KR20040108139A - 폭이 감소된 세퍼레이터를 갖는 젤리롤 구조 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 이차전지의 젤리롤의 구조 및 제조방법에 관한 것으로, 음극판의 폭은 양극판의 폭보다 크고, 음극판의 폭보다 큰 세퍼레이터 폭의 가장자리를 열처리 제거하여 세퍼레이터의 폭을 음극판의 폭과 거의 같게 하고, 용융된 세퍼레이터는 음극판 및 양극판의 단부면을 도포하는 구조 및 그 제조방법이다.
Description
본 발명은 이차전지에 관한 것으로, 상세하게는 양극판, 음극판 및 세퍼레이터로 이루어지는 전극조립체의 구조에 관한 것이다.
이차전지는 재충전이 가능하고 소형 및 대용량화가 가능한 것으로, 사용재료 등에 따라 니켈수소(Ni-MH)전지, 리튬(Li)전지, 리튬이온(Li-ion)전지, 폴리머리튬(PLI)전지 등으로 구분되고, 외관형태에 따라 원통형 전지와 각형 전지 등으로 구분된다.
이차전지는 일반적으로 양극판, 음극판 및 세퍼레이터로 구성되는 전극조립체를 알루미늄이나 알루미늄합금의 캔에 수납하고, 캔 내부에 전해액을 주입하여 밀봉함으로써 형성된다. 캔의 상부에 캔과 절연되는 전극단자가 구비되고, 이 전극단자는 양극 또는 음극을 가지며, 전극단자의 극성에 따라 캔의 극성이 결정된다. 밀봉된 이차전지는 PTC(Positive Temperature Coefficient)소자, 서멀휴즈(Thermal Fuse) 및 보호회로기판(PCM: Protecing Circuit Module) 등의 안전장치가 연결되며, 이후 전지팩에 수납된다.
이차전지는 양극판과 음극판 사이에 세퍼레이터를 삽입하여 권취시킨 전극 젤리롤(Jerry Roll)을 사용한다. 젤리롤의 형태는 전지의 형태에 따라 결정되며, 원통형 전지에서 젤리롤은 원통형으로 권취되고, 각형 전지에서 젤리롤은 양측을 압박하여 평평하게 한 각형으로 권취된다.
도1은 권취된 전극 젤리롤을 내장한 원통형 이차전지의 단면도이다. 도1에 도시된 바와같이, 젤리롤의 구조는 양극판(130), 음극판(140) 및 세퍼레이터(150)로 구성된다. 양극판(120)은 양극기재의 양면에 양극활물질, 바인더, 도전제 등을 포함하는 슬러리를 도포하여 형성되고, 음극판(130)은 음극기재의 양면에 음극활물질, 바인더 등을 포함하는 슬러리를 도포하여 형성된다. 형성된 양극판 및 음극판은 건조 및 프레스된 후 소정의 크기로 절단되어 사용된다. 세퍼레이터(150)는 양극판(130)과 음극판(140) 사이에 삽입되어 권취되며, 양극판(130)과 음극판(140)이 서로 통전되지 않도록 한다.
그 밖에, 도1에는 캡어셈블리(100), 절연판(112), 양극탭(114), 음극탭(116), 돌기(118) 등과, 이들 구성요소들을 내장하는 캔(120)이 도시되어 있다.
도1에서 알 수 있는 바와같이, 전극인 젤리롤의 구조를 상세히 보면, 양극판(130)의 폭보다 음극판(140)의 폭이 더 크고, 음극판(140)의 폭보다 세퍼레이터(150)의 폭이 더 크다. 이와같이, 양극판(130), 음극판(140), 세퍼레이터(150)의 폭의 크기를 다르게 구성한 것은 양극판(130)과 음극판(140) 사이에 발생할 수 있는 통전을 효과적으로 방지하기 위함이다.
그런데, 캔(120)에 삽입될 수 있는 젤리롤의 최대폭은 세퍼레이터(150)의 폭에 의하여 결정되는 데, 종래의 젤리롤 구조에서는 양극판 및 음극판의 폭보다 크게 형성되는 세퍼레이터의 폭으로 인하여 캔에 내장되는 젤리롤의 폭이 제한되어 전지의 용량을 떨어뜨리는 원인이 되고 있다.
