KR20040082874A - 최외곽 전극이 분리막에 의해 포켓팅된 적층형 전지 - Google Patents

Abstract

본 발명은 최외곽의 전극과 맞닿아 있는 분리막에 의해 최외곽 전극이 포켓팅된 적층형 전지를 제공한다.

본 발명은 적층 구조의 전지에서 발생할 수 있는 양극과 음극 간의 쇼트를 방지할 수 있다.

Description

최외곽 전극이 분리막에 의해 포켓팅된 적층형 전지{THE LAMINATED CELL WITH THE OUTMOST ELECTRODE POCKETED BY TWO SEPARATORS}

본 발명은 최외곽의 전극과 맞닿아 있는 분리막에 의해 최외곽 전극이 포켓팅된 적층형 전지에 관한 것이다.

일반적으로, 전지는 양극, 음극 및 그 사이에 위치하는 분리막으로 구성된다.

한편, 적층 방식의 전지는 1개 이상의 양극 극판을 연결하고 이를 전지 외부로 연결해 주는 양극 리드와, 1개 이상의 음극 극판을 연결하고 전지 외부로 연결해 주는 음극 리드가 전지 포장재 외부의 전원과 연결되는 구조로 되어 있다. 대부분의 전지 설계에서, 상반되는 리드들은 서로 접촉하지 않도록 서로 옵셋(off-set)되어 있다.

그러나, 제조 공정 진행 중 또는 제품 사용 시 적층 구조의 전지의 최외곽 전극이 음극일 때 최외곽 음극과 양극 리드와의 물리적 접촉으로 인해 쇼트가 발생할 수 있다. 마찬가지로, 제조 공정 진행 중 또는 제품 사용 시 적층 구조의 전지의 최외곽 전극이 양극일 때 최외곽 양극과 음극 리드와의 물리적 접촉으로 인해 쇼트가 발생할 수 있다. 이러한 쇼트에 의한 전지 불량 발생율은 약 10% 전후로 나타난다.

따라서, 본 발명의 목적은 적층 구조의 전지에서 공정 중 또는 제품 사용 시 발생할 수 있는 최외곽 전극과 반대 전극 리드 간의 쇼트를 방지하는 것이다.

도 1은 최외곽 전극과, 다른 전극에 연결된 리드 간에 발생할 수 있는 쇼트를 방지하기 위해 최외곽 전극 상, 하면에 있는 2개의 분리막을 열 압착하여 최외곽 전극을 포켓팅(pocketing)시킨 일 실시예를 나타내는 모식도이다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 1개 이상의 양극 층; 상기 양극 층과 교번하여 적층된 1개 이상의 음극 층; 및 상기 양극 층과 음극 층 사이 및 최외곽 전극 층의 표면에 각각 적층된 분리막 층을 포함하는 전지에 있어서, 최외곽 전극의 상하에 각각 적층된 2개의 분리막에 의해 최외곽 전극이 일부 또는 전부 포켓팅됨으로써 최외곽 전극과 반대 전극 리드가 분리막에 의해 분리된 전지를 제공한다.

이하에서는 본 발명을 상세하게 설명한다.

적층형 전지는 양극과 음극을 순차적으로 적층하고 각 전극 사이에 분리막을 삽입하여 제조한다. 이 때 분리막이 최외곽에 오도록 하고, 적층된 전극의 집전체를 초음파로 용착(welding)하여 일체화시킨 후 각 전극에 서로 다른 리드를 연결한다.

이때 모든 전극 사이에는 분리막(13)이 존재하여 다른 전극 간의 접촉을 억제하여 쇼트를 물리적으로 방지한다.

또, 도 1에 나타난 바와 같이 모든 전극 간에는 분리막이 전극 보다 큰 크기로 존재하고, 초음파 용착 후 V형태로 꺾을 때 전극 상단부의 남은 분리막 부분이 리드가 꺾이는 방향으로 따라서 접히게 되므로, 최외곽 전극에 맞닿아 있는 분리막(도1의 13)을 제외한 모든 분리막은 방향성을 가지며 접히게 되어, 전극과 리드 사이에도 분리막이 존재하여 반대 전극과 리드 간의 접촉을 억제하여 쇼트를 물리적으로 방지한다.

그러나, 전지 제조 시 최외곽 전극의 상하면에 각각 위치한 2개의 분리막은 접히는 방향이 일정하지 않고, 따라서 최외곽 전극이 반대극 리드와 분리막에 의해 격리되어 있지 않는 경우가 발생한다.

