KR101835215B1 - 원통형 이차전지 및 그의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 원통형 이차전지에 관한 것으로서, 양극, 분리막 및 음극이 순차적으로 적층된 상태로 권취되는 전극 조립체; 및 상기 전극 조립체가 수용되는 원통형 캔을 포함하고, 상기 음극의 끝단부에는 음극의 너비 보다 작은 너비를 가지고, 상기 원통형 캔의 내주면에 결합되는 저항 조절부가 형성된다.

Description

원통형 이차전지 및 그의 제조방법{Cylinderical Secondary Battery And Method For Manufacturing The Same}
본 발명은 원통형 이차전지 및 그의 제조방법에 관한 것으로서, 특히 저항을 원하는 범위로 용이하게 조절할 수 있는 원통형 이차전지 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 이차전지는 재충전이 가능하고 소형 및 대용량화가 가능하다는 이점으로 인하여 최근 그 개발 및 사용이 증가하고 있다. 이와 같은 이차전지는 구조적 특징에 따라 원통형 이차전지, 각형 이차전지, 파우치형 이차전지 등으로 분류할 수 있다.
도 1은 일반적인 원통형 이차전지의 단면을 도시한 도면이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 원통형 이차전지(100)는 원통형 캔(140)과, 원통형 캔(140)의 내부에 수용되는 전극조립체(110)를 포함한다. 전극조립체(110)는 양극, 분리막 및 음극이 권취되어 이루어진다. 여기서 전극 조립체(110)의 음극 일측에는 음극탭(125)이 구비되며, 상기 음극탭(125)은 원통형 캔(140)의 바닥면에 전기적으로 연결된다.
이와 같은 원통형 이차전지는 전자가 전극조립체(110)의 양극과 음극에 구비된 양극탭 및 음극탭(125)를 통해 전극조립체(110)를 둘러싸고 있는 원통형 캔(140)에 흐르게 된다.
한편, 원통형 이차전지(100)의 발열량은 전지 내에 흐르는 전류, 전지 저항 및 시간에 비례한다. 이에 저항이 높을수록 발열량이 높아지고 성능이 저하되며, 이에 원통형 이차전지(100) 내부의 저항을 조절하는 것이 중요하다.
종래에는, 원통형 이차전지(100)를 구성하는 부품의 재료 및 위치를 바꿔서 전지 저항을 조절하였으나, 이와 같은 방법으로는 저항을 조절하는데 한계가 있다.
특허공개번호 10-2011-0035625
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 전기 저항을 원하는 범위로 용이하게 조절할 수 있는 원통형 이차전지 및 그의 제조방법을 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 원통형 이차전지는 양극, 분리막 및 음극이 순차적으로 적층된 상태로 권취되는 전극 조립체; 및 상기 전극 조립체가 수용되는 원통형 캔을 포함하고, 상기 음극의 끝단부에는 음극의 너비 보다 작은 너비를 가지고, 상기 원통형 캔의 내주면에 결합되는 저항 조절부가 형성될 수 있다.
상기 음극은 음극 활물질이 도포되는 음극 활물질부와, 상기 음극의 끝단부에 구비되고 음극 활물질이 도포되지 않는 음극 무지부를 포함하며, 상기 저항 조절부는 상기 음극 무지부의 끝단부에 형성될 수 있다.
상기 저항 조절부는 상기 분리막의 외부로 돌출되게 형성될 수 있다.
상기 저항 조절부는 상기 음극 무지부의 끝단부가 상기 분리막의 외부로 연장된 위치에 형성될 수 있다.
상기 저항 조절부는 상기 원통형 캔의 내주면에 용접을 통해 결합할 수 있다.
상기 저항 조절부는 상기 분리막의 너비 보다 작은 너비를 가질 수 있다.
