KR20060095224A - 이차전지 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 이차전지는 전극군을 지지하는 고정부재의 구조를 개선하여 전극군의 열방출 특성 및 이온 투과도를 향상시킬 수 있도록, 세퍼레이터와, 상기 세퍼레이터의 양면에 배치되는 양극판과 음극판을 포함하는 전극군, 상기 전극군에 부착되어 전극군의 형상을 지지하며 표면에 다수의 관통구가 형성된 고정부재, 상기 전극군이 내장되는 케이스, 및 상기 케이스와 결합되어 이를 밀폐하며 상기 전극군과 전기적으로 연결되는 단자가 구비되는 캡 조립체를 포함한다.

이차전지, 전극군, 고정부재, 관통구

Description

이차전지{SECONDARY BATTERY}

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지를 도시한 단면도이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 전극군을 도시한 사시도이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 전극군에 고정부재가 부착된 상태를 나타낸 사시도이다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지 전극군의 고정부재를 도시한 평면도이다.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차전지 전극군의 고정부재를 도시한 평면도이다.

본 발명은 이차 전지의 전극군에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 젤리-롤 형태의 이차 전지 전극군, 및 이를 포함하는 이차전지에 관한 것이다.

이차전지(secondary battery)는 충전이 불가능한 일차전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 전지로써, 하나의 전지 셀이 팩 형태로 포장된 저용량 전지의 경우 휴대폰이나 노트북 컴퓨터 및 캠코더와 같은 휴대가 가능한 소형 전자기기에 사용되고, 전지 셀을 수십 개 연결된 전지 팩 단위의 대용량 전지의 경우 하이브리드 전기 자동차 등의 모터 구동용 전원으로 널리 사용되고 있다.

상기 이차 전지는 여러 가지 형상으로 제조되고 있는데, 대표적인 형상으로는 원통형, 각형 그리고 파우치형을 들 수 있다.

양극판 및 음극판은 전극 집전체에 활물질이 도포된 코팅부와 활물질이 도포되지 않은 무지부를 각각 포함하고 있으며, 상기 양극판 및 음극판 사이에 절연체인 세퍼레이터(separator)를 개재하여 전극군을 형성한다.

또한, 상기 양극판 및 음극판의 무지부는 고출력 이차전지의 경우 극판의 길이방향을 따라 극판의 측면에 형성되고, 각 극판은 상기 세퍼레이터를 사이에 두고 무지부가 각각 반대방향으로 위치하도록 적층되어 전극군을 형성하고 상기 극판과 세퍼레이터가 적층된 전극군은 와류 형태로 권취되어 젤리-롤 형태를 이루게 된다.

또한 상기 젤리-롤 형태로 권취된 전극군은 음극 무지부와 양극 무지부가 양쪽 측면에 위치하도록 폭방향으로 세워진 상태에서 케이스에 삽입된다. 그리고 상기 케이스에는 이온 전도의 매개체 역할을 하는 전해액이 주입되며, 상기 전해액은 전극군과 반응하여 전기를 생성하게된다.

그리고 종래의 젤리-롤 형태의 전극군은 양극판 및 음극판에 세퍼레터를 개재하여 권취롤을 이용하여 감은 후, 테이프가 외면을 감싸면서 부착되어 전극군을 고정하고, 상시 전극군을 가압하여 납작한 형태의 젤리-롤 형상의 전극군으로 형성된다.

그런데, 이런한 테이프가 부착되면 가압 시에 테이프가 부착된 부분에 더 큰 힘이 작용하고 이로 인하여 세퍼레이터가 변형되는 문제점이 있으며, 테이프가 이온의 투과를 방해하여 전극군 전체의 이온의 투과도가 저하되는 문제점이 있다.

또한, 이차전지의 충,방전 동안에 상기 전극군에는 많은 열이 발생하는데, 테이프가 부착되어 외부로의 열방출이 불리하게 되며, 내부에서 발생된 열을 제대로 방출하지 못하면 고온에서 이상반응이 일어나 불필요한 가스가 생성되는 스웰링 현상이 나타나는 문제점이 있다.

또한, 상기 전극군의 충반전 시에는 전극군이 팽창하게되는데, 이 경우 외면에 테이프가 부착되어 외측으로 팽창할 수 없으므로 내측으로 밀려 전극군의 형상이 변형되는 문제점이 있다.

