KR101722820B1 - 전극 탭을 포함한 이차 전지 - Google Patents

전극 탭을 포함한 이차 전지 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 전극 탭을 포함한 이차 전지는, 양극판과 세퍼레이터 및 음극판을 적층하여 형성되고, 각 극판에서 연장된 접합부를 구비한 전극 조립체와; 전극 조립체를 수용하는 공간부를 제공하는 외장재; 및 전극 조립체의 접합부에 전기적으로 연결되어 외장재 외부로 노출되는 전극 탭;을 포함한다. 특히, 본 발명의 전극 탭은 접합부와 대면하는 부분에 수직상방으로 돌출된 다수의 돌기부를 구비하여 접합부와의 신뢰할 수 있는 체결상태를 보장하게 된다.

Description

전극 탭을 포함한 이차 전지 {Secondary battery having electrode tab}
본 발명은 전극 탭을 포함한 이차 전지에 관한 것이다.
일반적으로, 이차 전지(secondary battery)는 양극판과 세퍼레이터 및 음극판을 포함하여 화학 반응을 이용하여 전기 에너지를 발생시키는 전지이다. 이차 전지는 일차 전지와 달리 반복적 충방전이 가능한 전지로서, 즉 휴대폰이나 노트북 컴퓨터 또는 카메라와 같은 경량 휴대 기기에서부터 전기 자동차, 하이브리드 자동차에 이르기까지 널리 사용되고 있다.
이러한 이차 전지는 전술된 바와 같이 양극판, 세퍼레이터, 음극판을 순차적으로 적층 또는 권취되어 형성되는 전극 조립체, 이 전극 조립체를 전해질과 함께 밀봉하는 외장재를 포함한다.
전극 조립체의 양극판은 예컨대 알루미늄 포일(Al-foil)에 양극 활물질로 도포된 양극 집전판으로 형성되되, 양극 활물질이 도포되지 않은 알루미늄 포일의 일 단부, 즉 무지부에는 노칭(notching) 공정으로 가공된 양극 접합부를 구비한다. 이와 유사하게, 전극 조립체의 음극판은 예컨대 구리 포일(Cu-foil)에 음극 활물질로 도포된 음극 집전판으로 형성되되, 음극 활물질이 도포되지 않은 구리 포일의 일 단부, 즉 무지부에는 음극 접합부를 구비한다.
특허문헌 1에 기재된 이차 전지에서, 전극 조립체의 각 극판으로부터 연장된 전극 탭과 이 전극 탭과 용접에 의해 전기적으로 연결되어 외장재(전지 케이스)의 외부로 일부 노출되게 배치된 전극 리드를 포함한다. 전극 탭과 전극 리드는 당해 분야의 숙련자들에게 널리 알려져 있는 용접 방식을 수단으로 하여 상호 접합되는데, 이 전극 탭과 전극 리드의 용접부는 용접 부위에 신뢰성이 떨어지는 문제점이 있다.
대한민국 공개특허 제10-2010-0135622호
본 발명은 이차 전지 내에 전극조립체의 각 극판으로부터 연장된 접합부와 외장재 외부로 일부 노출되게 배치된 전극 탭 사이에 신뢰할 수 있는 전기연통가능한 접합상태를 보장하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 제1 실시예에 따른 전극 탭을 포함한 이차 전지는, 양극판과 세퍼레이터 및 음극판을 적층 또는 권취하여 형성되고, 각 극판에서 연장된 접합부를 구비한 전극 조립체와; 전극 조립체를 수용하는 공간부를 제공하는 외장재; 및 전극 조립체의 접합부에 전기적으로 연결되어 외장재 외부로 노출되는 전극 탭;을 포함한다. 특히, 본 발명의 제1 실시예는 가늘고 긴 길이부와, 길이부의 타 단부에서 길이방향으로 직교되는 양쪽 방향으로 신장된 날개부, 및 전극 조립체의 접합부와 대면하는 길이부의 타 단부와 날개부 상에 형성된 돌기부를 구비한 전극 탭을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제1 실시예에서, 전극 탭은 날개부의 폭을 길이부의 폭보다 길게 하여 T자형상으로 형성될 수 있다.
