KR102324343B1 - 이차 전지 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 이차 전지에 관한 것이다.
일례로, 전극 탭을 갖는 전극 조립체; 상기 전극 조립체를 수용하는 케이스; 및 상기 케이스의 내부에서 상기 전극 탭과 함께 결합부를 형성하며, 상기 케이스의 외부로 인출되는 리드 탭을 포함하고, 상기 결합부는 상기 전극 탭의 단부가 절곡되어 형성된 제 1 절곡부와 상기 리드 탭의 단부가 절곡되어 형성된 제 2 절곡부가 서로 맞물려 끼워진 형태로 형성된 이차 전지를 개시한다.

Description

이차 전지{A SECONDARY BATTERY}
본 발명은 이차 전지에 관한 것이다.
최근에는 피트니스 밴드(fitness band)나 스마트 워치(smart watch)와 같은 웨어러블 기기가 주목 받고 있다. 이러한 웨어러블 기기들은 필연적으로 매우 작은 크기의 전지를 필요로 하며, 통상적으로 파우치형 이차전지가 적용된다.
일반적으로 파우치형 이차전지의 단부에는 일명 ‘테라스(terrace)’라고 불리는 부분이 있다. 상기 테라스는 케이스로부터 인출되는 리드 탭과 케이스 내부의 전극조립체와 연결된 전극 탭이 서로 결합되는 공간으로 전지의 에너지 밀도와는 관련이 없는 부분이다.
이와 같은 테라스는 파우치형 이차전지에서 일정한 부피를 차지하는데, 전지의 크기를 줄이고 에너지 밀도를 높이기 위해서는 테라스 부분의 크기를 줄일 수 있는 기술 개발이 요구된다.
본 발명은, 리드 탭과 전극 탭이 결합되는 부분의 크기를 줄임으로써 전체 크기가 최소화되거나, 줄여진 크기만큼 전극 조립체의 크기를 증가시킴으로써 에너지 밀도가 향상된 이차 전지를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지는, 전극 탭을 갖는 전극 조립체; 상기 전극 조립체를 수용하는 케이스; 및 상기 케이스의 내부에서 상기 전극 탭과 함께 결합부를 형성하며, 상기 케이스의 외부로 인출되는 리드 탭을 포함하고, 상기 결합부는 상기 전극 탭의 단부가 절곡되어 형성된 제 1 절곡부와 상기 리드 탭의 단부가 절곡되어 형성된 제 2 절곡부가 서로 맞물려 끼워진 형태로 형성된다.
또한, 상기 결합부에 부착된 절연 테이프를 더 포함하고, 상기 절연 테이프는 상기 전극 탭 및 상기 리드 탭과 함께 절곡된 형태로 형성되어 상기 결합부의 외부 및 내부에 위치할 수 있다.
또한, 상기 결합부의 외부를 감싸는 절연 테이프를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 전극 탭 및 상기 리드 탭은 서로 용접된 용접부를 형성하며, 상기 용접부는 상기 결합부의 내부에 위치할 수 있다.
또한, 상기 제 1 절곡부와 상기 제 2 절곡부는 ‘ㄷ’자로 절곡될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지는, 전극 탭을 갖는 전극 조립체; 상기 전극 조립체를 수용하는 케이스; 및 상기 케이스의 내부에서 상기 전극 탭과 함께 결합부를 형성하며, 상기 케이스의 외부로 인출되는 리드 탭을 포함하고, 상기 결합부는 상기 전극 탭의 단부와 상기 리드 탭의 단부가 서로 감겨진 형태로 절곡되어 형성된다.
또한, 상기 결합부에 부착된 절연 테이프를 더 포함하고, 상기 절연 테이프는 상기 전극 탭 및 상기 리드 탭과 함께 감겨진 형태로 형성되어 상기 결합부의 외부 및 내부에 위치할 수 있다.
또한, 상기 결합부의 외부를 감싸는 절연 테이프를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 전극 탭 및 상기 리드 탭은 서로 용접된 용접부를 형성하며, 상기 용접부는 상기 결합부의 내부에 위치할 수 있다.
또한, 상기 전극 탭의 단부와 상기 리드 탭의 단부는 각각 ‘ㄹ’자로 절곡될 수 있다.
본 발명에 따르면, 리드 탭과 전극 탭이 결합되는 부분의 크기를 줄임으로써 전체 크기가 최소화되거나, 줄여진 크기만큼 전극 조립체의 크기를 증가시킴으로써 에너지 밀도가 향상된 이차 전지를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 사시도이다.