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 양극판, 음극판 및 세퍼레이터로 구성되는 전극 젤리롤에서 전지용량에 기여하지 않는 부분을 최소함으로써 캔에 삽입되는 양극판 및 음극판의 상대적 면적을 크게 하여 전지의 용량을 증가시키는 것을 목적으로 한다.
도1은 권취된 전극 젤리롤을 내장한 원통형 이차전지의 단면도,
도2는 본 발명에 따른 권취된 전극 젤리롤을 내장한 원통형 이차전지의 단면도, 그리고
도3은 적층된 세퍼레이터를 열처리하는 과정을 도시하는 플로우챠트이다.
- 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 -
210: 캡어셀블리 2112: 절연판
214: 양극탭 216: 음극탭
218: 돌기 220: 캔
230: 양극판 240: 음극판
250: 세퍼레이터
이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 음극판의 폭보다 크게 형성되는 세퍼레이터를 열처리를 통하여 제거하여 젤리롤의 전체폭을 감소시키고, 제거되는 세퍼레이터 부분이 음극판 및 양극판의 상부면을 도포하여 절연성을 증가시키는 젤리롤 구조 및 그 형성방법을 제공한다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.
도2는 본 발명에 따른 권취된 전극 젤리롤을 내장한 원통형 이차전지의 단면도이다. 도2에 도시된 바와같이, 본 발명에 따른 이차전지는 양극판(230), 음극판(240) 및 세퍼레이터(250)이 권취되어 형성되는 젤리롤과, 젤리롤을 내장하는 캔(220), 캔의 상부에 구비되는 캡어셈블리(210), 젤리롤과 캔 및 캡어셈블리를 절연하는 절연판(214) 등으로 구성된다.
젤리롤은 양극판(230)과 음극판(240) 사이에 세퍼레이터(250)를 개재하여 형성되는 것으로, 양극판(230), 음극판(240) 및 세퍼레이터(250)은 다음과 같이 형성된다.
양극판(130)은 양극활물질, 바인더, 도전제 등의 슬러리를 금속집전체의 양면에 도포하여 형성한다. 예를들어, 양극판(230)은 LiNixCoyO2의 양극활물질, 슈퍼-P의 도전제, 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF)의 바인더를 유기용매인 N-메틸-2-피롤리돈(NMP)에 용해한 혼합물(슬러리 또는 페이스트)을 알루미늄 호일의 집전체의 양면에 균일하게 도포하여 형성된다. 도포된 집전체는 건조를 통해서 유기용매가 제거되고, 이후 롤프레스로 압연되어 0.147mm 두께의 양극판이 형성된다.
음극판(240)은 음극활물질, 바인더, 도전제 등의 슬러리를 금속집전체의 양면에 도포하여 형성한다. 예를들어, 음극판(240)은 MCF 의 음극활물질, 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF)의 바인더를 유기용매인 N-메틸-2-피롤리돈(NMP)에 용해한 혼합물(슬러리 또는 페이스트)을 구리 호일의 집전체의 양면에 균일하게 도포하여 형성된다. 도포된 집전체는 건조를 통해서 유기용매가 제거되고, 이후 롤프레스로 압연되어 0.173mm 두께의 음극판이 형성된다.
세퍼레이터(250)는 유기용매와 반응성이 적고 안전성에 적합한 0.025mm의 폴리에틸렌 다공성 막을 사용한다.
젤리롤은 세퍼레이터(250)를 사이에 두고, 양극판(230) 및 음극판(240)을 적층하여 형성된다. 적층된 젤리롤에서, 양극판(230)의 폭은 음극판(240)의 폭보다 작고, 음극판(240)의 폭은 세퍼레이터(250)의 폭보다 작다. 젤리롤이 적층된 상태에서, 음극판(140)의 폭보다 바깥쪽으로 돌출된 세퍼레이터(250)를 세퍼레이터(250)의 녹는점에 가까운 온도로 열을 가한다. 여기서, 가열 온도는 50 내지 150 ℃, 바람직하게는 90 내지 110℃로 하며, 가장 바람직하게는 100℃로 한다. 세퍼레이터(250)에 가해진 열은 음극판(240)의 외부로 돌출된 세퍼레이터(250)의 가장자리 부분을 용융시키게 되고, 용융된 세퍼레이터의 대부분은 음극판(240)의 단부면을 도포하고, 일부는 양극판(230)의 단부면을 도포할 수 있다. 이와같이, 용융된 세퍼레이터(250)가 음극판(240) 및 양극판(230)의 단부면을 도포함으로써 음극판(240)과 양극판(230)의 절연성을 증가시킨다. 또한, 세퍼레이터(250)의 가장자리 일부가 용융되어 제거됨으로써 젤리롤의 전체폭이 감소하게 된다. 제거되는 세퍼레이터(250)의 폭 크기는 절연판(212)과 세퍼레이터(250)가 접촉될 때 음극판(240)의 폭이 세퍼레이터(250)의 폭과 거의 같게 되도록 한다. 따라서, 적층하기 위한 세퍼레이터(250)는 열처리에 의하여 제거되는 세퍼레이터(250)의 가장자리 폭을 고려하여 폭을 더 크게 형성시키는 것이 바람직하다.
