KR20050110501A - 원통형 리튬이온 이차전지 - Google Patents

Abstract

본 발명은 원통형 리튬이온 이차전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전극 젤리 롤을 둘러싸는 도전성 젤리 롤 커버를 구비한 원통형 리튬이온 이차전지에 관한 것이다. 본 발명은 양극판 및 음극판과 그 사이에 개재된 세퍼레이터가 함께 권취된 전극 젤리 롤과, 상기 전극 젤리 롤을 수용하는 캔을 포함하는 원통형 이차 전지에 있어서, 상기 전극 젤리 롤의 외주면을 둘러싸는 도전성의 젤리 롤 커버가 구비되며, 상기 젤리 롤 커버는 상기 캔의 내벽과 접하는 것을 특징으로 하는 원통형 리튬이온 이차전지를 제공한다.

Description

원통형 리튬이온 이차전지{Cylindrical lithium ion secondary battery}

본 발명은 원통형 리튬이온 이차전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전극 젤리 롤을 둘러싸는 도전성의 젤리 롤 커버를 구비한 원통형 리튬이온 이차전지에 관한 것이다.

통상적으로, 이차 전지(secondary battery)는 충전이 불가능한 일차 전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 전지를 말하는 것으로서, 셀룰라 폰, 노트북 컴퓨터, 캠코더 등의 첨단 전자 기기 분야에서 널리 사용되고 있다. 특히, 리튬 이차 전지는 작동 전압이 3.6V 이상으로서, 휴대용 전자 기기의 전원으로 많이 사용되고 있는 니켈-카드뮴 전지나, 니켈-수소 전지보다 3배나 높고, 단위 중량당 에너지 밀도가 높다는 측면에서 급속하게 신장되고 있는 추세이다.

리튬 이차 전지는 주로 양극 활물질로 리튬계 산화물, 음극 활물질로는 탄소재를 사용하고 있다. 일반적으로, 전해액의 종류에 따라 액체 전해질 전지와, 고분자 전해질 전지로 분류되며, 액체 전해질을 사용하는 전지를 리튬 이온 전지라 하고, 고분자 전해질을 사용하는 전지를 리튬 폴리머 전지라고 한다.

또한, 리튬 이차 전지는 여러 가지 형상으로 제조되고 있는데, 대표적인 형상으로는 원통형과, 각형과, 파우치형을 들 수 있다.

도 1은 종래 원통형 이차전지의 구조를 나타내는 종단면도이다. 도 1을 참조하면, 캔(10)의 내부에 양극판(30)과 음극판(40), 및 이들 간의 전기적 접촉을 막는 세퍼레이터(50)가 권취된 전극 젤리 롤(20)이 수납되어 있다. 상기 전극 젤리 롤(20)은 세퍼레이터(50), 양극판(30), 세퍼레이터(50), 음극판(40)을 순차로 적층한 후 롤상으로 권취시킨 것이다. 상기 양극판(30)과 음극판(40)은 각 극판의 양쪽 면에 리튬 금속산화물, 탄소 또는 탄소복합체로 된 활물질이 도포된다. 양극판(30) 및 음극판(40)의 각 극판으로부터 양극 탭(16)과 음극 탭(17)이 외부로 인출되는데, 상기 양극 탭(34)은 상방으로 인출되어 캔(10)을 밀봉하는 캡 조립체(12)에 전기적으로 연결되고, 상기 음극 탭(17)은 하방으로 인출되어 캔(10)의 바닥부에 형성된 돌기부(18)에 전기적으로 연결된다. 따라서, 상기 양극 탭(16)이 연결된 캡 조립체(12)는 양극이 되고, 상기 음극 탭(17)이 연결된 캔(10)은 전체가 음극이 된다. 상기 전극 젤리 롤(12)의 상면과 하면에는 절연판(14)이 개재되어 캡 조립체(12) 및 캔(10)과의 단락을 방지한다.

