110)와 전해액이 삽입될 수 있도록 하다. 상기 개구부(120a)는 케이스(120)의 상면에 전체적으로 형성된다. 또한, 상기 개구부(120a)는 캡 플레이트(131)에 의하여 밀봉된다.
상기 캡 조립체(130)는 캡 플레이트(131), 안전벤트(132), 양극 리드 탭(134), 음극 리드 탭(135)을 포함한다. 상기 캡 조립체(130)는 바람직하게는 캡 플레이트(131)와 양극 리드 탭(134) 및 음극 리드 탭(135)이 일체로 인서트 사출되어 형성됨으로써 보다 간단한 공정으로 형성될 수 있다.
상기 캡 조립체(130)는 케이스(120)의 개구부(120a)에 결합되어 케이스(120)를 밀폐하게 된다.
상기 캡 플레이트(131)는 판상으로 형성되며, 케이스(120)의 개구부(120a)와 대응되는 크기와 형상으로 형성된다. 상기 캡 플레이트(131)는 전기 절연성인 플라스틱 재질로 형성되며, 바람직하게는 케이스(120)와 동일한 재질로 형성된다. 상기 캡 플레이트(131)는 케이스(120)의 개구부(120a)에 용접되어 결합된다. 또한, 상기 캡 플레이트(131)가 케이스(120)와 동일한 재질로 형성되는 경우에 보다 효율적으로 용접될 수 있다.
상기 안전벤트(132)는 캡 플레이트(131)의 중앙 소정 위치에 형성되며, 바람직하게는 양극 리드 탭(134)과 음극 리드 탭(135) 사이에 형성된다. 상기 안전벤트(132)는 캡 플레이트(131)의 다른 부분에 비해 얇은 두께로 형성된다. 상기 안전벤트(132)는 바람직하게는 캡 플레이트(131)의 상면과 하면에서 서로 대응되는 위치에 형성되는 홈 형상으로 형성될 수 있다. 또한, 상기 안전벤트(132)는 평면 형상이 타원형 원형, 또는 사각 형상으로 형성될 수 있다. 상기 안전벤트(132)는 전지 내부의 압력이 소정 압력 이상으로 상승하면 파손되어 가스가 외부로 방출되도록 함으로써 전지의 발화, 폭발을 방지하는 역할을 한다.
상기 양극 리드 탭(134) 및 음극 리드 탭(135)은 캡 플레이트(131)의 상면에서 하면으로 관통되어 형성된다. 상기 양극 리드 탭(134) 및 음극 리드 탭(135)은 바람직하게는 캡 플레이트(131)와 함께 인서트 사출되어 캡 플레이트(131)와 일체로 형성될 수 있다. 상기 캡 플레이트(131)가 전기적으로 절연체인 플라스틱으로 형성되므로, 양극 리드 탭(134) 및 음극 리드 탭(135)은 캡 플레이트(131)에 의하여 전기적으로 절연된다.
상기 양극 리드 탭(134)은 양극탭(114)과 전기적으로 연결되며, 음극 리드 탭(135a)은 음극탭(115)과 전기적으로 연결된다. 또한, 상기 양극 리드 탭(134)은 바람직하게는 전극 조립체(110)가 케이스(120)에 수용되었을 때 양극탭(114)의 위치에 대응되는 캡 플레이트(131)의 위치에 형성된다. 따라서, 상기 양극 리드 탭(134)은 양극탭(114)과 용이하게 연결될 수 있다. 또한, 음극 리드 탭(135a)은 동일하게 음극탭(115)의 위치에 대응되는 위치에 형성될 수 있다.
상기 양극 리드 탭(134) 및 음극 리드 탭(135)은 각각 양극탭(114) 및 음극탭(115)과 용접 또는 볼트 체결에 의하여 연결될 수 있다. 상기 용접은 저항 용접, 레이저 용접 또는 초음파 용접으로 진행될 수 있다.
한편, 본 발명의 일시예는 케이스에 하나의 전극 조립체가 수용되는 이차전지에 대하여 설명하였으나, 전극 조립체가 다수로 형성될 수 있다. 도면에 구체적으로 도시하지는 않았지만, 즉 이차전지는 케이스에 다수개의 전극 조립체가 수용되며, 각각의 전극 조립체에서 인출되는 다 수의 양극탭과 음극탭이 각각 캡 조립체에 형성되어 있는 하나의 양극 리드 탭 및 음극 리드 탭에 전기적으로 연결되도록 형성될 수 있다. 또한, 상기 이차전지는 전극 조립체의 수가 많은 경우에 캡 조립체에 형성되는 양극 리드 탭 및 음극 리드 탭도 복수 개로 형성될 수 있다. 이러한 경우에, 상기 양극탭과 음극탭은 상대적으로 가까운 위치에 위치하는 양극 리드 탭 및 음극 리드 탭에 전기적으로 연결될 수 있다.
본 발명은 상기 실시예들에 한정되지 않고 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 아니하는 범위 내에서 다양하게 수정, 변형되어 실시될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명한 것이다.
100 : 이차전지
110 :전극 조립체
111 : 양극판 112 : 음극판
113 : 세퍼레이터 114 : 양극탭
115 : 음극탭 116 : 절연테이프
120 : 케이스 120a : 개구부
130 : 캡 조립체 131 : 캡 플레이트
132 : 안전벤트
134 : 양극 리드 탭 135 : 음극 리드 탭

Claims (11)

  1. 양극판, 음극판 및 그 사이에 개재된 세퍼레이터를 포함하고, 상기 양극판과 연결되는 양극탭 및 상기 음극판과 연결되는 음극탭을 포함하는 전극 조립체;
    상단에 개구부가 형성되어 상기 전극 조립체가 수용되며, 플라스틱 재질로 형성되는 케이스; 및
    상기 양극탭과 연결되는 양극 리드 탭 및 상기 음극탭과 연결되는 음극 리드 탭을 구비하며, 플라스틱 재질로 형성되어 상기 개구부에 결합된 캡 플레이트를 포함하는 캡 조립체를 포함하고,
    상기 캡 조립체는 상기 캡 플레이트의 다른 부분에 비해 얇게 형성되는 안전벤트를 더 포함하고,
    상기 캡 플레이트와 상기 양극 리드 탭 및 상기 음극 리드 탭 및 상기 안전벤트는 인서트 사출되어 형성되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 케이스는 MC 나일론계 또는 폴리에테르에테르캐톤(PEEK)으로 형성되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 캡 플레이트는 상기 케이스와 동일한 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  4. 삭제
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 안전벤트는 상기 캡 플레이트의 양극 리드 탭과 음극 리드 탭 사이에 형성되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  6. 삭제
  7. 제 5항에 있어서,
    상기 안전벤트는 홈 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 안전벤트는 상기 캡 플레이트의 상면과 하면에 서로 대응되는 위치에 홈 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  9. 삭제
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 양극 리드 탭 및 상기 음극 리드 탭은 상기 양극탭 및 음극탭과 각각 용접 또는 볼트 결합되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 전극 조립체는 복수개로 형성되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
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