KR20060087182A - 원통형 리튬 이차 전지 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전극 조립체의 최외각에 세퍼레이터를 한바퀴 이상 더 권취하여 안정성이 향상된 원통형 리튬 이차 전지에 관한 것으로, 본 발명의 원통형 리튬 이차 전지는 제 1 전극판, 제 2 전극판 및 상기 제 1 전극판과 제 2 전극판 사이에 개재되는 세퍼레이터를 권취하여 형성되며, 상기 제 1 전극판 및 제 2 전극판 중 권취 말단부에서 내부에 위치하는 전극판은 외부에 위치하는 전극판보다 소정 길이 더 길게 권취되며, 최외각에 상기 세퍼레이터가 적어도 한바퀴 이상 더 권취된 권취형 전극 조립체와; 상기 전극 조립체를 수용하는 공간을 구비하는 케이스와; 상기 케이스의 상부와 결합되어 이를 밀봉하는 캡 조립체를 포함하여 이루어진다.
원통형 리튬 이차 전지, 전극 조립체, 안정성

Description

원통형 리튬 이차 전지{Cylindrical Li Secondary Battery}
도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 원통형 리튬 이차 전지를 설명하기 위한 사시도.
도 1b는 도 1a의 A-A 라인에 따른 단면도.
도 1c는 도 1a의 B-B 라인에 따른 단면도.
(도면의 주요 부위에 대한 부호의 설명)
100; 원통형 리튬 이차 전지 200; 전극 조립체
210; 제 1 전극판 215; 제 1 전극 탭
220; 제 2 전극판 225; 제 2 전극 탭
211, 221; 전극 집전체 213, 223; 활물질층
230; 세퍼레이터 241, 245; 절연 플레이트
250; 절연 테이프 300; 원통형 케이스
310; 측면 320; 하면
330; 크리핑부 340; 비딩부
400; 캡 조립체 410; 안전 밴트
420; 인쇄 회로 기판 430; 양성 온도 소자
440; 전극 캡 450; 가스켓
본 발명은 원통형 리튬 이차 전지에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전극 조립체의 최외각에 세퍼레이터를 한바퀴 이상 더 권취하여 안정성이 향상된 원통형 리튬 이차 전지에 관한 것이다.
최근에는 셀룰라 폰, 노트북 컴퓨터, 캠코더 등의 콤팩트하고 경량화된 전기/전자장치들이 활발하게 개발 및 생산되고 있다. 이러한 휴대용 전기/전자장치들은 별도의 전원이 구비되지 않은 장소에서도 작동될 수 있도록 전지 팩을 내장하고 있다. 내장된 전지 팩은 휴대용 전기/전자장치를 일정기간동안 구동시키기 위해 일정 레벨의 전압을 출력시킬 수 있도록 내부에 적어도 하나의 전지를 구비하고 있다.
상기 전지 팩은 경제적인 측면을 고려하여 최근에는 충방전이 가능한 이차전지를 채용하고 있다. 이차전지에는 대표적으로, 니켈-카드뮴(Ni-Cd) 전지와 니켈-수소(Ni-MH)전지 및 리튬(Li) 전지와 리튬 이온(Li-ion) 전지 등의 리튬 이차 전지 등이 있다.
특히, 리튬 이차 전지는 작동 전압이 3.6V로서, 휴대용 전자 장비 전원으로 많이 사용되고 있는 니켈-카드뮴 전지나, 니켈-수소 전지보다 3배나 높고, 단위 중량당 에너지 밀도가 높다는 측면에서 급속도로 신장되고 있는 추세이다.
이러한 리튬 이차 전지는 주로 양극 활물질로 리튬계 산화물, 음극 활물질로는 탄소재를 사용하고 있다. 일반적으로는, 전해액의 종류에 따라 액체 전해질 전 지와, 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.
통상적으로, 상기 원통형 리튬 이차 전지는 양극 탭이 부착된 양극 전극판, 음극 탭이 부착된 음극 전극판 및 상기 양극 전극판과 음극 전극판 사이에 위치되어 쇼트를 방지하고 리튬 이온(Li-ion)의 이동만을 가능하게 하는 세퍼레이터가 권취된 전극 조립체와, 상기 전극 조립체를 수용하는 원통형 케이스와, 상기 원통형 케이스 내측에 주입되어 리튬 이온의 이동을 가능하게 하는 전해액 등으로 이루어져 있다.
이러한 원통형 리튬 이차 전지는 하기한 바와 같이 형성된다.
우선, 상기 양극 탭이 부착된 양극 전극판, 음극 탭이 부착된 연결된 음극 전극판 및 세퍼레이터를 적층한 후, 이를 권취하여 대략 원통형의 전극 조립체를 제조한다.
