KR20000005154U - 이차전지의 전극 - Google Patents

Abstract

목적 : 정극과 부극의 사이에 세퍼레이터가 개재되어서 나선형으로 권취되는 이차전지의 전극에 관한 것으로서, 특히 베이스 플레이트에 도포되는 활물질의 탈락과, 그로 인한 전지의 수명 열화를 방지하고자 한다.

구성 : 이를 위하여 본 고안은 세퍼레이터(4)를 개재하여 안쪽과 바깥쪽에서 권취된 2개의 전극 중에서 안쪽으로 권취되는 정극(20)을 형성함에 있어, 그 정극의 최내측 단부에서 베이스 플레이트(22)의 양쪽면에 도포되는 활물질(24)의 권취 시점이 상호 다르게 되도록 형성한 구성으로 이루어진다. 특히 상기한 전극은 베이스 플레이트의 바깥쪽에 형성되는 활물질층(24a) 보다 안쪽의 활물질층(24a)을 짧게 형성한다.

효과 : 이에 따라 상기한 전극은 활물질의 단차 형성에 의해 권취 시작점에서 극판의 두께 변화가 단계적으로 완만하게 이루어지고, 극판의 꺽임이나 크랙의 발생이 생기지 않게 되는 것이며, 활물질의 탈락이 방지되고 전지의 수명이 향상되는 효과를 얻을 수 있다.

Description

이차전지의 전극

본 고안은 정극과 부극의 사이에 세퍼레이터를 개재하여서 권취되는 이차전지의 전극에 관한 것으로서, 특히 베이스 플레이트에 도포된 활물질의 탈락과, 그에 의한 전지의 수명 열화를 방지하는데 적합하게 이용될 수 있는 이차전지의 전극 구조에 관한 것이다.

이차전지는 재충전이 가능한 것이며, 대표적으로 니켈수소(Ni-MH)전지와 리튬(Li) 및 리튬이온(Li-ion)전지가 주로 사용되고 있다.

여기서 리튬이온전지는 정극 활물질로 리튬-천이금속산화물이 사용되고, 부극활물질로 탄소 혹은 탄소복합체가 사용되며, 산소기, 질소기, 황산기 등을 포함하는 한 개 이상의 유기 용매에 리튬염을 녹인 액체 전해질이 사용되어서, 정극과 부극간에 리튬 이온이 이동될 때 기전력을 발생시킴으로써 충·방전이 이루어지도록 하는 것이다.

이러한 리튬이온전지의 종래 공지된 구조가 도 3에 잘 나타나 있다.

도면에서와 같이 리튬이온전지는 정극(2)과 세퍼레이터(4) 및 부극(6)이 함께 권취된 전극부를 상기 부극과 접속된 캔(8)의 내부에 수납하고, 그 캔(4)의 상부에 상기 정극과 접속된 캡 어셈블리(도시생략)를 설치하는 것이며, 상기 캔(4)의 내부에 액체 전해질을 주입한 후 밀봉하는 구조로 이루어진다.

여기서 정극 및 부극과 같은 전극(電極)은 전지의 종류에 따라 다소 차이가 있지만, 도 4에 도시한 바와 같이 베이스 플레이트(10)의 양면에 활물질(12)을 도포하고 이를 건조 및 롤 프레스한 다음, 소정의 크기로 절단하는 공정에 의해 제조된다. 이렇게 제조된 2개의 전극(2)(6)은 사이에 세퍼레이터(4)를 개재하여 롤 상으로 권취되는 것이며, 그 후 캔(8)의 내부로 조립되어 진다.

그러나 종래 기술에 의한 전극은 롤상의 권취 구조상 권취 시작점인 최내측 단부에서 전극 특히, 안쪽에서 권취되는 정극(2)의 급격한 휘어짐으로 인해, 전극의 꺽임이나 크랙이 발생되는 문제점이 있으며, 그로 인하여 활물질의 탈락, 전지의 열화 및 수명이 단축되는 문제점을 초래하게 된다.

앞서 설명된 종래 기술의 문제점을 해소하기 위한 것으로서, 본 고안은 롤상으로 권취되는 전극의 최내측 단부에서 극판의 두께를 조정하는 방안으로, 전극의 꺽임이나 크랙이 방지되도록 한 것이며, 궁극적으로 활물질의 탈락이 방지되고 전지의 수명이 향상되도록 한 이차전지의 전극을 제공함에 그 목적을 두고 있다.

이를 위하여 본 고안은 세퍼레이터를 개재하여 안쪽과 바깥쪽에서 권취된 2개의 전극 중에서 안쪽으로 권취되는 전극을 형성함에 있어, 그 전극의 최내측 단부에서 베이스 플레이트의 양쪽면에 도포되는 활물질의 권취 시점이 상호 다르게 되도록 형성한 구성으로 이루어진다.

특히 상기한 전극은 베이스 플레이트의 바깥쪽에 형성되는 활물질층 보다 안쪽의 활물질층을 짧게 형성하는 것이 좋다.

이에 따라 본 고안의 전극은 활물질의 단차 형성에 의해 권취 시작점에서 극판의 두께 변화가 단계적으로 완만하게 이루어지므로, 극판의 꺽임이나 크랙의 발생이 생기지 않게 된다.

