KR20030096718A - 전지 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 외부의 충격에 강한 전지를 제공하는 것을 목적으로 하며,

이 목적을 달성하기 위하여,

양극판, 음극판, 및 상기 양극판과 음극판 사이에 개재된 세퍼레이터를 구비하는 전극조립체를 상기 양극판 및 음극판과 각각 연결된 전극리이드들의 적어도 일부가 외부로 노출된 상태에서 내부에 수납하는 파우치; 및

상기 파우치의 표면의 전부 또는 일부에 부착된 적어도 하나의 강화부재;를 구비하고,

상기 강화부재는 금속부재, 섬유복합부재, 또는 적층부재 중의 어느 하나로 형성된 전지를 제공한다.

Description

전지 및 그 제조방법{Battery and method for making it}

본 발명은 전지에 관한 것이며, 더 상세하게는 전극조립체가 내부에 수납된파우치형(pouch type) 전지에 관한 것이다.

전지는 내부에 들어있는 화학물질의 화학적 에너지를 전기화학적 산화환원반응에 의해 전기 에너지로 변환하는 장치이다. 이와 같은 전지는 양극판, 음극판, 및 상기 양극판과 음극판 사이에 개재되는 세퍼레이터(separator)를 구비하는 전극조립체를 구비하는 것이 일반적이다. 상기 전지의 에너지 변환원리는 양극판 및 음극판을 이루는 두 금속의 이온화경향에 근거하는데, 이는 공지된 사실이므로 이에 대한 설명은 생략한다.

전지는 상기 양극판, 음극판, 전해질 등의 재료에 따라서 망간건전지, 알칼리전지, 수은전지, 공기전지, 리튬전지, 납축전지, 니켈-카드뮴전지, 니켈-수소전지, 니켈-금속수화물전지, 리튬이온전지, 리튬폴리머전지, PLI(Polymer lithium Ion)전지 등과 같이 다양하게 분류될 수 있고, 전지를 충전하여 다시 사용할 수 있는가의 여부에 따라서 1차전지 또는 2차전지로 분류될 수 있으며, 전지의 외관에 따라서는 각형전지 및 원통형전지로 구별될 수 있고, 양극판과 음극판의 배치구조에 따라서는 젤리롤 형태(jelly roll type)의 전지와 적층 형태(stacking type)의 전지로 구별될 수 있다. 상기 전지 중 리튬폴리머전지는, 2차전지로서, 적층된 전극조립체와 이 전극조립체를 수납하는 파우치(pouch)를 구비하는 것이 일반적이며, 상기 파우치는 알루미늄박막을 중심에 두고 그 양면에 나이론과 같은 폴리머(polymer)를 부착한 구조로 형성되는 것이 일반적이다.

그러나 상기와 같이 구성된 파우치는 그 강도가 약하여 외부의 충격에 취약한 특성을 갖는다는 단점이 있다. 특히 이러한 취약성은, 사용상의 부주의나 극한적 행동에 의해서 전지가 손상되면 2차전지로서의 장점인 전지의 재사용이 불가능하여 경제적 손실이 크다는 점에서, 극복되어야 할 과제로 인식되어 왔다.

상기와 같은 문제를 해결하기 위하여, 본 발명은 파우치의 취약성을 극복하여 외부의 충격에 강한 전지를 제공하는 데에 있다.

도 1 은 본 발명에 따른 전지의 일 실시예를 도시하는 분해사시도이고,

도 2 는 도 1 의 Ⅱ-Ⅱ선을 따라 취한 단면도이고,

도 3 은 측면강화부를 구비하는 하부 강화부재를 도시하는 사시도이고,

도 4 는 본 발명에 따른 전지의 다른 실시예를 도시하는 분해사시도이고,

도 5 는 본 발명에 따른 전지의 또 다른 실시예를 도시하는 사시도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

10: 파우치11: 상면

12: 하면20: 전극조립체

31: 상부 강화부재41: 하부 강화부재

32, 42: 접착층43: 하면강화부

44: 측면강화부50: 강화코팅재료

60: 강화코팅층70: 노즐

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,

양극판, 음극판, 및 상기 양극판과 음극판 사이에 개재된 세퍼레이터를 구비하는 전극조립체를 상기 양극판 및 음극판과 각각 연결된 전극리이드들의 적어도 일부가 외부로 노출된 상태에서 내부에 수납하는 파우치; 및

상기 파우치의 표면의 전부 또는 일부에 부착된 적어도 하나의 강화부재;를 구비하고,

상기 강화부재는 금속부재, 섬유복합부재, 또는 적층부재 중의 어느 하나로 형성된 전지를 제공한다.

