KR20000014999A - 원통형 이차전지 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 양극, 음극, 세퍼레이터가 감겨진 전극 조립체와, 상기 양극과 음극으로부터 각각 인출되며 일측에 소정 폭의 요부와 철부가 형성되어 있고, 상기 양극과 음극의 각 가장자리를 따라서 부착되도록 형성된 탭을 구비하는 원통형 이차 전지에 관한 것이다.

Description

원통형 이차 전지
본 발명은 이차 전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 양극과 음극에 형성된 탭의 장착 구조가 개선된 원통형 이차 전지에 관한 것이다.
통상적으로 이차 전지(secondary battery)는 충방전이 가능한 전지로서, 휴대폰, 노트북 컴퓨터, 컴퓨터 캠코더등 첨단 전자 기기 분야에서 널리 사용되고 있다. 최근 들어서는, 대기 오염등의 환경 문제 해결을 위한 전기 자동차의 실용화가 크게 기대되고 있는데, 그 전원으로서 고성능의 이차 전지의 개발이 진행중이다.
특히, 리튬 이차 전지는 전자 장비 전원으로서 많이 사용되고 있는 니켈-카드늄(Ni-Cd) 전지나 니켈-수소(Ni-Mh) 전지보다 작동 전압이 3배에 해당되고, 단위 중량당 에너지 밀도가 우수하다는 점에서 각광받고 있다.
이차 전지는 여러 가지 형상으로 제조가능한데, 대표적인 형상으로는 리튬-이온 전지에 주로 사용되는 원통형 및 각형을 들 수 있다.
이와 같은, 이차 전지가 전기 자동차용 전지로 사용할 때에는 전원 전압으로 200 내지 300V가 필요하게되므로, 대형 단위 전지를 200셀 정도 직렬로 접속할 필요가 있다. 이 경우 충전시에는 소형전지보다 전지 내부의 온도가 더 상승한다. 따라서, 소형 전지 이상으로 고온 분위기하에서 양극의 충전 효율을 향상시킬 필요가 있다.
그리고, 소형 전지는 양극이나 음극의 단부나 중간 부위에 도전성의 탭을 용접하여 양극, 음극 단자와 두 전극을 상호 통전시켜 전류가 흐르게 하는 반면에, 전기 자동차용으로 사용되는 대형 전지는 대형화에 따른 전극 저항의 증대로 고율 방전시의 전지 전압의 저하가 염려된다. 따라서, 대형 전극의 임피던스의 저감과, 리드, 극주(pole), 커넥터의 저항치의 저감도 중요한 기술적 과제가 된다.
특히, 대형 전지에서는 양극이나 음극의 집전체(collector)의 양면에 형성되는 활물질의 도포량이 많아야 하고, 집전체의 크기도 커야하는데 상기 언급한 전기 저항의 증대로 활물질 이용률을 저하시키는 요인이 된다. 따라서, 대형 전지를 제조시에는 전기 저항을 최소화하면서 양 전극에 흐르는 전류의 효율을 최대화시키고, 또한, 활물질의 이용을 극대화시킬 수 있도록 집전체의 많은 면적이 직접 전류가 통전되어야 한다.
본 발명은 상기 언급한 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 양극과 음극의 소정부에 탭을 부착시켜 활물질의 이용을 극대화하여 전류의 효율을 향상시킬 수 있는 원통형 이차 전지를 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지를 도시한 단면도,
도 2는 도 1의 전극 조립체를 도시한 사시도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 간단한 설명>
10. 전지 11. 케이스
12. 양극 12a. 양극 탭
12b,13b. 활물질층 12c.13c. 집전체
13a. 음극 탭 14. 세퍼레이터
15. 맨드렐 16. 극주
16a. 암나사부 16b. 수나사부
17. 세라믹 와셔 18. 세라믹 패치
19. 캡 20. 전해액 주입포트
21. 안전변 110. 탭 장착부
120. 요부 130. 철부
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 원통형 이차 전지는,
양극, 음극, 세퍼레이터가 감겨진 전극 조립체와, 상기 양극과 음극으로부터 각각 인출되는 탭을 구비하는 원통형 이차 전지에 있어서,
상기 탭은 일측에 소정 폭의 요부와 철부가 형성되어 있고, 상기 양극과 음극의 각 가장자리를 따라서 부착되도록 형성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 탭은 상호 전기적 단락을 방지하기 위하여 양극과 음극의 상호 반대되는 변을 따라서 각각 용접되는 것을 특징으로 한다.
