KR19990068890A - 리튬이온이차전지의 하부절연체 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 리튬이온이차전지의 하부절연체에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 기존의 하부절연체와 동일한 모양의 바닥으로 이루어지되 중앙에 원통형의 튜브를 갖는 리튬이온이차전지의 하부절연체에 관한 것이다.
본 발명에 따른 하부 절연체를 사용하여 제작한 리튬이온 이차전지는 하부절연체의 튜브를 젤리롤에 끼워넣음으로써 젤리롤의 중앙에 있는 태극무늬를 효과적으로 제거하고, 양극전극과 음극인 캔이 접촉하여 발생하는 단락을 하부절연체를 사용하여 방지할 수 있다. 또한, Ni-탭 용접시 용접봉이 젤리롤의 중앙부에 있는 태극무늬에 의해서 걸리는 불량을 제거할 수 있다. 따라서, 간단하면서 제작비용을 높이지 않고, 제작을 용이하게 하며 전지의 불량을 효과적으로 줄일 수 있다.
Description
본 발명은 리튬이온이차전지의 하부절연체에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 기존의 하부절연체와 동일한 모양의 바닥으로 이루어지되 중앙에 원통형의 튜브를 갖는 리튬이온이차전지의 하부절연체에 관한 것이다.
오늘날 전자산업 기기의 발달로 전지는 휴대용 전원으로 매우 중요하게 되었다. 특히, 2차전지는 수백 회를 반복 사용할 수 있기 때문에 휴대용 전자기기의 개발과 응용의 밑거름이 되었다. 그러나 고용량화와 소형화가 필요한 전지는 전자기기의 소형화 목표달성에 가장 큰 장애가 되고 있다. 현재 2차 전지로 각광을 받고 있는 전지는 Ni-Cd, Ni-MH, 리튬이온전지 등이 있는데, 이중에서 특히 리튬이차전지는 작동전압이 3.7V이상이고 용량도 Ni-Cd, Ni-MH 에 비해서 2배 이상 크다. 따라서 작동전압이 높기 때문에 직렬로 연결해서 사용하면 전지의 사용수를 크게 줄일 수 있고, 전지의 수명도 길기 때문에 일반 소비자가 선호한다.
그러나 기존의 전지가 수용액을 기본으로 하는 전해액을 사용하는 반면, 리튬이온전지는 리튬과 수분의 반응때문에 수용액으로 구성된 전해액은 사용할 수 없고 반드시 유기전해액을 사용해야 한다.
따라서 카보네이트 계통의 전해액에 리튬염을 용해시켜 전해액을 만들고 전해액의 성능향상을 위해 에테르등을 혼합하여 사용한다. 일반적으로 리튬이온이차전지에 사용하는 전해액으로는 프로필렌 카보네이트, 에틸렌 카보네이트, 디에틸 카보네이트, 디메틸 카보네이트등이 있다. 유기용매를 사용하기 때문에 기존의 전지에 비해서 전지의 이상 등으로 발화나 폭발의 가능성이 높다. 따라서 전지의 제조공정에 매우 세심한 주의가 필요하다.
리튬이온이차전지의 제조는 양/음전극을 준비하고, 분리막을 두 전극사이에 삽입하고 와인딩(winding)기계로 젤리롤(jelly roll)을 만드는 것으로 이루어진다. 젤리롤은 양극, 분리막, 음극, 분리막을 차례대로 롤케이크처럼 감겨진 형태를 의미한다. 젤리롤은 하부에 폴리프로필렌으로 만든 얇은 원판모양의 절연체를 넣고, 강철 캔에 삽입하여 Ni-탭을 저부에 스팟용접(spot welding)한다. 용접된 캔은 비딩(beading), 전해액 주입, 캡 크림핑(cap crimping)의 공정을 거쳐서 완성시킨다.
젤리롤은 감기 시작할 때 분리막을 잡아주는 핀에 의해서 중앙부에 태극무늬처럼 가운데가 분리된 막(이하 태극무늬)이 형성된다. 기존의 와인딩 기계는 대부분 태극무늬 부분을 없애주는 장치가 없어서 젤리롤이 완성된 후에 후공정을 통해서 반드시 제거하여야 한다. 태극무늬는 캔의 저부에 음극단자인 Ni-탭을 용접하기 위해서 제거하거나 한쪽으로 밀어서 없애주어야 한다. 태극무늬를 없애지 않을 경우 저부용접용 용접봉이 삽입될 때 용접봉이 분리막에 걸리거나 분리막이 찢어질 수 있으며, 이로 인해서 저부용접 불량이 자주 발생한다.
하부 절연체는 폴리프로필렌으로 만들고, 두께는 0.3 내지 0.5㎜ 이며, 음극인 캔과 젤리롤의 양극 사이의 절연과 전지의 충방전이 진행되는 동안 리튬이 캔의 저부에 석출되어 양극과 음극사이의 단락이 발생하는 것을 방지한다. 충방전이 진행되는 동안 전해액의 휘발등으로 인해 리튬염이 형성될 수 있는데, 리튬염은 대부분 음극전극의 가장자리(edge)부분에 형성된다.
또한, 음극단자인 Ni-탭을 강철캔의 저부에 용접하는 경우 용접부분의 과열로 전극이 손상될 염려가 있고, 용접부의 열로 인해 분리막이 용해되거나 미세구멍(micropore)이 막혀 전지 성능이 저하될 수 있다.
이에 본 발명은 하부절연체의 모양을 개선하여 중앙에 튜브를 갖도록 하려 하부절연체와 캔과의 단락을 방지하고 충방전 진행동안 형성될 수 있는 리튬염이나 리튬에 의한 단락을 방지하며, 전지불량을 감소시키는 것을 그 과제로 한다.
