KR19990079767A - 이차전지용 전극 - Google Patents

Abstract

목적 : 인접된 전극과 반응되지 않는 부분의 불필요한 활물질을 제거하여 전지의 무게를 줄이고, 동일 용기에서 전체 활물질의 형성량을 늘일 수 있도록 하는데 적합한 이차전지용 전극을 제공하는 것이다.

구성 : 이를 위하여, 세퍼레이터(4)를 개재하여 안쪽에 권취된 정극(2)의 활물질이 도포된 면과 비접촉되는 바깥쪽의 부극(60)의 대향면에는 활물질이 도포되지 않은 베이스 플레이트(62)가 대향되게 설치되고, 상기 정극의 활물질이 도포된 면과 접촉되는 부극의 대향면에는 베이스 플레이트에 도포된 활물질(64)이 대향된 구성으로 이루어진다.

효과 : 상기한 부극은 인접된 정극의 활물질과 비접촉 및 비압착되는 영역에서 활물질을 제거함으로써, 그 제거된 양만큼 전지 전체의 무게를 줄일 수 있다. 또, 제거된 활물질 만큼 전극 롤의 직경이 축소되므로 전극의 전체 길이를 더 길게 형성할 수 있게 되는 것이며, 이에 따라 전체 활물질의 형성량이 증대되어 고용량의 전지를 실현할 수 있다.

Description

이차전지용 전극

본 발명은 정극과 부극의 사이에 세퍼레이터가 개재되어서 권취되는 이차전지용 전극에 관한 것으로서, 특히 인접된 전극과 반응되지 않는 부분의 불필요한 활물질을 제거하여, 전지의 무게를 줄이거나 또는 동일 용기에서 전체 활물질의 형성량을 증대시킬 수 있도록 한 이차전지용 전극 구조에 관한 것이다.

이차전지는 재형성이 가능하고 소형 및 대용량화가 가능한 것으로서, 대표적인 것으로 니켈수소(Ni-MH)전지와 리튬(Li) 및 리튬이온(Li-ion)전지가 주로 사용되고 있다.

지금까지 알려진 이차전지에서 리튬이온전지는 정극 활물질로 리튬-천이금속산화물이 사용되고, 부극활물질로 탄소 혹은 탄소복합체가 사용되며, 산소기, 질소기, 황산기 등을 포함한 한 개 이상의 유기 용매에 리튬염을 녹인 전해액이 사용된 것으로, 상기한 정극과 부극간에 리튬 이온이 이동되어 기전력을 발생시킴으로써 충·방전이 이루어지도록 한다.

이러한 리튬이온전지의 종래 공지된 구조가 도 3에 잘 나타나 있다.

도면에 표시된 바와 같이, 리튬이온전지는 정극(2)과 세퍼레이터(4) 및 부극(6)이 함께 권취된 전극 롤(8)이 상기 부극(6)과 접속된 캔(10)의 내부에 수납되고, 그 캔(10)의 상부에 상기 정극(2)과 접속된 캡 어셈블리(12)가 설치되어서, 상기 캔(10)에 전해액이 주입된 후 밀봉된 구조로 이루어진다. 여기서, 전극 롤(8)은 그 상면과 하면에 절연판(14)을 개재하여 캡 어셈블리(12) 및 캔(10)과의 접촉이 방지된다.

이와 같이 구성된 리튬이온전지에 있어서, 정극 및 부극과 같은 전극(電極)은 전지의 종류에 따라 다소 차이가 있지만, 도 4에 도시된 바와 같이 베이스 플레이트(16)의 양면에 활물질(18)을 포함하는 슬러리를 도포하고, 이것을 건조 및 롤 프레스한 다음, 소정의 크기로 절단하는 공정에 의해 제조된다.

이렇게 제조된 각각의 전극(2)(6)은 그 사이에 세퍼레이터(4)를 개재하여 롤 상으로 권취된 후 캔(10)의 내부로 삽입된다.

그러나 종래 기술에서 설명된 전극 특히, 바깥쪽에 권취된 부극(6)은 도 5에 자세하게 도시된 바와 같이, 롤상의 권취 구조상 그 길이 방향의 양측 단부에서 안쪽에 권취된 정극(2)과 접촉 및 압착되지 않는 영역(A)(B)이 생성되는 바, 이 영역은 대향되는 면에 정극(2)의 활물질이 없어 실제적으로 반응에 기여하지 못하는 불필요한 영역으로 존재하는 것이며, 전지의 무게만을 증가시키고 있는 문제점이 있다.

또한, 상기한 불필요한 영역(A)(B)은 정해진 크기의 캔(10) 내부 공간을 줄여, 결과적으로 각 전극의 활물질 형성량을 감소되게 하는 문제점도 있다.

따라서 본 발명은 종래 기술의 문제점을 해결하는 방안으로, 인접된 전극과의 비접촉 및 비압착부에서 활물질을 제거하여 전지의 경량화를 달성하고, 전체 전극의 활물질 형성량을 증대시킬 수 있도록 하는 이차전지용 전극을 제공함에 그 목적을 두고 있는 것이다.

