KR20000066403A

KR20000066403A - 이차 전지와 그의 제조 방법

Info

Publication number: KR20000066403A
Application number: KR1019990013486A
Authority: KR
Inventors: 장영익
Original assignee: 김순택; 삼성에스디아이 주식회사
Priority date: 1999-04-16
Filing date: 1999-04-16
Publication date: 2000-11-15
Also published as: KR100528902B1

Abstract

이차 전지와 그의 제조 방법을 개시한다. 본 발명은 상호 절연가능한 상하부 케이스로 된 케이스부재와, 상기 케이스 부재내에 장착되는 양극, 음극, 세퍼레이터로 된 전극 조립체를 구비하는 이차 전지에 관한 것으로, 상기 전극 조립체는 양극 접속부를 브릿지로 하여 연결된 복수개의 양극 집전체상에 각각의 양극 쉬트가 적층된 양극과, 상기 양극 쉬트상에 간헐적으로 적층되는 세퍼레이터와, 상기 세퍼레이터상에 적층되는 음극 집전체상에 음극 쉬트가 적층된 음극을 가지고, 상기 음극의 양면으로 상기 양극이 샌드위치식으로 적층되는 이차 전지와 그의 제조 방법에 관한 것이다.

Description

이차 전지와 그의 제조 방법{Secondary battery and fabrication method thereof}

본 발명의 이차 전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전극 조립체의 구조가 개선된 이차 전지와 그의 제조 방법에 관한 것이다.

통상적으로 이차 전지(secondary battery)는 충방전이 가능한 전지로서, 3C 제품으로 불리워지는 휴대폰, 노트북 컴퓨터, 컴퓨터 캠코더등 첨단 전자 기기분야에서 널리 사용되고 있다.

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 많은 연구개발이 진행되고 있다.

이러한 리튬 이차 전지는 전해액의 종류에 따라 액체 전해질 전지와 고분자 전해질 전지로 분류할 수 있으며, 일반적으로는 액체 전해질을 사용하는 전지를 리튬-이온 전지, 고분자 전해질을 사용하는 경우는 리튬-폴리머 전지라고 부른다.

그리고, 리튬 이차 전지는 여러 가지 형상으로 제조가능한데, 대표적인 형상으로는 리튬-이온 전지에 주로 사용되는 원통형 및 각형을 들 수 있으며, 리튬-폴리머 전지는 그 형상이 비교적 자유롭다.

이에 따라, 최근 들어서는 리튬-폴리머 전지가 안정성과 형상의 자유도가 뛰어나고, 중량이 가벼워 휴대용 전자 기기의 슬림화 및 경량화에 대하여 다른 어떠한 전지보다도 유리하다고 할 수 있다.

도 1은 이러한 리튬 폴리머 전지(10)를 개략적으로 도시한 것이고, 도 2는 도 1의 전극 조립체(20)를 도시한 것이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 전지(10)는 상호 절연되는 상부 케이스(11a)와 하부 케이스(11b)로 된 케이스(11)와, 상기 케이스(11) 내부에 장착되는 전극 조립체(20)를 포함한다.

상기 전극 조립체(20)는 양극(21)과 음극(22)이 마련되고, 상기 양극(21)과 음극(22) 사이에는 두 전극(21)(22)을 절연시키기 위한 세퍼레이터(23)가 설치된다.

상기 양극(21)은 양극 집전체(21a)와, 상기 양극 집전체(21a)의 일면에 부착되는 양극 쉬트(21b)로 되어 있고, 상기 음극(22)은 음극 집전체(22a)와, 상기 음극 집전체(22a)의 일면에 부착되는 음극 쉬트(22b)로 이루어져 있다. 그리고, 상기 양극 쉬트(21b)와 음극 쉬트(22b)의 단부에는 양극 접속부(24)와 음극 접속부(25)가 인출되어 있다.

한편, 상기 양극 접속부(24)와 음극 접속부(25)는 양극탭(17) 및 음극탭(미도시)과 각각 용접되어 있다. 그리고, 상기 양극탭(17)과 음극탭은 열융착되는 상기 상하부 케이스(11a)(11b)의 외부로 돌출되어 있다.

여기서, 상기 전극 조립체(20)는 도 2에 나타낸 바와 같이 음극(22)을 중심으로 양 측으로 복수개의 양극(21)이 설치되는 이른바 바이 셀(bi-cell) 구조를 이루고 있다.

