KR102134650B1 - 이차전지 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 저항을 줄일 수 있는 이차전지에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 양극과 음극이 분리막을 사이에 두고 교대로 적층된 전극조립체, 상기 전극조립체의 일측 최외곽에 위치하는 양극의 외측에 분리막을 사이에 두고 적층되는 제1 버스바, 상기 전극조립체의 타측 최외곽에 위치하는 음극의 외측에 분리막을 사이에 두고 적층되는 제2 버스바 및 상기 전극조립체, 상기 제1 버스바 및 상기 제2 버스바를 수용하는 케이스를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

이차전지{SECONDARY BATTERY}
본 발명은 이차전지에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 저항을 줄일 수 있는 이차전지에 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 리튬이온 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 제10-2008-0038465호에는 구조적 안전성과 절연저항성이 우수한 전지셀이 개시되어 있다.
종래의 파우치 전지는 단자를 단방향/양방향 모두 1개씩 양/음극 단자를 사용하고 있다.
따라서 전지가 전지의 길이 방향으로 증가할 경우 전지의 포일(foil) 저항의 증가에 의해 출력 감소를 야기하는 문제점이 있었다.
따라서 본 발명은 위와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 과제는 버스바를 통해 전기 저항을 감소시킬 수 있는 이차전지를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지는 양극과 음극이 분리막을 사이에 두고 교대로 적층된 전극조립체, 상기 전극조립체의 일측 최외곽에 위치하는 양극의 외측에 분리막을 사이에 두고 적층되는 제1 버스바, 상기 전극조립체의 타측 최외곽에 위치하는 음극의 외측에 분리막을 사이에 두고 적층되는 제2 버스바 및 상기 전극조립체, 상기 제1 버스바 및 상기 제2 버스바를 수용하는 케이스를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 전극조립체는 상기 양극의 양단에 양극탭이 연장되고, 상기 음극의 양단에 음극탭이 연장될 수 있다.
상기 제1 버스바는 상기 전극조립체 측 단면에 음극 활물질이 도포되어 상기 전극조립체의 용량을 증가시킬 수 있다.
상기 제1 버스바는 상기 음극탭에 전기적으로 연결되는 음극 버스바탭을 포함할 수 있다.
상기 제1 버스바의 상기 음극 버스바탭은 상기 음극탭에 연결되어 상기 음극탭의 전기 저항을 줄일 수 있다.
상기 제2 버스바는 상기 전극조립체 측 단면에 양극 활물질이 도포되어 상기 전극조립체의 용량을 증가시킬 수 있다.
상기 제2 버스바는 상기 양극탭에 전기적으로 연결되는 양극 버스바탭을 포함시킬 수 있다.
상기 제2 버스바의 상기 양극 버스바탭은 상기 양극탭에 연결되어 상기 양극탭의 전기 저항을 줄일 수 있다.
상기 양극탭과 전기적으로 연결되어 상기 케이스의 외부로 연장되는 양극 리드부를 포함할 수 있다.
상기 음극탭과 전기적으로 연결되어 상기 케이스의 외부로 연장되는 음극 리드부를 포함할 수 있다.
상기 제1 버스바는 구리(Cu) 소재의 포일(foil)일 수 있다.
상기 제2 버스바는 알루미늄(Al) 소재의 포일(foil)일 수 있다.
본 발명에 따르면, 전극조립체에 버스바를 포함하여 멀티탭을 형성함에 따른 전기 저항 감소의 효과가 있다.
본 발명에 따르면, 버스바에 활물질을 코팅하여 이차전지의 용량을 증가시키는 효과가 있다.
본 발명에 따르면, 추가 모듈(module)/팩(pack) 등과 같은 부품 없이도 이차전지의 출력 향상과 에너지 밀도 증가의 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지를 도시한 평면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지에서 전극조립체와 제1 버스바와 제2 버스바를 도시한 사시도이다.
도 3은 도 2에서 전극조립체와 제1 버스바와 제2 버스바를 분해하여 도시한 분해도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이차전지에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 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 균등물이 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 이차전지를 도시한 평면도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지에서 전극조립체와 제1 버스바와 제2 버스바를 도시한 사시도이고, 도 3은 도 2에서 전극조립체와 제1 버스바와 제2 버스바를 분해하여 도시한 분해도이다.