상기 목적을 실현하기 위한 수단으로, 본 발명은 세퍼레이터를 개재하여 안쪽에 권취된 정극의 활물질이 도포된 면과 비접촉되는 바깥쪽의 부극의 대향면에 활물질이 도포되지 않은 베이스 플레이트가 대향되게 설치하고, 상기 정극의 활물질이 도포된 면과 접촉되는 부극의 대향면에는 베이스 플레이트에 도포된 활물질이 대향되게 함을 특징으로 한다.

본 발명의 목적물인 부극은 기재인 베이스 플레이트의 한쪽 면에 활물질 슬러리를 도포하고, 다음 공정에서 나머지 한쪽 면에 활물질 슬러리를 도포함에 의해 얻어지는 것이다.

이에 따라, 상기한 부극은 인접된 정극의 활물질과 비접촉 및 비압착되는 영역에서 활물질을 제거함으로써, 그 제거된 양만큼 전지 전체의 무게를 줄일 수 있는 것이다. 또, 상기 활물질이 제거된 만큼 전극 롤의 직경이 축소되므로 전극의 전체 길이를 더 길게 형성할 수 있게 되는 것이며, 이에 따라 전체 활물질의 형성량이 증대되어 고용량의 전지를 실현할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명에 의한 이차전지용 전극을 도시한 전개 단면도.

도 2는 본 발명에 의한 이차전지를 도시한 평단면도.

도 3은 종래 공지된 이차전지의 전체 구성을 보인 종단면도.

도 4는 종래 공지된 이차전지용 전극의 전개 단면도.

도 5는 도 3의 이차전지를 도시한 평단면도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

2-정극 4-세퍼레이터

60-부극 62-베이스 플레이트

64,66-활물질

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의거하여 보다 상세하게 설명한다.

참고로 본 발명을 설명함에 있어, 종래 기술에서 인용된 도면에서 참조된 부분과 동일한 구성에 대하여는 설명의 중복을 피하기 위해 동일 부호를 부여하기로 한다.

도 1은 본 발명에 관련된 이차전지용 전극 구조를 나타내고 있다. 본 발명에서는 이차전지의 일 예로서 리튬이온전지에 사용되는 부극에 관하여 설명한다.

도면에서 설명 부호 (60)은 리튬이온전지용 부극을 지칭한다. 부극(60)은 베이스 플레이트(62)의 양쪽 면에 탄소 혹은 탄소복합체로 된 활물질(64)(66)을 각각 형성한 구성으로 되어 있다.

이렇게 형성된 부극(60)은 도 2에 자세하게 도시된 바와 같이, 정극(2)과의 사이에 세퍼레이터(4)를 개재하여 롤 상으로 권취되는 것이며, 안쪽에는 정극(2)이 바깥쪽에는 부극(60)이 위치되도록 권취된 상태로 되어 있다.

상기와 같이 롤의 바깥쪽으로 권취된 부극(60)은 안쪽으로 권취된 정극(2)의 활물질이 형성된 부분과 비접촉 및 비압착되는 영역(A1)(B1)에서, 불필요한 활물질을 제거하고, 나머지 부분에만 활물질이 형성되도록 한 구성으로 되는 것이다.

예를 들어, 부극(60)의 내측 단부에 위치된 영역(A1)에서는 정극(2)의 활물질이 형성되지 않은 베이스 플레이트(2a)와 대향되는 면중에서, 바깥쪽 한면에만 활물질(66)을 형성한다.

여기서, 부극(60)의 한쪽 면에 활물질을 형성하는 이유는 전지의 과형성시 정극에서 발생된 리튬 이온이 부극으로 흡수되지 못할 경우, 베이스 플레이트(62)와 반응하여 석출되는 문제점을 해소하기 위한 것이다.

한편, 부극(60)의 외곽 바깥쪽 단부에 위치된 영역(B1)에서는 정극(2)의 활물질과 대향되어 접촉 및 압착되는 안쪽 한면에만 활물질(64)을 형성하고, 그 바깥쪽면에서는 활물질을 제거한 구성으로 되어 있다.

또 부극(60)의 최외곽 단부에 위치된 영역(B2)은 정극(2)과 비접촉 및 비압착되는 양쪽 면에서 모두 활물질이 없는 것으로 여기에는 탭이 부착되는 것이고, 반대로 내측 단부에는 양쪽면 모두에 활물질이 도포되지 않은 무지부(A2)가 형성되어 있다.

이와 같이 구성된 본 발명의 목적물인 부극은 기재인 베이스 플레이트(62)의 한쪽 면에 영역(A1)(A2)(B2)를 제외한 상태로 활물질(64) 슬러리를 도포하고, 다음 공정에서 나머지 한쪽 면에 영역(A2)(B1)(B2)를 제외한 상태로 활물질(66) 슬러리를 도포한 다음, 이것을 건조 및 롤 프레스하고, 소정의 크기로 절단하는 공정에 의해 제조될 수 있다.