그러나 이러한 문제점으로 인하여 상기 테이프의 폭을 좁게 형성하면 접착 성능이 저하되어 전극군의 젤리-롤 형태가 풀어져 형상을 유지할 수 없는 문제가 발생한다.

따라서 본 발명은 상기한 문제점을 해소하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 전극군의 형상을 지지하는 고정부재의 구조를 개선하여 전극군의 방열 특성을 향상시킬 뿐만 아니라, 전극군의 이온투과성을 향상시킬 수 있는 이차전지를 제공함에 있다.

또한, 이차전지의 충,방전시에 전극군이 팽창되어도 형상을 유지할 수 있도록 탄성을 가지며, 전극군과 접하는 고정부재의 면적을 감소시켜서 세퍼레이터를 보호할 수 있는 이차전지를 제공함에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 전극군의 외측에는 고정부재가 부착되고 상기 고정부재에는 다수의 관통구가 형성된다.

상기 고정부재는 바람직하게는 테이프일 수 있으며, 상기 전극군의 외면을 감싸면서 부착되는 것이 바람직하다. 이러한 고정부재는 상기 전극군을 형성하는 양극판과 음극판 및 세퍼레이터의 단부가 젤리-롤 형태의 전극군에서 이탈되는 것을 방지한다.

그리고 상기 고정부재에 형성된 다수의 관통구는 원형 또는 슬릿 형상으로 형성될 수 있으며, 상기 관통구의 형상에 대해서는 특별히 한정하지 않는다. 다만 상기 관통구가 슬릿 형상으로 형성될 경우, 고정부재의 길이방향으로 길게 형성되고 슬릿의 양측 단부는 곡선을 이루면서 마감되어 응력이 집중되는 것을 방지하는 구조로 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 고정부재에서 상기 관통구들이 차지하는 면적은 전체 고정부재의 면적의 20% 내지 80%의 범위 이내로 형성되는 것이 바람직하다. 관통구가 형성된 면적이 넓을수록 이온의 투과도 열방출 효율이 증가하지만, 고정부재의 강성이 작아져 고정부재가 파손될 염려가 있으므로 상기 관통구가 형성된 면적은 고정부재의 전체면적의 20% 내지 80%로 형성되는 것이 바람직하다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(30)의 개략적인 단면도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극군(25)을 도시한 사시도이다.

도 1을 참조하면, 상기 이차전지(30)는 양극판(11)과 음극판(12) 사이에 절연체인 세퍼레이터(13)를 개재하여 젤리-롤 형태로 권취된 전극군(25) 및 상기 전극군(25)의 양극판(11) 및 음극판(12)의 무지부(11a, 12a)에 결합하는 도전성 탭(15)을 포함하는 전극 조립체, 일단이 개방된 개구부를 이루고 내부에 상기 전극 조립체를 수용하는 공간부를 갖는 각형의 케이스(14) 및 상기 케이스(14)의 개구부에 결합되어 이를 밀폐하며 상기 도전성 탭(15)과 전기적으로 연결되는 양,음극단자(31, 32)가 설치된 캡 조립체(33)를 포함한다.

상기 양극판(11)은 박판의 금속 호일(foil), 예컨대 알루미늄 호일 등으로 된 양극 집전체(11c)와 상기 양극 집전체(11c)의 적어도 일면에 코팅되는 양극 활물질(11d)을 포함하고 있으며, 상기 양극 활물질(11d)은 리튬계 산화물을 주성분으로 하고 있다.

상기 음극판(12)은 박판의 금속 호일(foil), 이를테면 구리 호일 등으로 된 음극 집전체(12c)와, 상기 음극 집전체(12c)의 적어도 일면에 코팅되는 음극 활물질(12d)을 포함하고 있으며, 상기 음극 활물질(12d)은 탄소재를 주성분으로 하고 있다.

또한 상기 양극판(11) 및 음극판(12)에는 상기 집전체(11c, 12c)에 활물질(11d, 12d)이 코팅되는 영역인 코팅부와(11b, 12b) 음극 활물질(11d, 12d)이 코팅되지 않는 무지부(11a, 12a)가 형성된다.

상기 전극군(25)의 무지부(11a, 12a)는 고출력 이차전지(30)의 경우 양극판(11) 및 음극판(12)의 길이방향을 따라 양,음극판(11, 12)의 측면에 형성되고, 상기 젤리-롤 형태로 권취된 전극군(25)의 무지부에 도전성 탭(15)이 초음파용접 등의 방법으로 결합되어 양극판(11) 및 음극판(12)에서 발생한 전류를 양극단자(31) 및 음극단자(32)로 유도할 수 있다.