나아가, 상기 탭은 요부와 철부의 간격이 상호 다르게 형성되는 것을 특징으로 한다.
이하에서, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 일 실시예에 따른 원통형 이차 전지를 상세히 설명하고자 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 원통형 이차 전지(10)를 도시한 것이다.
도면을 참조하면, 상기 전지(10)는 원통형으로 된 케이스(11)가 마련된다.상기 케이스(11) 내부에는 전극 조립체인 양극(12), 음극(13), 세퍼레이터(14)가 설치된다. 즉, 소정 폭과 길이를 갖는 직사각형의 박편으로 된 양극(12)과 음극(13)이 맨드렐(15)을 중심으로 감겨진다. 상기 양극(12)과 음극(13) 사이에는 두 극판(12)(13)을 격리시키기 위하여 세퍼레이터(14)가 개재되어 있다.
상기 두 전극(12)(13)의 단부에는 양극 탭(12a)과 음극 탭(도 2, 13a)이 상호 다른 측면으로 인출된다. 그리고, 전극 조립체 상하부에는 상기 양극 탭(12a)과 음극 탭(13a)에 연결되는 주상의 전기 도체인 극주(pole,16)가 설치된다.
그리고, 상기 극주(16) 상에는 세라믹 와셔(17)와 세라믹 패치(18)를 절연체로 하여 상기 케이스(11)의 내주면 가장자리를 따라서 그 외주면이 용접되는 캡(19)이 설치된다.
그리고, 상기 캡(19)에는 복수개의 관통공이 형성되어 있는데, 한 개의 관통공에는 전해액을 주입하기 위한 전해액 주입포트(20)가 설치되고, 또 다른 한 개의 관통공에는 상기 전지(10)로부터 발생되는 내부의 가스를 배출할 수 있도록 릴리즈형 안전변(safety vent,21)이 장착된다.
한편, 상기 극주(16)의 중앙부에는 소정 길이를 가지는 암나사부(16a)가 형성되어 있고, 상기 암나사부(16a)에는 보울트(22)가 체결되어 외부의 버스 바아(bus bar)나 전도성 라인이 상기 캡(19)의 상면으로 돌출하는 상기 극주(16)와 보울트(22)의 헤더부 사이에 위치가능하다. 또한, 상기 극주(16)의 외주면에는 수나사부(16b)가 형성되어 있는데, 상기 수나사부(16b)에는 너트(23)가 체결된다.
여기서, 본 발명의 특징에 따르면, 상기 양극 탭(12a)과 음극 탭(13a)은 별도의 공정으로 제조되어 양극(12)과 음극(13)에 형성된다.
이를 더욱 상세히 설명하기 위하여 도 2에 도시된 도면을 참고로 하여 설명하고자 한다. 도 2는 도 1의 전극 조립체를 도시한 것이다.
전극 조립체에 있어서, 상기 양극(12)은 양극 활물질용 분말에 바인더 및 도전성 첨가제등을 혼합하여 슬러리(slurry) 형태의 활물질층(12b)을 만든 다음, 집전체(12c)로 사용되는 도전판, 예컨대 알루미늄 포일(foil) 상에 소정 두께로 균일하게 코팅하여 제조한다.
또한, 상기 음극판(13)은 음극 활물질용 분말에 바인더 및 첨가제등을 혼합하여 양극판(12)처럼 슬러리 형태의 활물질층(13b)을 제조하여 구리 포일과 같은 집전체(13c)상에 코팅한다.