그런 다음, 상기 전극 조립체를 일반적으로 음극 단자의 역할을 수행하는 상기 원통형 케이스에 삽입하고, 상기 전극 조립체가 이탈하지 않도록 한 후, 상기 원통형 케이스에 전해액을 주입한 후, 밀봉하여 원통형 리튬 이차 전지를 완성한다.
그러나, 상기한 바와 같은 원통형 리튬 이차 전지는 상기 전극 조립체의 삽입 공정시, 상기 전극 조립체와 상기 원통형 케이스의 긁힘 현상으로 인하여 상기 전극 조립체의 세퍼레이터가 ??어져 상기 양극판과 원통형 케이스 간에 쇼트(short)가 발생하는 문제점이 있다.
이러한 양극판과 상기 원통형 케이스 간의 쇼트는 상기 원통형 리튬 이차 전지의 폭발을 유발하는 등의 심각한 문제점으로 작용한다.
본 발명의 목적은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명은 전극 조립체의 최외각에 세퍼레이터를 한바퀴 이상 더 권취하여 안정성이 향상된 원통형 리튬 이차 전지를 제공하는 데에 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 원통형 리튬 이차 전지는 제 1 전극판, 제 2 전극판 및 상기 제 1 전극판과 제 2 전극판 사이에 개재되는 세퍼레이터를 권취하여 형성되며, 상기 제 1 전극판 및 제 2 전극판 중 권취 말단부에서 내부에 위치하는 전극판은 외부에 위치하는 전극판보다 소정 길이 더 길게 권취되며, 최외각에 상기 세퍼레이터가 적어도 한바퀴 이상 더 권취된 권취형 전극 조립체와; 상기 전극 조립체를 수용하는 공간을 구비하는 케이스와; 상기 케이스의 상부와 결합되어 이를 밀봉하는 캡 조립체를 포함하여 이루어진다.
상기 전극 조립체의 권취 중심부를 기준으로 상기 내부 전극판의 더 길게 권취된 부분의 외부 방향에 3겹의 세퍼레이터가 위치하는 것이 바람직하다.
상기 전극 조립체의 최외각에 부착되며, 상기 전극 조립체의 권취 중심부를 기준으로 상기 제 1 전극판 및 제 2 전극판 중 내부에 위치하는 전극판의 권취 말 단부의 외부 방향에 위치하는 절연 테이프를 더 구비하는 것이 바람직하다.
상기 절연 테이프는 폴리프로필렌 및 폴레에틸렌 중 어느 하나로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 권취형 전극 조립체의 상ㆍ하부에 부착되는 절연 플레이트를 더 구비할 수도 있다.
상기 제 1 전극판은 양극판, 제 2 전극판은 음극판으로 작용하는 것이 바람직하다.
이하 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 실시예를 설명한다.
도면의 동일한 참조 부호는 동일한 구성 요소를 나타낸다.
도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 원통형 리튬 이차 전지를 설명하기 위한 사시도이며, 도 1b는 도 1a의 A-A 라인에 따른 단면도이며, 도 1c는 도 1a의 B-B 라인에 따른 단면도이다.
도 1a 내지 도 1c를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 원통형 리튬 이차 전지(100)는 충ㆍ방전 시 전압차를 발생시키는 권취형 전극 조립체(200)와, 상기 권취형 전극 조립체(200)를 수납하는 원통형 케이스(300)와, 상기 원통형 케이스(300) 상부에 조립되어 상기 권취형 전극 조립체(200)가 이탈되지 않도록 하는 캡 조립체(400)와, 상기 원통형 케이스(300)에 주입되어 상기 권취형 전극 조립체(200) 간에 리튬 이온의 이동이 가능하게 하는 전해액(500)으로 이루어져 있다.
상기 권취형 전극 조립체(200)는 양극판 및 음극판 중 어느 하나, 예를 들면 양극판으로 작용하는 제 1 전극판(210)과, 양극판 및 음극판 중 다른 하나, 예를 들면 음극판으로 작용하는 제 2 전극판(220)과, 상기 제 1 전극판(210) 및 제 2 전극판(220) 사이에 개재된 세퍼레이터(230)를 구비한다. 또한, 상기 제 1 전극판(210), 제 2 전극판(220) 및 세퍼레이터(230)는 대략 원형으로 권취되어 상기 원통형 케이스(300)에 수납된다. 이때, 상기 제 1 전극판(210) 및 제 2 전극판(220)은 전극 집전체(211, 221)와, 상기 전극 집전체(211, 221) 상에 형성된 활물질층(213, 223)과, 상기 전극 집전체(211, 221)의 활물질층(213, 223)이 형성되지 않은 무지부에 부착되어 일정 길이 돌출된 제 1 전극 탭(215) 및 제 2 전극 탭(225)을 구비하는 구조로 이루어진다.
