KR19990026805U

KR19990026805U - 원통형 2차 전지의 음극집전체

Info

Publication number: KR19990026805U
Application number: KR2019970039348U
Authority: KR
Inventors: 김찬수; 노영배; 송수안
Original assignee: 손욱; 삼성전관 주식회사
Priority date: 1997-12-20
Filing date: 1997-12-20
Publication date: 1999-07-15
Also published as: KR200173952Y1

Abstract

목적 : 원통형 2차 전지의 음극판과 음극집전체가 접촉되는 부분에서 저항을 감소시켜 전류의 흐름을 원활하게 할 수 있는 음극집전체를 제공하는 것이 목적이다.

구성 : 스파이럴 모양으로 와인딩되는 극판군의 음극판과 연결되고 캔의 내측 하단면에 용접되어 음극판과 캔을 전기적으로 연결시키는 원통형 2차 전지의 음극집전체에 있어서, 상기 음극집전체는 상기 음극판과 용접되는 상부 집전부와; 상기 상부 집전부에 교차되어 연결되고 상기 캔과 음극판 각각에 용접되는 하부 집전부로 구성되고, 한편 상기 음극집전체는, 가상의 두 축이 교차되는 형태의 평판으로서 일부분을 밴딩하여 상기 음극판과 접촉되는 접촉부를 형성하고, 평판의 다른 일부분에 상기 캔과 접촉되는 탭을 형성하는 것이 특징이다.

효과 : 본 고안에 따른 음극집전체를 원통형 2차 전지에 용접하여 사용했을 때 음극판과 접촉되는 부분이 확대되고, 접촉부가 음극판에 용접되므로 저항이 감소되고 도전율이 향상되어 전지의 성능향상과 파손을 방지할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

Description

원통형 2차 전지의 음극집전체

본 고안은 2차 전지에 관한 것으로서, 더 상세하게는 원통형 2차 전지의 음극판에서 축적된 전류를 캔으로 통전시키는 음극집전체에 관한 것이다.

2차 전지는 도전성을 갖는 전해액에 활물질이 도포된 양극과 음극을 삽입하고, 이 양극과 음극을 연결했을 때 전해액의 분자들과 활물질 사이에서 발생하는 전기화학적 반응을 이용한 전지인데, 기존의 1차 전지와 달리 전자 전기제품에서 소모된 에너지를 충전기에 의해 재충전하여 반복 사용할 수 있는 충전과 방전이 가능한 전지로서, 포터블화하는 전자 전기제품과 더불어 급속한 신장을 보이고 있다.

이러한 2차 전지는 양극이나 음극 혹은 전해액을 어떤 물질로 사용하냐에 따라 니켈카드뮴전지, 니켈수소전지, 리튬이온전지 및 리튬폴리머 전지 등으로 나뉘며, 형태적으로는 각형, 원통형 및 얇은 판형 전지로 구분된다.

여기서 원통형 2차 전지의 제조법은 양·음극판에 페이스트상으로 된 활물질을 일정두께로 도포한 후 건조시키고 롤 프레싱(Roll Pressing)하면, 소정의 두께를 갖는 양·음극판이 형성된다. 이 양·음극판과 세퍼레이터로 이루어진 극판군(群)을 스파이럴(spiral) 모양으로 와인딩(winding)한 후 외관을 형성하는 소정의 캔에 전해액을 주입한 후 절연가스킷과 안전변이 내장된 캡어셈블리로 개구된 캔을 실링(sealing)하는 것이다.

이와같은 전지의 제조과정에서 극판군을 와인딩한 후, 양·음극판 각각에 양·음극 집전체를 연결하고 캔에 삽입하는 데, 그 중 도 5에서는 종래의 음극집전체를 나타내고 있다.

와인딩(winding)된 극판군의 외경과 비슷한 직경의 원판(11)을 구비하고, 이 원판(11)의 외주 인접한 위치에 관 모양의 돌출부(12)를 일정한 간격으로 엠보싱(embossing)하는 데, 이 돌출부(12)들은 와인딩된 음극판의 외측으로부터 일회전되는 부분과 대면된다. 또한, 원판(11)의 중심부분에 대략 'C' 모양의 도전부(13)를 프레스로 재단한 후 돌출부(12)가 형성된 방향과 반대되는 방향으로 벤딩한다.

