KR101254800B1

KR101254800B1 - 리튬 이차전지용 전극조립체 및 이를 이용한 리튬 이차전지

Info

Publication number: KR101254800B1
Application number: KR1020060027527A
Authority: KR
Inventors: 장석균; 형유업; 임오찬
Original assignee: 삼성에스디아이 주식회사
Priority date: 2006-03-27
Filing date: 2006-03-27
Publication date: 2013-04-15
Also published as: KR20070096649A

Abstract

본 발명은 리튬 이차전지용 전극조립체 및 이를 이용한 리튬 이차전지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 권취된 전극조립체의 풀림을 방지하기 위해 전극조립체의 외주면에 부착하는 실링 테이프(sealing tape)에 있어서, 전해액에 친하며 전해액을 흡수하여 스웰링(swelling)되는 재질의 점착층을 기재에 코팅함으로써, 전해액이 함침되면 점착층이 팽윤되어 전극조립체를 캔과 밀착시켜 전극조립체의 회전 또는 유동에 의하여 전극탭의 용접부위가 단선되는 현상을 방지할 수 있는 리튬 이차전지용 전극조립체 및 이를 이용한 리튬 이차전지에 관한 것이다.

리튬 이차전지, 실링테이프, 스웰링, 점착층, 폴리아크릴

Description

리튬 이차전지용 전극조립체 및 이를 이용한 리튬 이차전지{Electrode assembly for lithium rechargeable battery and Lithium rechargeable battery using the same}

도 1은 일반적인 원통형 리튬 이차전지의 분리 사시도

도 2a는 본 발명의 실시예에 따른 리튬 이차전지용 전극조립체의 사시도

도 2b는 도 2a의 A-A 단면도

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 실험결과를 도시한 그래프

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

210 - 전극조립체 212 - 양극판

213 - 세퍼레이터 214 - 음극판

216 - 양극탭 218 - 음극탭

220 - 실링테이프 221 - 기재

222 - 점착층

본 발명은 리튬 이차전지용 전극조립체 및 이를 이용한 리튬 이차전지에 관 한 것으로, 보다 상세하게는 권취된 전극조립체의 풀림을 방지하기 위해 전극조립체의 외주면에 부착하는 실링 테이프(sealing tape)에 있어서, 전해액에 친하며 전해액을 흡수하여 스웰링(swelling)되는 재질의 점착층을 기재에 코팅함으로써, 전해액이 함침되면 점착층이 팽윤되어 전극조립체를 캔과 밀착시켜 전극조립체의 회전 또는 유동에 의하여 전극탭의 용접부위가 단선되는 현상을 방지할 수 있는 리튬 이차전지용 전극조립체 및 이를 이용한 리튬 이차전지에 관한 것이다.

일반적으로 비디오 카메라, 휴대형 전화, 휴대형 컴퓨터 등과 같은 휴대형 무선기기의 경량화 및 고기능화가 진행됨에 따라, 그 구동전원으로 사용되는 이차전지에 대해서 많은 연구가 이루어지고 있다. 이러한 이차전지는, 예를 들면, 니켈-카드뮴 전지, 니켈-수소 전지, 니켈-아연 전지, 리튬 이차전지 등이 있다. 이들 중에서 리튬 이차전지는 재충전이 가능하고 소형 및 대용량화가 가능한 것으로서, 작동 전압이 높고 단위 중량당 에너지 밀도가 높다는 장점 때문에 첨단 전자기기 분야에서 널리 사용되고 있다.

도 1은 일반적인 원통형 리튬 이차전지의 분리 사시도를 나타낸다. 이하에서는, 편의상 원통형 리튬 이차전지를 예로 들어 설명하기로 한다.

원통형 리튬 이차전지(100)는, 도 1을 참조하면, 전극조립체(110)와, 상기 전극조립체(110)와 전해액을 수용하는 원통형 캔(130)과, 상기 원통형 캔(130) 상부에 조립되어 상기 원통형 캔(130)을 밀봉하며 상기 전극조립체(110)에서 발생되는 전류를 외부 장치로 흐르게 하는 캡조립체(150)를 포함하여 형성된다.

