KR20050020894A - 전극탭을 캔의 단변부에 위치시킨 이차전지 - Google Patents

전극탭을 캔의 단변부에 위치시킨 이차전지 Download PDF

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Abstract

본 발명은 각형 이차전지에 관한 것으로, 일측이 개방된 개구부를 가지며, 단변부 및 장변부를 갖는 각형 캔; 음극판, 세퍼레이터 및 양극판이 적층되며, 젤리롤 형태로 권취된 후 일정방향으로 가압되어 캔에 내장되는 전극조립체; 및 전극조립체의 극판에 연결되며, 캔의 단변부 측에서 전극조립체의 외주로부터 캔의 개구부로 돌출되는 적어도 하나의 전극탭을 포함하여 구성된다.

Description

전극탭을 캔의 단변부에 위치시킨 이차전지{Secondary Battery having a Tap in Short Part of Can}
본 발명은 이차전지에 관한 것으로, 상세하게는 각형 이차전지의 젤리롤의 외주에 위치하는 양극탭과 젤리롤을 수납하는 캔의 상대적 위치에 관한 것이다.
이차전지는 양극판, 음극판 및 세퍼레이터로 이루어진 전극조립체를 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어진 캔에 수납하고, 캔 내부에 전해액을 주입하여 밀봉함으로써 형성된다. 전지의 상부에는 캔과 절연된 전극 단자를 구비하여, 전극 단자가 전지의 양극 또는 음극을 이루게 하고, 캔 자체는 전극 단자가 양극인 경우에 음극을, 전극 단자가 음극인 경우에 양극을 이루도록 한다.
밀봉된 전지에는 PTC(Positive Temperature Coefficient)소자, 서멀 퓨즈(thermal fuse), 보호회로기판(PCM: Protecting Circuit Module)등과 같은 안전장치가 연결되는데, 이들 안전장치는 전지의 양극과 음극에 각각 전기적으로 연결되어 전지의 고온 상승이나, 과도한 충방전 등으로 전지의 전압이 급상승하는 경우 전류를 차단하여 전지의 파열 등의 위험을 방지하게 된다. 이렇게 안전장치가 연결된 상태의 전지는 외장 케이스에 수납되어 전지 팩을 이루게 된다.
도1은 캔의 장변부에 전극탭이 위치하는 이차전지의 일부 사시도이다. 도1에는 일측에 개구부(11a)가 형성된 캔(11)과, 개구부(11a)를 통하여 캔(11)의 내부에 수납되는 전극조립체(12)가 도시되어 있다. 전극조립체(12)는 양극판 및 음극판 사이에 세퍼레이터(separator)를 개재하여 적층시킨 후 젤리롤 형태로 권취되어 사용된다. 전극조립체(12)의 상부에는 음극판 및 양극판에 각각 전기적으로 연결된 음극탭(13) 및 양극탭(14)이 인출되어 있다. 여기서, 음극탭 및 양극탭의 위치는 반대로 구성될 수 있다.
캔(11)은 대략 직육면체의 형상을 가진 금속제로 이루어지며, 그 자체가 단자역할을 수행하는 것이 가능하다.
그런데, 젤리롤 형태의 전극조립체를 권취할 때, 도1에서와 같이 전극조립체 폭의 절반 이상으로 결합되는 양극탭(또는 음극탭)이 외주에 위치하면 다음과 같은 문제가 발생한다. 먼저, 전지의 사용전에도 전극조립체(12)와 캔(11) 사이의 밀착으로 양극탭(14)이 형성된 전극조립체 부분과 캔 사이에 압력이 가해져 전극조립체의 작용능력을 떨어뜨릴 수 있다. 또한, 전지를 사용하게 되면 전지가 부피팽창 및 부피수축을 반복하며, 이러한 팽창과 수축은 양극탭(14)이 캔(14)과 극판(양극판, 음극판 또는 세퍼레이터) 사이에서 압력을 받아 극판 쪽에 양극탭(14)의 형상대로 변형을 발생시킨다. 전지를 계속 사용하는 동안에, 이러한 극판의 변형부는 눌림으로 인하여 반응하지 않는 부분으로 되고, 더 나아가 변형부나 그 주위에 리튬이온 등이 석출되면서 두께가 증가하는 등의 문제가 발생하고 있다. 이러한 문제는 특히 각형의 고용량 전지에서 심하게 발생하고 있다.
본 발명은 이러한 문제를 해결하기 위한 것으로, 전극조립체가 권취된 후에 캔에 인접하여 위치하는 양극탭이나 음극탭에 의하여 전극조립체의 극판이 압력을 받지 않도록 하는 것을 목적으로 한다.
이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 전극조립체를 권취하여 젤리롤 형태로 만든 후에 각형의 캔에 삽입할 때 전극조립체의 외주에 위치하는 양극탭(또는 음극탭)을 캔의 단변부에 위치하도록 탭을 전극조립체에 결합하는 탭-전극조립체 결합구조를 제공한다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.
도2는 캔의 단변부에 전극탭이 위치하는 전극조립체를 보여주는 이차전지의 일부 사시도이다. 본 발명에 따른 전극조립체와 탭의 결합구조를 갖는 이차전지는 캔(11), 캔개구부(11a), 전극조립체(12), 음극탭(13), 양극탭(24) 등을 포함하여 구성된다.
