KR101412003B1 - 직조 타입의 리튬 전지용 집전체 - Google Patents

직조 타입의 리튬 전지용 집전체 Download PDF

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Abstract

수평 방향과 수직 방향으로 교차하도록 직조함과 더불어, 끝단면이 돌출되지 않도록 마감 처리함으로써 수직 및 수평 방향으로의 신축을 최소화할 수 있을 뿐만 아니라, 끝단 부분에서의 버 발생을 미연에 방지하여 신뢰성을 향상시킬 수 있는 직조 타입의 리튬 전지용 집전체에 대하여 개시한다.
본 발명에 따른 직조 타입의 리튬 전지용 집전체는 수평 방향으로 직조된 복수의 제1 직조사; 상기 복수의 제1 직조사와 교차하는 수직 방향으로 직조된 복수의 제2 직조사; 및 상기 복수의 제1 직조사의 양단에 각각 배치되며, 상기 제1 및 제2 직조사를 마감 처리하도록 직조된 보강사;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

직조 타입의 리튬 전지용 집전체{WEAVING TYPE CURRENT COLLECTOR FOR LITHIUM BATTERY}
본 발명은 리튬 전지용 집전체에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 수평 방향과 수직 방향으로 교차하도록 직조함과 더불어, 끝단면이 돌출되지 않도록 마감 처리함으로써 수평 및 수직 방향으로 신축되는 것을 최소화할 수 있을 뿐만 아니라, 끝단 부분에서의 버(Burr) 발생을 미연에 방지하여 신뢰성을 향상시킬 수 있는 직조 타입의 리튬 전지용 집전체에 관한 것이다.
리튬전지는 금속 리튬 또는 리튬 합금과 같이 리튬 성분을 음극 물질로 사용하는 전지를 말한다. 이러한 리튬전지는 기존의 망간계 전지에 비하여 고출력과 고용량을 발휘하는 특성이 있으며, 이에 따라 리튬전지는 각종 전자제품의 구동용 전원으로 많이 활용되고 있다.
도 1은 일반적인 리튬전지를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 1을 참조하면, 도시된 종래에 따른 리튬전지(1)는 상부가 개구되어 있는 케이스(10), 음극(20), 격리막(30), 양극(40) 및 단자부(50a, 50b, 50c)를 포함한다.
음극(20)은 케이스(10) 내측벽에 형성되며, 리튬 성분을 포함한다.
격리막(30)은 음극(20)의 내측에 배치되며, 음극(20)과 양극(40)을 분리하는 역할을 한다.
양극(40)은 격리막(30)의 내측에 배치되며, 집전체(45) 및 양극 활물질을 포함한다.
단자부는 음극 단자(50a) 및 양극 단자(50b)를 포함하며, 음극 단자(50a) 및 양극 단자(50b)는 절연물질(50c)에 의해 상호 절연된다. 음극 단자(50a)는 케이스(10)를 통하여 음극(20)과 연결되고, 양극 단자(50b)는 리드선(60)을 통하여 양극(40)의 집전체(45)와 연결된다.
도 1에 도시된 바와 같이, 단자부는 케이스(10)의 상부를 커버하는 캡의 역할도 수행한다. 이 경우, 케이스(10) 내부의 전지 구성요소들과 단자부를 절연하기 위한 절연 플레이트(70)가 형성된다. 절연 플레이트(70)는 FEP(Fluorinated Ethylene Propylene) 등의 재질로 형성될 수 있다.
도 2는 도 1의 집전체를 구체적으로 나타낸 평면도이고, 도 3은 도 2의 A 부분을 확대하여 나타낸 도면이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 일반적인 리튬 전지용 집전체(45)는 사선 형태로 교차하여 마름모 형태를 갖는 복수의 단위 셀(P)을 구비하는 망사체 구조로 설계하고 있다. 이와 같이, 일반적인 리튬 전지용 집전체(45)는 생산성 향상을 위해, 대형의 직사각형 형상으로 제작한 후, 작업자가 가위나 칼 등의 수단을 이용하여 규격화된 크기로 절단하여 사용하고 있다.
그러나, 이와 같이 가위나 칼 등의 수단을 이용하여 망사체 구조의 리튬 전지용 집전체(45)를 절단하여 사용할 경우, 절단된 끝단 부분이 매끄럽게 절단되지 못할 경우 망사체의 끝단 부분이 돌출되는 버(Burr)가 발생하는 문제가 있다. 이러한 버(Burr)가 발생할 경우, 원하지 않는 부분이 단락되는 문제로 신뢰성을 저하시키는 문제가 있다.