상기 전극조립체(110)는 양극집전체의 표면에 양극활물질층이 코팅된 양극판 (112)과 음극집전체의 표면에 음극활물질층이 코팅된 음극판(114)과 상기 양극판(112) 및 음극판(114) 사이에 위치하여 상기 양극판(112)과 음극판(114)을 전기적으로 절연시키는 세퍼레이터(113)가 젤리-롤 형상으로 권취되어 형성된다. 상기 양극판(112)은, 도면에는 상세히 도시되지 않았지만, 도전성이 우수한 금속 박판, 예를 들면, 알루미늄(Al) 호일(foil)로 이루어진 양극집전체와, 그 양면에 코팅된 양극활물질층을 포함하고 있다. 상기 양극판(112)의 양 말단에는 양극활물질층이 형성되지 않은 양극집전체 영역, 즉, 양극무지부가 형성된다. 상기 양극무지부의 일단에는 일반적으로 알루미늄(Al) 재질로 형성되며, 전극조립체(110)의 상부로 일정 길이 돌출되는 양극 탭(116)이 접합되어 있다. 또한, 상기 음극판(114)은 전도성 금속 박판, 예를 들면, 구리(Cu) 또는 니켈(Ni) 호일로 이루어진 음극집전체와, 그 양면에 코팅된 음극활물질층을 포함하고 있다. 상기 음극판(114)의 양 말단은 음극활물질층이 형성되지 않은 음극집전체 영역, 즉 음극무지부가 형성된다. 상기 음극무지부의 일단에는 일반적으로 니켈(Ni) 재질로 형성되며, 전극조립체(110)의 하부로 일정 길이 돌출된 음극 탭(118)이 접합되어 있다. 더불어 상기 전극조립체(110)의 상부 및 하부에는 각각 캡조립체(150) 또는 원통형 캔(130)과의 접촉을 방지하기 위한 절연 플레이트(도면에 도시하지 않음)가 더 포함되어 형성될 수 있다. 상기 전극조립체(110)의 외주면에는 전극조립체(110)의 형태를 지지, 보호하고 절연하기 위한 실링(sealing) 테이프(120)가 감겨져 있다. 상기 실링 테이프(120)는 통상적으로 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP) 또는 폴리이미드(PI) 등 폴리올레핀 계열의 재질로 이루어진다.

상기 원통형 캔(130)은 상기 원통형 전극조립체(110)가 수용될 수 있는 소정 공간이 형성되도록 일정 직경을 갖는 원통형 측면판(132)과 상기 원통형 측면판(132)의 하부를 밀폐하는 하면판(134)을 포함하여 형성되며, 상기 원통형 측면판(132)의 상부는 상기 전극조립체(110)를 삽입하기 위하여 개구(開口)되어 있다. 상기 원통형 캔(130)의 하면판(134) 중앙에 상기 전극조립체(110)의 음극 탭(118)이 접합됨으로써, 상기 원통형 캔(130) 자체는 음극 역할을 수행하게 된다. 또한, 상기 원통형 캔(130)은 일반적으로 니켈(Ni), 철(Fe) 또는 이들의 합금으로 형성된다. 더불어 상기 원통형 캔(130)은 상부의 개구에 결합되는 상기 캡조립체(150)의 상부를 압박하도록 상단에서 내부로 휘어진 크리핑(clipping)부(138)(휘어지기 전의 상태임)가 형성된다. 또한, 상기 원통형 캔(130)은 상기 크리핑부(138)로부터 하방으로 상기 캡조립체(150)의 두께에 대응되는 거리만큼 이격된 위치에 상기 캡조립체(150)의 하부를 압박하도록 안쪽으로 움푹 파인 비딩(beading)부(136)가 더 형성되어 있다.

