KR102068708B1 - 2차 전지 - Google Patents

Abstract

본 발명은 습윤성을 개선하는 2차 전지에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 전극 집합체, 상기 전극 집합체를 내부에 수용하며 일단이 탑캡에 의해 마감되는 캔부재 및 상기 전극 집합체에 적층되며, 유로가 관통 형성되는 스페이서를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

2차 전지{SECONDARY BATTERY}

본 발명은 2차 전지에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 습윤성을 개선하는 2차 전지에 관한 것이다.

물질의 물리적 반응이나 화학적 반응을 통해 전기에너지를 생성시켜 외부로 전원을 공급하게 되는 전지(cell, battery)는 각종 전기전자 기기로 둘러싸여 있는 생활환경에 따라, 건물로 공급되는 교류 전원을 획득하지 못할 경우나 직류전원이 필요할 경우 사용하게 된다.

이와 같은 전지 중에서 화학적 반응을 이용하는 화학전지인 일차전지와 이차전지가 일반적으로 많이 사용되고 있는데, 일차전지는 건전지로 통칭되는 것으로 소모성 전지이다. 또한, 이차전지는 전류와 물질 사이의 산화환원과정이 다수 반복 가능한 소재를 사용하여 제조되는 재충전식 전지로서, 전류에 의해 소재에 대한 환원반응이 수행되면 전원이 충전되고, 소재에 대한 산화반응이 수행되면 전원이 방전되는데, 이와 같은 충전-방전이 반복적으로 수행되면서 전기가 생성되게 된다.

한편, 이차 전지 중 리튬 이온 전지는 양극 도전 포일과 음극 도전 포일에 각각 활물질을 일정한 두께로 코팅하고, 상기 양 도전 포일 사이에는 분리막이 개재되도록 하여 대략 젤리 롤(jelly roll) 내지는 원통 형태로 다수 회 권취하여 제작한 전극 조립체를 원통형 또는 각형 캔, 파우치 등에 수납하고 이를 밀봉 처리하여 제작된다.

대한민국 공개특허공보 제10-2009-0026558호에는 이차 전지의 종류 중 하나인 코인형 리튬 전지가 개시되어 있다.

이러한 종래의 코인형 리튬 전지는 습윤성이 낮아서 제작 과정에서 캡이 밀봉되는 압력에 의해 내부에 수용된 전해액이 전지의 외부로 토출되어 전지의 성능을 저하시키는 문제점이 있다.

따라서 본 발명은 위와 같은 문제점들을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 과제는 전지의 제작 과정에서 전해액이 일측에 집중되지 않도록 습윤성을 개선하는 2차 전지를 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 2차 전지는 전극 집합체, 상기 전극 집합체를 내부에 수용하며 일단이 탑캡에 의해 마감되는 캔부재 및 상기 전극 집합체에 적층되며, 유로가 관통 형성되는 스페이서를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 2차 전지는 상기 유로를 가로지르는 보강바를 더 포함할 수 있다.

상기 보강바는 복수 개일 수 있다.

상기 복수 개의 보강바는 상호 교차될 수 있다.

본 발명에 따른 2차 전지는 상기 스페이서에 적층되어 상기 탑캡의 가압력에 의해 상기 전극 집합체와 상기 스페이서를 고정하는 링부재를 더 포함할 수 있다.

상기 링부재는 웨이브를 형성하여 탄성을 가질 수 있다.

상기 링부재는 상기 스페이서와 일체로 형성될 수 있다.

본 발명에 따른 2차 전지는 코인형 전지일 수 있다.

본 발명에 따르면, 스페이서에 유로를 형성하여 스페이서 압착 시 전해액이 스페이서의 둘레에 집중되어 캔부재의 외부로 토출되는 것을 방지하는 효과가 있다.

본 발명에 따르면, 전해액의 토출을 방지하여 습윤성 이상에 의한 전기 충전 기능의 저하를 감소시키는 효과가 있다.

본 발명에 따르면, 스페이서와 링부재를 일체로 하여 제작을 쉽게 하는 효과가 있다.

본 발명에 따르면, 스페이서의 유로에 보강바를 형성하여 전극 및 분리막 간의 접촉 불량을 방지하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 2차 전지를 분해하여 주요부를 개략적으로 도시한 분해도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 스페이서 만을 도시한 평면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 스페이서 만을 도시한 평면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 스페이서와 링부재 만을 도시한 정면도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 2차 전지에 대하여 상세히 설명하기로 한다.

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 불과하고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도면에서 각 구성요소 또는 그 구성요소를 이루는 특정 부분의 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 따라서, 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다. 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그러한 설명은 생략하도록 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 2차 전지를 분해하여 주요부를 개략적으로 도시한 분해도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 2차 전지는 전극 집합체(1), 상기 전극 집합체(1)를 내부에 수용하며 일단이 탑캡(30)에 의해 마감되는 캔부재(3) 및 상기 전극 집합체(1)에 적층되며, 유로(11)가 관통 형성되는 스페이서(10)를 포함한다.

