KR200215591Y1 - 잉여 격리막이 제거된 리튬 이차전지 전지 셀 - Google Patents

Abstract

본 고안은 전지 셀의 최외각부에 위치하는 잉여 격리막을 제거하여 양극 기재부를 직접 노출시킨 것을 특징으로 하는 파우치형 리튬 2차전지의 전지 셀에 관한 것으로서, 구체적으로는, 종래 기술에 따른 전지 셀 제조시 최외각부에 2겹의 잉여 격리막이 일정 부분 더 권취되던 것을, 외측 양 극판의 권취가 끝나는 지점에서 약간의 여유길이 만을 남기도록 권취하여 양 극 기재부를 노출시킨 후 절연 테이프를 부착함으로써 권취 상태를 유지하도록 한, 리튬 2차전지 전지 셀에 관한 것이다.

본 고안이 완성됨으로써, 리튬 2차전지의 제조 비용이 상당히 감소될 수 있음과 동시에 더욱 경량화·소형화된 전지를 제조할 수 있게 되었다.

Description

잉여 격리막이 제거된 리튬 이차전지 전지 셀 {Lithium Cell Bearing Less Separator Material}

전지는 원래 내부에 들어 있는 화학물질의 전기화학적 산화-환원 반응시 발생하는 화학에너지를 전기에너지로 변환하는 장치를 말하는 것으로서, 그 사용상 특성에 따라 전지속의 에너지가 고갈되면 폐기해야 하는 1차(disposable)전지와 계속 충전하면서 여러번 재사용이 가능한 2차(reusable)전지로 구분할 수 있다.

최근들어 전자, 통신, 컴퓨터 산업 등의 급속한 발전에 힘입어 캠코더, 휴대폰, 노트북 PC 등 휴대용 전자제품의 사용이 일반화됨으로써, 가볍고 오래 사용할 수 있으며 신뢰성이 높은 고성능의 소형 2차전지 개발이 절실히 요청되고 있는데, 이러한 수요에 상응하여 많은 관심과 각광을 받고 있으며, 현재 일부 상용화되어 있는 것이 바로 리튬 2차전지이다.

리튬은 지구상에 존재하는 금속중 가장 가볍기 때문에 단위 질량당 전기용량이 가장 크며, 전기음성도가 가장 커서 전압이 높은 전지를 만들 수 있다. 따라서, 제한된 양의 화학물질로 최대한의 에너지를 낼 수 있도록 해야하는 전지에서는 가장 잠재력이 큰 음극물질로 오래 전부터 연구되어 오고 있었다.

이와 같은 리튬을 이용한 2차전지는 사용되는 전해질의 형태에 따라 유기용매 전해질을 사용하는 리튬 금속전지 및 리튬 이온전지와 고분자 전해질을 이용하는 리튬 폴리머전지로 나눌 수 있다.

이중 리튬 금속전지는 낮은 사이클 수명과 심각한 안정성의 문제로 상용화에 어려움을 겪고 있으며, 이를 극복하기 위한 수단으로 리튬금속 대신 음극으로 카본을 사용하는 리튬 이온전지가 개발되어 상용화되었다.

리튬 폴리머전지는 액체전해질형 리튬 이온전지의 단점인 안정성 문제, 제조비용의 고가, 대형화의 어려움 등의 문제를 해결할 수 있는 전지로 판단되지만 상용화되기 위해서는 전기화학적 안정성, 높은 전도도 등 기술적 문제를 해결해야만 가능하다.

상기 리튬 2차전지들의 단점을 극복하기 위해 개발된 파우치형 리튬 이온전지는 리튬 이온전지와 리튬 폴리머전지의 장점을 조합한 형태의 전지로서, 양극과 음극을 격리막으로 격리한 형태로 권취한 상태의 전지 셀(Cell)을 금속 캔(can) 대신에 리튬 폴리머전지의 외장제로 쓰이는 파우치에 수납함으로써, 안정성을 한층 높임과 동시에 경량화에 유리하다는 장점을 가지고 있다.

이와 같은 파우치형 리튬 2차전지는, 양극, 음극 및 격리막(Separator)이 롤(Roll) 형태로 감긴, 젤리 롤(Jelly Roll)이라 불리우는 전지 Cell을 파우치(Pouch)에 수납한 후 열융착 함으로써 제조된다.

그러나, 종래의 파우치형 리튬이온 전지에서는 권취된 전지 셀의 최외각부에 2겹의 잉여격리막이 위치하게 됨으로써 전지의 두께를 최소화하는데 장애요소로 작용함과 동시에 전지의 제조 비용을 상승시키는 요인으로 작용하였다.