캔(11)은 대략 직육면체의 형상을 가진 금속제로 이루어지는 데, 단변부와 장변부로 나누어지며, 캔(11) 자체가 단자역할을 할 수 있다. 캔(11)의 재질은 경량의 전도성 금속인 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 형성된다. 캔(11)의 일측에는 개구부(11a)가 형성되어 있어, 전극조립체(12)가 개구부(11a)를 통하여 캔(11)의 내부에 수납된다.
전극조립체(12)는 음극판과 양극판 사이에 세퍼레이터(separator)를 개재시켜 적층시켜 권취한 젤리롤 형태를 갖는다.
음극판은 스트립 형상의 금속박판을 음극집전체를 사용하는 데, 음극집전체로는 구리박판이 사용된다. 음극집전체의 적어도 일면에는 음극활물질을 포함한 음극합제가 코팅된 음극코팅부가 형성되는 데, 음극활물질로는 탄소를 사용하고, 이에 바인더, 가소제, 도전재 등이 포함되어 음극합제가 형성된다. 음극판의 일측에는 일정한 폭을 가진 음극탭(13)이 결합되어 일측으로 돌출된다. 도2에는 전극조립체가 권취되어 형성되는 젤리롤의 중앙부에 음극탭(13)이 위치하고 있으며, 음극탭(13)은 상부로 돌출되어 있다. 여기서, 음극탭을 구성하는 재질은 보통 니켈이다.
한편, 음극판(13)이 젤리롤의 외부에 위치하는 경우에는 음극탭(13)이 음극판에 결합되는 위치는 전극조립체(12)를 캔(11)에 내장할 때 음극탭(13)의 위치가 캔(11)의 단변부에 위치될 수 있도록 한다. 그리고, 음극탭(13)의 폭은 캔(11)의 단변부의 폭보가 작게 되도록 캔 단변부 및 음극탭의 폭을 결정한다. 그러나, 캔의 크기가 감소됨에 따라 캔 단변부의 폭이 양극탭의 폭보다 크게 되는 경우에도 음극탭 폭과 캔의 단변부가 겹치는 부분이 최대가 되도록 한다.
양극판은 스트립 형상의 금속박판으로 된 양극집전체를 사용하는 데, 양극집전체로는 알루미늄박판이 사용된다. 양극집전체의 적어도 일면에는 양극활물질을 포함한 양극합제가 코팅되는 양극코팅부가 형성되는 데, 양극활물질로는 리튬계 산화물을 사용하고, 이에 바인더, 가소제, 도전재 등이 포함되어 양극합제가 형성된다. 양극판의 일측에는 일정한 폭을 가진 양극탭(24)이 결합된다. 양극탭(24)은 보통 알루미늄으로 되어 있고, 양극판과 초음파 용접 등에 의하여 결합된다. 이때, 용접부분은 양극코팅부가 존재하지 않는 알루미늄박판에 직접 결합된다. 도2에는 전극조립체가 권취되어 형성되는 젤리롤의 외주에 양극탭(24)이 위치하고 있다.
여기서, 양극탭(24)이 양극판에 결합되는 위치는 전극조립체(12)를 캔(11)에 내장할 때 양극탭(24)의 위치가 캔(11)의 단변부에 위치될 수 있도록 한다. 그리고, 양극탭(24)의 폭은 캔(11)의 단변부의 폭보가 작게 되도록 캔 단변부 및 양극탭의 폭을 결정한다. 그러나, 캔의 크기가 감소됨에 따라 캔 단변부의 폭이 양극탭의 폭보다 작게 되는 경우에도 양극탭 폭과 캔의 단변부가 겹치는 부분이 최대가 되도록 한다.
세퍼레이터는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 또는 폴리에틸렌과 폴리프르필렌의 공중합체로 이루어져 있으며, 폭은 양극판이나 음극판보다 크게 형성되어 있다.
음극판, 양극판, 세퍼레이터로 구성되는 전극조립체(12)는 젤리롤 형태로 권취되고, 이후 소정의 방향으로 가압하여 각형으로 성형한 후, 캔(11)에 내장되기 쉽도록 하부에 테이프를 붙인 후 캔(11)에 내장된다.
이상에서는 음극탭은 전극조립체의 중앙부에 위치하고 양극탭은 전극조립체의 외주에 위치하는 경우, 그리고 음극탭은 전극조립체의 일측 외주에 위치하고 양극탭은 전극조립체의 타측 외주에 위치하는 경우에 대하여 설명하였으나, 음극탭과 양극탭 모두를 캔의 일측 단변부에 인접하여 구성할 경우에도 동일하게 적용된다.
이와같이 전극조립체를 캔에 내장했을 때 전극조립체에 결합된 양극탭이 캔의 단변부에 위치되는 경우, 장변부 및 단변부의 여유도를 보면, 전극조립체와 캔 장변부 사이의 공차는 0.35±0.1 이고, 전극조립체와 캔 단변부 사이의 공차는 0.5±0.1 이다. 즉, 전극조립체에 결합되어 외주에 위치하는 양극탭을 전극조립체와 캔 사이의 공차가 큰 캔의 단변부에 위치시킴으로써, 양극탭이 전극조립체의 극판에 미치는 가압력을 크게 감소시킬 수 있다. 따라서, 양극탭이 위치하는 전극조립체의 극판의 형상변형이 방지됨으로써 리튬이온 석출 등으로 인한 두께 증가, 이로인한 전지의 용량 저하를 상당량 감소시킬 수 있다.
도1은 캔의 장변부에 전극탭이 위치하는 이차전지의 일부 사시도, 그리고
도2는 캔의 단변부에 전극탭이 위치하는 전극조립체를 보여주는 이차전지의 일부 사시도이다.
- 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 -
11: 캔 11a: 개구부
12: 전극조립체 13: 음극탭
14: 장변부 양극탭 24: 단변부 양극탭