상기 캡조립체(150)는 안전밴트(152)와 전류차단수단(154)과 이차보호소자 (156)및 캡업(158)을 포함하여 형성된다. 상기 안전밴트(152)는 판상으로 중앙에 하부로 돌출되는 돌출부가 형성되어 상기 캡조립체(150)의 하부에 위치하며, 이차전지의 내부에서 발생한 압력에 의하여 돌출부가 상부 방향으로 변형하게 된다. 상기 안전밴트(152)의 하면 소정위치에는 전극조립체(110)의 양극판(112) 및 음극판(114) 중에서 한 전극판 예를 들어, 양극판(112)에서 인출한 양극탭(116)이 용접되어 상기 안전밴트(152)와 전극조립체(110)의 양극판(116)이 전기적으로 연결된다. 여기서 양극판(112) 및 음극판(114) 중 나머지 전극판, 예를 들어 음극은 도시하지 않은 탭 혹은 직접 접촉 방식에 의해 캔(130)과 전기적으로 연결된다. 상기 안전 밴트(152)는 캔(130) 내부의 압력 상승시 변형되거나 파열되어 상기 전류차단수단(154)을 파손시키는 역할을 한다. 또한, 상기 안전 밴트(152)의 상부에는 상기 안전 밴트(152)의 변형시 파손되어 전류가 차단되는 전류차단수단(154)이 더 위치되어 있고, 상기 전류차단수단(154)의 상부에는 과전류시 전류가 차단되는 이차보호소자(156)가 위치되어 있다. 더불어, 상기 이차보호소자(156)의 상부에는 외부에 양극 전압 또는 음극 전압을 제공하는 도전성 캡업(158)이 더 위치되어 있다.

원통형 리튬 이차전지가 낙하 등의 외부 충격을 받으면 전극조립체가 캔 내부에서 유동 또는 회전하기 쉽다. 전극조립체가 캔 내부에서 유동하거나 일정 정도 회전하게 되면, 전극조립체에 부착된 전극탭이 따라서 유동 또는 회전하게 된다. 이 경우, 양극탭과 안전밴트 사이의 용접부위 및 음극탭과 캔 사이의 용접부위가 파손되어 전지의 내부 회로가 단선될 수 있다는 문제점이 있다. 각형 리튬 이차전지의 경우에도 원통형에 비해 전극조립체가 회전할 가능성은 적으나, 전극조립체가 캔 내부에서 유동하여 전극탭의 용접 부위가 파손됨으로써 전지의 내부 회로가 단선될 수 있다는 문제점이 있다.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 특히 권취된 전극조립체의 풀림을 방지하기 위해 전극조립체의 외주면에 부착하는 실링 테이프(sealing tape)에 있어서, 전해액에 친하며 전해액을 흡수하여 스웰링(swelling)되 는 재질의 점착층을 기재에 코팅함으로써, 전해액이 함침되면 점착층이 팽윤되어 전극조립체를 캔과 밀착시켜 전극조립체의 회전 또는 유동에 의하여 전극탭의 용접부위가 단선되는 현상을 방지할 수 있는 리튬 이차전지용 전극조립체 및 이를 이용한 리튬 이차전지를 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기와 같은 과제를 해결하기 위하여 안출된 본 발명의 리튬 이차전지용 전극조립체는 서로 대향하는 양극판과 음극판, 상기 양극판과 음극판 사이에 개재되는 세퍼레이터를 구비하며, 상기 양극판과 음극판 및 세퍼레이터가 젤리롤 형상으로 권취된 외주면에 부착되는 실링테이프를 포함하는 리튬 이차전지용 전극조립체에 있어서, 상기 실링테이프는 기재와, 상기 기재의 내주면에 코팅되는 점착층을 구비하며, 상기 점착층은 전해액을 흡수하여 스웰링(swelling)되는 재질로 이루어지며, 상기 기재의 두께보다 두껍게 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 실링테이프는 상기 전극조립체의 외주면 중 상기 세퍼레이터의 최외측 단부가 위치하는 마감부를 포함하여 상기 외주면을 둘러싸도록 부착되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 실링테이프는 상기 외주면 중 상단부와 하단부는 상기 세퍼레이터가 그대로 노출되도록 부착될 수 있다.