외장재는 이의 실링부 사이에 실란트를 개재하고, 실란트는 중첩된 전극 탭과 접합부 외부면 둘레를 둘러싸고 있다.
전극 탭의 날개부는 실란트와 전극 조립체 사이에 배치될 수 있다.
돌기부는 날개부와 길이부의 타 단부의 인접(교차) 영역에는 형성하지 않는다.
즉, 돌기부는 접합부와 대면하는 길이부의 타 단부와 날개부의 양쪽 단부에만 형성되도록 한다.
돌기부는 엠보싱 형상으로 형성될 수 있다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 전극 탭을 포함한 이차 전지는, 양극판과 세퍼레이터 및 음극판을 적층 또는 권취하여 형성되고, 각 극판에서 연장된 접합부를 구비한 전극 조립체와; 전극 조립체를 수용하는 공간부를 제공하는 외장재; 및 전극 조립체의 접합부에 전기적으로 연결되어 상기 외장재 외부로 노출되는 전극 탭;을 포함한다. 특히, 본 발명의 제2 실시예는 가늘고 긴 길이부와, 접합부와 대면하는 길이부의 타 단부 상에 형성된 돌기부를 구비한 전극 탭을 포함할 수 있다.
본 발명의 제2 실시예에서, 전극 탭의 돌기부는 적층상태의 접합부의 하부면에서 상부면을 관통하여 위치될 수 있다.
외장재는 이의 실링부 사이에 실란트를 개재하고, 실란트는 중첩된 전극 탭과 접합부 외부면 둘레를 둘러싸고 있다.
조립시, 전극 탭의 돌기부는 실란트와 전극 조립체 사이에 배치될 수 있다.
중첩배치된 접합부와 전극 탭은 이의 외주면 둘레를 절연테이프로 테이핑하여 마감처리될 수 있다.
돌기부는 적층상태의 접합부의 두께보다 길게 길이연장되어야 한다.
돌기부는 쐐기형상으로 형성될 수 있다.
본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다.
이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니 되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
이상 본 발명의 설명에 의하면, 본 발명은 전극 조립체의 양극 및/또는 음극 접합부와 전극 탭 사이에서 신뢰할 수 있는 결합 상태를 보장할 수 있도록 제공된다.
특히, 본 발명은 접합부와 대면하는 전극 탭의 타 단부에 돌기부를 형성하여 접합부를 압착하거나 천공하여 돌기부와 접합부의 양호한 접합 상태를 보장하여 전기적 연결을 달성할 수 있다.
본 발명은 별도의 가공을 실시할 필요 없이도 연결 작업의 간소화와 동시에 높은 체결력을 성취할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차 전지의 분해 사시도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지의 단면도이다.
도 3은 전극 탭과 전극 조립체의 접합부 간의 결합 상태를 확인할 수 있는 도면이다.
도 4는 도 3의 Ⅳ-Ⅳ 선을 따라 절취한 전극 탭의 사시도이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 이차 전지의 분해 사시도이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 이차 전지의 단면도이다.
도 7은 전극 탭과 전극 조립체의 접합부 간의 결합 상태를 확인할 수 있는 도면이다.
도 8은 도 7의 Ⅷ-Ⅷ 선을 따라 절취한 전극 탭의 사시도이다.
본 발명의 장점, 특징, 그리고 이들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 후술되는 실시예들을 통해 명확해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조부호는 동일하거나 유사한 구성요소를 지칭한다. 또한, 본 명세서에서 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불명료하게 할 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
이제, 본 발명에 따른 전극 탭을 포함한 이차 전지는 첨부 도면을 참조로 하여 상세히 설명될 것이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차 전지(1)는 전극 조립체(100)와 이 전극 조립체(100)를 수용하는 공간부를 제공하는 외장재(200)를 포함하고 있다.
전극 조립체(100)는 양극판과 세퍼레이터 및 음극판을 순차적으로 배치되어 일방향으로 와인딩(권취)되거나 다수의 양극판과 세퍼레이터 및 음극판을 적층한 구조로 이루어질 수 있다. 선택가능하기로, 양극판과 음극판은 각각 알루미늄 포일과 구리 포일로 이루어질 수 있으며 세퍼레이터를 통해 상호 절연된다.