전극 젤리 롤의 구조적 안정성을 위해 상기 전극 젤리 롤(20)의 최외곽부, 즉 전극 젤리 롤의 외주면을 따라 권취된 세퍼레이터(50) 중 최외각 턴을 이루는 세퍼레이터(52)를 한 번 더 권취시킨다. 또한, 상기 여분으로 권취된 세퍼레이터(52)가 풀리는 것을 방지하고 좀 더 단단하게 권취하기 위해서 상기 세퍼레이터(52)의 외주면을 점착 테이프(미도시)로 감아 고정시킨다.

하지만, 상기한 구조의 전극 젤리 롤은 캔에 삽입될 때 긁힘 현상이 발생할 수 있고, 여분의 세퍼레이터가 권취되어 있는 전극 젤리 롤의 외면을 점착 테이프로 감싸는 공정과, 음극 탭을 음극판에 부착하는 공정으로 인해 이차전지 제조시 공정 효율이 떨어지며, 이에 따라 생산성이 저하되는 문제점이 있다. 또한, 음극 탭은 이를 통해 외부로 전하가 이동되는 부분이므로 이 음극 탭 부분에서 전하의 집중 및 발열로 전지 단락 위험이 증대된다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 전극 젤리 롤의 외주면을 감싸는 도전성 젤리 롤 커버를 구비함으로써 전극 젤리 롤의 외주면을 여분의 세퍼레이터 및 점착 테이프로 감쌀 필요가 없으며, 상기 젤리 롤 커버가 캔의 내벽에 접하게 되므로 별도의 음극 탭이 필요 않으며, 이에 따라 공정 효율과 생산성을 향상시키고 전지 단락 위험성을 감소시킬 수 있는 원통형 이차 전지를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 양극판 및 음극판과 그 사이에 개재된 세퍼레이터가 함께 권취된 전극 젤리 롤과, 상기 전극 젤리 롤을 수용하는 캔을 포함하는 원통형 리튬이온 이차 전지에 있어서, 상기 전극 젤리 롤의 외주면을 둘러싸는 도전성 젤리 롤 커버가 구비되며, 상기 젤리 롤 커버는 상기 캔의 내벽과 접하는 것을 특징으로 하는 원통형 리튬이온 이차전지를 제공한다.

본 발명의 다른 특징에 의하면, 상기 젤리 롤 커버에는 양측 가장자리를 따라서 상보적인 요철부들이 형성되고, 상기 양측 가장자리의 대응 요철부들이 서로 맞물려 체결되는 구조로 이루어질 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 요철부들은 상기 양측 가장자리를 따라서 간격을 두고 소정 폭으로 형성될 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 요철부들은 상기 양측 상부 가장자리 및 하부 가장자리에 소정 폭으로 형성될 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 젤리 롤 커버는 복수개의 전해액 흐름구를 구비할 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 전해액 흐름구는 원형 또는 타원형으로 형성될 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 전극 젤리 롤의 외주면을 이루는 음극판의 끝단에 소정 폭의 점착 테이프가 부착될 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 젤리 롤 커버는 니켈, 구리, 알루미늄, 및 이들의 합금으로 이루어진 군에서 선택된 도전성 시트로 형성될 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참고로 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 보다 상세히 설명한다. 본 명세서에서는 본 발명의 바람직한 실시예로서 본 발명의 젤리 롤 커버를 구비한 원통형 전지에 대해 설명하나, 이것은 단지 원통형 전지에 국한될 것이 아니며, 본 실시예와 같은 젤리 롤 커버를 구비할 수 있는 전지는 어떠한 형태의 것도 적용 가능하다 할 것이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 젤리 롤 커버를 구비한 원통형 이차전지를 나타낸 종단면도이다.

세퍼레이터(50), 양극판(30), 세퍼레이터(50), 음극판(40)을 순차로 적층하여, 롤 상으로 권취시킨 전극 젤리 롤(20)이 캔(10) 안에 수납되어 있다.

상기 양극판(30)은 양극 활물질용 분말에 바인더 및 도전성 첨가제 등을 혼합하여 슬러리 형태의 활물질 층을 만든 다음, 집전체로 사용되는 도전판, 예를 들면 알루미늄판 상에 소정 두께로 균일하게 코팅하여 제조된다. 상기 양극 활물질로는 LiCoO₂, LiMnO₂, LiNiO₂, LiCrO₂, 또는 LiMn₂O ₄과 같은 리튬 금속 산화물들이 사용될 수 있다.

