KR20040022713A - 파우치형 케이스와, 이를 채용한 리튬이차전지 - Google Patents

Abstract

파우치형 케이스와, 이를 채용한 리튬이차전지를 개시한다. 본 발명은 양극판과, 세퍼레이터와, 음극판이 와인딩된 전지부;와, 양극판과 전기적으로 연결되며, 양극판으로부터 인출된 양극리드;와, 음극판과 전기적으로 연결되며, 음극판으로부터 인출된 음극리드;와, 전지부가 수용되는 공간부를 가지며, 공간부의 가장자리를 따라 열융착되는 밀폐면의 모서리부에 트리밍부가 형성된 케이스;를 포함하는 것으로서, 케이스의 밀폐면의 모서리부가 완만한 각을 유지하게 됨에 따라서, 각진 모서리부에 의한 긁힘현상을 미연에 방지할 수가 있다.

Description

파우치형 케이스와, 이를 채용한 리튬이차전지 {Pouched-type case and lithium secondary battery applying the same}

본 발명은 리튬이차전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전지부를 수용하는 케이스의 모서리부의 구조가 개선된 파우치형 케이스와, 이를 채용한 리튬이차전지에 관한 것이다.

통상적으로, 충방전이 가능한 이차전지는 셀룰러폰, 노트북 컴퓨터, 캠코더등 휴대용 전자기기의 개발로 활발한 연구가 진행중이다. 이러한 이차전지로는 니켈-카드뮴전지, 니켈-메탈하이드라이드전지, 니켈-수소전지, 리튬이차전지등을 들 수 있다. 이중에서, 리튬이차전지는 작동전압이 3.6V로서, 휴대용 전자기기의 전원으로 많이 사용되고 있는 니켈-카드뮴전지나, 니켈-메탈하이드라이드전지에 비하여 3배나 우수하고, 단위중량당 에너지밀도의 특성도 우수하여서 급속도로 신장되고 있다.

리튬이차전지는 전해액의 종류에 따라 액체전해질전지와, 고분자전해질전지로 분류할 수 있다. 일반적으로는, 액체전해질을 사용하는 전지를 리튬이온전지라 하고, 고분자전해질을 사용하는 전지를 리튬폴리머전지라고 한다.

리튬이차전지는 다양한 형태로 제조가 가능한데, 대표적인 형상으로는 리튬이온전지에 주로 사용되는 원통형 및 각형을 들 수 있다. 최근들어 각광받는 리튬폴리머전지는 유연성을 지닌 파우치형으로 제조되어서, 그 형상이 비교적 자유롭다. 또한, 안전성도 우수하고, 무게가 가벼워서 휴대용 전자기기의 슬림화 및 경량화에 유리하다고 할 것이다.

도 1을 참조하면, 리튬이차전지(10)는 전지부(11)와, 상기 전지부(11)가 수용되는 공간부(15)를 제공하는 케이스(12)를 포함하고 있으며, 상기 전지부(11)는잘 알려진 바대로, 양극판과, 음극판과, 그 사이에 개재되는 세퍼레이터로 이루어져 있다.

상기 전지부(11)는 양극판, 세퍼레이터, 음극판순으로 배치된 상태에서 젤리-롤형(jelly-roll type)으로 와인딩되거나, 다수장이 적층형(stack type)으로 라미네이팅되어 있다. 또한, 상기 전지부(11)에는 각 극판과 전기적으로 연결된 양극리드(13)와, 음극리드(14)가 밀봉된 케이스(12)의 외부로 노출되어 있다.

상기 케이스(12)는 전자기기의 경박단소화를 실현하기 위하여 후막의 금속판으로 성형한 원통형이나 각형과는 달리, 박막의 금속필름과, 그 양면에 절연성 필름이 부착되어 자유자재로 구부림이 가능한 파우치형(pouched-type)이다. 상기 케이스(12)에는 상기 전지부(11)가 수용가능한 공간부(15)가 형성되어 있으며, 상기 공간부(15)의 가장자리를 따라서는 열융착되는 밀폐면(12a)이 제공되어 있다.

