KR20010005018A

KR20010005018A - 이차 전지

Info

Publication number: KR20010005018A
Application number: KR1019990025803A
Authority: KR
Inventors: 고운진
Original assignee: 김순택; 삼성에스디아이 주식회사
Priority date: 1999-06-30
Filing date: 1999-06-30
Publication date: 2001-01-15
Also published as: KR100573097B1

Abstract

이차 전지를 개시한다. 본 발명은 양극과, 음극과, 이들 사이에 개재되는 세퍼레이터로 된 전극 조립체;와, 상기 전극 조립체가 수용되는 공간부를 가지는 케이스;와, 상기 전극 조립체의 외면에 감싸지고, 전지 반응중에 상기 극판의 팽창을 억제하는 팽창 억제 수단;을 포함한다.

Description

이차 전지{secondary battery}

본 발명은 이차 전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전지의 안정성을 향상시키도록 구조가 개선된 이차 전지에 관한 것이다.

이차 전지는 충전이 불가능한 일차 전지와는 달리 충전이 가능한 전지를 말한다. 이것은 셀룰라폰, 노트북 컴퓨터, 캠코더등의 첨다전자기기분야에서 널리 사용되고 있다. 특히, 리튬 이차 전지는 작동 전압이 3.6V로서 니켈 카드늄 전지나 니켈 수소 전지의 3배에 해당되며, 단위 중량당 에너지 밀도가 높다는 측면에서 급속도로 신장하고 있는 추세이다.

이러한 리튬 이차 전지는 전해액의 종류에 따라 액체 전해질 전지와, 고분자 전해질 전지로 분류할 수 있으며, 일반적으로 액체 전해질을 사용하는 전지를 리튬 이온 전지라 하고, 고분자 전해질을 사용하는 전지를 리튬 폴리머 전지라고 한다.

이중에서, 리튬 폴리머 전지는 유연성을 지녀 그 형상이 비교적 자유롭고, 무게가 가볍다는 측면에서 휴대용 전자 기기의 슬림화 및 경향화에 유리하다고 할 수 있다.

도 1은 이러한 리튬 폴리머 전지(10)를 도시한 분리 사시도이다.

도면을 참조하면, 상기 리튬 폴리머 전지(10)는 양극(11)과, 음극(12)과, 상기 양극(11)과 음극(12) 사이에 개재되어 이들을 절연시키는 세퍼레이터(13)로 된 전극 조립체(14)를 포함한다. 상기 양극(11)와 음극(12)의 일 가장자리로부터는 각각 양극 탭(15)과 음극 탭(16)이 인출되어 있고, 상기 양극 및 음극 탭(15)(16)은 극판별로 집합되어 양극 단자(17)와 음극 단자(18)와 용접되어 있다.

이러한 구조의 전극 조립체(14)는 이를 수용하는 공간부가 형성된 케이스(19) 내에 실장가능하다. 상기 케이스(19)는 바람직하게는 일면 가장자리를 따라서 상호 접합되고, 다른 면은 상호 분리가능한 상부 케이스(19a)와 하부 케이스(19b)를 구비한다.

여기서, 상기 전극 조립체(14)는 양극(11)과 음극(12)과 세퍼레이터(13)가 각각 박막의 형태를 유지하고 있고, 이들은 양극(11), 세퍼레이터(13), 음극(12) 순으로 라미네이팅되어 완성된다.

상기와 같은 구조를 가지는 이차 전지(10)의 충전 및 방전 메커니즘은 다음과 같다.

즉, 충전 및 방전 거동은 상기 양극(11)에 함유된 리튬 산화물의 이온이 음극(12)으로 이동하는 삽입 반응과, 탈삽입 반응을 반복하는 과정에서 발생한다. 이때, 주요한 인자로서는 전해액과 전극 계면에서의 전하 전달과, 전극 내에서의 게스트 이온(guest ion) 등의 이동과, 전압 차이에 의한 이온의 이동, 농도 차이에 의한 이온의 확산, 상기 양극(11) 및 음극(12) 간의 저항등을 들 수 있다.

