KR101386078B1 - 전극탭의 구조가 개선된 이차전지 - Google Patents

Abstract

본 발명은 양극, 세퍼레이터 및 음극이 적층된 전극 조립체와, 상기 전극 조립체와 함께 전해액을 수용하는 전지 케이스와, 상기 전지 케이스에 결합되는 캡 조립체를 구비한 이차전지에 있어서, 상기 양극 및 음극 중 어느 하나에는 제1 전극탭이 연결되어 상기 전지 케이스에 접속되고, 다른 하나에는 제2 전극탭이 연결되어 상기 캡 조립체에 접속되며, 상기 제1 전극탭에 있어서 상기 전지 케이스의 내측면과 접촉하는 면의 반대면에는 리플 방지용 엠보 집합부가 형성된 것을 특징으로 하는 이차전지를 개시한다.

Description

전극탭의 구조가 개선된 이차전지{IMPROVED SECONDARY BATTERY FOR ELECTRODE TAB}

본 발명은 이차전지에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 음극 또는 양극이 전극탭에 의해 전지 케이스에 접속된 구조를 가진 이차전지에 관한 것이다.

이차전지는 전극 조립체가 원통형 또는 각형의 금속 캔에 내장되어 있는 캔 타입과, 전극 조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 내장되어 있는 파우치 타입으로 분류될 수 있다.

일반적으로 이차전지는 전지 케이스와, 전해액과 함께 상기 전지 케이스에 수용되는 전극조립체와, 상기 전지 케이스의 상부에 밀봉 결합되는 캡 조립체를 포함한다.

전극조립체는 양극, 세퍼레이터 및 음극이 적층된 것으로서, 실질적으로 젤리롤 형태로 권취된 구조를 갖는다.

전극조립체의 양극과 음극은 각각 알루미늄 포일(Al-foil)과 구리 포일(Cu-foil)로 이루어진 집전체를 구비한다. 양극 집전체와 음극 집전체에는 각각 양극활물질과 음극활물질이 도포되고, 활물질이 도포되지 않은 부분, 즉 무지부에는 전극탭이 연결된다. 전극탭은 양극탭과 음극탭으로 구분되며, 양극탭 및 음극탭 중 어느 하나는 전지 케이스에 용접되고 다른 하나는 캡 조립체의 내부에 용접된다.

도 1은 종래기술에 따라 일단이 전극조립체에 연결되고 타단은 전지 케이스의 바닥면에 접촉되는 음극탭의 배치 구조(점선 부분 참조)를 보여주는 X-선 사진이다. 도면에 나타난 바와 같이 음극탭은 전지 케이스의 내측면과 접촉하는 하면 쪽에 다수의 엠보(Embo)가 형성된 형태로 제공된다. 음극탭에 마련된 엠보는 음극탭이 전지 케이스의 바닥면에 쉽게 융착되도록 하여 용접성을 향상시키는 작용을 하게 된다.

그런데, 상기와 같은 형태로 배치되는 음극탭은 용접 직후 엠보 구조의 돌출부에 의해 비정상적으로 휘는 등 변형이 발생하고(도 2의 점선 부분 참조), 이를 시드(Seed)로 하여 점차 심하게 변형되어 결국 리플(Ripple)(도 3의 점선 부분 참조)이 발생하게 된다.

리플 현상이 심할 경우에는 전극과 세퍼레이터 사이로 음극탭이 밀려 들어가서 내부 단락을 초래하거나, 전지의 발화, 폭발 등 안전사고를 유발할 수 있다.

대안으로, 대한민국 공개특허 제2007-0082969호에는 캔의 하면판에 돌출부를 형성하여 음극탭과의 접촉시 접촉저항을 증가시켜 음극탭의 용접이 용이하게 되는 원통형 이차전지가 개시되어 있다.