상기 강화부재는: 상기 파우치의 하면에 부착되는 하부 강화부와 파우치의 측면에 부착되는 측면 강화부를 구비하는 하부 강화부재; 및 상기 파우치의 상면에 부착되는 상부 강화부재;를 구비하는 것이 바람직하며, 상기 적층부재는 종이를 적층하여 형성한 것일 수 있다.

또한 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,

양극판, 음극판, 및 상기 양극판과 음극판 사이에 개재된 세퍼레이터를 구비하는 전극조립체를 상기 양극판 및 음극판과 각각 연결된 전극리이드들의 적어도 일부가 외부로 노출된 상태에서 파우치 내에 수납시키는 전극조립체 수납단계;

강화부재를 제작하는 강화부재 제작단계; 및

적어도 하나의 강화부재를 상기 파우치의 표면의 전부 또는 일부에 부착하는 강화부재 부착단계;를 구비하는 전지 제조방법을 제공한다.

상기 강화부재 부착단계는: 상기 강화부재에 열압착을 가능하게 하는 접착층을 도포하는 단계; 및 가열할 수 있는 금형부와 상기 파우치 사이에 상기 강화부재를 놓고 이들을 열압착하는 단계;를 구비하거나, 또는 가열할 수 있는 금형부에 열압착을 가능하게 하는 접착층을 도포하는 단계; 및 상기 금형부와 상기 파우치 사이에 상기 강화부재를 놓고 이들을 열압착하는 단계;를 구비한 것일 수 있다.

또한 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,

양극판, 음극판, 및 상기 양극판과 음극판 사이에 개재된 세퍼레이터를 구비하는 전극조립체를 상기 양극판 및 음극판과 각각 연결된 전극리이드들의 적어도 일부가 외부로 노출된 상태에서 내부에 수납하는 파우치; 및

상기 파우치의 표면의 전부 또는 일부에 형성된 적어도 하나의 강화코팅층;을 구비하며,

상기 강화코팅층은 금속분말과 접착제를 포함하는 전지를 제공한다.

또한 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,

양극판, 음극판, 및 상기 양극판과 음극판 사이에 개재된 세퍼레이터를 구비하는 전극조립체를 상기 양극판 및 음극판과 각각 연결된 전극리이드들의 적어도일부가 외부로 노출된 상태에서 파우치 내에 수납시키는 전극조립체 수납단계; 및

상기 파우치의 표면의 전부 또는 일부에 금속분말과 접착제를 포함하는 강화코팅재료를 도포하여 강화코팅층을 형성하는 도포단계;를 구비하는 전지 제조방법을 제공한다.

상기 도포단계는 상기 강화코팅재료를 살포(spray)하여 강화코팅층을 형성하는 단계인 것이 바람직하다.

한편, 본 발명이 상기의 적층형 전극조립체를 구비하는 전지에 특히 유용하기는 하나 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명에서 파우치는 전극조립체를 수납하는 부재를 지시하므로 적층형이 아닌 젤리롤 형태의 전극조립체를 수납하는 부재일 수도 있다.

이어서, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.

도 1 및 도 2 에는 파우치(10)에 수납되는 적층형 전극조립체(20)를 구비하는 전지가 도시되어 있다. 상기 적층형 전극조립체(20)는 양극판, 음극판, 및 상기 양극판과 음극판 사이에 개재되는 세퍼레이터를 구비하며, 상기 양극판 및 음극판은 파우치(10)의 외부로 연장된 두 개의 전극리이드(21) 에 각각 연결되고, 상기 전극리이드는 파우치(10)의 외부로 노출된다.

상기 파우치의 상면(11) 및 하면(12)에 상부 강화부재(31) 및 하부 강화부재(41) 각각이 부착되며, 상기 하부 강화부재(41)는 상기 파우치의 하면(12)에 부착되는 하면강화부(43)와 측면(13)을 강화하는 측면강화부(44)를 구비한다. 상기 하부 강화부재(41)는 도 3 에 도시된 바와 같이 먼저 십자 형태로 형성한 후에 네 면을 접어올림으로써 형성할 수 있으며, 소정의 성형공정을 통하여 직접 도 1 에 도시된 바와 같은 컵의 형태로 형성할 수도 있다. 한편 상기 파우치의 측면(13)이 좁은 경우에는, 측면강화부(44)가 없는 하부 강화부재(41)를 형성하여 파우치의 하면에 부착할 수도 있다. 이와 같이 측면강화부(44)가 없는 하부 강화부재(41)를 부착하는 다른 실시예에 따른 전지는 도 4 에 도시되어 있다.