상기 케이스(12)는 박판의 원소재를 정렬시키고, 금형을 이용하여 프레싱하여 소정깊이의 공간부(15)를 형성하고, 상기 밀폐면(12a)의 가장자리를 따라서 트리밍(trimming) 작업을 하여 소망하는 형상으로 제조하게 된다. 이때, 상기 케이스(12)는 대략 사각형의 외형을 유지하고 있다. 이는 각형으로 제조되는 전지부(11)를 수용시 최적화하기 위해서이다.

상기와 같은 구조를 가지는 리튬이차전지(10)는 세퍼레이터를 사이에 두고 극성을 달리하는 극판을 배치한 다음에 와인딩공정이나, 라미네이팅공정을 통하여 전지부(11)를 완성하고, 이를 케이스(15)의 공간부(15)에 수용한다. 다음으로, 상기 공간부(15)의 가장자리를 따라 형성된 밀폐면(12a)을 열융착하여 밀봉하게 된다.

그런데, 종래의 리튬이차전지(10)는 다음과 같은 문제점을 가지고 있다.

첫째, 상기 케이스(12)이 밀폐면(12a)의 모서리부는 직각을 유지하고 있다. 이에 따라, 각진 모서리부에 의하여 리튬이차전지(10)의 조립시 긁힘현상이 발생하게 된다.

둘째, 리튬이차전지(10)의 조립이 완료된 다음에, 안전성을 위하여 PTC와 같은 보호소자를 케이스(12)에 부착시에 각진 모서리부에 걸리는 현상이 발생하게 된다.

셋째, 상기 케이스(12)의 밀폐면(12a)은 전지의 경박단소화를 위하여 접혀지는 부분인데, 각진 모서리부에서의 두께가 증가하게 된다. 이것은 전지의 고용량화가 실현되면서, 접혀지는 부분을 최소화할 때 방해하는 요소로 작용한다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 케이스의 모서리부에 곡률을 형성시켜서 케이스의 불량을 미연에 방지한 파우치형 케이스와, 이를 채용한 리튬이차전지를 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 종래의 리튬이차전지를 도시한 평면도,

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬이차전지를 도시한 분리사시도,

도 3은 도 2의 전지부를 도시한 분리사시도,

도 4는 도 2의 결합사시도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 간단한 설명>

20...리튬이차전지21...전지부

22...양극판23...음극판

24...세퍼레이터25...양극리드

26...음극리드27...보호테이프

210...케이스220...상부케이스

230...하부케이스231..공간부

232...밀폐면

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 측면에 따른 파우치형 케이스는,

양극판과, 음극판과, 그 사이에 개재되는 세퍼레이터로 된 전지부가 수용되는 공간부를 제공하는 케이스에 관한 것으로서,

상부케이스;

상기 상부케이스와 적어도 일면이 일체로 접합된 하부케이스; 및

상기 상부 또는 하부케이스중 어느 한 곳에 형성된 공간부의 가장자리를 따라 형성된 밀폐면의 모서리부에 형성된 트리밍부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 트리밍부는 곡률처리된 라운딩부인 것을 특징으로 한다.

게다가, 상기 트리밍부는 인접하는 두변으로부터 파상형으로 형성된 것을 특징으로 한다.

나아가, 상기 트리밍부는 모서리부의 꼭지점으로부터 인접하는 두변으로 소정길이 절단시켜 형성된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 측면에 따른 파우치형 케이스를 채용한 리튬이차전지는,

양극판과, 세퍼레이터와, 음극판이 와인딩된 전지부;

상기 양극판과 전기적으로 연결되며, 상기 양극판으로부터 인출된 양극리드;

상기 음극판과 전기적으로 연결되며, 상기 음극판으로부터 인출된 음극리드; 및

상기 전지부가 수용되는 공간부를 가지며, 상기 공간부의 가장자리를 따라 열융착되는 밀폐면의 모서리부에 트리밍부가 형성된 케이스;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬이차전지(20)를 도시한 것이고, 도 3은 도 2의 전지부(31)를 도시한 것이다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 상기 리튬이차전지(20)는 전지부(21)와, 상기 전지부(21)를 수용하는 케이스(210)를 포함한다.

상기 전지부(21)는 양극판(22)과, 음극판(23)과, 상기 양극 및 음극판(22)(23) 사이에 개재되는 세퍼레이터(24)를 포함한다.