또한, 상기 기재는 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리이미드(PI) 중 어느 하나의 재질로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 점착층은 폴리아크릴레이트(poly acrylate)로 이루어지는 것이 바람직하다. 또한, 상기 점착층은 PMMA(poly methyl methacrylate), PEMA(poly ethyl methacrylate), PBMA(poly butyl methacrylate) 중 어느 하나로 이루어질 수 있다.

또한, 상기 점착층은 상기 기재에 비해 적어도 2배 두껍게 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 리튬 이차전지는 서로 대향하는 양극판과 음극판, 상기 양극판과 음극판 사이에 개재되는 세퍼레이터, 상기 양극판과 음극판 및 세퍼레이터가 젤리롤 형상으로 권취된 외주면에 부착된 실링테이프를 구비하는 전극조립체, 상기 전극조립체를 수용하는 캔, 상기 캔의 상단개구부를 밀봉하는 캡조립체를 포함하는 리튬 이차전지에 있어서, 상기 실링테이프는 기재와, 상기 기재의 내주면에 코팅되는 점착층을 구비하며, 상기 점착층은 전해액을 흡수하여 스웰링(swelling)되는 재질로 이루어지며, 상기 기재의 두께보다 두껍게 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 실링테이프는 상기에서 기술된 형상 중 어느 하나의 형상으로 형성될 수 있다. 또한, 상기 실링테이프 전체 또는 상기 코팅층은 상기에서 기술된 재질 중의 어느 하나의 재질로 형성될 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이하의 도면에서는 원통형 리튬 이차전지용 전극조립체의 경우만 도시하였으나, 각형 리튬 이차전지용 전극조립체의 경우에도 마찬가지로 본 발명이 적용될 수 있음은 물론이다.

도 2a는 본 발명의 실시예에 따른 리튬 이차전지용 전극조립체의 사시도를 나타내며, 도 2b는 도 2a의 A-A 단면도를 나타낸다. 이하의 설명에서는 편의상 전극조립체(210)의 외주면에 부착하기 전의 실링테이프(220)의 가로규격을 길이라 하고, 세로규격을 폭이라 한다.

본 발명의 실시예에 따른 리튬 이차전지용 전극조립체(210)는, 도 2a 및 도 2b를 참조하면, 양극판(212), 음극판(214), 세퍼레이터(213)를 포함한다. 또한, 상기 전극조립체(210)는 양극탭(216), 음극탭(218) 및 실링테이프(220)를 포함한다.

상기 양극판(212)은 양극집전체, 양극활물질층 및 양극무지부를 구비한다. 상기 양극집전체는 양극활물질층으로부터 전자를 모아서 외부회로로 이동시킬 수 있도록 도전성있는 금속재질로 형성된다. 상기 양극활물질층은 양극활물질과 도전재 및 바인더를 혼합하여 제조되며, 상기 양극집전체 상에 소정의 두께로 코팅되어 형성된다. 상기 양극무지부는 양극집전체 중 양극활물질층이 형성되지 않은 부분이다. 상기 양극무지부의 일측에는 상기 양극탭(216)이 용접된다.

상기 음극판(214)은 음극집전체, 음극활물질층 및 음극무지부를 구비한다. 상기 음극집전체는 음극활물질층으로부터 전자를 모아서 외부회로로 이동시킬 수 있도록 도전성있는 금속재질로 형성된다. 상기 음극활물질층은 음극활물질과 도전재 및 바인더를 혼합하여 제조되며, 상기 음극집전체 상에 소정의 두께로 코팅되어 형성된다. 상기 음극무지부는 음극집전체 중 음극활물질층이 형성되지 않은 부분으로, 상기 음극무지부의 일측에는 상기 음극탭(218)이 용접된다.