도 1 은 본 발명에 따른 하부절연체의 평면도와 정면도이다.
도 2 는 기존의 상,하부 절연체를 나타낸다.
도 3 은 본 발명의 하부절연체가 삽입된 리튬이온이차전지의 단면도이다.
1 ---- 튜브가 부착된 하부절연체 2 ---- 분리막
3 ---- 캡 4 ---- Al-탭
5 ---- 상부절연체 6 ---- 양극
7 ---- 음극 8 ---- 캔
본 발명은 리튬이온 전지에 있어서, 기존의 하부절연체와 동일한 모양의 바닥으로 이루어지되 중앙에 원통형의 튜브를 갖는 리튬이온이차전지의 하부절연체에 관한 것이다.
본 발명을 도면을 참고로 설명하면 다음과 같다.
도 1 에 나타낸 바와 같이 본 발명에 따른 하부절연체는 기존의 하부절연체와 동일한 모양의 바닥을 갖고 있으며 중앙에 원통형의 튜브를 가지고 있다. 상기 하부절연체의 두께는 바람직하게 0.1 내지 1 mm 이고, 더욱 바람직하게 0.3 내지 0.5 ㎜ 이다.
중앙의 원통형 튜브는 공간이 제한되어 있어 얇을수록 바람직하다. 튜브의 외경은 젤리롤이 허용할 수 있는 내경에 맞추어 정할 수 있는데, 예를들면 18650 전지의 경우 젤리롤의 내경이 약 ψ 4㎜ 이고, 하부용접용 전극봉의 외경이 약 ψ 2㎜ 이므로 튜브의 외경은 ψ 2 내지 4㎜ 가 적합하다. 또한, 튜브의 길이도 사용되는 전지에 따라 달라지는데 젤리롤의 크기에 맞춰 사용하는 것이 바람직하며 특히, 18650 전지의 경우 20 내지 55㎜ 의 길이를 갖는 것이 바람직하다.
하부절연체의 재료로는 폴리프로필렌 소재를 사용하는데, 전지 제조기에 부착된 센서에서 절연체의 삽입여부를 판별하기 위해 색깔이 있는 폴리프로필렌 절연체를 사용하고, 그 색상은 사용하는 회사마다 다르다.
전지는 양극,분리막,음극 및 분리막을 감아서 만든 젤리롤에 본 발명의 하부절연체를 끼워넣고, Ni-탭을 밑으로 빼내어 캔의 바닥에 용접하여 조립할 수 있다. 이와 같이 제작한 리튬이온이차전지를 도 3에 나타내었다.
본 발명에 따른 하부절연체의 중앙부에 있는 튜브(1)는 젤리롤에 끼워넣음으로써 감기공정에서 발생한 태극무늬를 제거하여 용접봉이 쉽게 이동할 수 있는 통로를 제공하고, 따라서 용접봉 삽입시 용접봉이 걸리거나 분리막(2)이 찢어지고 또는 분리막(2)의 끝부분이 접혀 캔과 Ni-탭 사이에서 용접불량이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 용접시 발생하는 과열로 인한 전극과 분리막의 손상도 줄일 수 있다.
상기 하부절연체의 모양은 전지의 모양에 따라 다양하게 변화시킬 수 있다.
본 발명을 실시예로 설명하면 다음과 같다.
실시예
도 3 에 나타낸 바와 같이 본 발명에 따른 하부절연판을 삽입하여 리튬이온 이차전지를 제작하였다. 전지 조립시 Ni-탭을 용접하는 과정에서의 불량률을 기존의 하부절연판을 사용하여 리튬이온 이차전지를 조립하는 경우(비교예)와 비교하여 다음의 표 1에 나타내었다.
| 실시예 | 비교예 | |
| 제작전지수 | 10 | 10 |
| 불량수 | 0 | 3 |
상기 표에 나타낸 바와 같이 본 발명에 따른 중앙에 튜브가 있는 하부절연판을 사용하여 전지를 조립할 경우 기존의 하부절연판을 사용한 전지와 비교할 때 전극봉의 원활한 삽입으로 Ni-탭 용접시 불량이 거의 발생하지 않음을 알 수 있다.
본 발명에 따른 하부 절연체를 사용하여 제작한 리튬이온 이차전지는 하부절연체의 튜브에 의해 젤리롤의 중앙에 있는 태극무늬가 한쪽으로 모이게 되고, 그 결과 원통형의 통로가 형성되어 효과적으로 태극무늬가 제거될 수 있다. 또한, 태극무늬가 제거되면 Ni-탭 용접용 용접봉이 원활히 캔의 저부에 이동가능하게 되어 용접시 용접봉이 젤리롤의 중앙부에 있는 태극무늬에 의해 걸리는 불량을 감소시킬 수 있고, Ni-탭 용접시 발생하는 열에 의해서 전극과 분리막이 손상되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 간단하면서 제작비용을 높이지 않고 성능이 향상된 리튬이온 이차전지를 제작할 수 있다.
Claims (2)
- 리튬이온전지의 하부절연판에 있어서, 기존의 하부절연체와 동일한 모양의 바닥으로 이루어지되 중앙에 원통형의 튜브를 갖는 리튬이온이차전지의 하부절연체.
- 제 1항에 있어서, 히부절연체의 원통형 튜브의 직경 및 길이가 전지의 직경 및 길이에 맞게 조절하여 제작가능한 것을 특징으로 하는 리튬이온이차전지의 하부절연체.
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1998
- 1998-02-02 KR KR1019980002791A patent/KR19990068890A/ko not_active Application Discontinuation
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