상기 양극판(22)은 스트립 형상의 금속박판으로 된 양극집전체(22a)와, 상기 양극집전체(22a)의 적어도 일 면에 코팅되는 양극활물질층(22b)을 구비한다. 상기 양극집전체는(22a)는 도전성이 우수한 금속박판인 알루미늄박판이 바람직하고, 상기 양극활물질층(22b)으로는 리튬계산화물에다 바인더, 가소제, 도전재등이 혼합된 조성물이다. 상기 양극판(22)에는 양극무지부(positive electrode uncoated area,22c)에 양극리드(25)가 부착되어 있고, 상기 양극리드(25)의 단부측 외면에는 소정폭의 보호테이프(26)가 감싸져 있다.

상기 음극판(23)은 스트립 형상의 금속박판으로 된 음극집전체(23a)와, 상기기 음극집전체(23a)의 적어도 일 면에 코팅되는 음극활물질층(23b)을 구비한다. 상기 음극집전체(23a)는 우수한 도전성을 가지는 구리박판이 바람직하고, 상기 음극활물질층(23b)으로는 탄소재와 같은 음극활물질에다 바인더, 가소제, 도전재등이 혼합된 조성물이다. 상기 음극판(23)에는 음극무지부(negative electrode uncoated area,23c)에 음극리드(27)가 부착되어 있고, 상기 음극리드(27)에도 양극리드(25)와 마찬가지로 보호테이프(28)가 감싸져 있다.

상기 양극 및 음극리드(25)(27)는 양극 및 음극무지부(22c)(23c)의 표면에 전기적으로 연결되어 있으며, 이를 위하여 상기 양극 및 음극무지부(22c)(23c)에 대하여 레이저용접이나 초음파용접과 같은 용접이나, 도전성접착제에 의하여 통전가능하도록 부착되어 있다.

상기 케이스(21)는 상부케이스(220)와, 상기 상부케이스(220)와 결합되는 하부케이스(230)를 포함한다. 결합된 상부 및 하부케이스(22)의 외형은 부피를 최소화하기 위하여 상기 전지부(21)의 외형과 상응되고, 대략 직사각형을 유지하고 있다.

상기 상부 및 하부케이스(220)(230)는 적어도 한 변이 일체로 접하여져 있으며, 다른 변들은 상호 개방되어 있다. 상기 하부케이스(230)에는 상기 전지부(21)가 수용되는 공간부(231)가 형성되어 있으며, 상기 공간부(231)의 가장자리를 따라서 밀폐면(232)이 형성되어 있다. 상기 밀폐면(232)은 상기 전지부(21)가 공간부(231)내에 수용된 다음에 열융착에 의하여 밀봉되는 부분이다.

상기와 같은 구조를 가지는 전지부(21)는 양극판(22), 세퍼레이터(24), 음극판(23) 순으로 배치된 상태에서 일방향으로 와인딩된 구조, 이른바 젤리-롤형으로 권취가능하다. 이렇게 젤리-롤형의 전지부(21)는 유연성을 가지는 고분자소재, 예컨대 폴리에틸렌(PE) 재질의 세퍼레이터(24)상에 반도체형의 고분자전해질이 형성되어 있기 때문에 별도의 전해액을 주입하지 않고서도 리튬이차전지로서의 작동이 가능하다고 할 것이다.

젤리-롤형으로 와인딩된 전지부(21)는 공간부(231)가 마련된 하부케이스(230)에 장착된다. 이때, 상기 전지부(21)의 각 극판(22)(23)과 전기적으로 연결된 양극 및 음극리드(23)(27)의 단부는 밀봉되는 케이스(210)의 외부로 인출되어 있다. 상기 전지부(21)가 안착된 다음에는 상기 공간부(231)의 가장자리를 따라 형성된 밀폐면(232)에 소정의 열과 압력을 가하여 밀봉시키게 된다. 이에 따라, 도 4에 도시된 바와 같은 리튬이차전지(20)가 완성된다.