상기 양극탭(216)과 음극탭(218)은 각각 양극무지부와 음극무지부에 용접되어 전극조립체(210)와 전지의 다른 부분을 전기적으로 연결하는 역할을 하게 된다. 상기 양극탭(216)과 음극탭(218)은 저항용접에 의해 용접되며, 용접부위에는 쇼트와 발열을 방지하기 위해 라미네이션 테이프가 부착될 수 있다. 여기서, 상기 양극탭(216)과 음극탭(218)의 용접 방식을 한정하는 것은 아니다.

상기 실링테이프(220)는 기재(221)와 점착층(222)을 포함하여 이루어진다. 이 때, 상기 실링테이프(220)는 상기 양극판(212)과 음극판(214) 및 세퍼레이터(213)가 젤리롤 형상으로 권취된 외주면에 부착된다. 보다 상세하게는, 상기 실링테이프(220)는 상기 전극조립체(210)의 외주면 중 상기 세퍼레이터(213)의 최외측 단부가 위치하는 마감부(213a)를 포함하여 상기 외주면을 둘러싸도록 부착된다. 상기 실링테이프(220)는 전극조립체(210)가 풀리는 것을 방지해야 하므로, 마감부(213a)에는 반드시 부착되어야 한다. 또한, 상기 실링테이프(220)는 전극조립체(210)의 외주면과 캔의 내면 사이에 위치하게 된다. 상기 실링테이프(220)는 바람직하게는 도 2a와 같이 전극조립체(210)의 외주면 중 상단부와 하단부를 제외한 부분에 부착될 수 있다. 상기 상단부는 캔과 전극조립체(210) 사이로 전해액이 스며들 수 있는 공간으로 작용하게 되는 부분이며, 상기 하단부는 캔 바닥에 주입되어 있는 전해액이 전극조립체(210)와 접하게 되는 부분이다. 따라서, 상기 상단부와 하단부는 전해액의 함침성 면에서 볼 때 실링테이프(220)가 부착되지 않는 것이 바람직하다. 상기 실링테이프(220)가 전극조립체(210)의 외주면 중 상단부와 하단부를 제외한 부분에 부착되는 경우, 상기 상단부와 하단부에는 외주면을 싸고 있는 세퍼레이터(213)가 그대로 노출되게 된다. 또한, 도면에는 도시되지 않았으나 상기 실링테이프(220)는 전극조립체(210)의 외주면 전체를 둘러싸도록 부착될 수도 있음은 물론이다.

상기 기재(221)는 점착층(222)의 외곽에서 상기 점착층(22)을 지지하게 된다. 이 때, 상기 기재(221)는 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리이미드(PI)와 같은 폴리올레핀계 물질로 이루어진다. 상기 폴리에틸렌 등은 비수성 전해액과의 표면에너지(surface energy) 차가 커서 상기 전해액 분자들이 폴리에틸렌 등의 재질로 된 표면에 결합하기가 용이하지 않다. 따라서, 상기 폴리에틸렌 등은 전해액이 묻으면 표면장력에 의해 전해액이 대략 구형으로 뭉치게 되어 전해액과 친하지 않으므로 스웰링되기 어렵다. 또한, 상기 기재(221)는 대략 10 내지 20㎛ 의 두께로 형성된다. 다만, 여기서 상기 기재(221)의 두께를 한정하는 것은 아니며, 전지의 규격에 따라 가변적이 될 수 있음은 물론이다.

상기 점착층(222)은 일면이 상기 기재(221)의 내면에 코팅되며, 타면은 전극조립체(210)의 외주면에 부착된다. 상기 점착층(222)은 기재(221)의 내면 전체에 코팅될 수 있으며, 한편 기재(221) 내면의 일부에 코팅될 수도 있다. 상기 점착층(222)이 기재(221)의 내면 중 일부에 형성되는 경우, 전극조립체(210)의 마감부(213a)와 마주보는 부분에는 반드시 점착층(222)이 형성되어야 한다. 또한, 상기 점착층(222)이 기재(221)의 내면 일부에 형성되는 경우 스트라이프(stripe) 형상으로 형성될 수 있으며, 여기서 상기 점착층(222)의 형상을 한정하는 것은 아니다.