또한, 일반적인 망사체 구조의 리튬 전지용 집전체(45)는 사선 형태의 교차 설계에 의해 복수의 단위 셀(P)이 마름모 형태를 갖기 때문에 수평 방향과 수직 방향으로 늘어나게 되며, 이는 결과적으로 집전체(45)의 치수 안정성을 저하시키는 요인으로 작용할 뿐만 아니라, 단위 셀(P) 당 부착되는 카본 부착량을 불균일하게 하는 요인으로 작용하여 집전체(45)의 효율을 저하시키는 요인으로 작용한다.
관련 선행 문헌으로는 대한민국 공개특허 제10-2007-0122385호(2007.12.31 공개)가 있으며, 상기 문헌에는 전극 집전체 및 그 제조 방법, 전지용 전극 및 그 제조방법, 및 제2 전지가 기재되어 있다.
본 발명의 목적은 수평 및 수직 방향으로 신축되는 것을 최소화할 수 있을 뿐만 아니라, 끝단 부분에서의 버(Burr) 발생을 미연에 방지하여 신뢰성을 향상시킬 수 있는 직조 타입의 리튬 전지용 집전체를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 직조 타입의 리튬 전지용 집전체는 수평 방향으로 직조된 복수의 제1 직조사; 상기 복수의 제1 직조사와 교차하는 수직 방향으로 직조된 복수의 제2 직조사; 및 상기 복수의 제1 직조사의 양단에 각각 배치되며, 상기 제1 및 제2 직조사를 마감 처리하도록 직조된 보강사;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 직조 타입의 리튬 전지용 집전체는 직조 타입으로 직조하여 제작되기 때문에 가위나 칼 등의 수단을 이용하는 것 없이도 원하는 크기로 제작하는 것이 가능할 뿐만 아니라, 수평 및 수직 방향으로 복수의 제1 및 제2 직조사를 직조하는 것에 의해 수평 및 수직 방향으로 신축되는 것이 최소화되어 우수한 치수 안정성을 확보할 수 있을 뿐만 아니라, 균일한 카본 부착량을 확보하는 것이 가능해져 집전체의 효율을 향상시킬 수 있는 구조적이 이점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 직조 타입의 리튬 전지용 집전체는 복수의 제2 직조사와 평행한 수직 방향을 따라 적어도 2가닥 이상으로 설계되는 보강사가 집전체의 양단을 마감 처리함과 더불어, 양단에서 수평 방향으로 직조된 복수의 제1 직조사를 고정시키는 뼈대 역할을 함으로써, 복수의 제1 및 제2 직조사의 양단이 돌출되는 것을 미연에 차단하여 버의 발생이 원천적으로 차단되어 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 일반적인 리튬 전지를 나타낸 단면도이다.
도 2는 도 1의 집전체를 구체적으로 나타낸 평면도이다.
도 3은 도 2의 A 부분을 확대하여 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 리튬 전지용 집전체를 나타낸 평면도이다.
도 5는 도 4의 B 부분을 확대하여 나타낸 평면도이다.
도 6은 도 4의 C 부분을 확대하여 나타낸 평면도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 직조 타입의 리튬 전지용 집전체에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 리튬 전지용 집전체를 나타낸 평면도이다.
도 4를 참조하면, 도시된 본 발명의 실시예에 따른 리튬 전지용 집전체(100)는 제1 직조사(120), 제2 직조사(140) 및 보강사(160)를 포함한다. 이때, 본 발명의 실시에에 따른 리튬 전지용 집전체(100)는 양극 활물질 또는 음극 활물질을 담지하기 위한 양극 집전체 또는 음극 집전체일 수 있다.
제1 직조사(120)는 복수개가 수평 방향으로 직조된다. 이때, 복수의 제1 직조사(120)는 횡 방향에서 등 간격으로 평행하게 상호 이격되는 형태로 직조된다. 이러한 제1 직조사(120)의 재질로는 금속이나 도전성 고분자가 이용될 수 있다. 이때, 전기의 취출 용이성을 고려해 볼 때, 제1 직조사(120)의 재질로는 금속을 이용하는 것이 보다 바람직하며, 구체적으로는 알루미늄, 니켈, 철, 스테인리스강, 티타늄, 구리 등을 제시할 수 있다. 이 외에도, 제1 직조사(120)의 재질로 니켈-알루미늄 합금, 구리-알루미늄 합금 등이 이용될 수도 있다.
제2 직조사(140)는 복수의 제1 직조사(120)와 교차하는 수직 방향으로 직조된다. 이때, 복수의 제2 직조사(140)는 횡 방향에서 등 간격으로 평행하게 상호 이격되는 형태로 직조된다. 제2 직조사(140)의 재질로는 제1 직조사(120)와 동종 재질을 이용하는 것이 바람직하나, 이종 재질을 이용하는 것도 무방하다. 이와 같이, 복수의 제1 직조사(120)와 복수의 제2 직조사(140) 간이 상호 수직 교차하여 복수의 단위 셀(P)을 갖는다. 이때, 복수의 단위 셀(P)은 중공에 해당하며, 그 형상은 정사각형, 직사각형 등을 포함하는 사각형을 갖는다.