도 2a, 도 2b 및 도 2d는 도 1의 I-I’선을 따라 절취한 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 단면도이다.
도 2c는 도 2b에 도시된 결합부의 확대도이다.
도 2e는 도 2d에 도시된 결합부의 확대도이다.
도 3a, 도 3b 및 도 3c는 도 1의 I-I’선을 따라 절취한 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지의 단면도이다.
도 3c는 도 3b에 도시된 결합부의 확대도이다.
도 3e는 도 3d에 도시된 결합부의 확대도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 사시도이다. 도 2a, 도 2b 및 도 2d는 도 1의 I-I’선을 따라 절취한 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 단면도이다. 도 2c는 도 2b에 도시된 결합부의 확대도이다. 도 2e는 도 2d에 도시된 결합부의 확대도이다.
도 1 내지 도 2e를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(100)는 전극 조립체(110), 케이스(120) 및 리드 탭(130)을 포함한다.
상기 전극 조립체(110)는 제 1 전극 판(111), 제 2 전극 판(113), 상기 제 1 전극 판(111)으로부터 연장된 제 1 전극 탭(111a), 상기 제 2 전극판(113)으로부터 연장된 제 2 전극 탭(미도시) 및 상기 제 1 전극판(111)과 제 2 전극판(113) 사이에 개재된 세퍼레이터(115)를 포함할 수 있다.
상기 제 1 전극 판(111)은 적어도 일면에 제 1 전극 활물질이 도포된 제 1 전극 집전체와 상기 제 1 전극 집전체로부터 연장된 다수의 제 1 전극탭(111a)을 포함할 수 있다. 상기 제 1 전극 활물질은 전이금속산화물과 같은 양극 활물질을 포함할 수 있으며, 상기 제 1 전극 집전체는 알루미늄과 같은 금속 포일로 이루어질 수 있으나, 본 발명에서는 이러한 재질을 한정하는 것은 아니다.
상기 제 1 전극 탭(111a)은 제 1 전극 판(111)에서 연장되어 일정한 길이로 돌출되어 형성될 수 있으며, 전극 활물질이 도포되어 있지 않다. 상기 제 1 전극 탭(111a)은 알루미늄 재질로 이루어질 수 있으나, 본 발명에서는 이러한 재질을 한정하는 것은 아니다.
상기 제 2 전극 판(113)은 적어도 일면에 제 2 전극 활물질이 도포된 제 2 전극 집전체와 상기 제 2 전극 집전체로부터 연장된 다수의 제 2 전극 탭(미도시)을 포함할 수 있다. 상기 제 2 전극 활물질은 흑연 또는 탄소 등을 포함할 수 있으며, 상기 제 2 전극 집전체는 구리 또는 니켈과 같은 금속 포일로 이루어질 수 있으나, 본 발명에서는 이러한 재질을 한정하는 것은 아니다.
상기 제 2 전극 탭(미도시)은 제 2 전극 판(113)에서 연장되어 일정한 길이로 돌출되어 형성될 수 있으며, 전극 활물질이 도포되어 있지 않다. 상기 제 2 전극 탭(미도시)은 니켈로 이루어질 수 있으나, 본 발명에서는 이러한 재질을 한정하는 것은 아니다.
상기 세퍼레이터(115)는 상기 제 1 전극 판(111)과 제 2 전극 판(113) 사이에 개재되어, 상기 제 1 전극 판(111)과 제 2 전극 판(113) 사이의 단락을 방지할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서는 적층형 전극 조립체(110)를 일례로 하여 실시하고 있으나, 권취형 전극 조립체로 실시하여도 무방하다. 다만, 권취형 전극 조립체를 적용할 경우 전극 탭은 제 1 전극 판(111)과 제 2 전극 판(113)에 각각 용접된 형태를 형성될 수 있다.
상기 케이스(120)는 알루미늄 라미네이트 시트와 같은 연포장제로 이루어져 있으며, 상기 전극 조립체(110)를 수용할 수 있는 내부 공간을 제공한다. 상기 케이스(120)는 파우치 형상으로 이루어질 수 있으며, 외주부에는 제 1 실링부(123a)와 제 2 실링부(123b)가 형성될 수 있다. 상기 제 1 실링부(123a)는 상기 케이스(120)로부터 인출되는 리드 탭(130)과 교차되는 부분이며, 상기 제 2 실링부(123b)는 상기 제 1 실링부(123a)를 제외한 실링부로 정의할 수 있다. 상기 제 1 실링부(123a)와 인접한 상기 케이스(120)의 일측 단부에는 테라스부(121)가 형성될 수 있다. 상기 테라스부(121)는 후술하는 결합부(C1, C1’, C1’’)가 형성되는 케이스(120) 내부의 일정 공간을 의미한다.