도 1은 본 고안에 의한 이차전지의 전극을 보인 평단면도.

도 2는 본 고안을 실현하기 위한 전극의 권취 상태를 보인 전개도.

도 3은 종래 공지된 이차전지의 전극을 보인 평단면도.

도 4는 종래 공지된 전극의 전개도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

4-세퍼레이터 6-부극

20-정극 22-베이스 플레이트

24-활물질

이하, 본 고안의 바람직한 실시예를 첨부 도면에 의거하여 보다 상세하게 설명한다. 참고로 종래 기술에서 인용된 도면과 동일한 본 고안의 구성에 대하여는 설명의 중복을 피하기 위해 동일 부호를 사용하기로 한다.

도 1은 본 고안에 의한 이차전지의 전극 구조를 도시한 것으로서, 이차전지의 일 예로서 리튬이온전지에 사용되는 정극(20) 및 부극(6)에 관하여 자세하게 보여주고 있다.

도면에서와 같이 정극(20)과 부극(6)은 양전극의 사이에 세퍼레이터(4)를 개재하여 롤 상으로 권취되는 것이며, 세퍼레이터(4)를 기준으로 하여 안쪽에는 정극(20)이 바깥쪽에는 부극(6)이 위치된다.

여기서 정극(20)과 부극(6)은 도 2와 같이, 베이스 플레이트(22)(62)의 양쪽 면에 리튬 금속산화물, 및 탄소 혹은 탄소복합체로 된 활물질(24)(64)을 각각 형성하여 이루어진다.

본 고안의 전극 특히, 롤의 안쪽으로 권취되는 정극(20)은 권취 시작점에서의 급격한 두께 변화를 방지하기 위해, 그 정극(20)의 최내측 단부에서 베이스 플레이트(22)의 양쪽면에 도포되는 활물질(24)이 상호 다른 길이를 갖도록 형성하고 있다.

특히 정극(20)의 활물질(24)은 권취시 베이스 플레이트(22)의 바깥쪽에 형성되는 활물질층(24a) 보다 안쪽의 활물질층(24b)을 짧게 형성하여 상호 단차를 갖도록 한 것이다. 이때 활물질층(24a)(24b)의 단차 간격 L은 2~13㎜가 바람직하며, 2㎜ 미만일 경우에는 본 고안의 효과가 미미하고, 13㎜를 초과할 경우에는 전지의 용량에 나쁜 영향을 미치게 되는 문제점이 있다.

이렇게 형성된 본 고안의 정극(20)은 부극(6)과의 사이에 세퍼레이터(4)를 개재하고 맨드렐을 이용하여 권취할 때, 활물질층(24a)(24b)의 단차에 의해 권취 시작점에서의 두께 변화가 단계적으로 완만하게 이루어지게 되므로, 극판의 꺽임이나 크랙 발생이 방지되는 것이다.

한편, 본 고안의 목적물인 정극(20)은 권취시 시작점에서의 두께 변화를 더욱 완만하게 하기 위해, 부극(6)과의 사이에 단차를 갖도록 짧게 형성할 수도 있다.

이와 같이 형성된 본 고안의 정극(20)은 부극(6)과의 사이에 세퍼레이터(4)를 개재하여 롤 상으로 권취된 후 캔의 내부로 삽입되고, 캔의 개구에 가스켓을 개재하여 캡 어셈블리가 설치되는 것이며, 액체 전해질을 주입한 후 밀봉함으로써 제품으로서 완성된다.

이상에서 설명된 구성 및 작용을 통하여 알 수 있듯이, 본 고안에 의한 이차전지의 전극은 종래 기술의 문제점을 실질적으로 해소하고 있다.

즉, 본 고안은 전극 특히 안쪽에서 권취되는 정극의 활물질을 단차를 갖도록 형성함으로써, 권취시 전극의 두께 변화가 단계적으로 이루어지도록 한 것이며, 그로 인하여 전극의 크랙 및 꺽임을 방지할 수 있다.

따라서 본 고안에 의하면 활물질의 탈락이 방지되고 수명이 향상되는 것이며, 궁극적으로 제품에 대한 신뢰성이 향상되는 효과를 얻을 수 있다.

Claims (4)

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 권취되는 2개의 전극 중에서 안쪽으로 권취되는 전극의 최내측 단부는 베이스 플레이트의 양쪽면에 도포되는 활물질의 길이가 단차를 갖도록 상호 다르게 형성된 것임을 특징으로 하는 이차전지의 전극.
2. 제 1 항에 있어서, 안쪽에 권취되는 전극은 정극인 것을 특징으로 하는 이차전지의 전극.
3. 제 1 항에 있어서, 활물질은 베이스 플레이트의 바깥쪽에 형성되는 층 보다 안쪽에 형성되는 층이 더 짧게 형성된 것임을 특징으로 하는 이차전지의 전극.
4. 제 3 항에 있어서, 활물질의 안쪽과 바깥쪽 층의 상호 길이 차이는 2~13㎜인 것임을 특징으로 하는 이차전지의 전극.