이러한 바이 셀 구조로부터 인출되는 양극 접속부(24)와 음극 접속부(25)는 상기 케이스(11) 내부에 마련되는 공간에서 단위 면적당 에너지 밀도를 최적화시키기 위하여 브이(V)자 형태로 휘어져 상기 양극탭(17)과 음극탭에 각각 용접되어 있다.

이러한 바이셀 구조의 제조 공정은 양극 집전체(21a)와 양극 집전체(21a)와, 음극 집전체(22a)와 음극 집전체(22b)를 각각 제조하여 상호 적층시켜 전극(21)(22)을 형성한다.

이어서, 음극(22)을 중간에 두고, 양 측으로 세퍼레이터(23)를 매개로 하여 복수개의 양극(21)이 양 측으로 부착되는 방식을 채택하게 되는데, 이러한 방식은 작업 공정수가 비교적 많아 효율이 저하되는 단점이 있다.

또한, 상기 접속부(24)(25)를 전극별로 분리되어 상호 용접하므로 제조 공정시나 사용중에 있어서 외부의 충격, 내부의 압력 변화, 용접 불량등으로 인하여 접촉 부위가 파손될 가능성이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 양극, 음극 및 세퍼레이터를 적층하는 구조를 개선하여 제조 공정이 단순화게 된 이차 전지와 그의 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 종래의 이차 전지를 도시한 개략적인 단면도,

도 2는 도 1의 전극 조립체를 도시한 사시도,

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 단면도,

도 4a 내지 도 4c는 도 3의 전지의 전극 조립체가 제조되는 과정을 순차적으로 도시한 사시도로서,

도 4a는 도 3에 따른 양극 조립체가 제조된 이후의 사시도,

도 4b는 도 3에 따른 음극 조립체가 제조된 이후의 사시도,

도 4c는 도 3에 따른 전극 조립체가 제조된 이후의 사시도.

＜도면의 주요 부분에 대한 부호의 간단한 설명＞

10,30. 이차 전지 11,31. 케이스

11a,31a. 상부 케이스 11b,31b. 하부 케이스

17. 탭 20,40. 전극 조립체

21,41. 양극 21a. 양극 쉬트

21b,41a. 양극 집전체 22,42. 음극

22a,42b. 음극 쉬트 22b. 음극 집전체

23,43. 세퍼레이터 24,32. 양극 접속부

25,33. 음극 접속부 41a. 상부 양극 쉬트

41c. 하부 양극 쉬트 310a. 내부 절연층

310b. 도전층 310c. 외부 절연층

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 측면에 따른 이차 전지와 그의 제조 방법은,

상호 절연가능한 상하부 케이스로 된 케이스부재와, 상기 케이스 부재내에 장착되는 양극, 음극, 세퍼레이터로 된 전극 조립체를 구비하는 이차 전지에 있어서,

상기 전극 조립체는 양극 접속부를 브릿지로 하여 연결된 복수개의 양극 집전체상에 각각의 양극 쉬트가 적층된 양극과, 상기 양극 쉬트상에 간헐적으로 적층되는 세퍼레이터와, 상기 세퍼레이터상에 적층되는 음극 집전체상에 음극 쉬트가 적층된 음극을 가지고, 상기 음극의 양면으로 상기 양극이 샌드위치식으로 적층되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 양극은 양극 집전체의 일단부로부터 인출되는 양극 접속부가 상기 케이스에 형성된 양극 단자와 상호 접촉되어 통전되는 것을 특징으로 한다.

게다가, 상기 양극 단자는 내외부 절연층과, 그 사이에 개재되는 도전층을 가지는 케이스의 내외부 절연층을 박리하여 노출되는 도전층인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 음극은 각각의 음극 집전체 단부로부터 인출되는 음극 접속부를 접합하고, 이 음극 접속부를 케이스에 형성된 음극 단자와 접촉시켜 상호 통전되는 것을 특징으로 한다.

더욱이, 상기 음극 단자는 내부 절연층, 도전층, 외부 절연층으로 된 케이스의 상기 내외부 절연층을 박리하여 노출되는 도전층인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 측면에 의하면,

양극 접속부를 브릿지로 하여 연속적으로 연결된 복수개의 양극 집전체와, 음극 접속부가 형성된 복수개의 음극 집전체를 준비하는 단계;

상기 양극 집전체의 양 면에 양극 쉬트를 적층하여 양극을 형성하는 단계;

상기 음극 집전체의 일 면에 음극 쉬트를 부착하여 음극을 형성하는 단계;

상기 음극의 양 면에 세퍼레이터를 부착하는 단계;

상기 양극상에 간헐적으로 세퍼레이터와, 음극을 순차적으로 적층하는 단계; 및

상기 음극의 양 면에 상기 양극이 위치하도록 샌드위치식으로 접어 전극 조립체를 완성하는 단계;를 포함한다.

