KR19990068891A - 개량된 각형 이차전지 - Google Patents

Abstract

본 발명은 개량된 각형 이차전지에 관한 것으로 타원형의 전극과 케이스 사이의 공간에 관을 삽입하는 것을 특징으로 하는 각형전지에 관한 것이다.

이와 같이 관을 삽입하여 제작한 각형 이차전지는 기존의 관이 삽입되지 않은 각형전지에 비해 수명이 길어지고, 안전장치가 효과적으로 작동하여 안정성이 증가하였다.

Description

개량된 각형 이차전지

오늘날 전자 정보 통신 분야의 발전과 전자공학의 발전과 더불어 휴대용 전자 기기가 증가하고, 이들을 구동시키는 전원이 점차 중요해지고 있다. 특히 노트북 컴퓨터, 휴대폰, 캠코더 등은 3C라고 불리는 첨단 제품으로, 기존의 휴대 기기와는 달리 많은 전력을 필요로 한다. 이를 위하여 높은 에너지 밀도와 긴 수명을 갖는 2차 전지 개발이 본격화되고 있다. 그 중에서 특히 리튬이차전지에 큰 관심이 집중되고 있다. 현재 리튬이차전지는 활물질로서 양극의 경우 LiCoO₂, LiNiO₂, LiMn₂O₄등이 사용되고, 음극에는 주로 탄소계 재료가 사용된다.

일반적으로 전지 형태는 각형과 원통형으로 크게 나눌 수 있는데, 개발 초기에는 원통형 전지가 많이 생산되었으나, 전지를 사용하는 휴대용 기기가 작아짐에 따라 공간 활용을 위하여 각형전지의 사용이 늘고 있다.

그러나, 종래의 각형전지가 전극을 포개서 제작하는 것과는 달리 리튬이온전지의 경우는 전극을 타원으로 감아서 사각의 케이스에 넣기 때문에 빈 공간이 발생하고, 전해액을 삽입하였을 때 전극이 부풀어오르면서 전기적 접촉이 나빠지며, 충방전 동안 활물질이 집전체에서 떨어질 가능성으로 인하여 수명이 감소하는 등의 문제가 있다.

이에 본 발명은 타원형의 전극과 케이스 사이의 공간에 관을 삽입하여 전지를 제작함으로써 전해액 주입시 전기적 접촉이 나빠지는 것을 막아주고, 충방전시 활물질 탈락을 방지하며, 과충전 및 고온 노출시 가스 발생으로 인한 내압상승시 압력이 전달되는 통로를 제공하는 것을 그 과제로 한다.

도 1 은 본 발명에 따른 각형 이차전지의 단면도이다.

도 2 내지 4 는 본 발명에 따른 관의 또 다른 구현예를 나타낸다.

본 발명은 타원형의 전극과 케이스 사이의 공간에 관을 삽입하는 것을 특징으로 하는 각형전지에 관한 것이다.

이하, 본 발명을 도면을 참고로 하여 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 각형전지의 단면을 나타낸 것이다.

각형전지 케이스(1)와 전극(2)사이의 빈공간에 관(3)이 삽입되어 있다. 삽입된 관은 전극을 제작하는 공정에서 케이스에 전극을 삽입할 때 함께 삽입한다. 이와 같이 삽입된 플라스틱 관은 전해액을 주입할 때 활물질이 팽창되어 전극이 부풀어올라 집전체와의 전기적 접촉이 나빠지는 것을 막아주고, 충방전을 계속하는 동안에 발생할 수 있는 활물질의 탈락을 방지할 수 있다. 또한, 과충전의 경우나 고온에 노출되는 경우 가스가 발생할 때 가스가 지나갈 수 있는 통로를 제공하여 미리 설계된 안전장치가 효과적으로 작동할 수 있도록 도와준다.

상기 관은 도 2 내지 도 4에 나타낸 바와 같이 다양한 형태로 제작될 수 있 다. 또한, 그 재질은 폴리프로필렌처럼 녹는점이 150℃ 이상인 고분자를 사용하는 것이 바람직하고, 높은 압력과 전기전도성을 고려하는 경우 특히 금속으로 제작하는 것이 바람직하다.

이하, 본 발명을 실시예를 참고로 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

실시예

LiCoO₂88중량％, 흑연 도전재 7％, 폴리비닐리덴플루오라이드 5％를 NMP(N-메틸 피롤리디논)에 녹여 슬러리를 만들고, 제작한 슬러리를 알루미늄 박막에 코팅하고 건조시켜 롤 프레싱하여 양극을 제작하였다. 흑연계 활물질 90％와 10％의 폴리비닐리덴플루오라이드를 NMP에 녹여 슬러리를 만들고, 구리 박막에 코팅한 후, 건조시키고 롤 프레싱하여 음극을 제작하였다. 제작한 두 전극사이에 분리막을 넣고 타원형으로 감아 전극을 제조하였다. 제조한 전극을 각형 케이스에 넣을 때 도 1과 같은 형태로 관을 삽입하였다. 이어서, 전해액으로 LiPF₆1M/EC+DMC 주입하고 뚜껑을 덮어 전지를 완성하였다.

비교예

상기 실시예와 동일한 방법으로 전지를 제작하되 관을 삽입하지 않는다.

시험예

상기 실시예 및 비교예의 전지를 사용하여 초기용량 및 100회 충방전 사용후의 잔존량을 측정하고, 전해질이 증발할 수 있는 온도인 120℃ 에서 24시간 보관한 경우 안전장치의 작동여부를 비교하여 다음의 표 1에 나타내었다.

전지 용량 및 안전장치 작동여부 비교

	실시예	비교예
초기용량	750 mAh	750mAh
100회후 잔존용량	92%	85%
120℃에서 보관한 경우안전장치 작동여부	작동함	작동 안함

표 1 에 나타낸 바와 같이 초기용량은 관의 유무에 관계없이 동일하였으나, 100회 충방전을 실시한 후 남은 용량을 측정한 결과를 보면 관이 삽입된 실시예의 전지의 용량이 관이 삽입되지 않은 비교예의 전지보다 7% 정도 더 크므로 수명이 더 길어졌고, 특히 전해액이 증발할 수 있는 온도인 120℃에 24시간 보관한 경우 관이 있는 실시예의 전지는 증발한 전해액으로 내압이 상승되고 관을 통해 압력이 전달되어 안전장치가 작동되면서 감소되었으나, 비교예의 전지는 전극이 부풀어올라 케이스와 전극의 빈 공간을 막아 안전장치가 효과적으로 작동하지 못하였으며, 심한 경우 전지가 부풀어오르거나 터지는 일이 발생하였다.

본 발명에 따라 관을 삽입하여 제작한 각형전지는 기존의 관이 삽입되지 않은 각형전지에 비해 수명이 길어졌으며, 안전장치가 효과적으로 작동되어 안정성이 증가하였다.

Claims (1)

1. 타원형의 전극과 케이스 사이의 공간에 관을 삽입하는 것을 특징으로 하는 각형전지.