이와 같은 구성을 가진 본 발명에 따른 원통형 이차전지의 제조방법은 음극 활물질이 도포되는 음극 활물질부와 음극 활물질이 도포되지 않는 음극 무지부로 형성된 음극을 준비하는 음극 준비단계(S1); 상기 음극 무지부의 끝단부를 절단하여 상기 음극 무지부의 너비 보다 작은 너비를 가지는 저항 조절부를 가공하는 저항 조절부 가공단계(S2); 상기 저항 조절부가 가공된 음극, 분리막 및 양극을 순차적으로 적층하여 전극시트를 제조하는 전극시트 제조단계(S3); 상기 전극시트를 권취하여 전극조립체를 제조하되, 상기 저항 조절부가 상기 전극조립체의 최외각에 위치되도록 권취하는 전극조립체 제조단계(S4); 상기 전극 조립체를 원통형 캔에 삽입하는 삽입단계(S5); 및 상기 전극 조립체의 최외각에 위치된 저항 조절부를 상기 원통형 캔의 내주면에 용접하는 용접단계(S6)를 포함할 수 있다.
상기 음극 준비단계(S1)에서 상기 음극 무지부의 끝단부가 상기 분리막의 끝단부 외부로 돌출되도록 상기 음극의 길이를 제조할 수 있다.
상기 저항 조절부 가공단계(S2)에서 상기 저항 조절부는 상기 분리막의 외부로 돌출된 상기 음극 무지부의 끝단부를 절단함에 따라 형성될 수 있다.
상기 저항 조절부 가공단계(S2)에서 상기 저항 조절부의 너비는 전극조립체와 원통형 캔에 작용하는 저항값에 따라 조절될 수 있다.
상기 저항 조절부 가공단계(S2)에서 상기 저항 조절부의 너비는 상기 분리막의 너비 보다 작은 너비를 가질 수 있다.
상기 전극시트 제조단계(S3)는 상기 저항 조절부가 외부로 돌출된 상태로 음극, 분리막 및 양극을 적층할 수 있다.
상기 용접단계(S6)는 초음파 용접으로 상기 저항 조절부를 원통형 캔의 내주면에 용접할 수 있다.
상기 용접단계(S6)에서 저항 조절부와 상기 원통형 캔이 용접되는 용접부의 너비를 조절하여 이차 전지 내부 저항 값을 조절할 수 있다.
본 발명에 따른 원통형 이차전지는 원통형 캔의 내주면에 용접되는 음극의 저항 조절부 너비를 조절함으로써 이차전지 내부의 저항 요구되는 범위 내로 조절할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 원통형 이차전지는 음극에 형성된 저항 조절부의 너비를 분리막의 너비 보다 작게하는 구조이며, 이에 저항 조절부의 너비 조절로 음극과 원통형 캔의 접촉부분에 발생하는 저항을 원하는 범위로 용이하게 조절할 수 있고, 저항 조절부 외측부분이 양극과 단락되는 것을 더욱 방지할 수 있어 전지의 안정성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 원통형 이차전지는 별도의 음극탭을 마련할 필요가 없으며, 이에 제조 공정을 단순화하여 작업성을 높일 수 있다.
도 1은 종래 원통형 이차전지의 단면을 도시한 단면도.
도 2는 본 발명에 따른 권취 전 원통형 이차전지의 전극 조립체를 도시한 사시도.
도 3은 본 발명에 따른 원통형 이차전지의 원통형 캔을 도시한 단면도.
도 4는 본 발명에 따른 원통형 이차전지의 양극을 도시한 도면.
도 5는 본 발명에 따른 원통형 이차전지의 음극을 도시한 도면.
도 6은 본 발명에 따른 원통형 이차전지의 제조 방법을 나타낸 순서도.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 원통형 이차전지는 전극조립체와, 상기 전극조립체를 수용하는 원통형 캔(40)을 포함하며, 상기 전극조립체는 양극(10), 음극(20), 분리막(30)으로 이루어진다.
즉, 전극조립체는 전극 집전체에 양극 활물질이 도포되어 이루어지는 양극(10)과, 전극 집전체에 음극 활물질이 도포되어 이루어지는 음극(20), 및 양극(10)과 음극(20) 사이에 개재되는 분리막(30)을 포함하며, 양극(10), 분리막(30) 및 음극(20)을 적층한 상태로 권취하면 전극조립체가 된다.
양극(10)은 도 2 및 도 4에 도시되어 있는 것과 같이, 전극 집전체 상에 양극 활물질이 도포되는 영역인 양극 활물질부(13)와, 양극(10)의 끝단부에 구비되고 양극 활물질이 도포되지 않는 영역인 양극 무지부(15)를 포함한다. 그리고 양극(10)의 일측에는 캡 조립체(미도시)에 전기적으로 연결되는 양극탭(11)이 구비된다.