상기 점착층(222)은 전해액을 흡수하여 스웰링(swelling)되는 고분자물질로 이루어진다. 고분자 물질 중 일부는 용매를 흡수하여 스웰링(swelling, 팽윤)되는 성질이 있다. 스웰링은 고분자 물질이 가지는 하나의 특성으로서 고분자 물질의 사슬 사이로 용매 분자가 침투하게 되어 부피가 증가되는 현상이다. 고분자 물질은 결정(crystal) 부분과 비결정(amorphous) 부분을 가지는데, 용매는 주로 침투할 공간이 넓은 비결정 부분으로 침투하게 된다. 스웰링은 장시간이 지나면 결정 부분에도 일어날 수 있으나, 결정 부분은 고분자 사슬간의 간격이 좁아서 비결정 부분보다 스웰링이 일어나기 어렵다. 상기 고분자물질로는 폴리아크릴레이트(poly acrylate)와 같은 접착성분이 사용될 수 있다. 폴리아크릴레이트는 PMMA(poly methyl methacrylate), PEMA(poly ethyl methacrylate), PBMA(poly butyl methacrylate) 등이 있다. 상기 폴리아크릴레이트, 특히 PMMA는 전해액에 닿으면 용해되는데, 폴리아크릴레이트가 용해되지 않고 스웰링되게 하기 위해서는 상기 폴리아크릴레이트를 가교(cross-linking)시켜서 사용하게 된다. 상기 점착층(222)은 접착성분으로 이루어지는 경우, 단지 코팅층의 두께만 조절하면 다양한 두께의 접착성분이 존재하는 테이프를 제조할 수 있으므로, 전극조립체(210)와 캔의 유격에 따라 용이하게 스웰링되는 정도를 조절할 수 있게 된다. 상기 점착층(222)은 15 내지 200㎛ 의 두께로 형성될 수 있다. 다만, 여기서 상기 점착층(222)의 두께를 한정하는 것은 아니며, 전지의 규격에 따라 다양한 두께로 형성될 수 있음은 물론이다.

상기 실링테이프(220)는 기재(221) 표면에 스웰링 되기 쉬운 물질로 코팅된 점착층(222)이 형성되되, 기재(221)의 두께에 비해 큰 두께로 형성됨으로써, 전해 액 분자를 흡수하고 스웰링됨으로써 전극조립체(210)가 캔의 내부에서 유동 또는 회전하는 것을 방지하게 된다.

상기 실링테이프(220)의 기재(221)와 점착층(222)의 스웰링 정도를 실험으로 측정하였다. 본 실험 결과는 [표 1]에 나타나 있다. 또한, 상기 [표 1]의 데이터는 도 3의 그래프에 나타나 있다. 도 3에서 가로축의 배터리 스팩 넘버(Battery Spec. #)는 [표 1]의 실험번호 1 내지 8번을 나타내며, 세로축의 직경(Φ)은 전극조립체의 외경 및 캔의 내경을 나타낸다. 또한, 사각박스 안의 J/R O.D.는 젤리롤 형태인 전극조립체의 외경(Outer Diameter)을 나타내고, Can I.D.는 캔의 내경(Inner Diameter)를 나타낸다.

[표 1]

실험번호	전극조립체의 외경(㎜)	캔의 내경(㎜)
1	17.05	17.45
2	17.1	17.45
3	17.125	17.45
4	17.125	17.45
5	17.25	17.55
6	17.275	17.55
7	17.35	17.65
8	16.85	17.45

상기 [표 1]과 같이 전극조립체의 외경과 캔의 내경의 차이가 커서 충방전의 반복에 의해 음극판이 팽창하더라도 그 팽창량보다 전극조립체의 외주면과 캔의 내주면 사이의 유격이 더 큰 경우가 있다.