상기 강화부재(31, 41)는, 각종 강(steel) 또는 합금강 등과 같은 금속을 얇게 형성한 금속부재, 섬유를 포함하는 섬유복합부재, 또는 플라스틱이나 종이 등과 같이 얇은 부재를 여러장 적층하여 형성한 적층부재 중의 어느 하나로 형성되는 것이 바람직하다.

상기 강화부재(31, 41)들은 접착제에 의하여 상기 파우치(10)의 표면에 부착되는데, 상기 접착제는 도 1 및 도 2 에 도시된 바와 같이 강화부재에 도포되어 접착층(32, 42)를 형성할 수도 있으며, 파우치의 표면에 도포될 수도 있다.

상기와 같은 전지는, 전극조립체 수납단계, 강화부재 제작단계, 및 강화부재 부착단계를 구비하는 방법에 의하여 제작될 수 있다.

상기 전극조립체 수납단계는 상기 전극조립체(20)를 상기 양극판 및 음극판과 각각 연결된 전극리이드들의 적어도 일부가 외부로 노출된 상태에서 파우치(10) 내에 수납시키는 단계이며, 상기 강화부재 제작단계는 각종 강(steel) 또는 합금강 등과 같은 금속을 얇게 형성한 금속부재, 섬유를 포함하는 섬유복합부재, 또는 플라스틱이나 종이 등과 같이 얇은 부재를 여러장 적층하여 형성한 적층부재를 제작하는 단계이고, 상기 강화부재 부착단계는 상기 강화부재를 접착제를 이용하여 상기 파우치(10)의 표면의 전부 또는 일부에 부착하는 단계이다. 특히, 상기 강화부재 부착단계는: 상기 강화부재에 열압착을 가능하게 하는 접착층을 도포하는 단계; 및 가열할 수 있는 금형부와 상기 파우치(10) 사이에 상기 강화부재를 놓고 이들을 열압착하는 단계;를 구비하거나, 또는 가열할 수 있는 금형부에 열압착을 가능하게 하는 접착층을 도포하는 단계; 및 상기 금형부와 상기 파우치(10) 사이에 상기 강화부재를 놓고 이들을 열압착하는 단계;를 구비할 수 있다. 이와 같이 열압착에 의하여 강화부재를 파우치(10)에 부착하는 경우에는, 상기 접착제로서 열압착을 가능하게 하는 접착제를 사용한다.

도 5 에는 상기 도 1 및 도 2 에 도시된 것과 같은 전극조립체(20)와 파우치(10)를 구비하며 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지가 도시되어 있다. 본 실시예에서는 도 1 및 도 2 에 도시된 실시예와 다른 부분에 대하여 설명한다.

도 5 에 도시된 바와 같이 본 실시예에서는 전술된 실시예와는 달리 상부 강화부재(31) 및 하부 강화부재(41)가 파우치(10)에 부착되는 것이 아니라, 상기 파우치의 표면에 금속분말과 접착제를 포함하는 강화코팅재료(50)를 도포함으로써 강화코팅층(60)을 형성하는 것이다. 이와 같이 도포하는 구체적인 방법으로서는, 상기 강화코팅재료가 수용된 탱크에 상기 파우치를 담그는 방법도 가능하겠으나, 노즐(70)을 통하여 강화코팅재료를 살포(spray)하는 방법이 강화코팅재료의 코팅두께를 조절할 수 있다는 점에서 더 바람직하다.

상기와 같은 전지는, 전극조립체 수납단계, 강화코팅재료 제조단계, 를 구비하는 방법에 의하여 제작될 수 있다. 상기 전극조립체 수납단계는 상기전극조립체(20)를 상기 양극판 및 음극판과 각각 연결된 전극리이드들의 적어도 일부가 외부로 노출된 상태에서 파우치(10) 내에 수납시키는 단계이며, 상기 도포단계는 상기 파우치의 표면의 전부 또는 일부에 금속분말과 접착제를 포함하는 강화코팅재료를 도포하여 강화코팅층을 형성하는 단계이다. 상기 금속분말은 알루미늄, 니켈, 또는 철 등과 같은 금속을 주요성분으로서 포함하는 재료를 사용할 수 있다. 상기 도포단계는 상기 강화코팅재료를 살포하여 강화코팅층을 형성하는 것이 바람직하다.