그러나, 기존 기술과 마찬가지로 대한민국 공개특허 제2007-0082969호에 개시된 원통형 이차전지 또한 캔의 하면판과 음극탭 사이의 융착면에 위치하는 돌출부에 의해 음극탭이 변형되어 리플 현상이 유발될 수 있는 취약점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 용접성을 높이면서도 리플의 발생을 방지할 수 있도록 전극탭의 엠보 형성 구조가 개선된 이차전지를 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은 양극, 세퍼레이터 및 음극이 적층된 전극 조립체와, 상기 전극 조립체와 함께 전해액을 수용하는 전지 케이스와, 상기 전지 케이스에 결합되는 캡 조립체를 구비한 이차전지에 있어서, 상기 양극 및 음극 중 어느 하나에는 제1 전극탭이 연결되어 상기 전지 케이스에 접속되고, 다른 하나에는 제2 전극탭이 연결되어 상기 캡 조립체에 접속되며, 상기 제1 전극탭에 있어서 상기 전지 케이스의 내측면과 접촉하는 면의 반대면에는 리플 방지용 엠보 집합부가 형성된 것을 특징으로 하는 이차전지를 제공한다.

상기 제1 전극탭은 상기 음극에 연결되고 상기 전지 케이스의 바닥면에 용접되는 것이 바람직하다.

상기 엠보 집합부는 다수의 돌출부가 일정 간격으로 행렬을 이루도록 배열되어 형성될 수 있다.

본 발명에 따르면 전지 케이스와 접촉하지 않는 탭 면에 엠보 집합부가 형성되어 전지 케이스의 바닥면에 전극탭을 용접하는 과정에서 전극탭에 변형이 발생하는 것을 억제할 수 있다.

따라서, 본 발명을 적용할 경우 전지 케이스와 전극탭 간에 용접성을 향상시키는 동시에 리플의 발생을 방지하여 전지의 안전성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은 일반적인 원통형 이차전지에 구비된 음극탭의 배치 구조를 보여주는 X-선 사진,
도 2는 도 1에서 용접 직후에 음극탭에 변형이 발생한 예를 보여주는 X-선 사진,
도 3은 도 2에서 음극탭의 변형이 악화되어 리플 현상이 발생한 예를 보여주는 X-선 사진,
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이차전지의 주요 구성을 도시한 단면도,
도 5는 도 4에서 제1 전극탭에 구비된 엠보 집합부와 용접봉 간의 관계를 도시한 평면도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이차전지의 주요 구성을 도시한 단면도이다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이차전지는 원통형의 전지 케이스(100)와, 전지 케이스(100)의 상부에 밀봉 결합된 캡 조립체(110)와, 전해액(미도시)과 함께 전지 케이스(100) 내부에 수용된 젤리롤 형태의 전극 조립체(120)와, 전극 조립체(120)로부터 전지 케이스(100)와 캡 조립체(110)로 각각 연장된 제1 전극탭(130) 및 제2 전극탭(140)을 포함한다.

전극 조립체(120)는 음극(121), 세퍼레이터(122) 및 양극(123)이 차례대로 적층된 상태에서 함께 권취되어 형성된 전극 젤리롤을 구비한다.

음극(121)은 구리 포일로 이루어진 음극 집전체와, 상기 음극 집전체에 도포된 음극 활물질과, 상기 음극 집전체의 끝부분으로부터 길이방향으로 일정 구간 마련되고 상기 음극 활물질이 존재하지 않는 음극 무지부를 포함한다.

양극(123)은 알루미늄 포일로 이루어진 양극 집전체와, 상기 양극 집전체에 도포된 양극 활물질과, 상기 양극 집전체의 끝부분으로부터 길이방향으로 일정 구간 마련되고 상기 양극 활물질이 존재하지 않는 양극 무지부를 포함한다.