상기 리드 탭(130)은 제 1 리드 탭(131)과 제 2 리드 탭(133)을 포함할 수 있다.
상기 제 1 리드 탭(131)의 일측 단부는 상기 케이스(120) 내부 즉 상기 테라스부(121)에서 상기 제 1 전극 탭(111a)의 일측 단부와 함께 결합부(C1)를 형성하며, 타측은 제 1 실링부(123a)를 통해 상기 케이스(120)로부터 인출될 수 있다. 상기 제 2 리드 탭(133)도 상기 제 1 리드 탭(131)과 동일한 형태로 이루어질 수 있다. 따라서, 이하에서는 상기 제 1 리드 탭(131)과 제 1 전극 탭(111a)을 대표 예로 하여 설명하도록 한다.
상기 결합부(C1)는 상기 제 1 전극 탭(111a)의 일측 단부와 제 1 리드 탭(131)의 일측 단부가 초음파 또는 저항 용접 등을 통해 서로 용접되어 용접부(W1)를 형성한 후, 서로 절곡되어 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 2a에 도시된 바와 같이 상기 제 1 전극 탭(111a)의 일측 단부와 상기 제 1 리드 탭(131)의 일측 단부가 각각 ‘ㄷ’자 형태로 서로 절곡되어 제 1 절곡부(111a’)와 제 2 절곡부(131a)를 각각 이룸으로써, 상기 제 1 절곡부(111a’)와 제 2 절곡부(131a)는 서로 맞물려 끼워진 형태로 결합될 수 있다. 상기 용접부(W1)는 상기 제 1 절곡부(111a’)와 제 2 절곡부(131a)가 형성되기 전에 형성되므로 상기 결합부(C1)의 내부에 위치할 수 있다.
이와 같은 형태로 상기 결합부(C1)를 형성하면, 케이스의 내부에서 ‘V’자 또는 ‘L’자로 절곡된 종래의 결합부를 배치시키기 위해 필요한 공간을 좀 더 줄일 수 있으며, 이와 같이 줄여진 공간만큼 상기 전극 조립체(110)의 크기를 증가시킬 수 있다.
예를 들어, 종래의 테라스부가 5mm 정도의 길이로 형성되어 있다고 가정하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 결합부(C1)가 적용된 테라스부의 길이는 약 3.5mm로 형성할 수 있다. 따라서, 테라스부의 길이를 1.5mm 정도 감소시키고, 전극 조립체의 극판의 길이를 1.5mm만큼 증가시킬 수 있으므로, 동일 크기의 전지와 비교하여 용량이 증가할 수 있다. 또한, 전극 조립체의 길이를 증가시키지 않을 경우, 동일 용량의 전지와 비교하여 전지의 전체 크기를 줄일 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(100)는 도 2b 및 도 2c에 도시된 바와 같이 상기 제 1 절곡부(111a')와 제 2 절곡부(131a)에 절연 테이프(151)를 부착하여 결합부(C')를 형성할 수 있다. 상기 절연 테이프(151)는, 서로 용접된 상기 제 1 리드 탭(131)과 제 1 전극 탭(111a)의 단부를 둘러싸도록 부착된 후 상기 제 1 리드 탭(131) 및 제 1 전극 탭(111a)의 단부와 함께 절곡될 수 있다. 이에 따라, 도 2c에 도시된 바와 같이 상기 절연 테이프(151)는 상기 결합부(C1')의 외부와 내부에 각각 위치하게 된다. 즉, 상기 절연 테이프(151)는 상기 제 1 절곡부(111a’)와 제 2 절곡부(131a)의 사이 사이에 위치하게 된다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(100)는 도 2d 및 도 2e에 도시된 바와 같이, 상기 제 1 절곡부(111a’)와 제 2 절곡부(131a)를 둘러싸도록 절연 테이프(151')를 부착하여 결합부(C'')를 형성할 수 있다. 이에 따라 상기 절연 테이프(151')는 상기 제 1 절곡부(111a')와 제 2 절곡부(131a)의 외부에만 위치하게 된다.