또한, 상기 권취형 전극 조립체(200)는 상기 제 1 전극판(210) 및 제 2 전극판(220) 중 권취 말단부에서 권취 중심부를 기준으로 내부에 위치하는 전극판, 예를 들면 상기 제 1 전극판(210)이 외부에 위치하는 전극판, 예를 들면, 상기 제 2 전극판(220)보다 소정 길이 더 길게 권취된 형태로 이루어진다.
또한, 상기 권취형 전극 조립체(200)는 최외각에 상기 세퍼레이터(230)가 적어도 한바퀴 이상 더 권취되어 있다. 바람직하게는 상기 권취형 전극 조립체(200)는 권취 중심부를 기준으로 상기 내부에 위치하는 제 1 전극판(210) 권취 말단부의 외부 방향에 3겹의 세퍼레이터(230)가 위치하는 형태로 이루어지는 것이 바람직하다.
이는 상기 권취형 전극 조립체(200)를 상기 원통형 케이스(300)에 삽입하는 과정에서 상기 권취형 전극 조립체(200)와 상기 원통형 케이스(300) 사이의 긁힘 현상으로 인하여 상기 세퍼레이터(230)가 찢어져, 상기 제 1 전극판(210)과 상기 원통형 케이스(300) 사이의 쇼트가 발생할 수 있는 확률을 저하시키기 위함이다. 즉, 상기 권취형 전극 조립체(200)의 최외각에 상기 세퍼레이터(230)가 위치하며, 상기 제 1 전극판(210)의 권취 말단부의 외부 방향으로 3겹의 세퍼레이터(230)가 위치함으로써, 상기 전극 조립체(200)의 양극판으로 작용하는 제 1 전극판(210)과 상기 원통형 케이스(300) 사이의 쇼트를 방지할 수 있다.
더불어 상기 권취형 전극 조립체(200)의 상ㆍ하부에는 각각 직접적인 캡 조립체(400) 또는 원통형 케이스(300)와의 접촉을 피하기 위해 상ㆍ하부 절연 플레이트(241, 245)가 더 부착되어 있다.
또한, 상기 권취형 전극 조립체(200)의 권취 중심부를 기준으로 상기 제 1 전극판(210) 권취 말단부의 외부 방향에 절연 테이프(250)가 더 부착될 수도 있다. 이때, 상기 절연 테이프(250)는 폴리프로필렌(Polyprophylene, PP) 및 폴리에틸렌(polyethylene, PE) 중 어느 하나로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 원통형 케이스(300)는 상기 권취형 전극 조립체(200)가 결합될 수 있도록 소정 공간을 가지며 일정 직경을 갖는 원통형 측면(310)이 형성되어 있고, 상기 원통형 측면(310)의 하부에는 그 원통형 측면(310)의 하부 공간을 막은 하면(320)이 형성되어 있으며, 상기 원통형 측면(310)의 상부는 상기 권취형 전극 조립체(200)를 삽입하기 위하여 개구(開口)되어 있다. 한편, 상기 원통형 케이스(300)의 하면(320) 중앙에 상기 권취형 전극 조립체(200)의 제 1 전극 탭(215) 및 제 2 전극 탭(225) 중 어느 하나, 예를 들면 제 2 전극 탭(225)이 부착됨으로써, 상기 원통형 케이스(300) 자체는 제 2 전극판(220)과 동일한 전극, 예들 들면 음극 단자의 역할을 수행하게 된다. 또한, 상기 원통형 케이스(300)는 일반적으로 알루미늄(Al), 철(Fe) 또는 이들의 합금으로 형성된다. 더불어 상기 원통형 케이스(300)는 상부에서 상기 캡 조립체(400)를 압박하도록 한쪽으로 휘어진 크리핑(crimping)부(330)가 형성되고, 하부에서 상부 방향으로 상기 캡 조립체(400)를 압박하도록 안쪽으로 움푹 파인 비딩(beading)부(340)가 더 형성되어 있다.