본 발명에서 2차 전지는 코인형 전지일 수 있다.

하지만, 본 발명은 전극 집합체(1)가 캔부재(3)에 전해액과 함께 수용되어 탑캡(30)에 의해 마감되며, 전극 집합체(1)에 적층되는 스페이서(10)가 전극 집합체(1)와 물리적으로 접촉되어 2차 전지가 외부 단자와 전기적으로 연결된다면 코인형 전지에 한정되지 않고 다른 형상의 전지일 수도 있다.

전극 집합체(1)는, 예를 들어, 양극 활물질이 도포된 양극(1a)과 음극 활물질이 도포된 음극(1b) 및 양극(1a)과 음극(1b) 사이에 개재된 분리막(1c)이 적층되도록 제작할 수 있다.

양극(1a)은 알루미늄 판일 수 있으며, 양극 활물질이 도포된 양극 활물질부와, 양극 활물질이 도포되지 않은 양극 무지부를 포함할 수 있다.

양극 활물질은 LiCoO2, LiNiO2, LiMnO2, LiMnO4와 같은 리튬 함유 전이금속 산화물 또는 리튬 칼코게나이드 화합물일 수 있다.

양극 활물질부는 예를 들어, 알루미늄 판의 적어도 어느 한 면의 일부에 양극 활물질을 도포하여 형성하며, 양극 활물질이 미 도포된 알루미늄 판의 나머지 부분이 양극 무지부가 될 수 있다.

음극(1b)은 구리 판일 수 있으며, 음극 활물질이 도포된 음극 활물질부와 음극 활물질이 도포되지 않은 음극 무지부를 포함할 수 있다.

음극 활물질은, 결정질 탄소, 비정질 탄소, 탄소 복합체, 탄소 섬유와 같은 탄소 재료, 리튬 금속 또는 리튬 합금 등일 수 있다.

음극 활물질부는 예를 들어, 구리 판의 적어도 어느 한 면의 일부에 음극 활물질을 도포하여 형성하며, 음극 활물질이 미 도포된 구리 판의 나머지 부분이 음극 무지부가 될 수 있다.

분리막(1c)은 예를 들어, 폴리에틸렌(PE), 폴리스틸렌(PS), 폴리프로필렌(PP) 및 폴리에틸렌(PE)과 폴리프로필렌(PP)의 공중합체(co-polymer)로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나의 기재에 폴리비닐리덴 플로우라이드-헥사플로로프로필렌 공중합체(PVDF-HFP co-polymer)를 코팅함으로써 제조될 수 있다.

캔부재(3)는 코인형 전지에서 대략 원통체에서 위쪽이 개방된 형상을 가진 금속재질의 용기이며, 일반적으로 가볍고 부식에 대처가 용이한 알루미늄 또는 알루미늄 합금이 사용된다.

캔부재(3)는 전극 집합체(1)와 전해액(미도시)의 용기가 되고, 전극 집합체(1)가 캔부재(3)의 개방된 상단, 즉, 상단개구부를 통해 캔부재(3)에 삽입된 뒤 캔부재(3)의 상단개구부는 탑캡(30)에 의해 봉해진다.

탑캡(30)은 적어도 캔부재(3)의 개구부와 대응되는 크기와 형상을 가져 캔부재(3)의 개구부를 밀봉하게 결합된다.

스페이서(10)는 전극 집합체(1)에 적층되어 탑캡(30)이 캔부재(3)에 밀봉 결합되는 압력에 의해 전극 집합체(1)에 압착된다.

이러한 스페이서(10)는 전극 집합체(1)와 탑캡(30)을 전기적으로 연결하여 외부 단자가 탑캡(30)과 전기적으로 연결하게 한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 스페이서 만을 도시한 평면도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 유로(11)는 스페이서(10)를 관통하게 천공되어 탑캡(30)에 의해 스페이서(10)가 압착될 시 캔부재(3)에 수용된 전해액이 유로(11)로 이동할 수 있게 하여 전해액이 스페이서(10)의 둘레측으로 집중되는 것을 방지한다.

즉, 전해액이 스페이서(10)의 둘레측으로 집중되면 탑캡(30)이 캔부재(3)의 개구부를 밀봉하는 과정에서 스페이서(10)의 둘레측에 집중된 전해액이 캔부재(3)의 내측면을 따라 캔부재(3)의 개구부로 토출될 수 있기 때문에 스페이서(10)에 유로(11)를 천공하여 전해액이 유로(11)를 통해 캔부재(3)의 내부에서 이동하게 하여 전해액의 토출을 막을 수 있다.