상기 음극판(40)은 음극 활물질용 분말에 바인더 및 첨가제 등을 혼합하여 슬러리 형태의 활물질층을 제조하여 구리판과 같은 집전체 상에 코팅하여 제조된다. 상기 음극 활물질은 천연 흑연, 인조 흑연, 흑연성 카본, 비흑연성 카본(non-graphitizable carbon), 또는 이들의 조합으로 이루어진 탄소재료를 주재료로 하여 이루어진 것이 바람직하다.

상기 세퍼레이터(50)는 음극판과 양극판을 분리시키고 리튬 이온의 이동통로를 제공하기 위하여 사용되는 것인데, 폴리에틸렌 세퍼레이터, 폴리프로필렌 세퍼레이터, 폴리비닐리덴플루오라이드 세퍼레이터, 비닐리덴플루오라이드와 헥사플루오로프로필렌 공중합체 세퍼레이터, 폴리에틸렌/폴리프로필렌의 2층 세퍼레이터, 폴리프로필렌/폴리에틸렌/폴리프로필렌의 3층 세퍼레이터, 또는 폴리에틸렌/폴리프로필렌/폴리에틸렌의 3층 세퍼레이터 등의 폴리올레핀계 세퍼레이터 또는 불소화 폴리올레핀계 세퍼레이터가 사용될 수 있다.

이러한 전극 젤리 롤(20)에 있어, 종래에는 전극 젤리 롤(20)의 외주면에 여분의 세퍼레이터를 권취시키고 다시 점착 테이프를 감아 고정시켰으나, 본 발명에서는 전극 젤리 롤(20)이 도전성의 젤리 롤 커버(60)로 둘러싸이게 되며, 상기 도전성의 젤리 롤 커버(60)는 상기 캔(10)의 내벽과 접하게 된다.

이러한 실시예에서는 상기 음극판(40)이 전극 젤리 롤의 최외각에서 도전성의 젤리 롤 커버(60)를 통해 캔(10)과 전기적으로 접속하게 되므로, 별도의 음극 탭이 필요하지 않게 된다.

또한, 젤리 롤 커버(60)가 전극 젤리 롤(20)을 구조적으로 안정하게 둘러싸고 있으므로 상기 젤리 롤 커버(60)에 별도의 세퍼레이터와 점착 테이프를 감아줄 필요가 없어지며, 전극 젤리 롤(20)을 캔(10)에 삽입할 때 전극 젤리 롤(20)의 외면이 긁히는 것을 방지할 수 있다.

다만, 젤리 롤의 형상 유지를 위해 전극 젤리 롤(20)의 최외각 끝단 일부분에 소정 폭의 점착 테이프를 부착하여 준후 상기 젤리 롤 커버(60)를 씌워준다.

상기 전극 젤리 롤(20)의 중심부의 양극판으로부터 양극 탭(16)이 상방으로 캔(10)을 밀봉하는 캡 조립체(12)에 연결된다. 상기 양극 탭(16)의 소재로는 도전성 금속판, 예를 들면 니켈, 구리, 또는 알루미늄 등이 사용될 수 있다. 상기 전극 젤리 롤(20)의 상면과 하면에는 절연판(14)이 개재되어 캡 조립체(12) 및 캔(10)과의 단락을 방지한다.

도 3은 본 발명에 따른 젤리 롤 커버(60)를 나타낸 전개도이며, 도 4는 상기 젤리 롤 커버(60)가 결합되어 있는 상태를 나타낸 측면도이다.

도 3 및 4를 참조하면, 젤리 롤 커버(60)는 도전성 시트로 이루어지며, 양측 가장자리를 따라서 요철부들(62a, 62b)이 형성되어 있다. 일 측의 가장자리에 형성된 요철부들은 대향하는 다른 측 가장자리에 형성된 대응 요철부들과 상보적으로 형성되어 서로 맞물려 결합할 수 있다.

바람직하게는, 상기 젤리 롤 커버(60)의 도전성 소재로는 니켈, 구리, 알루미늄 또는 이들의 합금이 사용될 수 있다.