이때, 상기 밀폐면(232)은 상기 공간부(231)의 가장자리를 따라 케이스(210)로부터 일체로 연장되는 부분으로서, 소정폭을 유지하고 있다. 또한, 상기 케이스(210)의 장변부에 형성된 밀폐면(232)은 전지의 경박단소화를 위하여 적어도 한번 이상 접혀지는 부분이다.

그리고, 상기 밀폐면(232)의 모서리부에는 전지의 조립공정시 각진 모서리부에 의하여 긁힘등을 방지하기 위하여 트리밍부(233)가 형성되어 있다. 상기 트리밍부(233)는 인접하는 두변이 만나는 부위에 곡률처리를 한 라운딩부이거나, 파상형으로 형성시키거나, 꼭지점으로부터 양 변으로 소정길이 절단시켜서 형성시킬 수 있을 것이다. 본 실시예에서는 상기 트리밍부(233)는 모서리부에 소정의 곡률처리를 한 라운딩부이다.

이와 같은 트리밍부(233)를 가지는 케이스(210)는 금속필름과, 그 양면에 절연성 필름이 코팅된 파우치형 케이스의 원소재를 이용하여 공간부(231)를 형성시키도록 타발하고, 적어도 일 변이 일체로 접합된 상부 및 하부케이스(220)(230)를 성형하게 된다. 이때, 상기 상부 및 하부케이스(220)(230)의 밀폐면(232)의 모서리부에 각진 모서리부를 제거하기 위하여 테두리를 정형화하는 트리밍공정시 곡률처리된 트리밍부(233)를 형성시키게 된다.

이상의 설명에서와 같이 본 발명의 파우치형 케이스와, 이를 채용한 리튬이차전지는 케이스의 각진 모서리부를 완만하도록 트리밍함으로써, 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.

첫째, 케이스의 밀폐면의 모서리부가 완만한 각을 유지하게 됨에 따라서, 각진 모서리부에 의한 긁힘현상을 미연에 방지할 수가 있다.

둘째, 리튬이차전지의 조립시, 안정성을 위하여 부착되는 보호소자와의 간섭을 없앨 수 있다.

셋째, 케이스의 밀폐면을 접을시, 접혀지는 부분에 대한 방해요소가 제거된다.

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 (8)

1. 양극판과, 음극판과, 그 사이에 개재되는 세퍼레이터로 된 전지부가 수용되는 공간부를 제공하는 케이스에 관한 것으로서,

   상부케이스;

   상기 상부케이스와 적어도 일면이 일체로 접합된 하부케이스; 및

   상기 상부 또는 하부케이스중 어느 한 곳에 형성된 공간부의 가장자리를 따라 형성된 밀폐면의 모서리부에 형성된 트리밍부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 파우치형의 케이스.
2. 제1항에 있어서,

   상기 트리밍부는 곡률처리된 라운딩부인 것을 특징으로 하는 파우치형의 케이스.
3. 제1항에 있어서,

   상기 트리밍부는 인접하는 두변으로부터 파상형으로 형성된 것을 특징으로 하는 파우치형의 케이스.
4. 제1항에 있어서,

   상기 트리밍부는 모서리부의 꼭지점으로부터 인접하는 두변으로 소정길이 절단시켜 형성된 것을 특징으로 하는 파우치형의 케이스.
5. 양극판과, 세퍼레이터와, 음극판이 와인딩된 전지부;

   상기 양극판과 전기적으로 연결되며, 상기 양극판으로부터 인출된 양극리드;

   상기 음극판과 전기적으로 연결되며, 상기 음극판으로부터 인출된 음극리드; 및

   상기 전지부가 수용되는 공간부를 가지며, 상기 공간부의 가장자리를 따라열융착되는 밀폐면의 모서리부에 트리밍부가 형성된 케이스;를 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬이차전지.
6. 제5항에 있어서,

   상기 트리밍부는 곡률처리된 라운딩부인 것을 특징으로 하는 리튬이차전지.
7. 제5항에 있어서,

   상기 트리밍부는 인접하는 두변으로부터 파상형으로 형성된 것을 특징으로 하는 리튬이차전지.
8. 제5항에 있어서,

   상기 트리밍부는 모서리부의 꼭지점으로부터 인접하는 두변으로 소정길이 절단시켜 형성된 것을 특징으로 하는 리튬이차전지.