이러한 충전 및 방전이 수행되는 동안, 상기 전극 조립체(14)는 팽창 및 수축을 반복하게 되는데, 이러한 현상은 일반적으로 이차 전지(10)의 성능을 열화시킨다. 또한, 과충전시나 과방전시에 상기 전극 조립체(14)의 부피 팽창을 유발하기 때문에 안전성 문제에서도 다소 불리하게 작용한다. 따라서, 상기 전극 조립체(14)의 팽창을 방지하는 팽창 억제 수단을 설치하는 것이 필요하다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 전극 조립체의 팽창을 억제하는 팽창 억제 수단이 장착되어 성능이 향상되고, 안전성을 도모할 수 있는 이차 전지를 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 종래의 일 예에 따른 이차 전지를 도시한 일부 분리사시도,

도 2는 본 발명의 일 예에 따른 이차 전지를 도시한 일부 분리사시도.

〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 간단한 설명〉

11,21...양극 12,22...음극

13,23...세퍼레이터 14,24...전극 조립체

15,25...양극 탭 16,26...음극 탭

17,27...양극 단자 18,28...음극 단자

19,29...케이스 200...팽창 억제 수단

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 측면에 따른 이차 전지는,

양극과, 음극과, 상기 양극과 음극 사이에 개재되는 세퍼레이터가 다수장 적층되어 이루어지는 전극 조립체;

상기 전극 조립체가 수용되는 공간부를 가지는 케이스; 및

상기 전극 조립체의 외면에 감싸지고, 전지 반응중에 상기 양극과 음극의 팽창을 억제하는 팽창 억제 수단;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 팽창 억제 수단은 폴리 프로필렌(poly propylene)이나, 폴리 에틸렌(poly ethylene)이나, 폴리 스틸렌(poly styrene)이나, 염화 폴리비닐(poly vinyl chlroide)군중에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 한다.

게다가, 상기 팽창 억제 수단은 상기 전극 조립체의 외면에 소정의 가압력을 가지고 감겨지는 테이프 형태인 것이 바람직하다.

이하에서 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지를 상세하게 설명하고자 한다.

도 2는 본 발명에 따른 이차 전지(20)를 도시한 분리 사시도이다.

도면을 참조하면, 상기 전지(20)는 양극(21)과, 음극(22)이 세퍼레이터(23)를 사이에 두고 적층되는 전극 조립체(24)를 포함한다. 상기 양극(21)과 음극(22)의 일측 가장자리로부터는 각각 양극 탭(25)과 음극 탭(26)이 인출되어 있다. 상기 양극 탭(25)과 음극 탭(26)은 각 극판별로 집합되어 양극 단자(27)와 음극 단자(28)에 각각 용접되어 있다.

그리고, 상기 양극(21)은 박막의 알루미늄 호일로 된 양극 집전체(21a)와, 상기 양극 집전체(21a)의 적어도 일면에 부착되는 양극 활물질, 예컨대 리튬 산화물을 주성분으로 하여 바인더, 도전재 및 가소제등을 함유하는 양극 쉬트(21b)를 구비한다.

또한, 상기 음극(22)에는 박막의 구리 호일로 된 음극 집전체(22a)와, 상기 음극 집전체(22a)의 적어도 일면에 코팅되는 음극 활물질을 주성분으로 하여 된 음극 쉬트(22b)를 포함한다.

이와 같은 전극 조립체(24)는 케이스(29)에 실장되는데, 상기 케이스(29)는 상기 조립체(24)가 수용될 공간부가 형성된다. 바람직하게는 상기 케이스(29)는 일면의 가장자리를 따라서 상호 접합되어 있고, 다른 면은 상호 분리되는 상부 케이스(29a)와 하부 케이스(29b)를 포함한다.