상기 캡 조립체(400)는 상기 제 1 전극 탭(215)이 용접된 동시에, 과충전 또는 이상 발열시 형태가 반전되는 도전성 안전 벤트(410)와, 상기 도전성 안전 벤트(410) 상부에 전기적 및 기계적으로 연결되어, 상기 안전 벤트(410)의 반전시 회로가 끊어지는 인쇄 회로 기판(PCB, Printed Circuit board, 132)과, 상기 인쇄 회로 기판(420) 상부에 전기적 및 기계적으로 연결되어 소정 온도 이상에서 회로가 끊어지는 양성 온도 소자(430)와, 상기 양성 온도 소자(430)의 상부에 전기적 및 기계적으로 연결되어, 실제의 전류를 외부로 인가하며 상기 제 1 전극판(210)과 전기적으로 연결되는 도전성 전극캡(440)과, 상기 안전 벤트(410), 인쇄 회로 기판(420), 양성 온도 소자(430) 및 전극 캡(440)의 측부 둘레를 감싸는 형태를 하며 상기 원통형 케이스(300)로부터 상기 나열한 것들을 절연시키는 절연 가스켓(450)으로 이루어진다.
상기 전해액(500)은 충ㆍ방전시 전지 내부의 양극 및 음극에서 전기 화학적 반응에 의하여 생성되는 리튬 이온(Li Ion)의 이동 매체 역할을 하며, 이는 리튬염과 고순도 유기 용매류의 혼합물인 비수질계 유기 전해액일 수 있다. 더불어, 상기 전해액(500)은 고분자 전해질을 이용한 폴리머일 수도 있으며, 여기서 상기 전해액 물질의 종류를 한정하는 것은 아니다.
상기한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 원통형 리튬 이차 전지(100)는 상기 권취형 전극 조립체(200)가 상기 제 1 전극판(210) 및 제 2 전극판(220) 중 권취 말단부에서 내부에 위치하는 제 1 전극판(210)이 외부에 위치하는 제 2 전극판(220)보다 소정 길이 더 길게 권취되며, 권취 중심부를 기준으로 상기 내부에 위치하는 제 1 전극판(210)의 외부 방향에 3겹의 세퍼레이터(230)가 위치하는 형태로 이루어짐으로써,
이는 상기 권취형 전극 조립체(200)를 상기 원통형 케이스(300)에 삽입하는 과정에서 상기 권취형 전극 조립체(200)와 상기 원통형 케이스(300) 사이의 긁힘 현상으로 인하여 상기 세퍼레이터(230)가 찢어져, 양극판으로 작용하는 상기 제 1 전극판(210)과 음극판으로 작용하는 상기 원통형 케이스(300) 사이의 쇼트가 발생할 수 있는 확률을 저하시킬 수 있다. 즉, 상기 권취형 전극 조립체(200)의 최외각에 상기 세퍼레이터(230)가 위치하며, 상기 제 1 전극판(210)의 권취 말단부의 외부 방향으로 3겹의 세퍼레이터(230)가 위치함으로써, 상기 전극 조립체(200)의 양극판으로 작용하는 제 1 전극판(210)과 상기 원통형 케이스(300) 사이의 쇼트를 방지할 수 있다.
상기한 바와 같이 본 발명에 따르면, 본 발명은 전극 조립체의 최외각에 세퍼레이터를 한바퀴 이상 더 권취하여 안정성이 향상된 원통형 리튬 이차 전지를 제공할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (6)

  1. 제 1 전극판, 제 2 전극판 및 상기 제 1 전극판과 제 2 전극판 사이에 개재되는 세퍼레이터를 권취하여 형성되며, 상기 제 1 전극판 및 제 2 전극판 중 권취 말단부에서 내부에 위치하는 전극판은 외부에 위치하는 전극판보다 소정 길이 더 길게 권취되며, 최외각에 상기 세퍼레이터가 적어도 한바퀴 이상 더 권취된 권취형 전극 조립체와;
    상기 전극 조립체를 수용하는 공간을 구비하는 케이스와;
    상기 케이스의 상부와 결합되어 이를 밀봉하는 캡 조립체를 포함하는 것을 특징으로 하는 원통형 리튬 이차 전지.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 전극 조립체의 권취 중심부를 기준으로 상기 내부 전극판의 더 길게 권취된 부분의 외부 방향에 3겹의 세퍼레이터가 위치하는 것을 특징으로 하는 원통형 리튬 이차 전지.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 전극 조립체의 최외각에 부착되며, 상기 전극 조립체의 권취 중심부를 기준으로 상기 제 1 전극판 및 제 2 전극판 중 내부에 위치하는 전극판의 권취 말단부의 외부 방향에 위치하는 절연 테이프를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 원통 형 리튬 이차 전지.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 절연 테이프는 폴리프로필렌 및 폴레에틸렌 중 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 원통형 리튬 이차 전지.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 권취형 전극 조립체의 상ㆍ하부에 부착되는 절연 플레이트를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 원통형 리튬 이차 전지.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 전극판은 양극판, 제 2 전극판은 음극판으로 작용하는 것을 특징으로 하는 원통형 리튬 이차 전지.
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