음극(20)은 도 2 및 도 5에 도시되어 있는 것과 같이, 전극 집전체 상에 음극 활물질이 도포되는 영역인 음극 활물질부(23)와, 음극(20)의 권취 방향 끝단부에 음극 활물질이 도포되지 않는 영역인 음극 무지부(21)를 포함한다.
여기서 음극(20)의 권취 방향 끝단부에는 음극(20)의 너비 보다 작은 너비를 가지며 전극조립체와 원통형 캔(40) 사이의 전기 저항을 조절하는 저항 조절부(25)가 구비되며, 상기 저항 조절부(25)에 의해 원통형 이차전지 내부의 저항을 조절할 수 있다.
구체적으로, 음극 무지부(21)의 권취 방향 끝단부에는 음극 무지부(21)의 너비 보다 작은 너비를 가지며 원통형 캔(40)에서 음극(20)의 권취 방향 둘레측 내주면에 결합(또는 용접)되는 저항 조절부(25)가 구비된다. 이에 저항 조절부(25)는 원통형 캔(40)에 결합되면서 음극탭 역할을 하며, 특히 음극 탭 보다 큰 너비를 가지는 경우 음극(20)과 원통형 캔(40) 사이의 전기 저항을 크게 감소시킬 수 있다. 특히 저항 조절부(25)는 너비를 조절하면 음극(20)과 원통형 캔(40) 사이의 전기 저항을 소정 범위로 맞출 수 있다.
한편, 저항 조절부(25)의 너비는 분리막(30)의 너비 보다 작은 너비를 가질 수 있다. 즉, 저항 조절부(25)의 너비를 분리막(30)의 너비 보다 작게 형성함으로써 음극과 원통형 캔의 접촉부분에 발생하는 저항을 원하는 범위로 용이하게 조절하면서도 저항 조절부 외측부분이 양극과 단락되는 것을 더욱 방지할 수 있어 전지의 안정성을 극대화 시킬 수 있다.
한편, 저항 조절부(25)는 분리막(30)의 외부로 돌출되게 형성될 수 있다. 즉, 저항 조절부(25)의 끝단부는 분리막(30)의 끝단부와 일치하는 선상에 위치하지 않고, 분리막(30)보다 소정 길이로 돌출되며, 이에 저항 조절부(25)를 원통형 캔(40)의 내주면에 용이하게 용접할 수 있다.
한편, 저항 조절부(25)는 음극 무지부(21)의 끝단부로부터 분리막(30)의 외부로 연장되면서 형성되며, 이에 제조 및 사용의 용이성을 얻을 수 있다.
한편, 원통형 이차전지 내부의 저항을 조절하기 위하여 저항 조절부(25)의 너비 및 길이를 선택적으로 조절할 수 있다. 즉, 저항은 접촉 면적에 반비례하므로, 원통형 캔(40)의 내벽과 접촉하는 저항 조절부(25)의 너비 및 길이를 선택적으로 조절하여 이차전지 내부의 저항을 낮추거나 요구되는 범위로 용이하게 조절할 수 있다.
따라서 본 발명에 따른 원통형 이차전지는 음극(20)의 음극 탭 보다 너비가 큰 저항 조절부(25)를 마련하거나, 필요한 저항 값에 따른 너비를 가지는 저항 조절부(25)를 마련함으로써 이차전지 내부의 저항을 저항을 효과적으로 낮출 수 있고, 특히 요구되는 범위로 용이하게 조절할 수 있다.
또 한편으로, 저항 조절부(25)와 원통형 캔이 용접되는 용접부(41)의 너비 또는 둘 사이의 접촉 면적의 크기를 조절하여 음극(20)과 원통형 캔(40) 사이의 전기 저항의 크기를 조절할 수도 있다. 그에 따라 이차전지 내부의 저항을 요구되는 범위로 용이하게 조절할 수 있다.