일 실시예를 들어 설명하면 유로(11)는 스페이서(10)의 중앙에 형성되어 전해액이 스페이서(10)의 중앙에서 스페이서(10)의 외측으로 이동하게 하는 것이 습윤성의 향상에 좋다.

하지만, 이에 한정하지 않고 경우에 따라 스페이서(10)의 다른 부위에 형성될 수도 있고, 단수 또는 복수로 형성될 수도 있다.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 스페이서 만을 도시한 평면도이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따르면 스페이서(10)의 유로(11)에는 유로(11)를 가로지르게 보강바(13)가 형성될 수 있다.

보강바(13)는 전극 집합체(1)에 적층된 스페이서(10)에 형성된 유로(11)에 의해 전극 집합체(1)를 이루는 양극, 분리막, 음극 간의 접촉이 들뜨는 것을 방지하기 위한 것이다.

즉, 탑캡(30)의 압력에 의해 스페이서(10)가 전극 집합체(1)에 압착될 시 스페이서(10)에 형성된 유로(11) 부분의 압력이 상대적으로 낮아 유로(11)측에 위치한 전극 집합체(1)의 양극, 분리막, 음극 간의 접촉이 들뜰 수 있기 때문에 유로(11)에 보강바(13)를 형성하여 유로(11) 부분의 압력과 스페이서(10)의 다른 부분과 압력차를 줄여 전극 집합체(1)의 양극, 분리막, 음극 간의 접촉이 들뜨지 않게 하는 것이다.

보강바(13)는 복수로 형성되어 복수의 보강바(13)가 상호 교차되게 형성되는 것이 유로(11)를 통해 전해액의 이동은 자유로우면서 전극 집합체(1)에 효과적으로 압력을 전달할 수 있어 바람직하다.

또한, 스페이서(10)와 탑캡(30)의 사이에는 링부재(20)가 적층되어 탑캡(30)에 의해 스페이서(10)가 압착될 시 탑캡(30)의 가압력에 의해 스페이서(10)와 전극 집합체(1)를 고정하는 역할을 한다.

링부재(20)는 링형상으로 형성되어 탄성을 갖도록 측면이 웨이브(wave)를 형성한다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 스페이서와 링부재 만을 도시한 정면도이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따르면 스페이서(10)에 링부재(20)가 적층된 상태에서 스페이서(10)와 링부재(20)의 접촉을 유지하기 쉽도록 스페이서(10)와 링부재(20)를 일체로 형성하는 것이 바람직하다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 스페이서에 유로를 형성하여 스페이서 압착 시 전해액이 스페이서의 둘레에 집중되어 캔부재의 외부로 토출되는 것을 방지하는 효과가 있다.

본 발명에 따르면, 전해액의 토출을 방지하여 습윤성 이상에 의한 전기 충전 기능의 저하를 감소시키는 효과가 있다.

본 발명에 따르면, 스페이서와 링부재를 일체로 하여 제작을 쉽게 하는 효과가 있다.

본 발명에 따르면, 스페이서의 유로에 보강바를 형성하여 전극 및 분리막 간의 접촉 불량을 방지하는 효과가 있다.

이상과 같이 본 발명에 따른 2차 전지를 예시된 도면을 참고하여 설명하였으나, 본 발명은 이상에서 설명된 실시예와 도면에 의해 한정되지 않으며, 특허청구범위 내에서 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자들에 의해 다양한 수정 및 변형이 가능하다.

1: 전극 집합체
3: 캔부재
10: 스페이서
11: 유로
13: 보강바
20: 링부재
30: 탑캡

Claims (8)

1. 전극 집합체(1);
   상기 전극 집합체(1)를 내부에 수용하며 일단이 탑캡(30)에 의해 마감되는 캔부재(3);
   상기 전극 집합체(1)에 적층되며, 유로(11)가 관통 형성되는 스페이서(10); 및
   상기 스페이서(10)에 적층되어 상기 탑캡(30)의 가압력에 의해 상기 전극 집합체(1)와 상기 스페이서(10)를 고정하는 링부재(20);를 포함하고,
   상기 링부재(20)는 탭캡(30)이 닫히는 방향으로 탄성력이 작용하도록 두께 방향을 따라 진동하는 파형으로 웨이브가 형성된 모양을 가지며, 상기 링부재(20)는 상기 스페이서(10)와 일체로 형성되고,
   상기 유로는 상기 스페이서에 복수로 형성되는 것을 특징으로 하는 2차 전지.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 유로(11)를 가로지르는 보강바(13)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 2차 전지.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 보강바(13)는 복수 개인 것을 특징으로 하는 2차 전지.
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 복수 개의 보강바(13)는 상호 교차되는 것을 특징으로 하는 2차 전지.
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제
8. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 하나의 항에 있어서,
   상기 2차 전지는 코인형 전지인 것을 특징으로 하는 2차 전지.

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