이러한 음극집전체(10)는 도 6에 도시한 바와 같이 돌출부(12)가 와인딩된 음극판(15)의 외측부분에 접촉되고, 도전부(13)는 캔(20)의 내측 하단면에 용접된다.

한편, 이와같은 음극집전체(10)가 구비되는 원통형 2차 전지에서, 이 전지를 충방전할 때 양·음극판(17)(15)에 도포된 활물질과 전해질 사이에서 전기화학적 반응이 일어나는 데, 양극판(17)으로 축적된 전류는 양극집전체(10)를 통해 캡어셈블리(20)로 인가되고, 음극판(15)으로 축전된 전류는 양극집전체(10)의 돌출부(12)와 도전부(13)를 통해 캔(16)으로 인가된다.

그러나 이러한 종래의 음극집전체는, 돌출부가 와인딩된 음극판의 하단부 표면에 접촉되는 바, 전지의 충방전시 음극판 표면의 미세한 요철 등에 의해 저항이 발생되어 전류의 흐름을 방해받게 됨에 따라 접촉저항이 높아져 도전율이 떨어지는 문제점이 있다.

또한, 돌출부가 음극판의 외측 부분에서만 접촉되므로 접촉면적이 작아 저항이 커지기 때문에 국부과열의 원인이 되어 전지를 손상시키는 문제점이 있다.

본 고안은 이와같은 종래의 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 음극판과 음극집전체가 접촉되는 부분에서의 저항을 감소시켜 전류의 흐름을 원활하게 할 수 있는 음극집전체를 제공하는 것이 목적이다.

상술한 목적을 달성하기 위해서 본 고안은, 스파이럴 모양으로 와인딩되는 극판군의 음극판과 연결되고 캔의 내측 하단면에 용접되어 음극판과 캔을 전기적으로 연결시키는 원통형 2차 전지의 음극집전체에 있어서, 상기 음극집전체는 상기 음극판과 용접되는 상부 집전부와; 상기 상부 집전부에 교차되어 연결되고 상기 캔과 음극판 각각에 용접되는 하부 집전부로 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 음극집전체는, 가상의 두 축이 교차되는 형태의 평판으로서 일부분을 밴딩하여 상기 음극판과 접촉되는 접촉부를 형성하고, 평판의 다른 일부분에 상기 캔과 접촉되는 탭을 형성하는 것이 특징이다.

도 1은 본 고안에 따른 원통형 2차 전지의 음극집전체를 도시한 분리사시도

도 2는 본 고안에 따른 원통형 2차 전지의 다른 음극집전체를 도시한 전개도

도 3은 본 고안에 따라 절개하고 밴딩하여 완성된 다른 음극집전체를 도시한 사시도

도 4는 본 고안에 따른 음극집전체가 장착된 원통형 2차 전지의 내부를 도시한 단면도

도 5는 본 고안에 따른 다른 음극집전체가 장착된 원통형 2차 전지의 내부를 부분적으로 절개하여 도시한 단면도

도 6은 종래 원통형 2차 전지의 음극집전체를 도시한 사시도

도 7은 종래 음극집전체가 사용된 원통형 2차 전지의 내부를 부분적으로 절개하여 도시한 단면도

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

56;80-음극집전체 64-개구부

52-상부접촉부 62-하부접촉부

66;83-탭 81-접촉부

이하 본 고안에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

참고로 본 고안을 설명함에 있어, 종래 기술에서 인용된 도면과 동일한 본 고안의 구성에 대해서는 설명의 명료성을 위해 동일한 부호를 사용한다.

도 4에 도시한 바와 같은 원통형 2차 전지는 이하와 같은 제조과정을 거쳐 생산된다.

양·음극판(17)(15)에 페이스트상으로 된 활물질을 일정두께로 도포한 후 건조시키고 롤 프레싱하면, 소정의 두께를 갖는 양·음극판(17)(15)이 형성된다.

이러한 양·음극판(17)(15) 사이에 절연체인 세퍼레이터(19)를 위치하고 상호 밀착시켜 극판군(579)을 형성한다. 이 극판군(579)을 스파이럴 모양으로 와인딩한 후 일측이 개구된 원통형 모양의 캔(16)에 삽입한다.

이어서, 캔(16)의 내부에 전해액을 주입한 다음 캔(16)의 개구된 끝부분 내측면에 절연가스킷(22)을 위치하고, 이 절연가스킷(22)의 안쪽에 안전변(23)이 내장된 캡어셈블리(20)를 구비한 후 프레스 가공의 하나인 크림핑(crimping)하여 캔을 밀봉함으로써 원통형 2차 전지가 만들어진다.