이와 같은 구성을 가지는 본 발명에 따른 이차전지의 제조방법을 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 이차전지의 제조방법은 도 6에 도시되어 있는 것과 같이, 음극 준비단계(S1), 저항 조절부 가공단계(S2), 전극시트 제조단계(S3), 전극조립체 제조단계(S4), 삽입단계(S5), 및 용접단계(S6)를 포함한다.
음극 준비단계(S1)는 긴 시트 형태의 전극집전체의 일면 또는 양면 중 일부에 음극 활물질이 도포된 음극(20)을 준비한다. 즉, 준비된 음극(20)은 음극 활물질이 도포되는 영역인 음극 활물질부(23)와 음극(20)의 권취 방향 끝단부에 구비되고 음극 활물질이 도포되지 않는 음극 무지부(21)로 형성된다.
그리고 양극(10)과 분리막(30)을 준비한다.
여기서 음극 무지부(21)의 끝단부가 분리막(30)의 끝단부 외부로 돌출되도록 음극(20)의 길이방향 크기를 분리막(30)의 길이방향 크기와 비교하여 충분히 크게 할 수 있다.
저항 조절부 가공단계(S2)는 분리막(30)으로부터 돌출된 음극 무지부(21)의 권취 방향 끝단부 중 일부를 절단하여 음극 무지부(21)의 너비 보다 작은 너비를 가진 저항 조절부(25)를 가공한다.
이때 저항 조절부(25)는 이차전지에 요구되는 저항 범위에 해당하는 너비로 가공될 수 있다. 즉 저항 조절부(25)의 너비는 전극조립체와 원통형 캔(40)에 작용하는 저항값에 따라 조절될 수 있다.
한편, 저항 조절부(25)의 너비는 분리막(30)의 너비 보다 작은 너비를 가지도록 가공될 수 있다. 즉, 저항 조절부(25)의 너비를 분리막(30)의 너비 보다 작게 가공함으로써 음극과 원통형 캔의 접촉부분에 발생하는 저항을 원하는 범위로 조절하면서도 저항 조절부 외측부분이 양극과 단락되는 것을 더욱 방지할 수 있어 전지의 안정성을 향상시킬 수 있다.
한편, 저항 조절부 가공단계(S2)는 음극 준비단계(S1)와 동시에 진행될 수도 있다. 즉, 음극시트를 절단하여 음극(20)을 준비하는 과정에서 저항 조절부(25)가 형성되도록 절단할 수 있으며, 이는 작업의 공정을 크게 단순화할 수 있다.
전극시트 제조단계(S3)는 양극(10), 분리막(30) 및 음극(20)을 순차적으로 적층하여 전극시트를 제조한다. 이때 음극(20)의 저항 조절부(25)는 분리막(30) 외부로 돌출되도록 적층한다.
전극조립체 제조단계(S4)는 저항 조절부(25)가 없는 전극시트의 권취 시작점부터 저항 조절부(25)가 있는 권취 끝점까지 롤 형태로 권취한다. 이때 저항 조절부(25)는 전극조립체의 최외각에 위치한다. 한편 전극조립체의 풀림을 방지하기 위해 전극조립체의 최외각에 절연테이프가 부착될 수 있다.
삽입단계(S5)는 상기 전극조립체를 원통형 캔(40)의 수용 공간에 삽입한다. 이때 전극조립체의 최외각에 위치한 저항 조절부(25)는 복원력에 의해 원통형 캔(40)의 내주면에 밀착된다.
용접단계(S6)는 전극 조립체의 최외각에 배치된 저항 조절부(25)를 원통형 캔(40)에서 음극의 권취 방향 둘레측 내주면에 결합한다. 이때 초음파 용접을 이용하여 저항 조절부(25)를 원통형 캔(40)의 내주면에 결합시킬 수 있다.
