KR20060037838A - 각형 리튬 이차 전지 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 각형 리튬 이차 전지에 관한 것으로서, 제1 전극과 제2 전극과 그 사이에 개재된 세퍼레이터 및 상기 제1 전극과 제2 전극에 각각 연결되는 제1 전극탭과 제2 전극탭을 포함하는 전극조립체; 및 상기 전극조립체를 수납하는 캔을 포함하는 각형 리튬 이차 전지에 있어서, 상기 제1 전극탭 또는 제2 전극탭이 상기 캔의 상단부 내면에 접합되어 있는 것을 특징으로 한다.
Description
도 1은 종래의 각형 리튬 이차 전지를 나타낸 부분 단면도.
도 2 및 3은 본 발명에 따른 각형 리튬 이차 전지를 나타낸 부분 단면도.
본 발명은 각형 리튬 이차 전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전극탭의 용접 불량을 방지하고 제조원가를 절감할 수 있는 각형 리튬 이차 전지에 관한 것이다.
최근 휴대용 전자기기의 소형화 및 경량화가 급속하게 진전됨에 따라서 이들의 구동 전원으로서 사용되는 전지의 소형화 및 고용량화에 대한 필요성이 증대되고 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 리튬 이온이 양극 및 음극에서 삽입(intercalation)/탈리(deintercalation)될 때의 산화, 환원 반응에 의하여 전기 에너지를 생성한다. 리 튬 이차 전지는 리튬 이온의 가역적인 삽입/탈리 가능한 물질을 양극과 음극의 활물질로 사용하고, 상기 양극과 음극 사이에 유기 전해액 또는 폴리머 전해액을 충전시켜 제조한다.
리튬 이차 전지의 양극 활물질로는 리튬코발트 산화물(LiCoO2), 리튬니켈 산화물(LiNiO2), 리튬망간 산화물(LiMnO2) 등의 리튬함유 금속산화물을 사용하고 있으며, 리튬 이차 전지의 음극 활물질로는 리튬 금속 또는 리튬 합금을 사용하였으나, 리튬 금속을 사용할 경우 덴드라이트(dendrite)의 형성으로 인한 전지 단락에 의해 폭발 위험성이 있어서 리튬 금속 대신 비정질 탄소 또는 결정질 탄소 등의 탄소계 물질로 대체되어 가고 있다. 리튬 이차 전지는 여러 가지 형상으로 제조되고 있는데, 대표적인 형상으로는 원통형과, 각형과, 파우치형을 들 수 있다.
도 1은 종래의 각형 리튬 이차 전지를 나타낸 부분 단면도이다.
도 1을 참조하면, 각형 리튬 이차 전지는 제1 전극(13), 제2 전극(15) 및 세퍼레이터(14)로 구성되는 전극조립체(12)를 전해액과 함께 캔(10)에 수납하고, 이 캔(10)의 상단부를 캡조립체(20)로 밀봉함으로써 형성된다. 상기 캡조립체(20)는 상기 캔(10)의 상부에 결합되는 캡플레이트(40)와, 상기 캡플레이트(40)의 단자통공(41)에 삽입되는 전극단자(30)와, 상기 캡플레이트(40)의 아랫면에 설치되는 절연플레이트(50)와, 상기 절연플레이트(50)의 아랫면에 설치되어서 상기 전극단자(30)와 통전되는 터미널플레이트(60)를 포함하여 구성된다. 상기 캡조립체(20)는 상기 전극조립체(12)의 상부에 설치되는 별도의 절연케이스(70)에 의하여 상기 전 극조립체(12)와 절연되면서 상기 캔(10)의 상단개구부에 결합되어 캔(10)을 밀봉하게 된다.
상기 캡플레이트(40)의 중앙에 형성되어 있는 상기 단자통공(41)에는 전극단자(30)가 삽입된다. 상기 전극단자(30)가 단자통공(41)에 삽입될 때는 전극단자(30)와 캡플레이트(40)의 절연을 위하여 전극단자(30)의 외면에 튜브형 개스킷(46)이 결합되어 함께 삽입된다. 상기 캡조립체(20)가 상기 캔(10)의 상단부에 조립된 후 전해액주입공(42)을 통하여 전해액이 주입되고 상기 전해액주입공(42)은 마개(43)에 의하여 밀폐된다.