이하에서 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지와 그의 제조 방법을 상세하게 설명하고자 한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(30)의 단면도이다.

도 3을 참조하면, 상기 이차 전지(30)는 상호 절연가능한 상부 케이스(31a)와 하부 케이스(31b)로 된 케이스(31)가 마련된다. 상기 케이스(31)의 내부에 마련된 공간부에는 전극 조립체(40)가 장착된다.

상기 전극 조립체(40)는 양극(41)과, 음극(42)과, 상기 두 전극(41)(42) 사이에 개재되는 세퍼레이터(43)를 포함한다. 그리고, 상기 전극(41)(42)으로부터는 상호 전극별로 통전되는 양극 접속부(32)와 음극 접속부(33)가 인출된다.

한편, 상기 상하부 케이스(31a)(31b)에는 양극 단자(34)와 음극 단자(35)가 형성된다. 상기 케이스(31)는 폴리머로 된 내부 절연층(310a)과 외부 절연층(310c)이 마련되고, 상기 절연층(310a)(310c) 사이에는 금속재로 된 도전층(310b), 예컨대 알루미늄층이 개재되어 있는 구조이다.

이때, 두 단자(34)(35)는 상기 내부 절연층(310a)과 외부 절연층(310c)중 일부를 박리하여 제거하고 외부로 노출되는 도전층(310b)이 된다. 상기 두 단자(34)(35)는 상기 상하부 케이스(31a)(31b)가 상호 절연가능하므로 각 케이스(31a)(31b)별로 각각 형성된다. 그리고, 상기 두 단자(34)(35)는 상기 케이스 내부(31)에서 양극 접속부(32)와 음극 접속부(33)의 단부와 상호 용접되어 있다.

여기서, 본 발명의 특징에 따른 이차 전지(30)는 상기 전극 조립체(40)를 구성하는 복수개의 양극(41) 사이에 음극(42)가 개재되는 구조를 이루고 있다.

보다 상세하게는 도 4a, 도 4b 및 도 4c에 도시된 바와 같다.

도 4a는 양극(41)이 제조된 이후의 상태를 도시한 것이고, 도 4b는 음극(42)과 세퍼레이터(43)가 제조된 이후의 상태를 도시한 것이고, 도 4c는 전극 조립체(40)가 제조된 이후의 상태를 도시한 것이다.

도 4a, 4b 및 4c를 참조하여 상기 전극 조립체(40)의 특징적인 제조 공정을 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 도 4a에서처럼, 상기 양극(41)은 양극 집전체(41a)가 양극 접속부(32)을 매개로 하여 연속적으로 배치된다. 상기 양극 집전체(41a)용으로는 구리로 된 박판을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 양극 집전체(41a)의 상하부에는 상부 양극 쉬트(41b)과 하부 양극 쉬트(41c)가 적층된다.

그리고, 별도로 음극 조립체(42)가 제조된다. 즉, 도 4b에 나타낸 바와 같이, 음극 집전체(42a)가 마련된다. 상기 음극 집전체(42a)로서는 알루미늄으로 된 박판을 사용한다. 그리고, 상기 음극 집전체(42a)의 일단부로부터는 음극 접속부(33)가 인출된다. 이어서, 상기 음극 집전체(42a)의 일면에는 음극 쉬트(42b)가 적층된다. 한편, 상기 음극 집전체(42a)와 음극 쉬트(42b)의 양 측면으로는 상기 양극(41)과의 절연을 위하여 세퍼레이터(43)가 설치된다.

이어서, 상기 제조된 음극(42)과 세퍼레이터(43)는 도 4c에서처럼 상기 양극 (41)과 결합된다. 상기 양극(41)의 상부 양극 쉬트(41b) 상면에는 상기 세퍼레이터(43)가 접촉가능하도록 한 다음, 음극(42)이 상기 세퍼레이터(43)의 상부에 설치된다. 이때, 상기 음극(42)과 세퍼레이터(43)는 상기 모든 양극(41) 상에 배치되는 것이 아니라, 간헐적으로 간격을 두고 적층된다.