한편, 저항 조절부(25)와 원통형 캔이 용접되는 용접부(41)의 너비 또는 둘 사이의 접촉 면적의 크기를 조절하는 방법을 통해서도 음극(20)과 원통형 캔(40) 사이의 전기 저항의 크기를 조절할 수 있다. 그에 따라 이차전지 내부의 저항을 요구되는 범위로 용이하게 조절할 수 있다
이와 같은 단계가 모두 완료되면, 본 발명에 따른 이차전지를 얻을 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 다양한 실시 형태는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10: 양극
20: 음극
25: 저항 조절부
30: 분리막
40: 원통형 캔

Claims (14)

  1. 양극, 분리막 및 음극이 순차적으로 적층된 상태로 권취되는 전극 조립체; 및
    상기 전극 조립체가 수용되는 원통형 캔을 포함하고,
    상기 음극은 음극 활물질이 도포되는 음극 활물질부와, 상기 음극의 권취 방향 끝단부에 구비되고 음극 활물질이 도포되지 않는 음극 무지부를 포함하며,
    상기 음극 무지부의 권취 방향 끝단부에는 상기 음극의 너비보다 작은 너비를 가지고, 상기 원통형 캔에서 상기 음극의 권취 방향 둘레측 내주면에 결합되는 저항 조절부가 형성되는 원통형 이차전지.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 저항 조절부는 상기 분리막의 외부로 돌출되게 형성되는 원통형 이차전지.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 저항 조절부는 상기 음극 무지부의 끝단부가 상기 분리막의 외부로 연장된 위치에 형성되는 원통형 이차전지.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 저항 조절부는 상기 원통형 캔의 내주면에 용접을 통해 결합하는 원통형 이차전지.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 저항 조절부는 상기 분리막의 너비 보다 작은 너비를 가지는 원통형 이차전지.
  7. 음극 활물질이 도포되는 음극 활물질부와 음극의 권취 방향 끝단부에 음극 활물질이 도포되지 않는 음극 무지부로 형성된 음극을 준비하는 음극 준비단계(S1);
    상기 음극 무지부에서 상기 음극의 권취 방향 끝단부를 절단하여 상기 음극 무지부의 너비 보다 작은 너비를 가지는 저항 조절부를 가공하는 저항 조절부 가공단계(S2);
    상기 저항 조절부가 가공된 음극, 분리막 및 양극을 순차적으로 적층하여 전극시트를 제조하는 전극시트 제조단계(S3);
    상기 전극시트를 권취하여 전극조립체를 제조하되, 상기 저항 조절부가 상기 전극조립체의 권취 방향 최외각에 위치되도록 권취하는 전극조립체 제조단계(S4);
    상기 전극 조립체를 원통형 캔에 삽입하는 삽입단계(S5); 및
    상기 전극 조립체의 권취 방향 최외각에 위치된 저항 조절부를 상기 원통형 캔에서 상기 음극의 권취 방향 둘레측 내주면에 용접하는 용접단계(S6)를 포함하는 원통형 이차전지의 제조방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 음극 준비단계(S1)에서 상기 음극 무지부의 끝단부가 상기 분리막의 끝단부 외부로 돌출되도록 상기 음극의 길이를 제조하는 원통형 이차전지의 제조 방법.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 저항 조절부 가공단계(S2)에서 상기 저항 조절부는 상기 분리막의 외부로 돌출된 상기 음극 무지부의 끝단부를 절단함에 따라 형성되는 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지의 제조 방법.
  10. 청구항 7에 있어서,
    상기 저항 조절부 가공단계(S2)에서 상기 저항 조절부의 너비는 전극조립체와 원통형 캔에 작용하는 저항값에 따라 조절되는 원통형 이차전지의 제조 방법.
  11. 청구항 7에 있어서,
    상기 저항 조절부 가공단계(S2)에서 상기 저항 조절부의 너비는 상기 분리막의 너비 보다 작은 너비를 가지는 원통형 이차전지의 제조 방법.
  12. 청구항 7에 있어서,
    상기 전극시트 제조단계(S3)는 상기 저항 조절부가 외부로 돌출된 상태로 음극, 분리막 및 양극을 적층하는 원통형 이차전지의 제조 방법.
  13. 청구항 7에 있어서,
    상기 용접단계(S6)는 초음파 용접으로 상기 저항 조절부를 원통형 캔의 내주면에 용접하는 원통형 이차전지의 제조 방법.
  14. 청구항 7에 있어서,
    상기 용접단계(S6)에서 저항 조절부와 상기 원통형 캔이 용접되는 용접부의 너비를 조절하여 이차 전지 내부 저항 값을 조절하는 이차전지의 제조 방법.
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