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지는 양극과 음극이 분리막을 사이에 두고 교대로 적층된 전극조립체(100), 상기 전극조립체(100)의 일측 최외곽에 위치하는 양극의 외측에 분리막을 사이에 두고 적층되는 제1 버스바(200), 상기 전극조립체(100)의 타측 최외곽에 위치하는 음극의 외측에 분리막을 사이에 두고 적층되는 제2 버스바(300) 및 상기 전극조립체(100), 상기 제1 버스바(200) 및 상기 제2 버스바(300)를 수용하는 케이스(10)를 포함한다.
전극조립체(100)는 양극 활물질이 도포된 양극과 음극 활물질이 도포된 음극과 양극과 음극 사이에 분리막이 개재되도록 양극, 음극 및 분리막을 복수 회 적층하여 제작할 수 있다.
양극은 알루미늄 전극집전체일 수 있으며, 양극 활물질이 도포된 양극 유지부와, 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 유지부는 예를 들어, 알루미늄 전극집전체의 적어도 어느 한 면의 일부에 양극 활물질을 도포하여 형성하며, 양극 활물질이 미 도포된 알루미늄 전극집전체의 나머지 부분이 양극 무지부가 될 수 있다.
본 발명에서 양극 무지부는 양극의 양단부에 각각 형성될 수 있다.
양극 무지부에는 양극탭(111)이 전기적으로 연결되어 양극으로부터 연장되게 형성될 수 있다.
양극의 양단에 형성된 양극 무지부에 각각 양극탭(111)이 형성되어 양극의 양단부로부터 양극탭(111)이 연장될 수 있다.
양극탭(111)에는 양극 리드부(113)가 전기적으로 연결되어 케이스(10)의 외부로 연장될 수 있는데, 양극 리드부(113)는 양극의 양단부에 연장된 양극탭(111) 중 어느 하나에 연결될 수 있다.
음극은 구리 전극집전체일 수 있으며, 음극 활물질이 도포된 음극 유지부와 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 유지부는 예를 들어, 구리 전극집전체의 적어도 어느 한 면의 일부에 음극 활물질을 도포하여 형성하며, 음극 활물질이 미 도포된 구리 전극집전체의 나머지 부분이 음극 무지부가 될 수 있다.
음극 무지부에는 음극탭(121)이 전기적으로 연결되어 음극으로부터 연장되게 형성될 수 있다.
음극의 양단부에 형성된 음극 무지부에 각각 음극탭(121)이 형성되어 음극의 양단으로부터 음극탭(121)이 연장될 수 있다.
음극탭(121)에는 음극 리드부(123)가 전기적으로 연결되어 케이스(10)의 외부로 연장될 수 있는데, 음극 리드부(123)는 음극의 양단부에 연장된 음극탭(111) 중 양극 리드부(113)가 형성된 측의 반대측에 위치한 음극탭(111)에 연결될 수 있다.
분리막은 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.
제1 버스바(200)는 전극조립체(100)의 최외곽에 위치하는 양극의 외측에 분리막을 사이에 두고 적층되는 것으로 구리(Cu) 소재의 포일(foil) 일 수 있다.
제1 버스바(200)는 양단에 전극조립체(100)의 음극탭(121)에 전기적으로 연결되는 음극 버스바탭(210)이 연장될 수 있다.
구리 소재의 포일로 형성된 제1 버스바(200)의 양단에 연장된 음극 버스바탭(210)이 전극조립체(100)의 음극의 양단으로부터 연장된 음극탭(121)에 전기적으로 각각 연결됨에 따라 전극조립체(100)의 음극탭(121)을 멀티탭(multi tab)화 하여 음극탭(121)의 전기 저항을 줄일 수 있다.
한편, 제1 버스바(200)는 구리 소재의 포일에 음극 활물질을 도포할 수 있다.
음극 활물질은 제1 버스바(200)에서 전극조립체(100)와 마주보는 측의 단면에 형성될 수 있다. 제1 버스바(200)에서 음극 활물질은 제1 버스바(200)의 단면에만 형성되어 케이스(10) 외관의 변형을 방지할 수 있다.
제1 버스바(200)는 음극 활물질을 도포하여 전극조립체(100)의 용량을 증가시키는 효과가 있다.