보강사(160)는 복수의 제1 직조사(120)의 양단에 각각 배치되며, 제1 및 제2 직조사(120, 140)를 마감 처리하도록 직조된다. 이러한 보강사(160)는 제2 직조사(140)와 평행한 수직 방향에 배치되어, 집전체(100)의 양단에 버(burr)가 발생하는 것을 차단하는 역할을 하며, 이에 대한 구체적인 설명에 대해서는 후술하도록 한다. 이때, 보강사(160)의 재질로는 제1 및 제2 직조사(120, 140)와 동종 재질을 이용하는 것이 바람직하나, 이종 재질을 이용하는 것도 무방하다.
전술한 본 발명의 실시예에 따른 직조 타입의 리튬 전지용 집전체는 수평 방향과 수직 방향으로 교차하도록 직조함과 더불어, 끝단면이 돌출되지 않도록 마감 처리함으로써 수평 및 수직 방향으로 신축되는 것을 최소화할 수 있을 뿐만 아니라, 끝단 부분에서의 버 발생을 미연에 방지하여 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
이에 대해서는 이하 첨부된 도면을 참조하여 보다 구체적으로 설명하도록 한다.
도 5는 도 4의 B 부분을 확대하여 나타낸 평면도이고, 도 6은 도 4의 C 부분을 확대하여 나타낸 평면도이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 도시된 본 발명의 실시예에 따른 직조 타입의 리튬 전지용 집전체(100)는 복수의 제1 직조사(120) 및 복수의 제2 직조사(140)가 수평 및 수직 방향을 따라 직조되어 사용하고자 하는 크기에 맞게 선택적으로 제작된다. 또한, 본 발명의 실시예에 따른 직조 타입의 리튬 전지용 집전체(100)는 복수의 제1 및 제2 직조사(120, 140)의 양단에 각각 배치되어, 제1 및 제2 직조사(120, 140)를 마감 처리하도록 직조된 보강사(160)를 포함한다.
이때, 제1 및 제2 직조사(120, 140) 각각은 1 ~ 50㎛의 평균 직경을 갖는 것이 바람직하다. 제1 및 제2 직조사(120, 140) 각각의 평균 직경이 1 ㎛ 미만일 경우에는 강성 확보에 어려움이 따르며, 치수 안정성이 저하되는 문제를 유발할 수 있다. 반대로, 제1 및 제2 직조사(120, 140) 각각의 평균 직경이 50㎛를 초과할 경우에는 그 두께가 과도한 관계로 와인딩(전극이 감김)에 어려움이 따를 수 있다.
특히, 복수의 제1 직조사(120)와 복수의 제2 직조사(140)는 수직 교차하여 복수의 단위 셀(P)을 갖는다. 이때, 복수의 단위 셀(P)은 10 ~ 100㎛2의 면적을 갖는 것이 바람직하다. 복수의 단위 셀(P)의 면적이 10㎛2 미만일 경우에는 제1 및 제2 직조사(120, 140) 각각의 평균 직경이 과도하게 축소되어야 하는 데 기인하여 강성이 저하되며, 치수 안정성 확보에 어려움이 따를 수 있다. 반대로, 복수의 단위 셀(P)의 면적이 100㎛2를 초과할 경우에는 단위 셀(P) 당 카본 부착량이 감소하는 문제를 야기할 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 실시예에 따른 리튬 전지용 집전체(100)의 경우, 복수의 단위 셀(P)에 0.1 ~ 5mg/㎛2의 부착량으로 카본이 부착될 수 있다.
특히, 복수의 제1 직조사(120) 각각은 보강사(160)에 적어도 1회 이상 감기도록 직조되는 것이 바람직한데, 이는 복수의 제1 직조사(120) 각각을 보강사(160)에 1회 이상 감기는 형태로 직조해야 뼈대 역할을 하는 보강사(160)에 복수의 제1 직조사(120)가 안정적으로 고정되는 것이 가능해질 수 있기 때문이다.
이러한 보강사(160)는 제1 및 제2 직조사(120, 140)와 동일한 평균 직경을 갖되, 적어도 2가닥 이상으로 이루어지는 것이 바람직하다. 이와 같이, 적어도 2가닥 이상으로 보강사(160)를 직조할 경우, 복수의 제1 직조사(120)를 수평 방향에서 견고하게 고정시킬 수 있으므로, 복수의 제1 및 제2 직조사(120, 140)가 수평 및 수직 방향으로 신축되는 것을 원천적으로 차단하는 것이 가능해질 수 있다.