이와같은 제조과정 중에서, 와인딩된 양극판(17)의 상면에 양극집전체(18)를 구비하여 양극판(17)에서 축적된 전류를 캡어셈블리(20)로 통전시킨다.

또한 와인딩된 음극판(15)의 하면에도 음극판(15)에서 축전된 전류를 캔(16)과 통전시키는 음극집전체가 구비되는 데, 도 1에는 본 고안의 특징에 따른 음극집전체를 나타내고 있다.

본 고안에 따른 음극집전체(56)는 상부집전부(50)와 하부집전부(60)로 구분되는 데, 상부집전부(50)는 직사각형의 평판으로써 긴 변의 길이가 와인딩된 음극판(15)의 맨 외측 직경과 대응된다. 이 평판에서 긴 변 부분의 양측 선단부분을 일정길이로 밴딩하여 채널 모양이 되도록 하고, 꺾여진 부분은 음극판의 하단면과 접촉되는 상부접촉부(52)가 된다.

또한, 상부집전부(50)와 동일한 크기의 평판인 하부집전부(60)도 긴 쪽 부분의 양측 선단부분을 일정길이로 밴딩하여 그 단면이 상부집전부(50)와 동일한 형상이 되도록 제작하고, 밴딩되어 꺾여진 부분 역시 음극판(15)과 접촉되는 한 쌍의 하부접촉부(62)가 된다.

그리고 이 하부접촉부(62)의 길이방향으로 중심부분에는 상부집전부(50)의 밴딩되고 난 나머지 부분의 폭과 동일한 폭의 개구부(64)가 각각 형성되어, 이 개구부(64)로 상부집전부(50)를 삽입하여 교차되게 함으로서 대략 열십자형 모양의 음극집전체가 되도록 한다.

한편, 하부집전부(60)의 밴딩되고 난 나머지 부분에서 대략 'ㄷ' 모양으로 재단하고 하부접촉부(62)가 밴딩된 방향과 대향되는 방향으로 밴딩하여 탭(66)을 형성한다.

이와같은 음극집전체(56)는 도 4에서 도시한 바와 같이 와인딩된 극판군(579)의 하단면에 장착되는 데, 극판군(579)을 캔(16)의 내부로 삽입하기 전에 상·하부접촉부(52)(62)를 극판군(579)의 하단면에 대면시킨 후 와인딩된 음극판(15)의 외측 선단부분과 상·하부접촉부(52)(62)의 끝부분이 접촉되는 부분을 용접(70)하고, 탭(66)은 캔(16)의 내측 하단면에 용접한다.

상술한 바와 같은 음극집전체를 사용한 원통형 2차 전지는, 충전시에 양극단자인 캡어셈블리(20)와 음극단자인 캔(16)을 통해서 전기에너지가 공급되고 양·음극판(17)(15)의 활물질은 낮은 에너지 상태에서 높은 에너지 상태로 변화한다. 즉, 양극에서는 전자를 외부로 방출하고, 음극에서는 전자를 받아 에너지를 저장하게 된다.

그리고 방전시에는 양·음극판의 활물질에 저장된 에너지가 외부로 방출되면서 일을 하게 된다.

이 때 본 고안에 따른 음극집전체(56)는 상·하부접촉부(52)(62)가 음극판(15)과 용접이 되어 있으므로 저항이 낮아지고 도전율이 증대되어 음극판(15)에 도포된 활물질을 더욱 활성화시킬 수 있다.

또한 와인딩된 음극판(15)의 외측에서부터 중심부분까지 음극집전체(56)가 접촉이 되므로 접촉면적이 증대함으로 저항이 감소하여 과열현상이 해소된다.

도 2에서는 본 고안의 특징에 따른 음극집전체의 다른 실시예를 전개하여 나타내고 있고 도 3에서는 완성된 상태의 음극집전체를 나타내고 있다.

이 고안에 따르면, 두 축이 교차되는 형상의 열십자 모양을 갖는 평판에서, 두 축 각각의 선단부가 교차되는 지점부터 내측으로 일정길이 절개하고 밴딩시켜 일정한 너비의 접촉부(81)를 형성하고, 열십자형의 중심부분에 대략 'ㄷ' 모양으로 전단가공하고 접촉부(81)가 밴딩된 방향과 반대되는 방향으로 밴딩시켜 탭(83)을 형성한다.