상기 전극단자(30)는 상기 터미널플레이트(60)를 통하여 상기 제2 전극(15)의 제2 전극탭(17) 및 상기 제1 전극(13)의 제1 전극탭(16)중 하나, 예를 들면 제2 전극탭(17)과 전기적으로 연결되어 있다. 상기 전극단자(30)에 전기적으로 연결되지 않은 전극탭, 예를 들면 제1 전극탭(16)은 상기 캡플레이트(40)의 하면에 연결된다. 상기와 같이 조립된 각형 리튬 이차 전지는 상기 제1 전극이 양극을 이루고 상기 제2 전극이 음극을 이루는 경우 상기 전극단자(30)가 음극으로 작용하게 되고 상기 전극단자(30)를 제외한 캡플레이트(40) 및 캔(10)이 양극으로 작용하게 된다.
하지만, 이러한 각형 리튬 이차 전지에 있어서, 상기 캡플레이트(40)의 아랫면에 상기 제1 전극탭(16)이 용접되는 경우, 상기 캡플레이트(40)에 형성되어 있는 전해액주입공(42)이나 안전변(미도시), 단자통공(41)의 위치를 고려하여 소정 위치에 용접되어야 하므로, 용접 위치 선정에 어려움이 있으며 용접 위치 불량과 같은 용접불량이 발생하는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 접합 위치 설정이 용이한 캔의 상단부 내면에 전극탭을 접합시킴으로써 전극탭의 용접 불량을 방지하고 제조원가를 절감할 수 있는 각형 리튬 이차 전지를 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 제1 전극과 제2 전극과 그 사이에 개재된 세퍼레이터 및 상기 제1 전극과 제2 전극에 각각 연결되는 제1 전극탭과 제2 전극탭을 포함하는 전극조립체; 및 상기 전극조립체를 수납하는 캔을 포함하는 각형 리튬 이차 전지에 있어서, 상기 제1 전극탭 또는 제2 전극탭이 상기 캔의 상단부 내면에 접합되어 있는 것을 특징으로 한다.
상기 제1 전극탭 또는 제2 전극탭이 상기 캔의 상단부 내면에 저항용접 또는 레이저용접될 수 있다.
또한 상기 제1 전극탭 또는 제2 전극탭은 도전성 접착제에 의하여 상기 캔의 상단부 내면에 접합될 수 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다.
도 2 및 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 각형 리튬 이차 전지를 나타낸 부분 단면도이다.
도 2 및 3을 참조하면, 각형 리튬 이차 전지는 캔(110)과, 상기 캔(110)의 내부에 수용되는 전극조립체(112)와, 상기 캔(110)의 상부에 결합되는 캡조립체 (120)를 포함하여 형성된다.
상기 캔(110)은 상부가 개방된 대략 각형의 금속재로 형성되며, 바람직하게는 가볍고 연성이 있는 알루미늄 또는 알루미늄 합금, 스테인레스강 등으로 형성되나 여기서 그 종류를 한정하는 것은 아니다. 상기 캔(110)은 그 자체가 단자 역할을 수행하는 것이 가능하다.
상기 전극조립체(112)는 제1 전극(113)과 제2 전극(115)과 세퍼레이터(114)를 포함한다. 상기 제1 전극(113)과 제2 전극(115)은 세퍼레이터(114)를 개재하여 적층된 후 젤리롤(jelly-roll) 형태로 권취될 수 있다. 상기 제1 전극(113)에는 제1 전극탭(116)이, 상기 제2 전극(115)에는 제2 전극탭(117)이 레이저용접, 초음파용접, 저항용접과 같은 용접이나 도전성 접착제에 의하여 통전가능하도록 부착되어 있으며, 각각 상방향으로 인출되어 있다.
상기 제1 전극(113) 및 제2 전극(115)은 서로 극성을 달리하며, 양극 또는 음극으로 사용할 수 있다. 상기 제1 전극(113) 및 제2 전극(115)은 집전체와 상기 집전체의 적어도 일면에 도포되는 전극 활물질, 즉 양극 활물질 또는 음극 활물질을 포함한다.