본 고안은 이와 같은 기존 기술의 문제점을 해결하고자 하는 것으로, 그 목적은 전지 셀 제조시 불필요하게 권취되는 2겹의 잉여 격리막을 최소화함으로써, 최종 제조되는 전지의 두께를 최소화하는 동시에 전지제조에 소요되는 비용을 절감하고자 하는 것이다.

이를 위한 본 고안은 권취되는 전지 셀의 최외각부에 위치하는 격리막을 제거함으로써 양 극의 기재부를 직접 노출시킨 형태의 전지 셀을 제공하는 것으로 이루어진다.

도 1은 종래 기술에 따른 리튬 2차전지 전지 셀의 구조를 보여주는 단면도.

도 2는 본 고안에 따른 리튬 2차전지 전지 셀의 구조를 보여주는 단면도.

[도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명]

10: 양극판 20: 음극판

30: 격리막 40, 40': 잉여격리막

50: 절연테이프

이하, 첨부된 도면을 참고로 하여 본 고안을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

도 1에 나타낸 바와 같이, 종래 기술에 의해 제조되는 리튬 2차전지용 젤리 롤(Jelly Roll), 즉 전지 셀에서는 양극 및 음극 극판(10)(20)의 권취가 끝난 후에도 2겹의 격리막(30)이 1∼1.5회전 가량 더 연장·권취되어 잉여격리막(40)을 형성하게 되는데, 이것은 금속 외장재를 사용하는 각형 리튬 이온전지 제조시 내부단락의 위험성을 줄이기 위해 격리막을 더 권취하던 기술이 그대로 전래되었기 때문이다.

그러나, 파우치형 리튬 2차전지의 경우, 파우치의 내면이 절연체이기 때문에 단락의 위험이 없어 격리막을 연장하여 더 권취시킬 필요가 없는 것이다.

본 고안에서는, 도 2에 나타낸 바와 같이, 종래 기술에 따른 젤리 롤 제조시 최외각부에 2겹의 잉여 격리막이 1∼1.5회 더 권취되던 것을, 외측 양 극판(10)(20) 종지점에서 약 4∼6mm의 여유길이 만을 남기도록 권취함으로써 매우 짧은 길이의 잉여격리막(40')을 형성하여 양 극 기재부를 노출시킨 후, 절연 테이프(50)를 부착함으로써 극판(10)(20)과 격리막(30)이 권취 현상을 유지하도록 하여 파우치에 수납하고, 파우치와 단자를 열압착, 밀봉하여 파우치형 리튬 이온전지를 조립하였다.

이렇게 조립된 파우치형 리튬 2차전지는 종래의 방법으로 조립된 전지와 비교하면 전지의 두께를 최소화할 수 있고 격리막의 절감효과를 얻을 수 있다.

예를 들면, 종래의 방법으로 폭 34mm, 높이 48mm, 두께 4.2mm의 파우치형 리튬 이온전지를 조립하는 공정의 경우, 종래에는 내측 390mm, 외측 386mm의 격리막이 소요되던 것이 본 고안을 적용, 젤리 롤의 최외각부에 권취되던 격리막을 제거한 후 전지를 조립한 결과, 각각 내측과 외측에서 약 100mm의 격리막 절감 효과와 약 100㎛ 이상의 전지 두께 감소 효과를 얻을 수 있었다.

이것은, 격리막의 경우 종래 대비 약 25.8%의 절감 효과가 있었음을 의미하며, 전지 두께의 경우 종래 대비 약 2.4%의 감소 효과가 있었음을 의미하는 것으로서, 종합적으로 볼 때, 본 고안에 의해 리튬 2차전지의 제조 비용이 상당히 감소될 수 있음과 동시에 더욱 경량화·소형화된 전지를 제조할 수 있게 되었음을 의미하는 것이라고 할 수 있다.

본 고안이 완성됨으로써, 불필요하게 권취되는 잉여격리막이 제거된 파우치형 리튬 2차전지의 전지 셀이 제공될 수 있게 되었다.

또한, 이상과 같이 본 고안이 완성됨으로써, 파우치형 리튬 2차전지의 제조 비용이 상당히 감소될 수 있음과 동시에 더욱 경량화·소형화된 전지를 제조할 수 있게 되었다.

Claims (1)

1. 양극 극판(10), 음극 극판(20) 및 양극과 음극 극판을 격리하기 위한 2겹의 격리막(30)이 권취되어 구성되는 파우치형 리튬 2차전지의 전지 셀에 있어서,

   상기 2겹의 격리막(30)을 극판의 권취가 끝나는 지점에서 짧게 연장 권취한 잉여격리막(40')을 형성하고, 상기 잉여격리막(40')의 단부를 절연테이프로 감싸 고정시킨 것을 특징으로 하는,

   파우치형 리튬 2차전지의 전지 셀.