이때, 상기 집전체(12c)(13c)의 길이 방향의 양 가장자리를 따라서는 소정 폭을 가지는 탭 장착부(110)가 형성되어 있으며, 상기 탭 장착부(110)에는 상기 양극(12)과 음극(13)용 활물질층(12b)(13b)이 도포되어 있지 않다. 대신에, 양극 탭(12a)과 음극 탭(13a)이 각각 전극(12)(13) 별로 부착된다.
즉, 상기 양 탭(12a)(13a)은 스트라이프형으로 된 금속재의 박편을 마련하고, 일측의 가장자리를 따라서 요부(120)와 철부(130)를 형성한다. 이때, 상기 요부(120)(130)는 그 간격을 소망하는 크기로 변화시켜 제조할 수 있다. 또한, 상기 양 탭(12a)(13a)은 상기 전극(12)(13)에 단속적으로 부착가능하도록 복수개로 제조하는 것도 가능하다.
이렇게 탭(12a)(13a)이 제조되면, 상기 탭(12a)(13a)은 두 전극(12)(13)의 가장자리를 따라서 탭 장착부(110)에 부착하게 된다. 이때, 상기 탭 장착부(110)는 종래와 달리 상기 활물질층(12b)(13b)이 도포되는 집전체(12c)(13c)의 도포 범위를 넓게 하기 위한 목적으로 그 폭이 좁게 형성되어 있지만, 상기 탭(12a)(13a)이 탭 장착부(110)에 용접하여 부착되는 방식을 택하므로 임의적으로 그 폭을 조절할 수 있다. 이에 따라, 동일한 면적에서도 종래보다 활물질층의 도포 면적을 크게 할 수 있다.
또한, 상기 양극 탭(12a)과 음극 탭(13a)은 두 전극(12)(13)간의 단락을 방지하기 위하여 상호 반대되는 집전체(12c)(13c)의 가장자리를 따라서 부착된다. 한편, 상기 탭(12a)(13a)으로 사용가능한 소재로는 도전성 금속판, 예컨대 니켈, 구리, 알루미늄중에서 선택된 하나를 사용하는 것이 바람직하다.
상기와 같이 완성된 탭(12a)(13a)이 부착된 양극(12)과 음극(13)은 세퍼레이터(14)를 사이에 두고, 상기 맨드렐(15)에 감겨진다. 이어서, 각 탭(12a)(13a)별로 집합되고, 전극 조립체의 상하부에 마련된 복수개의 극주(16)에 각각 용접되어 상기 두 전극(12)(13)과 극주(16)가 상호 통전가능하게 된다.
이상의 설명에서와 같이, 본 발명의 원통형 이차 전지는 요부와 철부를 가지는 양극 탭과 음극 탭을 스트라프형으로 별도로 제작하여 양극과 음극의 가장자리를 따라 부착시킴으로써 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.
두 전극의 집전체의 가장자리에 형성되는 탭 장착부의 폭을 임의로 조절가능하므로 그 폭을 최대로 좁히게 되고, 그 부위에 탭을 부착시키게 되어 집전체상의 활물질층의 도포량을 극대화 시킬 수 있다. 이에 따라, 집전체의 단위 면적당 전지의 용량을 증가시킬 수 있다.
또한, 양극 탭과 음극 탭을 별도로 제작하므로 탭 형성시 극판의 파손등을 미연에 방지할 수 있으므로 전지의 제조 공정의 불량율을 줄일 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims (3)

  1. 양극, 음극, 세퍼레이터가 감겨진 전극 조립체와, 상기 양극과 음극으로부터 각각 인출되는 탭을 구비하는 원통형 이차 전지에 있어서,
    상기 탭은 일측에 소정 폭의 요부와 철부가 형성되어 있고, 상기 양극과 음극의 각 가장자리를 따라서 부착되도록 형성된 것을 특징으로 하는 원통형 이차 전지.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 탭은 상호 전기적 단락을 방지하기 위하여 양극과 음극의 상호 반대되는 변을 따라서 각각 용접되는 것을 특징으로 하는 원통형 이차 전지.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 탭은 요부와 철부의 간격이 상호 다르게 형성되는 것을 특징으로 하는 원통형 이차 전지.
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