다음으로, 상기 양극 접속부(32)를 힌지축으로 하여 지그재그식으로 접어서 도 3에서처럼 상기 전극 조립체(40)를 완성하게 된다. 이때, 상기 양극(41)은 음극 (42)을 중앙에 두고 샌드위치식으로 설치되어 있으며, 상기 양극 접속부(32)로 인하여 사행으로 그 연결이 연속적이다. 그리고, 상기 양극(41)으로부터 인출된 양극 접속부(32)의 마지막 일단부는 상기 하부 케이스(31b)의 알루미늄층(310b)에 용접된다.

한편, 상기 음극(42)은 각각의 음극 집전체(42a)로부터 인출되는 음극 접속부(33)를 상호 통전가능하도록 접속시켜주고, 그 마지막 단부는 상기 양극(41)과 마찬가지로 상기 상부 케이스(31a)에 용접된다.

이때, 상기 양극 접속부(32)와 음극 접속부(33)와의 단락을 방지하기 위하여 상기 세퍼레이터(43)는 그 크기를 상기 양극(41)와 음극(42)보다 크게 형성하는 것이 바람직하다.

이와 같이 제조된 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(30)는 양극(41)과 음극(42)을 분리하여 별도로 제작하고, 세퍼레이터(43)를 사이에 두고 제조시 연속적으로 된 양극(41) 상에 음극(42)을 간헐적으로 적층하여 완성하는 구조를 가진다.

이상의 설명에서와 같이 본 발명의 이차 전지와 그의 제조 방법은 연속적으로 된 양극상에 음극이 간헐적으로 적층됨으로써 제조 공정이 간단하다. 또한, 케이스 내부에 전극 조립체가 장착시 충진율을 높일 수 있으므로 동일한 면적에서 단위 면적당 에너지 밀도를 높일 수 있고, 컴팩터화와 경량화가 가능하다.

본 발명의 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

상호 절연가능한 상하부 케이스로 된 케이스부재와, 상기 케이스 부재내에 장착되는 양극, 음극, 세퍼레이터로 된 전극 조립체를 구비하는 이차 전지에 있어서,

상기 전극 조립체는 양극 접속부를 브릿지로 하여 연결된 복수개의 양극 집전체상에 각각의 양극 쉬트가 적층된 양극과, 상기 양극 쉬트상에 간헐적으로 적층되는 세퍼레이터와, 상기 세퍼레이터상에 적층되는 음극 집전체상에 음극 쉬트가 적층된 음극을 가지고, 상기 음극의 양면으로 상기 양극이 샌드위치식으로 적층되는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
제1항에 있어서,

상기 양극 접속부는 상호 대응하는 양극 집전체의 양 단부로부터 일체형으로 인출되어 상기 양극과의 연결이 연속적인 것을 특징으로 하는 이차 전지.
제2항에 있어서,

상기 양극은 양극 집전체의 일단부로부터 인출되는 양극 접속부가 상기 케이스에 형성된 양극 단자와 상호 접촉되어 통전되는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
제3항에 있어서,

상기 양극 단자는 내외부 절연층과, 그 사이에 개재되는 도전층을 가지는 케이스의 내외부 절연층을 박리하여 노출되는 도전층인 것을 특징으로 하는 이차 전지.
제1항에 있어서,

상기 음극은 각각의 음극 집전체 단부로부터 인출되는 음극 접속부를 접합하고, 이 음극 접속부를 케이스에 형성된 음극 단자와 접촉시켜 상호 통전되는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
제5항에 있어서,

상기 음극 단자는 내부 절연층, 도전층, 외부 절연층으로 된 케이스의 상기 내외부 절연층을 박리하여 노출되는 도전층인 것을 특징으로 하는 이차 전지.
제3항 또는 제5항에 있어서,

상기 케이스에는 양극 단자와 음극 단자가 상호 절연가능한 상하부 케이스에 각각 형성되는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
양극 접속부를 브릿지로 하여 연속적으로 연결된 복수개의 양극 집전체와, 음극 접속부가 형성된 복수개의 음극 집전체를 준비하는 단계;

상기 양극 집전체의 양 면에 양극 쉬트를 적층하여 양극을 형성하는 단계;

상기 음극 집전체의 일 면에 음극 쉬트를 부착하여 음극을 형성하는 단계;

상기 음극의 양 면에 세퍼레이터를 부착하는 단계;

상기 양극상에 간헐적으로 세퍼레이터와, 음극을 순차적으로 적층하는 단계; 및

상기 음극의 양 면에 상기 양극이 위치하도록 샌드위치식으로 접어 전극 조립체를 완성하는 단계;를 포함하는 이차 전지의 제조 방법.