상기 음극 무지부에는 제1 전극탭(130)이 연결되고, 상기 양극 무지부에는 제2 전극탭(140)이 연결된다. 제1 전극탭(130)은 음극 무지부로부터 전지 케이스(100)의 바닥면 쪽으로 연장되어 용접된다. 제2 전극탭(140)은 양극 무지부로부터 캡 조립체(110)의 내부로 연장되어 용접된다.

제1 전극탭(130)의 상면, 즉 전지 케이스(100)의 내측면과 접촉하는 면의 반대면에는 다수의 돌출부에 의해 형성된 리플 방지용 엠보 집합부(131)가 마련된다. 도 5에 도시된 바와 같이 리플 방지용 엠보 집합부(131)는 다수의 돌출부(131a)가 사방 일정 간격으로 배열되어 행렬을 이루는 형태를 갖는다.

리플 방지용 엠보 집합부(131)의 돌출부(131a)에 대응하도록 제1 전극탭(130)의 하면에는 음각 패턴이 형성될 수 있다. 음각 패턴을 기준으로 할 때, 전지 케이스(100)의 바닥면에 융착되는 면적은 용접봉의 단면적(도 5의 빗금 영역 참조) 보다 작은 것이 용접성 측면에서 유리하다. 이때, 리플 방지용 엠보 집합부(131)는 용접봉의 단면적 내에 적어도 4개의 돌출부(131a)가 위치하도록 형성되는 것이 바람직하다.

아래의 표 1에는 종래기술에 따라 제1 전극탭(130)의 하면에 엠보 집합부가 형성된 이차전지(비교예 1)와, 제1 전극탭(130)에 엠보 집합부가 전혀 형성되지 않은 이차전지(비교예 2)와, 본 발명에 따라 제1 전극탭(130)의 상면에 엠보 집합부가 형성된 이차전지(실시예)에 대하여 용접성과 리플 발생 정도를 비교한 결과가 나타나 있다.

표 1을 참조하면, 비교예 1은 전극탭의 하면에 형성된 엠보 집합부에 의해 용접성은 양호하나 리플 현상으로 인해 모든 샘플에서 불량이 발생하였으며, 비교예 2는 리플 현상은 발생하지 않았으나 용접 불량이 발생하였다.

반면에, 본 발명의 실시예에 따른 이차전지는 전극탭의 상면에 형성된 리플 방지용 엠보 집합부에 의해 용접성이 양호하면서도 모든 샘플에서 리플 현상이 발생하지 않았다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 이차전지는 전지 케이스와 직접적으로 접촉하지 않는 탭 면에 엠보 집합부가 형성된 구조에 의해 전지의 안정성과 용접성을 모두 향상될 수 있는 현저한 효과가 있다.

이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

100: 전지 케이스 110: 캡 조립체
120: 전극 조립체 121: 음극
122: 세퍼레이터 123: 양극
130: 제1 전극탭 131: 리플 방지용 엠보 집합부
131a: 돌출부 140: 제2 전극탭

Claims (3)

1. 양극, 세퍼레이터 및 음극이 적층된 전극 조립체와, 상기 전극 조립체와 함께 전해액을 수용하는 전지 케이스와, 상기 전지 케이스에 결합되는 캡 조립체를 구비한 이차전지에 있어서,
   상기 양극 및 음극 중 어느 하나에는 제1 전극탭이 연결되어 상기 전지 케이스에 접속되고, 다른 하나에는 제2 전극탭이 연결되어 상기 캡 조립체에 접속되며,
   상기 제1 전극탭에 있어서 상기 전지 케이스의 내측면과 접촉하는 면의 반대면에는 리플 방지용 엠보 집합부가 형성된 것을 특징으로 하는 이차전지.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1 전극탭은 상기 음극에 연결되고 상기 전지 케이스의 바닥면에 용접된 것을 특징으로 하는 이차전지.
3. 제2항에 있어서,
   상기 엠보 집합부는 다수의 돌출부가 일정 간격으로 행렬을 이루도록 배열되어 형성된 것을 특징으로 하는 이차전지.

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