상기 젤리 롤 커버(60)가 상기 전극 젤리 롤(20)을 둘러싸는 경우, 상기 양측 가장자리에 형성된 대응 요철부들(62a, 62b)이 서로 맞물려 체결되므로 별도의 점착 테이프를 부착하지 않아도 상기 전극 젤리 롤(20)이 단단하게 감쌀 수 있다.

상기 요철부들(62a, 62b)은 상기 양측 가장자리를 따라서 간격을 두고 소정 폭으로 형성될 수도 있으며, 양측 상부 가장자리 및 하부 가장자리 부분에만 소정 폭으로 형성될 수도 있다. 상기 요철부들(62a, 62b)의 간격과 요철이 형성되는 부분의 폭은 임의적으로 조절될 수 있다.

상기 젤리 롤 커버(60)에는 전해액이 상기 전극 젤리 롤(20)에 유입될 수 있도록 복수개의 전해액 흐름구(64)가 구비되어 있으며, 상기 전해액 흐름구(64)는 원형 또는 타원형으로 형성될 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 젤리 롤 커버를 구비한 원통형 리튬이온 이차전지는 전극 젤리 롤을 캔에 삽입시 전극 젤리 롤의 외면이 긁히는 것을 방지할 수 있으며, 별도의 음극 탭을 부착하는 공정과 점착 테이프로 전극 젤리 롤의 외면을 둘러싸는 공정을 생략할 수 있어 공정효율과 생산성이 향상된다. 또한, 별도의 음극 탭이 요구되지 않으므로 음극 탭의 발열에 기인한 전지의 단락 위험성이 방지된다.

본 발명에 대해 상기 실시예를 참고하여 설명하였으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명에 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

도 1은 종래 원통형 이차전지를 나타낸 종단면도.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 젤리 롤 커버를 구비한 원통형 이차전지를 나타낸 종단면도.

도 3은 본 발명에 따른 젤리 롤 커버를 나타낸 전개도.

도 4는 본 발명에 따른 젤리 롤 커버가 결합되어 있는 상태를 나타낸 측면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 간단한 설명>

10...캔 12...캡 조립체

14...절연판 16...양극탭

20...전극 젤리 롤 30...양극판

40...음극판 50...세퍼레이터

60...젤리 롤 커버

Claims (8)

1. 양극판 및 음극판과 그 사이에 개재된 세퍼레이터가 함께 권취된 전극 젤리 롤과, 상기 전극 젤리 롤을 수용하는 캔을 포함하는 원통형 리튬이온 이차 전지에 있어서,

   상기 전극 젤리 롤의 외주면을 둘러싸는 도전성의 젤리 롤 커버가 구비되며, 상기 젤리 롤 커버는 상기 캔의 내벽과 접하는 것을 특징으로 하는 원통형 리튬이온 이차전지.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 젤리 롤 커버에는 양측 가장자리를 따라서 상보적인 요철부들이 형성되고, 상기 양측 가장자리의 대응 요철부들이 서로 맞물려 체결되는 구조로 이루어짐을 특징으로 하는 원통형 리튬이온 이차전지.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 요철부들은 양측 가장자리를 따라서 간격을 두고 소정 폭으로 형성됨을 특징으로 하는 원통형 리튬이온 이차전지.
4. 제 2 항에 있어서, 상기 요철부들은 양측의 상부 가장자리 및 하부 가장자리에 소정 폭으로 형성됨을 특징으로 하는 원통형 리튬이온 이차전지.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 젤리 롤 커버는 복수개의 전해액 흐름구를 구비함을 특징으로 하는 원통형 리튬이온 이차전지.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 전해액 흐름구는 원형 또는 타원형으로 형성됨을 특징으로 하는 원통형 리튬이온 이차전지.
7. 제 1 항에 있어서, 상기 전극 젤리 롤의 외주면을 이루는 음극판의 끝단에 소정 폭의 점착 테이프가 부착됨을 특징으로 하는 원통형 리튬이온 이차전지.
8. 제 1 항에 있어서, 상기 젤리 롤 커버는 니켈, 구리, 알루미늄, 및 이들의 합금으로 이루어진 군에서 선택된 도전성 시트로 형성됨을 특징으로 하는 원통형 리튬이온 이차전지.