Claims (7)

  1. 일측이 개방된 개구부를 가지며, 단변부 및 장변부를 갖는 각형 캔;
    음극판, 세퍼레이터 및 양극판이 적층되며, 젤리롤 형태로 권취된 후 일정방향으로 가압되어 상기 캔에 내장되는 전극조립체; 및
    상기 전극조립체의 극판에 연결되며, 상기 캔의 단변부 측에서 상기 전극조립체의 외주로부터 상기 캔의 개구부로 돌출되는 적어도 하나의 전극탭을 포함하는 것을 특징으로 하는 각형 이차전지.
  2. 제1항에 있어서, 상기 전극탭은
    상기 음극판에 연결되며, 상기 전극조립체의 중앙부에서 상기 캔의 개부부로 돌출되는 음극탭; 및
    상기 양극판에 연결되며, 상기 캔의 단변부 측에서 상기 전극조립체의 외주로부터 상기 캔의 개구부로 돌출되는 양극탭을 포함하는 것을 특징으로 하는 각형 이차전지.
  3. 제1항에 있어서, 상기 전극탭은
    상기 음극판에 연결되며, 상기 캔의 일측 단변부 측에서 상기 전극조립체의 외주로부터 상기 캔의 개구부로 돌출되는 음극탭: 및
    상기 양극판에 연결되며, 상기 캔의 타측 단변부 측에서 상기 전극조립체의 외주로부터 상기 캔의 개구부로 돌출되는 양극탭을 포함하는 것을 특징으로 하는 각형 이차전지.
  4. 제1항에 있어서, 상기 전극탭은
    상기 음극판에 연결되며, 상기 캔의 일측 단변부 측에서 상기 전극조립체의 외주로부터 상기 캔의 개구부로 돌출되는 음극탭: 및
    상기 양극판에 연결되며, 상기 캔의 일측 단변부 측에서 상기 음극탭과 인접하여 상기 전극조립체의 외주로부터 상기 캔의 개구부로 돌출되는 양극탭을 포함하는 것을 특징으로 하는 각형 이차전지.
  5. 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 캔의 단변부 측에 위치하는 전극탭은
    상기 캔의 단변부의 폭과 겹치는 부분이 최대가 되도록 위치하는 것을 특징으로 하는 각형 이차전지.
  6. 제5항에 있어서, 상기 캔의 단변부 측에 위치하는 전극탭의 폭은
    상기 캔의 단변부 폭보다 작은 것을 특징으로 하는 각형 이차전지.
  7. 제6항에 있어서, 상기 캔의 단변부 측에 위치하는 전극탭은
    상기 캔 단변부의 중앙에 위치하는 것을 특징으로 하는 각형 이차전지.
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