상기 절연 테이프(151, 151')는 상기 결합부(C1', C1'')의 결합력을 높일 뿐만 아니라, 불필요한 단락을 방지하는 역할을 할 수 있다. 이러한 절연 테이프(151, 151')는 폴리이미드(polyimide, PI) 테이프를 포함할 수 있으나, 본 발명에서는 이러한 재질을 한정하는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(100)는 도 1 및 도 2a, 도 2b 및 도 2d에 도시된 바와 같이 절연 필름(140)을 더 포함할 수 있다. 상기 절연 필름(140)은 상기 제 1 전극 탭(131)의 부착되는 제 1 절연 필름(141)과, 제 2 전극 탭(133)에 부착되는 제 2 절연 필름(143)을 각각 포함할 수 있다. 상기 절연 필름(140)은 상기 케이스(120)의 밀봉도를 높이고 전기적 절연상태를 확보하기 위하여 상기 전극 탭(140)과 제 1 실링부(123a) 사이에 위치할 수 있다.
이러한 절연 필름(140)은 폴리프로필렌(polypropylene, PP) 필름을 포함할 수 있으나, 본 발명에서는 이러한 재질을 한정하는 것은 아니다.
도 3a, 도 3b 및 도 3c는 도 1의 I-I’선을 따라 절취한 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지의 단면도이다. 도 3c는 도 3b에 도시된 결합부의 확대도이다. 도 3e는 도 3d에 도시된 결합부의 확대도이다.
도 3a 내지 도 3e에 도시된 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지(100’)는 일 실시예와 비교하여 결합부(C2)의 구성이 상이하다. 따라서, 이하에서는 상기 결합부(C2)에 대하여 설명하고, 그 이외의 구성에 대한 구체적인 설명은 일 실시예와 동일하므로 생략하도록 한다.
상기 결합부(C2)는, 초음파 또는 저항 용접 등을 통해 제 1 전극 탭(111a')의 일측 단부와 제 1 리드 탭(131')의 일측 단부가 서로 용접되어 용접부(W2)를 형성한 후, 서로 감겨진 형태로 절곡되어 형태로 형성될 수 있다. 예를 들어 도 3a에 도시된 바와 같이 상기 제 1 전극 탭(111a')의 일측 단부(111a')와 상기 제 1 리드 탭(131)의 일측 단부(131a')는 각각 ‘ㄹ’자 형태로 절곡됨으로써 서로 결합될 수 있다. 상기 용접부(W2)는 상기 제 1 전극 탭(111a')의 일측 단부(111a')와 상기 제 1 리드 탭(131)의 일측 단부(131a')가 절곡되기 전에 형성되므로 상기 결합부(C2)의 내부에 위치할 수 있다.
이와 같은 형태로 상기 결합부(C2)를 형성하면, 케이스의 내부에서 ‘V’자 또는 ‘L’자로 절곡된 종래의 결합부를 배치시키기 위해 필요한 공간을 좀 더 줄일 수 있으며, 이와 같이 줄여진 공간만큼 상기 전극 조립체(110)의 크기를 증가시킬 수 있다. 또한, 전극 조립체의 크기를 증가시키지 않을 경우, 동일 용량의 전지와 비교하여 전지의 전체 크기를 줄일 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지(100')는 도 3b 및 도 3c에 도시된 바와 같이 상기 제 1 전극 탭(111a')의 일측 단부(111a')와 상기 제 1 리드 탭(131)의 일측 단부(131a’)에 절연 테이프(153)를 부착하여 결합부(C2')를 형성할 수 있다. 여기서, 상기 절연 테이프(153)는, 상기 제 1 전극 탭(111a')과 제 1 리드 탭(131)의 일측 단부(111a', 131a')가 절곡되기 전에 부착되므로 도 3b 및 도 3c에 도시된 바와 같이 상기 결합부(C1’2)의 외부와 내부에 각각 위치하게 된다. 즉, 상기 절연 테이프(151)는 상기 제 1 전극 탭(111a')의 일측 단부(111a')와 상기 제 1 리드 탭(131)의 일측 단부(131a')의 사이 사이에 위치하게 된다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지(100')는 도 3d 및 도 3e에 도시된 바와 같이, 절곡된 상기 제 1 전극 탭(111a')의 일측 단부(111a')와 상기 제 1 리드 탭(131)의 일측 단부(131a')를 둘러싸도록 절연 테이프(153')를 부착하여 결합부(C2’’)를 형성할 수 있다. 이에 따라 상기 절연 테이프(153’)는 상기 결합부(C2’’)의 외부에만 위치하게 된다.