상기 제1 전극(113) 또는 제2 전극(115)이 양극으로 사용되는 경우, 전극 집전체로는 스테인레스강, 니켈, 알루미늄, 티탄 또는 이들의 합금, 알루미늄 또는 스테인레스강의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은을 표면 처리시킨 것 등을 사용할 수 있고, 이들 중 알루미늄 또는 알루미늄 합금이 바람직하다. 상기 제1 전극(113) 또는 제2 전극(115)이 음극으로 사용되는 경우, 전극 집전체로는 스테인레스강, 니 켈, 구리, 티탄 또는 이들의 합금, 구리 또는 스테인레스강의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은을 표면 처리시킨 것 등을 사용할 수 있고, 이들 중 구리 또는 구리 합금이 바람직하다.
상기 양극 활물질로는 통상적으로 리튬함유 전이금속 산화물 또는 리튬 칼코게나이드 화합물을 모두 사용할 수 있으며, 그 대표적인 예로는 LiCoO2, LiNiO2, LiMnO2, LiMn2O4, 또는 LiNi1-x-yCoxMyO
2(0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1, M은 Al, Sr, Mg, La 등의 금속) 등의 금속 산화물이 사용될 수 있다. 상기 음극 활물질로는 결정질 탄소, 비정질 탄소, 탄소 복합체, 탄소 섬유 등의 탄소 재료, 리튬 금속, 리튬 합금 등이 사용될 수 있다.
상기 세퍼레이터(114)는 상기 제1 전극(113) 및 제2 전극(115) 사이의 단락을 방지하고 리튬 이온의 이동통로를 제공하는 것으로서, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 등의 폴리올레핀계 고분자막 또는 이들의 다중막, 미세다공성 필름, 직포 및 부직포와 같은 공지된 것을 사용할 수 있다.
상기 캔(110)의 상부에 결합되는 캡조립체(120)는 캡플레이트(140)와 절연플레이트(150)와 터미널플레이트(160)와 전극단자(130)를 포함하여 구성된다. 상기 캡플레이트(140)는 상기 캔(110)의 상단개구부와 대응되는 크기와 형상을 가지는 금속판으로 형성된다. 상기 캡플레이트(140)의 중앙에는 소정 크기의 단자통공(141)이 형성되며, 일측에는 전해액주입공(142)이 형성되고, 상기 전해액주입공(142)을 통하여 전해액이 주입된 후 상기 전해액주입공(142)은 마개(143)와 결합되 어 밀폐된다.
상기 단자통공(141)에는 전극단자(130)가 삽입되며, 상기 전극단자(130)의 외면에는 상기 캡플레이트(140)와의 전기적 절연을 위한 튜브 형상의 가스켓(146)이 설치되어 있다. 상기 캡플레이트(140)의 아랫면에는 절연플레이트(150)가 설치되어 있으며, 상기 절연플레이트(150)의 아랫면에는 터미널플레이트(160)가 배치되어 있다. 상기 전극단자(130)의 저면부는 상기 절연플레이트(150)를 개재시킨 상태에서 상기 터미널플레이트(160)와 전기적으로 연결되어 있다.
상기 전극조립체(112)의 상부에는 상기 전극조립체(112)와 캡조립체(120)를 전기적으로 절연시켜 주며, 상기 전극조립체(112)와 제1 전극탭(116)과 제2 전극탭(117)의 위치를 고정시키는 절연 케이스(170)가 설치되어 있다. 상기 절연 케이스(170)는 폴리프로필렌과 같은 절연성 고분자 수지로 이루어진다. 상기 절연 케이스(170)에는 전극탭, 예를 들면 제2 전극탭이 인출될 수 있는 전극탭 인출구(172)와, 전해액이 전극조립체 내로 유입될 수 있도록 경로를 제공하는 전해액 유입구(174)가 형성되어 있다. 또한 도면에는 도시되어 있지 않지만 상기 절연 케이스(170)의 장측면부에는 다른 전극탭, 예를 들면 제1 전극탭이 인출될 수 있는 소정 폭의 전극탭 인출 홈이 형성되어 있다.