전극 탭(110)은 양극판에 연결된 양극 전극 탭과 음극판에 연결된 음극 전극 탭으로 구성되는데, 전극 탭(110)는 전극 조립체(100)의 각 극판에 활물질이 도포되지 않은 무지부에 전기연통가능하게 결합되어야 한다. 도시된 바와 같이, 전극 탭(110)의 일 단부는 외장재(200) 외부로 노출되게 배치된다.
양극 접합부(101)는 양극판에서 돌출형성된 다수의 양극 무지부를 중첩되게 모아 전극 탭(110)을 통해 고정결합될 수 있다. 이와 대응되게, 음극 접합부(102)도 음극판에서 돌출형성된 다수의 음극 무지부를 중첩되게 모아 전극 탭(110)을 통해 고정결합될 수 있다. 필요에 따라, 전극 탭(110)은 양극 접합부 또는 음극 접합부에 따라 재질을 달리할 수도 있다.
본 발명의 이차 전지(1)에서, 전극 탭(110)과 접합부(101,102)는 이의 외부면을 실란트(130)로 에워싸여 있다. 실란트(130)는 전극 탭(110)과 접합부(101,102)의 중첩 부위에 배치되는 한편 외장재(200)의 실링부 사이에 개재되어 전해액이 외장재 외부로 누출되는 것을 방지할 뿐만 아니라 전극 탭(110)과 접합부(101,102) 사이의 전기적 단락을 방지할 수 있다.
도 3 및 도 4는 도 1에 도시된 전극 탭과 전극 조립체의 접합부 간의 결합 상태를 확인할 수 있는 도면이다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 이차 전지(1;도 1 및 도 2 참조)는 각 극판에서 돌출되어 있는 접합부(101,102)와 전기연통가능하게 체결되어 외장재(200) 외부로 노출되는 전극 탭(110)을 구비한다. 전극 탭(110)은 도 2에 도시된 바와 같이 배치되어 전지 조립체(100)의 내부 또는 외부로 전류를 유도할 수 있게 된다.
본 발명의 제1 실시예에서, 전극 탭(110)은 가늘고 긴 길이부(111)와 길이부(111)의 타 단부에서 길이부(111)와 직교되게 양쪽 방향으로 신장된 날개부(112)를 포함한다. 다시 말하자면, 전극 탭(110)은 날개부(112)의 폭을 길이부(111)의 폭보다 길게 하여 전반적으로 T자형상으로 형성된다. 여기서, 길이부(111)의 일 단부는 외장재(100) 외부로 노출되는 부분으로 명명될 수 있다.
바람직하기로, 전극 탭(110)은 길이부(111)의 타 단부와 날개부(112) 상에 돌기부(140)를 포함한다. 돌기부(140)는 접합부(101,102)와 대면하는 전극 탭(110)의 일면에 구비되도록 한다. 참고로, 돌기부(140)는 엠보싱 형상으로 이루어져 접합부와 클램핑 이루어질 때 압력에 의해 엠보싱이 이루어진 전극 탭(110)의 접촉면에서 돌기부가 적층상태의 접합부를 상호 밀착되게 가압할 수 있다.
길이부(111)의 타 단부에서 양쪽 방향으로 신장된 날개부(112)는 도 4에 도시되었듯이 접합부(101,102)의 적층방향으로 접혀지게 압착되어 전극 탭(110)과 접합부(101,102)를 견고하게 접촉된 상태로 연결할 수 있다. 다시 말하자면, 돌기부(140)는 길이부(111)의 타 단부와 날개부(112)에 형성되어 접합부(101,102)를 가압하여 접합부(101,102)와 전극 탭(110) 사이의 신뢰할 수 있는 접점과 함께 체결을 보장할 수 있게 된다.
전극 탭(110)이 도 1에 도시된 바와 같이 적층상태의 접합부(101,102) 하부면에 배치될 경우, 날개부(112)는 적층상태의 접합부(101,102)의 양측면과 접합부(101,102)의 상부면을 감싸게 배치된다. 따라서, 날개부(112)와 길이부(111)의 타 단부에 형성된 돌기부(140)는 적층상태의 접합부(101,102)의 상부면 및/또는 하부면을 압착해서 견고하게 접촉시킬 수 있게 한다.