또한 활물질(11d, 12d)로 도포된 상기 양극판(11) 및 음극판(12)은 건조과정을 거친 후 롤-프레싱가공으로 밀도를 높일 수 있다.

상기 양극판(11) 및 음극판(12)은 절연체인 세퍼레이터(13)를 중심에 개재하여 적층되며 권취롤 등을 이용해서 권취되어 젤리-롤 형태의 전극군(25)을 이루게 된다. 그리고 상기 전극군(25)은 각형 케이스(14)에 내장될 수 있도록 프레스 등으로 가압되어 납작한 형태를 이루게 된다. 또한, 상기 전극군(25)은 상기 각형 케이스(14)에 삽입되고 상기 케이스(14)에는 이온 전도의 매개체 역할을 하는 전해액이 주입된다.

도 3은 본발명의 일 실시예에 따른 전극군(25)에 고정부재(21)가 부착된 상태를 도시한 사시도이고 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 고정부재(21)를 도시한 평면도이다.

상기한 도면들을 참조하여 설명하면, 귄취롤을 이용하여 감겨진 전극군(25)의 외면에는 고정부재(21)가 부착되고, 상기 고정부재(21)의 표면에는 다수의 관통구(23)가 형성된다.

여기서 상기 고정부재(21)는 상기 젤리-롤 형태를 이루는 전극군(25)의 외면 을 감싸는 구조로 부착되어 상기 전극군(25)을 이루는 양극판(11)과 음극판(12) 및 세퍼레이터(13)가 상기 전극군(25)에서 이탈되는 것을 방지하는 역할을 한다. 또한, 상기 고정부재(21)는 테이프이며, 이 테이프가 전극군(25)의 둘레를 감싸면서 고정하는 구조로 이루어진다.

그리고 상기 고정부재(21)에 형성된 관통구(23)들의 단면은 원형으로 형성되며, 상기 고정부재(21)의 표면에 고르게 배치되어 형성된다. 상기 관통구(23)의 크기 및 개수는 제한하지 않으며, 2차전지(30)의 사용환경에 따라 다양한 구조로 형성될 수 있다.

다만, 상기 고정부재(21)의 전체 면적에서 관통구(23)들이 형성된 면적이 차지하는 비율은 20% 내지 80%의 범위 이내로 형성된다. 만일 관통구(23)가 형성된 면적이 고정부재(21) 전체 면적의 20%보다 작게 형성되면, 개방된 면적이 너무 작아서 열이 제대로 방출되지 않고, 이온의 투과도도 저하되어 이차전지(30)의 성능이 저하되는 문제점이 있으며, 관통구(23)가 형성된 면적이 고정부재(21) 전체 면적의 80%보다 크게 형성되면, 고정부재(21)의 강성이 작아서 이차전지(30)의 충,방전 시에 전극군(25)의 팽창 등으로 고정부재(21)에 작용하는 응력으로 인하여 상기 고정부재(21)가 파단될 염려가 있다.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 고정부재(31)를 도시한 평면도이다. 도 5에 도시한 바와 같이 고정부재(31)의 표면에는 다수의 관통구(32)가 형성되고 상기 관통구(32)들은 슬릿(slit) 구조로 이루어진다. 또한, 상기 관통구(32)들은 그 양측단부가 완만한 곡선으로 마감되어 응력이 집중되는 것을 방지할 수 있다. 다만, 본 발명에 따른 이차전지(30) 전극군(25)의 고정부재에 형성된 관통구(32)의 형상은 제한하지 않으며 다양한 모양이 적용될 수 있다. 다만 응력이 집중되는 것을 방지할 수 있도록 곡선으로 이루어진 도형의 형상으로 이루어지는 것이 바람직하다.

그리고 상기 슬릿형태의 관통구(32)들은 고정부재(31)의 길이방향으로 형성된다. 이차전지(30)의 충방진 시, 전극군(25)에 부착된 고정부재(31)에 작용하는 힘은 상기 고정부재(31)를 길이방향으로 잡아당기는 인장력이므로 관통구(32)가 길이방향으로 길게 형성되면 상기 인장력에 의하여 관통구(32)의 일부가 찢어져 상기 고정부재(31)가 파단될 가능성이 줄어들고 인장력에 강한 구조로 된다.