실험번호 1번 내지 8번의 전지 규격에서 폴리프로필렌 재질의 기재를 10㎛ 의 두께로 형성하고, 폴리아크릴레이트 계열의 점착층을 15㎛ 두께로 형성하였다. 이 경우 상기 전극조립체에 전해액이 충분히 함습된 후 충방전이 반복된 리튬 이차 전지를 분해하여 점착층의 두께를 측정하였더니, 대략 1.5 내지 2배로 팽창된 결과를 얻었다. 또한, 이렇게 형성된 리튬 이차전지에 외부충격을 가하고 전극조립체의 회전 또는 유동에 의한 단선 가능성을 측정한 결과, 1번 내지 7번의 전지 규격에서는 단선 가능성이 현저히 낮아 우수한 안전성을 나타내었다.

그러나, 실험번호 8번의 전지 규격에서는 전극조립체의 외경이 보다 작게 형성되어 음극판의 팽창량이 상대적으로 적으므로, 캔 내부에서 전극조립체가 흔들리고 심할 경우 단선이 되는 경우도 발생하였다.

한편, 실험번호 8번의 전지 규격에서 폴리프로필렌 재질의 기재를 20㎛ 의 두께로 형성하고, 폴리아크릴레이트 계열의 점착층을 100㎛ 두께로 형성하였다. 이 경우 상기 전극조립체에 전해액이 충분히 함습된 후 충방전이 반복된 리튬 이차전지를 분해하여 점착층의 두께를 측정하였더니, 대략 2배 정도로 팽창된 결과를 얻었다. 또한, 이렇게 형성된 리튬 이차전지에 외부충격을 가하고 전극조립체의 회전 또는 유동에 의한 단선 가능성을 측정한 결과, 전극조립체가 거의 흔들리지 않고 고정되었으며 단선 가능성도 현저히 낮은 것으로 나타났다.

따라서, 고출력(high power) 전지에서 전극조립체와 캔 과의 유격이 큰 경우 캔의 규격을 별도로 재조정하지 않고도 실링테이프의 점착층 두께를 조절함으로써 전극조립체의 유동을 방지할 수 있다. 이 때, 상기 점착층의 두께는 기재 두께보다 충분히 큰 것이 좋으며, 적어도 2배 이상 두껍게 형성되는 것이 바람직하다. 다만, 여기서 상기 점착층과 기재의 두께비를 한정하는 것은 아니다.

본 발명의 실시예에 따른 리튬 이차전지용 전극조립체는 도 1에 도시된 리튬 이차전지에 적용될 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예에 따른 리튬 이차전지용 전극조립체는 도면에 도시하지 않았지만 각형 리튬 이차전지에도 적용될 수 있다. 따라서, 여기서 상기 리튬 이차전지용 전극조립체가 적용되는 리튬 이차전지의 구성을 한정하는 것은 아니며, 다양한 구성을 갖는 리튬 이차전지에 상기 리튬 이차전지용 전극조립체가 적용될 수 있음은 물론이다.

다음으로, 본 발명의 실시예에 따른 전극조립체가 적용된 리튬 이차전지의 작용에 대하여 설명한다. 이하의 설명에서는 도 2a의 실시예에 따른 리튬 이차전지용 전극조립체가 적용된 경우에 대하여 설명한다.

상기 전극조립체(210)는, 도 2a를 참조하면, 양극판(212), 세퍼레이터(213) 및 음극판(214)이 적층되어 권취된 젤리롤의 외주면에 실링테이프(220)가 부착된다. 상기 실링테이프(220)는 폴리올레핀계 재질의 기재(221) 내주면에 전해액을 흡수하여 스웰링되는 폴리아크릴계 재질의 점착층(222)이 코팅되어 이루어진다. 폴리아크릴계와 같은 고분자물질은 단량체(monomer)의 구조가 무수히 반복되어 규칙성을 갖도록 형성된 결정 부분과, 규칙성이 없이 랜덤하게 분자들이 배열되어 형성된 비결정 부분으로 이루어진다. 전해액이 캔 내부로 주입되어 전해액 분자들이 점착층(222)을 적시게 되면, 전해액 분자들은 먼저 비결정 부분으로 침투하여 고분자 사슬을 벌리게 되고 장시간이 지나면 전해액 분자들이 결정 부분에도 일정량 침투하게 되어 상기 점착층(222)의 부피가 증가한다. 상기 점착층(222)의 부피가 증가 하면 전극조립체(210)의 외주면과 캔 내부가 서로 밀착되어 전지의 낙하 등 외부 충격이 가해져도 캔 내부에서 전극조립체(210)가 유동 또는 회전하는 것이 방지된다. 이와 더불어, 상기 실링테이프(220)는 실링테이프 고유의 목적인 전극조립체(210)가 풀리지 않도록 지지, 보호하는 역할도 하게 된다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형의 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 특허청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