이렇게 본 고안에 따른 음극집전체(80)는 도 5에 도시한 바와 같이 와인딩된 극판군(579)의 하단면에 장착되는 데, 음극판(15)과 접촉부(81)가 접촉되는 부분 중에서 와인딩된 음극판(15)의 외측 선단부분과 접촉부(81)의 끝부분이 접촉되는 부분을 용접(70)하고, 탭(83)은 캔(16)의 내측 하단면에 용접한다.

이와같이 본 고안의 다른 음극집전체(80)도, 접촉부(81)가 음극판(16)과 용접(70)이 되어 있으므로 저항이 낮아지고 도전율이 증대되어 음극판에 도포된 활물질을 더욱 활성화시킬 수 있다.

또한 와인딩된 음극판(15)의 외측에서부터 중심부분까지 음극집전체(80)가 접촉면적이 증대되므로 저항이 감소하여 과열현상이 해소된다.

전술한 바와 같이 본 고안에 따른 원통형 2차 전지의 음극집전체들은, 음극판과 접촉되는 부분이 확대되고, 접촉부분의 일부가 음극판에 용접되므로 저항이 감소되고 도전율이 향상되어 전지의 성능향상과 파손을 방지할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

Claims

스파이럴 모양으로 와인딩되는 극판군의 음극판과 연결되고 캔의 내측 하단면에 용접되어 음극판과 캔을 전기적으로 연결시키는 원통형 2차 전지의 음극집전체에 있어서,

상기 음극집전체(56)는 상기 음극판(15)과 용접되는 상부 집전부(50)와;

상기 상부 집전부(50)에 교차되어 연결되고 상기 캔(16)과 음극판(15) 각각에 용접(70)되는 하부 집전부(60)로 구성되는 것을 특징으로 하는 원통형 2차 전지의 음극집전체.
제 1 항에 있어서, 상기 상부 집전부(50)는 와인딩된 음극판(15)의 외경에 대응되는 길이로 제작되어 음극판(15) 하단면의 선단부에서 대향되는 선단부에 걸쳐 접촉되는 것을 특징으로 하는 원통형 2차 전지의 음극집전체.
제 1 항에 있어서, 상기 하부 집전부(60)는 상기 상부 집전부(50)에 대응되는 길이로 제작되는 것을 특징으로 하는 원통형 2차 전지의 음극집전체.
제 1 항에 있어서, 상기 상·하부 집전부(50)(60)는 채널 모양으로 밴딩하여 상기 음극판(15)과 접촉하는 상·하부 접촉부(52)(62)가 형성되는 것을 특징으로 하는 원통형 2차 전지의 음극집전체,
제 1 항 또는 제 4 항에 있어서, 상기 하부 집전부(60)의 하부접촉부 중심부분에 개구부(64)를 형성하여 상기 상·하부 집전부(50)(60)가 교차될 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 원통형 2차 전지의 음극집전체.
제 1 항에 있어서, 상기 하부 집전부(60)의 일부분에 탭(66)을 형성하고, 상기 탭(66)을 캔(16)에 용접(70)하는 것이 특징인 원통형 2차 전지의 음극집전체.
스파이럴 모양으로 와인딩되는 극판군의 음극판과 연결되고 캔의 내측 하단면에 용접되어 음극판과 캔을 전기적으로 연결시키는 원통형 2차 전지의 음극집전체에 있어서,

상기 음극집전체(80)는, 가상의 두 축이 교차되는 형태의 평판으로서 일부분을 밴딩하여 상기 음극판(15)과 접촉되는 접촉부(81)를 형성하고, 평판의 다른 일부분에 상기 캔(16)과 접촉되는 탭(83)을 형성하는 것이 특징인 원통형 2차 전지의 음극집전체.
제 7 항에 있어서, 상기 접촉부(81)는 음극판(15)에 용접(70)되는 것을 특징으로 하는 원통형 2차 전지의 음극집전체.
제 7 항에 있어서, 상기 접촉부(81)는 두 축 각각의 선단부가 교차되는 지점부터 내측으로 일정길이 절개한 후 밴딩하여 얻어지는 것을 특징으로 하는 원통형 2차 전지의 음극집전체.
제 7 항에 있어서, 상기 탭(83)은 대략 'ㄷ'모양으로 가상의 두 축이 교차되는 지점에 형성되는 것을 특징으로 하는 원통형 2차 전지의 음극집전체.