또한, 상기 고정부재(31)가 차지하는 폭방향 길이의 합이 감소하여 이차전지(30)의 충,방전 시에 상기 전극군(25)이 팽창되더라도 상기 고정부재(31)도 용이하게 늘어날 수 있어서 상기 전극군(25)의 형상이 변형되어 성능이 저하되는 것을 방지할 수 있다.

이하에서 본 발명의 작용에 대하여 설명한다.

본 발명에 따른 전극군(25)의 고정부재(21)에는 다수의 관통구(23)가 형성되고 상기 관통구(23)가 형성된 부분에서 전극군(25)이 직접 전해액과 접하여 전극군(25)이 전해액과 접하는 면적이 종래에 비하여 크게 증가하므로 이러한 부분을 통해서 전극군(25)에서 발생된 열을 전해액에 전달할 수 있고, 전해액은 전지캔을 통해서 외부로 열을 방출하게 된다.

그리고 상기 전극군(25)이 전해액과 접하는 면적이 증가하므로 이 부분을 통 해서 이온이 쉽게 투과되어 반응특성을 개선할 수 있다.

또한, 상기 고정부재(31)가 차지하는 폭방향 길이의 합이 감소하여 고정부재(21)가 길이방향으로 용이하게 신장될 수 있으므로, 전극군(25)이 팽창될 때 전극군(25)의 부피가 팽창되는 만큼 고정부재(21)도 팽창되어 전극군(25)의 형상을 그대로 유지할 수 있다.

그리고 원형으로 권취된 전극군(25)에 고정부재(21)를 부착하고 프레스로 가압할 경우 고정부재(21)가 부착된 부분은 다른 부분보다 상대적으로 큰 힘을 받게 되어 고정부재(21)가 부착된 부분의 양,음극판 및 세퍼레이터가 변형될 수 있는데, 고정부재(21)가 부착된 면적이 줄어들어 변형량이 감소된다.

본 발명의 이차전지는 HEV(하이브리드 전기 자동차), EV(전기 자동차), 무선 청소기, 전동 자전거, 전동 스쿠터 등과 같이 모터를 사용하여 작동하는 기기에 있어, 해당 기기의 모터를 구동하기 위한 에너지원으로서 사용될 수 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 플라즈마 디스플레이 장치에 의하면, 전극군을 고정하는 고정부재에 다수의 관통구가 형성되며 상기 관통구들을 통해서 열을 용이하게 방출할 수 있어서 방열 특성을 향상시킬 수 있다.

또한, 상기 관통구가 형성된 부분에서 전극군과 전해액이 직접 접하여 이온의 투과도가 증가되어 반응특성을 향상시킬 수 있으며, 전극군을 가압할 때 고정부재와 전극군이 접촉하는 면적이 감소되어 전극군을 구성하는 양극판과 음극판 및 세퍼레이터의 변형을 최소화시킬 수 있다. 그리고 고정부재의 면적이 감소하여 용이하게 신장될 수 있어서 이차전지의 충방진시에 전극군이 팽창하더라도 전극군의 형태를 그대로 유지할 수 있다.

Claims (9)

1. 세퍼레이터와, 상기 세퍼레이터의 양면에 배치되는 양극판과 음극판을 포함하는 전극군;

   상기 전극군에 부착되어 전극군의 형상을 지지하며 표면에 다수의 관통구가 형성된 고정부재;

   상기 전극군이 내장되는 케이스; 및

   상기 케이스와 결합되어 이를 밀폐하며 상기 전극군과 전기적으로 연결되는 단자가 구비되는 캡 조립체;

   를 포함하는 이차전지.
2. 제 1항에 있어서, 상기 고정부재는 상기 전극군의 둘레를 감싸면서 부착되는 이차전지.
3. 제 1항에 있어서, 상기 고정부재는 테이프인 이차전지.
4. 제 1항에 있어서, 상기 관통구는 원형으로 형성되는 이차전지.
5. 제 1항에 있어서, 상기 관통구는 슬릿(slit) 형상으로 형성되는 이차전지.
6. 제 5항에 있어서, 상기 관통구는 고정부재의 길이방향으로 길게 형성되는 이차전지.
7. 제 1항에 있어서, 상기 고정부재에서 관통구들이 차지하는 면적은 상기 고정부재 전체면적의 20% 내지 80%인 이차전지.
8. 제 1항에 있어서, 상기 이차전지는 각형인 이차전지.
9. 제 1항에 있어서, 상기 이차전지는 모터구동용인 이차전지.

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