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 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

본 발명에 의하여 제공되는 전지는, 그 파우치(10)의 표면에 강화부재가 부착되거나 또는 강화코팅층이 형성됨으로써 그 강도가 강화되므로, 외부의 충격에 강한 특성을 가지게 된다.

Claims (11)

1. 양극판, 음극판, 및 상기 양극판과 음극판 사이에 개재된 세퍼레이터를 구비하는 전극조립체를 상기 양극판 및 음극판과 각각 연결된 전극리이드들의 적어도일부가 외부로 노출된 상태에서 내부에 수납하는 파우치; 및

   상기 파우치의 표면의 전부 또는 일부에 부착된 적어도 하나의 강화부재;를 구비하고,

   상기 강화부재는 금속부재인 전지.
2. 양극판, 음극판, 및 상기 양극판과 음극판 사이에 개재된 세퍼레이터를 구비하는 전극조립체를 상기 양극판 및 음극판과 각각 연결된 전극리이드들의 적어도 일부가 외부로 노출된 상태에서 내부에 수납하는 파우치; 및

   상기 파우치의 표면의 전부 또는 일부에 부착된 적어도 하나의 강화부재;를 구비하고,

   상기 강화부재는 섬유복합부재인 전지.
3. 양극판, 음극판, 및 상기 양극판과 음극판 사이에 개재된 세퍼레이터를 구비하는 전극조립체를 상기 양극판 및 음극판과 각각 연결된 전극리이드들의 적어도 일부가 외부로 노출된 상태에서 내부에 수납하는 파우치; 및

   상기 파우치의 표면의 전부 또는 일부에 부착된 적어도 하나의 강화부재;를 구비하고,

   상기 강화부재는 적층부재인 전지.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 적층부재는 종이를 적층하여 형성한 것을 특징으로 하는 전지.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중의 어느 한 항에 있어서,

   상기 강화부재는: 상기 파우치의 하면에 부착되는 하부 강화부와 파우치의 측면에 부착되는 측면 강화부를 구비하는 하부 강화부재; 및 상기 파우치의 상면에 부착되는 상부 강화부재;를 구비하는 것을 특징으로 하는 전지.
6. 양극판, 음극판, 및 상기 양극판과 음극판 사이에 개재된 세퍼레이터를 구비하는 전극조립체를 상기 양극판 및 음극판과 각각 연결된 전극리이드들의 적어도 일부가 외부로 노출된 상태에서 파우치 내에 수납시키는 전극조립체 수납단계;

   강화부재를 제작하는 강화부재 제작단계; 및

   적어도 하나의 강화부재를 상기 파우치의 표면의 전부 또는 일부에 부착하는 강화부재 부착단계;를 구비하는 전지 제조방법.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 강화부재 부착단계는:

   상기 강화부재에 열압착을 가능하게 하는 접착층을 도포하는 단계; 및

   가열할 수 있는 금형부와 상기 파우치 사이에 상기 강화부재를 놓고 이들을 열압착하는 단계;를 구비하는 전지 제조방법.
8. 제 6 항에 있어서,

   상기 강화부재 부착단계는:

   가열할 수 있는 금형부에 열압착을 가능하게 하는 접착층을 도포하는 단계; 및

   상기 금형부와 상기 파우치 사이에 상기 강화부재를 놓고 이들을 열압착하는 단계;를 구비하는 전지 제조방법.
9. 양극판, 음극판, 및 상기 양극판과 음극판 사이에 개재된 세퍼레이터를 구비하는 전극조립체를 상기 양극판 및 음극판과 각각 연결된 전극리이드들의 적어도 일부가 외부로 노출된 상태에서 내부에 수납하는 파우치; 및

   상기 파우치의 표면의 전부 또는 일부에 형성된 적어도 하나의 강화코팅층;을 구비하며,

   상기 강화코팅층은 금속분말과 접착제를 포함하는 전지.
10. 양극판, 음극판, 및 상기 양극판과 음극판 사이에 개재된 세퍼레이터를 구비하는 전극조립체를 상기 양극판 및 음극판과 각각 연결된 전극리이드들의 적어도 일부가 외부로 노출된 상태에서 파우치 내에 수납시키는 전극조립체 수납단계; 및

    상기 파우치의 표면의 전부 또는 일부에 금속분말과 접착제를 포함하는 강화코팅재료를 도포하여 강화코팅층을 형성하는 도포단계;를 구비하는 전지 제조방법.
11. 제 10 항에 있어서,

    상기 도포단계는 상기 강화코팅재료를 살포하여 강화코팅층을 형성하는 단계인 것을 특징으로 하는 전지 제조방법.