상기 절연 테이프(153, 153’)는 상기 결합부(C2’, C2’’)의 결합력을 높일 뿐만 아니라, 불필요한 단락을 방지하는 역할을 할 수 있다. 이러한 절연 테이프(153, 153')는 폴리이미드(polyimide, PI) 테이프를 포함할 수 있으나, 본 발명에서는 이러한 재질을 한정하는 것은 아니다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지(100')는 도 3a, 도 3b 및 도 3d에 도시된 바와 같이 절연 필름(141)을 더 포함할 수 있다. 상기 절연 필름(140)은 상기 제 1 전극 탭(131)의 부착되는 제 1 절연 필름(141)과, 제 2 전극 탭(133)에 부착되는 제 2 절연 필름(143)을 각각 포함할 수 있다. 상기 절연 필름(141)은 상기 케이스(120)의 밀봉도를 높이고 전기적 절연상태를 확보하기 위하여 상기 전극 탭(140)과 제 1 실링부(123a) 사이에 위치할 수 있다.
이러한 절연 필름(141)은 폴리프로필렌(polypropylene, PP) 필름을 포함할 수 있으나, 본 발명에서는 이러한 재질을 한정하는 것은 아니다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 이차 전지를 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
100, 100': 이차 전지 110: 전극 조립체
111: 제 1 전극 판 111a: 제 1 전극 탭
111a: 제 1 절곡부 111a': 제 1 전극 탭의 단부
113: 제 2 전극 판 115: 세퍼레이터
120: 케이스 123a: 제 1 실링부
123b: 제 2 실링부 130: 리드 탭
131: 제 1 리드 탭 131a: 제 2 절곡부
131a': 제 1 리드 탭의 단부 133: 제 2 리드 탭
140: 절연 필름 141: 제 1 절연 필름
143: 제 2 절연 필름 151, 151', 153, 153': 절연 테이프
C1, C1', C1", C2, C2', C2": 결합부 W1, W2: 용접부

Claims (10)

  1. 전극 탭을 갖는 전극 조립체;
    상기 전극 조립체를 수용하는 케이스; 및
    상기 케이스의 내부에서 상기 전극 탭과 함께 결합부를 형성하며, 상기 케이스의 외부로 인출되는 리드 탭을 포함하고,
    상기 결합부는 상기 전극 탭의 단부가 절곡되어 형성된 제 1 절곡부 및 상기 리드 탭의 단부가 절곡되어 형성된 제 2 절곡부가 서로 맞물려 끼워진 형태로 형성된 것을 특징으로 하고,
    상기 제 1 절곡부와 상기 제 2 절곡부에 부착되는 절연 테이프를 포함하고 상기 절연 테이프는 상기 리드 탭 및 상기 전극 탭의 단부와 함께 절곡된 이차 전지.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 절연 테이프는 상기 결합부의 외부 및 내부에 위치하는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 결합부의 외부를 감싸는 절연 테이프를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 전극 탭 및 상기 리드 탭은 서로 용접된 용접부를 형성하며,
    상기 용접부는 상기 결합부의 내부에 위치하는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 절곡부와 상기 제 2 절곡부은 ‘ㄷ’자로 절곡된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  6. 전극 탭을 갖는 전극 조립체;
    상기 전극 조립체를 수용하는 케이스; 및
    상기 케이스의 내부에서 상기 전극 탭과 함께 결합부를 형성하며, 상기 케이스의 외부로 인출되는 리드 탭을 포함하고,
    상기 결합부는 상기 전극 탭의 단부와 상기 리드 탭의 단부가 서로 감겨진 형태로 절곡되어 형성된 것을 특징으로 하고,
    상기 결합부에 부착되는 절연 테이프를 포함하고 상기 절연 테이프는 상기 리드 탭 및 상기 전극 탭의 단부와 함께 감겨진 형태로 절곡된 이차 전지.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 절연 테이프는 상기 결합부의 외부 및 내부에 위치하는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 결합부의 외부를 감싸는 절연 테이프를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 전극 탭 및 상기 리드 탭은 서로 용접된 용접부를 형성하며,
    상기 용접부는 상기 결합부의 내부에 위치하는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  10. 제 6 항에 있어서,
    상기 전극 탭의 단부와 상기 리드 탭의 단부는 ‘ㄹ’자로 절곡된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
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