제2 버스바(300)는 전극조립체(100)의 최외곽에 위치하는 음극의 외측에 분리막을 사이에 두고 적층되는 것으로 알루미늄(Al) 소재의 포일(foil) 일 수 있다.
제2 버스바(300)는 양단에 전극조립체(100)의 양극탭(111)에 전기적으로 연결되는 양극 버스바탭(310)이 연장될 수 있다.
알루미늄 소재의 포일로 형성된 제2 버스바(300)의 양극 버스바탭(310)이 전극조립체(100)의 양극탭(111)에 전기적으로 연결됨에 따라 전극조립체(100)의 양극탭(111)을 멀티탭화 하여 양극탭(111)의 전기 저항을 줄일 수 있다.
한편, 제2 버스바(300)는 알루미늄 소재의 포일에 양극 활물질을 도포할 수 있다.
양극 활물질은 제2 버스바(300)에서 전극조립체(100)와 마주보는 측의 단면에 형성될 수 있다. 제2 버스바(300)에서 양극 활물질은 제2 버스바(300)의 단면에만 형성되어 케이스(10) 외관의 변형을 방지할 수 있다.
제2 버스바(300)는 양극 활물질을 도포하여 전극조립체(100)의 용량을 증가시키는 효과가 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 전극조립체에 버스바를 포함하여 멀티탭을 형성함에 따른 전기 저항 감소의 효과가 있다.
본 발명에 따르면, 버스바에 활물질을 코팅하여 이차전지의 용량을 증가시키는 효과가 있다.
본 발명에 따르면, 추가 모듈(module)/팩(pack) 등과 같은 부품 없이도 이차전지의 출력 향상과 에너지 밀도 증가의 효과가 있다.
이상과 같이 본 발명에 따른 이차전지를 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 실시가 가능하다.
10: 케이스
100: 전극조립체
111: 양극탭
113: 양극 리드부
121: 음극탭
123: 음극 리드부
200: 제1 버스바
210: 음극 버스바탭
300: 제2 버스바
310: 양극 버스바탭

Claims (12)

  1. 양극과 음극이 분리막을 사이에 두고 교대로 적층된 전극조립체(100);
    상기 전극조립체(100)의 일측 최외곽에 위치하는 양극의 외측에 분리막을 사이에 두고 적층되는 제1 버스바(200);
    상기 전극조립체(100)의 타측 최외곽에 위치하는 음극의 외측에 분리막을 사이에 두고 적층되는 제2 버스바(300); 및
    상기 전극조립체(100), 상기 제1 버스바(200) 및 상기 제2 버스바(300)를 수용하는 케이스(10); 를 포함하고,
    상기 전극조립체(100)는,
    상기 양극의 양단에 양극탭(111)이 연장되고, 상기 음극의 양단에 음극탭(121)이 연장되고,
    상기 제1 버스바(200)는 상기 전극조립체(100) 측 단면에 음극 활물질이 도포되어 상기 전극조립체(100)의 용량을 증가시키며,
    상기 제1 버스바(200)는 상기 음극탭(121)에 전기적으로 연결되는 음극 버스바탭(210)을 포함하고,
    상기 제1 버스바(200)의 상기 음극 버스바탭(210)은 상기 제1 버스바(200)의 양단에 연장되고, 상기 음극의 양단에 연장된 상기 음극탭(121)에 각각 연결되어 상기 음극탭(121)의 전기 저항을 줄이는 것을 특징으로 하는 이차전지.
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  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2 버스바(300)는 상기 전극조립체(100) 측 단면에 양극 활물질이 도포되어 상기 전극조립체(100)의 용량을 증가시키는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2 버스바(300)는 상기 양극탭(111)에 전기적으로 연결되는 양극 버스바탭(310)을 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 제2 버스바(300)의 상기 양극 버스바탭(310)은 상기 양극탭(111)에 연결되어 상기 양극탭(111)의 전기 저항을 줄이는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 양극탭(111)과 전기적으로 연결되어 상기 케이스(10)의 외부로 연장되는 양극 리드부(113)를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 음극탭(121)과 전기적으로 연결되어 상기 케이스(10)의 외부로 연장되는 음극 리드부(123)를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 버스바(200)는 구리(Cu) 소재의 포일(foil)인 것을 특징으로 하는 이차전지.
  12. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2 버스바(300)는 알루미늄(Al) 소재의 포일(foil)인 것을 특징으로 하는 이차전지.
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