이때, 보강사(160)는 제2 직조사(140)와 평행한 수직 방향에 배치된다. 이 결과, 본 발명의 실시예에 따른 리튬 전지용 집전체(100)는 보강사(160)에 의해 양단에 버(burr)가 발생하는 것을 원천적으로 차단할 수 있게 된다. 즉, 복수의 제2 직조사(140)와 평행한 수직 방향을 따라 적어도 2가닥 이상으로 직조되는 보강사(160)가 집전체(100)의 양단을 마감 처리함과 더불어, 양단에서 수평 방향으로 직조된 복수의 제1 직조사(120)를 고정시키는 뼈대 역할을 함으로써, 복수의 제1 및 제2 직조사(120, 140)의 양단이 돌출되는 것을 미연에 차단할 수 있게 된다. 이 결과, 집전체(100)의 양단에 버가 발생하는 것을 원천적으로 차단할 수 있으므로, 단락에 의한 불량을 방지하여 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
지금까지 살펴본 바와 같이, 전술한 본 발명의 실시예에 따른 직조 타입의 리튬 전지용 집전체는 직조 타입으로 직조하여 제작되기 때문에 가위나 칼 등의 수단을 이용하는 것 없이도 원하는 크기로 제작하는 것이 가능할 뿐만 아니라, 수평 및 수직 방향으로 복수의 제1 및 제2 직조사를 직조하는 것에 의해 수평 및 수직 방향으로 신축되는 것이 최소화되어 우수한 치수 안정성을 확보할 수 있을 뿐만 아니라, 균일한 카본 부착량을 확보하는 것이 가능해져 집전체의 효율을 향상시킬 수 있는 구조적이 이점이 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 직조 타입의 리튬 전지용 집전체는 복수의 제2 직조사와 평행한 수직 방향을 따라 적어도 2가닥 이상으로 설계되는 보강사가 집전체의 양단을 마감 처리함과 더불어, 양단에서 수평 방향으로 직조된 복수의 제1 직조사를 고정시키는 뼈대 역할을 함으로써, 복수의 제1 및 제2 직조사의 양단이 돌출되는 것을 미연에 차단하여 버의 발생이 원천적으로 차단되어 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
이상에서는 본 발명의 실시예를 중심으로 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 기술자의 수준에서 다양한 변경이나 변형을 가할 수 있다. 이러한 변경과 변형은 본 발명이 제공하는 기술 사상의 범위를 벗어나지 않는 한 본 발명에 속한다고 할 수 있다. 따라서 본 발명의 권리범위는 이하에 기재되는 청구범위에 의해 판단되어야 할 것이다.
100 : 리튬전지용 집전체 120 : 제1 직조사
140 : 제2 직조사 160 : 보강사
P : 단위 셀

Claims (10)

  1. 수평 방향으로 직조된 복수의 제1 직조사;
    상기 복수의 제1 직조사와 교차하는 수직 방향으로 직조된 복수의 제2 직조사; 및
    상기 복수의 제1 직조사의 양단에 각각 배치되며, 상기 제1 및 제2 직조사를 마감 처리하도록 직조된 보강사;를 포함하며,
    상기 보강사는 상기 제2 직조사와 평행한 수직 방향에 배치된 것을 특징으로 하는 직조 타입의 리튬 전지용 집전체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 직조사 각각은
    1 ~ 50㎛의 평균 직경을 갖는 것을 특징으로 하는 직조 타입의 리튬 전지용 집전체.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 제1 직조사와 상기 복수의 제2 직조사는
    수직 교차하여 복수의 단위 셀을 갖는 것을 특징으로 하는 직조 타입의 리튬 전지용 집전체.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 복수의 단위 셀은
    10 ~ 100㎛2의 면적을 갖는 것을 특징으로 하는 직조 타입의 리튬 전지용 집전체.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 복수의 단위 셀에는
    0.1 ~ 5mg/㎛2의 부착량으로 카본이 부착되는 것을 특징으로 하는 직조 타입의 리튬 전지용 집전체.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 제1 직조사 각각은
    상기 보강사에 적어도 1회 이상 감기도록 직조되어, 상기 보강사에 고정되는 것을 특징으로 하는 직조 타입의 리튬 전지용 집전체.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 보강사는
    상기 제1 및 제2 직조사와 동일한 평균 직경을 갖되, 적어도 2가닥 이상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 직조 타입의 리튬 전지용 집전체.
  8. 삭제
  9. 제1항에 있어서,
    상기 집전체는
    상기 보강사에 의해 양단에 버(burr)가 발생하지 않는 것을 특징으로 하는 직조 타입의 리튬 전지용 집전체.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 집전체는
    양극 집전체 또는 음극 집전체인 것을 특징으로 하는 직조 타입의 리튬 전지용 집전체.
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