본 발명에 따른 리튬 이차전지용 전극조립체에 의하면, 고출력(high power)용 전지와 같이 전극조립체와 캔 사이의 유격이 큰 경우 별도의 규격으로 캔을 제조하지 않고도 점착층의 두께를 조절함으로써, 전극조립체를 캔과 밀착시켜 전극조립체의 회전 또는 유동에 의하여 전극탭의 용접부위가 단선되는 현상을 방지할 수 있는 효과가 있다.

Claims

서로 대향하는 양극판과 음극판, 상기 양극판과 음극판 사이에 개재되는 세퍼레이터를 구비하며, 상기 양극판과 음극판 및 세퍼레이터가 젤리롤 형상으로 권취된 외주면에 부착되는 실링테이프를 포함하는 리튬 이차전지용 전극조립체에 있어서,

상기 실링테이프는 기재와, 상기 기재의 내주면에 코팅되는 점착층을 구비하며,

상기 점착층은 전해액을 흡수하여 스웰링(swelling)되는 재질로 이루어지며, 상기 기재의 두께보다 두껍게 형성되는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지용 전극조립체.
제 1항에 있어서,

상기 실링테이프는 상기 전극조립체의 외주면 중 상기 세퍼레이터의 최외측 단부가 위치하는 마감부를 포함하여 상기 외주면을 둘러싸도록 부착되는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지용 전극조립체.
제 1항에 있어서,

상기 실링테이프는 상기 외주면 중 상단부와 하단부는 상기 세퍼레이터가 그대로 노출되도록 부착되는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지용 전극조립체.
제 1항에 있어서,

상기 기재는 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리이미드(PI) 중 어느 하나의 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지용 전극조립체.
제 1항에 있어서,

상기 점착층은 폴리아크릴레이트(poly acrylate)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지용 전극조립체.
제 5항에 있어서,

상기 점착층은 PMMA(poly methyl methacrylate), PEMA(poly ethyl methacrylate), PBMA(poly butyl methacrylate) 중 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지용 전극조립체.
제 1항에 있어서,

상기 점착층은 상기 기재에 비해 적어도 2배 두껍게 형성되는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지용 전극조립체.
서로 대향하는 양극판과 음극판, 상기 양극판과 음극판 사이에 개재되는 세퍼레이터, 상기 양극판과 음극판 및 세퍼레이터가 젤리롤 형상으로 권취된 외주면 에 부착된 실링테이프를 구비하는 전극조립체, 상기 전극조립체를 수용하는 캔, 상기 캔의 상단개구부를 밀봉하는 캡조립체를 포함하는 리튬 이차전지에 있어서,

상기 실링테이프는 기재와, 상기 기재의 내주면에 코팅되는 점착층을 구비하며,

상기 점착층은 전해액을 흡수하여 스웰링(swelling)되는 재질로 이루어지며, 상기 기재의 두께보다 두껍게 형성되는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
제 8항에 있어서,

상기 실링테이프는 제 2항 또는 제 3항에 따른 형상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
제 8항에 있어서,

상기 실링테이프는 제 4항 내지 제 6항 중 어느 하나의 항에 따른 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
제 8항에 있어서,

상기 점착층은 상기 기재에 비해 적어도 2배 두껍게 형성되는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.