선택가능하기로, 돌기부(140)는 날개부(112)와 길이부(111)로 교차되는 인접 영역에는 배치하지 않도록 한다. 다시 말하자면, 돌기부(140)는 길이부(111)의 타 단부와 날개부(112)의 양쪽 단부에만 형성되도록 한다. 이는 길이부(111)의 타 단부와 인접한 날개부(112)의 절곡 영역이 적층상태의 접합부(101,102)의 양측면을 돌기부로 가압하여 접합부(101,102)의 상부면 및/또는 하부면을 울퉁불퉁하게 형성하지 않게 한다. 결과적으로, 돌기부(140)가 날개부의 절곡 영역에 배치되지 않아 날개부와 길이부의 타 단부를 접합부의 상부면과 하부면에 평행하게 배열된 상태로 압착시킬 수 있을 것이다.
특별하기로, 전극 탭(110)의 날개부(112)는 실란트(130)와 전극 조립체(100) 사이에 배치된 접합부(101,102) 둘레를 감싸도록 하여 전극 탭(110)이 접합부(101,102)에서 분리되는 것을 미연에 방지할 수 있을 것이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 이차 전지(1')를 도해하는데, 제2 실시예에 따른 이차 전지(1')는 도 1 내지 도 4에 도시된 이차 전지(1)의 전극 탭(110)을 제외하고는 매우 유사한 구조로 이루어져 있기 때문에, 본 발명의 명료한 이해를 돕기 위해서 유사하거나 동일한 구성부재에 대한 설명은 여기서 배제할 것이다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 이차 전지(1')는 전극 조립체(100)와 이 전극 조립체(100)를 수용하는 공간부를 제공하는 외장재(200) 및 전극 조립체(100)의 각 극판에 활물질이 도포되지 않은 무지부로 구성된 접합부(101,102)와 전기연통하게 결합되어 외장재(200) 외부로 노출되도록 배치된 전극 탭(110')을 포함한다.
실란트(130)는 중첩되어 있는 전극 탭(110')의 타 단부와 접합부(101,102) 둘레를 감싸고 있는다.
바람직하기로, 전극 탭(110')은 적층상태의 접합부(101,102)와 중첩되게 배치되는데, 절연 테이프(300)를 매개로 하여 전극 탭(110')과 접합부(101,102) 외부면을 테이핑(taping)하여 전극 탭(110')과 접합부(101,102)를 전기연통가능하게 체결할 수 있다.
도 7 및 도 8은 도 5에 도시된 전극 탭과 전극 조립체의 접합부 간의 결합 상태를 확인할 수 있는 도면이다.
도면을 참조로 하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 이차 전지(1')는 각 극판에서 돌출되어 있는 접합부(101,102)와 전기연통가능하게 체결되어 외장재(200) 외부로 노출되는 전극 탭(110')을 구비한다. 이 전극 탭(110')은 도 6에 도시된 바와 같이 배치되어 전극 조립체(100)의 내부 또는 외부로 전류를 유도할 수 있게 된다.
본 발명의 제2 실시예에서, 전극 탭(110')은 가늘고 긴 길이부(111)로 이루어져 전반적으로 I자형상으로 형성된다. 여기서, 길이부(111)의 일 단부는 외장재(111) 외부로 노출되는 부분을 의미하고 길이부(111)의 타 단부는 외장재 내부에 배치되어 접합부(101,102)와 접점되는 부분을 의미한다.
바람직하기로, 전극 탭(110')은 길이부(111)의 타 단부에 돌기부(140')를 포함한다. 돌기부(140')는 면접하게 배치된 전극 탭(110')의 타 단부를 적층상태의 접합부(101,102)를 향해 가압하면 돌기부(140')가 접합부(101,102)를 관통하여 접합부(101,102)의 상부면으로 돌출되게 한다. 널리 알려져 있듯이, 접합부(101,102)는 무른 도전재, 즉 전성과 연성이 풍부한 알루미늄 및/또는 구리 재질로 이루어져 있어 클램핑이 이루어질 때 전극 탭(110')을 가압하면 용이하게 돌기부(140)로 접합부(101,102)를 천공할 수 있다. 선택가능하기로, 돌기부(140')가 접합부(101,102)를 천공하는 과정에서 찢어짐 현상을 방지하기 위해 돌기부(140')와 대응되는 위치에 미리 관통공(참조부호 없음)을 형성할 수도 있다.