여기서, 본 발명의 일 예에 따른 전지(20)를 완성하기 위해서는 상기 양극 쉬트(21b)와 음극 쉬트(22b)의 원료를 각각 슬러리 형태로 제조한다. 이어서, 상기 양극 집전체(21a)와 음극 집전체(22a)의 일면에 이들을 도포한 다음, 라미네이팅 공법으로 부착시키게 된다.

다음으로, 상기와 같은 방법으로 완성된 양극(21)과 음극(22)은 세퍼레이터(23)를 사이에 두고 이차로 라미네이팅하게 되어 상기 전극 조립체(24)를 완성하게 된다.

이때, 상기 전극 조립체(24)는 충전 및 방전 반응을 수행하는 동안 리튬 이온이 삽입 및 탈삽입되는 과정에서 상기 양극(21)과 음극(22)이 팽창하게 된다. 이것을 방지하기 위하여, 상기 전극 조립체(24)의 외면에는 팽창 억제 수단(200)이 설치된다.

즉, 상기 팽창 억제 수단(200)은 과충전이나 과방전시 발생하 수 있는 폭팔로부터 자유로울수 있도록 불에 타지 않는 소재가 바람직하다. 바람직하게는 폴리 프로필렌(poly propylene)이나, 폴리 에틸렌(poly ethylene)이나, 폴리 스틸렌(poly styrene)이나, 염화 폴리비닐(poly vinyl chlroide)군중에서 선택된 어느 하나의 고분자 소재이다.

이러한 소재를 채용한 팽창 억제 수단(200)은 테이프 형태를 유지하는데, 상기 전극 조립체(24)의 외면에 일방향으로 소정의 인장력을 가한 상태에서 와인딩하게 된다.

이렇게, 상기 팽창 억제 수단(200)이 상기 전극 조립체(24)에 감겨지게 되면, 전지(20)가 작동하는 동안, 리튬 이온이 양극(21)과 음극(22) 사이를 왕복하면서 삽입 및 탈삽입 반응으로 충전 및 방전 과정을 수행하는 과정에서 상기 양극(21)과 음극(22)이 팽창하게 되더라도, 상기 팽창 억제 수단(200)이 이들을 소정의 압력으로 가압하고 있으므로 부피 팽창이 더 이상 일어나지 않게 된다. 따라서, 전지의 이온 전도성을 향상시킬 수 있다.

이상의 설명에서와 같은 본 발명의 이차 전지는 양극, 세퍼레이터, 음극순으로 된 전극 조립체의 외면에 팽창 억제 수단을 감게 됨으로써, 전지가 충전 및 방전하는 동안 양극 및 음극이 팽창되는 것을 억제하게 됨으로써, 이온 전도성을 향상시키고, 이에 따라 전지의 성능을 향상시킨다. 또한, 과충전이나 과방전같은 전지의 이상 발생시 양극 및 음극의 급격한 팽창을 방지하게 됨으로써 전지의 안전성도 높일 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 등록 청구 범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims

양극과, 음극과, 상기 양극과 음극 사이에 개재되는 세퍼레이터가 다수장 적층되어 이루어지는 전극 조립체;

상기 전극 조립체가 수용되는 공간부를 가지는 케이스; 및

상기 전극 조립체의 외면에 감싸지고, 전지 반응중에 상기 양극과 음극의 팽창을 억제하는 팽창 억제 수단;을 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
제 1 항에 있어서,

상기 팽창 억제 수단은 폴리 프로필렌(poly propylene)이나, 폴리 에틸렌(poly ethylene)이나, 폴리 스틸렌(poly styrene)이나, 염화 폴리비닐(poly vinyl chlroide)군중에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 이차 전지.
제 2 항에 있어서,

상기 팽창 억제 수단은 상기 전극 조립체의 외면에 소정의 가압력을 가지고 감겨지는 테이프 형태인 것을 특징으로 하는 이차 전지.