열처리되어 가장자리의 일부가 제거된 젤리롤은 캔에 내장되며, 이때 세퍼레이터(250)의 가장자리는 절연판(212)에 의하여 캡어셈블리(210) 및 캔(220)과 절연된다. 양극판(230)은 양극탭(214)에 의하여 외부단자로 연결되고, 음극판(240)은 음극탭(216)에 의하여 캔(220) 또는 별도의 외부단자로 연결된다.
도3은 적층된 세퍼레이터를 열처리하는 과정을 도시하는 플로우챠트이다. 도3에 도시된 바와같이, 젤리롤의 제조는 먼저 양극판, 음극판 및 세퍼레이터를 형성한다. 이때, 양극판, 음극판 및 세퍼레이터의 폭은 세퍼레이터의 가장자리 제거를 고려하여 더 크게 형성시킨다(S301). 형성된 양극판, 음극판 및 세퍼레이터를 양극판, 음극판, 세퍼레이터 순으로 폭이 증가하도록 적층한다(S302). 적층된 후, 세퍼레이터의 가장자리가 음극판의 폭과 거의 같게 되도록 열처리한다(S303). 열처리된 젤리롤을 절연판에 세퍼레이터의 가장자리가 접촉되도록 캔에 내장한다(S304).
이상과 같이, 젤리롤의 폭을 결정하는 세퍼레이터의 가장자리 일부를 열처리함으로써, 양극판 및 음극판의 폭을 상대적으로 확장하여 단위셀당 전지의 용량을 증가시킬 수 있고, 세퍼레이터가 열처리에 의하여 용융된 후 음극판 및 양극판의 단부를 도포함으로써 양극판 및 음극판 사이의 절연성을 향상시킬 수 있다.
Claims (5)
- 양극판, 음극판, 세퍼레이터을 포함하는 젤리롤을 갖는 이차전지에 있어서,상기 음극판의 폭은 상기 양극판의 폭보다 크고, 상기 세퍼레이터의 가장자리를 열처리 제거하여 상기 세퍼레이터의 폭을 상기 음극판의 폭과 거의 같게 형성하는 것을 특징으로 하는 폭이 감소된 세퍼레이터를 갖는 젤리롤 구조.
- 제1항에 있어서, 상기 열처리 제거되는 용융 세퍼레이터는상기 음극판 및 상기 양극판의 단부면을 도포하는 것을 특징으로 하는 폭이 감소된 세퍼레이터를 갖는 젤리롤 구조.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 세퍼레이터의 열처리 온도는50 내지 150℃인 것을 특징으로 하는 폭이 감소된 세퍼레이터를 갖는 젤리롤 구조.
- 이차전지의 젤리롤을 제조하는 방법에 있어서,양극판, 상기 양극판보다 폭이 큰 음극판 및 상기 음극판보다 폭이 큰 세퍼레이터를 형성하는 단계;상기 양극판, 음극판 및 세퍼레이터를 적층하는 단계; 및상기 적층된 세퍼레이터의 가장자리를 열처리 제거하여 상기 세퍼레이터의폭과 상기 음극판의 폭을 거의 같게 형성시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지의 젤리롤 제조방법.
- 제4항에 있어서, 상기 열처리 단계는상기 음극판 및 상기 양극판의 단부면을 도포하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 이차전지의 젤리롤 제조방법.
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2003
- 2003-06-16 KR KR1020030038887A patent/KR20040108139A/ko not_active Application Discontinuation
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