전극 탭(110')이 도 5에 도시된 바와 같이 적층상태의 접합부(101,102)의 하부면에 배치될 경우에, 접합부(101,102)의 상부면을 뚫고 돌출된 돌기부(140)의 팁부는 소정의 외력을 통해 돌기부(140)의 팁부를 절곡시켜 접합부(101,102)의 상부면과 고정결합되어 접합부(101,102)와 전극 탭(110')의 결합을 보장할 수 있게 한다(도 8 참조). 돌기부(140')의 팁부가 절곡가능하도록 돌기부(140)의 길이는 적층상태의 접합부(101,102)의 두께보다 길어야할 것이다. 덧붙여서, 돌기부(140')가 접합부(101,102)의 천공을 돕도록 돌기부(140')의 팁부는 쐐기형상으로 이루어질 수도 있다. 쐐기형상의 팁부는 상대적으로 폭이 얇아져 있어 전술된 바와 같이 팁부의 절곡과정에 도움을 줄 수도 있을 것이다.
선택가능하기로, 본 발명의 제2 실시예에 따른 이차 전지(1')는 절연 테이프(300)를 통해 전극 탭(110')과 접합부(101,102)를 감싸도록 하여 더욱 견고하게 고정시킬 수 있도록 한다.
특별하기로, 전극 탭(110')과 접합부(101,102)의 접합 부위는 실란트(130)와 전극 조립체(100) 사이에 배치되어 전극 탭(100')이 접합부(101,102)에서 분리되는 것을 미연에 방지할 수 있을 것이다.
이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명에 따른 전극 탭을 포함한 이차 전지는 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함이 명백하다.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.
1, 1' ----- 이차전지,
100 ----- 전극 조립체,
101, 102 ----- 접합부(양극, 음극),
110, 110' ----- 전극 탭,
130 ----- 실란트,
140, 140' ----- 돌기부,
200 ----- 외장재,
300 ----- 절연 테이프.

Claims (14)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 양극판과 세퍼레이터 및 음극판을 적층하여 형성되고, 상기 각 극판에서 연장된 접합부를 구비한 전극 조립체와;
    상기 전극 조립체를 수용하는 공간부를 제공하는 외장재;
    가늘고 긴 길이부와 상기 접합부에 대면하는 상기 길이부의 타 단부 상에서 상기 접합부의 두께방향으로 관통되게 뻗어 있는 돌기부를 갖추고, 상기 전극 조립체의 접합부에 전기적으로 연결되어 상기 외장재 외부로 노출되는 전극 탭; 및
    중첩배치된 상기 접합부와 상기 전극 탭의 타 단부 외주면 둘레를 테이핑하는 절연테이프;를 포함하는 전극 탭을 포함한 이차 전지.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 전극 탭의 돌기부는 상기 적층상태의 접합부의 하부면에서 상부면을 관통하여 위치되는 전극 탭을 포함한 이차 전지.
  10. 청구항 8에 있어서,
    상기 외장재는 이의 실링부 사이에 실란트를 개재하고, 상기 실란트는 중첩된 상기 전극 탭과 접합부 외부면 둘레를 감싸는 전극 탭을 포함한 이차 전지.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 전극 탭의 돌기부는 상기 실란트와 상기 전극 조립체 사이에 배치되는 전극 탭을 포함한 이차 전지.
  12. 삭제
  13. 청구항 8에 있어서,
    상기 돌기부는 상기 적층상태의 접합부의 두께보다 길게 길이연장되어 있는 전극 탭을 포함한 이차 전지.
  14. 청구항 8에 있어서,
    상기 돌기부는 쐐기형상으로 이루어져 있는 전극 탭을 포함한 이차 전지.
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