본 발명에서 상기 제1 전극탭(116)은 상기 캔(110)의 상단부 내면에 접합되어 있고, 상기 제2 전극탭(117)은 상기 터미널플레이트(150)에 접합되어 있다. 상기 캔(110)의 상단부 내면에 접합되는 제1 전극탭(116)의 접합 위치는 특별히 한정되지는 않지만, 상기 제1 전극탭(116)이 상기 전극조립체(112)로부터 인출되는 위 치에서 상대적으로 가까운 캔(110)의 상단부 내측면 상에 접합되는 것이 바람직하다. 보다 인접한 캔(110)의 상단부 내측면 상에 전극탭이 접합됨으로써 종래 캡플레이트(140)에 접합될 때보다 전극탭의 길이가 짧아질 수 있고, 이에 따라 제조원가를 절감할 수 있다. 도 2에서는 상기 캔(110)의 상단부 단측면에 제1 전극탭(116)이 접합되어 있으며, 도 3에서는 상기 캔(110)의 상단부 장측면에 제1 전극탭(116)이 접합되어 있다. 이처럼 캔의 상단부 내면에 전극탭을 접합시킴으로써 전극탭의 접합 위치 설정이나 작업성이 용이하게 된다.
상기 제1 전극탭(116)은 저항용접 또는 레이저용접에 의해 상기 캔(110)의 상단부 내면에 접합될 수 있으며, 도전성 접착제를 사용하여 접합될 수도 있다. 상기 도전성 접착제로는 접착력이 우수한 에폭시수지, 아크릴수지, 변성 우레탄수지 등의 합성수지와 합성고무에 도전성이 우수한 은, 니켈 등 금속가루와 카본을 균일하게 혼합 분산시킨 페이스트가 사용될 수 있다.
상기 제1 전극탭(116) 또는 제2 전극탭(117)은 도전성이 있는 금속재료로 이루어지는데, 바람직하게는 니켈이나 니켈 합금, 또는 알루미늄이나 알루미늄 합금으로 이루어질 수 있다. 상기 캔(110)의 상단부 내면에 접합되는 전극탭이 양극탭인 경우 상기 캔(110)은 양극으로 작용하고, 음극탭이 접합되는 경우 상기 캔(110)은 음극으로 작용하게 된다.
상술한 바와 같이 캔의 상단부 내면에 접합되어 있는 전극탭을 포함하는 리튬 이차 전지는 전극탭의 접합 위치 불량을 방지하여 작업 공정을 향상시키며 전극 탭 길이를 감소시켜 제조원가를 절감할 수 있다.
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.
Claims (8)
- 제1 전극과 제2 전극과 그 사이에 개재된 세퍼레이터 및 상기 제1 전극과 제2 전극에 각각 연결되는 제1 전극탭과 제2 전극탭을 포함하는 전극조립체; 및상기 전극조립체를 수납하는 캔을 포함하는 각형 리튬 이차 전지에 있어서,상기 제1 전극탭 또는 제2 전극탭이 상기 캔의 상단부 내면에 접합되어 있는 것을 특징으로 하는 각형 리튬 이차 전지.
- 제 1 항에 있어서, 상기 제1 전극탭 또는 제2 전극탭이 상기 캔의 상단부 내면에 저항용접 또는 레이저용접되어 있는 것을 특징으로 하는 각형 리튬 이차 전지.
- 제 1 항에 있어서, 상기 제1 전극탭 또는 제2 전극탭이 도전성 접착제에 의하여 상기 캔의 상단부 내면에 접합되어 있는 것을 특징으로 하는 각형 리튬 이차 전지.
- 제 3 항에 있어서, 상기 도전성 접착제는 은 또는 니켈 페이스트인 것을 특징으로 하는 각형 리튬 이차 전지.
- 제 1 항에 있어서, 상기 캔의 상단부 내면에 접합되는 전극탭이 양극탭임을 특징으로 하는 각형 리튬 이차 전지.
- 제 1 항에 있어서, 상기 캔의 상단부 내면에 접합되는 전극탭이 음극탭임을 특징으로 하는 각형 리튬 이차 전지.
- 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서, 상기 전극탭은 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 각형 리튬 이차 전지.
- 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서, 상기 전극탭은 니켈 또는 니켈 합금으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 각형 리튬 이차 전지.
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