따라서, 용착이 완성된 전지를 알루미늄 포장재에 삽입시킬 경우 공간 확보를 위하여 용착된 부위를 V-형태로 꺾어 넣게 될 때, 최외곽에 위치한 전극과 반대 전극의 리드 간에 쇼트가 발생할 수 있다.

또, 도 1에 나타낸 바와 같이 최외곽에 존재하는 전극(11)의 높이가 반대 전극 리드(12)의 높이와 동일한 경우, 전지 제조 과정 중 또는 제품 상태에서 발생할 수 있는 진동 등의 외란(外亂)에 의해 최외곽 전극(11)은 반대 전극의 리드(12)의 꺾인 부위와 물리적으로 맞닿을 수 있으며, 이로 인해 양극과 음극 간의 쇼트가 발생할 수 있다.

따라서, 본 발명은 도 1에 나타낸 바와 같이, 최외곽 전극의 상하면에 각각 위치한 2개의 분리막 전체 혹은 일부를 열 압착 또는 테이핑으로 일체화시켜 최외곽 전극 일부 또는 전부를 분리막(13)으로 포켓팅함으로써, 최외곽 전극과 반대편 전극의 리드 간에 발생할 수 있는 쇼트를 원천적으로 봉쇄하는 것을 특징으로 한다.

최외곽 전극을 분리막으로 포켓팅하는 방법으로 최외곽 전극의 상하에 각각 적층된 2개의 분리막을 리드 방향쪽 모서리 전부 또는 일부 압착시키는 방법이 있다. 상기 압착은 열 압착일 수 있다. 열 압착 조건은 분리막 재료와 전극 두께에 의해 변경될 수 있다. 일례로 열 압착 조건은 150도 4초 정도이며, 압력은 큰 영향이 없다. 열 압착 조건은 분리막 재료와 전지 설계 구조에 따라 얼마든지 변경할 수 있으며, 특별한 경향성은 없다.

열 압착이 가능하지 않은 분리막의 경우는 테이프를 이용하여 포켓팅할 수 있다. 이 때 사용되는 테이프는 전해액과 반응이 없다면 모든 종류가 사용 가능하다.

최외각 전극이 반대 전극의 리드과 물리적으로 맞닿지 않도록 최외각 전극을 포켓팅하기 위한 분리막의 압착 폭 또는 테이핑 폭은 전지 설계에 따라 달라지지만 대체로 최외곽 전극 크기의 1% 이상인 것이 바람직하다.

본 발명이 사용될 수 있는 전지의 비제한적인 예로는 리튬 이온 전지 및 리튬 이온 폴리머 전지, 리튬 폴리머 전지가 있다.

이하의 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 본 발명은 실시예에 한정되지 않는다.

[실시예 1]

양극 3장과 음극 4장, 전극 보다 큰 크기의 분리막 5장을 적층하고, 최외곽 음극의 상하면에 있는 2장의 분리막을 150도에서 4초 열 압착하여 최외곽 음극을 분리막으로 포켓팅하여 전지를 구성한 후 포장하였다.

[비교예 1]

포켓팅을 하지 않은 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 전지를 구성하였다.

<실험>

상기 실시예 1 및 비교예 1에서 제조된 전지를 충전한 후 2m 높이에서 리드 방향이 충돌하도록 낙하실험을 10회 실시하여 전압 강하 정도를 확인하였으며, 그 결과를 표 1 및 2에 나타나 있다.

상기 표 1에 나타난 바와 같이, 최외곽 전극 상, 하면에 있는 2개의 분리막을 부분적으로 열 압착하여 최외곽 전극을 포켓팅하여 제조한 전지는 낙하 실험에서 쇼트 방지 효과를 확인할 수 있었다. 반면 비교예의 경우 낙하 실험에서 쇼트로 인한 전압 강하 현상이 발생함을 확인하였다.

Claims (2)

1개 이상의 양극 층; 상기 양극 층과 교번하여 적층된 1개 이상의 음극 층; 및 상기 양극 층과 음극 층 사이 및 최외곽 전극 층의 표면에 각각 적층된 분리막 층을 포함하는 전지에 있어서, 최외곽 전극의 상하에 각각 적층된 2개의 분리막에 의해 최외곽 전극이 일부 또는 전부 포켓팅됨으로써 최외곽 전극과 반대 전극 리드가 분리막에 의해 분리된 전지.

제1항에 있어서, 분리막으로 최외곽 전극을 포켓팅하는 방법은 2개의 분리막을 열 압착하거나, 테이프로 일체화하는 것인 전지.