베이스 플레이트(62)의 양쪽 면에 형성되는 활물질(64)(66)의 면적 분포가 각각 다르게 형성된 본 발명의 부극(60)은 인접된 정극(2)의 활물질과 실제적으로 반응이 일어나지 않는 불필요한 영역에서 활물질을 제거하고 베이스 플레이트(62)만 남게 한 것으로, 그 활물질의 제거된 양만큼 전지 전체의 무게를 감소하도록 한다.

또한, 상기 활물질이 제거된 만큼 전극 롤의 직경이 축소되도록 하여, 전극의 전체 길이가 더 길게 형성될 수 있도록 함으로써 전체 전극의 활물질 양을 증대할 수 있다.

그 결과로, 본 출원인은 일명 18650 사이즈의 전지를 실험하여 0.5∼6g의 무게 감소 효과를 얻을 수 있었으며, 전극 롤의 직경이 0.5㎜ 까지 축소되는 효과를 얻을 수 있었다.

한편, 상술한 본 발명에서는 부극(60)에 대해서만 설명하고 있지만, 이에 한정되는 것은 아니며 이차전기용 전극 롤의 바깥쪽에 권취되는 전극을 모두 포함할 수 있다.

따라서, 부극과 정극을 포함하는 전극은 세퍼레이터(4)를 개재하여 롤 상으로 권취되어 캔(10)의 내부로 삽입되는 것이고, 그 캔(10)의 개구에 가스켓을 개재하여 캡 어셈블리가 설치되며, 전해액이 주입된 후 밀봉됨에 의해 제품으로써 완성되어 진다.

이상에서 설명된 구성 및 작용을 통하여 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 의한 이차전지용 전극은 종래 기술의 문제점을 실질적으로 해소하고 있는 것이다.

즉, 본 발명은 전극 롤의 바깥쪽에 권취되는 전극에서 불필요한 활물질을 제거한 구성으로, 그 제거된 활물질의 양만큼 전지 전체의 무게를 축소할 있으며, 또 그 제거된 양만큼 전극 롤의 직경이 축소되므로 전극의 전체 길이를 더 길게 형성할 수 있게 되는 것이다.

따라서 본 발명에 의하면 전체 전극의 활물질 양이 증대될 수 있으며, 이에 따라 고용량의 전지를 실현하는 효과를 얻을 수 있다.

또한 본 발명에 의하면 전극 롤의 최외곽에 배치된 전극이 활물질이 도포되지 않은 베이스 플레이트 상태 그대로 노출됨으로써, 전지 내부에서 발생된 열의 방출 효과가 뛰어나며, 그에 따라 전지의 안정성을 향상시키는 효과도 아울러 얻을 수 있다.

한편, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 발명에 한정되지 아니하며, 특허 청구의 범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능할 것이다.

Claims (7)

1. 정극과 부극으로 구분된 전극과 그 사이에 개재된 세퍼레이터가 함께 권취되어 캔의 내부에 설치되고, 그 캔의 개구에 캡 어셈블리가 폐색된 구성으로 이루어지는 이차전지에 있어서, 세퍼레이터를 개재하여 안쪽과 바깥쪽에서 권취된 2개의 전극 중에서, 안쪽 전극의 활물질이 형성된 면과 비접촉 및 비압착되는 바깥쪽 전극의 대향면에는 활물질이 도포되지 않은 베이스 플레이트가 대향되게 설치된 구성임을 특징으로 하는 이차전지용 전극.
2. 제 1 항에 있어서, 안쪽 전극의 활물질이 형성된 면과 접촉 및 압착되는 바깥쪽 전극의 대향면에는 베이스 플레이트에 도포된 활물질이 대향되게 형성된 구성임을 특징으로 하는 이차전지용 전극.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 바깥쪽에 권취된 전극은 부극인 것을 특징으로 하는 이차전지용 전극.
4. 제 3 항에 있어서, 부극의 내측 단부에서 정극의 활물질이 형성된 면과 비접촉 및 비압착되는 영역은 베이스 플레이트의 바깥쪽면에만 활물질이 형성된 구성임을 특징으로 하는 이차전지용 전극.
5. 제 3 항에 있어서, 부극의 외곽부에서 정극의 활물질이 형성된 면과 비접촉 및 비압착되는 영역은 활물질이 형성되지 않은 베이스 플레이트만 설치된 구성임을 특징으로 하는 이차전지용 전극.
6. 제 5 항에 있어서, 부극의 외곽부에서 정극의 활물질이 형성된 면과 접촉 및 압착되는 영역은 베이스 플레이트의 안쪽면에만 활물질이 형성된 구성임을 특징으로 하는 이차전지용 전극.
7. 제 5 항에 있어서, 부극의 외곽부에서 정극과 비접촉 및 비압착되는 영역은 베이스 플레이트만 설치된 구성임을 특징으로 하는 이차전지용 전극.